DE10331442B4 - Anordnung zur Transformation eines optischen Strahlungsfelds - Google Patents

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Abstract

Anordnung zur Transformation eines optischen, aus einer Faser austretenden Strahlungsfelds, das in z-Richtung propagiert und das ein in der x- und der y-Richtung gleiches Strahlparameterprodukt aufweist, mittels einer Transformationsoptik in ein Strahlungsfeld, das in der x- und der y-Richtung ein unterschiedliches Strahlparameterprodukt aufweist, wobei die x-, y- und z-Richtungen ein rechtwinkliges Koordinatensystem bilden,
dadurch gekennzeichnet,
dass zunächst das Strahlungsfeld (1) durch die Transformationsoptik (4) in mindestens zwei Teilstrahlungsfelder in y-Richtung segmentiert wird,
dass die Teilstrahlungsfelder dann mit der Transformationsoptik (4) in x-Richtung verschoben werden,
und dass diese Teilstrahlungsfelder mit der Transformationsoptik (4) in y-Richtung so verschoben werden, dass die Schwerpunkte der Teilstrahlungsfelder auf einer Linie liegen, die senkrecht zur y-Richtung liegt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Transformation eines optischen Strahlungsfelds, das in z-Richtung propagiert und das ein in der x- und der y-Richtung gleiches (symmetrisches) Strahlparameterprodukt aufweist, mittels einer Transformationsoptik in ein Strahlungsfeld, das in der x- und der y-Richtung ein unterschiedliches (asymmetrisches) Strahlparameterprodukt aufweist, wobei die x-, y- und z-Richtungen ein rechtwinkliges Koordinatensystem bilden.
  • Verschiedene Anwendungen von Laserstrahlung erfordern eine linienförmige Strahlform bzw. einen Strahlquerschnitt mit asymmetrischen Strahlparametern. Allerdings sind die zur Verfügung stehenden Ausgangsstrahlen üblicherweise Strahlungsfelder mit symmetrischem Strahlparameterprodukt. Um aus diesen zur Verfügung stehenden optischen Strahlungsfeldern ein linienförmiges Strahlungsfeld zu erhalten, werden entweder Zylinderlinsen eingesetzt oder es werden Scanner verwendet, die den Strahl zeitlich ablenken und bei hohen Abtastfrequenzen ein quasi-kontinuierliches, linienförmiges Strahlungsfeld erzeugen. Solche Zylinderlinsen oder Scanner können als Transformationsoptik bezeichnet werden. Hierbei sind Zylinderlinsen dahingehend von Nachteil, dass sie nicht die Strahlqualität der Fast- und Slow-Axis verändern und somit bei hohen Aspektverhältnissen nicht einsetzbar sind. Der Nachteil beim Einsetzen von Scannern liegt in der zeitlichen Ablenkung, der Segmentierung der Linie und der mechanischen Empfindlichkeit des Aufbaus.
  • Die DE 195 14 626 C2 beschreibt eine Anordnung zur Formung des geometrischen Querschnitts eines Strahlungsfelds eines oder mehrerer Festkörper- und/oder Halbleiterla ser(s), insbesondere eines Strahlungsfelds eines Arrays bzw. einer Feldanordnung aus einem oder mehreren Festkörper- und/oder Halbleiterlaser(n). Nach dieser Anordnung wird jeweils ein linienförmiges Strahlungsfeld umgeformt, wobei insbesondere die unterschiedlichen Divergenzwinkel einer Laserdioden-Feldanordnung berücksichtigt werden sollen.
  • Die DE 197 05 574 C2 beschreibt eine Laseroptik zum Umformen wenigstens eines Laserstrahls, der einen sich in einer ersten Achsrichtung (X-Achse) senkrecht zur Strahlachse (Z-Achse) erstreckenden linien- oder bandförmigen Querschnitt aufweist, mit wenigstens zwei im Strahlengang aufeinander folgend angeordneten optischen Umformelementen, von denen wenigstens eines ein vom Laserstrahl durchstrahltes Element ist und die eine optische Anordnung bilden. Auch hier wird jeweils von linienförmigen Strahlungsfeldern ausgegangen.
  • Die 199 18 444 C2 beschreibt eine Laseroptik zum Umformen der Laserstrahlen von Diodenelementen oder Emittern einer Laserdiodenanordnung, die als Emittergruppe jeweils in einer Emitterebene und in einer Slow-Axis (X-Achse) aufeinander folgend angeordnet sind.
