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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Optikvorrichtung für einen Halbleiterlaser, insbesondere für einen Single-Emitter-Halbleiterlaser, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Laservorrichtung mit einer derartigen Optikvorrichtung.
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Optikvorrichtungen und Laservorrichtungen der vorgenannten Art sind bekannt. 1 zeigt ein Beispiel einer derartigen Laservorrichtung mit einer derartigen Optikvorrichtung. Die Laservorrichtung gemäß 1 umfasst einen Single-Emitter-Halbleiterlaser 1, der eine Austrittsfläche aufweist, aus der Laserstrahlung 2 austritt. Die sich in z-Richtung ausbreitende Laserstrahlung 2 weist unterschiedliche Divergenzen in einer ersten Richtung x und einer zweiten Richtung y auf, wobei die erste Richtung x der Slow-Axis-Richtung der Laserstrahlung 2 entspricht und wobei die zweite Richtung y sich in die Zeichenebene der 1 hineinerstreckt und der Fast-Axis-Richtung der Laserstrahlung 2 entspricht. Dabei ist die Divergenz in der Fast-Axis-Richtung deutlich größer als in der Slow-Axis-Richtung.
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Die Optikvorrichtung gemäß 1 umfasst eine Fast-Axis-Kollimationslinse 3, die als Zylinderlinse ausgebildet ist, deren Zylinderachse sich in der ersten Richtung x erstreckt. Die Optikvorrichtung gemäß 1 umfasst weiterhin Slow-Axis-Kollimationslinse 4 mit einer Eintrittsfläche 5 und einer Austrittsfläche 6. Die Eintrittsfläche 5 ist plan ausgebildet und die Austrittsfläche 6 ist als konvexe Zylinderlinse ausgebildet, deren Zylinderachse sich in der zweiten Richtung y erstreckt. Durch die Fast-Axis-Kollimationslinse 3 wird die Divergenz der Laserstrahlung 2 hinsichtlich der Fast-Axis-Richtung deutlich reduziert beziehungsweise wird die Laserstrahlung 2 hinsichtlich der Fast-Axis-Richtung weitgehend kollimiert. Durch die Slow-Axis-Kollimationslinse 4 wird die Divergenz der Laserstrahlung 2 hinsichtlich der Slow-Axis-Richtung deutlich reduziert beziehungsweise wird die Laserstrahlung 2 hinsichtlich der Slow-Axis-Richtung weitgehend kollimiert.
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Als nachteilig bei einer derartigen Optikvorrichtung beziehungsweise bei einer derartigen Laservorrichtung erweist sich der große Abstand a1 zwischen der Austrittsfläche des Halbeiterlasers 1 und der Austrittsfläche 6 der Slow-Axis-Kollimationslinse 4. Dieser Abstand a1 beträgt im Stand der Technik zwischen 10 mm und 20 mm. Wenn mehrere dieser Laservorrichtungen im einem Gehäuse zusammengefasst werden sollen, ergibt sich wegen des großen Abstands viel ungenutzter Raum in dem Gehäuse.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Optikvorrichtung und eine Laservorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die weniger Bauraum benötigen.
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Dies wird erfindungsgemäß durch eine Optikvorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Laservorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Eintrittsfläche zumindest abschnittsweise konkav geformt ist und dass die Austrittsfläche zumindest abschnittsweise konvex geformt ist. Durch eine derartige Gestaltung kann der Abstand zwischen der Austrittsfläche des Halbeiterlasers und der Austrittsfläche der Slow-Axis-Kollimationslinse deutlich reduziert werden. Beispielsweise kann der Abstand zwischen der Austrittsfläche des Halbeiterlasers und der Austrittsfläche der Slow-Axis-Kollimationslinse zwischen 3 mm und 15 mm, insbesondere zwischen 5 mm und 11 mm, vorzugsweise zwischen 7 mm und 8 mm betragen. Damit ergibt sich bei der Zusammenfassung mehrerer Laservorrichtungen in einem Gehäuse weniger ungenutzter Raum in dem Gehäuse.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Slow-Axis-Kollimationslinse ein transparentes Substrat umfasst, an dem sowohl die Eintrittsfläche als auch die Austrittsfläche ausgebildet sind, insbesondere wobei die Slow-Axis-Kollimationslinse ein monolithisches Bauteil ist. Dadurch ist die Optikvorrichtung vergleichsweise kompakt und robust.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Ausdehnung der Eintrittsfläche oder des konkaven Abschnitts der Eintrittsfläche in einer ersten Richtung ist, die der Slow-Axis-Richtung der von dem Halbleiterlaser ausgehenden Laserstrahlung entspricht, kleiner als die Ausdehnung der Austrittsfläche oder des konvexen Abschnitts der Austrittsfläche in der ersten Richtung ist, insbesondere wobei die Ausdehnung der Eintrittsfläche oder des konkaven Abschnitts der Eintrittsfläche in der ersten Richtung zwischen 0,3 und 0,7 mal so groß wie die Ausdehnung der Austrittsfläche oder des konvexen Abschnitts der Austrittsfläche in der ersten Richtung ist.
