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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Strahlformung der Strahlenbündel mehrerer Laserelemente, die auf einem Wärmeableitkörper positioniert sind.
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Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 197 80 124 B4 bekannt, wobei die Oberseite des Wärmeableitkörpers gestuft ausgebildet ist, so daß die nebeneinander angeordneten Laserelemente ihre Strahlenbündel jeweils in unterschiedlicher Höhe abgeben. Diese Strahlenbündel werden dann mit Umlenkspiegeln um 90° so umgelenkt, daß die einzelnen Strahlenbündel direkt übereinander liegen und ein gemeinsames Strahlenbündel bilden. Dabei liegt die Normale des Umlenkspiegels in der Wellenleiterebene des Laserelementes, so dass auch das emittierte und reflektierte Strahlenbündel in dieser Ebene liegen. Durch die gestufte Ausbildung der Oberseite werden die Wellenleiterebenen der Laserelemente quasi übereinander gestapelt und befinden sich die Laserelemente nicht in einer gemeinsamen Ebene.
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Nachteilig an diesem Aufbau ist einerseits, daß aufgrund der gestuften Ausbildung des Wärmeableitkörpers die Wärmeableitung sehr inhomogen ist. Es können von Stufe zu Stufe durchaus Temperaturunterschiede von 1 bis 4°C und mehr auftreten. Bei einer Temperaturabhängigkeit der Wellenlänge der Laserstrahlung von ca. 0,4 nm pro °C und einer Bandbreite der abgegebenen Laserstrahlung von 3 bis 4 nm führt dies zu einer merklichen und unerwünschten Verschiebung der Wellenlänge der Strahlenbündel.
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Darüber hinaus ist die Fertigung einer solch gestuften Oberseite des Wärmeableitkörpers sehr aufwendig und nur mit einer Genauigkeit von etwa einigen 10 μm möglich.
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Aus der
US 6,229,831 B1 ist eine Vorrichtung zur Strahlformung bekannt, bei der die einzelnen Laserelemente über Keilelemente auf einer planen Oberseite eines Wärmeableitkörpers angeordnet sind. Die Keilelemente sind so gewählt, daß die Neigung der Oberseite gegenüber der Horizontalen kompensiert wird, so daß die einzelnen Laserelemente ihre Strahlenbündel in horizontaler Richtung abgeben.
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Bei dieser Ausgestaltung ist die Justierung mittels der Keilelemente aufwendig. Auch ist die Wärmeableitung aufgrund der Keilelemente bei jedem einzelnen Laserelement ungleichmäßig, was nachteilig ist. Außerdem wird die Wärmeableitung durch die zusätzlichen Fügestellen im Wärmeübertragungsweg verschlechtert.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Strahlformung zur Verfügung zu stellen. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren zur Strahlformung bereitgestellt werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Strahlformung mit einem Wärmeableitkörper, der eine Oberseite mit einem planen Abschnitt aufweist, und mehreren auf dem planen Abschnitt nebeneinander (bevorzugt in einer Ebene) angeordneten Laserelementen, die jeweils ein Strahlenbündel abgeben, wobei jedem Laserelement ein Reflexionselement zugeordnet ist, das so angeordnet ist, daß die Strahlenbündel der einzelnen Laserelemente nach Reflexion an den Reflexionselementen zueinander parallel und bezüglich des planen Abschnitts unter einem Elevationswinkel von größer als 0° und kleiner als 90° verlaufen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Strahlformung sind die Laserelemente auf dem planen bzw. ebenen Abschnitt (bevorzugt direkt auf dem planen Abschnitt) angeordnet, so daß eine ausgezeichnete und homogene Wärmeableitung möglich ist. Diese Anordnung der Laserelemente ist aufgrund der Anordnung der Reflexionselemente möglich, da nach der Reflexion die Strahlenbündel jeweils ein und denselben Elevationswinkel von größer als 0° und kleiner als 90° aufweisen und dadurch für ein gemeinsames ausfallendes Strahlenbündel quasi übereinander gestapelt werden können.