  • Ausgehend von einer Anordnung, wie sie eingangs angegeben ist, und einem Stand der Technik in Form der vorstehend beschriebenen Zylinderlinse oder eines Scanners als Transformationsoptik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der ein Strahlungsfeld mit symmetrischem Strahlparameterprodukt so umgeformt wird, dass dieses in einen linienförmigen Fokus mit großem Abstand vom fokussierenden Element und gleichzeitig sehr kleinen Abmessungen in einer Richtung bei großen Abmessungen in der dazu orthogonalen Richtung erzeugt wird, unter Erreichen eines hohen Wirkungsgrads und eines hohen Aspektverhältnisses, ohne bewegte Teile.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung zur Transformation eines optischen, aus einer Faser austretenden Strahlungsfelds, das in z-Richtung propagiert und das ein in der x- und der y-Richtung gleiches (symmetrisches) Strahlparameterprodukt aufweist, mittels einer Transformationsoptik in ein Strahlungsfeld, das in der x- und der y-Richtung ein unterschiedliches (asymmetrisches) Strahlparameterprodukt aufweist, wobei die x-, y- und z-Richtungen ein rechtwinkliges Koordinatensystem bilden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zunächst das Strahlungsfeld durch die Transformationsoptik in mindestens zwei Teilstrahlungsfelder in y-Richtung segmentiert wird, dass die Teilstrahlungsfelder dann mit der Transformationsoptik in x-Richtung verschoben werden, und dass diese Teilstrahlungsfelder mit der Transformationsoptik in y-Richtung so verschoben werden, dass die Schwerpunkte der Teilstrahlungsfelder auf einer Linie liegen, die senkrecht zur y-Richtung liegt.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Anordnung zur Transformation eines optischen, aus einer Faser austretenden Strahlungsfelds, das in z-Richtung propagiert und das ein in der x- und der y-Richtung gleiches (symmetrisches) Strahlparameterprodukt aufweist, mittels einer Transformationsoptik in ein Strahlungsfeld, das in der x- und der y-Richtung ein unterschiedliches (asymmetrisches) Strahlparameterprodukt aufweist, wobei die x-, y- und z-Richtungen ein rechtwinkliges Koordinatensystem bilden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zunächst das Strahlungsfeld durch die Transformationsoptik in mindestens zwei Teilstrahlungsfelder in y-Richtung segmentiert wird, und dass diese Teilstrahlungsfelder mit der Transformationsoptik jeweils um die z-Achse um 90° gedreht werden und die gedrehten Teilstrahlungsfelder zu einer Linie in y-Richtung zusammengefügt werden.
  • Mit einer Anordnung in der zuerst genannten Art wird ein optisches Strahlungsfeld mit symmetrischen Parameterprodukten in der x- und der y-Richtung in der Transformation soptik in zumindest zwei Teilstrahlungsfelder in y-Richtung unterteilt. Diese beiden Teilstrahlungsfelder werden dann mittels der Transformationsoptik in einer Richtung senkrecht dazu (y-Richtung)), oder in einer Richtung mit einer wesentlichen Vektorkomponenten in y-Richtung, versetzt, um dann diese versetzten Teilstrahlungsfelder in einer weiteren Stufe in der Richtung, senkrecht zu dem ersten Versatz, d.h. in x-Richtung, wieder so zu verschieben, dass die Schwerpunkte der Leistungsdichteverteilungen der Teilstrahlungsfelder auf einer Linie liegen. Das umzuformende Strahlungsfeld mit symmetrischem Strahlparameterprodukt kann beispielsweise ein rotationssymmetrisches Feld nach einem Laserresonator mit zylindrischem Laserstab sein oder ein Strahlungsfeld am Austritt einer Faser; gerade die Umformung einer aus einer Faser austretenden Strahlung hat den Vorteil, dass die Strahlung über den Querschnitt der Faser am Austrittsende verteilt homogenisiert ist. Somit wird mit der angegebenen Anordnung erreicht, dass beispielsweise die aus einer Glasfaser austretende Strahlung in einen linienförmigen Fokus mit großem Abstand vom fokussierenden Optikelement und gleichzeitig sehr kleinen Abmessungen in einer Richtung bei großen Abmessungen in der dazu orthogonalen Richtung erzeugt wird. Eine solche Abbildung wird darüber hinaus mit einem hohem Wirkungsgrad erreicht.
