DE102016125630A1

DE102016125630A1 - Optische Anordnung und Verfahren zur Beeinflussung der Strahlrichtung mindestens eines Lichtstrahls

Info

Publication number: DE102016125630A1
Application number: DE102016125630.7A
Authority: DE
Inventors: Lars Friedrich; Dirk-Oliver Fehrer; Manuel Kremer
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2036-12-24
Also published as: US20190391460A1; CN110100204B; GB201910448D0; CN110100204A; DE102016125630B4; US11237453B2; GB2573687B; WO2018115397A1; GB2573687A

Abstract

Im Hinblick auf das Erzielen eines flexiblen Wechsels zwischen verschiedenen Beugungsordnungen eines durch ein Volumengitter (1) geführten Lichtstrahls ist eine optische Anordnung mit einem Volumengitter (1) zur Beeinflussung der Strahlrichtung mindestens eines Lichtstrahls (2), dadurch gekennzeichnet, dass in einem Strahlengang vor dem Volumengitter (1) eine Umschalteinrichtung (4) zum Umschalten der Strahlrichtung und/oder Strahllage mindestens eines Lichtstrahls (2) von einer ersten Strahlrichtung und/oder Strahllage, in der der mindestens eine Lichtstrahl (2) nicht unter einem Akzeptanzwinkel des Volumengitters (1) auf das Volumengitter (1) trifft, zu einer zweiten Strahlrichtung und/oder Strahllage, in der der mindestens eine Lichtstrahl (2) unter dem Akzeptanzwinkel auf das Volumengitter (1) trifft, und/oder umgekehrt angeordnet ist. Des Weiteren ist ein Verfahren zur Beeinflussung der Strahlrichtung mindestens eines Lichtstrahls (2), insbesondere unter Verwendung der voranstehenden optischen Anordnung, angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung mit einem Volumengitter zur Beeinflussung der Strahlrichtung und/oder Strahllage mindestens eines Lichtstrahls.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beeinflussung der Strahlrichtung und/oder Strahllage mindestens eines Lichtstrahls.
Optische Anordnungen und Verfahren zur Beeinflussung der Strahlrichtung mindestens eines Lichtstrahls, bei denen ein Volumengitter, beispielsweise ein akustooptischer Deflektor, AOD, zur Beeinflussung der Strahlrichtung mindestens eines Lichtstrahls durch Beugung verwendet wird, sind aus der Praxis bekannt. Beispielsweise können Lichtstrahlen von Lasern derart in einen solchen AOD eingespeist werden, dass der AOD optimal beugt. Dabei werden häufig Lichtstrahlen unterschiedlicher Laser beeinflusst. Bei einem solchen Szenario kann es zu Problemen kommen, wenn mehrere Laser gleichzeitig aktiv sind. An den AOD angelegte Frequenzen wirken auf die einzelnen Lichtstrahlen mit möglicherweise unterschiedlichen Wellenlängen in unterschiedlicher Weise. Hierbei kann üblicherweise nur das gebeugte Licht verwendet werden, wobei eine begrenzte Beugungseffizienz für einige Anwendungen sehr nachteilhaft ist. Des Weiteren ist es bei vielen Anwendungen wünschenswert, unterschiedliche Beugungsordnungen von Lichtstrahlen zu generieren und zwischen diesen unterschiedlichen Beugungsordnungen - bzw. zwischen der Nullten und der Ersten Beugungsordnung - für eine jeweilige Anwendung wählen zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass ein flexibles Wechseln zwischen verschiedenen Beugungsordnungen eines durch das Volumengitter geführten Lichtstrahls mit konstruktiv einfachen Mitteln ermöglicht ist.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine optische Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Danach ist gemäß Anspruch 1 die optische Anordnung derart ausgestaltet und weitergebildet, dass in einem Strahlengang vor dem Volumengitter eine Umschalteinrichtung zum Umschalten der Strahlrichtung und/oder Strahllage mindestens eines Lichtstrahls von einer ersten Strahlrichtung und/oder Strahllage, in der der mindestens eine Lichtstrahl nicht unter einem Akzeptanzwinkel des Volumengitters auf das Volumengitter trifft, zu einer zweiten Strahlrichtung und/oder Strahllage, in der der mindestens eine Lichtstrahl unter dem Akzeptanzwinkel auf das Volumengitter trifft, und/oder umgekehrt angeordnet ist.
