DE69527448T2

DE69527448T2 - Apparat zum Aussenden eines Laserabtaststrahles

Info

Publication number: DE69527448T2
Application number: DE69527448T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Hiiro
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 1994-01-13
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2015-01-13
Also published as: EP0663606B1; JPH0876152A; EP0663606A2; JP3341795B2; DE69527448D1; US5600666A; EP0663606A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen mit einem externen Resonator und hat keine mechanisch beweglichen Teile.
Laser wurden bislang in unterschiedlichen Bereichen als Scanner und ähnliches zum Auslesen von Informationen aus Medien, auf welchen die Information aufgenommen war, oder zum Aufzeichnen von Informationen auf Aufnahmemedien benutzt.
Bei einem als Scanner genutzten Laser wird der Laserstrahl in einer einzigen vorbestimmten Richtung von der Laservorrichtung ausgestrahlt. Der Laserstrahl, welcher in der vorbestimmten Richtung ausgestrahlt wurde, trifft auf ein Abtastsystem, wie einen rotierenden Polygonalspiegel oder einen Lichtablenker, welcher einen Galvanometerspiegel nutzt, und wird in die Richtung reflektiert, welche mit der Rotationsrichtung des rotierenden Polygonspiegels oder der Ablenkungsrichtung des Lichtablenkers übereinstimmt. In dieser Art wird der Laserstrahl abgetastet. Üblicherweise wird das Abtasten in eindimensionaler Richtung durchgeführt. Wenn es nötig ist, wird das Abtasten auch in zweidimensionaler Richtung durch Kombinieren des eindimensionalen Abtastsystems mit einem anderen Abtastsystem, welches das Abtasten in einer von der Richtung des eindimensionalen Abtastsystems verschiedenen Richtung durchführt.
Jedoch ist die Abtaststabilität mit dem herkömmlichen Abtastsystem, welches mit mechanisch beweglichen Teilen ausgestattet ist, auf ein bestimmtes Maß begrenzt, und nicht immer ist es möglich, die Abtastgenauigkeit bei hoher Abtastgeschwindigkeit hoch zu halten. Zudem kann mit einem einzelnen Abtastsystem nur eindimensionales Abtasten durchgeführt werden, nicht aber das Abtasten in zweidimensionaler Richtung oder in mehr Richtungen. Weiterhin ist es in den Fällen, wo eine Vielzahl von Laserstrahlen, welche entsprechend von einer Vielzahl von Laserstrahlenquellen ausgestrahlt und gleichzeitig derart abgetastet werden, dass eine große Menge Abtastlicht erhalten wird notwendig, Modulationseinrichtungen zu benutzen, und es ist schwierig, den Abstand zwischen den Laserstrahlen oder ähnliches zu Steuern.
US-A-4 972 427 (STREIFER WILLIAM ET AL) vom 20. November 1990 und D'AMATO F X ET AL: 'COHERENT OPERATION OF AN ARRAY OF DIODE LASERS USING A SPATIAL FILTER IN A TALBOT CAVITY' APPLIED PHYSICS LETTERS, Bd. 55, Nr. 9, vom 28. August 1989, Seiten 816-818, XP000081026 beschreiben beide eine Vorrichtung zum Ausstrahlen von Laserstrahlen aus dem Stand der Technik, welche eine Kombination einer Laserstrahlenquelle zum Ausstrahlen einer Vielzahl von Laserstrahlen und ein optisches System mit Laserresonatorspiegeln in Form einer Talbot- Hohlraums umfasst. In diesem Stand der Technik sind erste und zweite Laserresonatorspiegel entsprechend an Positionen vor und hinter der Laserstrahlenquelle angebracht und derart angeordnet, dass das Muster der Intensitätsverteilung des Laserstrahls, welches durch optisches koppeln einer Vielzahl von Laserstrahlen entsteht, fast vollkommen einbogig ist.
Die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen zur Verfügung zu stellen, bei der keine mechanisch beweglichen Teile benutzt werden, und die Abtaststabilität und Abstastgeschwindigkeit hoch gehalten werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen zur Verfügung zu stellen, bei der das Abtasten in zweidimensionaler Richtung oder in mehr Richtungen durchgeführt werden kann, und eine große Menge Abtastlicht durch einfaches Kombinieren einer Vielzahl von Laserstrahlen miteinander erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen zur Verfügung, umfassend:
eine Laserstrahlenquelle zum Ausstrahlen einer Vielzahl von Laserstrahlen, eine Fourier-Transformationslinse, welche an einer Position derart angeordnet ist, dass sich die Laserstrahlen gegenseitig in vorbestimmten Winkelspektren in einer vorbestimmten virtuellen Ebene überschneiden, durch welche die Laserstrahlen hindurchtreten,
ein optisches System mit einer Linsenmatrix zur Fourier- Transformation, welches in der Nähe der virtuellen Ebene angeordnet ist, und welches die auf die virtuelle Ebene auftreffenden Laserstrahlen in kleine Felder aufteilt und eine Fourier-Transformation der kleinen Felder ausführt,
ein matrixähnliches Mittel zur Phasenmodulation, welches jede der Phasen des in kleine Felder aufgeteilten Laserstrahls derart moduliert, dass die Wellenfronten der Vielzahl der Laserstrahlen nach Anwendung der Fourier-Transformation in dem optischen System mit einer Linsenmatrix zur Fourier- Transformation die gleiche Phase hinsichtlich einer vorbestimmten Richtung im Winkelspektrum haben,
ein Mittel zur Steuerung des Abtastens, welches das Mittel zur Phasenmodulation derart steuert, dass die Ausbreitungsrichtungen der aus dem optischen System mit einer Linsenmatrix zur Fourier-Transformation abgestrahlten Laserstrahlen geändert werden, und
ein optisches System mit Laserresonatorspiegeln, umfassend
a) einen ersten Laserresonatorspiegel, welcher an einer Position derart angeordnet ist, dass er die Laserstrahlen von dem Mittel zur Phasenmodulation empfängt, welche durch das Mittel zum Steuern des Abtastens verändert wurden, und welches die geänderten Laserstrahlen reflektiert, und
b) einen zweiten Laserresonatorspiegel, welcher an einer rückwärtigen Position der Laserstrahlenquelle angeordnet ist,
wobei die Brennweite des optischen Systems mit einer Linsenmatrix zur Fourier-Transformation, die Matrixneigung dieses optischen Systems, die Anzahl der von der Laserstrahlenquelle abgestrahlten Vielzahl von Laserstrahlen, die Wellenlänge der Laserstrahlen, und die Variation des Winkelspektrums jedes Laserstrahls an den entsprechenden Positionen, an welchen sich die Laserstrahlen gegenseitig überschneiden derart eingestellt sind, dass eine Vielzahl von Fourier-transformierten Mustern der Laserstrahlen, deren Muster auf der Fourier-Transformationsebene des optischen Systems mit einer Linsenmatrix zur Fourier-Transformation wiedergegeben werden, bei Benutzung als Ganzes in einer Reihe bei einer vorbestimmten Neigung stehen.
Mit einer Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein kohärenter kombinierter Laserstrahl mit einer einzigen Wellenfront aus den Laserstrahlen erhalten werden, welche aus dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation ausgestrahlt wurden. Der kohärente kombinierte Laserstrahl mit der einzigen Wellenfront kann auch in einer vorbestimmten, hinsichtlich der optischen Achse geneigten Richtung abgetastet werden. Der Begriff 'vorbestimmte, hinsichtlich der optischen Achse geneigte Richtung' wie hier benutzt umfasst in seinem Umfang die Richtung der optischen Achse. Wie oben beschrieben, ist das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation in der Nähe der virtuellen Ebene angeordnet. Das bedeutet, dass das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation derart angeordnet ist, dass seine Fourier-Transformationsebene und die virtuelle Ebene nahe beieinander liegen oder zusammenfallen.
