DE19948889C1 - Vorrichtung zur Symmetrierung der Strahlung von linearen optischen Emittern und Verwendung der Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Symmetrierung der Strahlung von einem oder von mehreren linearen optischen Emittern vorgeschlagen. Die Vorrichtung besitzt pro Emitter 1, 1a, 1b jeweils eine Zylinderlinsenoptik 2, 2a, 2b mit einer oder mehreren Zylinderlinsen, welche jedes Strahlbündel in der y-Richtung kollimieren, wobei durch eine Drehung von mindestens einer der Zylinderlinsen um die z-Achse oder durch Vorsehen eines diskontinuierlichen Ablenkelementes jedes Strahlbündel mit unterschiedlichen Anlenkwinekln in der y-Richtung abgelenkt wird. Die Vorrichtung enthält weiterhin eine Direktor-Kollimator-Optik 3, welche jedes Strahlbündel in der x-Richtung kollimiert und mit unterschiedlichen Ablenkwinkeln ablenkt, so daß die Hauptstrahlen der einzelnen Strahlbündel in x-Richtung in einem definierten Abstand vom Emitter zusammenfallen und in y-Richtung parallel verlaufen. Schließlich weist die Vorrichtung eine Redirektor-Optik 4 auf, welche die durch die Direktor-Kollimator-Optik 3 verursachte Ablenkung der Strahlbündel in x-Richtung kompensiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Symme­ trierung der Strahlung von einem oder mehreren line­ aren optischen Emittern, insbesondere Breitstreifen­ laserdioden, welche in einer zur Abstrahlrichtung z senkrechten x-Richtung infinitesimal dicht beieinan­ der liegende Strahlenbündel aufweisen und deren Strahlung in bezug auf die x-Richtung und eine zur x- Richtung und zur z-Richtung senkrechten y-Richtung unsymmetrisch ist.

Bei unsymmetrischen optischen Emittern tritt das Pro­ blem auf, daß auch die Ausgangsstrahlung unsymme­ trisch ist. Für eine Vielzahl von Anwendungen derar­ tiger optischer Emitter ist es jedoch wünschenswert, eine möglichst symmetrische Ausgangsstrahlung zur Verfügung zu haben. Aus diesem Grunde werden Vor­ richtungen zur Symmetrierung der Strahlung unsym­ metrischer optischer Emitter benötigt.

Aus der DE 196 45 150 ist eine Vorrichtung zur Sym­ metrierung der Strahlung einer aus einer Vielzahl se­ parater Emitter aufgebauten Lichtquelle bekannt. Bei der Lichtquelle handelt es sich um ein Laserdioden- Bar, welches eine Vielzahl einzelner Laserdioden ent­ hält. Die Symmetrierungsvorrichtung besteht aus einer um die optische Achse gedrehten Zylinderlinse, einer Direktionsoptik zur Ablenkung der Strahlbündel der einzelnen Laserdioden, einer Redirektionsoptik zur Kompensierung der Ablenkung der Direktionsoptik sowie einer nachfolgenden Kollimationsoptik.

Aus der DE 198 20 154 ist eine Vorrichtung zur Symme­ trierung der Strahlung eines oder mehrerer Laser­ dioden-Bars bekannt, welche eine Zylinderlinsenoptik, zwei kontinuierliche Winkeltransformationselemente mit zwischengeschalteten Fourier-Transformations­ anordnung zur Umordnung der Strahlbündel sowie eine Fokussiereinrichtung umfaßt. Nachteilig ist die auf­ wendige Herstellung der Winkeltransformationsanord­ nung.

Neben den aus der DE 196 45 150 und der DE 198 20 154 bekannten Laserdioden-Bars gewinnen sogenannte Breitstreifenlaserdioden, dies sind Laserdioden mit einem einzigen, breiten Emitter, in zunehmendem Maße an Bedeutung. Die geometrische Abmessung der abstrah­ lenden Fläche des Emitters liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 50 µm × 1 µm bis etwa 500 µm × 1 µm.

