DE102010053781B4

DE102010053781B4 - Vorrichtung zur Umwandlung von Laserstrahlung in Laserstrahlung mit einem M-Profil

Info

Publication number: DE102010053781B4
Application number: DE102010053781.0A
Authority: DE
Inventors: Aleksei Mikhailov
Original assignee: Limo GmbH
Current assignee: Limo GmbH
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2030-12-09
Also published as: DE102010053781A1; KR101873194B1; WO2012076651A1; KR20130124955A; CN103299219A; US9448410B2; JP2014505269A; US20130271830A1; CN103299219B; JP5916751B2

Abstract

Vorrichtung zur Umwandlung von Laserstrahlung (21) in Laserstrahlung mit einem M-Profil, umfassend – Separiermittel (9, 34, 50), die im Betrieb der Vorrichtung die Laserstrahlung (21) in mindestens zwei Teilstrahlen (22; 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h; 23; 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h) separieren, die sich zumindest abschnittsweise oder teilweise in unterschiedliche Richtungen bewegen oder versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die Separiermittel (9, 34, 50) mindestens ein Linsenarray (16; 39; 41; 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h) mit mindestens zwei Linsen (17a, 17b; 40; 42; 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h) umfassen, – eine Lichtleitfaser (25), sowie – Optikmittel (26, 38), die im Betrieb der Vorrichtung die mindestens zwei Teilstrahlen (22; 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h; 23; 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h) in eine Eintrittsfläche (53) der Lichtleitfaser (25) einbringen und/oder die mindestens zwei Teilstrahlen (22; 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h; 23; 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h) in der Eintrittsfläche (53) der Lichtleitfaser (25) zumindest abschnittsweise überlagern, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart gestaltet ist, dass im Betrieb der Vorrichtung die mindestens zwei Teilstrahlen (22; 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h; 23; 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h) zumindest teilweise so in die Lichtleitfaser (25) eintreten, dass sich am Ausgang der Lichtleitfaser (25) eine Laserstrahlung mit einem M-Profil ergibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Laserstrahlung in Laserstrahlung mit einem M-Profil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Definitionen: In Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung meint mittlere Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung, insbesondere wenn diese keine ebene Welle ist oder zumindest teilweise divergent ist. Mit Laserstrahl, Lichtstrahl, Teilstrahl oder Strahl ist, wenn nicht ausdrücklich anderes angegeben ist, kein idealisierter Strahl der geometrischen Optik gemeint, sondern ein realer Lichtstrahl, wie beispielsweise ein Laserstrahl, der keinen infinitesimal kleinen, sondern einen ausgedehnten Strahlquerschnitt aufweist. Mit M-Profil wird ein Intensitätsprofil von Laserstrahlung bezeichnet, deren Querschnitt in der Mitte eine geringere Intensität als in einem oder mehreren außermittigen Bereichen aufweist.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der US 4,961,622 A bekannt. Die darin beschriebene Vorrichtung dient als Faserkoppler und teilt das von einer ersten Lichtleitfaser ausgehende Licht auf eine Mehrzahl von zweiten Lichtleitfasern auf. Dazu wird in dem Strahlengang ein aus mehreren Linsensegmenten bestehendes Bauteil verwendet, das einen rechteckigen Umriss und in der Mitte einen konkaven Scheitelpunkt aufweist. Von diesem Scheitelpunkt gehen vier Linsensegmente aus, deren Konkavität zum Rand des Bauteils abnimmt. Durch dieses Bauteil und eine optional dahinter angeordnete Fokussierungslinse wird die eingehende Laserstrahlung in eine Intensitätsverteilung überführt, die im Bereich der Eintrittsflächen der zweiten Lichtleitfasern die Form des Umfangs eines Quadrats aufweist. Auf diesem Umfang sind die zweiten Lichtleitfasern angeordnet, in die die Laserstrahlung eintritt.
