DE19535525A1

DE19535525A1 - Strahlvervielfacher

Info

Publication number: DE19535525A1
Application number: DE1995135525
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr Ebert
Original assignee: LO LASEROPTIK GmbH
Current assignee: LO LASEROPTIK GmbH
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 1997-03-27

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlvervielfacher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei vielen Anwendungen in der Lasertechnik ist eine Strahlteilung bzw. Strahlvervielfachung notwendig.

Es sind sogenannte geteilte Strahlvervielfacher be kannt, bei denen für jeden Teilstrahl eine Teilerplatte und eine spezielle Bedampfung benötigt werden. Der Aufwand an Substraten und für die Bedampfungen ist groß. Zur Herstel lung des Strahlvervielfachers ist eine aufwendige Justierung der Teilerplatten erforderlich.

Ferner ist ein sogenannter verkitteter Strahlvervielfa cher bekannt, bei dem ebenfalls für die Teilstrahlen Teiler platten vorgesehen sind, die präzise poliert werden müssen, eine spezielle Bedampfung erfordern und miteinander verkit tet werden müssen. Auch hier ist der Aufwand an Substraten und bei der Bedampfung beträchtlich. Diese verkitteten Strahlvervielfacher sind für hohe Strahlleistungen nicht einsetzbar, da Kitte nur niedrige Zerstörschwellen besitzen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Strahlvervielfacher anzugeben, der mit geringerem Auf wand gefertigt werden kann und für hohe Strahlleistungen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfin dungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen an gegeben.

Der erfindungsgemäße Strahlvervielfacher benötigt prin zipiell nur eine Platte und zwei Bedampfungen. Aufwendige Justierungen sind nicht mehr notwendig. Der erfindungsgemäße Strahlvervielfacher ist für höchste Energiedichten geeignet.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung ist im An spruch 5 angegeben. Durch diese Ausbildung wird ein varia bler Strahlvervielfacher geschaffen, bei dem die Anzahl der Teilstrahlen einstellbar ist.

Die Strahlintensität eines einfallenden Strahles kann durch einfache Änderung der Transmission der Bedampfung bzw. Beschichtung gleichmäßig auf alle Teilstrahlen verteilt wer den oder falls gewünscht auch vorgebbar unterschiedlich auf die Teilstrahlen verteilt werden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Strahlvervielfachers,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Strahlvervielfachers und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Strahlvervielfachers.

Die Fig. 1 zeigt einen Strahlvervielfacher 2 mit einer lichtdurchlässigen, planparallelen Platte 4, beispielsweise Glasplatte, die auf einer Seite 6 wenigstens teilweise eine vollreflektierende Beschichtung 8 und auf der gegenüberlie genden Seite 10 wenigstens teilweise eine teildurchlässige Verspiegelungsbeschichtung 12 mit einer sich entlang der Beschichtung 12 ändernden Transmission (sogenannter Ver laufspiegel) aufweist.

Die Platte 4 weist an einem Ende 14 auf der Seite 6 mit der voll reflektierenden Beschichtung 8 ein Lichteinkoppel fenster 16 und am gegenüberliegenden Ende 18 auf der Seite 10 mit der teildurchlässigen Verspiegelungsbeschichtung 12 ein Lichtauskoppelfenster 20 auf. Das Lichtauskoppelfenster kann auch auf der gegenüberliegenden Seite 6 vorgesehen wer den (nicht dargestellt).

Die Fig. 2 zeigt einen Strahlvervielfacher 40 mit zwei beabstandeten, parallel angeordneten, planparallelen Platten 42, 44, von denen die erste Platte 42 auf der der zweiten Platte 44 zugewandten Seite eine voll reflektierende Be schichtung 46 und die zweite Platte 44 auf der der ersten Platte 42 zugewandten Seite eine teildurchlässige Verspie gelungsbeschichtung 48 mit einer sich entlang der Beschich tung ändernden Transmission (sogenannter Verlaufspiegel) aufweisen.

