DE19813127A1 - Laser device with several laser light emitting diodes - Google Patents

Laser device with several laser light emitting diodes

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DE19813127A1
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Peter Dr Loosen
Reinhart Prof Dr Rer N Poprawe
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Abstract

The laser device has several diodes which emit laser light preferably low order mode light. The diodes are arranged in a plane parallel to each other and at a distance (D) from each other. The diode light beams (10) are collimated or divergency reduced vertical to the plane in which the diodes are arranged. The diodes are formed as individual emitters (11). For decoupling from each other, the diodes are spaced by a distance. This prevents the beams from the individual emitters running into each other before the beams enter into a micro-lens arrangement. The microlens arrangement has a collimating or divergency reducing microlens (16) for each individual emitter beam. Preferably each lens is arranged at a distance (E) from the emitter.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laservorrichtung mit einer Vielzahl Laserlicht vorzugsweise niedriger Modenordnung emittierender Dioden, die in einer Anordnungsebene mit Ab stand zueinander parallel angeordnet sind und deren Licht strahlen vertikal zur Anordnungsebene voneinander kollimiert oder divergenzreduziert sind. The invention relates to a laser device having a plurality of laser light is preferably lower order mode emitting diodes, which stood in a plane of arrangement with Ab are arranged parallel to each other and whose light beams vertically to the plane of arrangement of one another are collimated or divergence reduced.

Diodenlaser sind aufgrund hoher Wirkungsgrade und gerin ger Abmessungen von großem Interesse für den industriellen Einsatz. Diode lasers are due to high levels of efficiency and clotting ger dimensions of great interest for industrial use. Die Ausgangsleistung einer einzelnen emittierenden Diode ist jedoch auf einige 100 mW begrenzt. The output power of a single emitting diode is limited to a few 100 mW. Zur Leistungs steigerung werden emittierende Dioden in ihrer PN-Übergangs ebene nebeneinander angeordnet und dabei zu einer Emitter gruppe zusammengefaßt. To increase power-emitting diodes are arranged in their PN junction plane next to each other and thereby combined into one emitter group. Eine solche herkömmliche Diodenemit tergruppe besteht typischerweise aus 20 Einzelemittern. Such a conventional Diodenemit tergruppe typically consists of 20 individual emitters. Jeder Einzelemitter hat Querschnittsabmessungen von 3,5.1 µm und der Teilungsabstand zwischen zwei Einzelemittern beträgt etwa 10 µm, so daß die Ausdehnung einer Emittergruppe aus 20 Emit tern etwa 200 µm beträgt. Each individual emitter has cross-sectional dimensions of 3,5.1 microns and the pitch distance between two individual emitters amounts to about 10 microns, so that the expansion of an emitter group 20 Emit tern is about 200 microns. Die Ausgangsleistung einer solchen Emittergruppe beträgt typischerweise 1 bis 2 W. Wegen der nur geringen Entfernung von ca. 10 µm zwischen zwei Emittern kön nen Kopplungen zwischen den Lichtstrahlen der Emitter entste hen, wodurch die Strahlqualität sinkt. The output power of such an emitter is typically hen group, whereby the beam quality decreases 1 to 2 W. Due to the only slight distance of about 10 microns between two emitters Kgs NEN couplings between the beams of the emitter entste. Um die Leistung weiter zu erhöhen, werden mehrere Emittergruppen in der PN-Über gangsebene nebeneinander angeordnet, wodurch ein Diodenlaser barren entsteht, der typischerweise 10 mm breit ist. In order to increase the performance, a plurality of emitter groups in the PN junction plane are arranged side by side, whereby a diode laser bar is produced, which is typically 10 mm wide. Mit einem solchen Diodenlaserbarren können einige 10 W erzielt werden. With such a diode laser bars some 10 W can be achieved. Die Strahlqualität ist jedoch weiter reduziert. The beam quality, however, is further reduced. Durch die Strahlkopplung tritt jedoch nicht nur eine Verringerung der Strahlqualität auf, sondern die unvermeidbaren Verluste führen auch zu einer Verringerung der spezifischen Leistung. By the beam coupling, however, not only a reduction in beam quality occurs, but the unavoidable losses also lead to a reduction in specific power.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Laservorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß man zu einer Skalierung der Diodenlaserlei stung kommen kann, ohne dabei die spezifische Leistung und die Strahlqualität zu verringern. The invention is therefore based on the object to improve a laser device having the aforementioned features so that you can get stung a scale of Diodenlaserlei, without reducing the specific power and beam quality.

Aus der DE-C-43 14 601 ist eine Laservorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen bekannt. From DE-C-43 14 601, a laser device having the aforementioned features is known. Das eine Diode verlas sende Laserlicht von zeilenweise angeordneten Dioden wird senkrecht zur Anordnungsebene kollimiert. The diode laser light from exiting send line-arranged diodes is collimated perpendicular to the plane of arrangement. Die kollimierten Lichtstrahlen laufen zu einer Fokussierungsoptik, von der sie auf eine Bearbeitungsstelle eines Werkstücks fokussiert wer den. The collimated light beams pass to focusing optics, from which it is focused on a processing point of a workpiece to who. Die Divergenz der bekannten Dioden in ihrer Anordnungs ebene ist gering. The divergence of the known diode in its assembly level is low. Das rührt daher, daß die Dioden aus einer Mehrzahl von Einzelemittern bestehen. This is because that the diodes are composed of a plurality of single emitters. Die Breite bzw. Länge der Emittergruppe entspricht der Breite des Lichtstrahls bzw. der Länge eines Strahlflecks, dessen Breite durch die Fokus sierung bestimmt ist. The width or length of the emitter group corresponds to the width of the light beam or the length of a beam spot whose width is determined by the focus tion. Es sind optische Mittel vorhanden, die dazu eingesetzt werden, daß sich die Strahlflecken bzw. die Lichtstrahlen mehrerer nebeneinander angeordneter Dioden bzw. Emittergruppen überlappen, um so die gewünschte Werkstückbe handlung zu erreichen. There are provided optical means which are used to the fact that the beam spots and the light beams of a plurality of juxtaposed diodes or emitter groups overlap, so as to achieve the desired Werkstückbe treatment. Die bekannten Dioden bzw. Emittergrup pen weisen die vorbeschriebenen Nachteile der grundsätzlichen Leistungsverluste und der Verringerung der Strahlqualität ebenfalls auf, so daß auch insoweit die Aufgabe besteht, zu einer Skalierung der Diodenlaserleistung zu kommen, ohne da bei die spezifische Leistung und die Strahlqualität zu ver ringern. The known diodes or Emittergrup pen have the above described disadvantages of the fundamental power losses and the reduction of the beam quality also, so that also in this respect, the object is to come to a scaling of the diode laser power without since in the specific power and the beam quality to fungibility ,

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Dioden als Ein zelemitter ausgebildet sind und zur Entkopplung voneinander in der Anordnungsebene einen Abstand voneinander aufweisen, mit dem ein Ineinanderlaufen der Strahlen dieser Einzelemit ter in der Anordnungsebene praktisch vermieden ist, bevor ein Strahleneintritt in eine Mikrolinsenanordnung erfolgt die für jeden Einzelemitterstrahl eine ihn in der Anordnungsebene kollimierende oder divergenzreduzierende Mikrolinse aufweist. The object is achieved in that the diodes are formed as a zelemitter and having to decouple from each other in the plane of arrangement at a distance from each other, with the running together of the beams of these Einzelemit is ter practically avoided in the plane of arrangement, before a radiation entry takes place in a microlens array, the a having it in the plane of arrangement collimating or divergenzreduzierende microlens for each individual emitter beam.

Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß der Abstand zwischen den Einzelemittern so groß gewählt wird, daß ein In einanderlaufen der Strahlen der Einzelemitter in den aktiven Zonen vernachlässigbar gering ist und die einzelnen Emitter voneinander entkoppelt sind. For the invention is of importance that the distance between the individual emitters is selected so large that in each run the beams of the individual emitters in the active zones is negligibly small, and the individual emitters are decoupled from each other. In Verbindung damit ist von Be deutung, daß eine Mikrolinsenanordnung so angeordnet wird, daß die Strahlen der Einzelemitter ungekoppelt in die Mikro linsenanordnung eintreten und diese entkoppelt kollimiert wieder verlassen. In connection therewith, that a microlens array is arranged such that the beams of the individual emitters occur uncoupled in the microlens array and these decoupled collimated leave is of importance Be. Damit ist es möglich, kollimierte Licht strahlen der Einzelemitter ungekoppelt einer Bearbeitungs stelle zuzuführen, ohne daß die spezifische Leistung der Dio dengruppe wesentlich absinkt. It is thus possible, collimated light beams of the individual emitters uncoupled an editing point feeding, considerably decreases without the specific power of the Dio dengruppe. Es erfolgt vielmehr eine Stei gerung der spezifischen Leistung durch Polarisations-Multi plexing und Wellenlängen-Multiplexing von Diodengruppen bzw. von Diodenlaserbarren. There is rather a sti delay the specific power plexing by polarization and wavelength multiplexing multi of diodes or groups of diode laser bars. Die auf die vorgeschlagene Weise auf gebaute Laservorrichtung ermöglicht eine optimale Ausnutzung von Diodenlasern. The built in the proposed manner on laser device allows an optimal use of diode lasers.

Die Laservorrichtung kann so ausgebildet werden, daß je de Mikrolinse in einer Entfernung vom Einzelemitter angeord net ist, die einen maximalen Füllfaktor in der Anordnungsebe ne bei entkoppelten Einzelemitterstrahlen einzustellen er laubt. The laser device may be formed such that each de micro-lens at a distance from the single emitter is angeord net, the maximum filling factor in a ne Anordnungsebe set at decoupled single emitter rays he laubt. Der Füllfaktor ist ein Maß für die Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raums bzw. der zur Verfügung stehenden Erstreckung durch die Anordnung von Laserstrahlung. The fill factor is a measure of the utilization of the available space and the available extent by the array of laser radiation. Bei maxi malem Füllfaktor können die an der Strahlführung beteiligten Bauelemente optimal ausgenutzt werden, insbesondere werden sie thermisch nur gering belastet. With maxi mum of filling factor, the components involved in the beam guidance can be optimally utilized, in particular they are thermally loaded only slightly. Durch Wahl der Entfernung der Mikrolinsen von den zugehörigen Einzelemittern ist es möglich, den Füllfaktor zu optimieren, also so groß zu wäh len, daß die Einzelemitterstrahlen gerade noch nicht inein ander laufen. By selecting the distance of the microlenses of the associated individual emitters, it is possible to optimize the filling factor, that is so great to currency len that the individual emitter rays just not inein run other. Eine solche Ausbildung der Laservorrichtung kann unabhängig davon erfolgen, ob die Mikrolinsen den Einzel emittern direkt benachbart sind, oder ob sich zwischen den Mikrolinsen und den Einzelemittern noch zwischenabbildende Optikanordnungen befinden. Such a configuration of the laser device can be carried out regardless of whether the microlenses emitters individual are directly adjacent, or if there are between the microlenses and the individual emitters or between imaging optics arrangements. Auch im letztgenannten Fall ist eine Einstellung der Entfernung der Mikrolinse vom Einzel emitter ein Mittel, um den Füllfaktor zu optimieren. In the latter case, adjustment of the distance of the microlens from the single emitter is a means to optimize the filling factor.

Eine baulich vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn die Laservorrichtung so ausgebildet ist, daß eine Viel zahl von Mikrolinsen zu einem Mikrolinsenarray baulich ver eint sind und in der Anordnungsebene gekrümmte Linsenflächen aufweisen. A structurally advantageous embodiment is obtained when the laser device is so formed that a plurality of microlenses are integrally structurally ver to a microlens array and having in the plane of arrangement curved lens surfaces. Ein derartiges Mikrolinsenarray besteht beispiels weise aus einem verlustarmen optischen Stab, der mit Abstand parallel zu den Einzelemittern angeordnet ist und diesen zu gewendete Linsenflächen hat, mit denen das auf sie auftref fende Laserlicht kollimiert wird. Such a microlens array consists example, of a low-loss optical rod which is arranged at a distance parallel to the individual emitters and this has to be-turned lens surfaces with which the laser light Fende auftref on it is collimated.

Die Laservorrichtung kann so ausgebildet werden, daß die Mikrolinsen den Einzelemittern direkt benachbart angeordnet sind und einem in Strahlungsrichtung direkt benachbarten, be darfsweise mit den Mikrolinsen einstückigen und vertikal zur Anordnungsebene wirkenden Kollimator zugeordnet sind. The laser device may be formed so that the micro lenses are arranged immediately adjacent the individual emitters and a directly adjacent in the direction of radiation, be allowed as the microlenses unitary and vertically acting for placement plane collimator are assigned. Hier ergibt sich eine sehr gedrungene Bauart, bei der die Mikro linsen nur geringen Abstand von den Einzelemittern haben, be dingt durch die vergleichsweise große Divergenz des die Ein zelemitter verlassenden Laserlichts. This results in a very stout type in which the microlenses little distance from the individual emitters have, be dingt by the comparatively large divergence of the on zelemitter leaving laser light. Dementsprechend also muß auch der Kollimator sehr dicht an den Mikrolinsen angeordnet sein, was zu der erwähnten kompakten Bauweise in Emissions richtung führt. Accordingly, including the collimator must be placed very close to the microlenses, which leads to the above-mentioned compact design in emission direction.

Der Abstand der Einzelemitter in ihrer Anordnungsebene ist wesentlich größer, als bei den bekannten Laservorrichtun gen. Denen gegenüber ist die hier besprochene Laservorrich tung zweckmäßigerweise so auszubilden, daß der Abstand zwi schen zwei einander benachbarten Einzelemittern im Bereich von 30 bis 300 µm liegt. The spacing of the individual emitters in their plane of arrangement is substantially greater than in the known Laservorrichtun gen. Faced on discussed herein Laservorrich is tung expediently be designed such that the distance Zvi rule two adjacent individual emitters is in the range of 30 to 300 microns.

Trotz der vorbeschriebenen vergleichsweise großen Ab stände zwischen benachbarten Einzelemittern kann es vorteil haft sein, die Mikrolinsen den Einzelemittern nicht direkt benachbart anzuordnen. Despite the comparatively large prescribed from distances between adjacent individual emitters, it may be advantageous to arrange not directly adjacent to the microlenses individual emitters. Eine vorteilhafte Weiterbildung kann dadurch erfolgen, daß zwischen den Einzelemittern und den kollimierenden Mikrolinsen eine zumindest in der Anordnungs ebene der Einzelemitter zwischenabbildende Optikanordnung vorhanden ist. An advantageous further development may be carried out in that one of the individual emitter between imaging optics arrangement planar at least in the array is present between the individual emitters and the collimating microlenses. Mit Hilfe der zwischenabbildenden Optikanord nung kann erreicht werden, daß die Abstandsanordnung der Mi krolinsen im Bezug auf die Einzelemitter weniger kritisch ist. With the help of between imaging Optikanord voltage can be achieved in that the spacing of the Mi krolinsen in terms of individual emitters is less critical. Die Realisierung solcher Optikanordnungen mit geringen Abständen würde sehr hohe mechanische Genauigkeiten erforder lich machen. The realization of such optical arrangements at short distances would make very high mechanical accuracy erforder Lich. Dieser Aufwand wird durch zwischenabbildende Op tikanordnungen vermieden. This effort is avoided by tikanordnungen between imaging Op. Diese zwischenabbildenden Optikan ordnungen können insbesondere auch dazu benutzt werden, daß der Füllfaktor optimiert wird. This can ordinances between imaging Optikan particular also be used to the fact that the filling factor is optimized. Die Belegung des vorhandenen Querschnitts mit Lichtstrahlung kann sicherer beeinflußt wer den, also ohne die Gefahr eines Ineinanderlaufens der Licht strahlen, wenn die Einstellung des Abstands zwischen den Mi krolinsen und den Einzelemittern weniger aufwendig bzw. weni ger kritisch ist. The assignment of the existing cross-section with light radiation can secure influence who to, without the risk of feathering the light beam when the adjustment of the distance between the Mi krolinsen and single emitters is less expensive or LESS critical. Die Kollimation der Lichtstrahlen in der Anordnungsebene der Einzelemitter einerseits und vertikal zur Anordnungsebene andererseits kann räumlich unabhängig vonein ander erzielt werden, so daß sich damit eine höhere Flexibi lität und ein geringerer technischer Aufwand ergibt. The collimation of the light beams in the plane of arrangement of the individual emitter on the one hand, and vertical to the plane of arrangement on the other hand can be obtained regardless spatially vonein other, so that a higher order formality flexibi and lower technical complexity results.