Die Ausgangsstrahlung derartiger Breitstreifenlaserdioden ist extrem unsymmetrisch. In der xz-Ebene (slow axis), die aus einer Achse in Richtung der breiten Dimension der abstrahlenden Fläche (x-Achse) und einer Achse parallel zur Abstrahlrichtung (z- Achse) gebildet wird, entspricht die Divergenz der Ausgangsstrahlung einer numerischen Apertur von etwa 0,1. In der auf der xz-Ebene senkrecht stehenden yz- Ebene (fast axis) besitzt die Ausgangsstrahlung eine wesentlich größere Divergenz, entsprechend einer nu­ merischen Apertur von etwa 0,5.

Aufgrund der in den beiden Ebenen unterschiedlichen Divergenzen und Abmessungen ist die Strahlqualität der Ausgangsstrahlung und damit auch die Fokussier­ barkeit in den beiden Ebenen sehr unterschiedlich. Als Maß für die Strahlqualität kann das Strahlpro­ dukt, welches als das Produkt der abstrahlenden Flä­ che und der Divergenz der Ausgangsstrahlung definiert ist, verwendet werden. Das Verhältnis der Strahlpro­ dukte von yz-Ebene zu xz-Ebene liegt je nach Breite der abstrahlenden Fläche bei Breitstreifenlaserdioden im Bereich bis etwa 1 : 100. Auch der Einsatz von Breitstreifenlaserdioden erfordert somit die Verwen­ dung optischer Systeme zur Strahlsymmetrierung.

Aus der WO 96/02013 ist eine Vorrichtung zur Symme­ trierung der Strahlung von Breitstreifenlaserdioden bekannt, welche mit Hilfe eines Prismensystemes das bereits kollimierte Ausgangsbündel einer Breitstrei­ fenlaserdiode entlang deren breiten Dimension in meh­ rere einzelne Strahlbündel zerteilt und diese Strahl­ bündel übereinander stapelt. Nachteilig bei dieser Symmetrierungsvorrichtung ist die Kompliziertheit der Prismenanordnung und die fehlende Möglichkeit zur Mi­ niaturisierung.

Aus der WO 95/15510 ist eine weitere Vorrichtung zur Symmetrierung der Strahlung von Breitstreifenlaser­ dioden bekannt, bei welcher die Ausgangsstrahlung der Laserdiode ein System aus zwei schwach zueinander ge­ neigten hochreflektierenden Flächen derart durch­ läuft, daß sich im Ausgang der Vorrichtung eine sym­ metrisierte Rekonfiguration des Laserdiodenbündels ergibt. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist der ho­ he Justieraufwand des Gesamtsystems und der hohe Auf­ wand, welcher mit einer Miniaturisierung des Systemes verbunden wäre.

Ausgehend von den Nachteilen des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zur Symmetrierung der Strahlung linearer op­ tischer Emitter anzugeben, welche aus vergleichsweise einfach herzustellenden mikrooptischen Komponenten besteht und einer kostengünstigen Miniaturisierung zugänglich ist. Weiterhin sollten mit der Symmetrie­ rung einhergehende Strahldichten-Einbußen möglichst gering gehalten werden und gute Abbildungs­ eigenschaften gewährleistet werden. Aufgabe ist wei­ terhin, bevorzugte Verwendungen für eine derartige Vorrichtung anzugeben.

Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch Verwendungen gemäß den An­ sprüchen 20 und 21. Die Unteransprüche betreffen vor­ teilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er­ findung.