Beide Platten 42, 44, zumindest aber die zweite Platte 44, bestehen aus lichtdurchlässigem Material, beispielsweise Glas. Die erste Platte 42 kann auch aus einem anderen, auch lichtundurchlässigem Material bestehen.

Die Einkopplung eines in mehrere Teilstrahlen aufzu spaltenden Lichtstrahls 50 erfolgt direkt auf die teildurch lässige Verspiegelungsbeschichtung 48 der zweiten Platte 44 und die Auskopplung des letzten Teilstrahles über einen be schichtungsfreien Bereich 52 der Platte 44 oder auch über einen beschichtungsfreien Bereich der Platte 42 (nicht dar gestellt).

Die Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausbildung eines ana log der Ausführungsform nach Fig. 2 ausgebildeten Strahlver vielfachers 60 mit zwei beabstandeten, parallel angeordne ten, planparallelen Platten 62, 64, von denen die erste Platte 62 auf der der zweiten Platte 64 zugewandten Seite mit einer voll reflektierenden Beschichtung 66 und die zwei te Platte 64 auf der der ersten Platte 62 zugewandten Seite einer teildurchlässigen Verspiegelungsbeschichtung 68 mit einer sich entlang der Beschichtung ändernden Transmission versehen sind.

Wie durch den Pfeil 70 angedeutet ist, ist die zweite Platte 68 parallel zur ersten Seite verschiebbar angeordnet. Es ist auch möglich, die erste Platte verschiebbar zur zwei ten Platte anzuordnen oder beide Platten relativ zueinander verschiebbar anzuordnen. Hierdurch ist es möglich, die An zahl der Teilstrahlen auf einfache Art und Weise zu ändern oder einzustellen.

Die Transmission der teildurchlässigen Verspiegelungs beschichtungen 12, 48, 68 kann sich stufenweise oder stetig ändern, beispielsweise entsprechend einem Transmissionsgra dienten T_X entsprechend der Formel

wenn die erzeugten Teilstrahlen gleiche Intensität aufweisen sollen, wobei x die Nummer des Teilstrahles und n die Anzahl aller Teilstrahlen ist. Zwischen dem Teilstrahlenabstand a und dem Abstand d der beiden Beschichtungen 8 und 12 (Fig. 1) bzw. 46, 48 (Fig. 2) bzw. 66, 68 (Fig. 3) gilt folgender Zusammenhang:

worin n die Brechzahl der Platte und a der äußere Einfalls winkel des Lichtstrahls 22, 50 oder 72 ist.

Fällt, wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt, ein Licht strahl 22, 50 oder 72, beispielsweise eines Lasers (nicht dargestellt), unter einem Winkel α auf die teildurchlässige Verspiegelungsbeschichtung 12, 48 oder 68 oder, was nicht dargestellt ist, auf die voll reflektierende Beschichtung 8, 46 oder 66, wird der Strahl zwischen der teildurchlässigen Verspiegelungsbeschichtung 12, 48 oder 68 und der voll re flektierenden Beschichtung 8, 46 oder 66 bis zum Auskoppel fenster mehrfach zickzackförmig hin- und herreflektiert, wobei bei jedem Auftreffen auf die teildurchlässige Verspie gelungsbeschichtung 12, 48 oder 68 in Abhängigkeit vom Transmissionsgrad T_X an der Auftreffstelle ein Teil des auf treffenden Lichtstrahles bzw. Reststrahles durchgelassen wird, so daß mehrere parallele Teilstrahlen aus der Platte 14, 44 oder 64 austreten.