Eine zwischenabbildende Optikanordnung kann den jeweili gen Erfordernissen entsprechend ausgewählt werden. An intermediate imaging optics assembly can be selected according to the jeweili gen requirements. Vorteil haft ist es beispielsweise, die Laservorrichtung so auszubil den, daß die zwischenabbildende Optikanordnung eine telezen trische Zwischenabbildung bewirkt. by way of benefit, it is, for example, trainees, the laser device so that the between the imaging optics arrangement brings about a telezen tric intermediate image.

Eine telezentrische Ausbildung der zwischenabbildenden Optikanordnung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß für die Laservorrichtung eine telezentrisch wirkende Spiegelanordnung vorhanden ist. A telecentric forming the intermediate imaging optics arrangement can for example be achieved in that a telecentric acting mirror assembly is present for the laser device.

Darüber hinaus ist es aber auch möglich, die Laservor richtung so auszubilden, daß eine nichttelezentrisch wirkende Linsenanordnung vorhanden ist. In addition, however, it is also possible to design the Laservor direction that a non-telecentric lens arrangement acting exists.

Die vorbeschriebenen Zwischenabbildungen können unter schiedlich realisiert werden. The above intermediate images can be realized differently. Sie können mit reflektiven, re fraktiven, diffraktiven und/oder brechungsindexverteilten Elementen oder deren Kombinationen erzeugt werden. They can fraktiven with reflective, re, diffractive and / or refractive index-distributed elements or combinations thereof are generated.

Meistens wird es vorteilhaft sein, die Laservorrichtung so auszubilden, daß einer zwischenabbildenden Optikanordnung ein vertikal zur Anordnungsebene wirkender Kollimator vorge schaltet ist. In most cases it will be advantageous to form the laser device so that an intermediate imaging optics assembly, a vertically acting on the plane of arrangement collimator is connected upstream. Die Optikanordnung braucht dann nicht darauf hin ausgelegt werden, eine Divergenz der Lichtstrahlen verti kal zur Anordnungsebene beherrschen zu müssen. The optics assembly then need not be interpreted out a divergence of the light beams verti cal having to master the arrangement plane.

Die Laservorrichtung kann so ausgebildet werden, daß einem Strahlenfeld mit durch eine Optikanordnung optimiertem Füllfaktor Optikelemente nachgeschaltet sind, die das Strah lenfeld einer vorbestimmten Strahlqualität entsprechend in der Anordnungsebene der Einzelemitter und vertikal dazu homo genisieren. The laser device may be formed so that a radiation field are arranged downstream with optimized by an optical fill factor array optical elements Lenfeld a predetermined beam quality in accordance with the plane of arrangement of the individual emitter and vertically to the homo Strah genisieren. Hierdurch wird die Strahlqualität des Gesamt strahls so eingestellt, daß die Gesamtstrahlung für vorbe stimmte Anwendungsbereiche besser verwendet werden kann. In this way, the beam quality of the overall beam is adjusted so that the total radiation for vorbe agreed can be better used applications.

Bevorzugt wird, daß das Mikrolinsenarray mit einem Dia mant-Bearbeitungsverfahren aus Kunststoff hergestellt ist. It is preferred that the microlens array is made with a slide mant processing method of plastic. Als Kunststoffe werden beispielsweise PMMA oder PC einge setzt, aus denen Diamantwerkzeuge anwendende Bearbeitungsver fahren die jeweils erforderlichen Strukturen bzw. Geometrien des Mikrolinsenarrays hergestellen. The plastics as PMMA or PC are sets that make diamond tools-applying Bearbeitungsver drive each necessary structures and geometries of the microlens array hergestellen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die vorne genannt wurde, kann auch dadurch gelöst werden, daß die Dio den als Einzelemitter ausgebildet sind, die zur Entkopplung voneinander mit das Laserlicht in ihrer Anordnungsebene füh renden Strukturen versehen sind und bedarfsweise einen Strah leneintritt in eine Mikrolinsenanordnung aufweisen, die für jeden Einzelemitterstrahl eine ihn in der Anordnungsebene entkoppelnd kollimierende oder divergenzreduzierende Mikro linse aufweist. The object underlying the invention object, which was called the front, can also be solved that the Dio to be formed as a single emitter which füh for decoupling from each other with the laser light in its plane of arrangement Governing structures are provided and if necessary a Strah leneintritt in a microlens array having having a collimating decoupling it in the plane of arrangement or divergenzreduzierende microlens for each individual emitter beam. Die das Laserlicht führenden Strukturen sind beispielsweise Wellenleiter. The laser light carrying structures are, for example waveguide. Sie entkoppeln die Einzelemit ter, indem sie verhindern, daß deren Lichtstrahlen ineinander laufen. They interrupt Einzelemit ter by preventing that its light beams run into each other. In einigen Anwendungsfällen kann es erforderlich sein, die Laservorrichtung zusätzlich so auszubilden, daß die Einzelemitter einen Strahleneintritt in eine Mikrolinsenan ordnung aufweisen, die für jeden Einzelemitterstrahl eine ihn in der Anordnungsebene entkoppelnd kollimierende oder diver genzreduzierende Mikrolinse aufweist. In some cases it may be necessary to additionally form the laser device so that the individual emitter having a radiation entry in a Mikrolinsenan order, which has a him decoupling collimating in the assembly plane or diver genzreduzierende microlens for each individual emitter beam.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispielen erläutert. The invention will be explained with reference to the drawings presented in Darge embodiments. Es zeigt: It shows:

Fig. 1a den typischen Aufbau eines herkömmlichen Dio denlaserbarrens mit einer Vielzahl von Einzel emittern, Fig. Denlaserbarrens emitters 1a typical configuration of a conventional Dio with a plurality of individual,

Fig. 1b die Abstrahlung von Laserlicht des Diodenla serbarrens der Fig. 1a, FIG. 1b, the emission of laser light of the Diodenla serbarrens of Fig. 1a,

Fig. 2a eine Aufsicht auf eine schematisch dargestell te Anordnung einer Laservorrichtung, Fig. 2a shows a top view of a schematic arrangement of a laser device dargestell te,

Fig. 2b die Seitenansicht der Anordnung der Fig. 2a, FIG. 2b shows the side view of the arrangement of FIG. 2a,

Fig. 3a eine Aufsicht auf eine schematische Darstel lung ähnlich Fig. 2a, jedoch mit Detaillierung der Optikanordnung, Fig. 3a shows a plan view of a schematic depicting lung similar to Fig. 2a, but with detailing the optics assembly,

Fig. 3b eine Seitenansicht der Anordnung der Fig. 3a, FIG. 3b is a side view of the arrangement of Fig. 3a,

Fig. 4a eine Aufsicht auf eine Optikanordnung ähnlich Fig. 2a, jedoch mit zwischenabbildender Optik anordnung, FIG. 4a is a plan view of an optical arrangement similar to Fig. 2a, but with arrangement between imaging optics,

Fig. 4b einen Seitenansicht der Fig. 4a, FIG. 4b shows a side view of Fig. 4a,

Fig. 5a eine Aufsicht auf eine schematische Darstel lung einer weiteren Ausführungsform mit zwi schenabbildender Optikanordnung, FIG. 5a is a top view of a schematic depicting lung another embodiment with Zvi's imaging optics assembly,

Fig. 5b eine Seitenansicht der Fig. 5a, Fig. 5b is a side view of Fig. 5a,

Fig. 6a eine Aufsicht auf eine Laseranordnung mit zwi schenabbildender Optikanordnung in einer spe ziellen Ausgestaltung, und FIG. 6a is a plan view of a laser assembly with interim rule imaging optics assembly in a spe cial embodiment, and

Fig. 6b eine Seitenansicht der Laseranordnung der Fig. 6a. Fig. 6b is a side view of the laser assembly of FIG. 6a.