Die Ausgangsstrahlung eines linearen optischen Emit­ ters, d. h. eines Linienemitters, läßt sich durch eine lineare Anordnung von einzelnen, in einer zur Ab­ strahlrichtung z senkrechten Richtung x infinitesimal dicht beieinanderliegenden Strahlbündel in der xz- Ebene mit telezentrischen Hauptstrahlen beschreiben. Erfindungsgemäß wird zur Symmetrierung der Aus­ gangsstrahlung eine Vorrichtung vorgeschlagen, welche pro Emitter jeweils eine Zylinderlinsenoptik, welche eine oder mehrere Zylinderlinsen enthalten kann, auf­ weist. Die Zylinderlinsen bewirken eine Kollimation jedes Strahlbündels in der yz-Ebene. Zumindest eine der Zylinderlinsen kann um die optische Achse (z- Achse) gedreht sein, um derart jedes Strahlenbündel mit unterschiedlichen Ablenkwinkeln in der y-Richtung abzulenken. Alternativ zur Drehung mindestens einer der Zylinderlinsen kann die Ablenkung in der y-Rich­ tung auch durch ein separates diskontinuierliches Ab­ lenkelement bewerkstelligt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält weiterhin eine Direktor-Kollimator-Optik, welche jedes Strah­ lenbündel in der x-Richtung kollimiert und mit unter­ schiedlichen Ablenkwinkeln in der x-Richtung und der y-Richtung ablenkt. Die Ablenkung geschieht derart, daß die Hauptstrahlen der einzelnen Strahlbündel in der x-Richtung in einem definierten Abstand vom Emit­ ter zusammenfallen und in der y-Richtung parallel verlaufen.

Schließlich weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Redirektor-Optik auf, welche die durch die Di­ rektor-Kollimator-Optik verursachte Ablenkung der Strahlbündel in der x-Richtung kompensiert, wodurch das Strahlprodukt in der xz-Ebene verringert wird, während es sich in der yz-Ebene vergrößert. Die un­ symmetrische Ausgangsstrahlung des linearen Emitters wird so in eine weitgehend kollimierte Strahlung mit annähernd rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt transformiert. Die Strahlprodukte in der yz-Ebene und in der xz-Ebene werden auf diese Weise aneinander angeglichen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Symmetrierung der Strahlung eines linearen optischen Emitters be­ sitzt gegenüber den bekannten Vorrichtungen den Vor­ teil, daß sie lediglich aus Baugruppen besteht, wel­ che kostengünstig herstellbar und miniaturisierbar sind. Auch weist die Vorrichtung einen vergleichs­ weise geringen Justieraufwand auf. Gegenüber den be­ kannten Vorrichtungen zur Symmetrierung der Strahlung eines Laserdioden-Bars weist die Erfindung eine deut­ liche Reduzierung von Abbildungsfehlern auf, welche auf die günstigere Anordnung von Kollimationsoptik, Direktionsoptik und Redirektionsoptik zurückzuführen ist.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und den nachfolgend skizzierten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in der xz- und yz-Ebene mit den jeweiligen Strahlen­ gängen,

Fig. 2 die optischen Strahlengänge in den beiden Ebenen für ein einzelnes, in der Mitte der abstrahlenden Fläche des Emitters angeord­ netes Strahlbündel,

Fig. 3 die optischen Strahlengängen in den beiden Ebenen für ein einzelnes, im Außenbereich der abstrahlenden Fläche des Emitters ange­ ordnetes Strahlbündel,

Fig. 4 den schematischen Aufbau eines Redirektors und

Fig. 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung zur An­ kopplung eines Stapels von linearen Emit­ tern an eine Lichtleitfaser in der xz- und yz-Ebene mit den jeweiligen Strahlengängen.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Vor­ richtung zur Symmetrierung der Strahlung eines line­ aren optischen Emitters 1 dargestellt. In diesem Aus­ führungsbeispiel handelt es sich bei dem Emitter 1 um eine Breitstreifenlaserdiode, welche eine abstrah­ lende Fläche mit einer Breite von 500 µm und eine Hö­ he von 1 µm besitzt. Die Divergenz des Ausgangsbün­ dels beträgt in der in Fig. 1 oben dargestellten xz- Ebene typischerweise etwa 6° (halber Öffnungswinkel) und in der Fig. 1 unten dargestellten yz-Ebene typi­ scherweise mehr als 30° (halber Öffnungswinkel). An­ stelle der Breitstreifenlaserdiode können auch andere optische Emitter, wie z. B. ein gestreckter Glühdraht mit einer nicht symmetrischen Abstrahlungsfläche ver­ wendet werden.

