DE102017010698B4 - Arrangements for shaping pulsed laser beams - Google Patents

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Abstract

Optische Anordnung zur Formung von einem zweidimensionalen Strahl, der sich in der z-Richtung ausbreitet, dadurch gekennzeichnet, dass eine polarisationsändernden Optik (7) zur Aufteilung des Strahls in der xz-Ebene in zwei Teilstrahlen mit senkrecht zueinanderstehenden Polarisationen verwendet wird, und einen Strahlversetzer (61) verwendet wird, mit dem die beiden Teilstrahlen mit senkrecht zueinanderstehenden Polarisationen überlagert werden, und eine Optik (8) mit mindestens zwei Zonen unterschiedlicher Dicke bzw. unterschiedlicher Brechungsindizes verwendet wird, die den Strahl in der yz-Ebene in mindestens zwei Teilstrahlen unterschiedlicher optischer Wege aufteilt, und eine Abbildungseinheit verwendet wird, die die Teilstrahlen unterschiedlicher optischer Wege jeweils so abbildet, dass die Querschnitte der Teilstrahlen sich in einer gemeinsamen Ebene überlagern, wobei die durch die unterschiedlichen optischen Wege entstandenen relativen Zeitverzögerungen von Teilstrahlen gleich wie oder größer als die Kohärenzlänge des Strahls werden, so dass die Intensitätsverteilung des überlagerten Strahles die Summe der Intensitätsverteilung der Teilstrahlen gleicht.Optical arrangement for forming a two-dimensional beam that propagates in the z-direction, characterized in that polarization-changing optics (7) are used to split the beam in the xz-plane into two partial beams with mutually perpendicular polarizations, and a beam displacer (61) is used, with which the two partial beams with mutually perpendicular polarizations are superimposed, and optics (8) with at least two zones of different thickness or different refractive indices are used, which the beam in the yz plane in at least two partial beams of different optical paths, and an imaging unit is used which images the partial beams of different optical paths in such a way that the cross-sections of the partial beams overlap in a common plane, the relative time delays of partial beams resulting from the different optical paths being equal to w ie or greater than the coherence length of the beam, so that the intensity distribution of the superimposed beam equals the sum of the intensity distribution of the partial beams.

Description

Stand der TechnikState of the art

Laser gewinnen immer mehr an Bedeutung in der Materialbearbeitung. In vielen Fällen haben die Laser rotationssymmetrische Verstärkungsvolumen, so dass die meisten Laserstrahlen einen runden Strahlquerschnitt aufweisen. Für flächige Bearbeitung, wie Abtragen und Markierung ist ein runder Strahlquerschnitt ineffektiv für eine Flächenfüllung. Um eine flächige Bearbeitung zu ermöglichen sind oft hochprozentige Überlappungen der Bearbeitungszonen erforderlich.Lasers are becoming increasingly important in material processing. In many cases, the lasers have rotationally symmetrical amplification volumes, so that most laser beams have a round beam cross section. For flat machining, such as ablation and marking, a round beam cross-section is ineffective for surface filling. In order to enable flat machining, high-percentage overlaps of the machining zones are often required.

Darüber hinaus ist das Intensitätsprofil von Strahlen hoher Qualität gaußförmig. Aufgrund des Schwellverhaltens unterschiedlicher Prozesse trägt die Energie/Leistung unterhalb der Schwellintensität nicht zu den Prozessen bei und stellt einen Verlust dar. Darüber hinaus tragen die Energiegehalte über der Schwellintensität auch nicht zum Abtrag bei. Im Gegenteil, Intensitäten oberhalb der Schwellintensität können zur Beschädigung von Bauteil führen. Der optimale Strahlquerschnitt in Bezug auf die Flächenfüllung ist rechteckig bzw. quadratisch. Optimale Intensitätsverteilung in Bezug auf effektive Nutzung von Laserenergie/-Ieistung ist eine Top-Hat-Verteilung.In addition, the intensity profile of high quality rays is Gaussian. Due to the swelling behavior of different processes, the energy / power below the threshold intensity does not contribute to the processes and represents a loss. In addition, the energy contents above the threshold intensity do not contribute to the removal either. On the contrary, intensities above the threshold intensity can lead to component damage. The optimal beam cross-section in relation to the area filling is rectangular or square. Optimal intensity distribution with regard to effective use of laser energy / power is a top hat distribution.

