-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine optische Kondensorvorrichtung,
welche die Dichte von Strahlen erhöht, welche von einer Halbleiter-Laseranordnung
emittiert werden.
-
Stand der
Technik
-
Halbleiter-Laseranordnungen
sind als Laserelemente mit hoher Ausgangsleistung bekannt. 11 ist
eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel einer Halbleiter-Laseranordnung
zeigt. Wie in 11 dargestellt, ist bei einer
Halbleiter-Laseranordnung 12 eine
Vielzahl aktiver Schichten 14 parallel ausgerichtet.
-
12A und 12B sind
eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht einer Laseranordnung 12 und
sie zeigen die Streuwinkel eines Laserstrahls, welcher von einer
aktiven Schicht 14 emittiert wird. Bei diesen Figuren zeigen
die x-Achse, y-Achse und z-Achse die Längsrichtung, Horizontalrichtung
bzw. Vertikalrichtung einer Laseranordnung 12. Ferner zeigt
in diesen Figuren die Ziffer 15 die Mittelachse eines Strahls.
Für jeden
Strahl, welcher von einer aktiven Schicht 14 emittiert
wird, beträgt
der Streuwinkel in der Vertikalrichtung 30° bis 40° (siehe 12A),
und der Streuwinkel in der Horizontalrichtung beträgt 8° bis 10° (siehe 12B).
-
Unter
Berücksichtigung
einer Anwendung, bei welcher Linsen etc. zum Kondensieren von Strahlen
von einer Halbleiter- Laseranordnung
auf eine optische Faser etc. verwendet werden, ist es bevorzugt, die
Streuung der jeweiligen Komponenten der Vertikalrichtung und der
Horizontalrichtung jedes Strahls zu begrenzen. Die Vertikalrichtungskomponenten dieser
Strahlen können
leicht unter Verwendung einer Kollimatorlinse kollimiert werden.
Hingegen ist es nicht einfach, die Streuung der Strahlen in der
Horizontalrichtung zu begrenzen. Dies liegt daran, dass, wenn eine
Vielzahl aktiver Schichten 14 dicht aneinander positioniert
wird, die durch diese aktiven Schichten 14 emittierten
Strahlen einander unverzüglich
kreuzen. Ein Verfahren eines Erhöhens
des Abstands zwischen den aktiven Schichten kann zum Verhindern
des Kreuzens der Strahlen in Betracht gezogen werden. Jedoch kann
in diesem Fall eine hohe Strahlendichte nicht antizipiert werden.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Eine
erfindungsgemäße optische
Kondensorvorrichtung umfasst eine erste Lichtquelle, eine zweite
Lichtquelle und eine erste optische Weiche (optischer Kombinierer).
Die erste Lichtquelle weist eine erste Halbleiter-Laseranordnung
auf, wobei eine Vielzahl aktiver Schichten parallel in einer ersten Richtung
ausgerichtet ist, eine erste Kollimatorlinse zum Kollimieren einer
Vielzahl von Strahlen, emittiert von der Vielzahl aktiver Schichten
in einer Ebene senkrecht zu der ersten Richtung, und einen ersten Strahlenwandler
zum Empfangen der Strahlen, kollimiert durch die erste Kollimatorlinse,
zum Drehen des Transversalschnitts jedes Strahls um im wesentlichen
90°. Die
zweite Lichtquelle weist eine zweite Halbleiter-Laseranordnung auf,
wobei eine Vielzahl aktiver Schichten parallel in einer zweiten
Richtung ausgerichtet ist, eine zweite Kollimatorlinse zum Kollimieren
einer Vielzahl von Strahlen, emittiert von der Vielzahl aktiver
Schichten in einer Ebene senkrecht zu der zweiten Richtung, und
einen zweiten Strahlenwandler zum Empfangen der Strahlen, kollimiert durch
die zweite Kollimatorlinse, zum Drehen des Transversalschnitts jedes
Strahls um im wesentlichen 90°.
In diesem Fall bezieht sich der Transversalschnitt eines Strahls
auf einen Querschnitt, welcher im wesentlichen senkrecht zur Achse
dieses Strahls ist. Die erste optische Weiche kombiniert die Strahlen
von der ersten Lichtquelle und die Strahlen von der zweiten Lichtquelle.
Die erste optische Weiche weist einen Übertragungsabschnitt bzw. mehrere Übertragungsabschnitte
zum Empfangen und Übertragen
der Strahlen, emittiert von dem ersten Strahlenwandler, auf, sowie
einen Reflexionsabschnitt bzw. mehrere Reflexionsabschnitte zum
Empfangen und Reflektieren der Strahlen, emittiert von dem zweiten
Strahlenwandler. Die erste optische Weiche kombiniert die Strahlen,
welche durch den einen Übertragungsabschnitt
bzw. die mehreren Übertragungsabschnitte übertragen
werden sowie die Strahlen, welche durch den einen Reflexionsabschnitt bzw.
die mehreren Reflexionsabschnitte reflektiert werden.
-
Die
Streuung jedes Strahls innerhalb einer Ebene senkrecht zur Ausrichtungsrichtung
der aktiven Schichten wird begrenzt durch die Kollimation der Kollimatorlinse.
