DE102020200444A1 - Vorrichtung, Lasersystem und Verfahren zur Kombination von kohärenten Laserstrahlen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (5) zur Kombination einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N), umfassend: eine Aufteilungseinrichtung (4) zur Aufteilung eines Eingangs-Laserstrahls (9) auf die Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N), eine Mehrzahl von Phasen-Einstelleinrichtungen (6.1, ..., 6.N) zur Einstellung einer jeweiligen Phase (δφa+ Δφa) eines der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N), sowie eine Strahlkombinationseinrichtung (10) zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N), die von einer Mehrzahl von Raster-Positionen (8.1, ..., 8.N) einer Rasteranordnung ausgehen, wobei die Strahlkombinationseinrichtung (10) eine Mikrolinsenanordnung (11) mit mindestens zwei Mikrolinsen-Arrays (17a,b) aufweist. Die Vorrichtung (5) weist eine Steuerungseinrichtung (15) auf, die zur Einstellung der jeweiligen Phase (δφa+ Δφa) eines der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N) in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position (8.1, ..., 8.N) innerhalb der Rasteranordnung ausgebildet ist, um die kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N) zu mindestens einem in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl (12) zu kombinieren und/oder die zur Variation der jeweiligen Phase (δφa+ Δφa) eines der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N) in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position (8.1, ..., 8.N) innerhalb der Rasteranordnung ausgebildet ist, um eine Beugungsordnung zu verändern, in die der mindestens eine kombinierte Laserstrahl (12) gebeugt wird. Die Erfindung betrifft auch ein zugehöriges Lasersystem (1) sowie ein Verfahren zum Kombinieren einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen (3.1, 3.2, 3.3), insbesondere mittels einer solchen Vorrichtung (5).

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kombination einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, umfassend: eine Aufteilungseinrichtung zur Aufteilung eines Eingangs-Laserstrahls auf die Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, eine Mehrzahl von Phasen-Einstelleinrichtungen zur Einstellung einer jeweiligen Phase eines der kohärenten Laserstrahlen, sowie eine Strahlkombinationseinrichtung zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen, die von einer Mehrzahl von Raster-Positionen einer Rasteranordnung ausgehen, wobei die Strahlkombinationseinrichtung eine Mikrolinsenanordnung mit mindestens zwei Mikrolinsen-Arrays aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Kombinieren einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, insbesondere mittels einer solchen Vorrichtung, umfassend: Einkoppeln der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, die von einer Mehrzahl von in einer Rasteranordnung angeordneten Raster-Positionen ausgehen, in eine Mikrolinsenanordnung, die mindestens zwei Mikrolinsen-Arrays aufweist, sowie Kombinieren der kohärenten Laserstrahlen in der Mikrolinsenanordnung.
• Unter „kohärenten Laserstrahlen“ wird im Sinne dieser Anmeldung eine zeitliche Kohärenz der Laserstrahlen zueinander verstanden. Im Allgemeinen können die Laserstrahlen einen verminderten Grad an räumlicher Kohärenz aufweisen, d.h. die Laserstrahlen können räumlich partiell kohärent sein, d.h. es handelt sich nicht zwingend um Single-Mode-Laserstrahlen. Beispielsweise können die Laserstahlen von Multimode-Quellen erzeugt werden und z.B. einen höhermodigen Gauß-Mode, z.B. ein Laguerre-Gauß-Mode, eine Hermite-Gauß-Mode oder Superpositionen davon bilden. Bevorzugt sind die Laserstrahlen jedoch sowohl zeitlich als auch räumlich kohärent.
• In der US 2013 010 7343 A1 ist ein Lasersystem beschrieben, welches eine Laserquelle in Form eines Seed-Lasers sowie ein optisches Verstärkersystem aufweist, das einen verstärkten Laser-Output erzeugt. Das Lasersystem kann eine Phasen-Steuerungsschaltung mit einer Phasen-Modulations-Funktionalität für eine Mehrzahl von optischen Verstärkern aufweisen, die einen Sensor zur Messung der gesamten Ausgangsintensität der optischen Verstärker umfasst. Die Phasen-Steuerungsschaltung kann eine Phase bzw. eine relative Phasenbeziehung zwischen einzelnen der Anzahl von optischen Verstärkern verändern, um die gesamte Ausgangsintensität der optischen Verstärker zu maximieren. Das Lasersystem kann einen kohärenten Fernfeld-Kombinierer zur Kombination des Outputs der optischen Verstärker aufweisen, der ein Paar von Mikro-Linsen-Arrays umfasst.
• Bei einer solchen kohärenten Strahlkombination wird eine Mehrzahl von Laserstrahlen, die von einer Mehrzahl von Raster-Positionen einer Rasteranordnung ausgehen, zu einem kombinierten Laserstrahl überlagert, der eine entsprechend höhere Leistung aufweist. Eine solche Strahlkombination kann - annähernd ohne Verlust an Strahlqualität - diffraktiv, reflektiv, beispielsweise über einen Segment-Spiegel, interferometrisch oder über eine Polarisationskopplung erfolgen.
• Verschiedenste Laser-Anwendungsprozesse, z.B. additive Fertigung, Markieren, sowie Schweißen (sowohl mikro als auch makro) oder Laserschaltprozesse in Lasernetzwerken benötigen eine schnelle Ablenkung einer Fokusposition eines Laserstrahls (Scannen) und/oder das Aufteilen eines Laserstrahls zur Ausrichtung auf mehrere Fokuspositionen (Strahlteilen).
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, ein Lasersystem und ein zugehöriges Verfahren zur Kombination von kohärenten Laserstrahlen bereitzustellen, welche es ermöglichen, die Strahlqualität bei der Kombination nahezu vollständig zu erhalten und gleichzeitig eine schnelle Ablenkung eines kombinierten Laserstrahls und/oder eine Strahlaufteilung eines kombinierten Laserstrahls mit einer vorgegebenen Aufteilung der Eingangs-Leistung zu ermöglichen.
• Gegenstand der Erfindung
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche eine Steuerungseinrichtung aufweist, die zur Einstellung der Phase eines jeweiligen kohärenten Laserstrahls in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position innerhalb der Rasteranordnung ausgebildet bzw. programmiert ist, um die kohärenten Laserstrahlen zu mindestens einem in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl zu kombinieren und/oder die zur Variation der jeweiligen Phase eines der kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position innerhalb der Rasteranordnung ausgebildet bzw. programmiert ist, um eine Beugungsordnung zu verändern, in die der mindestens eine kombinierte Laserstrahl gebeugt wird.
• Grundsätzlich können die Raster-Positionen der Rasteranordnung entlang einer Geraden oder einer Kurve (eindimensionale Rasteranordnung) oder entlang einer Ebene oder einer gekrümmten Fläche (zweidimensionale Rasteranordnung) gebildet sein. Entlang der Rasteranordnung sind die kohärenten Laserstrahlen so weit separiert bzw. voneinander beabstandet, dass der gewünschte Füllfaktor erreicht wird. Die Raster-Positionen der Rasteranordnung können an den Stirnseiten von Fasern (Emissionsflächen) oder von anderen Emittern gebildet sein, an denen ein jeweiliger kohärenter Laserstrahl emittiert wird. In diesem Fall sind die Fasern, genauer gesagt deren Stirnseiten, in einer Rasteranordnung angeordnet und die Raster-Positionen entsprechen den Emissionsflächen an den Stirnseiten der Fasern. Die Raster-Positionen bzw. die Rasteranordnung kann aber auch dem Nahfeld bzw. dem Fernfeld der Emissionsflächen entsprechen, d.h. die Raster-Positionen können entlang einer Kurve bzw. einer Fläche im Raum angeordnet sein, auf welche die Emissionsflächen abgebildet werden, so dass die Ortsverteilung der Raster-Positionen der - ggf. skalierten - Ortsverteilung der Emissionsflächen entspricht.
• Die Rasteranordnung bildet somit eine Kurve bzw. eine Fläche im Raum, entlang derer ein gewünschter Abstand zwischen den Raster-Positionen bzw. zwischen den kohärenten Laserstrahlen vorliegt. Bei der Verwendung einer Fourierlinse zur Einkopplung der kohärenten Laserstrahlen (s.u.) liegt der gewünschte Abstand beispielsweise in der Brennebene der Fourierlinse vor.
• Aus der eingangs zitierten US 2013 010 7343 A1 ist es bekannt, eine (Mikro-)Linsenanordnung als Strahlkombinationseinrichtung zur kohärenten Kombination einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen zu einem kombinierten Laserstrahl zu verwenden. In der DE 10 2018 211 971.6 bzw. in der PCT/ EP2019/069324 ist beschrieben, wie die Phasen bzw. die Phasenunterschiede (Grund-Phasen) zwischen den kohärenten Laserstrahlen bei einer Mikrolinsenanordnung als Strahlkombinationseinrichtung gewählt werden sollten, um einen kombinierten Laserstrahl mit einer optimierten, hohen Strahlqualität zu erzeugen. Dort ist auch angegeben, wie die Mikrolinsenanordnung im Hinblick auf ihre Parameter (Rasterabstand (pitch) der Mikrolinsen, Brennweite der Mikrolinsen bzw. der Mikrolinsenanordnung, Abstand der Mikrolinsen-Arrays, ...) optimiert werden sollte, um einen kombinierten Laserstrahl mit optimierter Strahlqualität zu erzeugen.
• Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, von den Phasen für die im Hinblick auf die Strahlqualität optimierte Kombination zur Beugung in die nullte Beugungsordnung hinsichtlich der Phasen bzw. der Phasenunterschiede der kohärenten Laserstrahlen gezielt abzuweichen, um eine kontrollierte Strahlablenkung bzw. eine kontrollierte Strahlteilung vorzunehmen.
• Hierbei wird die Phase eines jeweiligen kohärenten Laserstrahls individuell in Abhängigkeit von der Anordnung der dem jeweiligen kohärenten Laserstrahl zugeordneten Raster-Position der Rasteranordnung mit Hilfe der Steuerungseinrichtung so eingestellt, dass die kohärenten Laserstrahlen nicht mehr zu einem einzigen bzw. einzelnen Laserstrahl kombiniert werden, sondern in zwei oder mehr wohldefinierte Bündel bzw. in zwei oder mehre kombinierte Laserstrahlen, die mit definierter Leistungsverteilung bzw. Leistungs-Aufteilung in unterschiedliche Beugungsordnungen gebeugt werden (Strahlteilung) oder in einen einzigen Laserstrahl, der in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung gebeugt wird (Strahlablenkung).
• Der vorgeschlagene Ansatz basiert auf dem Konzept des Optical Phase Array (OPA), bei dem ein Satz von Absolut-Phasen der ein- oder zweidimensionalen Rasteranordnung der kohärenten Laserstrahlen so gewählt wird, dass es zur konstruktiven Interferenz an wohldefinierten Beugungsordnungen kommt. In einer ein- oder zweidimensionalen Rasteranordnung (Array) können die Phasen der zu kombinierenden kohärenten Laserstrahlen so gewählt werden, dass sich gezielt einzelne kombinierte Laserstrahlen, Gruppen von kombinierten Laserstrahlen oder ein gesamtes Array von kombinierten Laserstrahlen, das einem Satz von Beugungsordnungen entspricht, ab- oder zuschalten lässt. Für eine jeweils gewünschte Gruppe von kombinierten Laserstrahlen, die mit der Vorrichtung erzeugt werden soll, kann beispielsweise mit Hilfe eines iterativen Optimierungsalgorithmus ein geeigneter Satz von (Absolut-)Phasen gewählt werden, um gezielt die Beugung in bestimmte Beugungsordnungen an- oder abzuschalten. Auf diese Weise kann eine variable Strahlteilung bzw. Ablenkung und Leistungs-Aufteilung realisiert werden. Bei dem iterativen Optimierungsalgorithmus kann es sich um einen stochastischen bzw. randomisierten Algorithmus handeln, dem als Startwerte beispielsweise eine homogene Leistungs-Aufteilung bzw. Intensitätsverteilung vorgegeben wird.
• Die Phasen-Einstelleinrichtungen dienen zur Einstellung der jeweiligen Phase der kohärenten Laserstrahlen und können an einem beliebigen Ort vor der Mikrolinsenanordnung angeordnet sein, an dem die kohärenten Laserstrahlen voneinander getrennt sind und nicht mehr überlappen. Diese Phasen-Einstelleinrichtungen sind u.a. deshalb notwendig, da z.B. thermische Effekte, Vibrationen oder auch Luftturbulenzen zu optischen Weglängenunterschieden in den einzelnen Kanälen führen. Für die Realisierung der Phasen-Einstelleinrichtungen, die typischerweise zur Einstellung einer variablen Phasenverzögerung ausgebildet sind, besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten: Beispielsweise kann es sich bei den Phasen-Einstelleinrichtungen um Modulatoren in Form von EOMs (elektro-optische Modulatoren, z.B. in Form von Flüssigkristallen), SLMs (Spatial Light Modulators), optische Verzögerungsstrecken in Form von Spiegelanordnungen, elektro-mechanische Modulatoren, z.B. in Form von Piezo-Spiegeln oder dergleichen handeln. Für den Fall, dass die kohärenten Laserstrahlen im Strahlweg vor der Rasteranordnung in einer Faser geführt werden, kann für die Phasen-Einstellung z.B. mittels Piezo-Stellelementen eine Zugspannung auf die Faser aufgebracht werden, eine Temperatur-Beeinflussung der Faser vorgenommen werden, etc. Die Steuerungseinrichtung kann als Hard- und/oder Software realisiert sein, z.B. in Form eines Micro-Controllers, eines FPGAs, eines ASICs, etc. Die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, auf die Phasen-Einstelleinrichtungen auf geeignete Weise, z.B. durch geeignete elektronische (Steuer-)Signale, einzuwirken.
• Bei der Aufteilungseinrichtung zur Aufteilung des Eingangs-Laserstrahls kann es sich z.B. um eine herkömmliche 1-zu-N-Kopplungseinrichtung, beispielsweise in Form eines einzelnen oder mehrerer Mikrolinsen-Arrays, um einen Faser-Splitter, mehrere in Reihe geschaltete Strahlteilerwürfel, Polarisationsstrahlteiler, um ein Beugungsgitter zur Strahlteilung, etc. handeln. Bei dem Eingangs-Laserstrahl kann es sich um einen von einer Laserquelle erzeugten Seed-Laserstrahl handeln oder der Eingangs-Laserstrahl kann z.B. durch Aufteilung und kohärente Kombination aus einem Seed-Laserstrahl einer Laserquelle erzeugt werden.
• Alternativ können auch mehrere Laserquellen, beispielsweise in Form von Faseroszillatoren, Laserdioden, etc. zur Erzeugung der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen dienen, so dass auf eine Aufteilungseinrichtung verzichtet werden kann. In diesem Fall weist ein Lasersystem, welches die mindestens eine Laserquelle enthält, eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der Laserdioden bzw. der Laserquellen auf, um die kohärenten Laserstrahlen zu erzeugen. Die Laserquelle(n) können zur Erzeugung von Ultrakurzpuls-Laserstrahlen ausgebildet sein, d.h. von kohärenten Laserstrahlen, die eine Pulsdauer von weniger als z.B. 10^-12 s aufweisen.
• Die in der bzw. in den Laserquellen erzeugten kohärenten Laserstrahlen können mit Hilfe einer Mehrzahl von Strahlführungseinrichtungen, beispielsweise in Form von Fasern, zu der Rasteranordnung geführt werden. Die individuelle Strahlführung der Laserstrahlen ermöglicht es, auf diese einzeln einzuwirken, um mit Hilfe der Phasen-Einstelleinrichtung die relativen Phasen geeignet einzustellen. Die Strahlführungseinrichtungen können eine entsprechende Anzahl von Verstärkern oder Verstärkerketten, beispielsweise in Form von Faser-Verstärkern, aufweisen, um die Laserstrahlen zu verstärken, bevor diese an den Raster-Positionen in Richtung auf die Mikrolinsenanordnung emittiert werden. Die Phasen-Einstelleinrichtungen können im Strahlweg vor den Strahlführungseinrichtungen oder nach den Strahlführungseinrichtungen angeordnet sein und/oder auf die Strahlführungseinrichtungen, z.B. in Form der Fasern, einwirken. Alternativ können die kohärenten Laserstrahlen nach der Aufteilung an der Aufteilungseinrichtung in Freistrahlpropagation zu der Rasteranordnung gelangen, die sich beispielsweise in einer Brennebene einer Fourierlinse oder an einem anderen Ort befinden kann, an dem die kohärenten Laserstrahlen ausreichend weit voneinander beabstandet sind. In der Brennebene einer solchen Fourierlinse bzw. an dem anderen Ort weisen die kohärenten Laserstrahlen - ggf. nach geeigneter Umlenkung - den gewünschten Füllfaktor, d.h. ein gewünschtes Verhältnis zwischen der Erstreckung bzw. dem Strahldurchmesser der jeweiligen Laserstrahlen in einer jeweiligen Raumrichtung und dem Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Laserstrahlen auf..
• Die Steuerungseinrichtung kann ausgebildet sein, die jeweilige Phase der kohärenten Laserstrahlen zur Veränderung einer Beugungsordnung zu variieren, in die der mindestens eine kombinierte Laserstrahl gebeugt wird. Auf diese Weise kann ein extrem schneller, diskreter Scanvorgang realisiert werden, bei dem der mindestens eine gebeugte Laserstrahl zwischen unterschiedlichen Beugungsordnungen hin- und herspringt bzw. hin- und her bewegt wird. Die Vorrichtung kann in diesem Fall als Scannereinrichtung bzw. als Strahlformungseinheit dienen.
• Der Scanvorgang kann mit einem in eine einzige Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl durchgeführt werden, es ist aber auch möglich, mit einem auf zwei oder mehr Beugungsordnungen (maximal ±(N-1)/2 Beugungsordnungen) aufgeteilten Laserstrahl, d.h. mit zwei oder mehr kombinierten Laserstrahlen, einen diskreten Scanvorgang zu realisieren. In diesem Fall kann mit Hilfe der Steuerungseinrichtung die Phasenbeziehung bzw. die Phase eines jeweiligen kohärenten Laserstrahls eingestellt werden, die zur Beugung bzw. zur Aufteilung des kombinierten Laserstrahls auf mindestens zwei unterschiedliche Beugungsordnungen benötigt wird. Durch die Variation der Phase der kohärenten Laserstrahlen kann die Leistungsverteilung auf die verschiedenen Beugungsordnungen verändert werden, in welche die mindestens zwei kombinierten Laserstrahlen gebeugt werden. Auf diese Weise kann ein diskreter Scanvorgang mit einer Anzahl von kombinierten Laserstrahlen erfolgen, wobei das Scanfeld zwischen -((N-1)/2) Beugungsordnung und (N-1)/2 Beugungsordnung liegt und N die Anzahl der kohärenten Laserstrahlen bezeichnet.
• Die Steuerungseinrichtung kann die jeweilige Phase der kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer in einer Speichereinrichtung hinterlegten Parameter-Tabelle einstellen bzw. variieren, um den mindestens einen kombinierten Laserstrahl entlang einer vorgegebenen (diskreten) Bewegungsbahn zu bewegen. Der Steuerungseinrichtung können die jeweils einzustellenden Phasen auch von außen, z.B. durch einen Benutzer, vorgegeben werden oder die einzustellenden Phasen können in Abhängigkeit von mindestens einer Messgröße vorgegeben bzw. variiert werden, die beispielsweise mit Hilfe einer Sensor-Anordnung gemessen wird, d.h. es kann eine Regelung der Phasen auf einen jeweiligen Soll-Wert erfolgen. Bei der hier beschriebenen Strahlkombination, bei welcher der mindestens eine kombinierte Laserstrahl bzw. mindestens ein kombinierter Laserstrahl nicht in die nullte Beugungsordnung gebeugt wird, ist es in der Regel erforderlich, für die Phasen-Detektion ein Sensor-Array oder ggf. einen ortsauflösenden Sensor zu verwenden.
• Für den Fall, dass der kombinierte Laserstrahl mittels einer Linse bzw. abbildenden Optik abgebildet wird, propagiert der (mindestens eine) kombinierte Laserstrahl nicht mehr entlang der optischen Achse, sondern parallel versetzt zur optischen Achse. Der Betrag des Parallel-Versatzes des kombinierten Laserstrahls hängt von der höheren Beugungsordnung (± 1, ± 2, etc.) ab, in die dieser gebeugt wird. Für den Fall, dass die Raster-Positionen in einer zweidimensionalen Rasteranordnung angeordnet sind, kann der (mindestens eine) kombinierte Laserstrahl auf diese Weise in zwei typischerweise zueinander senkrechten Richtungen parallel zur optischen Achse versetzt werden.
• Es hat sich gezeigt, dass sich für die Wahl bzw. für die Festlegung der Phasen der kohärenten Laserstrahlen beim diskreten Scannen in Spezialfällen analytische Zusammenhänge finden lassen, die nachfolgend angegeben sind.
• Bei einer Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung zur Einstellung der jeweiligen Phase eines der kohärenten Laserstrahlen ausgebildet, die sich aus einer jeweiligen zusätzlichen Phase und einer jeweiligen Grund-Phase zusammensetzt, bei der die Strahlkombinationseinrichtung die kohärenten Laserstrahlen zu einem einzigen in die nullte Beugungsordnung oder in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl kombiniert. Die zusätzliche Phase ermöglicht eine Aufteilung des kombinierten Laserstrahls auf zwei oder mehr Beugungsordnungen bzw. eine Veränderung der Beugungsordnung, in die der kombinierte Laserstrahl gebeugt wird. Bevorzugt werden die Grund-Phasen so gewählt, dass die Strahlkombinationseinrichtung die kohärenten Laserstrahlen in die nullte Beugungsordnung kombiniert.
• Bei einer Weiterbildung sind die Raster-Positionen entlang einer ersten Richtung voneinander beabstandet angeordnet und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu einem einzelnen, in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung B_k,x gebeugten kombinierten Laserstrahls die jeweilige zusätzliche Phase Δφa eines kohärenten Laserstrahls an einer a-ten Raster-Position in der ersten Richtung einzustellen, die gegeben ist durch: $$\Delta {\mathrm{\phi }}_{\text{a}}=-\left(2\mathrm{\pi }/\text{N}\right)\left(\text{a}-\left(\text{N}+1\right)/2\right){\text{B}}_{\text{k}\text{,x}}$$

