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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Formung des geometrischen
Querschnitts eines Strahlungsfelds mehrerer Festkörper- und/oder Halbleiterlaser
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Eine
solche Anordnung ist aus der US-PS 4,978,197 bekannt, bei der mehrere
Laser in einer Reihe in der x-Richtung und eine zweite Reihe Laser, ebenfalls
in x-Richtung, hintereinander angeordnet sind. Die einzelnen Laserstrahlen,
betrachtet man eine lineare Anordnung der Strahlquellen, die sich
in x-Richtung hintereinander er strecken, fallen auf jeweilige,
diesen Strahlen zugeordnete Spiegel, die zueinander versetzt sind,
und zwar in der z-Richtung. Die einzelnen Strahlen werden an den
Spiegeln umgelenkt und auf einen Polarisationsstrahlteiler geführt und
nochmals umgelenkt. Das Strahlungsfeld der zweiten linearen Anordnung
wird entsprechend der ersten Anordnung wiederum an Prismenspiegeln
reflektiert und auf einen Umlenkspiegel geführt, um die Strahlen dann in
dem Polarisationsstrahlteiler an dessen halbdurchlässiger Spiegelfläche mit
den einzelnen Strahlungsanteilen der ersten linearen Feldanordnung
zu vereinigen, so daß sich
aus den Strahlungsanteilen kombinierte Strahlen ergeben.
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Diodenlaser
sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und deren geringen Abmessungen
von großem
Interesse. Allerdings ist die Ausgangsleistung jedes einzelnen Diodenlaseremitters
auf einige hundert mW begrenzt. Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit
werden Diodenlaseremitter in der pn-Übergangsebene als eine Emittergruppe
zusammengefaßt.
Eine solche Gruppe, die beispielsweise aus 20 Emittern aufgebaut
ist, kann eine Leistung von einigen Watt abgeben. Zur weiteren Erhöhung der
Ausgangsleistung werden darüberhinaus
mehrere Emittergruppen in der pn-Übergangsebene nebeneinander
angeordnet. Dadurch entsteht ein sogenannter Diodenlaserbarren,
dessen Breite typischerweise 10 mm beträgt. Mit solchen Diodenlaserbarren
können einige
10 Watt erzielt werden.
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Für Anwendungen,
wie beispielsweise auf dem Gebiet der Materialbearbeitung, werden
allerdings Leistungen oberhalb einiger 100 Watt benötigt. Um
zu diesen Leistungen zu gelangen, werden mehrere Diodenlaserbarren
in der Fast-Richtung übereinander
gestapelt. Es entsteht ein Diodenlaserstack bzw. eine Diodenlaserfeldanordnung,
auch als Diodenlaserarray bezeichnet, wie dies in 2 der beigefügten Zeichnungen schematisch
dargestellt ist. Eine detailliertere Beschreibung der 2 ist in der nachfolgenden
Beschreibung der einzelnen Figuren vorgenommen, auf die an dieser
Stelle verwiesen wird.
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Ein
wesentliches Problem, insbesondere bei der Skalierung der Leistungen
von Diodenlasern zu höheren
Leistungen hin, ergibt sich durch die starken, thermischen Belastungen.
Um ausreichend Wärme
abzuführen,
müssen
entsprechende Wärmesenken
für die
Diodenemitter vorgesehen werden. Große Wärmesenken, d.h. entsprechend
dimensionierte Kühlkörper, sind
konträr
zu dem Ziel, die Diodenlaseremitter bzw. die Strahlungsaustrittsflächen der
Emitter möglichst
dicht zueinander zu stapeln, um die erwünschten, hohen Leistungsdichten
zu erhalten. Aus diesem Grund ist es herkömmliche Praxis, die Wärmesenken
als dünne
Platten aufzubauen, die typischerweise eine Dicke von 1 mm bis 1,5
mm aufweisen. Derartig dünne
Wärmesenken
leisten aber zum einen keine ausreichende Wärmeabfuhr, zum anderen sind
sie thermisch und mechanisch nicht stabil genug, so daß erhebliche
Fehljustierungen in Bezug auf die Emitterflächen zu beobachten sind und
damit die definierte Strahlführung
nicht gewährleistet
ist.
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Eine
weitere Folge solcher dünnen
Wärmesenken
ist, daß enge
Fertigungstoleranzen eingehalten werden müssen. Geringe Abweichungen
von diesen Fertigungstoleranzen führen zu Fehlern in Bezug auf
die Abstrahlrichtung, was durch nachgeschaltete optische Einrichtungen
praktisch nicht korrigiert werden kann.
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Weiterhin
ist es problematisch, die einzelnen übereinander gestapelten Diodenlaserbarren
zusammen mit den dünnen
Wärmesenken
gegen Wasser, das als aktives Kühlfluid
dient, abzudichten und gleichzeitig den elektrischen Kontakt für die Stromversorgung
herzustellen, ohne daß hierbei
die Abstrahlrichtung der einzelnen Diodenlaseremitter negativ beeinflußt wird.
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Schließlich ist
anzuführen,
daß dann,
wenn ein einzelner Diodenlaserbarren ausgefallen ist, der ganze
Stapel, der aus einer Vielzahl von Diodenlaserbarren aufgebaut ist,
zerlegt werden muß,
da ansonsten die innenliegenden Barren nicht zugänglich sind. Bei dem erneuten
Zusammenbau muß dann
die gesamte nachgeschaltete Optik neu justiert werden.
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Aufgrund
der vorstehenden Nachteile und der mit einer herkömmlichen
Stapelung von Diodenlaserbarren verbundenen Problematik sind die
herkömmlichen
Diodenlaserfeldanordnungen nicht für bestimmte Anwendungen, wie
die Fasereinkopplung, usw., wo eine Kollimation der Divergenz in
Fast-Richtung erforderlich ist, geeignet. Weitere Verfahren, wie sie
nach dem Stand der Technik bekannt sind, die aufwendige optische
Einrichtungen verwenden, um die Strahlung einzelner Diodenlaseremitter
oder Diodenlaserbarren zusammenführen,
ergeben Strahlungsfelder, die in der Intensitätsverteilung senkrecht zur
Ausbreitungsrichtung nicht definiert eingestellt werden können.