  • Mit der zweiten Anordnung, die die Aufgabe löst, liegt ein wesentliches Merkmal darin, die jeweiligen Teilstrahlungsfelder mit der Transformationsoptik um die z-Achse um 90° zu drehen. Dann können in einem weiteren Schritt in der Transformationsoptik die gedrehten Teilstrahlungsfelder zu einer Linie in x-Richtung zusammengeführt werden. Es ist ersichtlich, dass die Abmessungen der Linie, zusammengesetzt aus den Teilstrahlungsfeldern, durch die Wahl der Segmentierung beeinflusst werden können; falls linienförmige Strahlungsquerschnitte ausgangsseitig der Transformationsoptik mit einem sehr großen, unterschiedlichen Seitenverhältnis erreicht werden sollen, wird das eingangsseitige Strahlungsfeld in eine große Anzahl von Teilstrahlungsfeldern in y-Richtung segmentiert.
  • Für die Transformation der Ausgangsstrahlung wird bevorzugt eingangsseitig der Transformationsoptik eine Zylinderoptik angeordnet. Eine solche Zylinderoptik formt zunächst das Strahlungsfeld mit symmetrischem Strahlparameterprodukt in ein elliptisches Strahlungsfeld um, wobei, unter Berücksichtigung des vorstehend angegebenen Koordinatensystems, die große Achse der Ellipse in der y-Richtung liegt.
  • Um ein gleichmäßiges, linienförmiges Strahlungsfeld ausgangsseitig der Transformationsoptik zu erhalten, d.h. mit einer gleichmäßigen Intensitätsverteilung über das linienförmige Strahlungsfeld verteilt, ist es von Vorteil, dass die einzelnen, segmentierten Teilstrahlungsfelder annähernd gleiche Leistungen haben. Dies wird dadurch erreicht, dass die Segmente, d.h. die Teilstrahlungsquerschnittsflächen, in einer unterschiedlichen Größe, die Leistung anpassend, ausgewählt werden.
  • Um die Leistung des Strahlungsfelds gleich über die Teilstrahlungsfelder zu verteilen, wird in einer bevorzugten Ausgestaltung, in Verbindung mit einer Zylinderoptik, der Querschnitt der Teilstrahlungsfelder in die Ebene der Transformationsoptik abgebildet.
  • Mit dem Einsatz einer Zylinderlinse eingangsseitig der Transformationsoptik kann die Anpassung der Teilstrahlungsfelder so, dass sie annähernd gleiche Leistungen haben, dadurch erreicht werden, dass der Zylinderlinse ein sich ändernder Krümmungsradius gegeben wird.
  • Bevorzugt weist die Transformationsoptik mehrere reflektive Elemente auf; diese reflektiven Elemente werden dazu eingesetzt, die Zerlegung der Teilstrahlungsfelder vorzunehmen. Die reflektiven Elemente können durch Spiegelflächen gebildet werden.
  • Die reflektiven Elemente können auch durch totalreflektierende Flächen eines strahlungstransparenten Elements gebildet werden. Reflektive Elemente in Form von Spiegelflächen sind dann zu bevorzugen, wenn der Akzeptanzwinkel totalreflektierender Flächen überschritten würde. Dagegen sind reflektive Elemente in Form der totalreflektierenden Flächen eines strahlungstransparenten Elements dann einzusetzen, wenn dies aus fertigungstechnischer Sicht von Vorteil sein könnte.
  • Weiterhin sollte dann, wenn die Teilstrahlungsfelder in ihrer Leistung durch einen sich ändernden Krümmungsradius einer Zylinderlinse angepasst werden, das optische Strahlungsfeld in der x- und der y-Richtung denselben Divergenzwinkel aufweisen.
  • In Verbindung mit einer Anordnung, bei der die Transformationsoptik die Teilstrahlungsfelder dreht, wird in der Transformationsoptik jedem Teilstrahlungsfeld ein Dove-Prisma zugeordnet. Ein solches Dove-Prisma weist eine Grundfläche auf sowie zwei schräg zur Grundfläche verlaufende Prismenflächen auf, und ist so dimensioniert und ausgerichtet, dass die eine Prismenfläche eine Eintrittsfläche für das entsprechende Teilstrahlungsfeld bildet und so zu der Propagationsrichtung (z-Richtung) des Teilstrahlungsfelds unter einem Winkel ausgerichtet ist, dass die Strahlung zur Grundfläche hin gebrochen wird; an der Grundfläche wird die Strahlung dann reflektiert und zu der zweiten Prismenfläche hin gerichtet, wo sie dann, um 90° zur z-Achse gedreht, in z-Richtung austritt (unter entsprechender Orientierung der zweiten Prismenfläche).