Eine weitere Vorrichtung zur Umwandlung von Laserstrahlung in Laserstrahlung mit einem M-Profil ist beispielsweise aus der US 7,692,864 B2 bekannt. Die darin beschriebene Vorrichtung umfasst eine Laservorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung, die durch ein Linsenarray und eine Phasenmaske hindurchtritt, bevor sie von einem optischen System auf einen zu bearbeitenden polykristallinen Siliziumfilm auftrifft. Durch das Linsenarray und die Phasenmaske ergeben sich auf dem Siliziumfilm Intensitätsverteilungen, die jeweils in der Mitte eine geringere Intensität als in einem außermittigen Bereich aufweisen.
Eine weitere Vorrichtung zur Umwandlung von Laserstrahlung in Laserstrahlung mit einem M-Profil ist beispielsweise aus der WO 93/14430 A1 bekannt. Bei der darin beschriebenen Vorrichtung endet eine Lichtleitfaser in einem konischen Endabschnitt, der als Separiermittel dient. Die aus diesem konischen Endabschnitt austretende Laserstrahlung weist in kurzer Entfernung hinter der Lichtleitfaser in einer Arbeitsebene senkrecht zur Konusachse eine ringförmige Intensitätsverteilung auf, die als M-Profil bezeichnet werden kann.
Als nachteilig hierbei erweist sich die schlechte Strahlqualität in der Arbeitsebene, insbesondere wenn die in die Lichtleitfaser eingekoppelte Laserstrahlung von einem Laserdiodenbarren oder einer Mehrzahl von Laserdiodenbarren erzeugt wird.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die Laserstrahlung mit einem M-Profil in besserer Strahlqualität erzeugen kann.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Vorrichtung derart gestaltet ist, dass im Betrieb der Vorrichtung die mindestens zwei Teilstrahlen zumindest teilweise so in die Lichtleitfaser eintreten, dass sich am Ausgang der Lichtleitfaser eine Laserstrahlung mit einem M-Profil ergibt. Auf diese Weise entsteht im Querschnitt der Laserstrahlung insbesondere mittig ein Bereich geringerer Intensität oder ein Loch. Dieser Bereich geringerer Intensität oder dieses Loch kann auf die Eintrittsfläche einer Lichtleitfaser übertragen werden. Dadurch ergibt sich am Ausgang der Lichtleitfaser eine Laserstrahlung mit M-Profil und guter Strahlqualität.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Separiermittel mindestens ein Substrat umfassen, das zumindest teilweise transparent ist und eine Eintrittsfläche sowie eine Austrittsfläche für die Laserstrahlung aufweist, wobei auf der Eintrittsfläche und/oder der Austrittsfläche das mindestens eine Linsenarray angeordnet ist.
Bei einer einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mindestens eine Linsenarray konkave Linsen aufweist und auf der Austrittsfläche des mindestens einen Substrats angeordnet ist und dass auf der Eintrittsfläche des mindestens einen Substrats eine einzelne konvexe Linse vorgesehen ist. Mit dieser Ausführungsform kann beispielsweise die Laserstrahlung eines Laserdiodenbarrens in eine Lichtleichtfaser eingebracht werden, wobei dann am Ausgang der Lichtleitfaser Laserstrahlung mit einem M-Profil austritt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Separiermittel mindestens ein erstes Linsenarray und mindestens ein zweites Linsenarray mit jeweils mindestens zwei Linsen umfassen, wobei auf der Eintrittsfläche des mindestens einen Substrats das mindestens eine erste Linsenarray und auf der Austrittsfläche des mindestens einen Substrats das mindestens eine zweite Linsenarray angeordnet ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere geeignet, wenn die Laserstrahlung einer Mehrzahl von Laserdiodenbarren umgewandelt werden soll.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass durch die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche des mindestens einen Substrats ein Galilei-Teleskop beziehungsweise eine Mehrzahl von Galilei-Teleskopen gebildet wird. Dadurch kann erreicht werden, dass bei entsprechend gewählter Verkleinerung des Teleskops eine Mehrzahl von Teilstrahlen erzeugt werden, die die Divergenz der eintretenden Laserstrahlung beibehalten.