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Ausgehend
von der vorstehend geschilderten Problematik liegt der vorliegenden
Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Formung des
geometrischen Querschnitts eines Strahlungsfelds der Art, wie sie
eingangs angegeben ist, so weiter zu bilden, daß die von einer Vielzahl von
Diodenlaserfeldanordnungen bzw. Diodenlaserarrays abgegebene Strahlung,
oder die Strahlung, die von einzelnen Diodenlaserbarren abgegeben
wird, mit einfachen und kostengünstigen
Maßnahmen
zu Strahlungsfeldern einer gewünschten
Anordnung und Verteilung der Leistungsdichte geformt
und/oder
zusammengefügt
werden kann, und zwar mit einer hohen Packungsdichte der Laser,
und mit denen gleichzeitig die nötige
thermische und mechanische Stabilität gewährleistet wird.
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Die
vorstehende Aufgabe wird unter Weiterbildung der eingangs genannten,
bekannten Anordnung dadurch gelöst,
daß jeder
Laser oder jede Laserfeldanordnung in Bezug auf den benachbarten Laser
oder die benachbarte Laserfeldanordnung sowohl in x-Richtung als
auch in y-Richtung versetzt ist und daß die Reflexionsflächen der
reflektiven Elemente in Ebenen angeordnet sind, die einen Versatz
und/oder
eine Verkippung derart zueinander aufweisen, daß die jeweiligen, von den Reflexionsflächen reflektierten
Strahlungsanteile senkrecht zur z-Richtung gegenüber dem Versatz der Strahlungsaustrittsflächen zueinander
versetzt sind. Durch den jeweiligen Versatz benachbarter Laser oder
Laserfeldanordnungen zueinander wird ausreichender Raum gewonnen,
um die jeweiligen Diodenlaser, vorzugsweise Diodenlaserbarren, voneinander
zu beabstanden, um diesen Freiraum für entsprechende Wärmesenken,
auf denen die jeweiligen Diodenlaser oder Diodenlaserbarren angeordnet
sind, auszunutzen. Dieser Versatz der einzelnen Laserdioden bzw.
Laserdiodenbarren erfolgt in zwei zueinander senkrecht stehenden
Richtungen, die nicht mit den Abstrahlrichtungen der Diodenlaser
bzw. Diodenlaserbarren zusammenfallen. Um die Strahlen dann zu einem Strahlenfeld
zusammenzuführen,
werden reflektive Elemente eingesetzt, die einen Versatz derart
haben, daß die
jeweiligen Strahlenquerschnitte vorzugsweise zu einem Strahlenfeld
zusammengeführt
werden oder aber auch überlagert
werden.
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Wie
noch nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele
erläutert
wird, werden die Strahlungen der Diodenlaser bzw. Diodenlaserbarren
zunächst
kollimiert, und zwar in der Fast-Richtung, das bedeutet in der Richtung
senkrecht zu dem pn-Übergang
der Diodenlaser, bevor die Strahlungen dann auf die Reflexionsflächen der
jeweiligen Reflexionselemente fallen.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist derjenige,
daß die
Abstrahlflächen
aller Diodenlaser bzw. Diodenlaserbarren in einer Ebene liegen können, was
zu einer einfachen Justierbarkeit und räumlichen Anordnung der Diodenlaser
hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung und der Kühlwasserführung, falls
aktiv gekühlt
wird, führt.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung
wird demzufolge bereits in Bezug auf die Diodenlaser oder die Diodenlaserbarren
ein definierter Versatz erzeugt, beispielsweise unter treppenstufenartiger
Anordnung der Strahlenaustrittsflächen, und zwar Betrachtung
der Anordnung der Laserdioden oder Laserdiodenbarren in einer Draufsicht
auf die Strahlenaustrittsfenster, während die versetzten Strahlenanteile
dann mit den reflektiven Elementen wieder zusammengeführt werden.
Durch diesen definierten, treppenstufenartigen Versatz ist die Voraussetzung
geschaffen, die einzelnen Strahlungsanteile dann definiert zusammenzuschieben oder
zu einem definierten Strahlungsfeld in einer in Austrittsebene zusammenzusetzen,
wobei hierzu nur ein reflektives Element jedem Strahlenbündel zugeordnet
wird, d.h. es ist nur ein minimaler optischer Aufbau erforderlich,
mit der Folge, daß die Verluste
sehr gering gehalten werden können.
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Es
wird ersichtlich, daß durch
den Versatz der jeweiligen Laserdioden oder Laserdiodenbarren die
jeweiligen Laser von oben und unten frei zugänglich sind und demzufolge
an die Ausdehnung der Kühlkörper keine
Grenzen gesetzt sind, da über
diesen Raum beliebig verfügt
werden kann; gleiches gilt für
die Ausdehnung der Kühlkörper in
einer Richtung entgegengesetzt zu den Abstrahlrichtungen der jeweiligen
den Laser.
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Weiterhin
bietet die erfindungsgemäße Anordnung
den Vorteil, daß die
Leistung der Anordnung basierend auf einer Grundanordnung dieses
treppenstufenartigen Versatzes der einzelnen Diodenlaser durch Hinzufügen von
weiteren Diodenlasern zu einer Grundanordnung und durch eine Vergrößerung der
Länge der
Diodenlaserbarren selbst zu höheren Leistungen
skaliert werden, ohne das Grundprinzip zu verlassen. Zum Beispiel
kann die Anordnung aus jeweiligen Grundanordnungen aufgebaut werden, beispielsweise
Kühlkörper mit
zwei, drei oder mehreren einzelnen Treppenstufen, auf denen die
Diodenlaser angeordnet werden, um dann mehrere der Grundeinheiten
modulartig zusammenzusetzen. Gleiches gilt für die reflektiven Elemente,
an denen die jeweiligen Strahlungsanteile reflektiert werden, die
auch modulartig durch treppenstufenartige Grundkörper mit verspiegelten Flächen aufgebaut werden
können.
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Mit
der erfindungsgemäßen Anordnung
wird eine hohe mechanische und thermische Stabilität erzielt,
insbesondere dann, wenn der Versatz der Laserdioden bzw. Laserdiodenbarren
mittels eines Trägers
erfolgt, der mehrere Diodenlaser oder Diodenlaserbarren auf treppenstufenartig
versetzten Flächen trägt und gleichzeitig
mit einer hohen Wärmekapazität ausgelegt
wird, um die erforderliche Kühlung
zu erzielen. Diese beiden Effekte wirken nicht gegenläufig, sondern
ergänzen
sich, da mit der größeren Dimensionierung
der Trägerkörper zum
einen eine effektivere Kühlung
vorgenommen werden kann und zum anderen die mechanische Stabilität ansteigt.