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Der plane Abschnitt der Oberseite kann insbesondere als zusammenhängender Abschnitt ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, daß zwischen den nebeneinander angeordneten Laserelemente Vertiefungen in der Oberseite ausgebildet sind, die dazu führen, daß der plane Abschnitt zwischen den Laserelementen unterbrochen ist. Ein wesentlicher Punkt ist erfindungsgemäß, daß die Bereiche der Oberseite, auf denen die Laserelemente positioniert sind, in derselben Ebene liegen und dadurch den planen Abschnitt bilden. Es ist jedoch bevorzugt, daß der plane Abschnitt als durchgehender bzw. zusammenhängender Abschnitt der Oberseite ausgebildet ist.
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Ferner sind die Laserelemente bevorzugt direkt auf dem planen Abschnitt positioniert.
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Unter dem Elevationswinkel wird hier der Winkel zwischen dem Strahlenbündel nach dem Reflexionselement und dem planen Abschnitt verstanden. Man kann daher sagen, daß die Bezugsebene für den Elevationswinkel somit die Ebene ist, in der der plane Abschnitt des Wärmeableitkörpers liegt.
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Bei den Laserelementen handelt es sich bevorzugt um Halbleiter-Laserelemente bzw. Laserdioden. Es können separate Laserelemente und/oder Laserbarren sein. Dem Fachmann ist bekannt, dass die Laserelemete aus einem Submount mit einem aufgesetzten Laserchip aufgebaut sein können. Der Submount kann bevorzugt aus einem hoch wärmeleitendenden Material, wie z. B. aus Diamant, Wolframkupfer oder einer Keramik (z. B. BeO oder AlN), bestehen oder dieses aufweisen. Ferner kann der Submount metallisiert sein, wobei der Laserchip auf die Metallisierung gelötet ist. Die Laserdioden sind bevorzugt als Breitstreifenemitter ausgeführt, welche eine in „fast-axis” einmodige und in „slow-axis” multimodige Strahlung emittieren. Die Laserresonatoren dieser multimodigen Laserdioden sind als flächige Wellenleiter ausgebildet. Die Lichtaustrittsflächen dieser Laserdioden haben eine im Vergleich zur Breite sehr geringe Höhe und stellen somit näherungsweise linienförmige Strahlquellen dar.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die von den Laserelementen abgegebenen Strahlenbündel zueinander parallel in einer Abstrahlebene verlaufen, die bevorzugt parallel zum planen Abschnitt liegt. Dieser Aufbau kann besonders einfach realisiert werden. Insbesondere können baugleiche Laserelemente eingesetzt werden. Unter parallel wird hier insbesondere verstanden, daß möglichst eine mathematisch exakte Parallelität vorliegt. Jedoch können Abweichungen im einstelligen Gradbereich beabsichtigt oder unbeabsichtigt vorliegen, was dann immer noch als parallel anzusehen ist.
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Durch die oben beschriebene erfindungsgemäße Anordnung ergibt sich, daß die Wellenleiter der Laserresonatoren in einer Ebene, die parallel zur Abstrahlebene ist bzw. mit dieser zusammenfällt, liegen. Die Strahlaustrittsflächen können somit entweder in einer gemeinsamen Ebene, die bevorzugt senkrecht zur Abstrahlebene ist, oder in zueinander parallelen Ebenen liegen, die wiederum bevorzugt senkrecht zur Abstrahlebene sind.
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Die Reflexionselemente sind bevorzugt so angeordnet, daß der Elevationswinkel der reflektierten Strahlung kleiner als 45° ist, insbesondere zwischen 2°–40° oder 3°–15° und besonders bevorzugt zwischen 3°–5° liegt. Dies ist besonders vorteilhaft um eine kompakte Vorrichtung zur Strahlformung bereitzustellen.