Es kann vorgesehen sein, dass die Linsen des mindestens einen Linsenarrays Zylinderlinsen sind.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Eintrittsfläche und/oder die Austrittsfläche mindestens zwei unterschiedliche Segmente aufweisen, wobei die Zylinderachsen der Linsen in einem ersten der Segmente unterschiedlich zu den Zylinderachsen der Linsen in einem zweiten der Segmente ausgerichtet sind. Durch die unterschiedlichen Segmente mit unterschiedlichen Ausrichtungen der Zylinderachsen kann eine bessere Auffüllung einer Lichtleitfaser erreicht werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
1 ein Vergleich eines beispielhaften Profils eines Laserstrahls vor und nach dem Hindurchtritt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Intensität in willkürlichen Einheiten gegen den Radius in willkürlichen Einheiten aufgetragen ist;
2 eine beispielhafte Darstellung einer Intensitätsverteilung eines meridionalen Strahls in einer Lichtleitfaser;
3 eine beispielhafte Darstellung einer Intensitätsverteilung eines sagittalen Strahls in einer Lichtleitfaser;
4 eine beispielhafte Darstellung einer Intensitätsverteilung eines anderen sagittalen Strahls in einer Lichtleitfaser;
5 eine dreidimensionale Darstellung eines typischen M-Profils einer Laserstrahls, wobei die Lichtintensität vertikal gegen den Radius in zwei zueinander senkrechten Richtungen aufgetragen ist;
6 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform von Separiermitteln einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
7 schematisch die Aufteilung eines Laserstrahls durch die Separiermittel gemäß 6;
8 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den Separiermitteln gemäß 6;
9 die von der Vorrichtung gemäß 8 auf der Eintrittsfläche einer Lichtleitfaser erzeugte Intensitätsverteilung;
10 die Intensitätsverteilung gemäß 9 nach Hindurchtritt des Laserlichts durch die Lichtleitfaser;
11 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit beispielhaften Strahlengängen;
12 eine schematische Ansicht gemäß dem Pfeil XII in 11;
13 eine 12 entsprechende Ansicht auf eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
14 schematisch die Separierung des Laserstrahls durch die dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
15 ein Detail der in 14 dargestellten Separierung;
16 die Überlagerung der Intensitätsprofile der nach der Separierung auf die Eintrittsfläche der Lichtleitfaser auftreffenden Anteile der Laserstrahlung.
In den Figuren sind gleiche und funktional gleiche Teile, Strahlen oder Pfeile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die durchgezogene Kurve 1 in 1 zeigt ein Beispiel für das Intensitätsprofil von Laserstrahlung, die beispielsweise von einem Laserdiodenbarren ausgeht und mit einer typischen Optik kollimiert wurde. Ein derartiges Intensitätsprofil weist in der Mitte der Laserstrahlung ein Maximum 2 auf, wohingegen die Intensität von der Mitte zu den Rändern hin abfällt.
Die gestrichelte Kurve 3 in 1 zeigt demgegenüber ein Intensitätsprofil, das aus der Laserstrahlung gemäß der durchgezogenen Kurve 1 nach Hindurchtritt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugt werden kann. Das durch die gestrichelte Kurve 3 verdeutlichte Intensitätsprofil ist ein Beispiel für ein M-Profil. Das M-Profil weist in der Mitte des Strahls ein lokales Minimum 4 auf, wohingegen außerhalb der Mitte Maxima 5 der Intensität vorhanden sind. Beispielsweise ist ein derartiges M-Profil rotationssymmetrisch zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls oder der Laserstrahlung.
2 verdeutlicht einen sogenannten meridionalen Strahl beziehungsweise eine sogenannte meridionale Mode in einer Lichtleitfaser. Eine meridionale Mode hat ein deutliches Intensitätsmaximum 6 auf der Längsachse der Lichtleitfaser. Die 3 und 4 zeigen sogenannte sagittale Strahlen beziehungsweise sogenannte sagittale Moden, die im Bereich der Längsachse der Lichtleitfaser jeweils ein Intensitätsminimum 7 aufweisen.
Wenn am Ausgang einer Lichtleitfaser ein Laserstrahl mit einem M-Profil austreten soll, sollten somit der oder die in die Lichtleitfaser eintretenden Strahlen möglichst nur zu sagittalen Moden führen oder eventuelle meridionale Moden in sagittale Moden überführen können. 5 zeigt ein Beispiel eines Laserstrahls mit einem M-Profil am Ausgang einer Lichtleitfaser. Das tiefe lokale Minimum 8 im Zentrum des Laserstrahls ist deutlich ersichtlich.