Parallel zu der Breitstreifenlaserdiode ist eine Zy­ linderlinsenoptik 2 angeordnet. Die Zylinderlinsen­ optik 2 umfaßt eine Mikrozylinderlinse zur Kollima­ tion der Strahlbündel in der yz-Ebene. Die Mikrozy­ linderlinse ist um einen Winkel von etwa 2° um die optische Achse (z-Achse) gedreht, um die einzelnen Strahlbündel mit unterschiedlichen Abstrahlwinkeln bezüglich der optischen Achse (z-Achse) abzulenken. Die Ablenkung in der yz-Ebene beeinflußt die Aus­ gangsstrahlung der Laserdiode in der xz-Ebene nur ge­ ringfügig.

Bei der Mikrozylinderlinse handelt es sich um eine bi-asphärische Mikrozylinderlinse mit einem Durchmesser von etwa 150 µm und einer Brennweite von etwa 100 µm. Die Linse ist derart ausgebildet, daß sie ei­ ne ausreichend große Isoplanasie aufweist. Das heißt, daß auch die durch die Neigung der Linse in der yz- Ebene dezentrierten Außenbereiche der Aus­ gangsstrahlung annähernd aberrationsfrei abgebildet werden. Anstatt der asphärischen Mikrozylinderlinse kann auch eine sphärische Zylinderlinse, eine Faser­ linse, eine gradientenoptische Zylinderlinse oder ei­ ne Fresnel-Zylinderlinse eingesetzt werden. Auch kann eine Mehrkomponenten-Zylinderoptik, welche zwei oder mehr der oben beschriebenen Zylinderlinsen umfaßt, verwendet werden. Zur Ablenkung der Strahlbündel in y-Richtung kann dabei mindestens eine Zylinderlinsen­ komponente um die z-Achse gedreht sein.

Alternativ zur Verkippung der Mikrozylinderlinse um die optische Achse kann die Ablenkung der Strahl­ bündel in y-Richtung auch durch das Vorsehen eines diskontinuierlichen Ablenkelementes zusätzlich zu der Zylinderlinsenoptik erreicht werden. Das Ablenkele­ ment, welches in Fig. 1 nicht dargestellt ist, kann der Zylinderlinsenoptik 2 vor-, zwischen- oder nach­ geschaltet sein und aus einem Feld von Prismen, ab­ lenkenden Gittern, ablenkenden gradientenoptischen Bereichen oder Spiegeln bestehen.

Weiterhin kann die Zylinderlinsenoptik 2 noch ein in Fig. 1 nicht dargestelltes Segmentierungselement um­ fassen, welches in der x-Richtung eine Aufteilung der Strahlbündel in einzelne Gruppen bewirkt. Das Segmen­ tierungselement kann beispielsweise ein Feld von Zy­ linderlinsen oder Zylinderlinsenteleskopen sein. Die Segmentierung in x-Richtung bewirkt eine Homogenisie­ rung der Ausgangsstrahlung des Emitters auf Kosten des Strahlprodukts in der xz-Ebene.

In Fig. 1 ist in z-Richtung hinter der Zylinderlin­ senoptik 2 eine Direktor-Kollimator-Optik 3 angeord­ net, welche als gradientenoptische Stablinse (SELFOC- Linse SLW-3.0, Länge 7,5 mm) ausgebildet ist. Wie aus den Fig. 2 und 3 (jeweils oben) zu erkennen ist, werden die einzelnen Strahlbündel durch das Direktor- Kollimator-Element 3 in der xz-Ebene (slow axis) kol­ limiert und derart umgelenkt, daß die Hauptstrahlen der Strahlbündel in der xz-Ebene in derjenigen Ebene zusammenfallen, in welcher die Redirektor-Optik 4 an­ geordnet ist. In der xz-Ebene liegen die Haupt­ strahlen daher in der Ebene der Redirektor-Optik 4 exakt übereinander.