Die Fig. 1a, 1b zeigen jeweils einen Diodenlaserbarren mit einem Grundkörper 22 , der auf seiner Oberfläche zwischen einer Vielzahl von Subarrays 23 jeweils eine Spiegelfacette 24 aufweist. FIGS. 1a, 1b each show a diode laser bar having a main body 22 having on its surface between a plurality of sub-arrays 23 are each a mirror facet 24th Die Subarrays 23 bilden die aktive Schicht des Diodenlaserbarrens und bestehen jeweils aus 10 bis 20 Strei fenemittern oder einem Breitstreifenemitter. Sub-arrays 23 form the active layer of the diode laser bar and are each fenemittern or a broad area emitter of 10 to 20 Stripes. Die Vergrößerung 25 in Fig. 1a zeigt 10 Streifenemitter mit einer Höhe von je weils etwa 1 µm, so daß die aktive Schicht ungefähr 1 bis 2 µm dick ist. The magnification 25 in Fig. 1a shows 10 strips emitter with a height of each weils about 1 micron, so that the active layer is about 1 to 2 microns thick. Jeder Streifenemitter ist etwa 3,5 µm breit und der Teilungsabstand ist etwa 10 µm, so daß die Breite des gesamten Subarrays bei 20 Streifenemittern 200 µm beträgt und im allgemeinen zwischen 50 bis 200 µm liegen kann. Each strip emitter is about 3.5 microns wide and the pitch is about 10 microns so that the width of the entire subarrays at 20 strips emitters is 200 microns, and may be generally between 50 to 200 microns. Die Strei fenbreite einschließlich der Breite der Spiegelfacette 23 be trägt etwa 200 bis 800 µm, so daß sich im allgemeinen die Fig. 1a dargestellten Außenabmessungen ergeben. The Stripes fenbreite be 23 including the width of the mirror facet carries about 200 to 800 microns, so that there are, in general, Figs. Exterior dimensions shown 1a. Dabei stellt die von den Subarrays 23 gebildete Schicht die Anordnungsebe ne dar, also diejenige Ebene, in der sämtliche Einzelemitter parallel zueinander und in dieselbe Richtung z strahlend an geordnet sind. In this case, the layer formed by the sub-arrays 23, the Anordnungsebe ne is, so that plane in which all the individual emitters are arranged parallel to each other and in the same direction for radiantly.

Das Licht der Einzelemitter wird räumlich abgestrahlt, wie in Fig. 1b dargestellt ist. The light from the single emitter is spatially radiated, as shown in Fig. 1b. Es ergeben sich Divergenzen in allen Richtungen x,y quer zur Abstrahlungsrichtung z. This results in differences in all directions x, y transverse to the radiation direction z. Die Di vergenzen in der Fast-Ebene, nämlich senkrecht zum PN-Über gang bzw. zur aktiven Schicht beträgt - wie angegeben - bis zu 90 Winkelgrad. The di convergences in the fast level, namely perpendicular to the pn junction and the active layer is - as indicated - up to 90 degrees of angle. Die Divergenz in der Slow-Ebene, also in der Ebene der aktiven Schicht bzw. der Anordnungsebene be trägt bis zu 10 Winkelgrad. The divergence in the slow-plane, ie in the plane of the active layer or the plane of arrangement contributes be up to 10 degrees of angle. Die Intensitätsverteilung der Laserlichtstrahlung ist in Fig. 1b rechts für die Fast-Ebene angegeben und unten für die Slow-Ebene. The intensity distribution of the laser light is shown in Fig. 1b right for the Fast-level and below for the slow level. Dabei ist davon aus gegangen, daß jeder einzelne Emitter in beiden Ebenen unab hängig von den anderen Emittern Grundmodestrahlung oder Strahlung mit niedriger Modeordnung emittiert. In this case, it is gone out that each individual emitter inde pendent emitted in two planes from the other emitters fundamental mode radiation or radiation having a low mode order.

Für eine einzelne Emittergruppe 23 ist davon auszugehen, daß die geringen Entfernungen von ca. 10 µm zwischen benach barten Einzelemittern Kopplungen zwischen diesen Emittern verursachen. For a single emitter set 23 is to be assumed that the short distances of about 10 microns between Benach disclosed individual emitters cause couplings between these emitters. So ist die Ausgangsstrahlung der Emittergruppe räumlich teilkohärent. Thus, the output radiation of the emitter group is spatially partially coherent. Die Strahlqualität in der PN-Über gangsebene ist 40-fach beugungsbegrenzt (M 2 = 40). The beam quality in the PN junction plane is 40 times diffraction limited (M 2 = 40). In der an deren Ebene ist die Strahlung von fundamentalem Mode. In the to the plane of the radiation of a fundamental mode.

Die nebeneinander angeordneten Emittergruppen 24 emit tieren ebenfalls derart divergent, daß Kopplungen zwischen den Emittergruppen bzw. Subarrays 23 entstehen. The juxtaposed groups emitter 24 emit also animals such divergent, that couplings between the emitter groups or sub-arrays are formed 23rd Bedingt durch die Nebeneinander-Anordnung von Emittergruppen ist die Strahlqualität in der PN-Übergangsebene für einen Diodenla serbarren typischerweise 2000-fach beugungsbegrenzt (M 2 = 2000). Due to the juxtaposition of emitter groups, the beam quality in the PN junction plane is a Diodenla typically serbarren 2000 times diffraction limited (M 2 = 2000).

Betrachtet man als spezifische Leistung C m die Ausgangs leistung geteilt durch das Produkt des Strahlqualitätsfaktors M 2 in den beiden zueinander senkrecht stehenden Richtungen x bzw. y, so ergeben sich folgende Situationen: Is regarded as specific output C m is the output power divided by the product of the beam quality factor M 2 in the two mutually perpendicular directions x and y, then the following situations:

  • 1) Einzelemitter 3,5.1 µm M 2 x .M 2 y = 1 1) Single emitter microns 3,5.1 M 2 .M x 2 y = 1
    P = 250 mW P = 250 mW
    Cm = 0,25 W Cm = 0.25 W
  • 2) eine Emittergruppe M 2 x .M 2 y = 40 2) an emitter group M 2 .M x 2 y = 40
    P = 1 W P = 1 W
    Cm = 0,05 W Cm = 0.05 W
  • 3) Diodenlaserbarren (10 mm.1 µm) 3) diode laser bars (10 mm.1 microns)
    M 2 x .M 2 y = 2000 M 2 x .M y 2 = 2000
    P = 20 W P = 20 W
    Cm = 0,01 W. Cm = 0.01 W.

Aus vorstehenden Daten läßt sich ableiten, daß die spe zifische Leistung konventioneller Emittergruppen um einen Faktor 5 geringer ist, als die eines einzelnen Emitters. From above data it can be deduced that the spe-specific performance of conventional emitter groups is lower by a factor of 5, than that of a single emitter. Bei konventionellen Diodenlaserbarren ist die spezifische Lei stung gegenüber der eines einzelnen Emitters sogar um den Fak tor 25 geringer. In conventional diode laser bars, the specific Lei is stung compared to that of a single emitter even at the Fak gate 25 low. Bei einer Skalierung der Diodenlaserleistung wäre es daher von Vorteil, diese Skalierung so vorzunehmen, daß eine Verringerung der spezifischen Leistung vermieden werden kann. In a scaling of the diode laser performance, it would therefore be advantageous to carry out this scaling so that a reduction in specific power can be avoided.

Die Fig. 2a, b erläutern das Grundprinzip, mit dem eine Entkoppelung der Lichtstrahlen von Einzelemittern erreicht werden kann. The Fig. 2a, b illustrate the basic principle, with the decoupling of the light beams can be achieved by individual emitters. Dargestellt ist ein Diodenbarren 22 mit einem Array 23 , das 6 Einzelemitter 11 aufweist. Shown is a diode bar 22 with an array 23 having 6 single emitter. 11 Jeder Einzelemit ter 11 hat typischerweise eine Dicke von 1 µm senkrecht zur Darstellungsebene und von 3,5 µm in der Darstellungsebene. Each Einzelemit ter 11 typically has a thickness of 1 .mu.m and perpendicular to the plane of 3.5 microns in the representation plane. Zwei Einzelemitter 11 haben zwischen sich einen Abstand D, der typischerweise im Bereich von 30 bis 300 µm liegt. Two individual emitters 11 have between them a distance D which is typically in the range of 30 to 300 microns. Bei einem 30 W-Diodenlaserbarren mit einer Breite von 10 mm be trägt der Abstand D etwa 60 µm. In a 30-W diode laser bars having a width of 10 mm, the distance be D carries about 60 microns.