6 zeigt eine erste Ausführungsform von Separiermitteln 9 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Separiermittel 9 werden durch ein transparentes Substrat 10 gebildet, das eine Eintrittsfläche 11 und eine Austrittsfläche 12 für den Laserstrahl oder die Laserstrahlung aufweist.
Auf der Eintrittsfläche 11 ist eine konvexe Linse 13, insbesondere eine konvexe Zylinderlinse mit sich in die Zeichenebene der 6 hineinerstreckender Zylinderachse ausgebildet. Die Linse 13 ist durch einen Kreisbogen gebildet, dessen Radius durch den Pfeil 14 und dessen Ursprung durch den Punkt 15 angedeutet ist.
Auf der Austrittsfläche 12 ist ein Linsenarray 16 mit zwei konkaven Linsen 17a, 17b, insbesondere zwei konkaven Zylinderlinsen mit sich in die Zeichenebene der 6 hineinerstreckenden Zylinderachsen ausgebildet. Die Linsen 17a, 17b sind jeweils durch einen Kreisbogen gebildet, deren Radien durch die Pfeile 18a, 18b und deren Ursprünge durch die Punkte 19a, 19b angedeutet sind. Die Ursprünge der Kreisbögen zu den Linsen 17a, 17b sind in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse 20 beabstandet zueinander.
Die Tiefe T des Substrats 10 (siehe 6) kann beispielsweise 2,127 mm betragen. Der Radius der konvexen Linse 13 kann beispielsweise 2,0575 mm groß sein. Die Radien der konkaven Linsen 17a, 17b können jeweils 1,097 mm groß sein. Der Abstand zwischen den Ursprüngen der Radien der konkaven Linsen 17a, 17b beträgt 0,2 mm in einer Richtung, die sich in 6 von oben nach unten erstreckt.
7 zeigt, wie Laserstrahlung 21 durch die Separiermittel 9 in zwei Teilstrahlen 22, 23 aufgespalten wird, die sich auseinander bewegen.
Die Separiermittel 9 sind insbesondere für die von einem Laserdiodenbarren ausgehende Laserstrahlung geeignet.
8 zeigt eine mit den Separiermitteln 9 aufgebaute erfindungsgemäße Vorrichtung. Die Vorrichtung kann die Laserstrahlung eines Laserdiodenbarrens 24 in eine Lichtleitfaser 25 einbringen, die beispielsweise 50 mm lang ist. Die Lichtleitfaser 25 kann auch länger oder kürzer sein. Dazu umfasst die Vorrichtung Optikmittel 26, die die beiden aus den Separiermitteln 9 austretenden Teilstrahlen auf die Eintrittsfläche der Lichtleitfaser 25 fokussieren können. Die Optikmittel 26 weisen zueinander gekreuzte, als Fokussiermittel dienende Zylinderlinsen 27, 28, 29 auf. Zusätzlich oder an Stelle dieser als Fokussierlinsen dienenden Zylinderlinsen 27, 28, 29 können als Homogenisatormittel dienende Linsenarrays vorgesehen sein.
8 zeigt dabei den Laserdiodenbarren 24 und eine Optik 30 zur Kollimierung und gegebenenfalls Drehung der von den einzelnen Emittern des Laserdiodenbarrens ausgehenden Laserstrahlung. Eine vergleichbare Optik ist in der EP 1 006 382 A1 beschrieben und wird hiermit durch Bezugnahme zum Teil der vorliegenden Offenbarung gemacht.
Auf die Eintrittsfläche der Lichtleitfaser werden durch die Optikmittel 26 zwei zueinander beabstandete Streifen 31 der Laserstrahlung aufgebracht. Nach Hindurchtritt durch die Lichtleitfaser 25 entsteht am Ausgang der Lichtleitfaser 25 ein Laserstrahl mit einem M-Profil 32, das ersichtlich in der Mitte des Laserstrahls ein Intensitätsminimum 33 aufweist.