Der erste Laserresonatorspiegel besteht aus einem halbdurchlässigen Spiegel mit einer niedrigen Durchlässigkeit oder ähnlichem. Wenn der Zuwachs in der Resonatoranordnung den Verlust übersteigt, werden die Laserstrahlen verstärkt, während sie wiederholt in dem optischen System mit Laserresonatorspiegeln reflektiert werden. Ein Teil der verstärkten Laserstrahlen tritt durch den ersten Laserresonatorspiegel und wird von der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen ausgestrahlt.
Weiterhin wird bei einer Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung der Wert des Produktes aus der Matrixneigung des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation und der Variation des Winkelspektrums jedes der Laserstrahlen an den entsprechenden Positionen, an welchen die Laserstrahlen sich gegenseitig überschneiden, gleich einem Wert gesetzt, welcher in den Bereich größer 0 und kleiner 2 fällt, so dass das Muster der Intensitätsverteilung des vereinten Laserstrahls, welcher durch die optische Kopplung der Vielzahl der Laserstrahlen entsteht, fast vollkommen einbogig werden kann. In diesen Fällen kann ein kohärenter kombinierter Laserstrahl mit der gleichen Phase und einer hohen Ausgangsleistung erhalten werden. In den Fällen, in welchen der Wert des Produktes aus der Matrixneigung des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation und der Variation des Winkelspektrums jedes der Laserstrahlen gleich einem Wert gesetzt wird, welcher in den Bereich größer 0 bis kleiner 2 fällt und nicht gleich 1 ist, ist es notwendig, jede der Phasen der Laserstrahlen der entsprechenden kleinen Felder derart zu modulieren, dass die Wellenfronten der Laserstrahlen nach Durchtreten des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation als Ganzes glatt miteinander verbunden werden können. In den Fällen, in welchen der Wert des Produktes aus der Matrixneigung des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation und der Variation des Winkelspektrums jedes der Laserstrahlen gleich 1 gesetzt ist, muss die Phasenmodulation wie oben beschrieben nicht ausgeführt werden. Deshalb sollte der Wert des Produktes vorzugsweise gleich 1 gesetzt werden.
Die in der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen verwendete Laserstrahlenquelle gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Matrixlaserstrahlenquelle sein, welche eine Matrix mit einer Vielzahl von Laserstrahlenquellen umfasst, welche Laserstrahlen ausstrahlen.
Alternativ dazu kann eine in der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen verwendete Laserstrahlenquelle gemäß der vorliegenden Erfindung eine Massenlaserstrahlenquelle (bulk-laser), d. h. ein Massenlasermedium sein, welches in der Lage ist, die Laserstrahlen von beliebigen in einer Ebene liegenden Positionen auszustrahlen, wobei die Ebene parallel zu der vorbestimmten virtuellen Ebene ist.
Weiterhin kann bei der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung eine Fourier-Transformationslinse zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle und dem zweiten Laserresonatorspiegel derart angeordnet sein, dass eine Fourier-Transformationsebene der Fourier-Transformationslinse mit der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle zusammenfällt,
wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch die Fourier-Transformationslinse und den zweiten Laserresonatorspiegel als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle eingetreten ist.
Mit der vorstehenden Konfiguration der Vorichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Fourier- Transformationslinse zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle und dem zweiten Laserresonatorspiegel angeordnet ist, kann die Phasenverteilung des Laserstrahls, welcher von dem ersten Laserresonatorspiegel reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle eingetreten war, und welcher wieder aus der Laserstrahlenquelle ausgestrahlt wurde, d. h. einen Rundlauf machte, gleich der Phasenverteilung des ursprünglichen Laserstrahls gehalten werden.
Die gleichen Effekte wie die der zuvor beschriebenen Konfiguration können auch mit den Modifikationen der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden, welche im folgenden beschrieben werden. Bei der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine Kollimatorlinsenmatrix und ein Prisma zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle und dem zweiten Laserresonatorspiegel angeordnet, und der zweite Laserresonatorspiegel an reflektierenden Oberflächen des Prismas angeordnet sein,
wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch die Kollimatorlinsenmatrix und das Prisma als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle eingetreten ist.
Bei einer Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung kann als weitere Alternative der zweite Laserresonatorspiegel aus einem phasenkonjugierenden Spiegel bestehen, und ein konvergentes optisches System kann zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle und dem phasenkonjugierten Spiegel angeordnet sein,
wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch das konvergente optische System und den phasenkonjugierenden Spiegel als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle als Laserstrahl ausgestrahlt
wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle eingetreten ist.
Das konvergente optische System kann einen freien Raum mit einer vorbestimmten Weite beinhalten.
Bei einer Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung kann weiterhin die Laserstrahlenquelle eine Vielzahl von Laserstrahlen von Positionen ausstrahlen, welche in einem schiefwinkligen Gittermuster in einer zweidimensionalen Ebene normal zur optischen Achse liegen, und die Vielzahl von optischen Systemen mit Fourier-Transformationslinse, welche das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation bilden, und phasenmodulierende Elemente des Mittels zur Phasenmodulation können matrixförmig in dem reziproken Gittermuster in Übereinstimmung mit dem schiefwinkligen Gittermuster der Ausstrahlpositionen der Laserstrahlen angeordnet sein. In solchen Fällen kann die Vielzahl optischer Systeme mit Fourier-Transformationslinse, welche das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation bilden, näher aneinander liegen, wodurch die Effizienz, mit der die Laserstrahlen miteinander kombiniert werden, hoch gehalten werden kann.
Der hier benutzte Begriff 'in einem schiefwinkligen Gittermuster angeordnet' bedeutet, dass die Ausstrahlpositionen der Laserstrahlen in der Laserstrahlenquelle in einem periodischen schiefwinkligen Muster in vorbestimmten Intervallen in jeder der zwei Richtungen in einem festgelegten schiefwinkligen Koordinatensystem angeordnet sind.
Insbesondere können die Ausstrahlpositionen der Laserstrahlen in der Laserstrahlenquelle grundsätzlich an Positionen auf dem schiefwinkligen Gittermuster angeordnet sein, welche sich als gleichzeitiges Ergebnis der Gleichungen (21) und (22) in einem rechtwinkligen x-y Koordinatensystem ergeben.
a&sub1;x + b&sub1;y = n&sub1; n&sub1;: Integer (21)
a&sub2;x + b&sub2;y = n&sub2; n&sub2;: Integer (22)
wobei
d&sub1;: rechtwinkliger Abstand zwischen den schiefwinkligen Gitterachsen in Gleichung (21)
α: die Steigung der Gleichung (21) hinsichtlich der x- Achse
a&sub2; = 0 , b&sub2; = -1/d&sub2;
d2: rechtwinkliger Abstand zwischen den schiefwinkligen Gitterachsen in Gleichung (22)
Der hier verwendete Begriff 'reziprokes Gittermuster in Übereinstimmung mit dem schiefwinkligen Gittermuster bezeichnet das Muster der Punkte auf dem Gitter als Ergebnis der parallelen Gleichungen (24) und (25) in einem rechtwinkligen u1-u2 Koordinatensystem, welches durch Fourier- Transformation des rechtwinkligen x-y Koordinatensystem erhalten wurde.
Bei einer Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Vielzahl der Laserstrahlen, welche von der Laserstrahlenquelle ausgestrahlt wurden, das vorbestimmte Winkelspektrum auf der vorbestimmten virtuellen Ebene, durch welche die Laserstrahlen sich überschneidend hindurchtreten. Deshalb werden Interferenzstreifen (Weitfeldmuster, far field patterns) auf Grund der Vielzahl der Laserstrahlen auf die virtuelle Ebene projeziert.