Außerdem bewirkt das Direktor-Kollimator-Element 3, daß die einzelnen Strahlbündel, wie in Fig. 2 und Fig. 3 (jeweils unten) zu erkennen ist, in der xz- Ebene derart umgelenkt werden, daß die Hauptstrahlen der einzelnen Strahlbündel hinter dem Direktor-Kolli­ mator-Element 3 in der yz-Ebene parallel zueinander verlaufen.

In der Ebene der Redirektor-Optik 4, welche im Aus­ führungsbeispiel auf der austrittsseitigen Stirn­ fläche der SELFOC-Linse angebracht ist, ergibt sich in der xz-Ebene eine Breite der kollimierten Strahl­ bündel von etwa 550 µm. In der yz-Ebene ergibt sich an dieser Position für die oben angegebenen Abstände und die angegebene Brennweite der Mikrozylinderlinse eine Breite der einzelnen, kollimierten Strahlbündel von etwa 50 µm. Die Neigung der Mikrozylinderlinse um einen Winkel von etwa 2° um die optische Achse be­ wirkt in yz-Ebene einen Versatz Δy der sich am Rand der abstrahlenden Fläche der Breitstreifenlaserdiode befindenden Strahlbündel von etwa ±250 µm bezüglich der optischen Achse. In der Ebene der Redirektor- Optik 4 entsteht daher ein symmetrisches Gesamtbündel mit einem Bündelquerschnitt von etwa 550 µm × 550 µm und einem nahezu homogenen Intensitätsprofil.

Das Direktor-Kollimator-Element 3 kann anstelle einer gradientenoptischen Stablinse auch eine andere oder mehrere Linsen oder Linsengruppen und/oder Zylinder­ linsen umfassen. In Frage kommen beispielsweise sphä­ rische oder asphärische Plankonvex- oder Bikonvex- Linsen. Auch gradientenoptische Linsen oder Fresnel- Linsen können eingesetzt werden. Das in Zusammenhang mit der Zylinderlinsenoptik 2 erwähnte Ablenkelement zur Ablenkung der Strahlbündel in y-Richtung kann im Falle eines aus zwei oder mehreren Linsen oder Lin­ sengruppen zusammengesetzten Direktor-Kollimator- Elementes 3 in z-Richtung der vorderen Linse oder Linsengruppe nachgeschaltet sein. Das Ablenkelement ist dann zwischen den Linsen oder Linsengruppen des Direktor-Kollimator-Elementes 3 angeordnet.

Die in Fig. 1 dargestellte Redirektor-Optik 4 lenkt Gruppen benachbarter Strahlbündel derart ab, daß die durch das Direktor-Kollimator-Element 3 in der xz- Ebene verursachten unterschiedlichen Einfallswinkel korrigiert werden. Wie in Fig. 4 dargestellt, weist die Redirektor-Optik 4 mehrere, linear in der yz- Ebene angeordnete Ablenkbereiche mit unterschiedli­ chen Ablenkwinkeln, welche jeweils durch die Brenn­ weite des Direktor-Kollimator-Elements 3 bestimmt werden, auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel be­ sitzt die Redirektor-Optik 4 fünf Ablenkbereiche mit Ablenkwinkeln von etwa -3,7°, -1,8°, 0° +1,8° und 3,7°. Die Breite der Ablenkbereiche in der xz-Ebene beträgt jeweils mindestens 0,8 mm. In der yz-Ebene besitzen die drei inneren Ablenkbereiche jeweils eine Höhe von 100 µm und die beiden äußeren Ablenkbereiche zweckmäßigerweise eine größere Höhe von 200 µm. Auf­ gebaut ist die Redirektor-Optik 4 aus einem mikro­ strukturierten Prismenfeld. Eine alternative Ausfüh­ rungsform der Redirektor-Optik 4 sieht vor, diese aus einem Feld von geblazten Gittern, einem Feld von ab­ lenkenden gradientenoptischen Bereichen oder einem Spiegelfeld zu konfigurieren. Wenn die Redirektor- Optik 4 aus einem Feld einzelner optischer Elemente besteht, werden die Strahlbündel in y-Richtung in einzelne Gruppen aufgeteilt. Durch diese Segmentie­ rung der Ausgangsstrahlung des Linienemitters in ein­ zelne, in y-Richtung abgeteilte Gruppen von Strahl­ bündeln kann das Strahlprodukt in der xz-Ebene ver­ ringert werden.