Die aus 11 ersichtliche Vorrichtung ist zur Einbringung von Laserlicht, das von mehr als einem Laserdiodenbarren, beispielsweise von fünf oder zehn Laserdiodenbarren ausgeht, in eine Lichtleitfaser geeignet. Die Vorrichtung umfasst Separiermittel 34, die durch ein transparentes Substrat 35 gebildet werden, das eine Eintrittsfläche 36 und eine Austrittsfläche 37 für die Laserstrahlung aufweist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung Optikmittel 38, die insbesondere zur Homogenisierung der Laserstrahlung dienen.
Auf der Eintrittsfläche 36 ist ein erstes Linsenarray 39 mit konkaven Linsen 40, insbesondere konkaven Zylinderlinsen mit sich in die Zeichenebene der 11 hineinerstreckender Zylinderachsen ausgebildet. Auf der Austrittsfläche 37 ist ein zweites Linsenarray 41 mit konvexen Linsen 42, insbesondere konvexen Zylinderlinsen mit sich in die Zeichenebene der 11 hineinerstreckenden Zylinderachsen ausgebildet. Es ist jeweils eine Linse 40 des ersten Linsenarrays 39 gegenüber einer Linse 42 des zweiten Linsenarrays 41 angeordnet.
Die Tiefe T des Substrats 35 (siehe 11) kann beispielsweise etwa 5 mm betragen. Insbesondere kann die Tiefe T des Substrats zwischen der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche durch folgende Gleichung gegeben sein: T = |f₁ – f₂|·n wobei f₁ die Brennweite der Linsen 40 des ersten Linsenarrays 39, f₂ die Brennweite der Linsen 42 des zweiten Linsenarrays 41 und n der Brechungsindex des mindestens einen Substrats 35 ist.
Insgesamt bilden die einzelnen über die Tiefe T des Substrats 35 einander gegenüberliegenden Linsen 40, 42 eine Mehrzahl von Galilei-Teleskopen. Dabei beträgt die Vergrößerung beim Durchgang des Lichts von links nach rechts in 11 etwa zwischen 0,7 und 0,9.
Es findet also eine Verkleinerung des Querschnitts statt, die dazu führt, dass die beispielhaft in 11 eingezeichnete, von links eintretende Laserstrahlung 21 nach dem Hindurchtritt durch die Separiermittel 34 in zwei Teilstrahlen 22, 23 aufgespalten ist.
Die Optikmittel 38 umfassen zwei zueinander beabstandete Substrate 43, 44, auf denen jeweils ein Linsenarray 45, 46 aus Linsen 47, 48, vorzugsweise aus Zylinderlinsen vorgesehen ist. Dabei erstrecken sich die Zylinderachsen der Linsen 47, 48 in die Zeichenebene der 11 hinein. Die Linsenarrays 45, 46 sind in einem Abstand zueinander angeordnet, der gleich der Brennweite der Linsen 48 des Linsenarrays 46 ist. Die Linsenarrays 45, 46 wirken somit in bekannter Weise als Homogenisatormittel.
Am Ausgang der von den Linsenarrays 45, 46 gebildeten Homogenisatormittel soll die Laserstrahlung vergleichsweise dicht gepackt sein, um möglichst viel Helligkeit beispielsweise in eine Lichtleitfaser einbringen zu können. Dazu sollte die Brennweite der Linsen 48 des Linsenarrays 46 kleiner als der Quotient aus dem Pitch (Mittenabstand) der Linsen 40 des ersten Linsenarrays 39 und der Divergenz der eintretenden Laserstrahlung 21 sein.
Beispielsweise kann die Divergenz der eintretenden Laserstrahlung 21 ungefähr gleich 0,01 rad sein. Weiterhin kann der Pitch der Linsen 40 des ersten Linsenarrays 39 etwa gleich 1 mm sein. Dann sollte die Brennweite der Linsen 48 des Linsenarrays 46 ungefähr zwischen 70 mm und 100 mm groß sein.
Der Abstand zwischen dem Substrat 35 und dem Substrat 43 kann etwa gleich dem Doppelten des Pitches sein, also etwa 1 mm bis 3 mm betragen.