Die Interferenzstreifen werden durch das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation in kleine Felder aufgeteilt, wobei das optische System in einer vorbestimmten Ebene derart angeordnet ist, dass seine Fourier- Transformationsebene nahe der virtuellen Ebene liegt. Die kleinen Felder, in welche die Interferenzstreifen aufgeteilt wurden, werden entsprechend als Fourier-Transformationsmuster der Vielzahl von Laserstrahlen auf der Fourier- Transformationsebene des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation durch die entsprechenden Linsen wiedergegeben, welche das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation bilden. Die Variation des Winkelspektrums von jedem der Laserstrahlen an den entsprechenden Positionen auf der virtuellen Ebene, an welcher sich die Vielzahl der Laserstrahlen überschneidet, die Brennweite des optischen Systems mit einer Linsenmatrix zur Fourier-Transformation, die Matrixneigung dieses optischen Systems, die Anzahl der von der Laserstrahlenquelle abgestrahlten Vielzahl von Laserstrahlen, und die Wellenlänge der Laserstrahlen sind auf vorbestimmte Werte gesetzt. Die Vielzahl der Fourier-transformierten Muster der Laserstrahlen, deren Muster auf der Fourier-Transformationsebene des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation wiedergegeben werden, stehen als Ganzes in einer Reihe bei einer vorbestimmten Neigung.
Die Supermoden, welche in der Resonatoranordnung der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung auftreten können, werden durch Setzen der Amplitude und der Phase jedes Laserstrahls festgelegt, welche sich selbständig in der Resonatoranordnung ausbreiten. Die Supermoden werden als Ergebnisvektoren der den Resonator darstellenden Eigenwertgleichung ausgedrückt, und die gleiche Anzahl von Eigenmoden wie Ausstrahlpositionen der Laserstrahlen in der Laserstrahlenquelle liegt vor.
Von den Verstärkungswerten der Schwellenleistung, welche für die Oszillation der Eigenmoden notwendig sind, welche in der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung auftreten können, ist der Verstärkungswert der Schwellenleistung am kleinsten, welcher für die Oszillation der Eigenmoden notwendig ist, bei welchen jeder der von dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation ausgestrahlte Laserstrahl die gleiche Phase hinsichtlich einer vorbestimmten Richtung hat. Der Eigenmodus, bei welchem jeder der von dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation ausgestrahlte Laserstrahl die gleiche Phase hinsichtlich einer vorbestimmten Richtung hat, wird deshalb selbständig ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt bilden die Vielzahl der von dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation ausgestrahlten Laserstrahlen als Ganzes eine einzige Wellenfront.
Das matrixähnliche Mittel zur Phasenmodulation verschiebt die Phase jedes Fourier-transformierten Musters der Vielzahl von Laserstrahlen, welche von der Laserstrahlenquelle ausgestrahlt wurden und welche die gleiche Phase haben, leicht vor oder zurück, so dass die Phasen der angrenzenden Fouriertransformierten Muster leicht verschieden voneinander werden können. In dieser Art moduliert das matrixähnliche Mittel zur Phasenmodulation die Phasen der Fourier-transformierten Muster. Der Grad der Modulation wird durch das Mittel zum Steuern des Abtastens festgelegt.
In der oben beschriebenen Art wird die Phase jedes Fouriertransformierten Musters leicht vor oder zurückgeschoben. Im Ergebnis wird der Modus, bei welchem die Laserstrahlen mit einer vorbestimmten Phasenstellung auf die Fourier- Transformationsebene des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation ausgestrahlt werden, selbständig derart ausgebildet, dass die Wellenfronten der Laserstrahlen, welche aus dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation ausgestrahlt werden, als Ganzes die gleiche Phase hinsichtlich einer Richtung haben, welche in einem Winkel entsprechend der vor- oder zurückgeschobenen Phase jedes Laserstrahles von der optischen Achse abweicht. Jeder Laserstrahl verläuft deshalb in die Richtung, welche von der optischen Achse um einen Winkel entsprechend der vorgeschobenen oder verzögerten Phase jedes Laserstrahls abweicht.
Die Richtung, in welche jeder der Laserstrahlen verläuft, kann durch das Mittel zum Steuern des Abtastens, welches kontinuierlich den Grad der Phasenmodulation verändert, kontinuierlich und sanft geändert werden.
Die Laserstrahlen, welche aus dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation in die geänderten Laufrichtungen ausgestrahlt worden sind, treffen auf den ersten Laserresonatorspiegel auf, welcher aus einem halbdurchlässigen Spiegel oder ähnlichem bestehen kann. Die Laserstrahlen werden durch den ersten Laserresonatorspiegel entgegen der Einfallsrichtungen der Laserstrahlen reflektiert, verlaufen entlang ihrer optischen Pfade, und kehren zu der Laserstrahlenquelle zurück. Die Laserstrahlen werden dann von dem zweiten Laserresonatorspiegel reflektiert, welcher aus einem reflektierenden Spiegel bestehen kann und an der hinterseitigen Position der Laserstrahlenquelle angeordnet ist. Wenn der Gewinn den Verlust übertrifft, wird die Energie der Laserstrahlen verstärkt, während diese wiederholt zwischen den Laserresonatorspiegeln reflektiert werden. Der resultiernde kombinierte Laserstrahl tritt danach durch den ersten Laserresonatorspiegel, welcher aus einem halbdurchlässigen Spiegel oder ähnlichem bestehen kann, und wird folglich aus der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen ausgestrahlt.
Die gleichen Effekte wie oben beschrieben können unabhängig von den Richtungen erzielt werden, in welche die Laserstrahlen verlaufen. Die Laufrichtungen der Laserstrahlen können deshalb hinsichtlich der optischen Achse kontinuierlich unter Betätigung des Mittels zur Phasenmodulation durch das Mittel zum Steuern des Abtastens geändert werden. Entsprechend müssen bei einer Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung keine mechanisch beweglichen Teile benutzt werden, und deshalb kann die Abtaststabilität und Abtastgeschwindigkeit hoch gehalten werden.
Das Abtasten kann auch in zweidimensionalen Richtungen oder in mehr Richtungen durch zweidimensionales matrixförmiges Anordnen der Ausstrahlpositionen der Laserstrahlen in der Laserstrahlenquelle, der phasenmodulierenden Elemente des Mittels zur Phasenmodulation, und der Linsen, aus denen das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation besteht, durchgeführt werden. Darüber hinaus kann mit einer solchen zweidimensionalen Matrix eine größere Anzahl von Laserstrahlen kombiniert werden und ein Laserstrahl mit einer höheren Intensität erzielt werden. In solchen Fällen kann jede der zweidimensionalen Matrizen in der nächstliegende Struktur ausgebildet werden.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein Intensitätsverteilungsdiagramm mit einer Intensitätsverteilung eines kombinierten Laserstrahls, welcher aus der Ausführungsform der Fig. 1 ausgestrahlt worden ist;
Fig. 3 zeigt ein erläuterndes Diagramm der optischen Pfade von Laserstrahlen, welche aus einer sekundären Matrixlaserstrahlenquelle ausgestrahlt worden sind;
Fig. 4 zeigt eine Graphik mit Ergebnissen von Berechnungen von Verstärkungswerten der Schwellenleistung;
Fig. 5 zeigt eine erläuternde Ansicht der Wellenfronten S, S' von Laserstrahlen, welche durch das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 und ein Mittel zur Phasenmodulation 60 der Ausführungsform der Fig. 1 hindurchgetreten sind;
Fig. 6 zeigt eine erläuternde Ansicht, wie der Krümmungsradius des ersten Laserresonatorspiegels 42 bestimmt wird;
Fig. 7A zeigt eine erläuternde Ansicht der Form der Wellenfronten von Laserstrahlen, welche der Phasenmodulation nicht unterzogen wurden und durch das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation 30 hindurchgetreten sind;
Fig. 7B zeigt eine erläuternde Ansicht der Form von Laserstrahlen, welche der Phasenmodulation unterzogen wurden und durch das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 hindurchgetreten sind;
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht des wesentlichen Teils einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der ein ebener Spiegel in einem Winkel bezüglich einer Taille des Strahls angebracht ist;
Fig. 9 zeigt eine erläuternde Ansicht, wie ein Laserstrahl mit einer Wellenfront (Phasenverteilung), welche hinsichtlich der optischen Achse geneigt ist, reflektiert wird und wie die Wellenfront in Folge des Umlaufes verändert wird;
Fig. 10A zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Änderung der Phasenverteilung in Folge eines Umlaufes durch Benutzen einer Kollimatorlinse und eines Prismas kompensiert wird;
Fig. 105 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Änderung der Phasenverteilung in Folge eines Umlaufes durch Benutzen einer Fourier- Transformationslinse und eines ebenen Spiegels kompensiert wird;
Fig. 10C zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Änderung der Phasenverteilung in Folge eines Umlaufes durch Benutzen einer konvergenten Linse und einer phasenkonjugierenden Spiegels kompensiert wird;
Fig. 11 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine Massenlasermedium als Laserstrahlenquelle benutzt wird;
Fig. 12A zeigt eine erläuternde Ansicht, wie eine Vielzahl von Laserstrahlenquellen 11, 11, ..., welche einen Matrixlaser 10" bilden, in einer zweidimensionalen Ebene (d. h. in einem x-y Koordinatensystem) angeordnet sind;
Fig. 12B zeigt eine erläuternde Ansicht der Positionen der Spitzen einer Amplitudenverteilung Ψ (u&sub1;, u&sub2;) von Weitfeldmustern des Matrixlasers 10" auf einer Fourier-Transformationsebene (d. h. in einem u&sub1;-u&sub2; Koordinatensystem);
Fig. 13 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der ein Matrixlaser 10" benutzt wird, welcher aus in dem schiefwinkligen Gittermuster angeordneten Laserstrahlenquellen besteht;
Fig. 14 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der ein Matrixlaser 10" benutzt wird, welcher aus in einem Muster, welches periodisch in wenigstens einer Richtung ist, angeordneten Laserstrahlenquellen besteht;
Fig. 15 zeigt eine erläuternde Ansicht, wie die wiedergegebenen Nahfeldmuster (near field patterns) des Matrixlasers als Ganzes bei gleicher Neigung matrixförmig angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden im Hinblick auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Die im Folgenden beschriebenen Analysen setzen die Annahmen (i), (ii), (iii), und (iv) voraus.