  

  wobei N eine Anzahl der in der ersten Richtung angeordneten Raster-Positionen und B_k,x eine ganzzahlige positive oder negative Zahl (± 1, ± 2, etc.) bezeichnen. Der Betrag von B_k,x (bzw. die Beugungsordnung) ist typischerweise nicht größer als (N-1) /2. Grundsätzlich wird nachfolgend davon ausgegangen, dass die Grund-Phasen so gewählt sind, dass eine Kombination des Laserstrahls in die 0. Beugungsordnung erfolgt.
• Die Raster-Positionen sind in der ersten Richtung in gleichen Abständen voneinander (äquidistant) angeordnet. Die Raster-Positionen können in diesem Fall auf einer Linie angeordnet sein, die sich entlang der ersten Richtung erstreckt, d.h. die Strahlaustrittsrichtungen bzw. die Poynting-Vektoren der kohärenten Laserstrahlen sind parallel zueinander ausgerichtet. Alternativ können die Raster-Positionen auch in gleichen Abständen voneinander z.B. auf einem Kreisbogen angeordnet sein, der sich in bzw. entlang der ersten Richtung erstreckt.
• Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind die Raster-Positionen der Rasteranordnung zusätzlich entlang einer zweiten, zur ersten senkrechten Richtung angeordnet und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu einem einzigen, in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung B_k,x in der ersten Richtung und in eine von der Nullten verschiedene Beugungsordnung B_k,y in der zweiten Richtung gebeugten kombinierten Laserstrahl eine zusätzliche Phase Δφ_a,b eines kohärenten Laserstrahls an einer a-ten Raster-Position in der ersten Richtung und einer b-ten Raster-Position in der zweiten Richtung einzustellen, die gegeben ist durch: $$\Delta {\mathrm{\phi }}_{\text{a}\text{,b}}=-\left(\left(2\mathrm{\pi }/\text{N}\right)\left(\text{a}-\left(\text{N}+1\right)/2\right){\text{B}}_{\text{k}\text{,x}}+\left(2\mathrm{\pi }/\text{M}\left(\text{b}-\left(\text{M}+1\right)/2\right){\text{B}}_{\text{x}\text{,y}}\right)\right)$$

  

  wobei M eine Anzahl der Raster-Positionen in der zweiten Richtung und B_k,y eine ganzzahlige positive oder negative Zahl bezeichnen. Die zusätzliche Phase Δφ_a,b wird an einer a-ten Raster-Position in der ersten Richtung eingestellt, die gleichzeitig eine b-te Raster-Position in der zweiten Richtung bildet. Für den Fall, dass die Raster-Positionen in der Rasteranordnung nur entlang der ersten Richtung angeordnet sind, werden die kohärenten Laserstrahlen zu einem einzigen Laserstrahl kombiniert, der in der zweiten Richtung in die nullte Beugungsordnung gebeugt wird (d.h. B_k,y = 0). Für den eindimensionalen Fall ergibt sich somit die weiter oben angegebene Formel für die zusätzliche Phase Δφa.
• Bei dieser Weiterbildung wird an Stelle einer eindimensionalen kohärenten Kombination von Laserstrahlen eine Mehrzahl von N x M Laserstrahlen zweidimensional zu einem oder zu mehreren Laserstrahlen kombiniert. In diesem Fall sind die Raster-Positionen in einer zweidimensionalen Rasteranordnung angeordnet, wobei die Abstände zwischen benachbarten Raster-Positionen in beiden Richtungen typischerweise gleich sind, wenn die Anzahl der Raster-Positionen in beiden Richtungen gleich ist (d.h. N = M) oder - für den Fall, dass N ungleich M ist - unterschiedlich gewählt werden. Das Raster bzw. die Rasteranordnung mit den Raster-Positionen kann sich hierbei in einer Ebene (z.B. XY-Ebene) oder auf einer gekrümmten Fläche erstrecken, z.B. auf einer Kugelschale. Die von den Raster-Positionen ausgehenden Laserstrahlen sind im ersten Fall typischerweise parallel ausgerichtet und können im zweiten Fall beispielsweise in Richtung auf den Mittelpunkt der Kugelschlale hin ausgerichtet sein, an dem die Mikrolinsenanordnung angeordnet ist.
• Die Periodizität des Rasters mit den Raster-Positionen gibt hierbei die Rasterabstände der Mikrolinsen in zwei unterschiedlichen, beispielsweise senkrechten Richtungen (X, Y) vor. In diesem Fall können 2-dimensionale Mikrolinsen-Arrays verwendet werden, deren Rasterabstände p_x, p_Y sich ggf. in den beiden zueinander senkrechten Richtungen X, Y in Abhängigkeit von der Periodizität des Rasters unterscheiden. Die Mikrolinsen des 2-dimensionalen Mikrolinsen-Arrays weisen entsprechend eine ggf. unterschiedliche Krümmung in X-Richtung bzw. in Y-Richtung auf, d.h. es handelt sich nicht um Zylinderlinsen. Es ist auch möglich, ein jeweiliges 2-dimensionales Mikrolinsen-Array durch zwei 1-dimensionale Mikrolinsen-Arrays mit Zylinderlinsen zu ersetzen, wobei die Zylinderlinsen der 1-dimensionalen Mikrolinsen-Arrays senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
• Der Zusammenhang zwischen dem 2-dimensionalen Raster mit den Raster-Positionen und den 2-dimensionalen Mikrolinsen-Arrays ist analog zum Zusammenhang zwischen dem Bravais-Gitter und dem reziproken Gitter. Entsprechend kann die Anordnung der Raster-Positionen auch einer dichtesten Packung, d.h. einem hexagonalen Gitter, entsprechen. Die Mikrolinsen der Mikrolinsen-Arrays sind in diesem Fall ebenfalls in einer hexagonalen Anordnung angeordnet.
• Für den Fall, dass die Raster-Positionen in einer ersten Richtung X in gleichen Abständen voneinander (äquidistant) angeordnet sind, ergibt sich für die Grund-Phasen δφa, die einen in die B_k,x-te Beugungsordnung in der ersten Richtung X gebeugten Laserstrahl erzeugen: $$\mathrm{\delta }{\mathrm{\phi }}_{\text{a}}=-\mathrm{\pi }/\text{N}\left({\text{m}}_{\text{a}}+{\text{B}}_{\text{k}\text{,x}}\right),$$

  

  wobei für den Laufindex m_a gilt: $m_a=-\frac{\left(N+1\right)}{2}+\text{a}$

  

  mit 1,..., N, und B_k,x eine ganzzahlige positive oder negative Zahl zwischen -((N-1)/2) und (N-1)/2 inklusive 0 bezeichnet, welche der jeweiligen Beugungsordnung in der ersten Richtung entspricht.
• Für den weiter oben beschriebenen Fall, dass die Raster-Positionen zusätzlich entlang einer zweiten, bevorzugt zur ersten senkrechten Richtung Y angeordnet sind, ergibt sich für die Grund-Phasen δφ_a,b die einen in die B_k,x-te Beugungsordnung in der ersten Richtung X und einen in die B_k,y-te Beugungsordnung in der zweiten Richtung Y gebeugten Laserstrahl erzeugen: $$\mathrm{\delta }{\mathrm{\phi }}_{\text{a}\text{,b}}=-\mathrm{\pi }/\text{N}{\left({\text{m}}_{\text{a}}+{\text{B}}_{\text{k}\text{,x}}\right)}^2-\mathrm{\pi }/\text{M}{\left({\text{m}}_{\text{b}}+{\text{B}}_{\text{k}\text{,y}}\right)}^2,$$

  

  wobei für den Laufindex m_b gilt: $m_b=-\frac{\left(M+1\right)}{2}+b\text{ mit }b=\mathrm{1,...,}M,$