Es besteht durchaus die Möglichkeit, dass die Optikmittel 38 hinter den als Homogenisatormitteln dienenden Linsenarrays 45, 46 oder auch an Stelle der als Homogenisatormitteln dienenden Linsenarrays 45, 46 Fokussiermittel aufweisen, wie beispielsweise die als Fokussiermittel dienenden Zylinderlinsen 27, 28, 29 gemäß 8.
Die Eintrittsfläche 36 der Separiermittel 34 kann so aussehen, wie dies in 12 abgebildet ist. Dort ist die einfallende Laserstrahlung 21 durch ein Rechteck angedeutet.
Es besteht aber gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch die Möglichkeit, die Eintritts- und die Austrittsfläche der Separiermittel zu segmentieren, wie dies in 13 abgebildet ist.
13 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Eintrittsfläche 49 und die nicht abgebildete Austrittsfläche der Separiermittel 50 in acht Segmente unterteilt ist. Auf jedem dieser Segmente der Eintrittsfläche 49 und der Austrittsfläche ist jeweils ein Linsenarray 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h von Linsen 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h angeordnet, die vorzugsweise als Zylinderlinsen ausgebildet sind. Dabei können die Linsen 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h der Eintrittsfläche und die nicht abgebildeten Linsen der Austrittsfläche wie diejenigen der 11 ausgebildet und zueinander beabstandet sein.
Die Zylinderachsen benachbarter Linsen 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h schließen dabei jeweils einen Winkel von α = 45° miteinander ein. Durch derart segmentierte Separiermittel 50 lässt sich die Laserstrahlung einer größeren Anzahl von Laserdiodenbarren in ein und die selbe Lichtleitfaser einbringen. Auch in 13 ist die einfallende Laserstrahlung 21 durch ein Rechteck, insbesondere ein Quadrat angedeutet. Die Seiten dieses Quadrats schließen mit den Zylinderachsen der Linsen 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h jeweils einen Winkel von β = 67,5° ein.
Es besteht durchaus die Möglichkeit, mehr oder weniger als acht Segmente vorzusehen. Es besteht auch die Möglichkeit, den Winkel β zwischen den Seiten des Quadrats, das der einfallenden Laserstrahlung 21 entspricht und den Zylinderachsen der Linsen 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h anders vorzusehen. Beispielsweise könnte der Winkel β auch 0° und/oder 45° und/oder 90° sein.
14 verdeutlicht schematisch, wie durch die Segmentierung hinter den Separiermitteln 50 eine Mehrzahl von Teilstrahlen 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h, 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h entstehen. 15 zeigt die von den Linsenarrays 51a eines Segments gebildeten Teilstrahlen 22a, 22b, die auf die Eintrittsfläche 53 einer Lichtleitfaser auftreffen.
16 verdeutlicht die Überlagerung sämtlicher Teilstrahlen 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h, 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h auf der Eintrittsfläche 53 der Lichtleitfaser. Dabei ist außen angedeutet, wie in den einzelnen Teilen 53a, 53b, 53c, 53d, 53e, 53f, 53g, 53h der Eintrittsfläche 53 die Teilstrahlen 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h, 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h zu der Intensitätsverteilung beitragen. Es ist deutlich ersichtlich, dass bereits auf der Eintrittsfläche 53 der Lichtleitfaser eine Intensitätsverteilung entsteht, die einem M-Profil entspricht. Insbesondere ist das Minimum 54 in der Mitte der Eintrittsfläche 53 deutlich ersichtlich.
Nach Hindurchtritt durch die Lichtleitfaser kann dieses M-Profil noch homogener sein.