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Falls
die Trägerkörper Fertigungstoleranzen zeigen,
die zu groß sind,
um die Diodenlaser exakt darauf anzuordnen, können die Diodenlaser durch eine
nachträgliche
Justierung auf den Trägerkörpern oder
durch eine Justierung der dazu gehörigen, nachgeordneten, treppenstufenförmigen Spiegel-Elemente
eingestellt werden, zumal die Diodenlaser so angeordnet werden können, daß sie gut
zugänglich
sind, da jeder Diodenlaserbarren bzw. jede Diodenlasereinheit nebeneinander
versetzt angeordnet ist, d.h. problemlos zugänglich ist. In Bezug auf die
Justierung können
Ausrichtungsfehler durch eine direkte Stapelung der Diodenlaser
oder Diodenlaserbarren vermieden werden, wie dies beim Stand der Technik
auftritt, bei dem die einzelnen Diodenlaserbarren unmittelbar übereinander
angeordnet sind. Beim Stand der Technik ist dann eine Justierung
der dazwischenliegenden Diodenlaserbarren nicht möglich, da
sie nicht zugänglich
sind. Gerade eine solche Justierung ist mit der erfindungsgemäßen Anordnung gegeben,
da jeder Diodenlaserbarren einzeln zugänglich ist und somit einer
Justierung unterworfen werden kann. Schließlich ist zu erwähnen, daß dann, wenn
bestimmte Diodenlaser oder Diodenlaserbarren ausfallen, nur die
jeweilige Einheit, da sie gut zugänglich ist, ausgetauscht werden
muß, gegebenenfalls
mit der jeweiligen Kollimationsoptik und einer Neujustierung des
neu eingesetzten Teils, wodurch der Serviceaufwand drastisch im
Vergleich zur Anordnung nach dem Stand der Technik reduziert wird.
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Die
Anordnung bzw. der Versatz der jeweiligen Laser soll sequentiell
der Reihenfolge der Laser entsprechen, d.h. es liegt ein treppenstufenartiger Versatz
vor mit einer stetigen Steigung. Um unterschiedliche Weglängen der
jeweiligen Laserstrahlungen bis zu einer definierten Austrittsebene
nach den jeweiligen Reflexionsflächen
auszugleichen bzw. die einzelnen Weglängen der Strahlen einander
anzupassen, kann es von Vorteil sein, die Reflexionsflächen jeweils
mit einem unterschiedlichen Abstand zu den ihnen zugeordneten Strahlaustrittsöffnungen
der Laser zu positionieren. Durch diesen unterschiedlichen Versatz
kann dann eine unterschiedliche Weglänge aufgrund der versetzten
Anordnung der einzelnen Laser ausgeglichen bzw. angepaßt werden.
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Eine
weitere bevorzugte Maßnahme,
die angewandt wird, um die einzelnen Weglängen der Strahlungsanteile
der einzelnen Laser oder der Laserfeldanordnungen auszugleichen
und anzupassen, ist dann möglich,
wenn jedem Strahlungsanteil neben dem ersten reflektiven Element
ein weiteres, zweites reflektives Element zugeordnet wird, wobei diese
jeweils benachbarten zweiten reflektiven Elemente einen Versatz
zueinander aufweisen derart, daß durch
diesen Versatz die jeweiligen gesamten Weglängen, wenn man die einzelnen
Strahlungsanteile miteinander vergleicht, angepaßt werden, so daß keine
Wegdifferenzen an einer Austrittsebene vorhanden sind. Um einen
einfachen Aufbau zu erzielen, der darüberhinaus leicht justierbar
ist, sollten die jeweiligen Versätze
und die jeweiligen Abstandsänderungen
benachbarter Reflexionsflächen,
wie dies vorstehend angesprochen ist, von gleicher Größe sein.
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Ähnlich dem
Trägerkörper, der
dazu eingesetzt werden kann, die einzelnen Laser oder Laserfeldanordnungen,
beispielsweise Diodenlaserfeldanordnungen oder Laserbarren, zu positionieren,
können
die Reflexionsflächen
der Elemente durch einen treppenartig aufgebauten Spiegel gebildet
werden, d.h. es wird ein Trägerkörper mit
treppenstufenartig angeordneten Flächen verwendet, die verspiegelt werden,
so daß die
jeweiligen Flächen
dieses treppenstufenartig aufgebauten Spiegels die Reflexionsflächen bilden.
Hierdurch ist eine fest vorgegebene Zuordnung der jeweils benachbarten,
einen Versatz zueinander aufweisenden Spiegelflächen gegeben, mit einer hohen
mechanischen Stabilität.
Vorzugsweise sind die Reflexionsflächen ebene Flächenbereiche,
insbesondere dann, wenn die jeweiligen Strahlungsanteile parallele
Strahlenbündel
sind, die keine weitere Fokussierung oder Strahlaufweitung erfordern.
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Zusätzlich können die
einzelnen Laser oder Laserfeldanordnungen auch in der z-Richtung, d.h. in der
Richtung, die der Abstrahlrichtung entspricht, versetzt werden,
um dadurch die bereits vorstehend angesprochenen, unterschiedlichen
Weglängen
der einzelnen Laser oder Laserfeldanordnungen aneinander anzuordnen.
Auch hierbei sollte der Versatz sequentiell der Reihenfolge der
Laser entsprechen, um einen einfachen Aufbau zu erzielen, wiederum auch
derart, daß der
Versatz der Laser oder der Laserfeldanordnungen zu dem Versatz der
reflektiven Elemente in der sequentiellen Reihenfolge korreliert ist.
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Es
sollte nochmals herausgestellt werden, daß der Versatz in der x-y-Richtung
der einzelnen Laser oder Laserfeldanordnungen zueinander dazu dient,
die Laserfeldanordnungen ausreichend voneinander zu beabstanden
und einen Versatz der von den einzelnen Laser oder Laserfeldanordnungen
abgestrahlten Strahlenbündel
zu erreichen (die vorstehend angegebene x-y-Ebene liegt senkrecht
zu der Strahlausbreitungsrichtung), dient der Versatz in der z-Richtung,
d.h. in Richtung der Abstrahlrichtung, dazu, unterschiedliche Weglängen zu
einer vorgegebenen Austrittsebene oder Bearbeitungsebene auszugleichen.
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In
Bezug auf den bereits eingangs erwähnten treppenstufenförmigen Träger, der
bevorzugt eingesetzt wird, um die einzelnen Laser oder Laserfeldanordnungen
zu positionieren, werden die Laser oder Laserfeldanordnungen, wie
bereits aus der vorstehenden Erläuterung
ersichtlich sein sollte, parallel zu der Längserstreckung der einzelnen
Stufen eines solchen treppenstufenförmigen Trägers derart angeordnet, daß sie parallel
zu diesen Stufen mit ihrer Hauptabstrahlrichtung abstrahlen. Ein
solcher treppenstufenförmiger
Träger
ermöglicht,
mit entsprechend lang ausgebildeten Treppenstufen, eine anwendungsspezifische
Positionierung und Justierung der einzelnen Laser oder Laserfeldanordnungen
in der z-Richtung, d.h. in Abstrahlrichtung, so daß mit einer
solchen unterschiedlichen Justierung auf die Weglängen Einfluß genommen
werden kann.