  

  wobei M wie weiter oben die Anzahl der in der zweiten Richtung angeordneten Raster-Positionen bezeichnet, und wobei B_k,y eine ganzzahlige positive oder negative Zahl zwischen - ((M-1)/2) und (M-1)/2 inklusive 0 bezeichnet, welche der jeweiligen Beugungsordnung in der zweiten Richtung entspricht.
• Die Einhaltung der weiter oben angegebenen Bedingungen für die zusätzlichen Phasen Δφa bzw. Δφ_a,b sowie für die Grund-Phasen δφa bzw. δφ_a,b ermöglicht eine Ablenkung ohne Effizienzverlust. Es versteht sich aber, dass die obigen Bedingungen in der Praxis nicht exakt eingehalten werden können. Für den Fall, dass von den obigen Bedingungen abgewichen wird, verschlechtert sich die Strahlqualität des abgelenkten Laserstrahls. Im Sinne dieser Anmeldung werden die obigen Bedingungen als erfüllt angesehen, wenn die rechte Seite um nicht mehr als 20%, bevorzugt um nicht mehr als 10%, insbesondere um nicht mehr als 5% vom Wert Δφa bzw. Δφ_a,b auf der linken Seite abweicht, d.h. wenn gilt: | Δφa + 2 (π / N) (a - (N+1) / 2) B_k,x| < 0,2, bevorzugt < 0,1, insbesondere < 0,05. Entsprechendes gilt auch für Δφ_a,b, d.h. | Δφ_a,b + ((2 π / N) (a - (N+1) / 2) Bk,x + (2 π / M) (b - (M+1) / 2)) B_k,y | < 0,2, bevorzugt < 0,1, insbesondere < 0,05. Entsprechendes gilt auch für die Grund-Phasen δφa bzw. δφ_a,b, d.h. |δφa + π / N (ma + B_k,x)² I < 0,2, bevorzugt < 0,1, insbesondere < 0,05 bzw. |δφ_a,b + π / N (m_a + B_k,x)² + π / M (m_b + B_k,y)²| < 0,2, bevorzugt < 0,1, insbesondere < 0,05.
• Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, die jeweilige zusätzliche Phase der kohärenten Laserstrahlen zur Veränderung einer ersten Beugungsordnung, in die ein erster kombinierter Laserstrahl gebeugt wird, und/oder zur Veränderung einer zweiten Beugungsordnung, in die ein zweiter kombinierter Laserstrahl gebeugt wird, zu variieren. Bei dieser Ausführungsform werden die kohärenten Laserstrahlen von der Strahlkombinationseinrichtung zu mindestens zwei gebeugten Laserstrahlen kombiniert. Um dies zu erreichen, werden die jeweiligen (zusätzlichen) Phasen der kombinierten Laserstrahlen geeignet gewählt, wozu ein iterativer, z.B. stochastischer Optimierungsalgorithmus eingesetzt werden kann, um gezielt die (±(N-1)/2-te oder nullte) Beugungsordnung des ersten kombinierten Laserstrahls sowie die (±(N-1)/2-te oder nullte)Beugungsordnung des zweiten kombinierten Laserstrahls zu variieren bzw. einzustellen. Es versteht sich, dass eine variable Strahlteilung nicht auf zwei kombinierte Laserstrahlen beschränkt ist, sondern auch mit mehr als zwei kombinierten Laserstrahlen durchgeführt werden kann.
• Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Aufteilungseinrichtung zur Aufteilung eines Eingangs-Laserstrahls auf die Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen als weitere Mikrolinsenanordnung bevorzugt mit zwei weiteren Mikrolinsen-Arrays ausgebildet und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu einem einzigen, in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung B_k,x in der ersten Richtung und bevorzugt in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung B_k,y in der zweiten Richtung gebeugten kombinierten Laserstrahl das Doppelte der Grund-Phasen einzustellen.
• Es hat sich gezeigt, dass für den Spezialfall, dass sowohl zum Aufteilen eines Eingangs-Laserstrahls auf die Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen als auch zum Kombinieren der kohärenten Laserstrahlen jeweils eine Mikrolinsenanordnung verwendet wird, erforderlich ist, die in den obigen Gleichungen angegebenen Werte für die Grund-Phasen δφ_a, δφ_a,b zu verdoppeln. Grundsätzlich gilt, dass für den Spezialfall von zwei Mikrolinsenanordnungen, die insbesondere identisch aufgebaut sein können, eine Verdopplung der Grund-Phasen gegenüber dem Fall erforderlich ist, dass zum Kombinieren ein Faser-Splitter oder eine andere optische Einrichtung verwendet wird. Die Verdopplung der Grund-Phasen ist somit nicht auf die weiter oben angegebenen Gleichungen beschränkt, sondern gilt allgemein.
• Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung zur Einstellung einer jeweiligen zusätzlichen Phase der kohärenten Laserstrahlen zur Erzeugung einer vorgegebenen, insbesondere unterschiedlichen Leistung der mindestens zwei in verschiedene Beugungsordnungen gebeugten kombinierten Laserstrahlen ausgebildet. Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung zur Variation der jeweiligen zusätzlichen Phase eines der kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position des kohärenten Laserstrahls innerhalb der Rasteranordnung ausgebildet sein, um die vorgegebene, insbesondere unterschiedliche Leistung bzw. die Leistungs-Verteilung zeitlich zu verändern.
• Die Eingangs-Leistung kann auf die jeweiligen kombinierten Laserstrahlen gleich verteilt werden, es ist aber auch möglich, eine vorgegebene, unterschiedliche Aufteilung der Eingangs-Leistung auf die mindestens zwei in unterschiedliche Beugungsordnungen kombinierten Laserstrahlen vorzunehmen sowie diese Aufteilung ggf. zeitlich zu variieren.
• Für den Fall der Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu einem ersten, in die nullte Beugungsordnung gebeugten kombinierten Laserstrahl und zu einem zweiten, in die ±1. Beugungsordnung in der ersten Richtung gebeugten kombinierten Laserstrahl kann die Aufteilung der Eingangs-Leistung p auf die 0. bzw. auf die ±1. Beugungsordnung beispielsweise wie folgt erfolgen: po = C p; p±1 = (1 - C) p, mit 0 < C < 1. Für die beiden Fälle C = 1 bzw. C = 0 wird nur ein kombinierter, in die 0. bzw. in die ±1. Beugungsordnung gebeugter kombinierter Laserstrahl erzeugt. Für den Fall C = 0,5 wird die Hälfte der Eingangs-Leistung p in die 0. Beugungsordnung und die andere Hälfte in die ±1. Beugungsordnung gebeugt.
• Für die zusätzliche Phase eines jeweiligen kohärenten Laserstrahls an einer a-ten Raster-Position in der ersten Richtung, welche die oben angegebene Leistungs-Aufteilung mit dem Faktor C erzeugt, gilt: $$\Delta {\mathrm{\phi }}_{\text{a}}=\pm \text{C}\left(2\mathrm{\pi }/\text{N}\right)\left(\text{a}-\left(\text{N}+1\right)2\right),$$

  

  wobei für ein positives Vorzeichen in obiger Gleichung ein Anteil der Eingangs-Leistung p in die -1. Beugungsordnung gebeugt wird und wobei für ein negatives Vorzeichen in obiger Gleichung ein Anteil der Eingangs-Leistung in die +1. Beugungsordnung gebeugt wird. Die obige Gleichung kann analog zu den weiter oben angegebenen Gleichungen für die zusätzliche Phase Δφ_a auf den zweidimensionalen Fall verallgemeinert werden, wobei sich nachfolgende Formel für die zusätzliche Phase Δφ_a,b ergibt: $$\Delta {\mathrm{\phi }}_{\text{a}\text{,b}}=\pm \text{C}\left(2\mathrm{\pi }/\text{N}\right)\left(\text{a}-\left(\text{N}+1\right)/2\right)\pm \text{C}\left(2\mathrm{\pi }/\text{M}\right)\left(\text{b}-\left(\text{M}+1\right)/2\right).$$

  
• Der Faktor C kann konstant gewählt oder zeitabhängig verändert werden. In letzterem Fall kann die Vorrichtung in der Art einer akusto-optischen oder elektromechanischen Komponenten in Form von Deflektoren bzw. Modulatoren betrieben werden. Die obigen Formeln für die zusätzliche Phase gelten allgemein für den Fall, dass die Eingangs-Leistung zwischen zwei unmittelbar benachbarten Beugungsordnungen aufgeteilt werden soll. Für den Fall, dass die Grund-Phase so eingestellt wird, dass eine Beugung der kohärenten Laserstrahlen in die +1. Beugungsordnung erfolgt, erfolgt die Aufteilung der Eingangs-Leistung zwischen der +1. Beugungsordnung und der +2. Beugungsordnung.
• Bei einer Anzahl M von mehr als zwei kombinierten Laserstrahlen kann die Aufteilung beispielsweise in Form einer (linearen) Leistungs-Rampe realisiert werden, bei der ein erster kombinierter Laserstrahl mit einer maximalen Leistung p_k.max in die k-te Beugungsordnung gebeugt wird und bei der die übrigen M-1 kombinierten Laserstrahlen mit einer in Bezug auf die maximale Leistung p_k.max reduzierten Leistung in die übrigen M-1 Beugungsordnungen gebeugt werden. Für die Leistungs-Verteilung in Form eines Leistungs-Keils kann beispielsweise gelten: a / M p_k,max, mit a = 1, ..., M. Für das Beispiel einer Anzahl von fünf gebeugten kombinierten Laserstrahlen ergeben sich Anteile von 100%, 80%, 60%, 40% und 20% der maximalen Leistung p_k,max.
• Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Raster-Positionen in der Rasteranordnung entlang einer ersten Richtung angeordnet und die kohärenten Laserstrahlen und die Mikrolinsenanordnung erfüllen die folgende Bedingung: $$\text{N}={\text{p}}_{\text{x}}{}^2/\left({\mathrm{\lambda }}_{\text{L}}{\text{f}}_{\text{E}}\right),$$

  

  wobei N eine Anzahl der entlang der ersten Richtung angeordneten Raster-Positionen, p_x einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays in der ersten Richtung, λ_L. die Laserwellenlänge und f_E die (effektive) Brennweite der Mikrolinsenanordnung bezeichnen. Im einfachsten Fall weist die Mikrolinsenanordnung zwei Mikrolinsenarrays mit identischer Brennweite auf, die im Abstand ihrer Brennweiten zueinander angeordnet sind. In diesem Fall stimmt die Brennweite der Mikrolinsenanordnung mit der (gemeinsamen) Brennweite der beiden Mikrolinsen-Arrays überein.
• Für den Fall, dass eine gerade Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen entlang einer Richtung kombiniert werden soll, ist es typischerweise erforderlich, in der Strahlkombinationseinrichtung die 0-te Beugungsordnung zu eliminieren. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Phasenschiebe-Einrichtung z.B. in Form eines Phasenschieberelements verwendet werden, welches die 0-te Beugungsordnung durch destruktive Interferenz unterdrückt oder eines der Mikrolinsen-Arrays kann zu diesem Zweck lateral bzw. quer zur Propagationsrichtung des kombinierten Laserstrahls relativ zum anderen Mikrolinsen-Array verschoben werden, wie dies in der DE 10 2018 211 971.6 bzw. in der PCT/ EP2019/069324 beschrieben ist, die in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Phasen-Einstelleinrichtungen dazu zu verwenden, die jeweiligen Phasen der kohärenten Laserstrahlen so einzustellen, dass die 0-te Beugungsordnung eliminiert wird.
• Für den Fall, das die Raster-Positionen in der Rasteranordnung zusätzlich entlang einer zweiten, bevorzugt zur ersten senkrechten Richtung angeordnet sind, erfüllen die kohärenten Laserstrahlen und die Mikrolinsenanordnung typischerweise zusätzlich folgende Bedingung: $$\text{M}={\text{p}}_{\text{y}}{}^2/\left({\mathrm{\lambda }}_{\text{L}}{\text{f}}_{\text{E}}\right),$$

  

  wobei M eine Anzahl der entlang der zweiten Richtung angeordneten Raster-Positionen und p_Y einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays in der zweiten Richtung bezeichnen.
• Die Erfinder haben erkannt, dass bei der Kombination zu dem kombinierten Laserstrahl die Strahlqualität eines einzelnen kohärenten Laserstrahls nahezu vollständig erhalten bleibt, wenn obige Gleichung (1) bzw. (2) erfüllt ist. Hierbei wird ausgenutzt, dass eine Mikrolinsenanordnung bzw. ein abbildender Homogenisierer, der mit einem kohärenten, kollimierten Laserstrahl bestrahlt wird, für den Fall, dass die Gleichung (1) erfüllt ist, ein Beugungsmuster mit N Beugungs-Spots gleicher Intensität erzeugt, vgl. den Artikel von M. Zimmermann et al. „Refractive Micro-optics for Multi-spot and Multi-line Generation‟, Proceedings of LPM2008-the 9th International Symposium on Laser Precision Microfabrication. Die Erfinder schlagen vor, den Strahlweg durch den abbildenden Homogenisierer umzukehren und an den Positionen, an denen in dem zitierten Artikel die Beugungs-Spots erzeugt werden, die Raster-Positionen anzuordnen, von denen die kohärenten Laserstrahlen ausgehen bzw. in Richtung auf die Mikrolinsenanordnung ausgesandt werden. Weisen die kohärenten Laserstrahlen eine (annähernd) gleiche Intensität auf, wird bei der Umkehrung der Strahlrichtung ein kombinierter, kohärenter Laserstrahl hoher Strahlqualität erzeugt.
• Es versteht sich, dass die Gleichung (1) in der Praxis nicht exakt eingehalten werden kann. Für den Fall, dass von der Gleichung (1) abgewichen wird, verschlechtert sich die Strahlqualität des überlagerten Laserstrahls. Im Sinne dieser Anmeldung wird die obige Gleichung (1) als erfüllt angesehen, wenn die rechte Seite der Gleichung (1) um nicht mehr als 20%, bevorzugt um nicht mehr als 10%, insbesondere um nicht mehr als 5% vom (ganzzahligen) Wert N auf der linken Seite der Gleichung (1) abweicht, d.h. wenn gilt: |N - p_x ² / (λ_L f_E)l < 0,2, bevorzugt < 0,1, insbesondere < 0,05. Entsprechendes gilt auch für Gleichung (2), d.h. |M - p_y ² / (µ_L f_E)l < 0,2, bevorzugt < 0,1, insbesondere < 0,05.
• Die Mikrolinsenanordnung kann mindestens drei Mikrolinsen-Arrays aufweisen und insbesondere zur Einstellung ihrer (effektiven) Brennweite f_E ausgebildet sein, wie dies in der DE 10 2018 211 971.6 bzw. in der PCT/ EP2019/069324 beschrieben ist. Die Einstellung der Brennweite der Mikrolinsenanordnung ist erforderlich, wenn die Anzahl N bzw. M der kohärenten Laserstrahlen, die für die Kombination verwendet werden, verändert wird und weiterhin die Gleichung (1) bzw. (2) erfüllt sein soll, da die anderen Parameter in Gleichung (1) bzw. (2), d.h. die Laserwellenlänge λ_L. und der Rasterabstand p_x bzw. p_y der Mikrolinsen, nicht ohne weiteres verändert werden können.
• Im einfachsten Fall wird ein jeweiliges Mikrolinsen-Array der Mikrolinsenanordnung durch ein eigenes Multilinsen-Array-Bauteil realisiert. Es ist aber auch möglich, dass mehrere Mikrolinsen-Arrays im Strahlpfad durch ein einziges Mikrolinsenarray-Bauteil realisiert werden, indem der Strahlpfad dieses Mikrolinsenarray-Bauteil entsprechend mehrfach durchläuft, beispielsweise weil der Strahlpfad an einem reflektierenden optischen Element umgelenkt wird.
• Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung ausgebildet, in der ersten Richtung benachbarte kohärente Laserstrahlen mit einer vorgegebenen Winkeldifferenz δθ in die Mikrolinsenanordnung einzukoppeln, für die gilt: $$\mathrm{\delta \theta }={\mathrm{\lambda }}_{\text{L}}/{\text{p}}_{\text{x}},$$