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Es besteht die Möglichkeit, dass die effektive Brennweite der durch die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche gebildeten Slow-Axis-Kollimationslinse zwischen 5 mm und 50 mm, insbesondere zwischen 10 mm und 30 mm, vorzugsweise zwischen 13 mm und 20 mm, beispielsweise etwa 15 mm groß ist. Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Optikvorrichtung ist es, dass trotz eines sehr geringen Abstands zwischen der Austrittsfläche des Halbeiterlasers und der Austrittsfläche der Slow-Axis-Kollimationslinse von beispielsweise 7 mm bis 8 mm eine vergleichsweise große effektive Brennweite von beispielsweise etwa 15 mm beibehalten werden kann. Dies wird durch die konkave Eintrittsfläche erreicht, die die auf sie auftreffende Laserstrahlung aufweitet bevor die Laserstrahlung von der konvexen Austrittsfläche weitgehend kollimiert wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Fast-Axis-Kollimationslinse als Zylinderlinse ausgebildet ist, deren Zylinderachse sich in der ersten Richtung erstreckt.
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Es kann vorgesehen sein, dass sowohl die Eintrittsfläche als auch die Austrittsfläche der Slow-Axis-Kollimationslinse als Zylinderlinsen ausgebildet sind, wobei die Zylinderachsen der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche parallel zueinander sind, insbesondere wobei die Zylinderachsen sich in einer zweiten Richtung erstrecken, die senkrecht zu der ersten Richtung ist und der Fast-Axis-Richtung der von dem Halbleiterlaser ausgehenden Laserstrahlung entspricht.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Zylindergeometrie der Eintrittsfläche und/oder der Querschnitt der Zylindergeometrie der Austrittsfläche von einer Kreisform abweicht, insbesondere wobei die die Eintrittsfläche bildenden Zylinderlinse und/oder die die Austrittsfläche bildende Zylinderlinse eine asphärische Oberflächenform aufweisen.
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Dabei kann die Abweichung von einer Kreisform des Querschnitts der Zylindergeometrie der Eintrittsfläche unterschiedlich zu der Abweichung von einer Kreisform des Querschnitts der Zylindergeometrie der Austrittsfläche sein.
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Es besteht die Möglichkeit, dass die Optikvorrichtung dazu eingerichtet ist, durch die asphärischen Oberflächenformen der Eintrittsfläche und/oder der Austrittsfläche eine von einer homogenen Intensitätsverteilung abweichende Intensitätsverteilung in der aus der Austrittsfläche austretenden Laserstrahlung zu erzeugen. Dadurch kann die Lichtverteilung in der kollimierten Laserstrahlung durch gezielte Anpassung der asphärischen Oberflächenformen beeinflusst werden. Im Vergleich zum Stand der Technik kann die Verteilung so verbessert werden, dass sie auch für andere Anwendungen als die Kollimation von Vorteil ist. Beispielsweise kann eine Faserkopplung der Laserstrahlung mit größerer Effizienz erreicht werden, indem die Energie im Zentrum des Faserkerns konzentriert wird. Darüber hinaus bietet die Anordnung von zwei Zylinderlinsen in einem optischen Bauteil die Möglichkeit der Strahlformung bei gleichbleibender Anzahl von Oberflächen im Strahlengang.
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Gemäß Anspruch 10 umfasst die Laservorrichtung einen Halbleiterlaser, insbesondere einen Single-Emitter-Halbleiterlaser, sowie eine erfindungsgemäße Optikvorrichtung.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen nachfolgend beschrieben. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Teile und für Teile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Laservorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
- 2 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung.