Ein Drehen des Transversalschnitts jedes Strahls um im wesentlichen
90° unterdrückt die
Streuung des Strahls in der Ausrichtungsrichtung der aktiven Schichten.
Dementsprechend wird es unwahrscheinlich, dass angrenzende Strahlen
einander kreuzen. Folglich können
die aktiven Schichten dicht in Abständen von nicht mehr als 500 μm angeordnet
werden.
-
Die
vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden genauen Beschreibung
und der beiliegenden Zeichnung ersichtlicher. Es ist jedoch ausdrücklich darauf
hinzuweisen, dass die Zeich nung lediglich Erläuterungszwecken dient und nicht
die Grenzen der Erfindung definieren soll.
-
Ein
weiterer Schutzumfang einer Anwendung der vorliegenden Erfindung
wird anhand der nachfolgenden genauen Beschreibung ersichtlich. Es
sei jedoch darauf hingewiesen, dass die genaue Beschreibung und
spezifische Beispiele, obwohl bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anzeigend, lediglich Erläuterungszwecken
dienen, da verschiedene Änderungen
und Abwandlungen innerhalb des Wesens und Schutzumfangs der Erfindung Fachleuten
auf diesem Gebiet anhand der genauen Beschreibung ersichtlich werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnung
-
1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, welche eine optische
Kondensorvorrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels darstellt.
-
2 ist
eine Ansicht, welche eine vordere Stirnfläche (Lichtausgangsfläche) einer
Halbleiter-Laseranordnung,
verwendet bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
darstellt.
-
3 ist
eine Ansicht, welche eine vordere Stirnfläche einer aktiven Schicht der
Halbleiter-Laseranordnung, verwendet bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
darstellt.
-
4 ist
eine perspektivische Ansicht einer zylindrischen Linse, welche bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
verwendet wird.
-
5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Strahlenwandlers, welcher bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
verwendet wird.
-
6 ist
eine Draufsicht, welche eine optische Weiche, verwendet bei dem
ersten Ausführungsbeispiel,
darstellt.
-
7A bis 7C sind
Diagramme, welche die Veränderung
der Transversalschnitte von Strahlen bei dem ersten Ausführungsbeispiel
darstellen.
-
8A bis 8C sind
Diagramme, welche ein Kombinieren der Strahlen bei dem ersten Ausführungsbeispiel
darstellen.
-
9 ist
eine schematische Perspektivansicht, welche eine optische Kondensorvorrichtung
eines zweiten Ausführungsbeispiels
darstellt.
-
10A bis 10E sind
Diagramme, welche ein Kombinieren von Strahlen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
darstellen.
-
11 ist
eine perspektivische Ansicht einer Halbleiter-Laseranordnung.
-
12A und 12B sind
Diagramme, welche die Streuwinkel eines Strahls, emittiert von der Halbleiter-Laseranordnung, darstellen.
-
Beste Ausführungsformen
zum Ausführen
der Erfindung
-
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die
beiliegende Zeichnung beschrieben. Bei der Beschreibung der Zeichnung
werden gleiche Elemente mit den gleichen Symbolen versehen, und
auf eine redundante Beschreibung wird verzichtet.
-
Erstes Ausführungsbeispiel
-
1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, welche eine erste optische
Kondensorvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt. Die Kondensorvorrichtung des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
ist aufgebaut aus einer ersten Lichtquelle 10, einer zweiten
Lichtquelle 20 und einer optischen Weiche 30.
-
Die
erste Lichtquelle 10 ist aufgebaut aus einer ersten Halbleiter-Laseranordnung 12,
einer ersten Kollimatorlinse 16 und einem ersten Strahlenwandler 18.
Die Halbleiter-Laseranordnung 12 weist eine Vielzahl aktiver
Schichten 14 auf. Die Kollimatorlinse 16 bricht
und kollimiert die Vertikalrichtungskomponenten (z-Richtungskomponenten)
der Strahlen, welche von den jeweiligen aktiven Schichten 14 emittiert
werden. Der Strahlenwandler 18 dreht den Transversalschnitt
jedes dieser kollimierten Strahlen um im wesentlichen 90°.
-
2 ist
eine Ansicht, welche eine vordere Stirnfläche (Lichtausgangsfläche) einer
ersten Halbleiter-Laseranordnung 12 darstellt. 3 ist
eine Ansicht, welche eine vordere Stirnfläche einer aktiven Schicht 14 darstellt.
Aktive Schichten 14 der Laseranordnung 12 sind,
innerhalb einer Breite von 1 cm, in einer einzelnen Reihe entlang
der y-Richtung in Abständen
von 300 μm
bis 500 μm
ausgerichtet. Obwohl fünf
aktive Schichten 14 in den Figuren der Vereinfachung einer
Darstel lung halber dargestellt sind, erfolgt in Wirklichkeit eine
Ausrichtung einer großen Anzahl
aktiver Schichten 14. Der Querschnitt jeder aktiven Schicht 14 weist
eine Breite von 100 μm
bis 200 μm
und eine Dicke von 1 μm
auf. Wie in 12A und 12B dargestellt,
betragen die Streuwinkel des Strahls, welcher von der aktiven Schicht 14 emittiert
wird, 30° bis
40° in der
Breitenrichtung der aktiven Schicht 14, anders ausgedrückt, in
der Vertikalrichtung (z-Richtung), und 8° bis 10° in der Breitenrichtung der
aktiven Schicht 14, anders ausgedrückt, in der Horizontalrichtung
(y-Richtung).