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Da
die erfindungsgemäße Anordnung,
wie sie vorstehend erläutert
ist, eine Möglichkeit
bietet, mit einem relativ einfachen Aufwand die Strahlungsanteile
einer Vielzahl von Laser oder Laserfeldanordnungen zu einem definierten
Strahlungsprofil umzuordnen
und/oder zusammenzuführen, ist
es möglich,
definiert diese Strahlungsanteile nach dem reflektiven Element in
einen Lichtleiter oder ein Lichtwellenleiterarray bzw. -feld einzukoppeln,
um dann die zusammengeführten
Strahlungsanteile beispielsweise zu einem Bearbeitungsort zu führen, wie
dies auch noch nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele erläutert und
beschrieben wird.
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Eine
weitere Maßnahme,
die bevorzugt in Verbindung mit den vorstehend angegebenen Anordnungen
eingesetzt werden kann, ist diejenige, die Leistung mehrerer Laser
oder Laserfeldanordnungen durch Polarisation und/oder Wellenlängenkopplung zusammenzuführen. Diese
Maßnahme
in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung, wie sie vorstehend
erläutert
ist, d.h. die stufenartige Positionierung der einzelnen Laser oder
Laserfeldanordnungen, betrachtet man deren Strahlungsaustrittsfläche in Draufsicht,
und die Zusammenführung
dieser Strahlungsanteile durch einen entsprechenden Versatz der
danach folgenden reflektiven Elemente in Verbindung mit einer Leistungsaddition
mittels Polarisation und/oder Wellenlängenkopplung, hat den Vorteil,
daß die
Leistung, ohne den Strahlquerschnitt zu vergrößern bzw. die Strahlqualität zu verringern, erhöht werden
kann.
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Soweit
in der Beschreibung vorstehend speziell auf Diodenlaser Bezug genommen
wird, so stellen diese Ausführungen
bevorzugte Maßnahmen
in Verbindung mit Diodenlaser dar; sie können aber auch analog auf andere
Festkörperlaseranordnungen übertragen
werden.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung,
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2 eine
schematische Darstellung, die den prinzipiellen Aufbau einer Diodenlaserfeldanordnung
bzw. eines Laserdiodenarrays aus mehreren gestapelten Diodenlaserbarren
zeigt,
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3 eine
weitere schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, mit der gegenüber
der ersten Ausführungsform
die Weglängen
der Strahlungsanteile der einzelnen Diodenlaserbarren in Bezug auf
eine Austrittsebene angepaßt
werden,
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4A und 4B eine
weitere, dritte Ausführungsform,
bei der die Diodenlaserbarren auf einem Träger in Abstrahlrichtung zueinander
versetzt sind,
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5 eine
Anordnung der dritten Ausführungsform
der Erfindung, die beispielsweise dazu eingesetzt werden kann, Festkörperlaser
zu pumpen, oder, mit einer entsprechenden, nachgeschalteten Optik,
Werkstücke
zu bearbeiten,
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6 eine
Anordnung der dritten Ausführungsform,
die eine Anwendung zeigt, bei der die Strahlungsanteile aufgeteilt
und in ein Faserarray zum flexiblen Führen der Strahlen eingekoppelt
werden,
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7 eine
Anordnung der dritten Ausführungsform,
die mit der Ausführungsform
der 6 vergleichbar ist, bei der allerdings die Strahlungsanteile
in das Ende einer einzelnen Faser eingekoppelt oder direkt auf ein
Werkstück
fokussiert werden,
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8 eine
Anordnung der dritten Ausführungsform,
die mit den prinzipiellen Anordnungen der 7 vergleichbar
ist, bei der allerdings zusätzlich
in den Strahlengang eine Prismenanordnung eingefügt ist,
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9 eine
Anordnung der dritten Ausführungsform,
wie sie auch in 6 gezeigt ist, gemäß der einzelne
Gruppen der Diodenlaserbarren aktiv adressierbar sind, um das erzeugte
Strahlenfeld im On-Line-Verfahren zu beeinflussen,
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10A schematisch eine vierte Ausführungsform,
bei der anstelle jeweils eines Diodenlaserbarrens auf einer Stufe
zwei Diodenlaser in y-Richtung übereinander
gestapelt sind und mittels einer Polarisationsanordnung miteinander
gekoppelt werden,
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10B zwei der Anordnung der 10A entsprechende
Anordnungen, die in x-Richtung und in y-Richtung, und zwar auf einem
treppenstufenartigen Halter, versetzt sind, wobei die Strahlungsanteile mittels
dichroitischem Spiegel zusammengeführt werden, und
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10C eine weitere Anordnung ähnlich derjenigen der 10A und 10B.
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Es
ist darauf hinzuweisen, daß die
Ausführungsform
gemäß den Figuren
auf die Formung und Führung
der Strahlung von Diodenlaserfeldanordnungen bzw. Diodenlaserarrays,
wie sie auch in der Literatur bezeichnet werden, gerichtet ist,
allerdings die verschiedenen Ausführungsformen, wie sie nachfolgend
anhand der Figuren erläutert
werden, gleichermaßen
auch bei Festkörperlasern
angewandt werden können,
wie ersichtlich werden wird.
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Ein üblicher
Aufbau einer Diodenlaserfeldanordnung sowie einer üblichen
Maßnahme,
um die Strahlung zu kollimieren, ist in 2 dargestellt.
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Üblicherweise
besteht ein Diodenlaserarray, in 2 mit dem
Bezugszeichen 1 bezeichnet, aus einzelnen Diodenlaserbarren 2,
die übereinander
gestapelt sind. Jeder Diodenlaserbarren 2 besteht aus einer
linearen Anordnung emittierender Laserdioden, die mit ihren Strahlaustrittsöffnungen 3 auf
einer geraden Linie und in einer gemeinsamen Ebene, die in 2 mit
den rechtwinkligen Koordinaten x und y bezeichnet ist, mit einer
Erstreckung des Diodenlaserbarrens in der x-Richtung, liegen. Aufgrund
der Geometrie des aktiven Mediums solcher Diodenlaser tritt aus
den Strahlaustrittsöffnungen 3 ein
im Querschnitt typischerweise elliptischer Strahlkegel aus, wobei
die große
Achse senkrecht zu der Ebene des pn-Übergangs verläuft, d.h.
in 2 in der y-Richtung, die auch als "Fast-Richtung" bezeichnet wird.