  

  wobei λ_L die Laserwellenlänge und p_x einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays in der ersten Richtung bezeichnen. Für die Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu einem kombinierten Laserstrahl ist es typischerweise erforderlich bzw. günstig, wenn benachbarte kohärente Laserstrahlen mit der weiter oben angegebenen Winkeldifferenz δθ in die Mikrolinsenanordnung eingekoppelt werden. Um diese Bedingung zu erfüllen, können die Raster-Positionen, von denen die kohärenten Laserstrahlen ausgehen, unter der jeweiligen Winkeldifferenz δθ zueinander ausgerichtet werden und beispielsweise äquidistant auf einem Kreisbogen angeordnet sein. Eine Fokussierung der kohärenten Laserstrahlen kann in diesem Fall beispielsweise mit Hilfe von Einzellinsen oder mit einem weiteren Mikrolinsen-Array erfolgen, die im jeweiligen Strahlweg eines der kohärenten Laserstrahlen angeordnet sind, es kann ggf. aber auch auf das Vorsehen solcher Linsen verzichtet werden. Eine entsprechende Bedingung gilt für die Winkeldifferenz zwischen benachbarten kohärenten Laserstrahlen in der zweiten Richtung, d.h. es gilt: δθ = λ_L. / p_y. Die oben angegebene Bedingung gilt als erfüllt, wenn gilt: |δθ - λ_L. / p_x| < 0,2, bevorzugt < 0,1, insbesondere < 0,05.
• Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Einkoppeloptik zur Einkopplung der kohärenten Laserstrahlen in die Mikrolinsenanordnung auf, wobei die Einkoppeloptik mindestens eine Fokussiereinrichtung, insbesondere mindestens eine Fokussierlinse, zur Fokussierung der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen auf die Mikrolinsenanordnung aufweist. In diesem Fall wird eine Einkoppeloptik verwendet, die zwischen den Raster-Positionen, von denen die kohärenten Laserstrahlen ausgehen, und der Mikrolinsenanordnung angeordnet ist. Für den Fall, dass die Strahlwege der kohärenten Laserstrahlen zu lang sind, um die oben angegebenen Bedingungen zu erfüllen, kann die Einkoppeloptik eine teleskopische Optik z.B. in Form von mindestens zwei Linsen aufweisen.
• Die Einkoppeloptik ist nicht zwingend erforderlich, kann aber z.B. beim Einrichten des Lasersystems bzw. der Vorrichtung günstig sein. Insbesondere kann die Einkoppeloptik dazu verwendet werden, die oben angegebene Bedingung an die Winkeldifferenz δθ zu erfüllen, ohne dass zu diesem Zweck die Strahlaustrittsrichtungen der kohärenten Laserstrahlen an den Raster-Positionen unter einem Winkel zueinander ausgerichtet werden müssen. Die Verwendung einer Fokussierlinse, die im Wesentlichen im Abstand ihrer Brennweite von der Mikrolinsenanordnung angeordnet ist (Fourier-Linse) hat sich zu diesem Zweck als günstig herausgestellt. Die kohärenten Laserstrahlen können in diesem Fall im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet auf die Fokussierlinse treffen und werden auf die Mikrolinsenanordnung fokussiert.
• Beispielsweise können in diesem Fall die Raster-Positionen auf einer Linie angeordnet sein, d.h. die Strahlaustrittsrichtungen bzw. die Poynting-Vektoren der kohärenten Laserstrahlen sind parallel zueinander ausgerichtet. Die Verwendung bzw. die Auslegung der Einkoppeloptik und die Anordnung der Raster-Positionen hängen von den Rahmenbedingungen, beispielsweise von der verwendeten Laserquelle ab. Für den Fall, dass die Raster-Positionen die Stirnseiten von parallel verlaufenden Fasern bilden, bietet sich beispielsweise die Verwendung einer Einkoppeloptik an.
• Bei einer Weiterbildung sind in der ersten Richtung benachbarte Raster-Positionen entlang einer Linie angeordnet und weisen einen Abstand δx voneinander auf, der gegeben ist durch δx = λ_L f₂ / p_x, wobei λ_L. die Laserwellenlänge, f₂ die Brennweite der Fokussiereinrichtung und p_x einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays in der ersten Richtung bezeichnen. Für den Fall, dass die Laserstrahlen parallel verlaufen, sind die Raster-Positionen typischerweise entlang einer gemeinsamen Richtung bzw. Linie (z.B. in X-Richtung) angeordnet, die senkrecht zur gemeinsamen Strahlausbreitungsrichtung der Laserstrahlen verläuft. In diesem Fall ist der Abstand δx der Laserstrahlen bzw. der Raster-Positionen typischerweise durch die obige Bedingung festgelegt. Die oben angegebene Bedingung gilt als erfüllt, wenn gilt: |δx - λ_L. f₂ / p_x| < 0,2, bevorzugt < 0,1, insbesondere < 0,05.
• Weist die Fokussiereinrichtung eine Brennweite f2 auf, so ist die Mikrolinsenanordnung, genauer gesagt das erste Mikrolinsen-Array der Mikrolinsenanordnung, idealerweise in der ersten Richtung in einem Abstand L2 von der Fokussiereinrichtung angeordnet, der gegeben ist durch: L2 = f₂ - p_x ² / (λ_L N) bzw. L2 = f₂ - f_E. Durch die Abweichung des Abstands L2 der Mikrolinsenanordnung um px² / (λ_L N) von der Brennweite f₂ der Fokussiereinrichtung wird ein allen Laserstrahlen gemeinsamer Anteil der Phasenfront bzw. eine gemeinsame Phasenfrontkrümmung der auf die Mikrolinsenanordnung auftreffenden Laserstrahlen so eingestellt, dass die kohärenten Laserstrahlen beim Durchgang durch die Mikrolinsenanordnung bzw. durch den abbildenden Homogenisierer einen kombinierten, einzelnen Laserstrahl bilden. Die Bedingung an den Abstand L2 gilt auch als erfüllt, wenn die rechte Seite um weniger als 5%, bevorzugt um weniger als 2% von der linken Seite abweicht. Für den Fall, dass die Raster-Positionen in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind, gilt für den Rasterabstand p_y der Mikrolinsen in der zweiten Richtung analog: L2' = f₂ - p_y ² / (λ_L M), wobei M die Anzahl der Raster-Positionen in der zweiten Richtung bezeichnet. Der Abstand L2' in der zweiten Richtung wird bis zum ersten Mikrolinsen-Array gemessen, welches eine Strahlformung in der zweiten Richtung vornimmt und kann daher vom Abstand L2 in der ersten Richtung abweichen.
• Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Lasersystem, umfassend: eine Seed-Laserquelle zur Erzeugung eines Seed-Laserstrahls, sowie eine Vorrichtung wie weiter oben beschrieben zur Kombination der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, wobei der Seed-Laserstrahl bevorzugt den Eingangs-Laserstrahl der Vorrichtung bildet. Die Seed-Laserquelle ist bevorzugt ausgebildet, den Seed-Laserstrahl mit einer spektralen Bandbreite von weniger als 100 nm, besonders bevorzugt von weniger als 50 nm, insbesondere von weniger als 10 nm sowie bevorzugt mit einem räumlichen Grundmode (Single-Mode-Laserstrahl) zu erzeugen. Der Seed-Laserstahl kann der Vorrichtung direkt bzw. über geeignete strahlführende optische Elemente zugeführt werden. Der Seed-Laserstrahl kann vor dem Eintritt in die weiter oben beschriebene Vorrichtung in mindestens einem optischen Verstärker verstärkt werden. Insbesondere in diesem Fall kann auf das Vorsehen von Verstärkern, z.B. in Form von Verstärker-Fasern, zur Verstärkung der einzelnen kohärenten Laserstrahlen in der Vorrichtung ggf. vollständig verzichtet werden. Durch die Verstärkung des Seed-Laserstrahls vor dem Eintritt in die Vorrichtung kann ggf. auf eine aktive Regelung der Phasen der einzelnen kohärenten Laserstrahlen verzichtet werden. In diesem Fall kann an den jeweiligen Phasen-Einstelleinrichtungen eine statische - bzw. zur gezielten Veränderung der jeweiligen Beugungsordnung variierende - Phase eingestellt werden, die nicht nachgeregelt werden muss. Alternativ ist es möglich, dass es sich bei dem Eingangs-Laserstrahl selbst um einen kombinierten Laserstrahl handelt, wie nachfolgend näher beschrieben ist.
• Bei einer Ausführungsform umfasst das Lasersystem zusätzlich eine weitere Vorrichtung zur Kombination einer Mehrzahl von weiteren kohärenten Laserstrahlen, umfassend: eine weitere Aufteilungseinrichtung zur Aufteilung des Seed-Laserstrahls bzw. des (weiteren) Eingangs-Laserstrahls auf die Mehrzahl von weiteren kohärenten Laserstrahlen, eine Mehrzahl von weiteren Phasen-Einstelleinrichtungen zur Einstellung einer jeweiligen Phase eines der weiteren kohärenten Laserstrahlen, sowie eine weitere Strahlkombinationseinrichtung zur Kombination der weiteren kohärenten Laserstrahlen, die von einer Mehrzahl von weiteren Raster-Positionen einer weiteren Rasteranordnung ausgehen, wobei die weitere Strahlkombinationseinrichtung eine weitere Mikrolinsenanordnung mit mindestens zwei weiteren Mikrolinsen-Arrays aufweist, sowie eine weitere Steuerungseinrichtung, die zur Einstellung der jeweiligen Phase eines der weiteren kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen weiteren Raster-Position innerhalb der weiteren Rasteranordnung ausgebildet ist, um die kohärenten weiteren Laserstrahlen zu einem in die nullte Beugungsordnung oder in einen von der nullten verschiedene Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl zu kombinieren, welcher den Eingangs-Laserstrahl der Aufteilungseinrichtung der Vorrichtung bildet.
• Die weitere Steuerungseinrichtung der weiteren Vorrichtung ist in diesem Fall ausgebildet bzw. programmiert, die weiteren kohärenten Laserstrahlen zu einem in die nullte Beugungsordnung oder in eine von der nullten verschiedene Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl zu kombinieren, indem die weiter oben in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen Grund-Phasen eingestellt werden.
• Bei dieser Ausführungsform wird eine weitere Vorrichtung zur Kombination einer Mehrzahl von weiteren kohärenten Laserstrahlen dazu verwendet, um den Eingangs-Laserstrahl für die weiter oben beschriebene Vorrichtung zu erzeugen. Die weitere Vorrichtung wird in diesem Fall dazu verwendet, um aus dem Seed-Laserstrahl einen verstärkten kombinierten weiteren Laserstrahl zu bilden, der den Eingangs-Laserstrahl der Vorrichtung bildet. Auch in diesem Fall kann auf das Vorsehen von Verstärkern innerhalb der Vorrichtung, insbesondere im Strahlweg nach der Aufteilungseinrichtung, ggf. vollständig verzichtet werden. Da in die Vorrichtung ein verstärkter Eingangs-Laserstrahl eingekoppelt wird, kann ggf. auf eine aktive Phasen-Einstellung bzw. Phasen-Regelung in der Vorrichtung verzichtet werden, so dass die Ablenkung des mindestens einen kombinierten Laserstrahls in der Vorrichtung nicht durch eine Phasen-Regelung verlangsamt wird. Eine in der weiteren Vorrichtung zur Kombination der weiteren kohärenten Laserstrahlen vorgesehene aktive Stabilisierung der Phasen-Einstellungen mittels eines Regelkreises vereinfacht sich in diesem Fall, da nur auf die nullte Beugungsordnung stabilisiert werden muss.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Kombinieren einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, weiter umfassend: Einstellen einer jeweiligen Phase eines der kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position in der Rasteranordnung zum Kombinieren der kohärenten Laserstrahlen zu mindestens einem in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl und/oder Variieren der jeweiligen Phase der kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position innerhalb der Rasteranordnung, um eine Beugungsordnung zu verändern, in die der mindestens eine kombinierte Laserstrahl gebeugt wird. Durch die Variation der Phasen kann ein hochdynamischer, diskreter Scanprozess in einer oder in zwei Richtungen erfolgen.
• Wie weiter oben in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurde, wird auch bei dem Verfahren zum Kombinieren der Mehrzahl von Laserstrahlen gezielt von den Grund-Phasen bzw. von Phasenunterschieden zwischen den kohärenten Laserstrahlen für eine im Hinblick auf die Strahlqualität optimierte Kombination in der nullten oder in einer höheren Beugungsordnung abgewichen, um eine kontrollierte Strahlablenkung bzw. eine kontrollierte Strahlteilung vorzunehmen. Bei einer Strahlablenkung bzw. Strahlteilung mit geeignet gewählten zusätzlichen Phasen der einzelnen kohärenten Laserstrahlen resultiert kein Effizienzverlust für die jeweilige Beugungsordnung. Die zusätzlichen Phasen der einzelnen kohärenten Laserstrahlen können insbesondere die weiter oben in Zusammenhang mit dem Lasersystem bzw. mit der Vorrichtung angegebenen Gleichungen für Δφa bzw. für Δφ_a,b erfüllen. Auch die Grund-Phasen δφ_a bzw. δφ_a,b erfüllen typischerweise die weiter oben in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen Gleichungen.
• Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren: Variieren der jeweiligen zusätzlichen Phasen der kohärenten Laserstrahlen zur Veränderung einer ersten Beugungsordnung, in die ein erster kombinierter Laserstrahl gebeugt wird, und/oder zur Veränderung einer zweiten Beugungsordnung, in die ein zweiter kombinierter Laserstrahl gebeugt wird ausgehend von einer jeweiligen Grund-Phase, bei der die Strahlkombinationseinrichtung die kohärenten Laserstrahlen zu einem einzigen in die nullte Beugungsordnung oder in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl kombiniert. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann durch die Variation der Phasen eine hochdynamische Strahlteilung realisiert werden, bei welcher zwei, drei oder ggf. mehr (maximal N bzw. N x M) kombinierte Laserstrahlen erzeugt und/oder die Position bzw. die Ausrichtung von maximal N-1 bzw. maximal (N-1) x (M -1) kombinierten Laserstrahlen verändert werden können.. Es versteht sich, dass der weiter oben in Zusammenhang mit einem einzigen kombinierten Laserstrahl beschriebene Scanprozess auch mit der Aufteilung auf zwei oder mehr kombinierte Laserstrahlen kombiniert werden kann.
• Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren: Einstellen einer jeweiligen zusätzlichen Phase der kohärenten Laserstrahlen zur Erzeugung einer vorgegebenen, insbesondere unterschiedlichen Leistung der mindestens zwei in verschiedene Beugungsordnungen gebeugten kombinierten Laserstrahlen ausgehend von einer jeweiligen Grund-Phase, bei der die Strahlkombinationseinrichtung die kohärenten Laserstrahlen zu einem einzigen in die nullte Beugungsordnung oder in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl kombiniert. Wie weiter oben in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurde, kann die Eingangs-Leistung auf die zwei oder mehr kombinierten Laserstrahlen gleich verteilt werden, es ist aber auch möglich, gezielt von einer Gleichverteilung auf die Mehrzahl von kombinierten Laserstrahlen abzuweichen.
• Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es günstig, wenn die kohärenten Laserstrahlen und die Mikrolinsenanordnung die oben angegebenen Bedingungen N = p_x ² / (λ_L f_E) bzw. M = p_Y ² / (λ_L f_E) erfüllen (wobei von einer identischen Brennweite f_E ausgegangen wird). Auch ist es vorteilhaft, wenn benachbarte kohärente Laserstrahlen mit einer vorgegebenen Winkeldifferenz δθ_x bzw. δθ_y in die Mikrolinsenanordnung eingekoppelt werden, für die gilt: δθ_x = λ_L / p_x bzw. δθ_y = λ_L / p_y.
• Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
• Es zeigen:
• 1a-c eine schematische Darstellung eines Lasersystems mit einer Vorrichtung zur Kombination einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, die in einer Mehrzahl von Verstärker-Fasern verstärkt werden,
• 1b eine schematische Darstellung eines Lasersystems analog zu 1a, bei dem der Vorrichtung ein verstärkter Seed-Laserstrahl zugeführt wird,
• 1c eine schematische Darstellung eines Lasersystems analog zu 1b mit einer weiteren Vorrichtung zur Kombination von kohärenten Laserstrahlen, die zur Verstärkung des Seed-Laserstrahls dient,
• 2 eine Darstellung einer Strahlkombinationseinrichtung des Lasersystems von 1a-c, die eine Einkoppeloptik und eine Mikrolinsenanordnung mit zwei Mikrolinsen-Arrays umfasst,