Des Weiteren ist danach das Verfahren gemäß Anspruch 10 derart ausgestaltet und weitegebildet, dass ein Umschalten der Strahlrichtung und/oder Strahllage mindestens eines Lichtstrahls von einer ersten Strahlrichtung und/oder Strahllage, in der der mindestens eine Lichtstrahl nicht unter einem Akzeptanzwinkel des Volumengitters auf das Volumengitter trifft, zu einer zweiten Strahlrichtung und/oder Strahllage, in der der mindestens eine Lichtstrahl unter dem Akzeptanzwinkel auf das Volumengitter trifft, und/oder umgekehrt mittels einer in einem Strahlengang vor dem Volumengitter angeordneten Umschalteinrichtung erfolgt.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass durch geschickte Strahlführung des mindestens einen Lichtstrahls vor dem Volumengitter die voranstehende Aufgabe auf überraschend einfache Weise gelöst wird. In weiter erfindungsgemäßer Weise ist dann erkannt worden, dass diese Strahlführung in besonders effektiver Weise durch eine Umschalteinrichtung realisiert werden kann, die ein Umschalten der Strahlrichtung und/oder Strahllage des mindestens einen Lichtstrahls zwischen zwei Strahlrichtungen und/oder Strahllagen bewerkstelligen kann. Dabei ist die erste Strahlrichtung und/oder Strahllage dadurch charakterisiert, dass der mindestens eine Lichtstrahl in dieser ersten Strahlrichtung und/oder Strahllage nicht unter einem Akzeptanzwinkel des Volumengitters auf das Volumengitter trifft, wohingegen die zweite Strahlrichtung und/oder Strahllage dadurch charakterisiert ist, dass der mindestens eine Lichtstrahl in dieser zweiten Strahlrichtung und/oder Strahllage unter dem Akzeptanzwinkel auf das Volumengitter trifft. Wenn hierbei davon die Rede ist, dass der Lichtstrahl „unter dem Akzeptanzwinkel“ auf das Volumengitter trifft bedeutet dies, dass sich der Lichtstrahl im Wesentlichen in einem Winkelbereich befindet, der zu einer Beugung des Lichtstrahls durch das Volumengitter führt. Befindet sich der Lichtstrahl nicht unter dem Akzeptanzwinkel bedeutet dies, dass sich der Lichtstrahl außerhalb dieses Winkelbereichs befindet. Trifft der Lichtstrahl nicht unter einem Akzeptanzwinkel auf das Volumengitter, so findet keine Beugung des Lichtstrahls durch das Volumengitter statt. Die Umschalteinrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass ein flexibles Umschalten von der ersten zur zweiten Strahlrichtung und/oder Strahllage und/oder von der zweiten zur ersten Strahlrichtung und/oder Strahllage erfolgen kann. Ein Benutzer hat folglich die Wahl, ob das Volumengitter als quasi passives oder aktives Element - ohne Beugung oder mit Beugung des Lichtstrahls - verwendet wird. Der Umschaltvorgang mittels der Umschalteinrichtung erzeugt einen diskontinuierlichen Wechsel zwischen zwei unterschiedlichen Betriebszuständen, quasi mit einem Sprung zwischen diesen Betriebszuständen mit und ohne Beugung des Lichtstrahls.
Folglich sind mit der erfindungsgemäßen optischen Anordnung und dem erfindungsgemäßen Verfahren eine optische Anordnung und ein Verfahren der eingangs genannten Art angegeben, mit denen ein flexibles Wechseln zwischen verschiedenen Beugungsordnungen eines durch das Volumengitter geführten Lichtstrahls mit konstruktiv einfachen Mitteln, nämlich durch lediglich der Integration oder Verwendung einer geeigneten Umschalteinrichtung zum Umschalten der Strahlrichtung und/oder Strahllage mindestens eines Lichtstrahls, ermöglicht ist.