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
  • 1 zwei Ansichten, bezeichnet mit A und B, eines sich in z-Richtung ausbreitenden Strahlungsfelds, das aus dem Ende einer Lichtleitfaser austritt, zum einen in der x-z-Ebene (Darstellung A) und zum anderen in seinem Querschnitt in der y-z-Ebene (Darstellung B),
  • 2 eine der 1 zugeordnete Darstellung der jeweiligen x-y-Ebenen, um den jeweiligen Strahlquerschnitt sowie den dazugehörigen Divergenzwinkel in x-Richtung (θx) sowie in y-Richtung (θy) an der entsprechenden Stelle in z-Richtung anzugeben,
  • 3 eine schematische Darstellung eines sich in z-Richtung ausbreitenden Strahlungsfelds, mit einer Ansicht der x-z-Ebene, das durch eine Zylinderoptik fokussiert wird und einer Transformationsoptik zugeführt wird,
  • 4 die Anordnung der 3, allerdings in einer Ansicht der y-z-Ebene des eingangsseitigen Strahlungsfelds und der x-z-Ebene des Strahlungsfelds ausgangsseitig der Transformationsoptik,
  • 5 eine dreidimensionale Darstellung der Anordnung, wie sie auch in den 3 und 4 gezeigt ist,
  • 6 schematisch die Zerlegung eines eingangsseitigen Strahlungsfelds mit elliptischem Strahlquerschnitt (Darstellung A), wobei dann die Teilstrahlungsfelder in x-Richtung verschoben werden (Darstellung B), die dann wiederum, in einem weiteren Schritt, in y-Richtung verschoben werden (Darstellung C),
  • 7 schematisch eine Transformationsoptik mit vier Dove-Prismen zur Drehung der jeweiligen Teilstrahlungsfelder um 90° um die z-Achse,
  • 8 schematisch ein Strahlungsfeld, das in y-Richtung in acht Teilstrahlungsfelder segmentiert ist (Darstellung A), sowie das entsprechende Strahlungsfeld nach der Transformationsoptik, um die z-Achse um 90° gedreht und zu einem linienförmigen Strahlungsfeld zusammengefügt (Darstellung B), und
  • 9 eine Darstellung entsprechend den 1 und 2, allerdings mit einer Transformationsoptik 4', wie sie in 7 in der konkreten Ausführungsform gezeigt ist.
  • In 1 ist schematisch eine Anordnung zur Transformation eines optischen Strahlungsfelds, allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, dargestellt. Hierbei zeigen die Darstellungen A und B zum einen die x-z-Ebene und zum anderen die dazu senkrecht stehende y-z-Ebene.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass in allen Figuren die z-Richtung jeweils die Ausbreitungsrichtung des Strahlungsfelds 1 ist, auch wenn dieses im Raum seine Richtung ändert, d.h. die z-Richtung wird jeweils mit der Ausbreitungsrichtung des Strahlungsfelds 1 mitgeführt.
  • Weiterhin sind jeweilige Ebenen in den x-y-Richtungen mit entsprechenden Linien in 1 bezeichnet; diesen Ebenen in der x-y-Richtung sind in 2 die jeweiligen Strahlquerschnitte zugeordnet sowie die Divergenzwinkel der Strahlung in x- und y-Richtung, bezeichnet mit θx und θy, angegeben.