Die von den Einzelemittern 11 emittierten Lichtstrahlen 10 haben eine Divergenz, die in den Fig. 2a, 2b durch schema tisch dargestellte Kegelquerschnitte symbolisiert wird. The light emitted by the individual emitters 11 light beams 10 have a divergence, which is symbolized in FIGS. 2a, 2b by schematically illustrated tapered cross sections. In Fig. 1b ist die Kegelform perspektivisch dargestellt. In Fig. 1b, the conical shape is shown in perspective. Die Ke gelform veranschaulicht hier eine Vielzahl von Lichtstrahlke geln, die der Anzahl von Subarrays 23 entspricht und deren Strahlungskegel ineinander laufen. The Ke gel form illustrated herein, a plurality of Lichtstrahlke rules corresponding to the number of sub-arrays 23 and their radiation cones run into each other.

Das Licht der Einzelemitter 11 gelangt zu einer Optikan ordnung 24 , welche in nachstehend beschriebener Weise Einfluß auf den weiteren Verlauf der Lichtstrahlen 10 nimmt. The light from the single emitter 11 reaches a proper Optikan 24 which takes influence on the further course of the light rays 10 in the manner described below. Von Be deutung ist zunächst, daß der Abstand D zwischen zwei Einzel emittern 11 so groß gewählt ist, daß jeder Einzelemitter 11 von den anderen Einzelemittern 11 entkoppelt ist. Be of importance is initially that the distance D between two individual emitters 11 is selected such that each individual emitters 11 is decoupled from the other individual emitters. 11 Infolge dessen emittiert jeder Einzelemitter 11 unabhängig von den Strahlungen der anderen Diodenemitter mit Grundmodequalität oder mit niedriger Modeordnung. As a result, each individual emitter 11 emits independently of the radiations of the other diodes emitter base mode quality or low mode order. Bedingt durch die großen Ab stände bzw. Räume weist die Strahlung des Arrays 23 ohne wei tere Führung und Formung des Strahlungsfeldes eine sehr ge ringe Strahlqualität auf und kann somit nicht sinnvoll ver wendet werden. Due to the large Ab stands or rooms, the radiation of the array 23 without wei tere guiding and shaping the radiation field a very ge rings beam quality and thus can not be useful ver turns. Die Intensität jedes Lichtstrahls 10 ist durch die schematischen Kurvenverläufe 25 symbolisiert. The intensity of each light beam 10 is symbolized by the schematic waveforms 25th Die Optik anordnung 24 dient nun der optischen Einflußnahme auf das Strahlungsfeld. The optical arrangement 24 is now the optical influence on the radiation field. Zuerst ist aus Fig. 2a unmittelbar ersicht lich, daß die Strahlen 10 nicht ineinander laufen, weil der Abstand 26 zwischen der Optikanordnung 24 und den Einzelemit tern 11 entsprechend gewählt wurde. First, from FIG. 2 immediately ersicht Lich, that the beams 10 do not run into one another, since the distance 26 between the optical assembly 24 and the Einzelemit was tern 11 chosen accordingly. Die Optikanordnung 24 führt damit offensichtlich zu einer Erhöhung des Füllfaktors der Arraystrahlung in der PN-Übergangsebene bzw. in der An ordnungsebene der Einzelemitter 11 . The optics assembly 24 obviously leads therefore to an increase of the fill factor of the array radiation in the PN junction plane or in an arrangement, the plane of the individual emitters. 11 Darüber hinaus kann die Optikanordnung so ausgebildet werden, daß sie die Strahlqua lität in den beiden Ebenen durch optische Mittel verändert bzw. symmetrisiert, also in der Anordnungsebene bzw. senk recht dazu. Furthermore, the optics assembly may be formed so that they formality the Strahlqua changed or in the two planes by optical means symmetrized, ie in the assembly plane and perpendicular right. Die die Optikanordnung 24 verlassenden Strahlen 10 ' symbolisieren dies durch unterschiedliche Kurven 25 '. The optics assembly 24 exiting jets 10 'symbolize this by different curves 25'. Vor allem ist offensichtlich, daß die Strahlen 10 bzw. 10 ' kolli miert sind. Especially that the beams 10 and 10 'kolli is obvious are mized.

Weil der Füllfaktor jedes 3,5 µm breiten Einzelemitters 11 3,5/D beträgt, also nur 3,5% bei einem Abstand D = 100 µm, kann der Füllfaktor durch die Optikanordnung 24 auf über 90% gesteigert werden, ohne daß die spezifische Leistung wesentlich verringert wird. Because the fill factor of each 3.5 microns wide single emitter 11 is 3.5 / D, which is only 3.5% at a distance D = 100 micrometers, the fill factor can be increased by the optics assembly 24 to more than 90% without the specific performance is greatly reduced.

Die Fig. 3a, 3b zeigen einen Diodenbarren 22 mit einer nachgeordneten Optikanordnung, die aus einem Mikrolinsenarray 17 und einem Kollimator 19 besteht. FIGS. 3a, 3b show a diode bar 22 at a downstream optics assembly, which consists of a micro-lens array 17 and a collimator 19th Wie in Fig. 2a erläutert, ist ein Array 23 mit Einzelemittern 11 vorhanden, deren Strahlen 10 sich jeweils in z-Richtung ausbreiten. As illustrated in Fig. 2a, an array 23 of individual emitters 11 is present, whose rays 10 propagate respectively in the z direction. Infolge der Divergenz vergrößert sich der Querschnitt des Strahls 10 in der PN-Ebene, vergleiche Fig. 3a, und auch in der dazu senkrechten Ebene, vergleiche Fig. 3b. As a result of divergence, the cross section of the beam 10 in the PN level is increased, see Fig. 3a, and also in the plane perpendicular thereto, compare Fig. 3b.

Das Mikrolinsenarray 17 bildet für die Strahlen 10 eine Slow-axis, das heißt sie kollimiert die Einzelstrahlen, die mithin, wie in der Darstellungsebene angedeutet, in der An ordnungsebene parallel zueinander verlaufen. The microlens array 17 forms a slow axis of the beam 10, that is to collimate the individual beams, which therefore, as indicated in the illustration plane, atomic level in the on parallel to each other. Das ist inner halb des Mikrolinsenarrays 17 und rechts vom Kollimator 19 durch entsprechenden Verlauf der Strahlen 10 ' angedeutet. This is intra-half of the microlens array 17 and the right indicated by the collimator 19 by a corresponding path of the beams 10 '. Das Mikrolinsenarray 17 besteht aus einer Vielzahl von Mikrolin sen 16 , wobei jeweils eine Mikrolinse 16 einem Einzelstrahl 10 zugeordnet ist. The microlens array 17 consists of a plurality of Mikrolin sen 16, wherein each microlens 16 is associated with a single beam 10th Jede Mikrolinse 16 kollimiert den Strahl 10 in der PN-Übergangsebene, also in der Darstellungsebene und gemäß Fig. 3b wird auch eine Bündelung des Strahls 10 in der dazu senkrechten Ebene erreicht, also in der Fast-Ebene. Each micro-lens 16 collimates the beam 10 in the PN junction plane, ie in the plane of representation, and according to Fig. 3b, a focusing of the beam 10 is in the plane perpendicular thereto achieved, so in the fast level. Die hauptsächliche Reduzierung der Divergenz in der senkrecht zur PN-Übergangsebene stehenden Ebene, also in der Fast-Ebene bzw. in der auf die Fig. 3b bezogenen Darstellungsebene erfolgt jedoch durch den Kollimator 19 . If the main reduction of the divergence in the direction perpendicular to the PN junction plane plane, ie in the fast-plane or in the Fig. 3b-related presentation layer, however, by the collimator 19th Dieser Kollimator 19 ist eine stabförmige mikrozylindrische Linse, deren Kollima tionswirkung aus der Parallelität der Grenzstrahlen 26 abzu leiten ist. This collimator 19 is a rod-shaped micro-cylindrical lens, the collimation tion effect of the parallelism of the border rays 26 is guided ERS.

