DE19535525A1 - Beam multiplier with light-permeable plate - Google Patents

Beam multiplier with light-permeable plate

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DE19535525A1 DE1995135525 DE19535525A DE19535525A1 DE 19535525 A1 DE19535525 A1 DE 19535525A1 DE 1995135525 DE1995135525 DE 1995135525 DE 19535525 A DE19535525 A DE 19535525A DE 19535525 A1 DE19535525 A1 DE 19535525A1
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Abstract

At least part of the plate (4) has a partly permeable metal coating (12) with transmission constant along the coating or altering in stages. A fully reflective, smooth surface (8) is parallel to and apart from the plate. A beam directed at an angle onto the partly permeable metal coating or reflective surface is reflected many times in zigzag formation between the metal coating and the fully reflective surface, and is divided into part-beams with equal or differing intensities over the metal coating and plate.

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlvervielfacher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a beam multiplier Preamble of claim 1.

Bei vielen Anwendungen in der Lasertechnik ist eine Strahlteilung bzw. Strahlvervielfachung notwendig.For many applications in laser technology is one Beam splitting or beam multiplication necessary.

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.There are so-called split beam multipliers knows in which a divider plate for each beam special vaporization is required. The effort Substrates and for the sputtering is great. For the manufacture the beam multiplier is a complex adjustment of the divider plates required.

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.There is also a so-called cemented beam multiplication cher known, in which dividers also for the partial beams plates are provided that need to be polished precisely, require special vaporization and kit together must be checked. Here, too, is the outlay on substrates and considerable with the vaporization. These cemented Beam multipliers are not for high beam powers can be used because putties only have low destruction thresholds.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Strahlvervielfacher anzugeben, der mit geringerem Auf­ wand gefertigt werden kann und für hohe Strahlleistungen geeignet ist.The object of the present invention is to specify a beam multiplier, the lower on wall can be manufactured and for high beam outputs suitable is.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the invention according to claim 1 solved.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfin­ dungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.Advantageous and expedient further developments of the inventions  Appropriate task solution are in the subclaims given.

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.The beam multiplier according to the invention requires prin only one plate and two steamings. Elaborate Adjustments are no longer necessary. The invention Beam multiplier is suitable for highest energy densities.

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.A particularly advantageous further training is in the An pronounced 5. Through this training, a varia bler beam multiplier created, in which the number of Partial beams is adjustable.

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.The beam intensity of an incident beam can by simply changing the transmission of the vaporization or Coating evenly distributed on all partial beams which, or if desired, can also be predefined differently the partial beams are distributed.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert werden.The invention will now be described with reference to the accompanying Drawing, in which exemplary embodiments are shown, are explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Strahlvervielfachers, Fig. 1 shows a first embodiment of a modern fiction, Strahlvervielfachers,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Strahlvervielfachers und Fig. 2 shows a second embodiment of a beam multiplier according to the Invention and

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Strahlvervielfachers. Fig. 3 shows a third embodiment of a beam multiplier according to the Invention.

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. Fig. 1 shows a beam multiplier 2 with a light-transmitting plane-parallel plate 4, such as glass plate which on one side 6 at least partially a fully reflective coating 8 and on the gegenüberlie constricting side 10 at least partially a partially transmissive mirror coating 12 with an extending along the coating 12 changing transmission (so-called Ver moving mirror).

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).The plate 4 has at one end 14 on the side 6 with the fully reflective coating 8, a light coupling window 16 and at the opposite end 18 on the side 10 with the partially transparent coating 12, a light coupling window 20 . The light decoupling window can also be provided on the opposite side 6 who (not shown).

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. Fig. 2 shows a beam multiplier 40 with two spaced, parallel, plane-parallel plates 42 , 44 , of which the first plate 42 on the side facing the second plate 44 has a fully reflective coating 46 and the second plate 44 on the first Plate 42 facing side have a partially permeable Verspie gelungsbeschichtung 48 with a along the coating device changing transmission (so-called gradient mirror).

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.Both plates 42 , 44 , but at least the second plate 44 , are made of translucent material, for example glass. The first plate 42 can also consist of a different, also opaque material.

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).The coupling of a light beam 50 to be split into several partial beams takes place directly on the partially transparent coating 48 of the second plate 44 and the coupling of the last partial beam via a coating-free area 52 of the plate 44 or also via a coating-free area of the plate 42 (not shown) ).

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. Fig. 3 shows schematically an embodiment of an ana log of the embodiment of FIG. 2 formed beam multiplier 60 with two spaced, parallel arranged th, plane-parallel plates 62 , 64 , of which the first plate 62 on the side facing the second plate 64 with a fully reflective coating 66 and the second plate 64 on the side of the first plate 62 facing a partially transparent mirror coating 68 are provided with a transmission that changes along the coating.

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.As indicated by the arrow 70 , the second plate 68 is slidably arranged parallel to the first side. It is also possible to arrange the first plate slidably to the second plate or to arrange both plates slidably relative to one another. This makes it possible to change or adjust the number of beams in a simple manner.