In konstruktiv besonders einfacher Weise kann die Umschalteinrichtung oder das Umschalten der Strahlrichtung und/oder Strahllage des mindestens einen Lichtstrahls durch eine Justiereinheit zur Vorgabe und Einstellung der ersten Strahlrichtung des mindestens einen Lichtstrahls aktivierbar sein. Eine solche Justiereinheit ist zunächst einmal zur sicheren Führung des mindestens einen Lichtstrahls in der optischen Anordnung bereitgestellt, so dass der mindestens eine Lichtstrahl in geeigneter Weise zu dem Volumengitter geführt wird. Durch geeignete Betätigung der Justiereinheit kann der mindestens eine Lichtstrahl hinsichtlich seiner ersten Strahlrichtung derart - häufig nur geringfügig - beeinflusst werden, dass er die Umschalteinrichtung derart trifft, dass das Umschalten erfolgt. Dabei muss in besonders vorteilhafter Weise zur Aktivierung der Umschalteinrichtung nur ein Bauteil - die Justiereinheit - bewegt oder aktiviert werden.
Dabei kann in weiter vorteilhafter Weise die Umschalteinrichtung zur Vergrößerung des Einstellbereichs der Justiereinheit ausgebildet sein. Mit anderen Worten wird der Effekt der Verstellung der Strahlrichtung durch eine Bewegung oder Betätigung der Justiereinheit mittels der Umschalteinrichtung verstärkt oder überlagernd verändert.
Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel kann die Justiereinheit einen Spiegel, eine Linse oder einen beweglichen Faserausgang aufweisen. Ein Spiegel einer Justiereinheit könnte in besonders einfacher Weise einen von einer Lichtquelle erzeugten Lichtstrahl aus einer ersten Strahlrichtung, in der der Lichtstrahl auf das Volumengitter trifft, auf einen Spiegel der Umschalteinrichtung leiten, so dass der Lichtstrahl mit ggf. einer weiteren Reflexion an einem weiteren Spiegel unter dem Akzeptanzwinkel in einer zweiten Strahlrichtung auf das Volumengitter trifft. Hierdurch ist ein besonders einfaches Umschalten zwischen der ersten Strahlrichtung und der zweiten Strahlrichtung und/oder umgekehrt möglich, wobei das Umschalten durch ein Bewegen eines Spiegels der Justiereinheit aktivierbar ist. Ein Verändern der Strahlrichtung des mindestens einen Lichtstrahls zur Aktivierung eines Umschaltens kann jedoch auch durch eine Linse oder einen beweglichen Faserausgang bewerkstelligt werden.
Grundsätzlich kann die Justiereinheit in vorteilhafter Weise motorisiert sein, so dass ein Umschalten motorisch erfolgen kann. Die erforderlichen Positionen für die beiden Schaltzustände oder Betriebszustände oder Strahlrichtungen können als Kalibrierwerte in einem Speicher einer elektronischen Steuerung oder in einem Rechner hinterlegt werden.
Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die Umschalteinrichtung oder das Umschalten der Strahlrichtung und/oder Strahllage des mindestens einen Lichtstrahls durch eine Einrichtung zur Veränderung der Polarisation des mindestens einen Lichtstrahls, vorzugsweise eine λ/2-Platte, oder durch eine Veränderung der Wellenlänge des mindestens einen Lichtstrahls aktivierbar sein. Mittels einer Einrichtung zur Veränderung der Polarisation des mindestens einen Lichtstrahls kann ein von einer Lichtquelle ausgehender Lichtstrahl derart in seiner Polarisation verändert werden, dass ein entsprechendes Bauteil der Umschalteinrichtung, beispielsweise ein Polarisationsstrahlteiler, den Lichtstrahl entweder in seiner ersten Strahlrichtung belässt oder - nach veränderter Polarisation - ein Umleiten des Lichtstrahls in einer Art und Weise bewirkt, dass der Lichtstrahl in der zweiten Strahlrichtung auf das Volumengitter trifft.
Alternativ hierzu kann durch eine Veränderung der Wellenlänge des mindestens einen Lichtstrahls eine Aktivierung der Umschalteinrichtung erfolgen, wobei hierzu ein Zusammenwirken mit beispielsweise einem dichroitischen Strahlteiler der Umschalteinrichtung eine geeignete Veränderung der Strahlrichtung des Lichtstrahls von der ersten Strahlrichtung zu der zweiten Strahlrichtung bewirken kann.