  • In der Anordnung der 1 wird das Strahlungsfeld ausgangsseitig einer Lichtleitfaser 11 bereitgestellt. An dem Austrittsende der Lichtleitfaser 11 sind der Divergenzwinkel in x-Richtung, θx, und der Divergenzwinkel in der y-Richtung, θy, gleich, wie der 2 zu entnehmen ist. Das divergierende Strahlungsfeld 1 tritt dann in eine Kollimationsoptik, vorzugsweise eine sphärische Linse 2, ein, wobei an der Linse 2 weiterhin θx = θy gilt. Das parallel ausgerichtete Strahlungsfeld wird dann in eine Zylinderoptik 3 geführt, wobei das aus der Zylinderoptik 3 austretende Strahlungsfeld 1 dann in der x-Richtung einen größeren Divergenzwinkel besitzt als in y-Richtung, so dass gilt: θx > θy. Die Zylinderlinse 3 ist, wie anhand der 1 zu sehen ist, mit deren Zylinderachse in y-Richtung ausgerichtet. Das Strahlungsfeld 1, das nach der Zylinderoptik 3 in x-Richtung fokussiert wird, während es sich in y-Richtung als paralleles Strahlungsfeld ausbreitet, tritt dann in eine Transformationsoptik 4 ein, wobei hinsichtlich der Divergenzwinkel eingangsseitig der Transformationsoptik θx > θy gilt. Mittels der Transformationsoptik 4 wird das Strahlungsfeld 1 in eine vorgegebene Anzahl von Teilstrahlungsfeldern in y-Richtung segmentiert; diese Teilstrahlungsfelder werden dann mittels der Transformationsoptik 4 in x-Richtung verschoben und anschließend nochmals in y-Richtung so verschoben, dass die Schwerpunkte der Teilstrahlungsfelder auf einer Linie liegen. Ausgangsseitig der Transformationsoptik 4 ist dann der Divergenzwinkel in x-Richtung, θx, größer als der Divergenzwinkel in y-Richtung, θy, wogegen eingangsseitig der Transformationsoptik 4 für die Divergenzwinkel gilt: θx > θy.
  • Während die Strahlqualität des Strahlungsfelds 1, wie es aus der Austrittsfläche des Lichtleiters 2 austritt, in x- und y-Richtung gleich ist, ist ausgangsseitig der Transformationsoptik 4 die Strahlqualität in x-Richtung sehr viel besser als in y-Richtung.
  • In Abhängigkeit davon, in welche Anzahl Teilstrahlungsfelder das Strahlungsfeld 1 in der Transformationsoptik 4 zerlegt wird, können linienförmige Strahlungsfelder ausgangsseitig der Transformationsoptik 4 erzeugt werden, die, unter Heranziehung des in den Zeichnungen dargestellten Koordinatensystems, in x-Richtung eine Breite von 70 μm haben, während die Länge in y-Richtung beispielsweise 14 mm betragen kann, d.h. die Dimensionen des Strahlungsfelds in x- und y-Richtung sind um einen Faktor von etwa 200 unterschiedlich.
  • Die 3, 4 und 5 zeigen eine Anordnung, vergleichbar mit derjenigen, die in 1 schematisch dargestellt ist, in einer detaillierteren Darstellung der Transformationsoptik 4. Allerdings ist in den 3 bis 5 das Strahlungsfeld 1 unmittelbar in die Zylinderoptik 3 eintretend dargestellt. Dieses Strahlungsfeld 1 wird an einer ersten Reflexionsoptik 5, aufgebaut aus reflektierenden Spiegelflächen, in Teilstrahlungsfelder segmentiert, wobei etwa 40 Teilstrahlungsfelder dargestellt sind. Nach dieser Segmentierung in y-Richtung werden die Teilstrahlungsfelder jeweils in x-Richtung durch entsprechende Ausrichtung der Spiegelflächen verschoben. Diese in x-Richtung verschobenen Teilstrahlungsfelder werden dann zu einer zweiten Reflexionsoptik 6, die Teil der Transformationsoptik 4 ist, geführt, die, mittels einzelner, jedem Teilstrahlungsfeld zugeordneten Spiegelflächen bewirkt, dass die Teilstrahlungsfelder wieder in y-Richtung so verschoben werden, dass sie ausgangsseitig der Transformationsoptik auf einer Linie liegen. Die Querschnitte des Strahlungsfelds jeweils eingangsseitig und ausgangsseitig der Transformationsoptik können anhand der perspektivischen Darstellung in 5 gesehen werden.