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Der Elevationswinkel wird in vorteilhafter Weise so gewählt, daß die Strahlenbündel nach dem Reflexionselement möglichst dicht übereinander liegen, ohne daß es zu einer erheblichen Abschattung kommt. Ist der Elevationswinkel zu groß, liegen die Strahlenbündel unnötig weit auseinander. Ist der Elevationswinkel zu klein, werden die Strahlenbündel jeweils an dem Reflexionselement des folgenden Strahlengangs teilweise bzw. zu stark abgeschattet. Außerdem geht noch ein geringer Teil der Strahlung verloren, der über die Oberkante des jeweils zugeordneten Reflexionselements hinweg strahlt. Ein geringfügiger Verlust von wenigen Prozent infolge beider Effekte, nämlich durch Abschattung durch das Reflexionselemet des jeweils benachbarten Strahlengangs und durch Strahlung über die Oberkanten des jeweils zugeordneten Reflexionselements, kann allerdings in Kauf genommen werden, um ein möglichst kompaktes Strahlungsfeld zu erhalten.
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Ferner können die Reflexionselemente noch so angeordnet sein, daß die Strahlenbündel der einzelnen Laserelemente nach Reflexion an den Reflexionselementen unter einem Azimutwinkel von mindestens 30° und maximal 150° bezüglich der Abstrahlrichtung verlaufen. Der Azimutwinkel ist hier der Winkel der senkrecht auf die Abstrahlebene projizierten reflektierten Strahlenbündel zur Abstrahlrichtung der Laserelemente. Dies führt zu einer sehr kompakten Vorrichtung.
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Der Azimutwinkel kann 90° betragen, muß aber nicht. Er liegt bevorzugt zwischen 60° und 120°, sowie insbesondere zwischen 80° bis 100°.
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Die Strahlenbündel der einzelnen Laserelemente sind bevorzugt in einer ersten Ebene senkrecht zur Strahlrichtung der reflektierten Strahlenbündel im optischen Weg nach den Reflexionselementen streifenförmig parallel gestapelt. Dabei kann die Umhüllende der reflektierten Strahlenbündel ein Parallelogramm oder ein Rechteck sein. Insbesondere können die reflektierten Strahlenbündel, in Projektion auf die Strahlebene gesehen, direkt übereinander liegen oder zueinander versetzt sein, aber in derselben Richtung verlaufen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können zumindest zwei der Reflexionselemente als zusammenhängendes Bauteil ausgebildet sein. Beispielsweise können die Reflexionselemente als einzelne Flächen eines Kupferspiegelbauteils ausgebildet sein. Natürlich können die Reflexionselemente auch separate Elemente sein.
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Der Wärmeableitkörper kann zumindest teilweise keilförmig ausgebildet sein. Insbesondere kann der Winkel zwischen dem planen Abschnitt der Oberseite und einer Unterseite des Wärmeableitkörpers dem Elevationswinkel entsprechen. In diesem Fall kann das austretende Strahlenbündel horizontal bzw. parallel zur Unterseite verlaufen.
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Alternativ ist es möglich, daß der Wärmeableitkörper als im Wesentlichen planparallele Platte ausgebildet ist. In diesem Fall kann er besonders leicht mit der gewünschten Genauigkeit hergestellt werden.
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Der Wärmeableitkörper kann aus einem hoch wärmeleitfähigen Material, insbesondere Kupfer oder eine Kupferlegierung oder Aluminium oder einem Kompositwerkstoff bestehen. Die Reflexionselemente können als metallische Flächen oder als metallische oder als dielektrische Schichten auf einem Trägermaterial ausgebildet sein.