Zur Generierung von Top-Hat Intensitätsverteilung gibt es unterschiedliche optische Anordnungen. Zu einem wird oft Integrator wie Leichtwellenleiter mit einem runden oder rechteckigen Querschnitt verwendet. Zu anderen wird zur Homogenisierung der Intensität Mikrolinsenarray verwendet. Ein Nachteil der Anordnungen ist den starken Verlust der Strahlqualität nach der Strahlformung.There are different optical arrangements for generating top-hat intensity distribution. An integrator such as a light waveguide with a round or rectangular cross section is often used for one. Others use microlens arrays to homogenize the intensity. A disadvantage of the arrangements is the severe loss of beam quality after beam shaping.

Die Druckschrift D1, US2010/0221898 A1 , beschreibt eine optische Anordnung zur Formung von Strahlen bestehend aus einer transmissiven Optik, die einen Strahl in Querschnitt in mindestens zwei Teilstrahlen aufteilt und für die Teilstrahlen unterschiedliche optische Wege generiert und aus einer Abbildungsoptik, die die Teilstrahlen so abbildet, dass sich deren Querschnitt in einer gemeinsamen Ebene überlagert.The publication D1, US2010 / 0221898 A1 describes an optical arrangement for shaping beams consisting of a transmissive optic that divides a beam into a cross section into at least two partial beams and generates different optical paths for the partial beams, and an imaging optics that depicts the partial beams in such a way that their cross section can be seen in one overlaid common level.

Die Druckschrift D2, DE 103 45 784 A1 , beschreibt einen Kohärenzminderer, der mindestens ein doppelbrechendes Element aufweist, welches ein zugeführtes, kohärentes Strahlbündel in mehrere in senkrecht zueinander liegenden Polarisationsrichtungen polarisierte Teilstrahlbündel so aufteilt, dass die Teilstrahlbündel zueinander in Strahlrichtung und/oder quer zur Strahlrichtung versetzt sind und/oder in unterschiedliche Richtungen propagieren.The publication D2, DE 103 45 784 A1 describes a coherence reducer which has at least one birefringent element which divides a supplied, coherent beam into a plurality of partial beam bundles polarized in mutually perpendicular polarization directions such that the partial beam bundles are offset from one another in the beam direction and / or transverse to the beam direction and / or in different directions propagate.

Die Druckschrift D3, US 4619508 A , beschreibt einen Kohärenzminderer zur Reduzierung der Kohärenz eines Strahls. Der Kohärenzminderer besteht aus einem Scanner (2), einem Array von Optiken (402), die unterschiedliche optische Wege generieren, einem Linsenarray (305) und einer gemeinsamen Optik (306). Mit dem Scanner wird der Strahl in einer zeitlichen Abfolge durch die verschiedenen Elemente der Optik (402) und (306) geschickt. Das Linsenarray und die gemeinsame Linse bilden der gescannte Strahl in einer Ebene (309) ab. optische Anordnung zur Belichtung von Oberflächen. Dabei wird ein dynamischer Modulator zur Modulation der Intensitätsverteilung verwendet.The publication D3, US 4619508 A describes a coherence reducer for reducing the coherence of a beam. The coherence reducer consists of a scanner ( 2nd ), an array of optics ( 402 ) that generate different optical paths, a lens array ( 305 ) and a common look ( 306 ). With the scanner, the beam is scanned in a chronological sequence through the various elements of the optics ( 402 ) and (306). The lens array and the common lens form the scanned beam in one plane ( 309 ). optical arrangement for illuminating surfaces. A dynamic modulator is used to modulate the intensity distribution.

Die Druckschrift D4, JP 2004-012757 A , beschreibt eine optische Anordnung zur Formung von Strahlen. Sie besteht aus einer Linseneinheit (14), einem Homogenizer (16) und einem Kohärenzminderer (20).The publication D4, JP 2004-012757 A describes an optical arrangement for shaping beams. It consists of a lens unit ( 14 ), a homogenizer ( 16 ) and a coherence reducer ( 20 ).