-
4 ist
eine perspektivische Ansicht, welche eine zylindrische Linse als
Beispiel einer ersten Kollimatorlinse 16 darstellt. Die
zylindrische Linse 16 weist eine Eingangsfläche 160 und
eine Ausgangsfläche 161 auf,
welche einander gegenüberliegen. Die
Eingangsfläche 160 ist
eine flache Fläche,
welche senkrecht zur x-Richtung verläuft, und die Ausgangsfläche 161 ist
eine zylindrische Fläche
mit einer erzeugenden Linie entlang der y-Richtung. Obwohl die zylindrische
Linse 16 keine Brechwirkung in der Ebene, welche die Erzeugungslinienrichtung
umfasst, bewirkt, bewirkt diese eine Brechwirkung in der Ebene senkrecht
zu der Erzeugungslinie. Wie in 4 dargestellt,
beträgt
die Länge
in der Richtung der erzeugenden Linie, das heißt, in der y-Richtung, 12 mm,
die Länge
in der y-Richtung 0,4 mm und die Länge in der z-Richtung 0,6 mm.
Die zylindrische Linse 16 ist somit entlang der y-Richtung
verlängert
bzw. länglich.
Die Länge
in der y-Richtung ist lang genug, so dass die Eingangsfläche 160 sämtliche
aktive Schichten 14 der Laseranordnung 12 bedeckt.
Somit treten sämtliche
der von diesen aktiven Schichten 14 emittierten Strahlen
in die zylindrische Linse 16 ein.
-
Da,
wie oben erwähnt,
die von den aktiven Schichten 14 emittierten Strahlen groß in dem
Streuwinkel in der Vertikalrichtung sind, muss die Streuung der
Strahlen begrenzt werden, um die Kondensationswirksamkeit bzw. den
Kondensationswirkungsgrad zu verbessern. Die zylindrische Linse 16 ist
somit derart festgelegt, dass die erzeugende Linie der Ausgangsfläche 161 davon
orthogonal zur Vertikalrichtung (z-Richtung) der Halbleiter-Laseranordnung 12 ist.
Die von den aktiven Schichten 14 emittierten Strahlen können somit
in der Vertikalrichtung kollimiert werden, das heißt, können innerhalb
einer Ebene senkrecht zur erzeugenden Linie der zylindrischen Linse 16 kollimiert
werden. Für
eine effiziente Kollimation ist die zylindrische Linse 16 nahe
an den aktiven Schichten 14 angeordnet.
-
5 ist
eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel eines ersten Strahlenwandlers 18 darstellt.
Der Strahlenwandler 18 besteht aus Glas, Quarz bzw. einem
anderen lichtdurchlässigen
Material. Die Länge
in der x-Richtung beträgt
1,5 mm, die Länge
in der y-Richtung 12 mm, und die Länge in der z-Richtung 1,5 mm.
Der Strahlenwandler 18 weist eine Form auf, welche entlang
der y-Richtung verlängert
bzw. länglich
ist. Somit treten sämtliche
der von der zylindrischen Linse 16 emittierten Strahlen
in den Strahlenwandler 18 ein. Der Strahlenwandler 18 weist
eine Eingangsfläche 180 und
eine Ausgangsfläche 181 auf,
welche einander gegenüberliegen. Die
Eingangsfläche 180 weist
eine Vielzahl schiefer zylindrischer Flächen auf, welche parallel ausgerichtet
sind. Die Breite jeder schiefen zylindrischen Fläche beträgt 0,5 mm. Diese schiefen zylindrischen Flächen erstrecken
sich in einem Winkel von 45° bezüglich der
y-Richtung. Die Anzahl dieser schiefen zylindrischen Flächen ist
gleich der Anzahl aktiver Schichten 14. Diese schiefen
zylindrischen Flächen befinden
sich somit in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung bezüglich der
aktiven Schichten 14.
-
In ähnlicher
Weise weist die Ausgangsfläche 181 eine
Vielzahl schiefer zylindrischer Flächen mit einer Breite von 0,5
mm auf, welche parallel ausgerichtet sind. Diese schiefen zylindrischen
Flächen
erstrecken sich ebenso in einem Winkel von 45° bezüglich der y-Richtung und befinden
sich in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung
bezüglich
der aktiven Schichten 14.
-
Der
Strahlenwandler, welcher bei der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, ist nicht auf den in 5 dargestellten
begrenzt. Ein weiteres Beispiel eines Strahlenwandlers ist beispielsweise
in der japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 3071360 beschrieben.
-
Die
zweite Lichtquelle 20 weist denselben Aufbau auf wie die
erste Lichtquelle 10. Das heißt, die zweite Lichtquelle 20 ist
aufgebaut aus einer zweiten Halbleiter-Laseranordnung 22,
einer zweiten zylindrischer Linse 26 und einem zweiten
Strahlenwandler 28. Die zweite Halbleiter-Laseranordnung 22,
die zweite zylindrische Linse 26 und der zweite Strahlenwandler 28 weisen
denselben Aufbau auf wie die erste Halbleiter-Laseranordnung 12, die erste zylindrische
Linse 16 bzw. der erste Strahlenwandler 18. Somit
wird auf eine genaue Beschreibung dieser Komponenten verzichtet.