Abweichend von der Darstellung in Fig. 3b können die Mi krolinsen 16 bzw. das Mikrolinsenarray 17 und der Kollimator 19 auch einstückig ausgebildet sein. Contrary to the illustration in Fig. 3b, the Mi can krolinsen 16 and the microlens array 17 and the collimator 19 can be also integrally formed. Das betreffende ein stückige Optikelement hat dementsprechend den Einzelemittern 11 in deren Anordnungsebene gekrümmte Segmente bzw. Mikrolin sen 16 und seine Austrittsfläche ist in der Fast-Ebene bzw. The subject a lumpy optical element has, accordingly, the individual emitters 11 in their plane of arrangement curved segments or Mikrolin sen 16 and its exit surface is in the fast-plane or

in der durch die Koordinaten y und z aufgespannten Ebene mi krozylindrisch gekrümmt. krozylindrisch curved in the z and y coordinates by the plane spanned mi.

Die vorgenannten Linsenelemente sind refraktive Linsen elemente. The aforementioned lens elements are elements refractive lenses. Deren Funktionen können auch durch geeignete Gra dientindexlinsen, diffraktive oder reflektive Elemente oder deren Kombinationen erfüllt werden. Their functions can serve index lenses by suitable Gra, diffractive or reflective elements, or combinations thereof are met. In jedem Fall ist wich tig, daß die Anordnung die Kollimation der einzelnen Strahlen 10 vor einem Ineinanderlaufen bewirkt. In any case, wich is tig that the arrangement causes the collimation of individual beam 10 in front of a running together. Zugleich muß die Op tikanordnung 24 so ausgebildet werden, daß der Füllfaktor der kollimierten Strahlen 10 ' optimiert ist, zumindest in Bezug auf eine der Hauptebenen, beispielsweise in Bezug auf die An ordnungsebene der Einzelemitter 11 . At the same time Op must tikanordnung 24 are formed such that the filling factor of the collimated beams is optimized 10 ', at least with respect to one of the main planes, for example with respect to the ordering plane to the individual emitters. 11

Für einen 30-W-Diodenlaserbarren mit einer Breite 10 mm beträgt der Abstand zwischen zwei Einzelemittern 11 etwa 60 µm. For a 30 W diode laser bars with a width of 10 mm, the distance between two individual emitters 11 is approximately 60 microns. Jeder Einzelemitter 11 hat eine typische numerische Apertur in der Anordnungsebene der Einzelemitter von etwa 0,2. Each individual emitters 11 has a typical numerical aperture in the plane of arrangement of the individual emitters of about 0.2. Daraus resultiert, daß die Fokuslänge der Mikrolinsen 16 und somit ihre Entfernung bzw. die Entfernung E des Mikrolin senarrays 17 von dem Diodenlaserbarren 22 nur 150 µm beträgt. As a result, the focal length of the microlenses 16, and thus their distance or the distance E of the Mikrolin senarrays is 17 from the diode laser bar 22 is only 150 microns. Für die Realisierung solcher Optikanordnungen sind mechani sche Techniken erforderlich, die sich nur mit extrem hohen Genauigkeiten durchführen lassen. mechanical-specific techniques are required for the realization of such optical assemblies that can be performed only with extremely high accuracy. Es ist daher wünschenswert, die technischen Anforderungen an die Genauigkeit zu reduzie ren. Hierzu wird vorgeschlagen, die Optikanordnung zwischen abbildend zu gestalten. It is desirable, therefore, the technical requirements for the accuracy reduzie reindeer. To this end, it is proposed to make the optical arrangement between mapping. Die nachgeschaltete Zwischenabbildung bildet die Einzelemitter 11 in einer Bildebene 27 ab, die von dem Diodenbarren 22 entfernt angeordnet sein kann. The downstream intermediate image forms the individual emitters 11 in an image plane 27 which may be located away from the diode bars 22nd

Fig. 4a, 4b zeigen eine zwischenabbildende Optikanordnung 24 mit nachgeschaltetem Mikrolinsenarray 17 . Fig. 4a, 4b show an intermediate imaging optics assembly 24 having a downstream microlens array 17. Die Optikanord nung 24 bildet in einer Bildebene 27 ab, die sich hinter dem Mikrolinsenarray 17 befindet. The voltage Optikanord 24 depicts in an image plane 27 which is located behind the microlens array 17th Während das Mikrolinsenarray 17 der Fig. 3a, 3b konvexe Mikrolinsen 16 hat, sind die Mikrolin sen 16 des Mikrolinsenarrays 17 der Fig. 4a, 4b konkav. While the microlens array 17 of Fig. 3a, 3b convex micro lenses 16 has the Mikrolin are sen 16 of the microlens array 17 of Fig. 4a, 4b concave. Sie be wirken in ähnlicher Weise eine Kollimation der Einzelstrahlen 10 ' und sind in einer vergrößerten Entfernung E zu den Ein zelemittern 11 angeordnet, die in Größenordnungen größer ist, als die in Fig. 3a angegebene Entfernung E. Daher entfallen extrem hohe Genauigkeiten und der Füllfaktor kann trotzdem im gewünschten Umfang optimiert werden. They be act in a similar manner, a collimation of the individual jets 10 'and 11 are arranged, which is greater in magnitude than the 3a shown in Fig. Distance E. Thus omitted extremely high accuracies and the fill factor in an increased distance E zelemittern to the A still can be optimized to the desired extent. Die Zwischenabbildung durch die Optikanordnung 24 kann unterschiedlich realisiert werden. The intermediate image through the optics assembly 24 may be realized in different ways. Es können reflektive, refraktive, diffraktive und/oder brechungsindexverteilte Elemente oder deren Kombinatio nen zum Einsatz kommen. It can be used reflective, refractive, diffractive and / or refractive index distributed elements or their combination Natio nen.

Für die Ausbildung und Anwendung der zwischenabbildenden Optikanordnung 24 ist es vorteilhaft, wenn die Laserstrahlung bzw. die Lichtstrahlen 10 der Einzelemitter 11 in der Fast- Ebene, also senkrecht zur Anordnungsebene der Einzelemitter 11 kollimiert bzw. divergenzreduziert werden, bevor die Ein zelstrahlen 10 der Optikanordnung 24 zugeführt werden. For the formation and application of between imaging optics arrangement 24, it is advantageous if the laser beam or the light beam 10 of the individual emitters 11 in fast level, ie perpendicular to the plane of arrangement of the individual emitter 11 be collimated or divergence reduced before the A zelstrahlen 10 of the optics assembly 24 are supplied. Diese Kollimation ergibt sich aus Fig. 4b, in der ein Kollimator 19 im Querschnitt dargestellt ist. This collimation is shown in FIG. 4b, in which a collimator 19 is shown in cross section. Es ist ersichtlich, daß sich die Kollimation senkrecht zur PN-Übergangsebene in einer fla chen Ausbildung der Optikanordnung 24 und des Mikrolinsen arrays 17 auswirken kann. It is seen that the collimation is perpendicular to the arrays PN junction plane in a fla surfaces forming the optical assembly 24 and the micro lenses 17 may be affected.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer telezentrisch wir kenden Optikanordnung 24 ist in den Fig. 6a, 6b dargestellt. A preferred embodiment of a telecentric we kenden optics assembly 24 is shown in FIGS. 6a, 6b. Eine Spiegelanordnung bewirkt eine telezentrische Zwischenab bildung mit einer Vergrößerung von etwa 1. Es sind die Strah lengänge zweier Einzelstrahlen 10 von Einzelemittern 11 dar gestellt. A mirror arrangement causes a telecentric interim financial education at a magnification of about 1. It is the Strah beam paths of two individual beams 10 of individual emitters 11 is provided. Die Einzelstrahlen gelangen nach einer Kollimation senkrecht zur Anordnungsebene der Einzelemitter 11 zu einem ersten reflektiven Spiegel 28 , von dessen konkaver Spiegel fläche 28 ' die Laserstrahlung einer konvexen Spiegelfläche 29 ' eines zweiten Spiegels 29 zugeführt wird, der gleich achsig mit dem ersten Spiegel 28 angeordnet ist und infolge dessen die Laserstrahlung dem Spiegel 28 wieder zuleitet, der die Laserstrahlung einem Mikrolinsenarray 17 zustrahlt. Is the individual beams pass after a collimation perpendicular to the plane of arrangement of the individual emitter 11 to a first reflective mirror 28, surface 28 of the concave mirror 'the laser radiation of a convex mirror surface 29' of a second mirror 29 is supplied, which is arranged in the same axis to the first mirror 28 and as a result, the laser radiation to the mirror 28 feeds back the zustrahlt the laser radiation a microlens array 17th Es ist aus der Fig. 6a ersichtlich, daß eine Strahlformung er folgt, bei der die Strahlquerschnitte auf die Abmessungen der Mikrolinsen 16 abgestimmt sind, so daß sich die aus Fig. 6a ersichtliche Kollimierung der Einzelstrahlen 10 ' ergibt. It is seen from the FIG. 6a that an beam shaping it follows, in which the beam cross-sections are adapted to the dimensions of the microlenses 16, so that the apparent 6a collimation of the individual beams 10 seen in FIG. '. Ein wesentliches Ineinanderlaufen der Einzelstrahlen 10 kann durch im einzelnen nicht dargestellte Ausgestaltungen und Be messungen der Spiegel 28 , 29 vermieden werden. A significant feathering of the individual beams 10 can not be shown in detail configurations and loading measurements of the mirror 28, to avoid the 29th