(i) Jeder der einen Matrixlaser bildenden Laser oszilliert in einem einzigen longitudinalen und transversalen Modus.
(ii) Jeder der den Matrixlaser bildenden Laser erzeugt einen Airyschen Strahl.
(iii) Laserstrahlen, welche von den Lasern erzeugt werden, die den Matrixlaser bilden, werden allein durch die Kopplungseffekte des Umlaufes in einem Resonator gekoppelt.
(iv) Rückkehrlicht, welches teilweise von dem Resonatorspiegel reflektiert worden ist, wird durch ein optisches System mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation an die entsprechenden Laser verteilt, welche den Matrixlaser bilden, so dass kein Verlust Strahlungsenergie und keine Phasendifferenz auftreten können.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung. Hinsichtlich Fig. 1, umfasst die Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen einen Matrixlaser 10, welcher aus einer Anzahl N Laserstrahlenquellen 11, 11, ... besteht, welche kohärente Laserstrahlen Li mit einer Wellenlänge λ erzeugen und welche in einem zweidimensionalen Muster mit einer Neigung d&sub1; angeordnet sind. Die Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen umfasst ebenfalls eine Fourier- Transformationslinse 20, welche eine Brennweite f&sub1; aufweist und so angeordnet ist, das sie dem Matrixlaser 10 gegenüber steht. Die Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen umfasst weiterhin ein optisches System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30, welches in der Fourier- Transformationsebene SA der Fourier-Transformationslinse 20 angeordnet ist und welches Weitfeldmuster der Matrixlasers 10 in kleine Felder aufteilt. Das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 besteht aus einer Strahlexpansionsmatrix (einer Expansionslinsenmatrix) 31 und einer Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 33, welche aus einer Matrix einer Vielzahl von Fourier-Transformationslinsen 33i, 33i, ... besteht. Die Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen umfasst weiterhin ein optisches System mit Resonatorspiegeln 40, welches aus einer gegenüber dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation 30 angeordneten konvergenten Linse 41 besteht, einem ersten Resonatorspiegel 42, und einem zweiten Resonatorspiegel 50, welcher an der rückwärtigen Seitenfläche des Matrixlasers 10 der Ausstrahlfläche des Laserstrahls angewandt angeordnet ist. Die Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen umfasst weiterhin ein Mittel zur Phasenmodulation 60, welches eine Matrix von phasenmodulierenden Elementen 61, 61, ... umfasst und zwischen der Strahlexpansionsmatrix 31 und der Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 33 des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 angeordnet ist. Das Mittel zur Phasenmodulation 60 moduliert jede Phase der Laserstrahlen, welche in kleine Felder aufgeteilt sind, so dass die Wellenfronten der Vielzahl der Laserstrahlen, nachdem sie der Fourier-Transformation in dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 unterzogen wurden, als Ganzes die gleiche Phase hinsichtlich einer vorbestimmten Richtung haben können. Die Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen umfasst weiterhin ein Mittel zum Steuern des Abtastens 70, welches das Mittel zur Phasenmodulation 60 derart steuert, dass die Laufrichtungen der Laserstrahlen L, welche aus dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 ausgestrahlt worden sind, in einem gewünschten Zeitabschnitt geändert werden können.
Der Matrixlaser 10 und die Fourier-Transformationslinse 20 sind derart angeordnet, dass die Laserstrahlen Li, welche aus den Laserstrahlenquellen 11, 11, ..., welche den Matrixlaser 10 bilden, ausgestrahlt worden sind, einander auf der Fourier- Transformationsfläche SA der Fourier-Transformationslinse 20 überschneiden, so dass diese eine Differenz im Winkelspektrum (d. h. eine Variation eines Winkelspektrums αm) Δα gegeneinander aufweisen.
Das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation 30 ist derart angeordnet, dass seine vordere Fourier-Transformationsebene SB mit der Fourier- Transformationsebee SA der Fourier-Transformationslinse 20 zusammenfällt.
Die Anzahl N der Laserstrahlenquellen 11, 111, ..., welche den Matrixlaser 10 bilden, die Linsenneigung (die Matrixneigung) p des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation 30, die Brennweite f&sub2; des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Foiurer-Transformation 30, die Wellenlänge λ des Laserstrahls, und die Differenz im Winkelspektrum Δα werden so gesetzt, dass die Bedingungen der Gleichungen (1) und (2) erfüllt sind.
pΔα = I (1)
wobei I ein Integerwert ungleich 0 ist.
λΔαf&sub2;N = p (2)
Als Hilfe zur Vereinfachung der Erklärung, ist eine Analyse auf der Annahme durchgeführt worden, dass der Matrixlaser 10, das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation 30 oder ähnliches, in eindimensionaler Form in der Ebene des Blattes der Fig. 1 angeordnet sind. Die Gleichungen (1) und (2) können in die Gleichungen (3) und (4) umgewandelt werden und stellen die Bedingungen dar, bei denen die Nahfeldmuster der Vielzahl der Laserstrahlenquellen als Ganzes im gleichen Intervall auf der rückwärtigen Fourier- Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 wiedergegeben werden.
wobei d&sub1; die Matrixneigung des Matrixlasers 10 und f&sub1; die Brennweite der Fourir-Transformationslinse 20 darstellt.
Der Krümmungsradius der reflektierenden Oberfläche des ersten Resonatorspiegels 42 ist an der Stelle des ersten Resonatorspiegels 42 gleich dem Krümmungsradius der Wellenfront des Laserstrahls gesetzt, welche durch die konvergente Linse 41 konvergent verläuft. Die Bestimmung des Krümmungsradius wird im folgenden erläutert.
Die Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen wird im Folgenden beschrieben.
Die Laserstrahlen Li, welche aus den Laserstrahlenquellen 11, 11, ..., welche den Matrixlaser 10 bilden, ausgestrahlt worden sind, werden durch die Fourier-Transformationslinse 20 dazu gebracht, sich gegenseitig zu Überschneiden und zu Überlagern, so dass sie eine vorbestimmte Winkeldifferenz (λ·Δα) gegeneinander auf der Fourier-Transformationsebene SA der Fourier-Transformationslinse 20 haben. Auf der Fourier- Transformationsebene SA werden deshalb Weitfeldmuster des Matrixlasers 10 ausgebildet. Die Amplitudenverteilung Ψ&sub1;(u) des Weitfeldmusters des Matrixlasers 10 bei einem Abstand u von der optischen Achse auf der Fourier-Transformationsebene SA bildet ein Interferenzbild durch die Überlagerung der Amplitudenverteilungen des ausgestrahlten Laserstrahls mit einem zentralen Winkelspektrum αm, und wird durch die Gleichung (5) dargestellt.