-
Die
Orientierung der zweiten Lichtquelle 20 weicht von der
Orientierung der ersten Lichtquelle 10 ab. Genauer ist,
wohingegen bei der ersten Laseranordnung 12 die Vielzahl
aktiver Schichten 14 parallel in der y-Richtung ausgerichtet
ist, bei der zweiten Laseranordnung 22 eine Vielzahl aktiver
Schichten 24 parallel in der x-Richtung ausgerichtet. Die
zweite zylindrische Linse 26 ist entlang der x-Richtung
entsprechend der aktiven Schichten 24 angeordnet. Der zweite
Strahlenwandler 28 ist ferner entlang der x-Richtung entsprechend
der aktiven Schichten 24 angeordnet.
-
6 ist
eine Draufsicht, welche die optische Weiche 30 darstellt.
Die optische Weiche 30 ist aufgebaut aus einer flachen
Scheibe mit einer Vielzahl von Übertragungsabschnitten 32 und
einer Vielzahl von Reflexionsabschnitten 34, welche abwechselnd
angeordnet sind. Die Übertragungsabschnitte 32 und
die Reflexionsabschnitte 34 weisen eine streifenartige
Form gleicher Abmessung auf. Genauer sind die Übertragungsabschnitte 32 und
die Reflexionsabschnitte 34 jeweils gebildet auf einer
einzelnen flachen Scheibe, bestehend aus einem lichtdurchlässigen Element,
und sind abwechselnd und parallel angeordnet als enge, streifenartige
Formen, welche in der z-Richtung verlaufen. Die Übertragungsabschnitte 32 empfangen
die von dem ersten Strahlenwandler 18 emittierten Strahlen.
Ein dünner
lichtdurchlässiger
Film ist auf der Oberfläche
jedes Übertragungsabschnitts 32 gebildet.
In der Zwischenzeit nehmen die Reflexionsabschnitte 34 die
von dem zweiten Strahlenwandler 28 emittierten Strahlen
auf. Ein dünner
lichtdurchlässiger
Film ist auf der Oberfläche
jedes Reflexionsabschnitts 34 gebildet. Die optische Weiche 30 ist
in einem Winkel von 45° bezüglich der
Mittelachsen 15 der von den aktiven Schichten 14 der
ersten Lichtquelle 10 emittierten Strahlen geneigt. Die
optische Weiche 30 ist ferner in einem Winkel von 45° bezüglich der
Mittelachsen 15 der Strahlen geneigt, welche von den aktiven
Schichten 24 der zweiten Lichtquelle 20 emittiert
werden.
-
Die
Vorderfläche
der optischen Weiche 30 liegt der ersten Lichtquelle gegenüber, und
die Rückfläche der
optischen Weiche 30 liegt der zweiten Lichtquelle 20 gegenüber. Die Übertragungsabschnitte 32 befinden
sich in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung
bezüglich
der aktiven Schichten 14 der ersten Lichtquelle 10.
In der Zwischenzeit befinden sich die Reflexionsabschnitte 34 in
Eins-zu-Eins-Entsprechung bezüglich
der aktiven Schichten 24 der zweiten Lichtquelle 20.
Der von der ersten Lichtquelle 10 emittierte Strahl wird über den Übertragungsabschnitt 32 der
optischen Weiche 30 übertragen.
In der Zwischenzeit wird der von der zweiten Lichtquelle 20 emittierte
Strahl durch den Reflexionsabschnitt 34 der optischen Weiche 30 reflektiert.
Folglich verbreiten sich diese Strahlen in der gleichen Richtung
auf der rückflächigen Seite
der optischen Weiche 30. Wie in 1 dargestellt,
werden diese Strahlen zu einem kombinierten Strahl 91 gemischt.
-
Die
Wirkungen der Kondensorvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 7A bis 7C und 8A bis 8C beschrieben.
In diesem Fall zeigt 7A die Transversalschnitte der Laserstrahlen,
erzeugt in den aktiven Schichten 14 bzw. 24 und davon emittiert,
das heißt,
die Emissionsmuster. 7B zeigt die Transversalschnitte
der Strahlen, welche von den aktiven Schichten 14 bzw. 24 emittiert
und anschließend
durch die zylindrische Linse 16 bzw. 26 übertragen
werden. 7C zeigt die Transversalschnitte
der Strahlen, welche durch die zylindrische Linse 16 bzw. 26 und
anschließend durch
den Strahlenwandler 18 bzw. 28 übertragen werden. 8A zeigt
die Transversalschnitte der Strahlen, welche von der ersten Lichtquelle 10 emittiert
und durch die optische Weiche 30 übertragen werden, wobei die
Transversalschnitte senkrecht zu den Mittelachsen 15 davon
genommen werden. 8B zeigt die Transversalschnitte
der Strahlen, welche von der zweiten Lichtquelle 20 emittiert
und durch die optische Weiche 30 reflektiert werden, wobei
die Transversalschnitte senkrecht zu den Mittelachsen 15 davon
genommen werden. 8C zeigt den Transversalschnitt
eines kombinierten Strahls 91 der Strahlen von der ersten Lichtquelle 10 und
der Strahlen von der zweiten Lichtquelle 20, wobei der Transversalschnitt
senkrecht zu der Mittelachse des kombinierten Strahls 91 genommen
wird. Die Zweipunktstrichlinien in 8A bis 8C zeigen
die optische Weiche 30 an.