Der typische Divergenzwinkel in dieser Richtung beträgt etwa
90°. Dagegen
beträgt
der Divergenzwinkel entsprechend der kleinen Achse des elliptischen
Strahlkegels etwa 10°.
Eine typische Breite solcher einzelnen Diodenlaserbarren, d.h. die
Ausdehnung in der x-Richtung, beträgt etwa 10 mm. Die typische
Leistung eines solchen Diodenlaserbarrens liegt bei einigen 10 W.
Typischerweise werden bis zu 20 einzelne Diodenemitter in der x-Richtung
zu einer linearen Anordnung, d.h. zu einem Diodenlaserbarren, zusammengefügt. Wie
in 2 zu erkennen ist, ist jedem Diodenlaserbarren
eine Wärmesenke
in Form eines Kühlkörpers 4 zugeordnet,
der, wenn er dünn
in seinen Abmessung in der y-Richtung gehalten wird, typischerweise
eine Dicke von 1 mm bis 1,5 mm aufweist.
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Wie
in 2 zu gezeigt ist, können zwar hohe Packungsdichten
mit solchen Anordnungen erzielt werden, allerdings findet ein solches
Diodenlaserarray seine Grenzen in der thermischen Stabilität der Wärmesenken
oder Kühlkörper 4,
wie bereits vorstehend erläutert
wurde. Um die Strahlung der Diodenlaserbarren 2 in der
Fast-Richtung (y-Richtung) zu kollimieren, wird jedem Barren eine
Mikrooptik in Form einer Zylinderlinse 5 zugeordnet. In
Abstrahlrichtung der Diodenlaserbarren 2 gesehen, in 2 mit
der Koordinate z bezeichnet, ist eine Zylinderoptik 6 nachgeschaltet,
die die gesamten Strahlungsanteile der Diodenlaserbarren 2 in
der Slow-Richtung
kollimiert, so daß nach
der Zylinderoptik 6 ein nahezu paralleles Strahlenbündel erzielt
wird, das dann, mit einer photographischen Linse 7, zu
einem Strahlungsfeld 8 kollimiert wird. Das Strahlungsfeld 8 besitzt
typische Abmessungen von etwa 0,8 × (3-10) mm2.
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Um
die Kühlleistung
und die mechanische Stabilität
der Anordnung zu erhöhen,
müssen
die jeweiligen Kühlkörper 4 mit
einer größeren Dicke,
d.h. einer größeren Abmessung
in der y-Richtung, dimensioniert werden, sieht man einmal von einer
aktiven Kühlung
mittels eines Kühlmediums
ab, was zur Folge hat, daß die
einzelnen Diodenlaserbarren 2 in der y-Richtung weiter
voneinander beabstandet sind; dadurch wird der Füllfaktor klein und die so erzielbare, maximale
Leistungsdichte wird geringer.
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Um
die vorstehend angegebenen Probleme zu beseitigen, wird eine Anordnung
gemäß der Erfindung
eingesetzt, wie sie in ihrem prinzipiellen Aufbau in einer ersten
Ausführungsform
in 1 dargestellt ist. Die einzelnen Diodenlaserbarren 2 sind
in der x-Richtung (in einer Draufsicht, wie sie in 1 dargestellt
ist) nebeneinanderliegend angeordnet und in der y-Richtung, wie
die Seitenansicht zeigt, die allgemein mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet
sind, zueinander versetzt. Hieraus ergibt sich ein treppenstufenartiger
Versatz. Um die einzelnen Diodenlaserbarren 2 mit ihren
Kühlkörpern 4 in
dieser Stellung anzuordnen, wird ein treppenstufenartiger Träger 10,
einteilig oder mehrteilig ausgeführt,
eingesetzt. Die einzelnen Aufnahmeflächen 11 dieses Trägers oder
Halters 10 verlaufen parallel zueinander. Es ergibt sich ein
definierter Versatz, der, in der Ausführungsform der 1,
so gewählt
ist, daß er
von dem linken Diodenlaserbarren 2 zu dem am weitesten
rechts liegenden Diodenlaserbarren 2 stetig zunimmt. Es
ist weiterhin ersichtlich, daß jeder
einzelne Diodenlaserbarren 2 mit seinem zugehörigen Kühlkörper 4 frei
zugänglich
ist, um ihn zu justieren. Darüberhinaus
kann dann, wenn ein Diodenlaserbarren 2 auffällt oder
fehlerhaft arbeitet, dieser Diodenlaserbarren 2 gezielt ausgetauscht
werden, ohne daß die
weiteren Diodenlaserbarren 2 in ihrer Grundjustierung verändert werden
oder in sonstiger Weise beeinträchtigt
werden.
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Die
einzelnen Strahlungsanteile der einzelnen Diodenlaserbarren 2,
die zur Vereinfachung der Darstellung jeweils mit einem Strahlungspfeil 14 dargestellt
sind, fallen auf einen ebenfalls treppenförmig ausgebildeten Spiegel 12 mit
jeweiligen Reflexionsflächen 13,
die durch unterbrochene Linien angedeutet sind, und werden in eine
gemeinsame Strahlrichtung, mit dem Ausgangsstrahl 14' angegeben,
umgelenkt. Der Umlenkungswinkel beträgt in dieser Ausführungsform
90°, ist
jedoch nicht hierauf eingeschränkt.
Es ist ersichtlich, daß die
Orientierungen der Reflexionsflächen 13 zu
den jeweils einfallenden Strahlungspfeilen 14 keiner Einschränkung unterliegen,
da sie entsprechend den Anforderungen gewählt werden können. In 1 ist
weiterhin zu erkennen, daß die
von jedem Diodenlaserbarren 2 ausgehende Strahlung durch
eine Linse 5, vergleichbar mit der Linse 5, die
in 2 dargestellt ist, kollimiert wird. Die Treppenstufenhöhe, d.h.
der Versatz der jeweiligen Auflageflächen der Träger 10 in der y-Richtung jeweils
benachbarter Diodenlaserbarren 2, ist so gewählt, daß er der
Höhe der
kollimierten Strahlung der y-Richtung entspricht. Gleiches gilt
für die
Stufenhöhe
der einzelnen Reflexionsflächen 13 des
Treppenstufenspiegels 12, d.h. der jeweilige Versatz der
einzelnen Stufen zueinander entspricht der Höhe der kollimierten Strahlung
an den Reflexionsflächen.