Sowohl die Einrichtung zur Veränderung der Polarisation des mindestens einen Lichtstrahls als auch ein Verändern der Wellenlänge des mindestens einen Lichtstrahls kann motorisiert erfolgen, wobei beispielsweise eine λ/2-Platte zur Veränderung der Polarisation des mindestens einen Lichtstrahls in geeigneter Weise motorisch verschwenkt werden kann. Auch in diesen Fällen der Verwendung einer Einrichtung zur Veränderung der Polarisation des mindestens einen Lichtstrahls oder des Veränderns der Wellenlänge des mindestens einen Lichtstrahls können geeignete Kalibrierwerte für die beiden Schaltzustände oder Betriebszustände oder Strahlrichtungen in einem Speicher einer elektronischen Schaltung oder eines Rechners hinterlegt werden.
Im Hinblick auf eine besonders effiziente Umschalteinrichtung mit einem besonders einfachen Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Strahlrichtung und/oder umgekehrt kann die Umschalteinrichtung mindestens einen und vorzugsweise zwei Spiegel, einen Polarisationsstrahlteiler und/oder einen dichroitischen Strahlteiler aufweisen. Insbesondere bei einer Aktivierung der Umschalteinrichtung durch eine Justiereinheit, durch eine Einrichtung zur Veränderung der Polarisation des mindestens einen Lichtstrahls oder durch Veränderung der Wellenlänge des mindestens einen Lichtstrahls ergeben diese Bauelemente jeweils eine besonders effektive und gleichzeitig einfache optische Anordnung.
Je nach Anwendungsfall kann im Strahlengang vor dem Volumengitter und vorzugsweise zwischen der Umschalteinrichtung und dem Volumengitter eine Einrichtung zur Veränderung der Polarisation eines Lichtstrahls angeordnet sein. Hierdurch ist eine weitere einfache -je nach Anwendungsfall - erforderliche Beeinflussung des Lichtstrahls vor dem Durchlaufen des Volumengitters bereitgestellt. In besonders einfacher Weise kann die Einrichtung zur Veränderung der Polarisation eine λ/2-Platte aufweisen.
Zur Realisierung einer besonders einfachen und kompakten optischen Anordnung kann im Strahlengang vor dem Volumengitter ein Strahlvereiniger für mindestens zwei Lichtstrahlen angeordnet sein. Ein derartiger Strahlvereiniger kann durch einen dichroitischen oder polarisierenden Strahlteiler gebildet sein. Derartige Strahlteiler existieren in unterschiedlichen Ausführungsformen, so dass eine individuelle Anpassung an unterschiedliche Anwendungsfälle ermöglicht ist.
Bei einer weiteren konkreten und besonders einfachen Ausführung der optischen Anordnung kann das Volumengitter ein akustooptischer Deflektor, AOD, akustooptischer Modulator, AOM, Acousto-Optical Tunable Filter, AOTF, oder ein nicht akustooptisches Element sein. Die genannten akustooptischen Bauelemente beugen Licht in eine oder mehrere erste Beugungsordnungen entsprechend aufgeprägter akustischer Frequenzen. Grundsätzlich können mindestens zwei Lichtstrahlen durch das Volumengitter geführt sein.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

1 in einer schematischen Darstellung eine optische Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 in einer schematischen Darstellung die optische Anordnung aus 1, wobei ein Lichtstrahl in die zweite Strahlrichtung umgeschaltet ist,
3 in einer schematischen Darstellung eine optische Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 in einer schematischen Darstellung die optische Anordnung aus 3, wobei ein Lichtstrahl in die zweite Strahlrichtung umgeschaltet ist,
5 in einer schematischen Darstellung eine optische Anordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
6 in einer schematischen Darstellung die optische Anordnung aus 5, wobei ein Lichtstrahl in die zweite Strahlrichtung umgeschaltet ist.