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Bevorzugt weist die Strahlformungsvorrichtung ein optisches Fokussierelement auf, welches die reflektierten Strahlenbündel fokussiert. Das Fokussierelement ist bevorzugt refraktiv und kann ein Element oder auch mehrere Elemente aufweisen. Damit ist beispielsweise die Einkopplung der Laserstrahlung in eine Lichtleitfaser mit beispielweise rundem oder rechteckigem, speziell beispielsweise quadratischem Kernquerschnitt, möglich.
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Die Vorrichtung kann für jedes Laserelement zwischen dem Laserelement und dem zugeordneten Reflexionselement zumindest ein erstes optisches Element zur Kollimation des Strahlenbündels (zumindest in der „fast-axis”) aufweisen. Das erste optische Element kann als Zylinderlinse oder auch als rotationssymmetrische Linse ausgebildet sein. Die Linsen können separat oder, insbesondere bei der Ausbildung als Zylinderlinse, als einzelne Segmente eines zusammenhängenden Körpers verwirklicht sein. Eine rotationssymmetrische Linse wird vorteilhaft als Kollimationselement für die „fast-axis” ausgelegt, während in der „slow-axis” Richtung wegen der linienförmigen Art der Strahlquelle auch nach dem Kollimationselement noch eine Divergenz vorhanden ist.
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Ferner kann bei der Vorrichtung für jedes Laserelement zwischen dem ersten optischen Element und dem zugeordneten Reflexionselement jeweils zumindest ein zweites optisches Element zur Kollimation des Strahlenbündels (wenigstens in der slow-Richtung) angeordnet sein.
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Bei der Vorrichtung können die Abstände der einzelnen Laserelemente zu den zugeordneten Reflexionselementen gleich sein oder so unterschiedlich gewählt sein, daß die optischen Weglängen von der jeweiligen Strahlaustrittsöffnung des Laserelementes bis zu einer Ebene, welche senkrecht zur Strahlrichtung ist und hinter den Reflexionselementen liegt, für alle Laserelemente gleich ist. In diesem Fall kann im Strahlengang nach den Reflexionselementen zumindest ein drittes optisches Element angeordnet sein, welches die Strahlung der Strahlenbündel aller Laserelemente in der „slow-axis” kollimiert. In diesem Fall ist vorteilhafterweise kein zweites optisches Element zur Kollimation der Strahlung in der „slow-axis” zwischen dem ersten optischen Element und dem Reflexionselement vorhanden.
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Ferner können bei der Vorrichtung die Wellenleiter der Laserelemente, insbesondere flächig ausgebildete Wellenleiter von Breitstreifenlaserdioden, in der Abstrahlebene liegen. Bevorzugt sind dann die Mittellinien der Wellenleiter zueinander parallel angeordnet. Die Wellenlänge der abgestrahlten Strahlenbündel kann im Bereich von ca. 190 nm bis ca. 2000 nm, insbesondere 250 nm–2000 nm und besonders bevorzugt 600 nm–1550 nm liegen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann bei zumindest einem der Reflexionselemente die reflektierende Fläche eine Oberkante aufweisen, die parallel zur Abstrahlebene verläuft. Natürlich können auch mehrere der Reflexionselemente so ausgebildet sein. Insbesondere können alle Reflexionselemente so ausgebildet sein oder alle bis auf das Reflexionselement, oberhalb dessen keines der reflektierten Strahlenbündel verläuft.
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Es wird ferner bereitgestellt ein Verfahren zur Strahlformung der Strahlenbündel mehrerer Laserelemente, die auf einem planen Abschnitt einer Oberseite eines Wärmeableitkörpers nebeneinander angeordnet sind, wobei sie jeweils ein Strahlenbündel abgeben und wobei die Strahlenbündel der einzelnen Laserelemente so reflektiert werden, daß sie zueinander parallel und unter einem Elevationswinkel von größer als 0° und kleiner als 90° bezüglich des planen Abschnitts verlaufen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in entsprechender Weise wie die Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weitergebildet werden. So können z. B. die abgegebenen Strahlenbündel der Laserelemente zueinander parallel in einer Abstrahlebene verlaufen, die bevorzugt parallel zum planen Abschnitt liegt.