Ψ&sub1; (u) = Am exp(i m)exp(-2π i αm u) (5)
wobei Am: die Amplitude jedes Laserstrahls Li
m: Die Phase jedes Laserstrahls Li
das zentrale Winkelspektrum jedes Laserstrahles.
Das Interferenzbild der Amplitudeverteilung Ψ&sub1;(u), dargestellt durch Gleichung (5), wird durch das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 in eine Vielzahl kleiner Felder entsprechend der Feldanzahl des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 aufgeteilt, welches eine Strahlexpansionsmatrix 31 und Fourier-Transformationslinsen 33i, 33i, ... umfasst. Weiterhin werden Nahfeldmuster des Matrixlasers 10 für die entsprechenden kleinen Felder auf der rückwärtigen Fourier- Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation wiedergegeben. Die Amplitudenverteilung Ψ&sub2;(w) der wiedergegebenen Nahfeldmuster des Matrixlasers 10 in einem Abstand w von der optischen Achse auf der Fourier-Transformationsebene SC (d. h. der optischen Achse des gesamten optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30, und nicht der optischen Achse von jedem der optischen Systeme mit Fourier-Transformationslinse, welche das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation bilden) wird durch Gleichung (6) dargestellt.
wobei 2L+1: die Feldanzahl des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation
δ: der Betrag der Verschiebung des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation hinsichtlich des Matrixlasers
c = ηp: die äquivalente Blendendurchmesser der phasenmodulierenden Elemente 61, 61, ...
η: der Wirkungsgrad des äquivalenten Blendendurchmessers in Bezug zum Linsendurchmesser des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation.
Die Gleichung (3) verdeutlicht, dass die Matrixneigung p des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 mit integrierten Vielfachen der Neigung der Interferenzstreifen des Matrixlasers 10 zusammenfällt, welche auf die Fourier-Transformationsebene SA der Fourier- Transformationslinse 20 projeziert werden. Durch Einsetzen der Gleichung (3) in die Gleichung (6) und Setzen des Betrages der Verschiebung mit δ = 0 kann die Amplitudenverteilung Ψ&sub2;(w) des Matrixlasers 10 durch Gleichung (7) ausgedrückt werden.
Gemäß Gleichung (7) werden in Fällen, wo die Anzahl N der Laserstrahlenquellen des Matrixlasers 10 ungerade ist oder in Fällen, wo I in der Gleichung (1) oder in der Gleichung (3) geradzahlig ist, die Oszillationsphase und die Intensität, dargestellt durch die Nahfeldmuster des Matrixlasers 10, welche auf der rückwärtigen Fourier-Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation 30 wiedergegeben werden, gleich der Oszillationsphase und Intensität gehalten, welche zur Zeit des Ausstrahlens aus dem Matrixlaser 10 auftreten. In Fällen, wo die Anzahl Nder Laserstrahlenquellen des Matrixlasers 10 geradzahlig und I in Gleichung (1) oder in Gleichung (3) ungerade ist, wird die Phase abwechselnd hinsichtlich der Matrixneigung p des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 invertiert. In Fällen, in denen die Phase derart invertiert wird, kann die Phasendifferenz von p, welche im Zusammenhang mit der Matrixneigung des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 durch Modulieren der Phase im Umfang von π mit dem Mittel zur Phasenmodulation 60 kompensiert. In dieser Weise kann die Amplitudenverteilung des Matrixlasers 10, bei der die Oszillationsphase unverändert gehalten wurde, auf der rückwärtigen Fourier-Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 wiedergegeben werden.
Die Neigung d&sub2; der Matrix des Matrixlasers 10, welche auf der rückwärtigen Fourier-Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 wie oben beschrieben wiedergegeben wird, der Strahldurchmesser D des Matrixlasers 10, der Füllfaktor F(d. h. das Verhältnis des Strahldurchmessers D zu der Neigung d&sub2; des Musters des Matrixlasers 10) werden entsprechend durch Gleichungen (8), (9) und (10) dargestellt.
d&sub2; = λ f&sub2; Δα = f&sub2;/f&sub1; d&sub1; (8)
Nach Gleichung (10) nimmt der Füllfaktor F ein Maximum bei I = 1 an. Zu diesem Zeitpunkt ist der Füllfaktor F umgekehrt proportional dem Wirkungsgrad η. Der Füllfaktor F kann deshalb durch Verkleinern des Wirkungsgrades η groß gestaltet werden.
Diese Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen ist derart ausgebildet, dass die Gleichungen (2) und (4) erfüllt werden können. Der Abstand zwischen den Nahfeldmustern des Matrixlasers 10, welche durch die optischen Systeme mit Fourier-Transformationslinse wiedergegeben werden und die in ihrer das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation bildenden Vielzahl aneinandergrenzend liegen, wird deshalb gleich d&sub2;. Die Nahfeldmuster des Matrixlasers 10 werden bei gleicher Neigung als Ganzes auf die rückwärtige Fourier-Transformationsebene SC des optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation 30 projeziert.
Wie die Nahfeldmuster des Matrixlasers 10, welche auf der rückwärtigen Fourier-Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 wiedergegeben werden, in einer Reihe bei gleicher Neigung als Ganzes stehen, wird im Einzelnen nachfolgend unter Bezug auf Fig. 15 beschrieben. Wie in Fig. 15 dargestellt, werden Nahfeldmuster 10A, 10A, ... des Matrixlasers durch die optischen Systeme mit Fourier-Transformationslinse wiedergegeben, welche das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 bilden. Jedes der Nahfeldmuster 10A, 10A, ... weist Spitzenwerte 10Ai, 10Ai, ...in festgelegten Intervallen auf. Die Positionen, an welchen die Spitzenwerte 10Ai, 10Ai, ... auftreten, entsprechen der Neigung d&sub1; der Vielzahl der den Matrixlaser bildenden Laserstrahlenquellen 11, 11, .... Werden die zwei Nahfeldmuster 10A, 10A des Matrixlasers 10 berücksichtigt, welche durch zwei angrenzende optische Systeme mit Fourier-Transformationslinse wiedergegeben werden, wird in den Fällen, wo Gleichung (2) oder Gleichung (4) erfüllt ist, der Abstand dA zwischen den Spitzenwerten 10Ai, 10Ai, der zwei Nahfeldmuster 10A, 10A, deren Spitzenwerte nahe aneinander liegen, gleich der Neigung d&sub2; der Spitzenwerte 10Ai, 10Ai, ... des Nahfeldmusters 10A des Matrixlasers 10, welches durch ein einzelnes optisches System mit Fourier-Transformationslinse wiedergegeben wird. In den Fällen, wo alle der Abstände zwischen angrenzenden Spitzenwerten 10Ai, 10Ai der Nahfeldmuster 10A, 10A, ... des Matrixlasers 10 gleich sind, welche auf der rückwärtigen Fourier-Transformationsebene SC wiedergegeben werden, können die Nahfeldmuster des Matrixlasers 10 bei gleicher Neigung als Ganzes als in einer Reihe stehend angesehen werden.