Die Druckschrift D5, US2012/0080411 A1 , beschreibt eine optische Anordnung zur Formung von Strahlen. Sie besteht hauptsächlich aus einem Linsenarray (114) und einer stufenförmigen Optik (112). Mit dem Linsenarray wird der Strahl in Multiteilstrahlen aufgeteilt. Nach Durchgang durch die stufenförmige Optik werden unterschiedliche optische Wege für die Teilstrahlen generiert.The publication D5, US2012 / 0080411 A1 describes an optical arrangement for shaping beams. It mainly consists of a lens array ( 114 ) and a stepped look ( 112 ). With the lens array, the beam is divided into multi-part beams. After passing through the step-shaped optics, different optical paths are generated for the partial beams.

Beschreibungdescription

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Anordnungen zur Formung von Strahlen, die z. B. von gepulsten Lasern, insbesondere von Ultrakurzpulslasern emittiert werden. Die optische Anordnung besteht aus einer Optik, die einen Strahl im Querschnitt in mindestens 2 Teilstrahlen aufteilt und für die Teilstrahlen unterschiedliche optische Wege generiert und einer Abbildungseinheit, die die Teilstrahlen so abbildet, dass die Querschnitte der Teilstrahlen sich in einer gemeinsamen Ebene überlagern. Daraus ergibt sich ein Strahl, dessen Intensitätsverteilung der Summe der Intensitätsverteilung von den Teilstrahlen entspricht.The present invention relates to optical arrangements for shaping beams which, for. B. from pulsed lasers, in particular from ultra-short pulse lasers. The optical arrangement consists of an optical system which divides a beam in cross-section into at least 2 partial beams and generates different optical paths for the partial beams and an imaging unit which images the partial beams in such a way that the cross-sections of the partial beams overlap in a common plane. This results in a beam whose intensity distribution corresponds to the sum of the intensity distribution from the partial beams.

Die vorstehende Aufgabe wird bei einer Anordnung zur Formung und Führung eines Strahles der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass eine polarisationsändernden Optik (7) zur Aufteilung des Strahls in der xz-Ebene in zwei Teilstrahlen mit senkrecht zueinanderstehenden Polarisationen verwendet wird, und einen Strahlversetzer (61) verwendet wird, mit der die beiden Teilstrahlen mit senkrecht zueinanderstehenden Polarisationen überlagert wird, und eine Optik (8) mit mindestens zwei Zonen unterschiedlicher Dicke bzw. unterschiedlicher Brechungsindizes verwendet wird, die der Strahl in der yz-Ebene in mindestens 2 Teilstrahlen unterschiedlicher optischer Wege aufteilt, und eine Abbildungseinheit verwendet wird, die die Teilstrahlen unterschiedlicher optischer Wege jeweils so abbildet, dass die Querschnitte der Teilstrahlen sich in einer gemeinsamen Ebene überlagern, wobei die durch die unterschiedlichen optischen Wege entstandenen relativen Zeitverzögerungen von Teilstrahlen gleich wie oder größer als die Kohärenzlänge des Strahls werden, so dass die Intensitätsverteilung des überlagerten Strahles die Summe der Intensitätsverteilung der Teilstrahlen gleicht.The above object is achieved in an arrangement for shaping and guiding a beam of the type described at the outset in that polarization-changing optics ( 7 ) is used to split the beam in the xz plane into two partial beams with mutually perpendicular polarizations, and a beam displacer ( 61 ) is used with which the two partial beams with polarizations perpendicular to each other are superimposed, and an optical system ( 8th ) is used with at least two zones of different thicknesses or different refractive indices, which the beam splits in the yz plane into at least 2 partial beams of different optical paths, and an imaging unit is used which maps the partial beams of different optical paths in such a way that the cross-sections of the partial beams overlap in a common plane, the relative time delays of partial beams caused by the different optical paths becoming equal to or greater than the coherence length of the beam, so that the intensity distribution of the superimposed beam equals the sum of the intensity distribution of the partial beams.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand Strahlen mit Gaußschen-Profilen und unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben.The present invention is described below with the aid of beams with Gaussian profiles and with reference to the preferred exemplary embodiments.