Eine Verringerung des Stahlproduktes ist auch dann möglich, wenn die Redirektor-Optik 4 eine um die z- Achse gedrehte Zylinderlinse oder Zylinderlinsenoptik oder eine Freiformfläche enthält. In diesem Fall tritt zwar keine Segmentierung der Strahlbündel in y- Richtung auf. Trotzdem erhält man eine symmetrisierte und fokussierbare Ausgangsstrahlung hinter der Redi­ rektor-Optik 4.

Zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften der Vor­ richtung ist es möglich, ein Feld von in der y- Richtung wirkenden Zylinderlinsen oder Zylinderlin­ senteleskopen der Redirektor-Optik 4 vor- und/oder nachzuschalten.

Wie der Fig. 2 und der Fig. 3 entnommen werden kann, verlaufen hinter der Redirektor-Optik 4 jeweils die zentralen Strahlen der Gruppen benachbarter Strahl­ bündel parallel zur optischen Achse. Bei gemeinsamer Betrachtung aller Gruppen ergibt sich nach der Redirektor-Optik 4 ein weitgehend kollimiertes Strahl­ bündel mit annähernd rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt.

In Fig. 1 ist der Redirektor-Optik 4 eine Fokussier- Optik 5 nachgeschaltet, welche aus einer sphärischen oder aspährischen Plan- oder Bikonvexlinse, einer gradientenoptischen Linse, aus zwei gekreuzten sphä­ rischen oder asphärischen Zylinderlinsen oder aus ei­ ner Linsengruppe bestehen kann. Im Ausführungs­ beispiel wird eine Geltech Typ 350200 Asphären-Linse mit einer Brennweite von 1,14 mm verwendet. Damit wird ein Bündeldurchmesser im Fokus von etwa 40 µm erzeugt. Die Divergenz der am weitesten von der opti­ schen Achse verlaufenden Strahlen entspricht einer numerischen Apertur von etwa 0,4.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 kann mit geringfügigen Änderungen auch zur Symmetrierung der Strahlung von mehreren linearen Emittern, welche in x-Richtung oder in y-Richtung versetzt sind, verwendet werden. Die einzelnen Emitter können hierbei einen Abstand im Be­ reich von etwa 0,1 mm bis hin zu einigen mm auf­ weisen.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer derar­ tigen Vorrichtung zur Symmetrierung der Strahlung von mehreren Breitstreifenlaserdioden dargestellt. Wie in Fig. 5 skizziert, kann mit einer derartigen Vorrich­ tung ein Stapel von in y-Richtung versetzt angeordne­ ten Breitstreifenlaserdioden 1a, 1b an eine Licht­ leitfaser 6 angekoppelt werden. Gleichfalls denkbar ist die Ankopplung an mehrere getrennte Fasern oder an ein gespreiztes Faserbündel. Die Beschränkung auf zwei Laserdioden 1a, 1b in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 dient lediglich der besseren Veranschaulichung. Die Laserdioden 1a, 1b können alternativ oder zusätzlich auch in x-Richtung gegeneinander ver­ setzt sein.

Vor jeder der beiden in y-Richtung übereinander ange­ ordneten Breitstreifenlaserdioden 1a, 1b befindet sich eine um die optische Achse gedrehte Mikrozylin­ derlinse gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel. Die Direktor-Kollimator-Optik 3, die Redirektor-Optik 4 und die Fokussier-Optik 5 können ebenfalls wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben ausgestaltet sein. Bei einer derartigen Anordnung bleiben die Positionen der Hauptstrahlen aller Strahlbündel trotz der dezentrierten Anordnung der Breitstreifenlaserdioden relativ zur Direktor- Kollimator-Optik 3 in der Ebene der Redirektor-Optik 4 gegenüber einer zentrierten Laserdiodenanordnung unverändert.