-
Wie
in 7A dargestellt, weist jeder Strahl eine Querschnittsform
auf, welche bei der jeweiligen Emission von den aktiven Schichten 14 bzw. 24 einem
Kreis nahe kommt. Bei Übertragung
durch die zylindrischer Linse 16 bzw. 26 unterliegt
jeder Strahl der optischen Brechungskraft in einer Ebene senkrecht
zu der Richtung der erzeugenden Linie der zylindrischen Linse 16 bzw. 26.
Folglich werden die Vertikalrichtungskomponenten der Strahlen wie
in 7B dargestellt kollimiert. In der Zwischenzeit
verändern
sich, da die Horizontalrichtungskomponenten der Strahlen der Brechungskraft
nicht unterliegen, die Strahlen in dem Streuwinkel in der Horizontalrichtung
nicht.
-
Nach
der Übertragung
durch die erste zylindrische Linse 16 treten die von den
aktiven Schichten 14 emittierten Strahlen in den ersten
Strahlenwandler 18 ein. Wie in 7C dargestellt,
dreht der Strahlenwandler 18 die Transversalschnitte dieser
Strahlen um im wesentlichen 90° um
die Mittelachsen 15 der jeweiligen Strahlen. Die in der
Vertikalrichtung kollimierten Strahlen werden dadurch zu Strahlen
umgewandelt, welche in der Horizontalrichtung kollimiert werden.
Folglich divergieren die Strahlen nicht länger in der Horizontalrichtung.
Somit kann ein Kreuzen angrenzender Strahlen vermieden werden.
-
Wie
bei den Strahlen der ersten Lichtquelle werden die Vertikalrichtungskomponenten
der von den aktiven Schichten 24 der zweiten Lichtquelle 20 emittierten
Strahlen bei Übertragung durch
die zweite zylindrische Linse 26 kollimiert. Bei Übertragung durch
den zweiten Strahlenwandler 28 werden diese Strahlen zu
Strahlen umgewandelt, welche in der Horizontalrichtung kollimiert
werden. Folglich divergieren die Strahlen nicht in der Horizontalrichtung,
und das Kreuzen angrenzender Strahlen kann somit auch an der zweiten
Lichtquelle 20 vermieden kann.
-
Die
von dem ersten Strahlenwandler 18 emittierten Strahlen
werden durch die Übertragungsabschnitte 32 der
optischen Weiche 30 übertragen.
Wie in 8A dargestellt, werden die von
den jeweiligen aktiven Schichten 14 emittierten Strahlen über die entsprechenden Übertragungsabschnitte 32 übertragen,
ohne einander zu kreuzen. Währenddessen werden
die von dem zweiten Strahlenwandler 28 emittierten Strahlen
durch die Reflexionsabschnitte 34 der optischen Weiche 30 reflektiert.
Wie in 8B dargestellt, werden die von
den jeweiligen aktiven Schichten 24 emittierten Strahlen
durch die entsprechenden Reflexionsabschnitte 34 reflektiert,
ohne einander zu kreuzen.
-
Die über die Übertragungsabschnitte 32 übertragenen
Strahlen und die durch die Reflexionsabschnitte 34 reflektierten
Strahlen bilden einen kombinierten Strahl 91. Wie in 8C dargestellt,
ist die optische Dichte des kombinierten Strahls 91 gleich der
Summe aus der optischen Dichte der Strahlen, welche von der ersten
Lichtquelle 10 emittiert werden, und der optischen Dichte
der Strahlen, welche von der zweiten Lichtquelle 20 emittiert
werden. Folglich wird die optische Dichte erhöht.
-
Es
folgt eine Beschreibung der Vorteile der Kondensorvorrichtung des
vorliegenden Ausführungsbeispiels.
Da die von dem Strahlenwandler emittierten Strahlen nicht in der
Horizontalrichtung (y-Richtung) divergieren, kreuzen angrenzende Strah len
einander selbst dann nicht, wenn die Vielzahl aktiver Schichten
der Halbleiter-Laseranordnung dicht aneinander angeordnet ist. Dies
ermöglicht
eine dichte Anordnung aktiver Schichten, und daher kann eine höhere optische
Dichte erhalten werden.
-
Zweites Ausführungsbeispiel
-
Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend beschrieben. 9 ist eine schematische
perspektivische Ansicht, welche eine optische Kondensorvorrichtung
des vorliegenden Ausführungsbeispiels
darstellt. Wohingegen das erste Ausführungsbeispiel aus zwei Lichtquellen
und einer einzelnen optischen Weiche aufgebaut ist, ist das vorliegende
Ausführungsbeispiel
aus drei Lichtquellen und zwei optischen Weichen aufgebaut. Wohingegen
die von den zwei Lichtquellen emittierten Strahlen bei dem ersten
Ausführungsbeispiel
kombiniert werden, werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die von den drei Lichtquellen emittierten Strahlen kombiniert.