zeigt eine erste Ausführung dieser vorliegenden Erfindung. Ein eindimensionaler Strahl (1) mit einem Gaußschen Strahlprofil (11) trifft eine Optik (8). Bei der dargestellten Optik (8) handelt sich um eine transmissive Optik, die zwei Zonen unterschiedlicher Dicken aufweist. Hinter der Optik (8) entstehen zwei Teilstrahlen (101) und (102) mit jeweils einem halben Gaußschen Strahlprofil. Aufgrund der unterschiedlichen Dicken hat der Teilstrahl (102) zu dem Teilstrahl (101) eine zeitliche Verzögerung. Der Dickunterschied wird so gewählt, dass die zeitliche Verzögerung gleich wie oder größer als die Kohärenzlänge des Strahls (1) wird, um eine Interferenz von den beiden Teilstrahlen zu vermeiden. shows a first embodiment of this present invention. A one-dimensional beam (1) with a Gaussian beam profile ( 11 ) meets an optic (8). The optics (8) shown are transmissive optics that have two zones of different thicknesses. Two partial beams (101) and (102), each with half a Gaussian beam profile, are created behind the optics (8). Due to the different thicknesses, the partial jet ( 102 ) to the partial beam ( 101 ) a time delay. The thickness difference is chosen so that the time delay is equal to or greater than the coherence length of the beam ( 1 ) in order to avoid interference from the two partial beams.

Eine weitere Optikeinheit aus Linsen (261), (262) und (266) wird zur überlagerten Abbildung der Teilstrahlen (101) und (102) verwendet. Die Linsen (261) und (262) werden jeweils zu den Teilstrahlen (101) und (102) zugeordnet. Im Zusammenwirken mit der Linse (266) werden die beiden Teilstrahlen (101) und (102) in einer gemeinsamen Ebene (910) abgebildet. Bei Bedarf kann die Linse (266) durch eine Linsengruppe ersetzt werden. Im idealen Fall werden die Linsen (261) und (266) in Form eines Teleskops angeordnet. Das gleiche gilt für die Linsen (262) und (266). In der Ebene (910) überlagern sich die Querschnitte der beiden Teilstrahlen (111) und (112). Aufgrund der relativen zeitlichen Verzögerung der beiden Teilstrahlen, die vergleichbar zur oder größer als die Kohärenzlänge des Strahls ist, addieren sich die Intensitäten den beiden Teilstrahlen (111) und (112) mit halb-Gaußschen Strahlprofil (vgl. zu einem Strahl mit einem Top-hatähnlichen Strahlprofil (99) (vgl. .Another optical unit consisting of lenses (261), (262) and (266) is used to superimpose the partial beams ( 101 ) and (102) are used. The lenses (261) and (262) become the partial beams ( 101 ) and (102). In cooperation with the lens (266), the two partial beams ( 101 ) and (102) on a common level ( 910 ) mapped. If necessary, the lens (266) can be replaced by a lens group. In the ideal case, the lenses (261) and (266) are arranged in the form of a telescope. The same applies to the lenses (262) and (266). In the plane ( 910 ) the cross sections of the two partial beams overlap ( 111 ) and ( 112 ). Due to the relative time delay of the two partial beams, which is comparable to or greater than the coherence length of the beam, the intensities of the two partial beams add up ( 111 ) and ( 112 ) with a semi-Gaussian beam profile (cf. to a jet with a top hat-like jet profile ( 99 ) (see. .

Vorzugsweise werden die Linsen so dimensioniert und angeordnet, dass die Linsen (261) und (266) für den Teilstrahl (101) ein Off-Axis-Teleskop und die Linsen (261) und (266) für den Teilstrahl (102) ein Off-Axis-Teleskop bilden. Die beiden Off-Axis-Teleskope haben eine gemeinsame Bildebene (910). Damit werden die Teilstrahlen telezentrisch in der gemeinsamen Bildebene (910) überlagert.The lenses are preferably dimensioned and arranged such that the lenses (261) and (266) for the partial beam ( 101 ) an off-axis telescope and the lenses (261) and (266) for the partial beam ( 102 ) form an off-axis telescope. The two off-axis telescopes have a common image plane ( 910 ). The partial beams are thus telecentric in the common image plane ( 910 ) superimposed.