  • In 6 nun ist nochmals die Wirkungsweise der Transformationsoptik 4 schematisch dargestellt. Die Darstellung A zeigt ein elliptisches Strahlungsfeld, wie es in die Transformationsoptik 4 eintritt. Dieses Strahlungsfeld A wird in der Transformationsoptik 4 in y-Richtung segmentiert, wobei in der Darstellung A beispielhaft sechs Teilstrahlungsfelder gezeigt sind. Die Segmentierung erfolgt in Richtung der großen Achse der Ellipse. Auch ist anhand der Darstellung A zu erkennen, dass die jeweiligen Querschnittsflächen der Teilstrahlungsfelder so gewählt sind, dass sie eine annähernd gleiche Fläche haben, d.h. die Leistung der Teilstrahlungsfelder ist aneinander durch die Querschnittsgröße angepasst. Wie die Darstellung B der 6 zeigt, werden diese Teilstrahlungsfelder dann in x-Richtung verschoben, so dass sie stufenförmig zueinander versetzt sind, allerdings in x-Richtung im Wesentlichen unmittelbar aneinander anschließen. In einer dritten Stufe, durch die Darstellung C angedeutet, werden diese Teilstrahlungsfelder dann wieder in y-Richtung so zusammengeführt, dass sie, d.h. die Schwerpunkte der Strahlquerschnitte, auf einer Linie liegen.
  • Die 7 und 9 zeigen nun eine alternative Anordnung zur Transformation eines optischen Strahlungsfelds, das in z-Richtung propagiert und das in der x- und der y-Richtung ein symmetrisches Strahlparameterprodukt aufweist.
  • Soweit in der 9 Bauelemente gezeigt sind, die mit denjenigen der 1 identisch oder vergleichbar sind, sind die entsprechenden Bezugszeichen wie in 1 verwendet; eine Beschreibung dieser Bauelemente wird nicht vorgenommen, so dass auf die entsprechenden Ausführungen zu 1 vorstehend verwiesen wird. Gleiches gilt für die Darstellung der Divergenzwinkel in der unteren Hälfte der 9 sowie der jeweiligen Strahlquerschnitte an den entsprechenden Ebenen; die Verhältnisse der Divergenzwinkel in x-Richtung (θx) und (θy) ergeben sich unmittelbar aus 9.
  • In der Anordnung der 9 ist eine Transformationsoptik 4' vorgesehen, die detaillierter in 7 gezeigt ist. Diese Transformationsoptik 4' weist drei Dove-Prismen 7 auf, wobei jeweils eines dieser Prismen einem Teilstrahlungsfeld zugeordnet ist. Jedes Dove-Prisma 7 weist eine Grundfläche 8 sowie eine erste Prismenfläche 9 und eine zweite Prismenfläche 10 auf. Das jeweilige Teilstrahlungsfeld tritt in die erste Prismenfläche 9, eine Eintrittsfläche bildend, ein, wird zur Grundfläche 8 hin gebrochen und von dort zu der zweiten Prismenfläche 10, eine Austrittsfläche bildend, reflektiert. Die erste Prismenfläche 9 und die zweite Prismenfläche 10 sind in ihrem Winkel zur Grundfläche 8 bzw. zur Ausbreitungsrichtung des Teilstrahlungsfelds so ausgelegt, unter Einbeziehung der Grundfläche 8, dass das Teilstrahlungsfeld aus der zweiten Prismenfläche 10 mit einer Propagationsrichtung, die der z-Richtung entspricht, austritt, und zwar unter 90° zur z-Achse, verglichen mit der Orientierung des eingangsseitigen Teilstrahlungsfelds, gedreht. In 7 sind insgesamt drei Teilstrahlungsfelder mit drei Dove-Prismen 7 gezeigt, um das Prinzip dieser Anordnung zu verdeutlichen. Allerdings ist ersichtlich, dass die Transformationsoptik 4' beliebig erweitert werden kann, indem ein Strahlungsfeld in eine entsprechende Anzahl von Teilstrahlungsfeldern segmentiert wird und jedem Teilstrahlungsfeld in der Transformationsoptik 4' jeweils ein Prisma 7 zugeordnet wird.
  • In 8 ist in der Darstellung A ein Strahlungsfeld mit elliptischem Strahlquerschnitt gezeigt, das mit seiner großen Ellipsenachse in y-Richtung ausgerichtet ist. Dieses Strahlungsfeld ist in y-Richtung in acht Teilstrahlungsfelder segmentiert, die dann mit einer Transformationsoptik 4', wie sie in 7 gezeigt ist, jeweils um die z-Achse gedreht werden, so dass das Strahlungsfeld entsprechend der Darstellung B erhalten wird. Es ist ersichtlich, dass die einzelnen, gedrehten Teilstrahlungsfelder in y-Richtung durch geeignete, optische Maßnahmen zusammengeführt werden können, um ein zusammenhängendes Strahlungsfeld zu erhalten.