-
Die
Kondensorvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist aus einer
ersten Lichtquelle 10, einer zweiten Lichtquelle 20,
einer dritten Lichtquelle 60, einer ersten optischen Weiche 30 und
einer zweiten optischen Weiche 80 aufgebaut. Die Anordnungen
und Positionierung der ersten Lichtquelle 10, der zweiten
Lichtquelle 20 und der ersten optischen Weiche 30 wurden
bereits in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben.
-
Die
dritte Lichtquelle 60 besteht aus einer dritten Halbleiter-Laseranordnung 62,
einer dritten Kollimatorlinse 66 und einem dritten Strahlenwandler 68.
Die dritte Halbleiter-Laseranordnung 62 weist eine
Vielzahl aktiver Schichten 64 auf. Die dritte Kollimatorlinse 66 kollimiert
die Vertikalrichtungskomponenten der Strahlen, welche von den jeweiligen
aktiven Schichten 64 emittiert werden. Der dritte Strahlenwandler 68 dreht
die Transversalschnitte dieser kollimierten Strahlen um im wesentlichen
90°. Die Gestaltungen
der dritten Halbleiter-Laseranordnung 62, der dritten Kollimatorlinse 66 und
des dritten Strahlenwandlers 68 sind die gleichen wie diejenigen der
Halbleiter-Laseranordnungen 12 und 22, der Kollimatorlinsen 16 und 26 bzw.
der Strahlenwandler 18 und 28.
-
Die
Orientierung der dritten Lichtquelle 60 die gleiche wie
die Orientierung der zweiten Lichtquelle 20 und weicht
von derjenigen der ersten Lichtquelle 10 ab. Wohingegen
die erste Halbleiter-Laseranordnung 12 eine Vielzahl aktiver
Schichten 14 aufweist, welche in der y-Richtung parallel
ausgerichtet sind, weisen die zweite und die dritte Halbleiter-Laseranordnung 22 und 62 eine
Vielzahl aktiver Schichten 24 und 64 auf, welche
in der x-Richtung parallel ausgerichtet sind. Die dritte zylindrische
Linse 66 ist entlang der x-Richtung entsprechend der aktiven Schichten 64 angeordnet.
In ähnlicher
Weise ist auch der dritte Strahlenwandler 68 entlang der
x-Richtung angeordnet.
-
Wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben, wird der von der ersten Lichtquelle 10 emittierte
Strahl über
den Übertragungsabschnitt
der ersten optischen Weiche 30 übertragen. In der Zwischenzeit
wird der von der zweiten Lichtquelle 20 emittierte Strahl
durch den Reflexionsabschnitt der ersten optischen Weiche 30 reflektiert.
Folglich verbreiten sich diese Strahlen in der gleichen Richtung an
der rückflächigen Seite
der ersten Weiche 30. Wie in 9 dargestellt,
werden diese Strahlen zu einem kombinierten Strahl 91 gemischt.
-
Die
zweite optische Weiche 80 weist den gleichen Aufbau wie
die erste optische Weiche 30 auf. Das heißt, die
zweite optische Weiche 80 ist aufgebaut aus einer flachen
Scheibe mit einer Vielzahl von Übertragungsabschnitten
und einer Vielzahl von Reflexionsabschnitten, welche abwechselnd
angeordnet sind. Die Übertragungsabschnitte
und die Reflexionsabschnitte weisen eine streifenartige Form mit
gleicher Abmessung auf. Genauer sind die Übertragungsabschnitte und Reflexionsabschnitte
jeweils ausgebildet auf einer einzelnen flachen Scheibe, gebildet
aus einem lichtdurchlässigen
Element, und sind abwechselnd und parallel als lange, enge, streifenartige
Formen angeordnet, welche in der z-Richtung verlaufen. Die Übertragungsabschnitte
der zweiten optischen Weiche 80 nehmen den kombinierten
Strahl 91 auf, welcher von der ersten optischen Weiche 30 emittiert
wird. In der Zwischenzeit nehmen die Reflexionsabschnitte der zweiten
optischen Weiche 80 Strahlen auf, welche von dem dritten
Strahlenwandler 68 emittiert werden. Die zweite optische
Weiche 80 ist in einem Winkel von 45° bezüglich der Mittelachse des kombinierten
Strahls 91 geneigt. Die zweite optische Weiche 80 ist
ferner in einem Winkel von 45° bezüglich der
Mittelachsen der Strahlen geneigt, welche von den aktiven Schichten 64 der
dritten Lichtquelle 60 emittiert werden. Die Vorderfläche der
optischen Weiche 80 liegt der ersten optischen Weiche 30 gegenüber, und
die Rückseite
der zweiten optischen Weiche 80 liegt der dritten Lichtquelle 60 gegenüber. Die
Reflexionsabschnitte der zweiten optischen Weiche 80 befinden sich
in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung bezüglich der aktiven Schichten 64 der
dritten Lichtquelle 60.
-
Der
kombinierte Strahl 91 wird durch die Übertragungsabschnitte der zweiten
optischen Weiche 80 übertragen.
In der Zwischenzeit wird der von der dritten Lichtquelle 60 emittierte
Strahl durch den Reflexionsabschnitt der zweiten optischen Weiche 80 reflektiert.