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In die Figuren sind kartesische Koordinatensysteme eingezeichnet. Dabei erstreckt sich die y-Richtung in die Zeichenebene der Figuren hinein.
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Es ist nicht notwendig, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung alle nachfolgend beschriebenen Merkmale aufweist. Es ist auch möglich, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung nur einzelne Merkmale der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist.
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Die Laservorrichtung gemäß 2 umfasst einen Halbleiterlaser 10, insbesondere einen Single-Emitter-Halbleiterlaser, der eine Austrittsfläche aufweist, aus der Laserstrahlung 11 austritt. Die sich in z-Richtung ausbreitende Laserstrahlung 11 weist unterschiedliche Divergenzen in einer ersten Richtung x und einer zweiten Richtung y auf, wobei die erste Richtung x der Slow-Axis-Richtung der Laserstrahlung 11 entspricht und wobei die zweite Richtung y sich in die Zeichenebene der 2 hineinerstreckt und der Fast-Axis-Richtung der Laserstrahlung 2 entspricht. Dabei ist die Divergenz in der Fast-Axis-Richtung deutlich größer als in der Slow-Axis-Richtung.
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Die Laservorrichtung gemäß 2 umfasst weiterhin eine erfindungsgemäße Optikvorrichtung 12. Diese Optikvorrichtung 12 umfasst eine Fast-Axis-Kollimationslinse 13, die als Zylinderlinse ausgebildet ist, deren Zylinderachse sich in der ersten Richtung x erstreckt. Die Optikvorrichtung 12 umfasst weiterhin eine Slow-Axis-Kollimationslinse 14 mit einer Eintrittsfläche 15 und einer Austrittsfläche 16. Die Eintrittsfläche 15 ist als konkave Zylinderlinse ausgebildet und die Austrittsfläche 16 ist als konvexe Zylinderlinse ausgebildet, wobei sich die Zylinderachsen dieser Zylinderlinsen in der zweiten Richtung y erstrecken.
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Durch die Fast-Axis-Kollimationslinse 13 wird die Divergenz der Laserstrahlung 11 hinsichtlich der Fast-Axis-Richtung deutlich reduziert beziehungsweise wird die Laserstrahlung 11 hinsichtlich der Fast-Axis-Richtung weitgehend kollimiert. Durch die Slow-Axis-Kollimationslinse 4 wird die Divergenz der Laserstrahlung 11 hinsichtlich der Slow-Axis-Richtung deutlich reduziert beziehungsweise wird die Laserstrahlung 11 hinsichtlich der Slow-Axis-Richtung weitgehend kollimiert.
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Die konkave Eintrittsfläche 15 ist in x-Richtung nur etwa halb so ausgedehnt wie die Austrittsfläche 16. Es besteht die Möglichkeit, stattdessen die Ausdehnung der Eintrittsfläche 15 in x-Richtung genau so groß zu wählen wie die Ausdehnung der Austrittsfläche 16 in x-Richtung. Dann würde es jedoch ausreichen, lediglich einen mittleren Abschnitt mit einer konkaven Krümmung zu versehen, weil der Strahldurchmesser der Laserstrahlung 11 bei dem Auftreffen auf die Eintrittsfläche 15 vergleichsweise klein ist.
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Die Slow-Axis-Kollimationslinse 14 ist ein monolithisches optisches Bauteil, an dem die Eintrittsfläche 15 und die Austrittsfläche 16 ausgebildet sind.
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Die Eintrittsfläche 15 und die Austrittsfläche 16 weisen jeweils einen Querschnitt der Zylindergeometrie auf, der von einer Kreisform abweicht, insbesondere wobei die die Eintrittsfläche 15 bildende Zylinderlinse und die die Austrittsfläche 16 bildende Zylinderlinse eine asphärische Oberflächenform aufweisen. Dabei kann die Abweichung von einer Kreisform des Querschnitts der Zylindergeometrie der Eintrittsfläche 15 unterschiedlich zu der Abweichung von einer Kreisform des Querschnitts der Zylindergeometrie der Austrittsfläche 16 sein.
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Der Abstand a2 zwischen der Austrittsfläche des Halbeiterlasers 1 und der Austrittsfläche 6 der Slow-Axis-Kollimationslinse 4 beträgt zwischen 7 mm und 8 mm.