Die Fig. 5a, 5b zeigen, wie eine Optikanordnung 24 mit einer nicht telezentrischen Linsenanordnung ausgebildet wer den kann. The Fig. 5a, 5b show how an optics assembly 24 is formed with a non-telecentric lens arrangement who can the. Ein aus einem Einzelemitter austretender Licht strahl wird zunächst mit einem Kollimator 19 als Fast-axis in der zugehörigen Fast-Ebene kollimiert, also senkrecht zur An ordnungsebene der Einzelemitter 11 , wie Fig. 5b zeigt. An emerging from a single emitter light beam is first collimated with a collimator 19 as the fast axis in the associated Fast level, ie perpendicular to an arrangement, the plane of the individual emitters 11, as Fig. 5b shows. Dem Kollimator 19 nachgeordnet ist eine Abbildungsoptik 30 , die mit einer speziellen Linse 31 zusammenwirkt, deren Eintritts fläche 32 wie eine Facettenlinse wirkt und deren Austritts fläche als Mikrolinsenarray 17 mit einer Vielzahl von Mikro linsen 16 konfiguriert ist. Downstream of the collimator 19 is an imaging optical system 30, which cooperates with a special lens 31, the inlet surface 32 acts like a fly-eye lens and the exit surface as a microlens array 17 having a plurality of microlenses 16 is configured. Mit der Facettenlinse 31 erfolgt eine Abbildung auf die Bildebene 27 . With the fly's eye lens 31, a figure on the image plane 27 takes. Eine Alternative zu der Facettenlinse ist eine Fresnellinse. An alternative to the eye lens is a Fresnel lens. Mit dieser nicht tele zentrischen Linsenanordnung wird ebenfalls erreicht, daß Ein zelstrahlen kollimiert sind, und zwar in z-Richtung, auch senkrecht zur Anordnungsebene der Einzelemitter 11 . This non-telecentric lens arrangement is also achieved that a zelstrahlen are collimated, in the z-direction and perpendicular to the plane of arrangement of the individual emitter. 11 Auch in diesem Fall sind die Mikrolinsen 16 in einer Entfernung E vom Diodenbarren 22 entfernt, die es nicht erforderlich macht, Herstellungstechniken mit extrem hohen Genauigkeiten einzu setzen. Also in this case, the microlenses 16 are removed at a distance E from the diode bars 22, which makes it unnecessary einzu manufacturing techniques with extremely high accuracies set.

Ein Strahlungsfeld eines Emittersarrays mit erhöhtem Füllfaktor, wie es beispielsweise durch die mit 10 ' bezeich neten Einzelstrahlen symbolisiert wird, weist unterschiedli che Strahlqualitätsfaktoren in den beiden senkrecht zueinan der stehenden x,y-Ebenen auf. A radiation field of an emitter array with a higher fill factor, as symbolized for example by the designated with 10 'Neten individual beams, has differing che beam quality factors in the two perpendicular zueinan the property x, y planes. Für viele Anwendungen, wie zum Beispiel Fasereinkopplung und Endpumpen von Festkörperlasern, ist diese Art von Strahlung ungeeignet. For many applications, such as fiber coupling and end-pumping of solid state lasers, this type of radiation is not appropriate. Dazu muß die Strahl qualität in den beiden Ebenen homogenisiert werden. For this, the beam must be homogenized quality in the two planes. Hierzu wird dem Strahlungsfeld eine Optikanordnung zur Anpassung und Homogenisierung der Strahlqualität nachgeschaltet. For this purpose, the radiation field optics arrangement to adapt and homogenize the beam quality downstream. Diese Op tikanordnung hat die Aufgabe, das Strahlungsfeld in geeigne ter Weise zu gruppieren und umzuordnen, so daß über den Ge samtstrahlquerschnitt eine gewünschte Strahlqualität in bei den Richtungen eingestellt werden kann, also in der Anord nungsebene der Einzelemitter und vertikal dazu. These Op tikanordnung has the task of grouping the radiation field in geeigne ter manner and rearrange so that over the Ge samtstrahlquerschnitt a desired beam quality in the directions can be set, so in the Anord-voltage level of the single emitter and vertically thereto. Eine bei spielsweise Optikanordnung kann als Treppenspiegelpaar, als zwei planparallele Platten und anderes realisiert werden. A game as in optics assembly than two plane-parallel plates and other can be realized as stairs pair of mirrors.

Der Hauptvorteil von Diodenbarren bzw. Laservorrichtun gen, die wie vorbeschrieben ausgebildet sind, ist eine maxi male Ausnutzung der gesamten Laservorrichtung. The main advantage of diode bars or Laservorrichtun gene, which are formed as described above, is a maxi male utilization of the entire laser device. Es erfolgt eine Ausnutzung derart, daß die Diodenlaser als Ersatz von lampengepunkten Festkörperlasern auch zum Schneiden und zum Schweißen von Metallen verwendet werden können. There is an advantage such that the diode lasers can be used as a substitute of lampengepunkten solid state lasers also for cutting and welding metals. Das ergibt sich durch den folgenden Vergleich mit kommerziell verfügba ren lampengepumpten Festkörperlasern, die zum Beispiel eine Leistung von 3000 W bei einem Strahlqualitätsfaktor von M 2 = 100 haben. The results from the following comparison with commercially Products Available ren lamp-pumped solid-state lasers, for example, have a power of 3000 W with a beam quality factor of M2 = 100th Damit ergibt sich eine spezifische Leistung von C m = 3000 W/100.100 = 0,3 W. Die spezifische Leistung eines Einzelemitters beträgt C m = 0,25 W, ist also nur wenig geringer, als die spezifische Leistung eines herkömmlichen Festkörperlasers. This results in a specific output of C m = 3000 W / 100,100 = 0.3 W. The specific power of a single emitter is C m = 0.25 W, that is only slightly less than the specific performance of a conventional solid state laser. Ein gemäß der Erfindung optimierter Dioden laserbarren bzw. eine mit solchen Barren hergestellte Laser vorrichtung hat, wenn sie ohne Strahlqualitätsverlust arbei tet, also ebenfalls eine spezifische Leistung von 0,25 W. Trotz der Erfindung auftretende unvermeidbare Verluste, die die spezifische Leistung verringern, lassen sich jedoch durch Polarisations-Multiplexing und Wellenlängen-Multiplexing auf fangen. A laser bar according to the invention optimized diodes and has a laser bars made with such apparatus when processing without loss of beam quality, tet therefore also be a specific power of 0.25 W. In spite of the inevitable losses occurring invention, which reduce the specific power, However, by polarization multiplexing and wavelength division multiplexing field. Mittels einer Kopplung der Diodenlaser durch Polari sation und/oder Wellenlänge kann die spezifische Leistung ausreichend gesteigert werden. By means of a coupling of the diode laser by Polari sation and / or wavelength, the specific power can be increased sufficiently.