Der Versatz der einzelnen Stufen bzw. der Reflexionsflächen ist
in der Draufsicht, die in 1 mit dem
Bezugszeichen 15 bezeichnet ist, zu erkennen (die Ansicht 15 zeigt
eine Draufsicht auf den treppenstufenförmige Spiegel-Elemente 12 aus
Richtung des Sichtpfeils 16 bzw. in x-Richtung). Die Austrittsstrahlen 14' sind anhand
der Austrittsebene 17 zu erkennen. Bedingt durch die unterschiedlich
langen Ausbreitungswege der Strahlen bis zu der Austrittsebene 17 und
durch die nicht aufgehobenen Divergenzen in der Slow-Richtung haben
die einzelnen Strahlungsanteile 14' der jeweiligen Diodenlaserbarren 2 eine unterschiedliche
Erstreckung in der z-Richtung. Diese unterschiedlichen Ausdehnungen
können
gegebenenfalls durch Optiken angepaßt werden. Eine solche Anpassung
kann unter anderem auch dadurch erfolgen, daß die jeweiligen Reflexionsflächen 13 leicht
konkav oder konvex gewölbt
werden, um die jeweiligen Strahlungsanteile zusätzlich aufzuweiten oder zu
kollimieren.
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Es
sollte nochmals darauf hingewiesen werden, daß die in der Beschreibung und
in den Figuren angegebenen x-, y- und z-Richtungen bzw. Koordinaten
ein rechtwinkliges Koordinatensystem darstellen.
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Anstelle
der Diodenlaserbarren 2 können auch kleine Felder aus
zwei Reihen oder gegebenenfalls drei Reihen einzelner Diodenlaser
angeordnet werden, mit jeweils einem sich nach oben und nach unten
erstreckenden (y-Richtung) Kühlkörper 4;
deren Strahlungen werden vorzugsweise auch so gekoppelt, wie dies
in 10 gezeigt ist, die noch nachfolgend
beschrieben wird.
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Um
dem Problem der unterschiedlichen Strahlenausbreitungswege zu entgegnen,
wie dies vorstehend anhand der 1 angesprochen
wurde, werden, in einer zweiten Ausführungsform, wie sie in 3 dargestellt
ist, zwei treppenstufenförmige Spiegel-Elemente 18 und 19 eingesetzt,
an denen die Strahlungsanteile 14 der jeweiligen Diodenlaserbarren 2 zweifach
umgelenkt werden. Die jeweiligen Auftreffpunkte bzw. Auftreffbereiche 20 auf
den jeweiligen Reflexionsflächen 13 sind
derart gewählt, daß sich die
gesamten Weglängen
der jeweiligen Strahlungen, die von den jeweiligen Diodenlaserbarren 2 ausgehen,
zu einer gleichen Weglänge
in einer Austrittsebene 21 hinter den Spiegel-Elementen 19 senkrecht
zur optischen Achse jeweils aufaddieren, so daß die Ausgangsstrahlen ausgangsseitig
der Reflexionsflächen 13 des
zweiten Treppenstufenspiegels 18 gleiche Weglängen haben.
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Die
einzelnen Strahlen 14 bzw. 14' treffen auf die Reflexionsflächen 13 des
ersten Treppenstufenspiegels 18 und des zweiten Treppenstufenspiegels 19 jeweils
unter einem Winkel von 45° auf,
so daß der Strahl
jeweils um 90° umgelenkt
wird. Zum besseren Verständnis
wird darauf hingewiesen, daß die
einzelnen Diodenlaserbarren 2 derart angeordnet sind, daß, in y-Richtung
gesehen, der in 3 am weitesten links angeordnete
Diodenlaserbarren 2 die höchste Position auf dem treppenstufenartigen
Träger 10 besitzt,
während
der am weitesten rechts in 3 liegende
Diodenlaserbarren 2 die tiefste Position auf den Treppenstufenflächen des
Halters 10 aufweist. Entsprechend sind die einzelnen Reflexionsflächen 13 des
ersten Treppenstufenspiegels 18 in x-Richtung gesehen von
der linken zur rechten Seite hin abfallend, und zwar in Bezug auf
die y-Richtung, während
die einzelnen Reflexionsflächen 13 des
zweiten Treppenstufenspiegels 19 in y-Richtung gesehen
in 3 von oben nach unten steigend sind. Wie anhand
der dem zweiten treppenstufenförmige
Spiegel-Elemente 19 zugeordneten Strahlungsquerschnitte,
mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet, zu entnehmen ist,
treffen die jeweiligen Strahlungsanteile 14' auf die reflektiven Flächen 13 des
zweiten Treppenstufenspiegels 19 mit einem Versatz zueinander
auf, die dann, ausgangsseitig des zweiten Treppenstufenspiegels 19,
durch die reflektiven Flächen 13 des
zweiten Treppenstufenspiegels 19 aufgrund einer entsprechenden
Verkippung der jeweiligen Reflexionsflächen 13 zu der y-Richtung
zu einem Strahlungsfeld, wie es anhand der Ebene 21 gezeigt ist,
zusammengeschoben werden. Der Abstand der jeweiligen Strahlungsanteile
zueinander im Bereich der Austrittsebene 21 kann durch
einen gegenüber der
Darstellung der 3 geänderten Einfallswinkel der
jeweiligen auf die Fläche 13 auftreffenden
Strahlen 14' weiter
zusammengeschoben oder weiter zueinander beabstandet werden, als
dies die Darstellung zeigt. Die jeweiligen Reflexionsflächen der
Spiegel-Elemente können
individuell bezüglich
Winkel und Position eingestellt werden, um die Strahlanteile aus
den jeweiligen Diodenlasern 2 parallel und versatzfrei
zueinander zusammenzuführen.
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In
der 4 ist eine dritte Ausführungsform der
Erfindung dargestellt. In dieser Ausführungsform sind wiederum die
einzelnen Diodenlaserbarren auf einem treppenstufenartigen Träger 10 angeordnet, wobei
wiederum die einzelnen horizontalen Stufenflächen 25, die in der
x-z-Ebene verlaufen, in parallel zueinander versetzten Ebenen liegen,
wie deutlicher die Seitenansicht der 4B (entsprechend
des Sichtpfeils IVB in 4A) zeigt. Anders ausgedrückt sind
die einzelnen Diodenlaserbarren 2 mit ihren Kühlkörpern 4 in
unterschiedlichen Höhen
in der y-Richtung, aufgrund des jeweiligen Versatzes der einzelnen
Stufenflächen 25,
angeordnet, darüberhinaus
sind sie stufenweise in der z-Richtung zueinander versetzt, so daß die gesamte
optische Weglänge der
jeweiligen Strahlungsanteile zur Austrittsebene etwa gleich sind.