Für einen zweidimensionalen Strahl kann die Optik (8) aus 4 Segmente (801), (802), (803) und (804), wie in dargestellt ist, gebildet werden. Die Segmente weisen unterschiedliche Dicke auf. Dadurch ergeben sich 4 Teilstrahlen. Aufgrund der unterschiedlichen Dicken der Segmente haben die 4 Teilstrahlen relative zeitliche Verzögerungen zueinander. In dem dargestellten Fall steigt die Dicke der Segmente in der Reihenfolg von (801), (802), (801) und (804). Dadurch wird der Teilstrahl, der durch das Segment (804) durchläuft am meisten verzögert. Wenn die minimale Verzögerung benachbarten Teilstrahlen in Uhrzeigersinn so gewählt wird, dass sie größer als die Kohärenzlänge ist, so können die Teilstrahlen ohne Interferenz überlagert werden. Damit gleicht die Intensität des überlagerten Stahls die Summe der Intensität der 4 Teilstrahlen.For a two-dimensional beam, the optics ( 8th ) from 4 segments (801), (802), (803) and (804) as in is shown to be formed. The segments have different thicknesses. This results in 4 partial beams. Due to the different thicknesses of the segments, the 4 partial beams have relative time delays to one another. In the illustrated case, the thickness of the segments increases in the order of (801), (802), (801) and (804). This means that the partial beam that is 804 ) most delayed. If the minimum delay of neighboring partial beams is chosen clockwise so that it is greater than the coherence length, the partial beams can be superimposed without interference. The intensity of the superimposed steel thus equals the sum of the intensity of the 4 partial beams.

Wie in gezeigt, kann zur Überlagerung der 4 Teilstrahlen ein Linsenarray aus 4 Linsen (221), (222), (223) und (224) in Kombination mit der gemeinsamen Linse (266) verwendet werden. Die 4 Linsen (221), (222), (223) und (224) und die Linse (266) funktionieren wie 4 Off-Axis-Teleskope und bilden jeweils die 4 Teilstrahlen telezentrisch und überlagernd in einer gemeinsamen Ebene ab.As in shown, a lens array of 4 lenses ( 221 ), ( 222 ), ( 223 ) and ( 224 ) can be used in combination with the common lens (266). The 4th Lenses ( 221 ), ( 222 ), ( 223 ) and ( 224 ) and the lens (266) function like 4 off-axis telescopes and each image the 4 partial beams telecentrically and overlapping in a common plane.

Ausgehend von einem rotationsymmetrischen Strahl mit einem Gaußschen Strahlprofil kann damit ein überlagerter Strahl mit einem quadratischen Querschnitt und mit einer Top-hatnahen Intensitätsverteilung erzeugt werden.Starting from a rotationally symmetrical beam with a Gaussian beam profile, a superimposed beam with a square cross section and with an intensity distribution close to the top hat can thus be generated.

Die zeitliche Verzögerung kann weiter durch Optik, die Zonen unterschiedlicher Brechungsindizes aufweisen, generiert werden. Eine weitere Ausführung der Optik für die zeitliche Verzögerung ergibt sich, wenn eine Optik durch Spiegelsegmente gebildet wird. Dabei werden die Spiegelsegmente an unterschiedlichen axialen Positionen angeordnet.The time delay can further be generated by optics that have zones of different refractive indices. A further design of the optics for the time delay results if an optics is formed by mirror segments. The mirror segments are arranged at different axial positions.

Zur Eliminierung der Interferenz bei der Strahlüberlagerung können auch Polarisationseffekte verwendet werden.Polarization effects can also be used to eliminate interference in the beam superposition.

zeigt einen Strahl (1) mit einer linearen Polarisation. Ein lambda/2-Verzögerungsplatte (7) wird verwendet, um den Strahl (1) in zwei Teilstrahlen mit senkrecht zueinanderstehenden Polarisationen aufzuteilen. shows a ray ( 1 ) with a linear polarization. A lambda / 2 delay plate (7) is used to block the beam ( 1 ) to be divided into two partial beams with mutually perpendicular polarizations.