Claims (15)

  1. 1. Laservorrichtung mit einer Vielzahl Laserlicht vorzugs weise niedriger Modenordnung emittierender Dioden, die in einer Anordnungsebene mit Abstand zueinander parallel angeordnet sind und deren Lichtstrahlen ( 10 ) vertikal zur Anordnungsebene voneinander kollimiert oder diver genzreduziert sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Dioden als Einzelemitter ( 11 ) ausgebildet sind und zur Entkopplung voneinander in der Anordnungsebene einen Ab stand (D) voneinander aufweisen, mit dem ein Ineinander laufen der Strahlen ( 10 ) dieser Einzelemitter ( 11 ) in der Anordnungsebene praktisch vermieden ist, bevor ein Strahleneintritt in eine Mikrolinsenanordnung erfolgt, die für jeden Einzelemitterstrahl ( 10 ) eine ihn in der Anordnungsebene kollimierende oder divergenzreduzierende Mikrolinse ( 16 ) aufweist. Preference 1. Laser apparatus comprising a plurality of laser light as a low mode order emitting diodes which are arranged in an array plane at a distance parallel to each other and whose light beams (10) vertically collimated to the plane of arrangement from one another or are genzreduziert diver, characterized in that the diodes as a single emitter (11 ) are formed and for decoupling from each other in the plane of arrangement a From stand (D) from one another, with which run into one another of the beams (10) of the individual emitters (11) in the plane of arrangement is practically avoided, before a radiation entry takes place in a microlens array, the for each individual emitter beam (10) comprises a collimating it in the plane of arrangement or divergenzreduzierende microlens (16).
  2. 2. Laservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß jede Mikrolinse ( 16 ) in einer Entfernung (E) vom Einzelemitter ( 11 ) angeordnet ist, die einen ma ximalen Füllfaktor in der Anordnungsebene bei entkoppel ten Einzelemitterstrahlen ( 10 ) einzustellen erlaubt. 2. A laser device according to claim 1, characterized in that each micro-lens (16) at a distance (E) from the single emitter (11) is arranged which allows to set a ma imum fill factor in the array plane at decoupling th individual emitter radiation (10).
  3. 3. Laservorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Vielzahl von Mikrolinsen ( 16 ) zu einem Mikrolinsenarray ( 17 ) baulich vereint sind und in der Anordnungsebene gekrümmte Linsenflächen aufwei sen. 3. A laser device according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of microlenses (16) to a micro-lens array (17) are combined structurally and in the plane of arrangement curved lens surfaces aufwei sen.
  4. 4. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Mikrolinsen ( 16 ) den Einzelemittern ( 11 ) direkt benachbart angeordnet sind und einem in Strahlungsrichtung (z) direkt benachbarten, bedarfsweise mit den Mikrolinsen ( 16 ) einstückigen und vertikal zur Anordnungsebene wirkenden Kollimator ( 19 ) zugeordnet sind. -Piece 4. A laser device according to any one of claims 1 to 3, as characterized by, that the microlenses (16) are arranged adjacent to the individual emitters (11) directly and immediately adjacent one in the radiation direction (z), as required with the micro-lenses (16) and vertically acting to the plane of arrangement of the collimator (19) are assigned.
  5. 5. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß der Abstand (D) zwischen zwei einander benachbarten Einzelemittern ( 11 ) im Be reich von 30 bis 300 µm liegt. 5. Laser device according to one of claims 1 to 4, characterized by that, that the distance (D) between two adjacent individual emitters (11) is Be ranging from 30 to 300 microns.
  6. 6. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß zwischen den Einzelemittern ( 11 ) und den kollimierenden Mikrolinsen ( 16 ) eine zumin dest in der Anordnungsebene der Einzelemitter ( 11 ) zwi schenabbildende Optikanordnung ( 24 ) vorhanden ist. 6. A laser device according to any one of claims 1 to 5, as characterized by that between the individual emitters (11) and the collimating microlenses (16) at least in the plane of arrangement of the individual emitters (11) Zvi's imaging optics assembly (24) is present.
  7. 7. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die zwischenabbildende Op tikanordnung ( 24 ) eine telezentrische Zwischenabbildung bewirkt. 7. A laser device according to any one of claims 1 to 6, as characterized by that the intermediate imaging Op tikanordnung (24) causes a telecentric intermediate image.
  8. 8. Laservorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß eine telezentrisch wirkende Spiegelanord nung ( 20 ) vorhanden ist. 8. A laser device according to claim 7, characterized in that a telecentric acting Spiegelanord voltage (20) is present.
  9. 9. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß eine nichttelezentrisch wirkende Linsenanordnung ( 21 ) vorhanden ist. 9. A laser device according to any one of claims 1 to 8, as characterized by, that a non-telecentric lens acting assembly (21) is present.
  10. 10. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß einer zwischenabbildenden Optikanordnung ein vertikal zur Anordnungsebene wirken der Kollimator ( 19 ) vorgeschaltet ist. 10. A laser device according to any one of claims 1 to 9, as characterized by, that an intermediate imaging optics arrangement is preceded by a vertically to the plane of arrangement of the collimator (19) act.
  11. 11. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß einem Strahlenfeld mit durch eine Optikanordnung ( 24 ) optimiertem Füllfaktor Optikelemente nachgeschaltet sind, die das Strahlenfeld einer vorbestimmten Strahlqualität entsprechend in der Anordnungsebene der Einzelemitter und vertikal dazu ho mogenisieren. 11. A laser device according to any one of claims 1 to 10, as characterized by, that a radiation field through an optical assembly (24) optimized fill factor optical elements downstream of which to mogenisieren the radiation field of a predetermined beam quality in accordance with in the plane of arrangement of the individual emitter and vertically ho.
  12. 12. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß das Mikrolinsenarray ( 17 ) mit einem Diamant-Bearbeitungsverfahren aus Kunststoff hergestellt ist. 12. A laser device according to any one of claims 1 to 11, as characterized by, that the microlens array (17) is made with a diamond working method of plastics.
  13. 13. Laservorrichtung mit einer Vielzahl Laserlicht vorzugs weise niedriger Modenordnung emittierender Dioden, die in einer Anordnungsebene mit Abstand zueinander parallel angeordnet sind und deren Lichtstrahlen ( 10 ) vertikal zur Anordnungsebene voneinander kollimiert oder diver genzreduziert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden als Einzelemitter ( 11 ) ausgebildet sind, die zur Entkopplung voneinander mit das Laserlicht in ihrer An ordnungsebene führenden Strukturen versehen sind und be darfsweise einen Strahleneintritt in eine Mikrolinsenan ordnung aufweisen, die für jeden Einzelemitterstrahl ( 10 ) eine ihn in der Anordnungsebene entkoppelnd kolli mierende oder divergenzreduzierende Mikrolinse ( 16 ) auf weist. 13. preferential laser device having a plurality of laser light as a low mode order emitting diodes which are arranged in an array plane at a distance parallel to each other and whose light beams (10) vertically collimated to the plane of arrangement from one another or are genzreduziert diver, characterized in that the diodes as a single emitter (11 ) are formed separated from each other ordering plane for decoupling with the laser light in its on carrying structures are provided and be allowed as a beam entering a Mikrolinsenan proper comprise the (for each individual emitter beam 10) is a decoupling it kolli minimizing in the plane of arrangement or divergenzreduzierende microlens (16 ) having.
  14. 14. Die Verwendung einer Mikrolinsenanordnung zum entkop pelnd erfolgenden Kollimieren oder Divergenzreduzieren von Einzelemitterstrahlen ( 10 ) einer vorzugsweise einer Werkstückbearbeitung dienenden Laservorrichtung, deren einander parallele Einzelemitter ( 11 ) zur Entkopplung voneinander in einer Anordnungsebene mit Abstand (D) voneinander angeordnet werden, und denen jeweils eine Mikrolinse ( 16 ) in einer Entfernung zugeordnet ist, die einen maximalen Füllfaktor der Einzelemitterstrahlen ( 10 ) in der Anordnungsebene der Einzelemitter ( 11 ) be wirkt. 14. The use of a microlens array to entkop pelnd taking place collimating or divergence reducing individual emitters beams (10) of a preferably serving a workpiece machining laser device, the mutually parallel individual emitters (11) are arranged for decoupling from each other in an arrangement plane at a distance (D) from each other and each of which a microlens (16) is associated at a distance, which acts a maximum fill factor of the individual emitter radiation (10) in the plane of arrangement of the individual emitters (11) be.
  15. 15. Die Verwendung von einander parallelen Einzelemittern ( 11 ) mit ihr Laserlicht in ihrer Anordnungsebene führen den Strukturen zum entkoppelnd erfolgenden Kollimieren oder Divergenzreduzieren von Einzelemitterstrahlen ( 10 ) einer vorzugsweise einer Werkstückbearbeitung dienenden Laservorrichtung. 15. The use of mutually parallel individual emitters (11) with its laser light into its plane of arrangement of the lead structures for decoupling taking place collimating or divergence reducing individual emitters beams (10) of a preferably serving a workpiece machining laser device.
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