Eine Ausgestaltung der in Fig. 5 dargestellten Vor­ richtung sieht vor, daß jeder Zylinderlinsenoptik 2a, 2b ein Ablenkelement nachgeschaltet wird, welches in der xz-Ebene ablenkt. Auf diese Weise wird in der x- Richtung die Ausgangsstrahlung der einzelnen Laserdi­ oden in der Ebene der Redirektor-Optik 4 getrennt. Durch eine der Redirektor-Optik 4 vor- oder nachge­ schaltete Ablenkeinheit, welche ein geeignetes Feld ablenkender Elemente aufweist, kann eine Ablenkung der jeweiligen Ausgangsstrahlung einer Laserdiode 1a, 1b in der x-Richtung und/oder der y-Richtung erreicht werden. Dies gestattet eine beliebige Positionierung des Strahlfleckes einer jeden Laserdiode 1a, 1b in der yz-Ebene und/oder der xz-Ebene. Die Kombination aus Redirektor-Optik 4 und Ablenkeinheit kann durch ein einziges diffraktives Element ersetzt werden.

Sowohl das jeder Zylinderlinsenoptik 2a, 2b nachge­ schaltete Ablenkelement als auch die der Redirektor- Optik 4 vor- oder nachgeschaltete Ablenkeinheit kann aus einem Feld von Prismen, ablenkenden Gittern, ab­ lenkenden gradientenoptischen Bereichen oder Spiegeln gebildet werden.

Hinter der Fokussier-Optik 5 weisen die Strahlflecke der übereinander angeordneten Breitstreifenlaser­ dioden entsprechend dem Abbildungsverhältnis der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung einen Versatz Δy in der yz-Ebene auf, der im Ausführungsbeispiel bei ei­ ner Dezentrierung einer Breitstreifenlaserdiode 1a, 1b samt Mikrozylinderlinse 2a, 2b in der yz-Ebene um etwa 200 µm relativ zur Direktor-Kollimator-Optik 3 etwa 75 µm beträgt. Die Strahlflecke werden gemeinsam in die Stirnfläche einer der Fokusier-Optik 5 nach­ folgenden Lichtleitfaser 6 mit einem angepaßten Durchmesser eingekoppelt. Im Ausführungsbeispiel wird eine Faser mit 200 µm Kerndurchmesser verwendet. Eine andere Variante sieht vor, die Strahlflecke jeweils getrennt in die Stirnflächen mehrerer Fasern oder die Einzelfasern eines gespreizten Faserbündels einzu­ koppeln.

Eine bevorzugte Verwendung der in den Figuren darge­ stellten Vorrichtung liegt im Pumpen von Lasern wie Mikrofestkörperlasern oder Faserlasern. Auch ein Ein­ satz der Vorrichtung bei der Mikromaterialbearbeitung im technischen oder medizinischen Bereich ist mög­ lich.

Claims (21)