• 3a,b Darstellungen einer eindimensionalen Anordnung von fünf kohärenten Laserstrahlen mit einer jeweils zugeordneten zusätzlichen Phase zur Erzeugung eines einzigen gebeugten Laserstrahls,
• 4a,b Darstellungen des Fernfeldes der Strahlkombinationseinrichtung bei Verwendung der in 3a,b gezeigten Phasen,
• 5a,b Darstellungen des Fernfeldes der Strahlkombinationseinrichtung von 2, bei dem die Phasen der kohärenten Laserstrahlen so gewählt sind, dass der kombinierte Laserstrahl in zwei unterschiedliche Beugungsordnungen gebeugt wird,
• 6a-c Darstellungen von drei Strahlkombinationseinrichtungen, bei denen die Raster-Positionen jeweils in einer zweidimensionalen Rasteranordnung angeordnet sind,
• 7 eine Darstellung einer zweidimensionalen Anordnung von 5 x 5 kohärenten Laserstrahlen mit einer jeweils zugeordneten zusätzlichen Phase zur Erzeugung eines einzigen oder mehrerer gebeugter Laserstrahlen,
• 8 eine Darstellung des Fernfeldes der Strahlkombinationseinrichtung, bei dem die Phasen so gewählt sind, dass der kombinierten Laserstrahl in genau eine Beugungsordnung gebeugt wird, sowie
• 9 eine Darstellung des Fernfeldes der Strahlkombinationseinrichtung, bei dem die Phasen so gewählt sind, dass zwei kombinierte Laserstrahlen in zwei unterschiedliche Beugungsordnungen gebeugt werden.
• In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
• 1a zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Lasersystems 1, welches eine Laserquelle 2 zur Erzeugung eines Seed-Laserstrahls 2a aufweist. Die Laserquelle 2 weist zu diesem Zweck einen modengekoppelten Faser-Master-Oszillator auf, der den Seed-Laserstrahl 2a mit einer Laserwellenlänge λ_L. erzeugt. Der Seed-Laserstrahl 2a der Laserquelle 2 wird als Eingangs-Laserstrahl 9 einer Vorrichtung 5 zur Kombination einer Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen 3.1, 3.2, ..., 3.N zugeführt. Die Vorrichtung 5 weist eine herkömmliche 1-zu-N-Aufteilungseinrichtung 4, beispielsweise in Form eines Faser-Splitters, auf, um den Eingangs-Laserstrahl 9, welcher dem Seed-Laserstrahl 2a entspricht, in die Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen 3.1,..., 3.N aufzuteilen. Die kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N durchlaufen eine entsprechende Anzahl N von Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N, welche die Einstellung einer jeweiligen individuellen Phase δφ_a + Δφ_a der kohärenten Laserstahlen 3.1, ..., 3.N (a = 1, ..., N) ermöglichen, indem sie eine geeignete Phasen-Verzögerung bewirken. Die Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N können beispielsweise als Elektro-optische Modulatoren oder Deflektoren, z.B. unter Verwendung von Flüssigkristallen, als akusto-optische Modulatoren oder Deflektoren, als elektro-mechanische Modulatoren oder Deflektoren, z.B. in Form von aktuierbaren Piezo-Spiegeln, etc. ausgebildet sein.
• Nach den Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N durchlaufen die kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N eine entsprechende Anzahl N von Verstärker-Fasern 7.1, ..., 7.N, um die kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N zu verstärken. Die Stirnseiten der Verstärker-Fasern 7.1, ..., 7.N dienen als Emissionsflächen bzw. diese bilden Raster-Positionen 8.1, ..., 8.N, an denen die kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N emittiert werden. Die Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N können auch hinter den Verstärker-Fasern 7.1, ..., 7.N angeordnet sein oder direkt auf die Verstärker-Fasern 7.1, ..., 7.N einwirken, beispielsweise indem diese eine einstellbare mechanische Spannung auf die Verstärker-Fasern 7.1, ..., 7.N erzeugen.
• Die kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N können an einer nicht bildlich dargestellten Umlenkeinrichtung, die eine Mehrzahl von Umlenkspiegeln aufweist, umgelenkt werden, um den Füllfaktor zu erhöhen, d.h. um den Abstand zwischen benachbarten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N bzw. Raster-Positionen 8.1, ..., 8.N zu verringern. Es versteht sich, dass die Umlenkeinrichtung nicht zwingend erforderlich ist. Die kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N treten im gezeigten Beispiel parallel zueinander ausgerichtet in eine Strahlkombinationseinrichtung 10 ein, die eine Mikrolinsenanordnung 11 bzw. einen abbildenden Homogenisierer mit zwei Mikrolinsen-Arrays 17a,b zur kohärenten Kombination der Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N für die Bildung eines kombinierten Laserstrahls 12 oder von mehreren kombinierten Laserstrahlen 12a,b aufweist (letzteres ist in 1a nicht gezeigt).
• Wie in 1a zu erkennen ist, wird ein Anteil 12a des kombinierten Laserstrahls 12 über eine Auskoppeleinrichtung in Form eines teiltransmissiven Spiegels 13 ausgekoppelt und trifft auf einen ortsauflösenden Detektor 14, z.B. in Form eines Sensor-Arrays oder einer Kamera. Der Detektor 14 steht mit einer Steuerungseinrichtung 15 des Lasersystems 1 in signaltechnischer Verbindung, welche die Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N ansteuert, um die individuellen Phasen δφa + Δφa der Laserstahlen 3.1, ..., 3.N in Abhängigkeit von den Eigenschaften des detektierten Anteils 12a des kombinierten Laserstrahls 12 anzupassen. Die Steuerungseinrichtung 15 kann insbesondere eine Regelung der Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N zur Erzeugung von gewünschten (Soll-)Phasen δφa + Δφa der Laserstahlen 3.1, ..., 3.N in Abhängigkeit von den Eigenschaften des detektierten Anteils 12a des kombinierten Laserstrahls 12 ermöglichen.
• Obgleich im gezeigten Beispiel die Anzahl N von Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N der Mehrzahl N von Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N entspricht, ist in der Regel eine Anzahl von N - 1 Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N-1 ausreichend. Bei dem in 1a gezeigten Lasersystem 1 kann einerseits eine hohe Strahlqualität von z.B. M = 1,3 des kombinierten Laserstrahls 12 erreicht werden, andererseits kann durch die Verstärkung in den Verstärker-Fasern 7.1, ..., 7.N eine deutliche Erhöhung der Leistung der Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N erreicht werden.
• 1b zeigt ein Lasersystem 1, welches sich von dem in 1a gezeigten Lasersystem 1 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N in der Vorrichtung 5 nicht mit Hilfe einer Mehrzahl von Verstärker-Fasern 7.1, ..., 7.N. oder mit Hilfe von anderen optischen Verstärkern verstärkt werden. Bei dem in 1b gezeigten Lasersystem 1 wird vielmehr der Seed-Laserstrahl 2a in einer Verstärker-Faser 7 verstärkt. Der verstärkte Seed-Laserstrahl 2a wird der Vorrichtung 5 als Eingangs-Laserstrahl 9 zugeführt. Die Vorrichtung 5 von 1b ist analog zu der in 1a gezeigten Vorrichtung 5 ausgebildet, mit dem Unterschied, dass die Raster-Positionen 8.1, ..., 8.N der kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N nicht an den Stirnseiten der (in 1b nicht vorhandenen) Verstärker-Fasern 7.1, ..., 7.N gebildet sind, sondern in einer Brennebene eines im Strahlengang zweiten Mikrolinsen-Arrays der in 1b als weitere Mikrolinsenanordnung ausgebildeten Aufteilungseinrichtung 4, d.h. im Fernfeld des zweiten weiteren Mikrolinsen-Arrays 17'b der Aufteilungseinrichtung 4.
• Die Raster-Positionen 8.1, ..., 8.N der kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N in der Brennebene bilden eine Rasteranordnung 16, bei der benachbarte Raster-Positionen 8.1, ..., 8.N denselben Abstand voneinander aufweisen, d.h. äquidistant angeordnet sind.
• Die Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N sind bei der in 1b gezeigten Vorrichtung 1 ausgebildet, die Phasen δφ_a + Δφa der Laserstahlen 3.1, ..., 3.N in Freistrahl-Propagation einzustellen. Bei den Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N kann es sich beispielsweise um elektro-optische oder um akusto-optische Modulatoren oder Deflektoren handeln. Bei der in 1b gezeigten Vorrichtung 5 dient die Steuerungseinrichtung 15 ebenfalls dazu, die Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N anzusteuern. Auf die in Zusammenhang mit 1a beschriebene aktive Regelung der Phasen δφ_a + Δφa der Laserstahlen 3.1, ..., 3.N kann bei der in 1b gezeigten Vorrichtung 5 zumindest bei nicht zu großen Strahlungsleistungen der Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N verzichtet werden, d.h. die Steuerungseinrichtung 15 kann die (statischen) Soll-Phasen δφa + Δφa an den Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N einstellen, ohne dass eine Nachregelung erforderlich ist. Aufgrund der nicht benötigten aktiven Phasenanpassung bzw. Regelung kann bei der Vorrichtung 5 ein schnelleres Ablenken des bzw. der kombinierten Laserstrahlen 12, 12a,b erfolgen als dies bei der in 1a gezeigten Vorrichtung 5 der Fall ist.
• 1c zeigt ein Lasersystem 1, welches wie in 1b ausgebildet ist, wobei das Lasersystem 1 von 1c zur Verstärkung des Seed-Laserstrahls 2a an Stelle des in 1b gezeigten Verstärkers 7 eine weitere Vorrichtung 5' zur Kombination einer Mehrzahl N von weiteren Laserstrahlen 3.1', ...., 3.N' aufweist, die analog zu der in 1a gezeigten Vorrichtung 5 ausgebildet ist. Der weiteren Vorrichtung 5' wird der Seed-Laserstrahl 2a als Eingangs-Laserstrahl 9' zugeführt und mittels einer weiteren 1-zu-N-Aufteilungseinrichtung 4' auf eine Anzahl N von weiteren kohärenten Laserstrahlen 3.1', ..., 3.N' aufgeteilt. Die Anzahl N von weiteren kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N durchläuft eine entsprechende Anzahl N von weiteren Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1', ..., 6.N', welche die Einstellung einer jeweiligen individuellen (Grund-)Phase δφa der weiteren kohärenten Laserstahlen 3.1', ..., 3.N' (a = 1, ..., N) ermöglichen, indem sie eine geeignete Phasen-Verzögerung bewirken.
• Nach den weiteren Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1', ..., 6.N' durchlaufen die weiteren kohärenten Laserstrahlen 3.1', ..., 3.N' eine entsprechende Anzahl N von weiteren Verstärker-Fasern 7.1', ..., 7.N', um die weiteren kohärenten Laserstrahlen 3.1', ..., 3.N' zu verstärken. Die Stirnseiten der weiteren Verstärker-Fasern 7.1', ..., 7.N' dienen als Emissionsflächen bzw. diese bilden weitere Raster-Positionen 8.1', ..., 8.N', an denen die weiteren kohärenten Laserstrahlen 3.1', ..., 3.N' emittiert werden. Die individuellen Phasen δφa der weiteren kohärenten Laserstahlen 3.1', ..., 3.N' werden mit Hilfe einer weiteren Steuerungseinrichtung 15' gesteuert bzw. in Abhängigkeit von einem Detektor-Signal eines weiteren Detektors 14' geregelt, welcher einen Anteil 12a' des mit Hilfe der weiteren Vorrichtung 5' kombinierten weiteren Laserstahls 12' detektiert, der an einer weiteren Auskoppeleinrichtung 13' ausgekoppelt wird.
• Die Steuerungseinrichtung 15' der in 1c gezeigten weiteren Vorrichtung 5' ist ausgebildet bzw. programmiert, die individuellen (Grund-)Phasen δφ_a der weiteren kohärenten Laserstrahlen 3.1', ..., 3.N' in Abhängigkeit von einer Anordnung der dem jeweiligen weiteren Laserstrahl 3.1', ..., 3.N' zugeordneten weiteren Raster-Position 8.1', ..., 8.N' so einzustellen, dass die kohärenten weiteren Laserstrahlen 3.1', ..., 3.N' zu einem in die nullte Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl 12' kombiniert werden. Der kombinierte Laserstrahl 12' bildet den Eingangs-Laserstrahl 9 für die Vorrichtung 5 zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N, die wie in 1b dargestellt ausgebildet ist. Durch die Verstärkung des Seed-Laserstrahls 5 in der weiteren Vorrichtung 5' kann wie in 1b auf die Verstärkung des Eingangs-Laserstrahls 9 in der Vorrichtung 5 verzichtet werden.
• 2 zeigt eine Strahlkombinationseinrichtung 10 analog zur Vorrichtung 5 von 1a-c zur Kombination einer (beispielhaften) Anzahl von N = 3 kohärenten Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3. Die Strahlkombinationseinrichtung 10 weist eine Mikrolinsenanordnung 11 mit zwei Mikrolinsen-Arrays 17a,b sowie eine Einkoppeloptik 18 auf. In 2 ebenfalls dargestellt sind drei Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, 6.2, 6.3 zur Einstellung der Phasen δφ₁ + Δφ₁, δφ₂ + Δφ₂, δφ₃ + Δφ₃ der drei Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 derart, dass sich in Kombination mit der Einkoppeloptik 18 eine Phasenfront an der Mikrolinsenanordnung 11 ausbildet, welche eine kohärente Kombination der Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 zu dem kombinierten Laserstrahl 12 möglichst unter vollständiger Erhaltung der Strahlqualität ermöglicht. Die Raster-Positionen 8.1, 8.2, 8.3 sind hierbei entlang einer Linie in X-Richtung angeordnet und die Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 treten parallel ausgerichtet entlang einer einheitlichen Ausbreitungsrichtung (Z-Richtung) in die Einkoppeloptik 18 ein.
• Die Raster-Positionen 8.1, 8.2, 8.3 bzw. die kohärenten Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 sind hierbei äquidistant, d.h. in gleichen Abständen δx, entlang der X-Richtung angeordnet. Die Einkoppeloptik 18 ist ausgebildet, benachbarte kohärente Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 mit einer vorgegebenen Winkeldifferenz δθ in die Mikrolinsenanordnung 11 einzukoppeln, für die gilt: δθ = λ_L. / p_x, wobei λ_L. die (einheitliche) Wellenlänge der Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 und p_x einen Rasterabstand (pitch) der Mikrolinsen 20a,b eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays 17a,b in X-Richtung bezeichnen.
• Um die Winkeldifferenz δθ zu erzeugen, weist die Einkoppeloptik 18 eine Fokussiereinrichtung in Form einer Fokussierlinse 19, genauer gesagt einer Zylinderlinse, auf, welche die Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 auf die Mikrolinsenanordnung 11, genauer gesagt auf das erste Mikrolinsen-Array 17a der Mikrolinsenanordnung 11, fokussiert. Um die Bedingung an die Winkeldifferenz δθ zu erfüllen, sind bei dem in 2 gezeigten Beispiel die Raster-Positionen 8.1, 8.2, 8.3 in einer eindimensionalen Rasteranordnung 16 in einem Abstand δx angeordnet, der gegeben ist durch δx = λ_L. f₂ / p_x, wobei f₂ die Brennweite der Fokussierlinse 19 bezeichnet, die in 2 in einem Abstand L2 von der Mikrolinsenanordnung 11 angeordnet ist. Für den Abstand L2 gilt im gezeigten Beispiel: f2 - p_x ² / (N λ_L). Für den Fall, dass die Einkoppeloptik 18 eine weitere Optik aufweist, wie dies beispielsweise in der DE 10 2018 211 971.6 bzw. in der PCT/ EP2019/069324 beschrieben ist, kann der Abstand L2 auch mit der Brennweite f2 der Fokussierlinse 19 übereinstimmen, d.h. es gilt: L2 = f2.
• Alternativ zur Anordnung auf einer gemeinsamen Linie können die Raster-Positionen 8.1, 8.2, 8.3 auch in einer eindimensionalen Rasteranordnung 16 auf einem sich in X-Richtung erstreckenden Kreisbogen angeordnet sein. Hierbei sind kohärenten Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 an den jeweiligen Raster-Positionen 8.1, 8.2, 8.3 unter einem jeweiligen Differenzwinkel δθ_x = λ_L / p_x zueinander ausgerichtet.
• Unter der Voraussetzung, dass die Intensitäten der von den Raster-Positionen 8.1, 8.2, 8.3 ausgehenden Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 gleich groß sind, kann mittels der Mikrolinsenanordnung 11 der in 2 gezeigte kohärent überlagerte Laserstrahl 12 erzeugt werden, wenn die Mikrolinsenanordnung 11 und die kombinierten Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 folgende Gleichung (1) erfüllen: $$\text{N}={\text{p}}_{\text{x}}{}^2/\left({\lambda }_{\text{L}}{\text{f}}_{\text{E}}\right)$$