  • Mit den Anordnungen, wie sie vorstehend beschrieben sind, wird über eine kompakte Optik eine Linie mit einem großen Aspektverhältnis ohne bewegte Bauteile generiert. Es kann also eine Leistungsdichteverteilung erzeugt werden, mit im Wesentlichen gleichen Divergenzwinkeln und unterschiedlichen Strahlradii für zwei orthogonal zueinander orientierten Richtungen, die durch die Richtungen mit der maximalen und minimalen Ausdehnung dieser Leistungsdichteverteilung definiert sind.

Claims (11)

  1. Anordnung zur Transformation eines optischen, aus einer Faser austretenden Strahlungsfelds, das in z-Richtung propagiert und das ein in der x- und der y-Richtung gleiches Strahlparameterprodukt aufweist, mittels einer Transformationsoptik in ein Strahlungsfeld, das in der x- und der y-Richtung ein unterschiedliches Strahlparameterprodukt aufweist, wobei die x-, y- und z-Richtungen ein rechtwinkliges Koordinatensystem bilden, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Strahlungsfeld (1) durch die Transformationsoptik (4) in mindestens zwei Teilstrahlungsfelder in y-Richtung segmentiert wird, dass die Teilstrahlungsfelder dann mit der Transformationsoptik (4) in x-Richtung verschoben werden, und dass diese Teilstrahlungsfelder mit der Transformationsoptik (4) in y-Richtung so verschoben werden, dass die Schwerpunkte der Teilstrahlungsfelder auf einer Linie liegen, die senkrecht zur y-Richtung liegt.
  2. Anordnung zur Transformation eines optischen, aus einer Faser austretenden Strahlungsfelds, das in z-Richtung propagiert und das ein in der x- und der y-Richtung gleiches Strahlparameterprodukt aufweist, mittels einer Transformationsoptik in ein Strahlungsfeld, das in der x- und der y-Richtung ein unterschiedliches Strahlparameterprodukt aufweist, wobei die x-, y- und z-Richtungen ein rechtwinkliges Koordinatensystem bilden, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Strahlungsfeld (1) durch die Transformationsoptik (4') in mindestens zwei Teilstrahlungsfelder in y-Richtung segmentiert wird, und dass diese Teilstrahlungsfelder mit der Transformationsoptik (4') jeweils um die z-Achse um 90° gedreht werden und die gedrehten Teilstrahlungsfelder zu einer Linie in y-Richtung zusammengefügt werden.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig der Transformationsoptik (4; 4') eine Zylinderoptik (3) angeordnet ist, die das Strahlungsfeld (1) in ein elliptisches Strahlungsfeld, mit der großen Achse der Ellipse in y-Richtung liegend, umformt.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die segmentierten Teilstrahlungsfelder annähernd gleiche Leistungen haben.
  5. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt eines bereitgestellten Teilstrahlungsfelds in die Ebene der Transformationsoptik (4, 4') abgebildet wird.
  6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Leistung der Teilstrahlungsfelder durch einen sich ändernden Krümmungsradius der Zylinderlinse erreicht wird.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Strahlungsfeld (1) in der x- und der y-Richtung den gleichen Divergenzwinkel (θx, θy) aufweist.
  8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsoptik (4) mehrere reflektive Elemente (5, 6) aufweist, wobei an den reflektiven Elementen der Transformationsoptik (4) die Zerlegung in die Teilstrahlungsfelder erfolgt.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektiven Elemente Spiegelflächen (5, 6) sind.
  10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektiven Elemente (5, 6) durch totalreflektierende Flächen eines strahlungstransparenten Elements gebildet sind.
  11. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Transformationsoptik (4') jedem Teilstrahlungsfeld ein Dove-Prisma (7) zugeordnet ist, das eine Grundfläche aufweist sowie zwei schräg zur Grundfläche (8) verlaufende Prismenflächen aufweist, und so dimensioniert und ausgerichtet ist, dass die eine Prismenfläche (9) eine Eintrittsfläche für das entsprechende Teilstrahlungsfeld bildet derart, dass die Strahlung zur Grundfläche hin gebrochen wird, an der Grundfläche reflektiert wird und an der zweiten Prismenfläche (10) um 90° zur z-Achse gedreht in z-Richtung austritt.
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