Gleichung (7) kann zu diesem Zeitpunkt in Gleichung (11) umgeformt werden. Es wird angenommen, dass in Fällen, wo die Anzahl N der Laserstrahlenquellen des Matrixlasers 10 ganzzahlig und I in Gleichung (1) oder in Gleichung (3) ungerade ist, die abwechselnd hinsichtlich der Matrixneigung p des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation 30 invertierte Phasenverteilung durch das Mittel zur Phasenmodulation 60 korrigiert wird.
wobei
Die Amplitudenverteilung Ψ&sub3;(fw) des Matrixlasers 10 im Weitfeld des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation 30 kann durch Ausführen der Fourier- Transformation von Gleichung (11) erhalten werden und wird durch Gleichung (12) ausgedrückt.
wobei
fw = tan θ/λ
θ: Winkel des Weitfeldes
Ein konkreterer Aufbau wird im folgenden beschrieben. Als erstes werden die Parameter der entsprechenden Komponenten wie folgt gesetzt:
Anzahl N der den Matrixlaser 10 bildenden Laserstrahlenquellen 11, 11, ... = 9
Neigung d&sub1; zwischen angrenzenden Laserstrahlenquellen 11, 11 des Matrixlasers 10 = 125 um
Wellenlänge λ des Laserstrahls = 781.25 nm
Brennweite f&sub1; der Fourier-Transformationslinse 20 = 8 mm
I = 1, η = 1
Matrixanzahl M des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 = 21
Diese Werte werden in die Gleichungen (1), (2), (8), (9) und (10) eingesetzt, und die Werte der anderen Parameter wie folgt gesetzt:
Matrixneigung p des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 = 355.6 um
Neigung d&sub2; des Matrixlasers 10, welche auf der rückwärtigen Fourier-Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 wiedergegeben wird = 5.6 um
Strahldurchmesser D des Matrixlasers 10, welcher auf der rückwärtigen Fourier-Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 wiedergegeben wird = 9.1 um
Füllfaktor F = 1.64
Fig. 2 zeigt die Ergebnisse der Intensitätsverteilung des Laserstrahls, welcher aus der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen ausgestrahlt worden ist, bei denen die Parameter der entsprechenden Komponenten auf die zuvor genannten Werte gesetzt sind, hinsichtlich des Winkels des Weitfeldes θ.
Fig. 2 bestätigt, dass diese Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen den Laserstrahl ausstrahlt, welcher eine hinreichend einbogige Intensitätsverteilung aufweist.
Im folgenden wird eine Analyse hinsichtlich der Oszillationseigenmoden dieser Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen durchgeführt. Die Supermoden, welche in der Resonatoranordnung der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen auftreten können, sind durch die Amplitude und die Phase jedes Laserstrahls festgelegt, welcher sich selbständig in der Resonatoranordnung ausbreitet. Die Supermoden werden als Ergebnisvektoren der Eigen-Gleichung (13) ausgedrückt, wobei N Moden vorliegen.
[r&sub0; r exp(i 2 σ L) Rr - I] e = 0 (13)
wobei Rr die Reflektionsmatrix in der Resonatoranordnung darstellt, e den Eigen-Vektor repräsentiert, r&sub0; das Amplitudenreflektionsvermögen der rückwärtigen Endfläche des Lasers darstellt, r das Amplitudenreflektionsvermögen des Ausstrahlsspiegels repräsentiert, und σ die komplexe Ausbreitungkonstante des Supermodus darstellt.
In Gleichung (13) ist der Wert von (r&sub0;·r)&supmin;¹exp(-i2σL) der Eigen Wert λ von Rr, und der Supermodus der Resonatoranordnung ist der Eigenvektor der Matrix Rr. Der Schwellenleistungsgewinn gn des Supermodus dieser Resonatoranordnung wird durch die Gleichung (14) von dem Eigenwert λ angegeben.
Die Reflektionsmatrix stellt dabei auf Grund der Effekte des Umlaufs in dem Resonator auch den Kopplungskoeffizienten zwischen den entsprechenden Laserstrahlen dar, welche aus den Laserstrahlenquellen 11, 11, ... ausgestrahlt werden, die den Matrixlaser 10 bilden. Insbesondere wird auf Grund der Effekte des Umlaufs in der Resonatoranordnung jeder der Laserstrahlen, welche aus den Laserstrahlenquellen 11, 11, ... ausgestrahlt werden, die den Matrixlaser 10 bilden, zur gegenüberliegenden Seite der optischen Achse reflektiert und mit dem Laserstrahl an der Position gekoppelt, wohin der Laserstrahl reflektiert wurde. Der Laserstrahl, welcher durch den ersten Resonatorspiegel 42 reflektiert wurde, läuft weiterhin nicht in der rückwärtigen Fourier-Transformationsebene SC zusammen und wird auf Grund der Ablenkungseffekte abgelenkt. Der Laserstrahl, welcher durch den ersten Resonatorspiegel 42 reflektiert wurde, wird deshalb mit dem anderen Laserstrahl gekoppelt, welcher in der Nähe verläuft.
Zur hilfsweisen Erleichterung der Erläuterungen können die Nahfeldmuster des Matrixlasers 10, welche auf der rückwärtigen Fourier-Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 wiedergegeben werden, als sekundäre Matrixlaserstrahlenquellen angesehen werden. In diesen Fällen ist das Koppeln von den Laserstrahlen, welche aus den Laserstrahlenquellen 11, 11, ... ausgestrahlt werden, die den Matrixlaser 10 bilden, identisch dem Koppeln zwischen den Laserstrahlen, welche von den sekundären Matrixlaserstrahlenquellen kommen, durch die Reflektion des optischen Systems mit Resonatorspiegeln 40 identisch. Wie in Fig. 3 dargestellt kann in Fällen, in denen der Laserstrahl von der sekundären Matrixlaserstrahlenquelle auf der rückwärtigen Fourier-Transformationsebene SC, wobei die Quelle in einem Abstand y&sub0; von der optischen Achse angeordnet ist, von dem ersten Resonatorspiegel 42 reflektiert wird und konvergent auf die rückwärtige Fourier- Transformationsebene SC zuläuft, der Abstand y von der optischen Achse bis zu der Position, an welcher der Laserstrahl zum konvergent gemacht wird, mit Hilfe der Gleichung (15) berechnet werden. (Die Position, an welcher der Laserstrahl konvergent gemacht wird, wird durch achsnahes Nachzeichnen des Strahls unter der Annahme ermittelt, dass der Strahldurchmesser jedes Laserstrahls genügend klein ist.)
wobei
B: Durchmesser des aus dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 ausgestrahlten Laserstrahls (= P·M)
f&sub3;: Brennweite der konvergierenden Linse 41
l&sub0;: Abstand des Brennpunktes der konvergierenden Linse 41 des ersten Resonatorspiegels 42
R: Krümmungsradius des ersten Resonatorspiegels 42
Auflösung von Gleichung (15) liefert y = -y&sub0;. Dies zeigt, dass der Laserstrahl zu der hinsichtlich der optischen Achse symmetrischen Position reflektiert und mit dem anderen Laserstrahl gekoppelt wird. In Fällen, in denen der Matrixlaser 10 und das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 in einem eindimensionalen Muster angeordnet sind und Gleichung (1) erfüllt ist, können durch die Synergieeffekte des Koppelns und die Strahlaufweitung in Folge der Ablenkung, die den Kopplungskoeffizienten wiedergebenden entsprechenden Elemente {rij} der Reflektionsmatrix Rr durch Gleichung (16) dargestellt werden.
wobei
D: Resonatorlänge
z: Abstand zwischen der Position der sekundären Matrixlaserstrahlenquelle, welche durch die rückwärtige Fourier-Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation 30 gebildet wird, und der Position, an welcher der Laserstrahl der sekundären Matrixlaserstrahlenquelle reflektiert und dazu gebracht wird, ein Bild durch das optische System mit Resonatorspiegeln 40 zu erzeugen
&sub1;&sub1;, &sub1;&sub2;: Phasenmodulationsverteilung, gegeben durch das Mittel zur Phasenmodulationn 60
In Fällen, in denen der Abstand z zwischen der Position der sekundären Matrixlaserstrahlenquelle, welche auf der rückwärtigen Fourier-Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 gebildet wird, und der Position, an welcher der Laserstrahl von der sekundären Matrixlaserstrahlenquelle reflektiert und dazu gebracht wird, ein Bild durch das optische System mit Laserresonatorspiegeln 40 zu erzeugen, groß gemacht wird, können die aus dem Matrixlaser 10 ausgestrahlten Laserstrahlen L1 parallel und gleichmäßig miteinander gekoppelt werden.