Wie in und dargestellt ist, wird in dem Strahlgang eine lambda/2-Verzörgerungsplatte (7) verwendet. Die lambda/2-Verzögerungsplatte (7) wird so angeordnet, dass etwa die Hälfte des Strahls die lambda/2-Verzögerungsplatte durchläuft. Das heißt, dass die Hälfte des Strahlquerschnitts durch die lambda/2-Verzörgerungsplatte (7) gedeckt wird (vgl. ). Hinter der lambda/2-Verzögerungsplatte wird der Strahl in zwei Teilstrahlen (81) und (82) mit unterschiedlicher Polarisation unterteilt. Die Polarisation des durch die lambda/2-Verzörgerungsplatte hindurchgelaufenen Teilstrahls wird um 90° gedreht, während die Polarisation des anderen Teilstrahls unverändert bleibt. Dies wird mit den Symbolen Kreis mit einem Punkt und einem Pfeil angedeutet (vgl. und ).As in and a lambda / 2 retardation plate (7) is used in the beam path. The lambda / 2 retardation plate (7) is arranged so that approximately half of the beam passes through the lambda / 2 retardation plate. This means that half of the beam cross-section is covered by the lambda / 2 delay plate (7) (cf. ). Behind the lambda / 2 retardation plate, the beam is divided into two partial beams (81) and (82) with different polarization. The polarization of the partial beam that has passed through the lambda / 2 retardation plate is rotated by 90 °, while the polarization of the other partial beam remains unchanged. This is indicated by the symbols circle with a point and an arrow (cf. and ).

zeigt eine beispielhafte Ausführung zur koaxialen Überlagerung von zwei Teilstrahlen, bei der ein Strahlversetzer (61) verwendet wird. Hinter der lambda/2-Verzögerungsplatte (7) entstehen aus dem linear polarisierten Eingangsstrahl (1) zwei Teilstrahlen (81, 82) mit senkrecht zueinanderstehender Polarisation. Die beiden Teilstrahlen laufen durch den Strahlversetzer (61). Hinter dem Strahlversetzer werden die beiden Teilstrahlen räumlich überlagert, und zwar mit gleicher oder im Wesentlichen gleicher Ausbreitungsrichtung. Wie die räumliche Überlappung aussehen sollte, kann einfach durch die Länge des Strahlversetzers entlang der Ausbreitungsrichtung bestimmt werden. Da die beiden Teilstrahlen senkrecht zueinanderstehende Polarisationen haben, entspricht die Intensität des gesamten Ausgangsstrahles (78) der Summe der Intensitäten der beiden Teilstrahlen (vgl. . Damit werden die Interferenz und eine damit verbundene, starke Intensitätsmodulation unterbunden. shows an exemplary embodiment for the coaxial superposition of two partial beams, in which a beam displacer (61) is used. Behind the lambda / 2 retardation plate (7), two partial beams (81, 82) with mutually perpendicular polarization arise from the linearly polarized input beam (1). The two partial beams pass through the beam displacer (61). The two partial beams are spatially superimposed behind the beam displacer, with the same or essentially the same direction of propagation. How the spatial overlap should look like can be determined simply by the length of the beam dislodger along the direction of propagation. Since the two partial beams have mutually perpendicular polarizations, the intensity of the entire output beam (78) corresponds to the sum of the intensities of the two partial beams (cf. . This prevents interference and the associated strong intensity modulation.

Bei dem Beam-Displacer (61) handelt es sich um ein doppelbrechendes Medium, bei dem die Strahlen unterschiedlicher Polarisation bei dem Eintritt in das Medium und bei dem Austritt aus dem Medium unterschiedlich gebrochen werden. Bei dem Beispiel fällt ein Strahl, der sowohl s- als auch p-polarisierte Komponenten enthält, senkrecht in den Beam-Displacer 61 ein. Der Beam-Displacer ist so konfiguriert, dass beim Eintreten die s-polarisierte Komponente ungebrochen hindurch läuft, während die p-polarisierte Komponente nach oben gebrochen wird. Beim Austreten wird die s-Komponente wie beim Eintreten nicht gebrochen, während die p-polarisierte Komponente nach unten gebrochen wird. Durch Brechung beim Eintreten und Austreten entsteht ein lateraler Versatz zwischen den beiden Komponenten. Beim Beam-Displacer 61 mit paralleler Eintritts- und Austrittsfläche breiten sich die beiden Strahlen unterschiedlicher Polarisationen nach dem Durchgang mit einem lateralen Versatz parallel aus. Unter den doppelbrechenden Medien sind zu nennen:
YVO4, alpha-BBO, Quarz, LiNbO3.The beam displacer (61) is a birefringent medium in which the rays of different polarization are refracted differently as they enter and exit the medium. In the example, a beam that contains both s- and p-polarized components falls perpendicularly into the beam displacer 61. The beam displacer is configured so that the s-polarized component runs through it unbroken when entering, while the p-polarized component is broken upwards. When exiting, the s component is not broken as when entering, while the p-polarized component is broken down. Refraction when entering and exiting creates a lateral offset between the two components. In the case of the beam displacer 61 with a parallel entrance and exit surface, the two beams of different polarizations propagate in parallel after passage with a lateral offset. The birefringent media include:
YVO 4 , alpha-BBO, quartz, LiNbO 3 .