Folglich verbreiten sich diese Strahlen in der gleichen Richtung
an der rückflächigen Seite
der zweiten optischen Weich 80. Diese Strahlen werden zu
einem kombinierten Strahl 95 gemischt.
-
Die
Wirkungen der Kondensorvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 10A bis 10E beschrieben. 10A zeigt
die Transversalschnitte der Strahlen, welche von der ersten Lichtquelle 10 emittiert
und über
die optische Weiche 30 übertragen werden,
wobei die Transversalschnitte senkrecht zu deren Mittelachsen 15 genommen
werden. 10B zeigt die Transversalschnitte
der Strahlen, welche von der zweiten Lichtquelle 20 emittiert
und durch die optische Weiche 30 reflektiert werden, wobei
die Transversalschnitte senkrecht zu deren Mittelachsen 15 genommen
werden. 10C zeigt die Transversalschnitte
der Strahlen, welche von der dritten Lichtquelle 60 emittiert
und durch die optische Weiche 80 reflektiert werden, wobei
die Transversalschnitte senkrecht zu deren Mittelachsen 15 genommen
werden. 10D zeigt den Transversalschnitt
des kombinierten Strahls 91 der Strahlen von der ersten
Lichtquelle 10 und der Strahlen von der zweiten Lichtquelle 20,
wobei der Transversalschnitt senkrecht zu der Mittelachse des kombinierten
Strahls 91 verläuft. 10E zeigt den Transversalschnitt des kombinierten
Strahls 95 des kombinierten Strahls 91 und der Strahlen,
welche von der dritten Lichtquelle 60 emittiert werden,
wobei der Transversalschnitt senkrecht zu der Mittelachse des kombinierten
Strahls 95 verläuft.
Die Zweipunktstrichlinien in 10A bis 10E zeigen die optische Weiche 30 bzw. 80.
-
Wie
in 7A dargestellt, weist jeder Strahl eine Querschnittsform
auf, welche einem Kreis nahe kommt bei der Emis sion davon von den
aktiven Schichten 14, 24 bzw. 64. Bei
der Übertragung
durch die entsprechende zylindrische Linse 16, 26 bzw. 66 unterliegt
jeder Strahl der Brechung in einer Ebene senkrecht zu der Richtung
der erzeugenden Linie der zylindrischen Linse 16, 26 bzw. 66.
Folglich werden Vertikalrichtungskomponenten der Strahlen wie in 7B dargestellt
kollimiert. In der Zwischenzeit ändern
sich aufgrund der Tatsache, dass die Horizontalrichtungskomponenten
der Strahlen keiner Brechung unterliegen, die Strahlen nicht in
dem Streuwinkel in der Horizontalrichtung.
-
Nach
der Übertragung
durch die zylindrischen Linsen 16, 26 und 66 treten
die Strahlen in die Strahlenwandler 18, 28 und 68 ein.
Wie in 7C dargestellt, drehen die Strahlenwandler 18, 28 und 68 die
Transversalschnitte dieser Strahlen um im wesentlichen 90° um die Mittelachsen
der jeweiligen Strahlen. Die in der Vertikalrichtung kollimierten Strahlen
werden dadurch zu Strahlen umgewandelt, welche in der Horizontalrichtung
kollimiert werden. Folglich divergieren die Strahlen nicht länger in
der Horizontalrichtung. Das Kreuzen angrenzender Strahlen kann somit
vermieden werden.
-
Die
von dem Strahlenwandler 18 der ersten Lichtquelle 10 emittierten
Strahlen werden über
die Übertragungsabschnitte 32 der
ersten optischen Weiche 30 übertragen. Wie in 10A dargestellt, werden die von den jeweiligen
aktiven Schichten 14 emittierten Strahlen über die
entsprechenden Übertragungsabschnitte 32 übertragen,
ohne einander zu kreuzen. In der Zwischenzeit werden die von dem Strahlenwandler 28 der
zweiten Lichtquelle 20 emittierten Strahlen durch die Reflexionsabschnitte 34 der
ersten optischen Weiche 30 reflektiert. Wie in 10B dargestellt, werden die von den jeweiligen aktiven Schichten 24 emittierten
Strahlen durch die entsprechenden Reflexionsabschnitte 34 reflektiert, ohne
einander zu kreuzen.
-
Die
durch Übertragungsabschnitte 32 übertragenen
Strahlen und die durch die Reflexionsabschnitte 34s reflektierten
Strahlen bilden einen kombinierten Strahl 91. Wie in 10D dargestellt, ist die optische Dichte des kombinierten
Strahls gleich der Summe aus der Dichte der Strahlen, welche von
der ersten Lichtquelle 10 emittiert werden, und der Dichte der
Strahlen, welche von der zweiten Lichtquelle 20 emittiert
werden.
-
Der
kombinierte Strahl 91, gebildet durch die erste optische
Weiche 30, wird durch die Übertragungsabschnitte der zweiten
optischen Weiche 80 übertragen.
In der Zwischenzeit werden die von dem Strahlenwandler 68 der
dritten Lichtquelle 60 emittierten Strahlen durch die Reflexionsabschnitte
der zweiten optischen Weiche 80 reflektiert. Wie in 10C dargestellt, werden die von den jeweiligen aktiven
Schichten 64 emittierten Strahlen durch die entsprechenden
Reflexionsabschnitte reflektiert, ohne einander zu kreuzen.