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Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht (z-Projektion) einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahlformungsvorrichtung;
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2 eine Ansicht (y-Projektion) der Strahlformungsvorrichtung von 1;
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3A eine Ansicht von vorne auf ein Laserelement der Vorrichtung von 1 und 2;
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3B eine Ansicht von vorne auf eine weitere Ausführungsform des Laserelements der Vorrichtung von 1 und 2;
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4 die Schnittansicht A-A gemäß 1 und 2;
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5 eine Ansicht (y-Projektion) einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahlformungsvorrichtung;
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6 eine Ansicht des Schnitts B-B gemäß der dritten Ausführungsform von 7;
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7 eine Ansicht (y-Projektion) der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahlformungsvorrichtung, und
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8 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahlformungsvorrichtung.
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Bei der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform umfaßt die Strahlformungsvorrichtung 1 vier Halbleiter-Laserelemente 21, 22, 23 und 24, die in einer x-Richtung nebeneinander auf einem planen Abschnitt D einer Oberseite 3 eines Wärmeableitkörpers 4 angeordnet sind. In der hier beschriebenen Ausführungsform ist die gesamte Oberseite 3 plan ausgebildet. Dies ist jedoch nicht zwingend. Wesentlich ist, daß die Laserelemente 21–2y alle auf dem planen Abschnitt D angeordnet sind
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Die Laserelemente 21, 22, 23 und 24 geben jeweils ein Laserstrahlenbündel 51, 52, 53 und 54 ab, wobei die Abstrahlrichtung jedes Strahlenbündels 51, 52, 53 und 54 parallel zum planen Abschnitt D der Oberseite 3 ist und alle Abstrahlrichtungen zueinander ebenfalls parallel verlaufen (in 2 ist durch den Pfeil P1 die Abstrahlrichtung des Strahlenbündels 51 gezeigt). Die Abstrahlrichtung jedes Laserelementes 21, 22, 23 und 24 ist somit in z-Richtung (2), wobei alle Strahlenbündel 51–54 in einer sich parallel zum planen Abschnitt D der Oberseite 3 erstreckenden Abstrahlebene liegen.
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Die hier verwendeten Laserelemente 21, 23, 23 und 24 sind alle gleich ausgebildet. Sie umfassen, wie in 3A für das Laserelement 21 gezeigt ist, einen Wellenleiter 7, der eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Mittellinie M sowie einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Die Höhe des Wellenleiters in y-Richtung beträgt ca. 3 μm und die Breite in x-Richtung beträgt ca. 100 μm. Das abgestrahlte Strahlenbündel weist hier eine Wellenlänge aus dem Bereich von 630–1100 nm auf.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Laserelement ist in der 3B gezeigt. Das Laserelement weist einen elektrisch isolierenden Submount 20 auf, auf dem eine erste und zweite Metallisierung 21 und 22 auf Ober- und Unterseite des Submounts 20 aufgebracht sind. Der Laserchip 23 sitzt auf einem ersten Metallisierungsabschnitt 24 der ersten Metallisierung 21 und ist über Bonddrähte 25 mit einem zweiten Metallisierungsabschnitt 26 der ersten Metallisierung 21 kontaktiert. Diese Ausführung gestattet in einfacher Art und Weise eine Reihenschaltung mehrerer Laserelemente der erfindungsgemäßen Anordnung. So kann der zweite Metallisierungsabschnitt 26 leicht mit einem ersten Metallisierungsabschnitt eines rechts benachbarten Laserelementes gleichen Aufbaus (nicht gezeig) verbunden werden. In gleicher Weise kann der erste Metallisierungsabschnitt 24 leicht mit einem zweiten Metallisierungsabschnitt eines links benachbarten Laserelementes gleichen Aufbaus (nicht gezeigt) verbunden werden.