Fig. 4 zeigt die Ergebnisse der Berechnungen der Verstärkungswerte der Schwellenleistung mit der Eigen- Gleichung (13) (wobei N = 9) in Fällen, wo keine Phasenmodulation durchgeführt wurde. Aus Fig. 4 kann entnommen werden, dass die Verstärkungswerte der Schwellenleistung des Eigen-Modus ( = 1), bei welchen die entsprechenden Laserstrahlen i mit gleicher Phase aus dem Matrixlaser 10 ausgestrahlt werden, am kleinsten sind, die Differenzen zwischen den Verstärkungswerten der Schwellenleistung des Eigen-Modus ( = 1) und den Verstärkungswerten der Schwellenleistung der anderen Eigen- Moden ( = 2 bis 9) mit dem Abstand z genügend groß werden, und deshalb die Diskriminierung der Eigen-Moden, in welchen die entsprechenden Laserstrahlen L1 mit gleicher Phase aus dem Matrixlaser 10 ausgestrahlt werden, gut erhalten bleibt.
Wie oben beschrieben, können mit dieser Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen die von dem Matrixlaser erzeugten Laserstrahlen kohärent miteinander kombiniert und aus dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 und dem optischen System mit Resonatorspiegeln 40 ausgestrahlt werden. Weiterhin wird in Fällen, in denen die Parameter der entsprechenden Komponenten so gesetzt werden, dass sie die Gleichungen (1) und (2) [oder Gleichungen (3) und (4)] erfüllen, und der Abstand z zwischen der Position der sekundären Matrixlaserstrahlenquelle, welche durch die rückwärtige Fourier-Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 gebildet wird, und der Position, an welcher der Laserstrahl von der sekundären Matrixlaserstrahlenquelle refektiert und dazu gebracht wird, ein Bild durch das optische System mit Resonatorspieglen 40 zu erzeugen, hoch angesetzt wird, können die entsprechenden Laserstrahlen gleichmäßig miteinander gekoppelt werden. Weiterhin kann in Fällen, in denen in Gleichung (1) oder Gleichung (3) I gleich 1 gesetzt ist, ein kombinierter Laserstrahl, welcher die Intesitätsverteilung mit guten einbogigen Charakteristiken wie in Fig. 2 dargestellt aufweist, aus dem ersten Resonatorspiegel 42 ausgestrahlt und ein Laserstrahl mit hoher Ausgangsleistung leicht erzielt werden.
Fig. 5 zeigt eine erläuternde Ansicht der Wellenfronten S, S' von Laserstrahlen nach Durchtreten des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 und dem Mittel zur Phasenmodulation 60 in der Ausführungsform von Fig. 1. In Fällen, in denen die Anzahl N der den Matrixlaser 10 bildenden Laserstrahlenquellen 11, 11, ... ungerade ist oder in Fällen, in denen der Wert von I in Gleichung (1) geradzahlig ist, bilden die Wellenfronten S der Laserstrahlen L eine einzige Wellenfront, welche annähernd normal zur optischen Achse und welche normal zur optischen Achse als Ganzes ist, wenn die Phasenmodulation durch die phasenmodulierenden Elemente 61, 61, ..., mit der durchgezogene Linie angedeutet, nicht durchgeführt wurde. Dies deshalb, weil die Anzahl N der den Matrixlaser 10 bildenden Laserstrahlenquellen 11, 11, ..., die Neigung d&sub1; des Matrixlasers 10, die Brennweite f&sub1; der Fourier- Transformationslinse 20, die Linsenneigung p des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30, die Brennweite f&sub2; des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Foiurier-Transformation 30, und die Wellenlänge A des Laserstrahls so gesetzt sind, dass die Bedingungen der Gleichungen (1) und (2) [oder Gleichungen (3) und (4)], und der Modus, in welchem die entsprechenden Laserstrahlen Li mit gleicher Phase ausgestrahlt werden, selbständig in dem Matrixlaser 10 ausbilden.
Wenn das Mittel zur Phasenmodulation 60 durch das Mittel zum Steuern des Abtastens 70 gesteuert und jede der Phasen der in kleine Felder aufgeteilte Laserstrahlen in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Phasenneigung moduliert wird, wird der Modus, in welchem die Laserstrahlen mit den Wellenfronten S'( = S1', S2', S3', S4', ...) vorbestimmter Neigung, welche durch die gestrichelten Linien in Fig. 5 in den entsprechend kleinen Feldern den Linsen 33i, 33i, ... entsprechend angedeutet sind, in der Weise selbständig gebildet, dass die Wellenfronten der von dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 ausgestrahlten Laserstrahlen die gleiche Phase als Ganzes hinsichtlich der Richtung haben, welche bezüglich der optischen Achse um einem Winkel entsprechend der Phasenmodulation geneigt ist.
In Fällen, in denen N geradzahlig oder I ungerade ist, kann wie oben beschrieben das Mittel zur Phasenmodulation 60 durch das Mittel zum Steuern des Abtastens 70 so gesteuert werden, dass die wechselnd invertierte Phasenverteilung der entsprechend kleinen Felder kompensiert wird.
Durch die oben beschriebenen Effekte treffen die aus dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 ausgestrahlten Laserstrahlen L auf der konvergenten Linse 41 auf und werden durch die konvergente Linse 41 zusammengeführt. Danach treffen die Laserstrahlen L auf den ersten Resonatorspiegel 42 auf.
Fig. 6 zeigt eine erläuternde Ansicht, wie die Laserstrahlen L zusammengeführt und wie der Krümmungsradius des ersten Resonatorspiegels 42 bestimmt ist. Die aus dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 ausgestrahlten Laserstrahlen L könne als Gaußsche Strahlen betrachtet werden. Der Strahltaillendurchmesser d an der Position der Brennweite f&sub3; der konvergenten Linse 41 kann mit Gleichung (17) dargestellt werden.
wobei B: Strahldurchmesser der Laserstrahlen L an der Fourier- Transformationebene des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30
zA = πB²/4λ
z&sub1;: Abstand zwischen der Fourier-Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier- Transformation 30 und der konvergenten Linse 41 Der Wert von z&sub1; - f&sub3; ist bezeichnenderweise kleiner als der Wert von zB (d. h. z&sub1; - f&sub3; < < zB). Gleichung (17) kann deshalb in Gleichung (18) umgeformt werden.
d = B f&sub3; /zB (18)
Der Krümmungsradius R der Wellenfronten der Laserstrahlen L in einem Abstand 1 von der Brennweite f&sub3; der konvergierenden Linse 41 kann deshalb durch Gleichung (19) ausgedrückt werden.
R = 1 + zd²/1 (19)
wobei
zd = πd²/4λ
Um zu erreichen, dass der erste Resonatorspiegel 42 die einfallenden Laserstrahlen immer entgegen der Richtung des Einfalls der Laserstrahlen reflektiert, sollte der Abstand z&sub1; von der konvergierenden Linse 41 zu der rückwärtigen Fourier- Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 so gesetzt sein, dass Gleichung (20) derart erfüllt ist, dass die Laserstrahlen, welche durch die konvergierenden Linse 41 gebrochen worden sind, entlang der Richtungen normal zu dem ersten Resonatorspiegel 42 auftreffen können, dessen Krümmungsradius gleich dem Krümmungsradius R der Wellenfronten der einfallenden Laserstrahlen ist.
z&sub1; = f&sub3; - f&sub3;/(R - 1)
wobei 1: Abstand der Brennweite f&sub3; der konvergierenden Linse 41 zum ersten Resonatorspiegel 42
Die Laserstrahlen L, welche durch den ersten Resonatorspiegel 42 entgegen der Einfallsrichtung reflektiert worden sind, schwingen zwischen dem ersten Resonatorspiegel 42 und dem zweiten Resonatorspiegel 50. Übersteigt der Gewinn den Verlust, wird die Energie des kombinierten Laserstrahls verstärkt. In dieser Art tritt ein Teil des kombinierten kohärenten Laserstrahls durch die halb-durchlässige Fläche des ersten Resonatorspiegels 42 hindurch und wird dadurch aus der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen ausgestrahlt.
Ein Signal für ein gewünschtes Abtastmuster wird von dem Mittel zum Steuern des Abtastens 70 dem Mittel zur Phasenmodulation 60 übermittelt. In dieser Art können die Phasen der Laserstrahlen moduliert, die Neigungen der Wellenfronten der Laserstrahlen hinsichtlich der optischen Achse geändert, und die Laserstrahlen dadurch entlang der gewünschten Richtung abgetastet werden.