-
Der
kombinierte Strahl 91, welcher durch die Übertragungsabschnitte
der optischen Weiche 80 übertragen wird, und die Strahlen,
welche durch die Reflexionsabschnitte der optischen Weiche 80 reflektiert
werden, bilden einen kombinierten Strahl 95. Wie in 10E dargestellt, ist die optische Dichte des kombinierten
Strahls 95 gleich der Summe aus der Dichte der Strahlen,
welche von der ersten Lichtquelle 10 emittiert werden,
der Dichte der Strahlen, welche von der zweiten Lichtquelle 20 emittiert
werden, und der Dichte der Strahlen, welche von der dritten Lichtquelle 60 emittiert
werden. Es wird dadurch eine sehr hohe optische Dichte bewirkt.
-
Die
Vorteile der Kondensorvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels
werden nachfolgend beschrieben. Da die von dem Strahlenwandler emittierten
Strahlen nicht in der Horizontalrichtung (y-Richtung) divergieren,
kreuzen aneinandergrenzende Strahlen einander selbst dann nicht,
wenn die Vielzahl aktiver Schichten der Halbleiter-Laseranordnung
dicht aneinander angeordnet ist. Dies ermöglicht ein Kombinieren der
Strahlen von den drei Lichtquellen sowie eine dichte Anordnung der
aktiven Schichten, und dadurch kann eine wesentlich höhere Dichte
erhalten werden.
-
Die
Erfindung wurde obenstehend basierend auf den Ausführungsbeispielen
davon genau erläutert.
Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele begrenzt, und
verschiedene Abwandlungen sind möglich,
ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
-
Bei
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
wird eine zylindrische Linse als Beispiel einer Kollimatorlinse
genannt; jedoch können
eine Glasfaserlinse bzw. eine SELFOC-Linse etc. stattdessen verwendet
werden. Ferner kann die vorliegende Erfindung eine optische Kondensorvorrichtung
sein, welche vier oder mehr Lichtquellen verwendet.
-
Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird der kombinierte Strahl 91 über die zweite optische Weiche 80 übertragen,
und die von der dritten Lichtquelle 60 emittierten Strahlen
werden durch die zweite optische Weiche 80 reflektiert,
um einen kombinierten Strahl 95 zu bilden. Alternativ hierzu
kann der kombinierte Strahl 95 gebildet werden, indem bewirkt wird,
dass die von der dritten Lichtquelle 60 emittierten Strahlen über die
zweite optische Weiche 80 übertragen werden, und indem
be wirkt wird, dass der kombinierte Strahl 91 durch die
zweite optische Weiche 80 reflektiert wird. In diesem Fall
nehmen die Übertragungsabschnitte
der zweiten optischen Weiche 80 die von dem dritten Strahlenwandler 68 emittierten
Strahlen auf. Ferner nehmen die Reflexionsabschnitte der zweiten
optischen Weiche 80 den kombinierten Strahl 91 auf.
Die Übertragungsabschnitte
der zweiten optischen Weiche 80 werden in eine Eins-zu-Eins-Entsprechung
bezüglich
der aktiven Schichten 64 der Halbleiter-Laseranordnung 62 gesetzt.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Die
erfindungsgemäße optische
Kondensorvorrichtung verwendet eine Kollimatorlinse zum Kollimieren
von Strahlen, welche von einer Halbleiter-Laseranordnung emittiert
werden, und dreht anschließend
die Transversalschnitte der Strahlen um im wesentlichen 90° unter Verwendung
eines Strahlenwandlers. Die Streuung der Strahlen in der Richtung, in
welcher die aktiven Schichten ausgerichtet sind, kann dadurch begrenzt
werden, und das Kreuzen angrenzender Strahlen kann vermieden werden.
Da die aktiven Schichten somit dicht aneinander angeordnet werden
können,
kann eine hohe optische Dichte erhalten werden. Die Kondensorvorrichtung
der vorliegenden Erfindung kann somit geeignet bzw. vorteilhaft
angewendet werden auf ein Festkörperlaserpumpen
("solid laser pumping"), Drucken, auf eine Materialbearbeitung
sowie auf medizinische Anwendungen, welche eine hohe optische Dichte
erfordern.
-
Zusammenfassung
-
Eine
optische Kondensorvorrichtung weist Lichtquellen und eine optische
Weiche auf. Jede Lichtquelle umfasst eine Halbleiter-Laseranordnung, eine
Kollimatorlinse und einen Strahlenwandler. Die optische Weiche kombiniert
die Strahlen von den Lichtquellen. Die Streuung der Strahlen in
Ebenen senkrecht zu der Ausrichtungsrichtung der aktiven Schichten
wird durch die Brechung der Kollimatorlinsen begrenzt. Die Transversalschnitte
der jeweiligen Strahlen werden um im wesentlichen 90° durch die Strahlenwandler
gedreht. Die Streuung der Strahlen in der Ausrichtungsrichtung der
aktiven Schichten wird somit begrenzt, und das Auftreten eines Kreuzens
angrenzender Strahlen wird unwahrscheinlich.