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Das austretende Strahlenbündel 51 weist einen im Querschnitt im Fernfeld typischerweise elliptischen Strahlkegel auf, wobei die kleine Achse in x-Richtung verläuft. Diese Richtung wird häufig als „slow-Richtung” oder „slow axis” bezeichnet, wobei der typische Divergenzwinkel in dieser Richtung häufig etwa 7 bis 15° beträgt. Der Divergenzwinkel in y-Richtung, der häufig auch als „fast-Richtung” oder „fast axis” bezeichnet wird, beträgt typischerweise 90° (die x-, y-und z-Richtung spannen ein kartesisches Koordinatensystem auf). Da die Emitterhöhe (y-Richtung) des Laserelementes 21–24 nur wenige μm beträgt, wird die Strahlung an einer „fast-axis” Kollimationslinse mit kurzer Brennweite (FAC), die häufig zwischen 100 μm und 1000 μm liegt, sehr gut kollimiert, so daß die Restdivergenz der Strahlung nach dieser FAC in „fast-axis” sehr klein ist.
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Durch die beschriebene Anordnung der Laserelemente 21, 22, 23 und 24 liegen somit alle Wellenleiter 7 in der Abstrahlebene, die parallel zum planen Abschnitt D der Oberseite 3 des Wärmeableitkörpers 4 liegt.
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Wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, ist unmittelbar an jedem Laserelement 21–24 ein erster Kollimator 81, 82, 83 und 84 angeordnet, der die Strahlenbündel 51–54 in der fast axis (y-Richtung) kollimiert. Davon beabstandet ist für jedes Laserelement 21–24 ein zweiter Kollimator 91, 92, 93 und 94 vorgesehen, der zur Kollimation in der slow axis (x-Richtung) dient.
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Die so kollimierten Strahlenbündel 51–54 treffen jeweils auf einen dem entsprechenden Laserelement 21–24 zugeordneten Umlenkspiegel 101, 102, 103 und 104.
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Die Umlenkspiegel 101–104 sind so angeordnet, daß die von ihnen reflektierten Strahlenbündel 51–54 nach der jeweiligen Reflexion zueinander parallel verlaufen (1) und ihre Strahlausbreitungsrichtung relativ zum planen Abschnitt D der Oberseite 3 einen Elevationswinkel α größer als 0° und kleiner als 90° aufweist. Bei der beschriebenen Ausführungsform beträgt der Elevationswinkel ca. 12°.
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Die Umlenkspiegel 101–104 sind hier Kupfer-Spiegel mit einer planen Reflexionsfläche, die gegenüber der Richtung des austretenden Strahlenbündels 51–54 in der xz-Ebene um 45° gedreht ist (so daß ein Azimutwinkel β in der xz-Ebene von 90° vorliegt) und gegenüber der xz-Ebene um α/2 geneigt ist, so daß die reflektierten Strahlenbündel den Elevationswinkel α bezogen auf den planen Abschnitt D der Oberseite 3 aufweisen.
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Die reflektierten Strahlenbündel bilden zusammen ein ausfallendes Strahlenbündel 11, dessen Querschnitt (Schnitt A-A gemäß 1) in 4 gezeigt ist. Die einzelnen reflektierten Strahlenbündel 51–54 sind parallel so zueinander angeordnet, daß die Umhüllende U1 ein Parallelogramm ist.
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Die Strahlformungsvorrichtung 1 kann (muß aber nicht) eine Fokussieroptik 12 aufweisen, wie in den 1 und 2 gezeigt ist. Die Fokussieroptik 12 dient dazu, das ausfallende Strahlenbündel 11 zu fokussieren, um es beispielsweise in eine Lichtleitfaser einkoppeln zu können.