Die 1 und 2 zeigen in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer optischen Anordnung gemäß der Erfindung. Die optische Anordnung weist ein als AOD ausgebildetes Volumengitter 1 zur Beeinflussung der Strahlrichtung von zwei Lichtstrahlen 2, 3 auf. Dabei sind die Lichtstrahlen 2 und 3 durch das Volumengitter 1 geführt. Bei allen hier beschriebenen und auch anderen Ausführungsbeispielen können mindestens zwei Lichtstrahlen 2, 3 durch das Volumengitter 1 geführt sein. Im Hinblick auf ein flexibles Wechseln zwischen verschiedenen Beugungsordnungen eines durch das Volumengitter 1 geführten Lichtstrahls 2 ist in einem Strahlengang vor dem Volumengitter 1 eine Umschaltrichtung 4 zum Umschalten der Strahlrichtung des Lichtstrahls 2 von einer ersten Strahlrichtung, in der der Lichtstrahl 2 nicht unter einem Akzeptanzwinkel des Volumengitters 1 auf das Volumengitter 1 trifft, zu einer zweiten Strahlrichtung, in der der Lichtstrahl 2 unter dem Akzeptanzwinkel auf das Volumengitter 1 trifft, und umgekehrt angeordnet. Es kann also beliebig zwischen den beiden Strahlrichtungen hin- und hergeschaltet werden, um unterschiedlichen Anwendungsfällen gerecht zu werden.
Die Umschalteinrichtung 4 oder das Umschalten der Strahlrichtung des Lichtstrahls 2 ist durch eine Justiereinheit 5 aktivierbar, die zur Vorgabe und Einstellung der ersten Strahlrichtung des Lichtstrahls 2 vorgesehen ist. Die Justiereinheit 5 weist einen Spiegel 6 auf, mit dem die Strahlrichtung des Lichtstrahls 2 justiert werden kann. In entsprechender Weise ist ein Spiegel 7 zur Justierung der Strahlrichtung des Lichtstrahls 3 vorgesehen.
Die Umschalteinrichtung 4 weist zwei Spiegel 8, 9 auf, die den Lichtstrahl 2 nach einem Schwenken des Lichtstrahls 2 aus seiner ersten Strahlrichtung gemäß 1 mittels des Spiegels 6 auf den Spiegel 8 nach einer weiteren Reflexion am Spiegel 9 in seine zweite Strahlrichtung lenken, in der der Lichtstrahl 2 unter dem Akzeptanzwinkel auf das Volumengitter 1 trifft. Dieser zweite Betriebszustand ist in 2 gezeigt.
Während des Umschaltens verbleibt der Lichtstrahl 3 in seiner ursprünglichen Richtung, wobei der Lichtstrahl 3 von einem ersten Laser erzeugt wird und mittels des Spiegels 7 auf einen Strahlvereiniger 10 gelenkt und dann unter einem Winkel α₁ zu einer optischen Achse 11 auf das Volumengitter 1 trifft. Dieser Winkel α₁ bleibt während der Umschaltung mittels der Umschalteinrichtung 4 unverändert.
Der von einem zweiten Laser erzeugte Lichtstrahl 2 trifft im ersten Betriebszustand, in dem der Lichtstrahl 2 nicht unter dem Akzeptanzwinkel auf das Volumengitter 1 trifft, mit einem Winkel α₂ zur optischen Achse 11 auf das Volumengitter 1. Im in 2 dargestellten zweiten Betriebszustand trifft der Lichtstrahl 2 nach dem Umschaltvorgang unter einem Winkel β₂ zur optischen Achse 11 auf das Volumengitter 1. Dieser Winkel β₂ kann beispielsweise vier bis fünf Grad betragen.
Das als AOD ausgebildete Volumengitter 1 bewirkt gemäß 2 eine Beugung des Lichtstrahls 2 entsprechend der aufgeprägten Frequenzen f₁, f₂, ..., f_n. Dabei zeigen eine gepunktete Pfeillinie die 0-te Beugungsordnung und die durchgezogenen Pfeillinien Beugungen erster Ordnung entsprechend den jeweils unterschiedlichen Frequenzen, mit denen das Volumengitter 1 beaufschlagt wird. Der ungebeugte Lichtstrahl 3 verläuft nach dem Durchgang durch das Volumengitter 1 parallel zur optischen Achse 11.
Zwischen dem Spiegel 9 und dem Volumengitter 1 könnte noch eine Einrichtung zur Veränderung der Polarisation eines Lichtstrahls, beispielsweise eine λ/2-Platte angeordnet sein, um die Polarisation des Lichtstrahls 2 vor seinem Eintritt in das Volumengitter 1 zu verändern.
Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung - und auch bei den in den 3 bis 6 gezeigten zweiten und dritten Ausführungsbeispielen - werden mehrere Laserstrahlengänge durch Strahlvereiniger 10 zusammengeführt. Die Zusammenführung kann durch dichroitische oder polarisierende Strahlteiler erfolgen.
Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden zwei Lichtstrahlen 2 und 3 mit Wellenlängen λ1 und λ2 durch einen als dichroitischen Strahlteiler ausgebildeten Strahlvereiniger 10 zusammengeführt.
Im gemeinsamen Strahlengang befindet sich ein als AOD ausgebildetes Volumengitter 1. Der AOD weist einen Akzeptanzwinkel auf, der möglicherweise wellenlängenabhängig ist. Wenn Licht im Akzeptanzwinkel auf den AOD trifft, beugt er das Licht in eine oder mehrere erste Beugungsordnungen, entsprechend der aufgeprägten akustischen Frequenzen f₁, f₂, ..., f_n.
Ein grundsätzliches Ziel der optischen Anordnung besteht darin, dass der gemeinsame Strahlengang nach dem AOD entlang der optischen Achse 11 verläuft. Dazu werden Justiereinheiten 5 benutzt, die in den getrennten Strahlengängen stehen. Diese Justierung wird zunächst so vorgenommen, dass die Strahlenbündel nicht im Akzeptanzwinkel auf den AOD treffen und diesen ungebeugt passieren.
In 1 werden die Spiegel 6 und 7 so justiert, dass die Lichtstrahlen 2 und 3 die Winkel α₁ und α₂ zur optischen Achse 11 aufweisen, wenn sie den AOD treffen, so dass die transmittierten Lichtstrahlen 2 und 3 den AOD parallel und auf der optischen Achse 11 verlassen. Die Justiereinheiten können auch bewegliche Linsen, bewegliche Faserausgänge oder ähnliches sein.
Soll nun der AOD benutzt werden, um den Winkel eines der Lichtstrahlen 2, 3 zu beeinflussen, so muss dieser Lichtstrahl 2, 3 oder dieses Strahlenbündel des Lichtstrahls 2, 3 den AOD unter dem Akzeptanzwinkel, d.h. üblicherweise in einem Akzeptanzwinkelbereich, treffen. Dazu wird eine der genannten Justiereinheiten 5 benutzt, und zwar diejenige, die sich in dem Strahlengang des gewünschten Lichtstrahls 2, 3 befindet.
Gemäß 2 wird der Spiegel 6 so justiert, dass das zugehörige Strahlenbündel oder der zugehörige Lichtstrahl 2 den AOD unter dem Akzeptanzwinkel trifft. Dabei weist der Lichtstrahl 2 den Winkel β₂ zur optischen Achse 11 auf. Jetzt kann das Strahlenbündel durch den AOD gebeugt werden, wenn diesem eine oder mehrere Frequenzen f₁, f₂, ..., f_n aufgeprägt werden. Der andere Lichtstrahl 3 wird von dem AOD weiterhin nicht gebeugt, da er nicht unter dem Akzeptanzwinkel auf den AOD trifft.
Zwischen dem Akzeptanzwinkel und dem Winkel, unter dem man den AOD treffen muss, damit das ungebeugte Licht entlang der optischen Achse 11 austritt, liegt eine vorgegebene Winkeldifferenz. Diese Winkeldifferenz führt beim Umschalten zu einem Strahlversatz im Strahlengang des jeweiligen Lasers, der umgeschaltet wird. Je nach Größe der Winkeldifferenz und den geometrischen Abständen kann dieser Strahlversatz so groß werden, dass der Strahlvereiniger 10 oder andere Elemente in den Strahlgängen mit sehr großen Durchmessern ausgelegt werden müssen. Dies kann erfindungsgemäß dadurch umgangen werden, dass im gemeinsamen Strahlengang eine Anordnung von Spiegeln 8 und 9 vorgesehen wird, die den Effekt der Verstellung durch die Justiereinheit 5 verstärken oder überlagern.
Gemäß 2 sind die beiden Spiegel 8 und 9 für diesen Zweck vorgesehen. Wird der Spiegel 6 so bewegt, dass das Licht vom zweiten Laser den Spiegel 8 trifft, nimmt das Licht einen anderen Weg als in 1 und trifft der Lichtstrahl 2 den AOD unter dem Akzeptanzwinkel.