Claims

Vorrichtung zur Umwandlung von Laserstrahlung (21) in Laserstrahlung mit einem M-Profil, umfassend – Separiermittel (9, 34, 50), die im Betrieb der Vorrichtung die Laserstrahlung (21) in mindestens zwei Teilstrahlen (22; 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h; 23; 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h) separieren, die sich zumindest abschnittsweise oder teilweise in unterschiedliche Richtungen bewegen oder versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die Separiermittel (9, 34, 50) mindestens ein Linsenarray (16; 39; 41; 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h) mit mindestens zwei Linsen (17a, 17b; 40; 42; 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h) umfassen, – eine Lichtleitfaser (25), sowie – Optikmittel (26, 38), die im Betrieb der Vorrichtung die mindestens zwei Teilstrahlen (22; 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h; 23; 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h) in eine Eintrittsfläche (53) der Lichtleitfaser (25) einbringen und/oder die mindestens zwei Teilstrahlen (22; 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h; 23; 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h) in der Eintrittsfläche (53) der Lichtleitfaser (25) zumindest abschnittsweise überlagern, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart gestaltet ist, dass im Betrieb der Vorrichtung die mindestens zwei Teilstrahlen (22; 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h; 23; 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h) zumindest teilweise so in die Lichtleitfaser (25) eintreten, dass sich am Ausgang der Lichtleitfaser (25) eine Laserstrahlung mit einem M-Profil ergibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Separiermittel (9, 34, 50) mindestens ein Substrat (10, 35) umfassen, das zumindest teilweise transparent ist und eine Eintrittsfläche (11, 36, 49) sowie eine Austrittsfläche (12, 37) für die Laserstrahlung (21) aufweist, wobei auf der Eintrittsfläche (11, 36, 49) und/oder der Austrittsfläche (12, 37) das mindestens eine Linsenarray (16; 39; 41; 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – entweder auf der Eintrittsfläche (11) des mindestens einen Substrats (10) das mindestens eine Linsenarray und auf der Austrittsfläche (12) des mindestens einen Substrats (10) eine plane Fläche oder eine einzelne Linse vorgesehen ist, – oder dass auf der Austrittsfläche (12) des mindestens einen Substrats (10) das mindestens eine Linsenarray (16) und auf der Eintrittsfläche (11) des mindestens einen Substrats (10) eine plane Fläche oder eine einzelne Linse (13) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Linsenarray (16) konkave Linsen (17a, 17b) aufweist und auf der Austrittsfläche (12) des mindestens einen Substrats (10) angeordnet ist und dass auf der Eintrittsfläche (11) des mindestens einen Substrats (10) eine einzelne konvexe Linse (13) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Separiermittel (34, 50) mindestens ein erstes Linsenarray (39; 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h) und mindestens ein zweites Linsenarray (41) mit jeweils mindestens zwei Linsen (40; 42; 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h) umfassen, wobei auf der Eintrittsfläche (36, 49) des mindestens einen Substrats das mindestens eine erste Linsenarray (39; 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h) und auf der Austrittsfläche (37) des mindestens einen Substrats (35) das mindestens eine zweite Linsenarray (41) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Linsenarray (39; 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h) konkave Linsen (40; 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h) aufweist und dass das mindestens eine zweite Linsenarray (41) konvexe Linsen (42) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (T) des Substrats (35) zwischen der Eintrittsfläche (36, 49) und der Austrittsfläche (37) durch folgende Gleichung gegeben ist: T = |f₁ – f₂|·n wobei f₁ die Brennweite der Linsen (40; 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h) des mindestens einen ersten Linsenarrays (39; 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h), f₂ die Brennweite der Linsen (42) des mindestens einen zweiten Linsenarrays (41) und n der Brechungsindex des mindestens einen Substrats (35) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Eintrittsfläche (11, 36, 49) und die Austrittsfläche (12, 37) des mindestens einen Substrats (10, 35) ein Galilei-Teleskop beziehungsweise eine Mehrzahl von Galilei-Teleskopen gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen (17a, 17b; 40; 42; 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h) des mindestens einen Linsenarrays (16; 39; 41; 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h) Zylinderlinsen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsfläche (49) und/oder die Austrittsfläche mindestens zwei unterschiedliche Segmente aufweisen, wobei die Zylinderachsen der Linsen (51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h) in einem ersten der Segmente unterschiedlich zu den Zylinderachsen der Linsen (51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h) in einem zweiten der Segmente ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikmittel (38) Homogenisiermittel umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikmittel (26) Fokussiermittel umfassen, die im Betreib der Vorrichtung die mindestens zwei Teilstrahlen (22; 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h; 23; 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h) auf die Eintrittsfläche (53) der Lichtleitfaser (25) ablenken und/oder fokussieren.