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Die Umlenkspiegel 102–104 sind jeweils so ausgebildet, daß sie das reflektierte Strahlenbündel des jeweils vorhergehenden Umlenkspiegels 101–103 nicht oder nur geringfügig abschatten, und daß andererseits kein oder nur ein geringer Teil des zugeordneten einfallenden Strahlenbündels über die Spiegeloberkante hinwegstrahlt, ohne reflektiert zu werden. Dazu kann z. B. die in 2 gezeigte obere Seite 132, 133, 134 der Umlenkelemente 102–104 jeweils in einer Ebene parallel zum planen Abschnitt D der Oberseite 3 und somit parallel zur xz-Ebene liegen. Der Verlauf der oberen Seite 131 des Umlenkspiegels 101 kann (muß aber nicht, da der Umlenkspiegel 101 ein anderes reflektiertes Strahlenbündel nicht abschatten kann) ebenso parallel zum planen Abschnitt D der Oberseite 3 sein.
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Die Oberkanten der Reflexionselemente 101–104 liegen somit parallel zu den auf die Spiegelfläche fallenden Strahlenbündeln 51–54, und zwar vorteilhafterweise so, daß die Oberkanten in der Projektion in Strahlrichtung auf die Betrachtungsebene (4 bzw. 6, die nachfolgend noch erläutert wird) jeweils in der Mitte zwischen zwei Strahlbündeln liegt, eventuell mit Ausnahme des ersten Spiegels 101. Dann kann das Strahlungsfeld bei minimalen Verlusten infolge o. g. Effekte (teilweise Strahlung des einfallenden Strahlenbündels über den Spiegel, Abschattung des reflektierten Strahlenbündels durch benachbarten Spiegel) durch die Festlegung des optimalen Elevationswinkels im Querschnitt am dichtesten gepackt werden.
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Bei der gezeigten Strahlformungsvorrichtung 1 ist eine sehr hohe Positioniergenauigkeit der einzelnen Laserelemente 21–24 möglich, da die Laserelemente 21–24 direkt auf dem planen Abschnitt D der Oberseite 3 angeordnet sind. Der plane Abschnitt D der Oberseite 3 läßt sich um Größenordnungen genauer herstellen als bisher verwendete Wärmeableitkörper mit einer treppenartigen Oberseite für die einzelnen Laserelemente. Auch läßt sich eine sehr gute und gleichmäßige Wärmeableitung für alle Laserelemente 21–24 realisieren, die nicht durch Stufen in dem planen Abschnitt D der Oberseite 3 des Wärmeableitkörpers 4 gestört ist.
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In 5 ist eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Strahlformungsrichtung 1 gezeigt, wobei die Ansicht gemäß 5 der Ansicht von 2 entspricht und gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und zu deren Beschreibung auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Die Ausführungsform gemäß 5 unterscheidet sich von der bisher beschriebenen Ausführungsform darin, daß der Abstand der einzelnen Laserelemente 21–24 zu dem jeweils zugeordneten Umlenkelement 101–104 unterschiedlich groß ist. Der Abstand ist dabei so gewählt, daß im Strahlquerschnitt des ausfallenden Strahlbündels 11 alle Strahlenbündel 51–54 der Laserelemente 21–24 jeweils den gleichen optischen Weg zurückgelegt haben (in 5 ist die Darstellung nur schematisch und nicht maßstabsgetreu). Daher kann zwischen dem letzten Umlenkspiegel 104 und der Fokussieroptik 12 die Kollimation der Strahlenbündel 51–54 in der slow-axis Richtung mittels eines einzigen zweiten Kollimators 9 durchgeführt werden. Somit werden bei der Ausführungsform gemäß 5 weniger optische Elemente benötigt im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß den 1 bis 4.