Auf diese Weise kann jeder Strahlengang individuell umgeschaltet werden, ohne dass die Strahlengänge jeweils einen besonders großen Strahlversatz aufnehmen müssen. Außerdem muss zur Umschaltung nur ein Bauteil pro Strahlengang, hier der Spiegel 6, bewegt werden. Die optische Anordnung lässt sich bei geeigneter Ausbildung auch für mehr als zwei Laser oder Lichtquellen verwenden.
Die 3 und 4 zeigen in schematischen Darstellungen ein zweites Ausführungsbeispiel einer optischen Anordnung gemäß der Erfindung und die 5 und 6 zeigen in schematischen Darstellungen ein drittes Ausführungsbeispiel einer optischen Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Dabei entsprechen die zweiten und dritten Ausführungsbeispiele in ihrem grundsätzlichen Aufbau dem ersten Ausführungsbeispiel. Allerdings sind die jeweiligen Umschalteinrichtungen 4 unterschiedlich ausgebildet und werden die Umschalteinrichtungen 4 oder das Umschalten der Strahlrichtungen nicht durch die Justiereinheit 5 aktiviert.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 3 und 4 zeigt 3 - entsprechend 1 - den ersten Betriebszustand und 4 - entsprechend 2 - den zweiten Betriebszustand der optischen Anordnung. Gemäß den 3 und 4 ist zwischen dem zweiten Laser und dem Spiegel 6 der Justiereinheit 5 eine Einrichtung zur Veränderung der Polarisation des Lichtstrahls 2 in Form einer λ/2-Platte 12 angeordnet. Mit dieser λ/2-Platte 12 wird die Polarisation des Lichtstrahls 2 zur Aktivierung des Umschaltvorgangs oder der Umschalteinrichtung 4 um 90 Grad gedreht. Nach der Reflexion am Spiegel 6 durchläuft der Lichtstrahl 2 den Strahlvereiniger 10 ohne Veränderung und gelangt dann auf einen Polarisationsstrahlteiler 13, der den Lichtstrahl 2 je nach Polarisationsrichtung entweder gemäß 3 durchlässt oder gemäß 4 auf den Spiegel 9 reflektiert. Je nach Stellung der λ/2-Platte 12 ergibt sich also die Situation gemäß 3 oder die Situation gemäß 4 und damit ein Umschalten der Strahlrichtung des Lichtstrahls 2 von einer ersten Strahlrichtung zu einer zweiten Strahlrichtung, wobei der Lichtstrahl 2 in der zweiten Strahlrichtung unter dem Akzeptanzwinkel auf das Volumengitter 1 bzw. den AOD trifft. Außer der Ausgestaltung der Umschalteinrichtung 4 und des zusätzlichen Vorsehens der λ/2-Platte 12 entspricht das in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2. Insoweit wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Figurenbeschreibung zu den 1 und 2 verwiesen. Grundsätzlich kann eine Umschaltung (in diesem Beispiel durch die λ/2-Platte realisiert) in jedem der vorhandenen Strahlen angeordnet sein.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß den 5 und 6 ist die Umschalteinrichtung 4 derart ausgebildet, dass anstelle des Spiegels 8 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein dichroitischer Strahlteiler 14 oder Farbfilter auf der optischen Achse 11 der optischen Anordnung angeordnet ist. Das Umschalten zwischen den beiden Betriebszuständen gemäß den 5 und 6 erfolgt durch eine geeignete Veränderung der Wellenlänge des Lichtstrahls 2 von einer Wellenlänge λ₂ zu einer Wellenlänge λ₃. Die Wellenlängen λ₂ und λ₃ müssen dabei derart auf den Strahlteiler 14 oder umgekehrt abgestimmt sein, dass bei der Wellenlänge λ₂ der Lichtstrahl 2 durch den Strahlteiler 14 hindurch läuft und bei der Wellenlänge λ₃ der Lichtstrahl 2 durch den Strahlteiler 14 auf den Spiegel 9 reflektiert wird, so dass der Lichtstrahl 2 letztendlich unter dem Akzeptanzwinkel - hier Winkel β₂ zur optischen Achse 11 - auf das Volumengitter 1 trifft. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist es denkbar, dass alle vorhandenen Strahlen zwischen dem passiven und dem aktiven Zustand umgeschaltet werden können.