Die Stufenhöhe,
d.h. der Abstand in der y-Richtung zweier benachbarter horizontaler
Stufenflächen 25,
ist wiederum gleich der kollimierten Strahlhöhe.
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Die
einzelnen Strahlen 14 treffen jeweils auf ein treppenstufenförmiges Spiegel-Element
auf, dessen senkrechte Treppenstufenflanken die Reflexionsflächen 13 bilden,
von denen die Strahlen in der Austrittsstrahlrichtung 14' reflektiert
werden. Die einzelnen Treppenstufen-Reflexionsflächen 13 sind fortlaufend
zueinander versetzt derart, daß dieser
Versatz dem Versatz der einzelnen Diodenlaserbarren 2 entspricht.
Darüberhinaus
werden die Positionen der Diodenlaserbarren und die Reflexionsflächen der treppenförmigen Spiegel 12 so
aufeinander angepaßt,
daß alle
Teilstrahlen exakt übereinander
in der Fast-Richtung liegen, wie dies anhand der Austrittsebene 21 erläutert ist.
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Das
gestapelte Strahlenfeld, wie es anhand der Anordnung der 4A und 4B vorstehend beschrieben
ist, kann unmittelbar verwendet werden, zum Beispiel zum Pumpen
von Festkörperlasern. Darüberhinaus
kann das Strahlungsfeld, wie es anhand der 4 in
Form der Austrittsebene 21 dargestellt ist, mit einer nachgeschalteten
Optik entsprechend den Anforderungen und Einsatzbedingungen, etwa
für eine
Fasereinkopplung, abgebildet und geformt werden. Ein Beispiel einer
Anordnung hierfür
ist in 5 dargestellt, die im Grundaufbau die Anordnung
der 4A zugrundelegt. In dieser Anordnung werden die
Ausgangsstrahlen entsprechend der Anordnung im Bereich der Austrittsebene 21 mit
einer zylindrischen Linse 23 kollimiert. Daran anschließend ist
in den Strahlengang eine sphärische
Linse 24 angeordnet, um die einzelnen Strahlungsanteile
der einzelnen Diodenlaserbarren 2 in einer Linie auf das Werkstück 26 zu
fokussieren. Diese Zusammenführung
der Strahlungsanteile der einzelnen Laser entsprechend der Anordnung
der 5 hat den Vorteil, daß die Diodenlaserstrahlung
ohne Strahlqualitätsverlust
zusammengefaßt
und somit die maximale Leistungsdichte im Fokus erreicht werden
kann.
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Für viele
Anwendungen ist eine flexible Führung
der Strahlung von Vorteil. Um eine solche flexible Führung zu
erzielen, werden optische Fasern 27 eingesetzt, wie dies
in 6 gezeigt ist, die zu einem Faserarray 28 zusammengefaßt sind.
Die Fasern 27 können
rechteckig sein oder einen kreisförmigen Querschnitt haben. Wiederum
wird das Strahlungsfeld, das von den Diodenlaserbarren 2 ausgeht, durch
eine zylindrische Linse 23 kollimiert und anschließend mit
einer sphärischen
Linse 24 im Fokus abgebildet. Im Fokusbereich der sphärischen
Linse entstehen so einzelne Fokuspunkte, die nebeneinander liegen.
und deren Anzahl denen der Emittergruppen entspricht, d.h. der Anzahl
der Diodenlaserbarren 2. Das Feld 28 aus optischen
Fasern ist so positioniert, daß die
Einkoppelflächen 29 im
Fokusbereich positioniert sind. Es ist eine Anordnung hierbei zu
bevorzugen, wie sie auch in 6 dargestellt
ist, bei der die Anzahl der Fasern 27 der Anzahl der Fokuspunkte
entspricht, so daß die
jeweiligen Strahlungsanteile der einzelnen Diodenlaserbarren 2 jeweils
in einer zugeordneten Faser eingekoppelt werden. Hierzu werden die
Strahlungen der einzelnen Diodenlaserbarren 2 beispielsweise
in vier Gruppen oder Kanäle
A, B, C, D aufgeteilt und zusammengeführt. Dies hat den Vorteil,
daß die
Strahlungsanteile A, B, C, D, die von den jeweiligen Diodenlaserbarren 2 ausgehen,
für bestimmte
Anwendungsgebiete entkoppelt verbleiben, d.h. sie können individuell
zu der gewünschten
Bearbeitungsstelle zugeführt
werden und unter entsprechender Ansteuerung und Regelung der einzelnen
Diodenlaserbarren 2 individuell beeinflußt werden;
hierbei ist es dann auch möglich, die
einzelnen Strahlen zu Strahlungsgruppen wieder zusammenzufassen.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
kann auch dazu verwendet werden, die Strahlungsanteile der einzelnen
Austrittsstrahlen 14' in
eine einzelne optische Faser 27 einzukoppeln, wie dies
anhand der 7 dargestellt ist. Für eine solche
Fokussierung ist eine mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnete
Anordnung zur Formung und Fokussierung der Strahlen, beispielsweise
zusätzliche
treppenstufenförmige Spiegel-Elemente,
vorgesehen.
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Es
ist aus der vorstehenden Beschreibung zu ersehen, daß aus den
einzelnen Diodenlaserbarren, die in den Ausführungsbeispielen hier erläutert werden,
beliebig große
Felder, mit einer entsprechenden Zahl an treppenstufenartigen Versätzen der jeweiligen
Laser zueinander, aufgebaut werden können. Um dann allerdings die
einzelnen Strahlungsanteile nach mindestens einer Reflexion an einem
zugeordneten treppenstufenförmige
Spiegel-Elemente abzubilden und zu fokussieren, müssen zylindrische und
sphärische
Optiken mit entsprechend großen Abmessungen
eingesetzt werden, was zusätzliche Kosten
zu dem optischen System hinzufügt.
Um die Baugrößen und
somit die Kosten eines solchen nachgeschalteten optischen Systems
zu senken, wird vorzugsweise ein Prisma, wie in 8 dargestellt
ist, oder werden mehrere Prismen 31, 32 eingesetzt.
Der Strahlquerschnitt eingangsseitig des ersten Prismas 31 wird
dadurch ausgangsseitig des zweiten Prismas 32 reduziert.