  

  wobei N die Anzahl der kohärenten Laserstrahlen (hier: N = 3) und f_E die Brennweite der Mikrolinsenanordnung 11 bezeichnen. Die Gleichung (1) sollte möglichst exakt eingehalten werden, da Abweichungen zu einer Verschlechterung der Strahlqualität des kombinierten Laserstrahls 12 führen.
• Im gezeigten Beispiel weisen die Mikrolinsen 20a des ersten Mikrolinsen-Arrays 17a eine erste Brennweite f_a und die Mikrolinsen 20b des zweiten Mikrolinsen-Arrays 17b weisen eine zweite Brennweite f_b auf, wobei gilt f_a = f_b. Im gezeigten Beispiel sind die beiden Mikrolinsen-Arrays 17a,b in einem Abstand d zueinander angeordnet, welcher der Brennweite f_a bzw. f_b und der resultierenden Brennweite f_E der Mikrolinsenanordnung 11 entspricht.
• Bei den Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3, die von den Raster-Positionen 8.1, 8.2, 8.3 ausgehen, handelt es sich im gezeigten Beispiel um Single-Mode-Strahlen, d.h. diese weisen jeweils ein Gauß-Profil auf. Alternativ können die Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 ein anderes Strahlprofil mit einem ggf. verminderten Grad an räumlicher Kohärenz aufweisen, beispielsweise ein Donought-förmiges Strahlprofil oder ein Top-Hat-Strahlprofil. Um aus den Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 in der Mikrolinsenanordnung 11 einen kombinierten Laserstrahl 12 mit einem entsprechenden Gauß-Profil mit einer größeren Halbwerts-Breite zu bilden, ist es erforderlich, dass die Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 mit einer Phasenfront bzw. mit einzelnen (vom Einfallswinkel 0 abhängigen) Grund-Phasen δφ_a auf die Mikrolinsenanordnung 11 eingestrahlt werden, wie sie nachfolgend angegeben ist: $${\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\phi }\text{a}}=-\left(\mathrm{\pi }/{\mathrm{\lambda }}_{\text{L}}\right){\text{f}}_{\text{E}}{\left({\text{m}}_{\text{a}}{\lambda }_{\text{L}}/{\text{p}}_{\text{x}}\right)}^2$$

  

  wobei p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays, f_E die Brennweite der Mikrolinsenanordnung und λ_L die Laserwellenlänge bezeichnen. Für den Laufindex ma gilt: $m_a=-\frac{\left(N+1\right)}{2}+a.$

  
• Die oben angegebene Gleichung für die Grund-Phase δφ_a gilt für den Fall, dass als Aufteilungseinrichtung 4 wie in 1a als Faser-Splitter oder als andere optische Einrichtung ausgebildet ist. Für den Spezialfall der in 1b gezeigten Aufteilungseinrichtung 4, die als weitere Mikrolinsenanordnung mit zwei weiteren Mikrolinsen-Arrays 17'a, 17'b ausgebildet ist, verdoppelt sich der in der obigen Gleichung angegebene Wert für die Grund-Phasen δφ_a.
• Die Grund-Phase δφ_a unterscheidet sich für jeden einzelnen kohärenten Laserstrahl 3.1, 3.2, 3.3 und wird daher mit Hilfe der Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, 6.2, 6.3 und nicht mit Hilfe von einem oder mehreren optischen Elementen der Einkoppeloptik 18 eingestellt, auch wenn dies grundsätzlich ebenfalls möglich wäre.
• Von der oben angegebenen Bedingung δφ_a für die Grund-Phasen der kohärenten Laserstrahlen 3.1, 3.2, 3.3 wird bei der in 1a-c gezeigten Vorrichtung 5 gezielt abgewichen, um den kombinierten Laserstrahl 12 nicht in die nullte Beugungsordnung Bo zu beugen, bei welcher der Laserstrahl 12 entlang der Z-Richtung propagiert, wie dies in 2 dargestellt ist, sondern in (mindestens) eine von der nullten Beugungsordnung Bo verschiedene Beugungsordnung B_k,x (in X-Richtung), bei welcher der Laserstrahl 12 unter einem Winkel zur Z-Richtung propagiert. Bei der in 1c gezeigten weiteren Vorrichtung 5' werden hingegen die Grund-Phasen δφ_a der weiteren Laserstrahlen 3.1', ..., 3.N' gemäß der oben angegebenen Bedingung eingestellt, um den kombinierten Laserstrahl 12' in die nullte Beugungsordnung Bo zu beugen.
• Für die Beugung des Laserstrahls 12 in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung B_k,x in X-Richtung ist es erforderlich, eine jeweilige zusätzliche Phase Δφ_a eines kohärenten Laserstrahls 3.1, ..., 3.N an einer a-ten Raster-Position 8.1, ..., 8.N (a = 1, ..., N) einzustellen, die gegeben ist durch: $$\Delta {\mathrm{\phi }}_{\text{a}}=-\left(2\mathrm{\pi }/\text{N}\right)\left(\text{a}-\left(\text{N}+1\right)/2\right){\text{B}}_{\text{k}\text{,x}}.$$

  
• Hierbei bezeichnet N wie weiter oben die Anzahl der in X-Richtung in eine eindimensionalen Rasteranordnung 16 auf einer gemeinsamen Linie angeordneten Raster-Positionen 8.1, ..., 8.N und B_k,x eine ganzzahlige positive oder negative Zahl. Die Anzahl N der Beugungsordnungen B_k,x (inklusive der nullten Beugungsordnung Bo), in welche der kombinierte Laserstrahl 12 gebeugt werden kann, stimmt mit der Anzahl N der kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N in X-Richtung überein, d.h. es gilt k = -(N - 1)/2,..., + (N - 1)/2. Die jeweilige zusätzliche Phase Δφ_a addiert sich zur der oben angegebenen Grund-Phase δφ_a für die kohärente Überlagerung in die 0. Beugungsordnung.
• Für den weiter unten beispielhaft beschriebenen Fall von fünf kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.5 gilt für die von der nullten Beugungsordnung Bo verschiedenen Beugungsordnungen B_k,x, in welche der Laserstrahl 12 gebeugt werden kann, B_-2,x = - 2, B_-1,x = -1, B_+1,x = +1 und B_+2,x = +2. In 3a,b ist für die fünf Laserstrahlen 3.1, ..., 3.5 eine jeweilige individuelle zusätzliche Phase Δφ₁, ..., Δφ₅ angegeben, welche die Beugung des kombinierten Laserstrahls 12 in die -1. Beugungsordnung B_-1,x (3a) bzw. in die +2. Beugungsordnung B_+2,x (3b) bewirkt. Das mittels der Strahlkombinationseinrichtung 10 erzeugte, zugehörige Fernfeld (Winkelverteilung) ist in 4a,b dargestellt.
• Für die Einstellung der (individuellen) zusätzlichen Phasen Δφ_a der Laserstrahlen 3.1, ..., 3.5, werden die Phasen-Einstelleinrichtungen 8.1, 8.2, 8.3 mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 15 so angesteuert, dass diese für den a-ten kohärenten Laserstrahl 3.1, ..., 3.N die jeweils korrekte zusätzliche Phase Δφ_a erzeugen.
• Bei dem in 3a gezeigten Beispiel, d.h. bei einer Anzahl von N = 5 Laserstrahlen 3.1, ..., 3.5 und einem in die -1. Beugungsordnung B_-1,x in X-Richtung gebeugten Laserstrahl 12 gilt für die fünf einzustellenden zusätzlichen Phasen Δφ₁, ..., Δφ₅: $$\Delta {\mathrm{\phi }}_1=-\left(2\mathrm{\pi }/5\right)\left(-2\right)\left(-1\right)=-4/5\mathrm{\pi }$$

  

  $$\Delta {\mathrm{\phi }}_2=-\left(2\mathrm{\pi }/5\right)\left(-1\right)\left(-1\right)=-2/5\mathrm{\pi }$$

  

  $$\Delta {\mathrm{\phi }}_3=0$$

  

  $$\Delta {\mathrm{\phi }}_4=-\left(2\mathrm{\pi }/5\right)\left(1\right)\left(-1\right)=+2/5\mathrm{\pi }$$

  

  $$\Delta {\mathrm{\phi }}_5=-\left(2\mathrm{\pi }/5\right)\left(2\right)\left(-1\right)=+4/5\mathrm{\pi }$$