Ansonsten entspricht auch das dritte Ausführungsbeispiel gemäß den 5 und 6 dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen hinsichtlich der weiteren Bauteile der optischen Anordnung auf die Figurenbeschreibung zu den 1 und 2 verwiesen werden darf.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen optischen Anordnung und des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
Bezugszeichenliste

1: Volumengitter
2: Lichtstrahl
3: Lichtstrahl
4: Umschalteinrichtung
5: Justiereinheit
6: Spiegel
7: Spiegel
8: Spiegel
9: Spiegel
10: Strahlvereiniger
11: Optische Achse
12: λ/2-Platte
13: Polarisationsstrahlteiler
14: Dichroitischer Strahlteiler

Claims

Optische Anordnung mit einem Volumengitter (1) zur Beeinflussung der Strahlrichtung mindestens eines Lichtstrahls (2), dadurch gekennzeichnet, dass in einem Strahlengang vor dem Volumengitter (1) eine Umschalteinrichtung (4) zum Umschalten der Strahlrichtung und/oder Strahllage mindestens eines Lichtstrahls (2) von einer ersten Strahlrichtung und/oder Strahllage, in der der mindestens eine Lichtstrahl (2) nicht unter einem Akzeptanzwinkel des Volumengitters (1) auf das Volumengitter (1) trifft, zu einer zweiten Strahlrichtung und/oder Strahllage, in der der mindestens eine Lichtstrahl (2) unter dem Akzeptanzwinkel auf das Volumengitter (1) trifft, und/oder umgekehrt angeordnet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (4) oder das Umschalten der Strahlrichtung und/oder Strahllage des mindestens einen Lichtstrahls (2) durch eine Justiereinheit (5) zur Vorgabe und Einstellung der ersten Strahlrichtung des mindestens einen Lichtstrahls (2) aktivierbar ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (4) zur Vergrößerung des Einstellbereichs der Justiereinheit (5) ausgebildet ist.
Optische Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Justiereinheit (5) einen Spiegel (6), eine Linse oder einen beweglichen Faserausgang aufweist.
Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (4) oder das Umschalten der Strahlrichtung und/oder Strahllage des mindestens einen Lichtstrahls (2) durch eine Einrichtung zur Veränderung der Polarisation des mindestens einen Lichtstrahls (2), vorzugsweise eine λ/2-Platte (12), oder durch eine Veränderung der Wellenlänge des mindestens einen Lichtstrahls (2) aktivierbar ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (4) mindestens einen und vorzugsweise zwei Spiegel (8, 9), einen Polarisationsstrahlteiler (13) und/oder einen dichroitischen Strahlteiler (14) aufweist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang vor dem Volumengitter (1) und vorzugsweise zwischen der Umschalteinrichtung (4) und dem Volumengitter (1) eine Einrichtung zur Veränderung der Polarisation eines Lichtstrahls angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Einrichtung zur Veränderung der Polarisation eine λ/2-Platte (12) aufweist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang vor dem Volumengitter (1) ein Strahlvereiniger (10), vorzugsweise ein dichroitischer oder polarisierender Strahlteiler, für mindestens zwei Lichtstrahlen (2, 3) angeordnet ist.
Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumengitter (1) ein akustooptischer Deflektor, AOD, akustooptischer Modulator, AOM, Acousto-Optical Tunable Filter, AOTF, oder ein nicht akustooptisches Element ist.
Verfahren zur Beeinflussung der Strahlrichtung mindestens eines Lichtstrahls (2), insbesondere unter Verwendung einer optischen Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umschalten der Strahlrichtung und/oder Strahllage mindestens eines Lichtstrahls (2) von einer ersten Strahlrichtung und/oder Strahllage, in der der mindestens eine Lichtstrahl (2) nicht unter einem Akzeptanzwinkel des Volumengitters (1) auf das Volumengitter (1) trifft, zu einer zweiten Strahlrichtung und/oder Strahllage, in der der mindestens eine Lichtstrahl (2) unter dem Akzeptanzwinkel auf das Volumengitter (1) trifft, und/oder umgekehrt mittels einer in einem Strahlengang vor dem Volumengitter (1) angeordneten Umschalteinrichtung (4) erfolgt.