Statt einer Verzögerungsplatte zur Veränderung der Polarisation können auch ein Rotator aus Quarz, ein Faraday-Rotator aus TGG oder YIG, oder ein Rotator aus Reflexionsflächen, usw., eingesetzt werden. Er hat die Eigenschaft, dass sich im Element Strahlen unterschiedlicher Polarisation unterschiedlich schnell ausbreiten, so dass nach einem Durchgang durch das Element die Phasen unterschiedlicher Polarisation eine ungleiche Verzögerung erfahren und so die relative Beziehung zwischen den unterschiedlichen Polarisationskomponenten und dem Polarisationszustand geändert wird. Z. B. wird bei einer lambda/4-Verzögerungsplatte ein linear polarisierter Strahl zu einem zirkular oder elliptisch polarisierten Strahl. Bei einer lambda/2-Verzögerungsplatte dreht sich die Polarisation um einen Winkel, der doppelt so groß wie der Winkel zwischen der Eingangspolarisation und der optischen Achse der Platte ist.Instead of a retardation plate for changing the polarization, a rotator made of quartz, a Faraday rotator made of TGG or YIG, or a rotator made of reflecting surfaces, etc. can also be used. It has the property that rays of different polarization propagate at different speeds in the element, so that after passing through the element, the phases of different polarization experience an unequal delay and the relative relationship between the different polarization components and the polarization state is changed. For example, in a lambda / 4 retardation plate, a linearly polarized beam becomes a circular or elliptically polarized beam. With a lambda / 2 retardation plate, the polarization rotates through an angle that is twice the angle between the input polarization and the optical axis of the plate.

Die Verzögerungsplatte kann aus Quarz, YVO4, alpha-BBO, usw. bestehen.The delay plate can be made of quartz, YVO 4 , alpha-BBO, etc.

Eine vorteilhafte Ausführung zur Formung von einem zweidimensionalen Strahl ergibt sich aus einer hintereinander Reihung der in und dargestellten Ausführungen. Dabei wird die in dargestellten Anordnung vor der in dargestellte Anordnung angeordnet. Wie in dargestellt, erfolgt die Gruppierung und die koaxiale Überlagerung in der xz-Ebene über die Polarisationen und in der yz-Ebene wird die Gruppierung durch die Optik (8) und die Überlagerung durch die Linsen (261), (262) und (266) realisiert. Hinter der Gesamtanordnung entsteht ein überlagerter Strahl mit einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt und mit einer nahezu Top-hat-Intensitätsverteilung.An advantageous embodiment for the formation of a two-dimensional beam results from a succession of the in and illustrated versions. The in arrangement shown before the in arrangement shown arranged. As in shown, the grouping and the coaxial superimposition in the xz plane is carried out via the polarizations and in the yz plane the grouping is realized by the optics (8) and the superimposition by the lenses (261), (262) and (266) . A superimposed beam with a rectangular or square cross-section and with an almost top hat intensity distribution is created behind the overall arrangement.