  
• Die zusätzlichen Phasen Δφ₁, ..., Δφ₅, die zur Beugung des Laserstrahls 12 in die +2. Beugungsordnung B_+2,k benötigt werden, werden entsprechend eingestellt und sind in 3b dargestellt.
• Um einen diskreten Scanvorgang zu realisieren, bei welchem der kombinierte Laserstrahl 12 zwischen unterschiedlichen Beugungsordnungen B_k,x hin- und her geschaltet wird, kann die Steuerungseinrichtung 15 die jeweilige zusätzliche Phase Δφ_a der kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N variieren, indem sie auf die (schnell schaltbaren) Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N einwirkt. Beispielsweise kann der Laserstrahl 12 von der -1. Beugungsordnung B_-1,x in X-Richtung in die +2. Beugungsordnung B_+2,x in X-Richtung bewegt werden, indem an Stelle der in 3a gezeigten zusätzlichen Phasen Δφ₁, ..., Δφ₅ die in 3b gezeigten zusätzlichen Phasen Δφ₁, ..., Δφ₅ eingestellt werden.
• Wird das in 4a,b gezeigte Fernfeld mittels einer abbildenden Optik, z.B. einer Linse, die Teil der Strahlformungseinrichtung 10 ist, abgebildet, wird die Winkelverteilung in eine Ortsverteilung umgewandelt. Auf diese Weise kann ein einstellbarer Strahlversatz des kombinierten Laserstrahls 12 erzeugt werden, d.h. der Laserstrahl 12 kann in einem gewünschten, von der Beugungsordnung B_k,x abhängigen Abstand in X-Richtung zur optischen Achse versetzt werden, die in Z-Richtung im Zentrum der Strahlformungseinrichtung 10 verläuft. Der Laserstrahl 12 kann hierbei insbesondere an einer (variierenden) Fokusposition in einer Fokusebene fokussiert werden.
• 5a,b zeigen das Fernfeld der Strahlkombinationseinrichtung 10, bei dem die fünf kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.5 zu einem ersten, in eine erste Beugungsordnung B_k,x,1 gebeugten Laserstrahl 12a und einen zweiten, in eine zweite Beugungsordnung B_k,x,2 gebeugten Laserstrahl 12b kombiniert werden. Zu diesem Zweck werden ebenfalls die zusätzlichen Phasen Δφ₁, ..., Δφ₃ der kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.5 geeignet eingestellt. Für die Einstellung der zusätzlichen (Absolut-)Phasen Δφ₁, ..., Atps kann ein iterativer Optimierungsalgorithmus angewendet werden, der in der Steuerungseinrichtung 15 abläuft oder der bereits vorab durchgeführt wurde. In der Regel sind die für einen bestimmten Bearbeitungsprozess, beispielsweise einen Laser-Schneidprozess, einen Laser-Schweißprozess, einen Laser-Markierprozess, die additive Fertigung, etc. geeignete Phasen in Form von Datensätzen bzw. Tabellen in der Steuerungseinrichtung 15 selbst bzw. in einem mit dieser in Verbindung stehenden elektronischen Speicher hinterlegt bzw. diese werden von einem Bediener vorgegeben.
• Bei dem in 5a gezeigten Beispiel sind die zusätzlichen Phasen Δφ₁, ..., Δφ₅ so gewählt, dass ein erster Laserstrahl 12a wie in 4a in die -1. Beugungsordnung B_-1,x,1 gebeugt wird und zusätzlich ein zweiter Laserstrahl 12b in die nullte Beugungsordnung Bo gebeugt wird. Bei dem in 5b gezeigten Beispiel wird der erste Laserstrahl 12a wie in 4b gezeigt ist in die -1. Beugungsordnung B_-1,x,1 gebeugt, während der zweite Laserstrahl 12b in die +2. Beugungsordnung B_+2,x,2 gebeugt wird.
• Die Intensität bzw. die Leistung des ersten und zweiten Laserstrahls 12a, 12b kann bei den gezeigten Beispielen gleich groß sein, d.h. die von der Seed-Laserquelle erzeugte Leistung wird auf beide Laserstrahlen 12a,b gleich verteilt. In 5a wird bei Einhaltung der oben angegebenen Bedingung für die zusätzliche Phase Δφ_a die Eingangs-Leistung p, die in die Strahlkombinationseinrichtung 10 eingekoppelt wird, zu gleichen Teilen (50 : 50) auf den in die 0. Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl 12b und auf den in die -1. Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl 12a aufgeteilt, d.h. es gilt p-1 = po = p / 2.
• Es ist aber auch möglich, den Anteil der Eingangs-Leistung p, der in die jeweilige Beugungsordnung B_k,x,1 , B_k,x,2 gebeugt wird, gezielt abweichend von einer Gleichverteilung einzustellen. Beispielsweise kann bei dem in 5a gezeigten Beispiel ein Anteil von 80 % der Eingangs-Leistung p in die -1. Beugungsordnung gebeugt werden und ein Anteil von 20 % der Eingangs-Leistung p kann in die 0. Beugungsordnung gebeugt werden, d.h. es gilt p-1 = 0,8 p, po = 0,2 p. Allgemein kann die Aufteilung der Eingangs-Leistung p auf die 0. bzw. auf die ±1. Beugungsordnung beispielsweise wie folgt erfolgen: po = C p; p±1 = (1 - C) p, mit 0 < C < 1.
• Für die zusätzliche Phase Δφ_a eines jeweiligen kohärenten Laserstrahls 3.1, ..., 3.N an einer a-ten Raster-Position 8.1, ..., 8.N in X-Richtung, welche die oben angegebene Leistungs-Aufteilung mit dem Faktor C erzeugt, gilt: $$\Delta {\mathrm{\phi }}_{\text{a}}=\text{C}\left(2\mathrm{\pi }/\text{N}\right)\left(\text{a}-\left(\text{N}+1\right)/2\right).$$

  
• Der Aufteilungs-Faktor C kann von der Steuerungseinrichtung 15 konstant gewählt oder zeitabhängig verändert werden. In letzterem Fall kann die Vorrichtung 5 in der Art eines (akusto-optischen oder elektro-optischen) Modulators bzw. Deflektors betrieben werden.
• Bei einer Anzahl M von mehr als zwei kombinierten Laserstrahlen 12a, 12b, ... kann die Aufteilung beispielsweise in Form einer (z.B. linearen) Leistungs-Rampe realisiert werden, bei der ein erster kombinierter Laserstrahl mit einer maximalen Leistung p_k,maxin die k-te Beugungsordnung gebeugt wird und bei der die übrigen M - 1 kombinierten Laserstrahlen mit einer in Bezug auf die maximale Leistung p_k,max reduzierten Leistung in die übrigen M-1 Beugungsordnungen gebeugt werden. Für die Leistungs-Verteilung in Form eines Leistungs-Keils kann beispielsweise gelten: a / M p_k,max, mit a = 1, ..., M. Für das Beispiel einer Anzahl von 5 gebeugten kombinierten Laserstrahlen ergeben sich Anteile von 100%, 80%, 60%, 40% und 20% der maximalen Leistung p_k,max.
• Auch bei dem in 5a,b gezeigten Beispiel kann die Steuerungseinrichtung 15 auf die Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1, ..., 6.N einwirken, um die zusätzlichen Phasen Δφ₁, ..., Δφ₅ der Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N zu variieren, um dadurch die erste Beugungsordnung B_k,x,1, in welche der erste Laserstrahl 12a gebeugt wird und die zweite Beugungsordnung B_k,x,2, in welche der zweite Laserstrahl 12b gebeugt wird, zu verändern. Beispielsweise können die zusätzlichen Phasen Δφ₁, ..., Δφ₅ so variiert werden, dass der zweite Laserstrahl 12b von der nullten Beugungsordnung Bo in die +2. Beugungsordnung B_+2,x,2 gebeugt wird, während die Beugung des ersten Laserstrahls 12a in die -1. Beugungsordnung B_-1,x,1 erhalten bleibt, so dass aus dem in 5a dargestellten Fernfeld das in 5b dargestellte Fernfeld erzeugt wird. Durch eine geeignete Wahl der zusätzlichen Phasen Δφ₁, ..., Δφ₃ können die kohärenten Laserstrahlen 3.1, ..., 3.5 in mehr als zwei Laserstrahlen 12a, 12b, ... kombiniert werden, die - mit gleich verteilter Leistung oder unterschiedlicher Leistung - in entsprechende Beugungsordnungen B_k,x,1, B_k,x,2, ... gebeugt werden.
• Bei dem in Zusammenhang mit 1a-c bis 5a,b beschriebenen Lasersystem 1 wurden die Laserstrahlen 3.1, ..., 3.N eindimensional kombiniert. 6a-c zeigen jeweils eine optische Anordnung, bei der eine Anzahl N (hier: N = 3) x M (hier: M = 3) von Raster-Positionen 8.1.1, ..., 8.N.M in einer zweidimensionalen Rasteranordnung 16 angeordnet ist. Bei dem in 6a gezeigten Beispiel sind die Raster-Positionen 8.1.1, ... 8.N.M in einer rechteckigen Rasteranordnung 16 in einer gemeinsamen Ebene (XY-Ebene) angeordnet und die Strahlausbreitungsrichtungen aller Laserstrahlen 3.1.1, ..., 3.N.M verlaufen parallel (in Z-Richtung). Analog zu 2 weist die Einkoppeloptik 18 bei der optischen Anordnung von 6a lediglich eine Fokussiereinrichtung in Form einer Fokussierlinse 19 auf, die in 6a als Quadrat dargestellt ist. Die Mikrolinsen 20a,b der Mikrolinsen-Arrays 17a,b der Mikrolinsenanordnung 11 sind jeweils in einem entsprechenden, rechteckigen Rasteranordnung angeordnet und parallel zur XY-Ebene ausgerichtet.
• Bei der in 6b gezeigten optischen Anordnung sind die Raster-Positionen 8.1.1, ..., 8.N.M ebenfalls in einer Rasteranordnung 16 bzw. in einem Array angeordnet, das aber entlang einer gekrümmten Fläche, genauer gesagt entlang einer Kugelschale, verläuft, wobei die Strahlausbreitungsrichtungen der Laserstahlen 3.1.1, ..., 3.N.M senkrecht zur Kugelschale ausgerichtet sind und die Mikrolinsenanordnung 11 in der Nähe des Mittelpunkts der Kugelschale angeordnet ist. Auch eine Anordnung der Raster-Positionen 8.1.1, ..., 8.N.M in einer Rasteranordnung 16, welche entlang einer anderen gekrümmten Fläche, beispielweise entlang eines Ellipsoids, verläuft, ist möglich. In diesem Fall kann auf eine Einkoppeloptik 18 verzichtet werden.
• 6c zeigt eine optische Anordnung analog zu 6a, bei der die beiden zweidimensionalen Mikrolinsen-Arrays 17a,b der Mikrolinsenanordnung 11 durch vier eindimensionale Mikrolinsen-Arrays 17a-d ersetzt sind. Die Mikrolinsen-Arrays 17a-d weisen jeweils eine Mehrzahl von Mikrolinsen 20a-d in Form von Zylinderlinsen auf, wobei die Mikrolinsen 20a,c des ersten und dritten Mikrolinsen-Arrays 17a,c und die Mikrolinsen 20b,d des zweiten und vierten Mikrolinsen-Arrays 17b,d senkrecht zueinander, und zwar in X-Richtung bzw. in Y-Richtung, ausgerichtet sind.
• In Abhängigkeit von den Abständen der Raster-Positionen 8.1.1, ... 8.N.M bzw. von der Periodizität der Rasteranordnung 16 in X-Richtung bzw. in Y-Richtung können sich auch die Rasterabstände p_x, p_Y der Mikrolinsen 20a,b in den beiden zueinander senkrechten Richtungen X, Y voneinander unterscheiden. Die Mikrolinsen 20a,b weisen entsprechend eine ggf. unterschiedliche Krümmung in X-Richtung und in Y-Richtung auf, d.h. es handelt sich nicht um Zylinderlinsen. Die Kombination der kohärenten Laserstrahlen 3.1.1, ... 3.N.M in den beiden linear unabhängigen, im gezeigten Beispiel senkrechten Richtungen X, Y ist grundsätzlich unabhängig, d.h. die weiter oben angegebenen Bedingungen bzw. Gleichungen gelten für beide Richtungen X, Y unabhängig voneinander.
• Lediglich bei der Einstellung der Phase der Laserstrahlen 3.1.1, ... 3.N.M addieren sich die Beiträge in den beiden zueinander senkrechten Richtungen, d.h. es gilt für eine Anzahl von N x M Laserstrahlen 3.1.1, ... 3.N.M, die in einer rechteckigen Rasteranordnung 16 (in X-Richtung bzw. Y-Richtung) angeordnet sind, für die jeweilige zusätzliche Phase: $$\Delta {\mathrm{\phi }}_{\text{a}\text{,b}}=-\left(\left(2\mathrm{\pi }/\text{N}\right)\left(\text{a}-\left(\text{N}+1\right)/2\right){\text{B}}_{\text{k}\text{,x}}+\left(2\mathrm{\pi }/\text{M}\right)\left(b-\left(\text{M}+1\right)/2\right){\text{B}}_{\text{k}\text{,y}}\right)$$

  

  wobei M eine Anzahl der Raster-Positionen 8.1.1, ..., 8.N.M in Y-Richtung und B_k,y eine ganzzahlige positive oder negative Zahl bezeichnen. Entsprechend addieren sich auch die Beiträge der Grund-Phasen δφ_a,b in den beiden zueinander senkrechten Richtungen X, Y.
• 7 zeigt analog zu 3a,b eine zweidimensionale Anordnung von N = 5 x M = 5 kohärenten Laserstrahlen 3.1.1, ..., 3.5.5 mit einer jeweils zugeordneten zusätzlichen Phase Δφ_a,b (a = 1, ..., N; b = 1, ..., M) zur Erzeugung eines einzigen in eine Beugungsordnung B_-2,x in X-Richtung und in eine Beugungsordnung B_+1,Y in Y-Richtung gebeugten Laserstrahls 12 (vgl. 8) bzw. eines ersten, in eine erste Beugungsordnung B_-2,x,1 (in X-Richtung), B_+1,y,1 (in Y-Richtung) gebeugten Laserstrahls 12a sowie eines zweiten, in eine zweite Beugungsordnung B_+1,x,2 (in X-Richtung), B_-1,y,2 (in Y-Richtung) gebeugten Laserstrahls 12b (9).
• Um einen einzigen in eine (zweidimensionale) Beugungsordnung B_k,x, B_k,y gebeugten Laserstrahl 12 zu erzeugen, wird für eine (a,b)-te Raster-Position 8.a.b in der zweidimensionalen Rasteranordnung 16 (vgl. 6a), d.h. eine a-te Raster-Position in X-Richtung, die gleichzeitig eine b-te Raster-Position in Y-Richtung bildet, bzw. einen (a, b)-ten kohärenten Laserstrahl 3.a.b (vgl. 7) eine zusätzliche Phase Δφ_a,b eingestellt, die gegeben ist durch obige Gleichung (3).
• Entsprechend werden auch bei dem in 9 dargestellten Fernfeld die jeweiligen zusätzlichen Phasen Δφ_a,b mit Hilfe eines iterativen, stochastischen Optimierungsalgorithmus eingestellt, um den ersten, in eine erste Beugungsordnung B_-2,x,1 (X-Richtung), B_+1,y,1 (Y-Richtung) gebeugten Laserstrahl 12a sowie den zweiten, in die zweite Beugungsordnung B_+1,x,2 (X-Richtung), B_-1,y,2 (Y-Richtung) gebeugten Laserstrahl 12b zu erzeugen.
• Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die Anzahl und die Anordnung der Beugungsordnungen B_k,x,1, B_k,y,\1; B_k,x,2, B_k,y,2, ... gebeugten Laserstrahlen 12a, 12b, ... grundsätzlich beliebig und wird nur durch die Anzahl N bzw. M der für die Kombination verwendeten kohärenten Laserstrahlen 3.a.b begrenzt. Durch eine geeignete Wahl bzw. Variation der zusätzlichen Phasen Δφ_a in einer eindimensionalen Rasteranordnung 16 bzw. der zusätzlichen Phasen Δφ_a,b in einer zweidimensionalen Rasteranordnung 16 können gezielt einzelne kombinierte Laserstrahlen, Gruppen von kombinierten Laserstrahlen oder ein gesamtes Array von kombinierten Laserstrahlen, das einem Satz von Beugungsordnungen entspricht, an- oder abgeschaltet werden.
• Mit dem oben beschriebenen Lasersystem 1 kann daher ein (diskreter) ein- oder zweidimensionaler Scanvorgang bzw. eine gezielte Strahlablenkung und/oder eine gezielte Aufteilung des kombinierten Laserstrahls 12 auf zwei oder mehr Laserstrahlen 12a, 12b erreicht werden. Der bzw. die kombinierten Laserstrahlen 12, 12a,b können mit Hilfe einer nicht bildlich dargestellten Optik, z.B. einer Linse, auf (variierende) Fokusposition(en) in einer Fokusebene abgebildet bzw. fokussiert werden.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 20130107343 A1 [0003, 0010]
• DE 102018211971 [0010, 0043, 0047, 0080]
• EP 2019/069324 [0010, 0043, 0047, 0080]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• M. Zimmermann et al. „Refractive Micro-optics for Multi-spot and Multi-line Generation‟ [0045]