Der Einsatz zweier Prismen in der Anordnung, wie dies in 8 gezeigt
ist, hat den zusätzlichen
Vorteil, daß der
Ausgangsstrahl parallel zum Eingangsstrahl verläuft. Mit dem Einsatz solcher Prismen 31, 32 ist
auch die Möglichkeit
gegeben, die Dimension der Slow-Richtung von Strahlung, die von einem
Diodenlaserbarren 2 ausgeht, zu verändern.
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Für viele
Anwendungen besteht ein Bedarf daran, Diodenlaserbarren mit aktiv
adressierbaren Emittergruppen zu verwenden. Aktiv adressierbare Diodenlaserbarren
sind Diodenlaserbarren, deren Emitter bzw. Emittergruppen jeweils
mit einer eigenen Stromzufuhr bzw. Signalleitung 33 (9)
versehen werden, so daß sie
individuell gesteuert werden können.
Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit jeweiliger
Emittergruppen können
solche Diodenlaserbarren mittels optischer Verfahren gestapelt werden.
Die zugeordneten Emitter bzw. Emittergruppen, wiederum mit A, B,
C und D bezeichnet, von verschiedenen Diodenlaserbarren 2 können dann
mit einem optischen System 30 in einen Lichtwellenleiter 27 jeweils
eingekoppelt werden oder auf ein Werkstück fokussiert werden. Werden
die zugeordneten Emitter bzw. Emittergruppen von verschiedenen Barren
elektrisch miteinander verbunden, wie dies dargestellt ist, so entsteht
ein Lichtwellenleiterarray, bei dem die Leistung aus dem jeweiligen
Lichtwellenleiter individuell angesteuert werden kann. Dies ist
bei der sogenannten Parallelverarbeitung bzw. bei dem Parallelprozeß von großer Bedeutung.
Eine solche Anordnung, wie sie vorstehend erläutert ist, ist schematisch
in 9 dargestellt, wobei wiederum die Basisanordnung
gezeigt ist, die auch in den Ausführungsformen der 4 bis 8 eingesetzt
wurde. Die vier auf dem treppenstufenartigen Träger 10 angeordneten
Diodenlaserbarren 2, die jeweils aus vier Emittergruppen
bestehen, sind so ansteuerbar, daß die einzelnen Strahlen der
jeweiligen zugeordneten Gruppen A, B, C und D ausgangsseitig der
Fokussieranordnung 30 zuordenbar sind. Die Möglichkeit, die
einzelnen Kanäle
A, B, C und D der einzelnen Diodenlaserbarren gesondert über die
Signalleitungen 33 ansteuern zu können, hat den zusätzlichen
Vorteil, eine Redundanz und Leistung des jeweiligen Kanals individuell
zu erhöhen
und zu erniedrigen. Sollte beispielsweise auf einem Kanal eine Diodenlasergruppe eines
Diodenlaserbarrens 2 ausfallen, so kann die Leistung der
Diodenlasergruppen der anderen Diodenlaserbarren 2 dieses
Kanals erhöht
werden, um den Leistungsverlust aufgrund der fehlerhaften Diodenlaser
zu kompensieren.
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Es
kann erwünscht
sein, auf einer Stufe eines treppenförmigen Halters 10,
wie dies anhand der vorstehend erläuterten Figuren dargelegt ist,
zwei oder mehr einzelne Diodenlaserbarren zu positionieren. Falls
beispielsweise jeweils zwei Diodenlaserbarren auf einer Stufe in
y-Richtung übereinander
angeordnet werden und jeweils diese paarweise angeordneten Diodenlaserbarren
zweier benachbarter Stufen zusammengeführt werden, entstehen nach Reflexion
an den Spiegel-Elementen, die einen treppenförmigen Versatz zueinander aufweisen,
vier linienförmige
Ausgangsstrahlen. Um sowohl die Strahlhöhe als auch die Strahlqualität zu verbessern,
kann es von Vorteil sein, die jeweils paarweise angeordneten Diodenlaserbarren über eine
Polarisationsanordnung 34 zu einem Strahlquerschnitt zusammenzuführen. Eine
solche Anordnung ist in 10A dargestellt.
In dieser Anordnung sind schematisch zwei Diodenlaserbarren 2 in
y-Richtung mit Abstand zueinander angeordnet (der relativ große Abstand,
wie er in 10A in y-Richtung der beiden
Diodenlaserbarren 2 dargestellt ist, ist nur zur besseren
Darstellung gewählt).
Die Polarisationsanordnung 34 besteht aus einem Polarisationsstrahlteiler
und einer Lambda-Viertelplatte. Über
diese Polarisationsanordnung 34 werden die beiden Strahlungsanteile
zu einem gemeinsamen Ausgangsstrahl zusammengeführt. Für diese Zusammenführung kann
ein Spiegelelement eingesetzt werden, wie es in den zuvor beschriebenen
Figuren mit dem Bezugszeichen 12 bzw. der Reflexionsfläche 13 bezeichnet
ist. Der Einsatz einer solchen Anordnung hat den Vorteil, daß die Strahlungsanteile
ohne wesentliche Leistungsverluste zusammengeführt werden können.
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Die 10B zeigt eine weitere Anordnung, die von dem
anhand der 10A gezeigten und beschriebenen
Prinzip Gebrauch macht. In diesem Fall sind jeweils zwei Gruppen
aus jeweils einem Paar von Diodenlaserbarren 2, die alle
gleiche Wellenlängen
besitzen mit jeweils einer Polarisationsanordnung 34 unter
einem Versatz in y-Richtung angeordnet; eine solche Anordnung ist
mit der Anordnung der einzelnen Diodenlaserbarren 2 auf
dem Halter 10, wie er beispielsweise in 1 dargestellt ist,
vergleichbar. Die jeweiligen Strahlungsanteile werden über Umlenkspiegel 35 zu
Ausgangsstrahlen zusammengeführt.
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Üblicherweise
werden in Anordnungen, wie sie vorstehend beschrieben sind, Diodenlaser
mit gleicher Wellenlänge
auf den einzelnen Stufen eingesetzt, so daß der Ausgangsstrahl im wesentlichen aus
den Strahlungsanteilen der Diodenlaser mit entsprechender Wellenlänge zusammengesetzt
sind.
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In 10C können
die Strahlungsanteile zweier benachbarter Diodenlasergruppen mit
unterschiedlichen Längenlängen λ1 und λ2,
die wiederum paarweise aufgebaut sind und deren Strahlung durch eine
Polarisationsanordnung 34 zusammengeführt sind, auch mittels einer
dichroitischen Komponenten 36 koaxial überlagert werden, wenn die
Diodenlaser unterschiedliche Wellenlängen haben.