Die Transmission der teildurchlässigen Verspiegelungs­ beschichtungen 12, 48, 68 kann sich stufenweise oder stetig ändern, beispielsweise entsprechend einem Transmissionsgra­ dienten TX entsprechend der FormelThe transmission of the semitransparent reflecting coatings 12 , 48 , 68 can change gradually or continuously, for example according to a transmission gradient T X according to the formula

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:if the generated partial beams should have the same intensity, where x is the number of the partial beam and n is the number of all partial beams. The following relationship applies between the partial beam distance a and the distance d of the two coatings 8 and 12 ( FIG. 1) or 46 , 48 ( FIG. 2) or 66 , 68 ( FIG. 3):

worin n die Brechzahl der Platte und a der äußere Einfalls­ winkel des Lichtstrahls 22, 50 oder 72 ist. where n is the refractive index of the plate and a is the outer angle of incidence of the light beam 22 , 50 or 72 .

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 TX 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.As shown in FIGS. 1 to 3, a light beam 22 , 50 or 72 , for example a laser (not shown), falls at an angle α on the partially transparent reflective coating 12 , 48 or 68 or, which is not shown the fully reflective coating 8, 46 or 66, the beam between the partially transmissive mirror coating 12, 48 or 68 and the full re inflecting coating 8, 46 or 66 to the output coupling window multiple zigzag reflected back and forth, is wherein at each striking the Partially permeable Verspie gelungsbeschichtung 12 , 48 or 68 depending on the transmittance T X at the point of impact a part of the incident light beam or residual beam is let through, so that several parallel partial beams emerge from the plate 14 , 44 or 64 .

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.If in the beam multiplier 2 or 40 according to FIGS. 1 and 2, an incident beam 22 , 50 , as shown, for example in eight partial beams 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30 , 31 or 51 , 53 , 54 , 55 , 56 , 57 , 58 , 59 of the same intensity is to be divided, the transmittance of the partially permeable reflecting coating 12 from the beam coupling in to the beam coupling out end is increased continuously or in steps such that for the partial beams 24 to 31 or 51 to 59 Transmittance levels of 12.5%, 14.3%, 16.7%, 20%, 25%, 33.3%, 50% and 100% exist.

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.In the embodiment according to FIG. 3, the plate 64 is shifted so far relative to the plate 62 that, owing to the lower degree of coverage of both plates, a smaller number of reflections takes place and fewer partial beams are generated. In the example shown, the incident light beam 72 is divided into only four partial beams 74 , 75 , 76 and 77 . If all four partial beams are to have the same intensity, the transmittance for the four partial beams must be 25% for partial beam 74 , 33.3% for partial beam 75 , 50% for partial beam 76 and 100% for partial beam 77 .

Claims (7)

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.
1. Beam multiplier, characterized by
  • - A translucent, plane-parallel plate ( 4 , 44 , 64 ), which is at least partially provided with a partial reflecting coating ( 12 , 48 , 68 ) with a transmission that can be predetermined along this coating, or can be predetermined to change in steps, and
  • - A fully reflective flat surface ( 8 , 46 , 66 ) which is arranged parallel and spaced apart from the plane-parallel plate,
  • - Wherein an at an angle (α) on the teildurchläs-based mirror coating ( 12 , 48 , 68 ) or the reflecting surface ( 8 , 46 , 66 ) directed beam between the mirror coating and the fully reflecting surface multiple zigzag reflections and over the mirror coating and the plate is divided into several partial beams each having the same or different intensities.
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.2. A beam multiplier according to claim 1, characterized in that the partially permeable mirror coating ( 12 , 48 , 68 ) is arranged on one side of the plane-parallel plate ( 4 , 44 , 64 ) and the fully reflecting, flat surface ( 8 , 46 , 66 ) is formed as a coating on the opposite side of the plane-parallel plate ( 4 ). 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.3. A beam multiplier according to claim 1, characterized in that the fully reflecting flat surface ( 46 ) as a coating on a first plane-parallel plate ( 42 ) and the partially transparent mirror coating ( 48 ) is formed on a second plane-parallel plate ( 44 ), which is parallel and is spaced from the first plate ( 42 ). 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.4. A beam multiplier according to claim 1, characterized in that the fully reflective coating ( 46 ) and the partially transparent mirror coating ( 48 ) are arranged on one of the opposite sides of the first and second plates ( 42 ) and ( 44 ). 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.5. A beam multiplier according to claim 3 or 4, characterized in that the two plates ( 62 , 64 ) are designed to be displaceable parallel to one another in order to change the degree of coverage of the two coatings and thus to adjust the number of partial beams. 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.6. A beam multiplier according to one of the preceding claims, characterized in that a coating-free area for the last partial beam to be coupled out is provided on the side of the plate ( 4 , 44 , 64 ) provided with the partially reflective reflecting coating ( 12 , 48 , 68 ). 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.7. beam multiplier according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the partially transparent Ver mirror coating ( 12 , 48 , 68 ) served a transmission Gra if the generated partial beams are to have the same intensity, where x is the number of the partial beam and n is the number of all partial beams.
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