Claims (5)

Optische Anordnung zur Formung von einem zweidimensionalen Strahl, der sich in der z-Richtung ausbreitet, dadurch gekennzeichnet, dass eine polarisationsändernden Optik (7) zur Aufteilung des Strahls in der xz-Ebene in zwei Teilstrahlen mit senkrecht zueinanderstehenden Polarisationen verwendet wird, und einen Strahlversetzer (61) verwendet wird, mit dem die beiden Teilstrahlen mit senkrecht zueinanderstehenden Polarisationen überlagert werden, und eine Optik (8) mit mindestens zwei Zonen unterschiedlicher Dicke bzw. unterschiedlicher Brechungsindizes verwendet wird, die den Strahl in der yz-Ebene in mindestens zwei Teilstrahlen unterschiedlicher optischer Wege aufteilt, und eine Abbildungseinheit verwendet wird, die die Teilstrahlen unterschiedlicher optischer Wege jeweils so abbildet, dass die Querschnitte der Teilstrahlen sich in einer gemeinsamen Ebene überlagern, wobei die durch die unterschiedlichen optischen Wege entstandenen relativen Zeitverzögerungen von Teilstrahlen gleich wie oder größer als die Kohärenzlänge des Strahls werden, so dass die Intensitätsverteilung des überlagerten Strahles die Summe der Intensitätsverteilung der Teilstrahlen gleicht.Optical arrangement for shaping a two-dimensional beam that propagates in the z direction, characterized in that a polarization-changing optical system (7) is used to split the beam in the xz plane into two partial beams with mutually perpendicular polarizations, and a beam displacer (61) is used, with which the two partial beams with perpendicular polarizations are superimposed, and an optical system (8) with at least two zones of different thickness or different refractive indices is used, which differentiates the beam in the yz plane in at least two partial beams divides optical paths, and an imaging unit is used which maps the partial beams of different optical paths in such a way that the cross sections of the partial beams overlap in a common plane, the relative time delays of partial beams caused by the different optical paths being the same how or become greater than the coherence length of the beam, so that the intensity distribution of the superimposed beam equals the sum of the intensity distribution of the partial beams. Optische Anordnung zur Formung von Strahlen nach dem Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als die polarisationsändernde Optik (7) eine lambda/2-Verzögerungsplatte zur Aufteilung des Strahles in zwei Teilstrahlen (81) und (82) verwendet wird.Optical arrangement for shaping rays after the Claim 1 thereby characterized in that a lambda / 2 retardation plate is used as the polarization-changing optics (7) to split the beam into two partial beams (81) and (82). Optische Anordnung zur Formung von Strahlen nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (8) aus einer transmissiven Optik, die mindestens zwei Zonen unterschiedlicher Dicke aufweist, besteht, wobei die Dickenunterschiede so gewählt werden, dass die dadurch bedingten relativen Zeitverzögerungen von Teilstrahlen gleich wie oder größer als die Kohärenzlänge des Strahles werden.Optical arrangement for shaping rays after the Claim 1 or 2nd , characterized in that the optics (8) consist of a transmissive optics which has at least two zones of different thickness, the thickness differences being selected such that the relative time delays of partial beams caused thereby become equal to or greater than the coherence length of the beam . Optische Anordnung zur Formung von Strahlen nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseinheit aus einem Linsenarray mit mindestens zwei Linsenelementen (261 und 262), die nebeneinander angeordnet sind, und einer weiteren gemeinsamen Linse (266) besteht, wobei die Linsen so zueinander angeordnet sind, dass sie die Teilstrahlen jeweils so abbilden, dass die Querschnitte der Teilstrahlen sich in einer gemeinsamen Ebene überlagern.Optical arrangement for shaping beams according to one of the Claims 1 or 3rd , characterized in that the imaging unit consists of a lens array with at least two lens elements (261 and 262) which are arranged next to one another and a further common lens (266), the lenses being arranged with respect to one another in such a way that they each image the partial beams that the cross-sections of the partial beams overlap in a common plane. Optische Anordnung zur Formung von Strahlen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Linsenelement (261 oder 262) und die gemeinsame Linse (266) einen Off-Axis-Teleskop bilden, so dass die Teilstrahlen sich jeweils telezentrisch in einer gemeinsamen Bildebene überlagernd abgebildet werden.Optical arrangement for shaping beams according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that each lens element (261 or 262) and the common lens (266) form an off-axis telescope, so that the partial beams are each imaged telecentrically overlapping in a common image plane.
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