Claims (16)

1. Vorrichtung (5) zur Kombination einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M), umfassend: eine Aufteilungseinrichtung (4) zur Aufteilung eines Eingangs-Laserstrahls (9) auf die Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M), eine Mehrzahl von Phasen-Einstelleinrichtungen (6.1, ..., 6.N) zur Einstellung einer jeweiligen Phase (δφ_a + Δφ_a; δφ_a,b + Δφ_a,b) eines der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M), sowie eine Strahlkombinationseinrichtung (10) zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M), die von einer Mehrzahl von Raster-Positionen (8.1, ..., 8.N; 8.1.1, ..., 8.N.M) einer Rasteranordnung (16) ausgehen, wobei die Strahlkombinationseinrichtung (10) eine Mikrolinsenanordnung (11) mit mindestens zwei Mikrolinsen-Arrays (17a,b) aufweist, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung (15), die zur Einstellung einer jeweiligen Phase (δφ_a +Δφ_a; δφ_a,b + Δφ_a,b) eines der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position (8.1, ..., 8.N; 8.1.1, ..., 8.N.M) innerhalb der Rasteranordnung (16) ausgebildet ist, um die kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) zu mindestens einem in eine von der nullten Beugungsordnung (Bo) verschiedene Beugungsordnung (B_k,x, B_k,y; B_k,x,1, B_k,y,1, B_k,x,2, B_k,y,2) gebeugten Laserstrahl (12, 12a,b) zu kombinieren und/oder die zur Variation der jeweiligen Phase (δφ_a + Δφ_a; δφ_a,b + Δφ_a,b) eines der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position (8.1, ..., 8.N; 8.1.1, ..., 8.N.M) innerhalb der Rasteranordnung (16) ausgebildet ist, um eine Beugungsordnung (B_k,x B_k,y) zu verändern, in die der mindestens eine kombinierte Laserstrahl (12, 12a,b) gebeugt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Steuerungseinrichtung (15) zur Einstellung der jeweiligen Phase (δφ_a + Δφ_a; δφ_a,b + Δφ_a,b) eines der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) ausgebildet ist, die sich aus einer jeweiligen Grund-Phase (δφ_a; δφ_a,b), bei der die Strahlkombinationseinrichtung (10) die kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) zu einem einzigen in die nullte Beugungsordnung (Bo) oder in eine von der nullten Beugungsordnung (Bo) verschiedene Beugungsordnung (B_k,x, B_k,y) gebeugten Laserstrahl (12) kombiniert, sowie aus einer zusätzlichen Phase (Δφ_a; Δφ_a,b) zusammensetzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Raster-Positionen (8.1, ..., 8.N) entlang einer ersten Richtung (X) angeordnet sind und bei der die Steuerungseinrichtung (15) ausgebildet ist, zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N) zu einem einzigen, in eine von der nullten Beugungsordnung (B₀) verschiedene Beugungsordnung B_k,x in der ersten Richtung (X) gebeugten kombinierten Laserstrahls (12) die jeweilige zusätzliche Phase Δφ_a eines kohärenten Laserstrahls (3.1, ..., 3.N) an einer a-ten Raster-Position (8.1, ..., 8.N) in der ersten Richtung (X) einzustellen, die gegeben ist durch: $$\Delta {\mathrm{\phi }}_{\text{a}}=-\left(2\mathrm{\pi }/\text{N}\right)\left(\text{a}-\left(\text{N}+1\right)/2\right){\text{B}}_{\text{k}\text{,x}\text{,}}$$

   

   wobei N eine Anzahl der entlang der ersten Richtung (X) angeordneten Raster-Positionen (8.1, ..., 8.N) und B_k,x eine ganzzahlige positive oder negative Zahl bezeichnen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Raster-Positionen (8.1.1, ..., 8.N.M) in der Rasteranordnung (16) zusätzlich entlang einer zweiten, bevorzugt zur ersten senkrechten Richtung (Y) angeordnet sind und bei der die Steuerungseinrichtung (15) ausgebildet ist, zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen (3.1.1, ..., 3.N.M) zu einem einzigen, in die von der nullten Beugungsordnung (B₀) verschiedene Beugungsordnung B_k,x in der ersten Richtung (X) und in eine von der nullten Beugungsordnung (Bo) verschiedene Beugungsordnung B_k,y in der zweiten Richtung (Y) gebeugten kombinierten Laserstrahl (12) eine zusätzliche Phase Δφ_a,b eines kohärenten Laserstrahls (3.1, ..., 3.N) an einer a-ten Raster-Position (8.1.1, ..., 8.N.M) entlang der ersten Richtung (X) und einer b-ten Raster-Position (8.1.1, ..., 8.N.M) entlang der zweiten Richtung (Y) einzustellen, die gegeben ist durch: $$\Delta {\mathrm{\phi }}_{\text{a}\text{,b}}=-\left(\left(2\mathrm{\pi }/\text{N}\right)\left(\text{a}-\left(\text{N}+1\right)/2\right){\text{B}}_{\text{k}\text{,x}}+\left(2\mathrm{\pi }/\text{M}\right)\left(\text{b}-\left(\text{M}+1\right)/2\right){\text{B}}_{\text{k}\text{,y}}\right)$$

   

   wobei M eine Anzahl der Raster-Positionen (8.1.1, ..., 8.N.M) in der zweiten Richtung (Y) und B_k,y eine ganzzahlige positive oder negative Zahl bezeichnen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher die Aufteilungseinrichtung (4) zur Aufteilung eines Eingangs-Laserstrahls (9) auf die Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) als weitere Mikrolinsenanordnung bevorzugt mit zwei weiteren Mikrolinsen-Arrays (17'a, 17'b) ausgebildet ist, und wobei die Steuerungseinrichtung (15) ausgebildet ist, zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N) zu einem einzigen, in eine von der nullten Beugungsordnung (Bo) verschiedene Beugungsordnung B_k,x in der ersten Richtung (X) und bevorzugt in eine von der nullten Beugungsordnung (Bo) verschiedene Beugungsordnung B_k,y in der zweiten Richtung (Y) gebeugten kombinierten Laserstrahl (12) das Doppelte der Grund-Phasen (δφ_a; δφ_a,b) einzustellen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Steuerungseinrichtung (15) ausgebildet ist, die jeweilige zusätzliche Phase (Δφ_a; Δφ_a,b) der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) zur Veränderung einer ersten Beugungsordnung (B_k,x,1, B_k,y,1), in die ein erster kombinierter Laserstrahl (12a) gebeugt wird, und/oder zur Veränderung einer zweiten Beugungsordnung (B_k,x,2, B_k,y,2), in die ein zweiter kombinierter Laserstrahl (12b) gebeugt wird, zu variieren.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 6, bei welcher die Steuerungseinrichtung (15) zur Einstellung einer jeweiligen zusätzlichen Phase (Δφ_a) der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) zur Erzeugung einer vorgegebenen, insbesondere unterschiedlichen Leistung (p₀, p_-1, ...) von mindestens zwei in verschiedene Beugungsordnungen (B₀, B_-1,x, ...) gebeugten kombinierten Laserstrahlen (12a,b) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Raster-Positionen (8.1, ..., 8.N) in der Rasteranordnung (16) entlang einer ersten Richtung (X) angeordnet sind, wobei die kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N) und die Mikrolinsenanordnung (11) folgende Bedingung erfüllen: $$\text{N}={\text{p}}_{\text{x}}{}^2/\left({\mathrm{\lambda }}_{\text{L}}{\text{f}}_{\text{E}}\right),$$

   

   wobei N eine Anzahl der entlang der ersten Richtung (X) angeordneten Raster-Positionen (8.1, ..., 8.N), p_x einen Rasterabstand der Mikrolinsen (20a,b; 20a-c) eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays (17a,b; 17a-c) in der ersten Richtung (X), λ_L. die Laserwellenlänge und f_E die Brennweite der Mikrolinsenanordnung (11) bezeichnen.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ausgebildet ist, in der ersten Richtung (X) benachbarte kohärente Laserstrahlen (3.1, 3.2; 3.2, 3.3) mit einer vorgegebenen Winkeldifferenz δθ_x in die Mikrolinsenanordnung (11) einzukoppeln, für die gilt: $$\mathrm{\delta }{\mathrm{\theta }}_{\text{x}}={\mathrm{\lambda }}_{\text{L}}/{\text{p}}_{\text{x}},$$

   

   wobei λ_L. die Laserwellenlänge und p_x einen Rasterabstand der Mikrolinsen (20a,b; 20a-c) eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays (17a,b; 17a-c) in der ersten Richtung (X) bezeichnen.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Einkoppeloptik (18) zur Einkopplung der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ... 3.N.M) in die Mikrolinsenanordnung (11), wobei die Einkoppeloptik (18) mindestens eine Fokussiereinrichtung, insbesondere mindestens eine Fokussierlinse (19), zur Fokussierung der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen auf die Mikrolinsenanordnung (11) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher in der ersten Richtung (X) benachbarte Raster-Positionen (8.1, ..., 8.N; 8.1.1, ..., 8.N.M) entlang einer Linie angeordnet sind und einen Abstand δx voneinander aufweisen, der gegeben ist durch $$\mathrm{\delta }\text{x}={\mathrm{\lambda }}_{\text{L}}{\text{f}}_2{\text{/p}}_{\text{x}},$$

    

    wobei λ_L. die Laserwellenlänge, f₂ die Brennweite der Fokussiereinrichtung (19) und p einen Rasterabstand der Mikrolinsen (20a,b; 20a-c) eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays (17a,b; 17a-c) in der ersten Richtung (X) bezeichnen.
12. Lasersystem (1), umfassend: eine Seed-Laserquelle (2) zur Erzeugung eines Seed-Laserstrahls (2a), sowie eine Vorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Seed-Laserstrahl (2a) bevorzugt den Eingangs-Laserstrahl (9) der Aufteilungseinrichtung (4) der Vorrichtung (5) bildet.
13. Lasersystem nach Anspruch 12, weiter umfassend: eine weitere Vorrichtung (5') zur Kombination einer Mehrzahl von weiteren kohärenten Laserstrahlen (3.1', ..., 3.N'), umfassend: eine weitere Aufteilungseinrichtung (4') zur Aufteilung des Seed-Laserstrahls (2a) auf die Mehrzahl von weiteren kohärenten Laserstrahlen (3.1', ..., 3.N'), eine Mehrzahl von weiteren Phasen-Einstelleinrichtungen (6.1', ..., 6.N') zur Einstellung einer jeweiligen Phase (δφ_a) eines der weiteren kohärenten Laserstrahlen (3.1', ..., 3.N'), sowie eine weitere Strahlkombinationseinrichtung (10') zur Kombination der weiteren kohärenten Laserstrahlen (3.1', ..., 3.N') ausgehend von einer Mehrzahl von weiteren Raster-Positionen (8.1', ..., 8.N') einer weiteren Rasteranordnung (16'), wobei die weitere Strahlkombinationseinrichtung (10') eine weitere Mikrolinsenanordnung (11') mit mindestens zwei weiteren Mikrolinsen-Arrays (17a', 17b') aufweist, sowie eine weitere Steuerungseinrichtung (15'), die zur Einstellung der jeweiligen Phase (δφ_a) eines der weiteren kohärenten Laserstrahlen (3.1', ..., 3.N') in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen weiteren Raster-Position (8.1', ..., 8.N') innerhalb der weiteren Rasteranordnung (16') ausgebildet ist, um die kohärenten weiteren Laserstrahlen (3.1', ..., 3.N') zu einem in die nullte Beugungsordnung (Bo) oder in eine von der nullten Beugungsordnung (Bo) verschiedene Beugungsordnung (B_k,x, B_k,y) gebeugten Laserstrahl (12') zu kombinieren, welcher den Eingangs-Laserstrahl (9) der Aufteilungseinrichtung (4) der Vorrichtung (5) bildet.
14. Verfahren zum Kombinieren einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M), insbesondere mittels einer Vorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend: Einkoppeln der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M), die von einer Mehrzahl von in einer Rasteranordnung (16) angeordneten Raster-Positionen (8.1, ..., 8.N; 8.1.1, ..., 8.N.M) ausgehen, in eine Mikrolinsenanordnung (11), die mindestens zwei Mikrolinsen-Arrays (17a,b; 17a-c) aufweist, sowie Kombinieren der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) in der Mikrolinsenanordnung (11), gekennzeichnet durch Einstellen einer jeweiligen Phase (δφ_a + Δφ_a; δφ_a,b + Δφ_a,b) eines der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position (8.1, ..., 8.N; 8.1.1, ..., 8.N.M) innerhalb der Rasteranordnung (16) zum Kombinieren der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) zu mindestens einem in eine von der nullten Beugungsordnung (Bo) verschiedene Beugungsordnung (B_k,x, B_k,y; B_k,x,1, B_k,y,1, B_k,x,2, B_k,y,2) gebeugten Laserstrahl (12, 12a,b) und/oder Variieren der jeweiligen Phase (δφ_a +Δφ_a; δφ_a,b + Δφ_a,b) der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position (8.1, ..., 8.N; 8.1.1, ..., 8.N.M) innerhalb der Rasteranordnung (16), um eine Beugungsordnung (B_k,x B_k,y) zu verändern, in die der mindestens eine kombinierte Laserstrahl (12, 12a,b) gebeugt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, weiter umfassend: Variieren einer jeweiligen zusätzlichen Phase (Δφ_a,b; Δφ_a,b) der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) zur Veränderung einer ersten Beugungsordnung (B_k,x,1, B_k,y,2), in die ein erster kombinierter Laserstrahl (12a) gebeugt wird, und/oder zur Veränderung einer zweiten Beugungsordnung (B_k,x,2, B_k,y,2), in die ein zweiter kombinierter Laserstrahl (12b) gebeugt wird, ausgehend von einer jeweiligen Grund-Phase (δφ_a; δφ_a,b), bei der die Strahlkombinationseinrichtung (10) die kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) zu einem einzigen in die nullte Beugungsordnung (B₀) oder in eine von der nullten Beugungsordnung (Bo) verschiedene Beugungsordnung (B_k,x, B_k,y) gebeugten Laserstrahl (12) kombiniert.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, weiter umfassend: Einstellen einer jeweiligen zusätzlichen Phase (Δφ_a) der kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) zur Erzeugung einer vorgegebenen, insbesondere unterschiedlichen Leistung (p₀, p_-1, ...) von in mindestens zwei in verschiedene Beugungsordnungen (B₀, B_-1,x, ...) gebeugten kombinierten Laserstrahlen (12a,b) ausgehend von einer jeweiligen Grund-Phase (δφ_a; δφ_a,b), bei der die Strahlkombinationseinrichtung (10) die kohärenten Laserstrahlen (3.1, ..., 3.N; 3.1.1, ..., 3.N.M) zu einem einzigen in die nullte Beugungsordnung (Bo) oder in eine von der nullten Beugungsordnung (Bo) verschiedene Beugungsordnung (B_k,x, B_k,y) gebeugten Laserstrahl (12) kombiniert.

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