Wenn bei dem Strahlvervielfacher 2 oder 40 nach Fig. 1 und 2 ein einfallender Strahl 22, 50, wie dargestellt, bei spielsweise in acht Teilstrahlen 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 bzw. 51, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59 gleicher Intensität aufgeteilt werden soll, wird der Transmissionsgrad der teil durchlässigen Verspiegelungsbeschichtung 12 von dem Strahl einkoppelende bis zum Strahlauskoppelende stetig oder in Schritten so erhöht, daß für die Teilstrahlen 24 bis 31 bzw. 51 bis 59 Transmissionsgrade von 12,5%, 14,3%, 16,7%, 20%, 25%, 33,3%, 50% und 100% bestehen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Platte 64 so weit gegenüber der Platte 62 verschoben, daß aufgrund des geringeren Überdeckungsgrades beider Platten eine geringere Anzahl von Reflexionen stattfindet und weniger Teilstrahlen erzeugt werden. Beim dargestellten Beispiel wird der einfal lende Lichtstrahl 72 in nur vier Teilstrahlen 74, 75, 76 und 77 aufgeteilt. Wenn alle vier Teilstrahlen die gleiche In tensität aufweisen sollen, müssen die Transmissionsgrade für die vier Teilstrahlen 25% für den Teilstrahl 74, 33,3% für den Teilstrahl 75, 50% für den Teilstrahl 76 und 100% für den Teilstrahl 77 betragen.

Claims

1. Strahlvervielfacher, gekennzeichnet durch

- eine lichtdurchlässige, planparallele Platte (4, 44, 64), die wenigstens teilweise mit einer teildurchlässi gen Verspiegelungsbeschichtung (12, 48, 68) mit einer sich entlang dieser Beschichtung vorgebbar stetig oder vorgebbar in Stufen ändernden Transmission versehen ist, und
- eine voll reflektierende ebene Fläche (8, 46, 66), die parallel und beabstandet zur planparallelen Platte an geordnet ist,
- wobei ein unter einem Winkel (α) auf die teildurchläs sige Verspiegelungsbeschichtung (12, 48, 68) oder die reflektierende Fläche (8, 46, 66) gerichteter Strahl zwischen der Verspiegelungsbeschichtung und der voll reflektierenden Fläche mehrfach zickzackförmig reflek tiert und über die Verspiegelungsbeschichtung und die Platte in mehrere jeweils gleiche oder unterschiedliche Intensitäten aufweisende Teilstrahlen aufgeteilt wird.

2. Strahlvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die teildurchlässige Verspiegelungsbeschichtung (12, 48, 68) auf einer Seite der planparallelen Platte (4, 44, 64) angeordnet ist und die vollreflektierende, ebene Fläche (8, 46, 66) als Beschichtung der gegenüberliegenden Seite der planparallelen Platte (4) ausgebildet ist.

3. Strahlvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die vollreflektierende ebene Fläche (46) als Be schichtung auf einer ersten planparallelen Platte (42) und die teildurchlässige Verspiegelungsbeschichtung (48) auf einer zweiten planparallelen Platte (44) ausgebildet ist, die parallel und beabstandet zur ersten Platte (42) angeord net ist.

4. Strahlvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die vollreflektierende Beschichtung (46) und die teildurchlässige Verspiegelungsbeschichtung (48) auf einan der gegenüberliegenden Seiten der ersten und zweiten Platte (42) und (44) angeordnet sind.

5. Strahlvervielfacher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die beiden Platten (62, 64) relativ zuein ander parallel verschiebbar ausgebildet sind zur Änderung des Überdeckungsgrades der beiden Beschichtungen und somit zur Einstellung der Anzahl der Teilstrahlen.

6. Strahlvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß auf der mit der teildurch lässigen Verspiegelungsbeschichtung (12, 48, 68) versehenen Seite der Platte (4, 44, 64) ein beschichtungsfreier Bereich für den letzten auszukoppelnden Teilstrahl vorgesehen ist.

7. Strahlvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die teildurchlässige Ver spiegelungsbeschichtung (12, 48, 68) einen Transmissionsgra dienten aufweist, wenn die erzeugten Teilstrahlen gleiche Intensität aufweisen sollen, wobei x die Nummer des Teilstrahls und n die Anzahl aller Teilstrahlen ist.