1. Vorrichtung zur Symmetrierung der Strahlung von einem oder mehreren linearen optischen Emittern (1, 1a, 1b), insbesondere Breitstreifenlaserdioden, die in einer zur Abstrahlrichtung z senkrechten x-Richtung infinitesimal dicht beieinanderliegende Strahl­ bündel aufweisen und deren Strahlung in bezug auf die x-Richtung und eine zur x-Richtung und zur z-Richtung senkrechten y-Richtung unsymme­ trisch ist, mit
pro Emitter (1, 1a, 1b) jeweils einer Zylinder­ linsenoptik (2, 2a, 2b) mit einer oder mehreren Zylinderlinsen, welche jedes Strahlbündel in der y-Richtung kollimieren, wobei durch eine Drehung von mindestens einer der Zylinderlinsen um die z-Achse oder durch Vorsehen eines diskontinuierlichen Ablenkelementes jedes Strahlbündel mit unterschiedlichen Ablenkwinkeln in der y-Richtung abgelenkt wird,
einer Direktor-Kollimator-Optik (3), welche jedes Strahlbündel in der x-Richtung kollimiert und mit unterschiedlichen Ablenkwinkeln in der x-Richtung und der y-Richtung ablenkt, so daß die Hauptstrahlen der einzelnen Strahlbündel in x-Richtung in einem definierten Abstand vom Emitter (1, 1a, 1b) zusammenfallen und in der y- Richtung parallel zueinander verlaufen, und
einer Redirektor-Optik (4), welche die durch die Direktor-Kollimator-Optik (3) verursachte Ablen­ kung der Strahlbündel in x-Richtung kompensiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ablenkelement der Zylinder­ linsenoptik (2, 2a, 2b) vor-, zwischen- oder nachgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkelement ein Feld von Prismen, ablenkenden Gittern, ablenkenden gradientenoptischen Bereichen oder Spiegeln ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlinsen­ optik (2, 2a, 2b) weiterhin ein Segmentierungs­ element umfaßt, welches in der x-Richtung eine Aufteilung der Strahlbündel in einzelne Gruppen bewirkt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Segmentierungselement ein Feld von Zylinderlinsen oder Zylinderlinsenteleskopen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Direktor- Kollimator-Optik (3) eine gradientenoptische Stablinse enthält.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Direktor- Kollimator-Optik (3) eine oder mehrere Linsen und/oder Zylinderlinsen und/oder Linsengruppen enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkelement bezüglich der z-Richtung der vorderen Linse oder Linsengruppe der Direktor-Kollimator-Optik (3) nachgeschaltet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Redirektor-Optik (4) ein Feld von Prismen, ablenkenden Gittern, ablenkenden gradientenoptischen Bereichen oder Spiegeln ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Redirektor-Optik (4) eine um die z-Achse gedrehte Zylinderlinse oder Zylinderlinsenoptik oder ein Element mit einer Freiformfläche ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Redirektor-Optik (4) ein Feld von in y-Richtung wirkenden Zylin­ derlinsen oder Zylinderlinsenteleskopen nachge­ schaltet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Zylinderlinsenoptiken (2a, 2b) zur gleichzeiti­ gen Symmetrierung der Strahlung von mindestens zwei in x-Richtung und/oder y-Richtung versetzt angeordneten Emittern (1a, 1b) vorgesehen sind, wobei jedem Emitter (1a, 1b) eine Zylinderlin­ senoptik (2a, 2b) zugeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Zylinderlinsenoptik (2a, 2b) ein weiteres Ablenkelement nachgeschaltet ist, welches die jeweiligen Strahlbündel der einzel­ nen Zylinderlinsenoptiken (2a, 2b) derart ab­ lenkt, daß die jeweiligen Strahlbündel in der Ebene der Redirektor-Optik (4) in der x-Richtung voneinander getrennt sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Redirektor-Optik (4) eine Ablenkeinheit vor- oder nachgeschaltet ist, welche die jeweiligen Strahlbündel der jeweili­ gen Emitter (1a, 1b) unabhängig voneinander in der x-Richtung und/oder der y-Richtung ablenkt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorrichtung ein diffraktives Element enthält, welches die Redirektor-Optik (4) und die der Redirektor-Optik (4) zugeordne­ ten Ablenkeinheit ersetzt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Ablenk­ element oder die Ablenkeinheit ein Feld von Prismen, ablenkenden Gittern, ablenkenden gradi­ entenoptischen Bereichen oder Spiegeln enthält.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine der Redirektor-Optik (4) in z-Richtung nachge­ schaltete Fokussier-Optik (5) umfaßt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fokussier-Optik (5) eine sphärische oder asphärische Linse, eine gradien­ tenoptische Linse, eine Fresnel-Linse und/oder eine Kombination dieser Linsen und/oder von Zylinderlinsen enthält.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokussier-Optik (5) in z-Richtung eine oder mehrere Lichtleit­ fasern (6) oder ein in Einzelfasern gespreiztes Faserbündel nachgeschaltet ist.

20. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zum Pumpen von Lasern.

21. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Mikromaterialbearbeitung auf technischem oder medizinischem Gebiet.