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Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen war die Umhüllende U1 des Strahlquerschnitts des ausfallenden Strahlenbündels 11 ein Parallelogramm (4). Das bedeutet, daß eine Verbindungslinie L1 der Mittelpunkte der einzelnen reflektierten Strahlenbündel im ausfallenden Strahlenbündel 11 nicht senkrecht zur (am Reflexionselement mit transformierten) „slow-axis Richtung” (Pfeil P2) ist. Um ein ausfallendes Strahlenbündel 11 mit einem Strahlquerschnitt zu erhalten, dessen Umhüllende U2 ein Rechteck ist, so daß eine Verbindungslinie L2 der Mittelpunkte der einzelnen reflektierten Strahlbündel im ausfallenden Strahlenbündel 11 senkrecht zur „slow-axis Richtung” (Pfeil P2) ist, wie in 6 gezeigt ist, müssen die Strahlenbündel 51–54 nach der Reflexion an dem jeweiligen Umlenkspiegel 101–104 (in Projektion auf die xz-Ebene gesehen) in z-Richtung zueinander geeignet versetzt sein.
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Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Abstand der Reflexionsflächen der Umlenkspiegel 101–104 in x-Richtung verschieden ist von dem entsprechenden Abstand der Strahlenbündel 51–54. In 7 ist dies beispielhaft für die Strahlenbündel 51 und 52 der Laserelemente 21 und 22 sowie der zugeordneten Umlenkspiegel 101 und 102 gezeigt. Die zentralen Strahlen der beiden Strahlenbündel 51 und 52 weisen nach der Reflexion an dem jeweiligen Umlenkspiegel 101 und 102 einen Versatz Δz auf (die z Koordinate ist bei dieser Betrachtung rein mechanisch definiert und nicht, wie in der Optik üblich, am Reflexionselement um den Azimutwinkel gedreht). Dies gilt natürlich für alle entsprechenden Strahlen der reflektierten Strahlenbündel 51, 52.
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Dieser Versatz kann auch dadurch erzeugt werden, daß die Umlenkspiegel 101–104 in z-Richtung zueinander entsprechend versetzt angeordnet werden.
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Natürlich können beide Maßnahmen zur Erzeugung des gewünschten Versatzes miteinander kombiniert werden.
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Alternativ kann ohne Versatz der Umlenktspiegel 101–104 ein Strahlquerschnitt, dessen Umhüllende U2 ein Rechteck ist, dadurch erreicht werden, dass die Umlenktspiegel 101–104 so positioniert sind, dass alle reflektierten Strahlenbündel den gleichen Azimutwinkel aufweisen, der einen vorbestimmten Wert kleiner als 90° aufweist. Der Wert hängt von den vorliegenden geometrischen Abmessungen ab. Auf jeden Fall, existiert ein Wert für den Azimutwinkel, bei dem die Umhüllende U2 ein Rechteck ist.
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Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen hat der Wärmeableitkörper 4 in der xy-Ebene eine Keilform (die Oberseite 3 ist gegenüber der Unterseite 14 geneigt.) Es ist jedoch auch möglich, den Wärmeableitkörper 4 als planparallele Platte auszubilden, wie in 8 dargestellt ist. Bei gleicher relativer Anordnung der Umlenkspiegel 101–104 zu den Laserelementen 21–24, wie bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen, weist das ausfallende Strahlenbündel 11 wiederum den gewünschten Azimutwinkel β (in 8 nicht gezeigt) sowie den gewünschten Elevationswinkel α auf.
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In einer nicht gezeigten Weiterbildung können zwei oder mehrere der beschriebenen Strahlformungsvorrichtungen vorgesehen werden, wobei die jeweiligen ausfallenden Strahlenbündel zu einem größeren Strahlenbündel überlagert werden können. Dies kann beispielsweise für zwei Strahlformungsvorrichtungen mittels eines teiltransparenten Spiegels oder bevorzugt mittels eines polarisationsselektiven Spiegels realisiert werden, der eine erste Polarisationsrichtung transmittiert und eine dazu orthogonale Transmissionsrichtung reflektiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19780124 B4 [0002]
- US 6229831 B1 [0005]