Wie oben beschrieben, kann mit dieser Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung der Laserstrahl mit einer Intensitätsverteilung in Form einer wie in Fig. 2 gezeigten guten einbogigen Charakteristik in eindimensionaler Richtung oder in zweidimensionaler Richtung abgetastet werden.
Selbst wenn der Wert auf der linken Seite der Gleichung (1) nicht gleich einem Integerwert von 1 ist, kann in Fällen, in denen der Wert gleich einem Wert im Bereich größer 0 bis kleiner 2 gesetzt wird, ein kombinierter Laserstrahl mit guter einbogiger Charakteristik durch Ausführen der vorbestimmten Phasenmodulation mit dem Mittel zur Phasenmodulation 60 erzielt werden.
Der hier benutzte Begriff 'vorbestimmte Phasenmodulation' bedeutet, dass die Phasen durch Steuern der phasenmodulierenden Elemente 61, 61, ... derart moduliert werden, dass, wie in Fig. 7B dargestellt, die Wellenfronten der Laserstrahlen nach Durchtreten der Fourier- Transformationslinsenmatrix 33 als Ganzes glatt miteinander verbunden werden können.
Der erste Resonatorspiegel 42 muss nicht notwendigerweise die einfallenden Laserstrahlen entgegen der Einfallsrichtung der Laserstrahlen reflektieren.
Insbesondere fallen zum Beispiel, wie in Fig. 8 dargestellt, die Wellenfronten S&sub0; der Laserstrahlen L&sub0;, welche die angeordnete Phasenverteilung aufweisen und aus der konvergierenden Linse 41 ausgestrahlt worden sind, mit den Wellenfronten S&sub1; der reflektierten Laserstrahlen L&sub1; zusammen, welche an der Taille der Laserstrahlen L&sub0; reflektiert worden sind. Ein ebener Resonatorspiegel 43 kann deshalb senkrecht zur optischen Achse an der Taille der Laserstrahlen angeordnet werden, welche von der konvergierenden Linse 41 konvergent gemacht und in der Feldkrümmung kompensiert worden sind. Bei einer solchen Ausführungsform überlappen die Wellenfronten der reflektierten Laserstrahlen die Wellenfronten der einfallenden Laserstrahlen in einer vorbestimmten Spanne von Abtastwinkeln. Mit dieser Ausführungsform kann deshalb ein kohärenter kombinierter Laserstrahl erzielt werden.
Dementsprechend ist der erste Resonatorspiegel nicht auf einen Spiegel beschränkt, welcher die einfallenden Laserstrahlen entgegen der Einfallsrichtung der Laserstrahlen beschränkt.
Die aus dem Matrixlaser 10 ausgestrahlten Laserstrahlen können die wie in Fig. 9 mittels der durchgezogenen Linie angedeuteten Wellenfronten haben, und die Phasenmodulation kann mit dem Mittel zum Steuern des Abtastens 70 und den phasenmodulierenden Elementen 61, 61, ... derart durchgeführt werden, dass die aus dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 70 ausgestrahlten Laserstrahlen die gleiche Phase hinsichtlich der in einem entsprechenden Winkel zur optischen Achse geneigten Richtung haben. In solchen Fällen wird das sich von dem ersten Resonatorspiegel 42 bis zur Fourier-Transformationlinse 20 erstreckende optische System ein reversibles optisches System hinsichtlich der Wellenfronten der Laserstrahlen. Die Wellenfronten der reflektierten Laserstrahlen, welche von dem ersten Laserresonatorspiegel 42 reflektiert worden sind und wieder die ausstrahlende Endfläche des Matrixlasers 10 erreicht haben, werden gleich der von dem Matrixlaser 10 ausgestrahlten Wellenfronten. Wenn die reflektierten Laserstrahlen auf der ausstrahlenden Endfläche des Matrixlasers 10 auftreffen, dann durch den zweiten Resonatorspiegel 50 reflektiert werden, und wieder die ausstrahlende Endfläche des Matrixlasers 10 erreichen, haben die Wellenfronten der Laserstrahlen, welche wieder aus der Endfläche des Matrixlasers 10 ausgestrahlt werden die Verteilung, welche symmetrisch bezüglich der optischen Achse, in Fig. 9 durch die gestrichelte Linie angedeutet, ist.
Wenn der Laserstrahl in dem Resonator einen Umlauf macht, kann deshalb die ursprüngliche Phasenverteilung der Wellenfronten nicht erzielt und die Strahlkombination mit der gleichen Phase nicht durchgeführt werden. Tatsächlich hat ein Wellenleiter 12 eine endliche Weite. Deshalb liegen sich in verschiedene Richtungen ausbreitende optische Pfade durch den Wellenleiter 12 vor, und die Verstärkung des Laserstrahls wird durch Effekte hervorgerufen, bei welchen die Komponente mit gleicher Phase wie der des ursprünglichen Laserstrahls mit dem ursprünglichen Laserstrahl gekoppelt wird. Der Wirkungsgrad einer solchen Verstärkung ist dennoch nicht sehr hoch, weshalb eine hohe Verstärkungswirkung nicht erzielt werden kann.
Um eine hohe Verstärkungswirkung zu erzielen, sollte die Wellenfront des umgelaufenen Laserstrahls deshalb vorzugsweise dazu gebracht werden, mit der Wellenfront des ursprünglich ausgestrahlten Laserstrahls durch Ändern der Neigung der Wellenfront des Laserstrahls, welcher durch den ersten Resonatorspiegel 42 reflektiert worden ist, durch die konvergierende Linse 41 hindurchgetreten und dann auf den Matrixlaser 10 aufgetroffen ist, bezüglich der optischen Achse zusammenzufallen.
Die Fig. 10A, 10B und 10C zeigen Ausführungsformen der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung, bei denen die Phasenverteilung der umgelaufenen Laserstrahlen dazu gebracht wird, mit der Phasenverteilung der ursprünglich ausgestrahlten Laserstrahlen zusammenzufallen. Insbesondere sind in der Ausführungsform der Fig. 10A Kollimatorlinsen 53, 53, ... zwischen der rückwärtigen Endfläche des Matrixlasers 10 und einem zweiten Resonatorspiegel 51 angeordnet. Die Positionen der Kollimatorlinsen 53, 53, ... sind in einem Abstand gleich ihre Brennweite von der rückwärtigen Endfläche des Matrixlasers 10 entfernt. Weiterhin ist ein Prisma 52 an der rückwärtigen Seite der Kollimatorlinsen 53, 53, ... angeordnet. Der zweite Resonatorspiegel 51 ist auf den zwei reflektierenden Oberflächen des Prismas 52 derart angeordnet, dass ein einfallender Laserstrahl Li an die Position symmetrisch der optischen Achse ausgestrahlt werden kann. Die Wellenfronten der Laserstrahlen Li, Li, ... fallen deshalb mit den Wellenfronten der ursprünglich ausgestrahlten Laserstrahlen zusammen, und die Verstärkungswirkung kann hoch gehalten werden.
In der Ausführungsform der Fig. 103 ist weiterhin eine Fourier-Transformationslinse 55 zwischen der rückwärtigen Endfläche des Matrixlasers 10 und dem zweiten Resonatorspiegel 54 derart angeordnet, dass die Fourier-Transformationsebene der Fourier-Transformationslinse 55 mit der rückwärtigen Endfläche des Matrixlasers 10 zusammenfallen kann. In dieser Art wird jeder der Laserstrahlen Li, Li, ..., welcher durch den ersten Resonatorspiegel reflektiert, dadurch in den Matrixlaser 10 eingetreten und dann aus der rückwärtigen Endfläche des Matrixlasers 10 ausgestrahlt worden ist, an eine Position symetrisch bezüglich der optischen Achse reflektiert.
Bei der Ausführungsform der Fig. 103 wird jeder der umgelaufenen und dann aus dem Matrixlaser 10 ausgestrahlten Laserstrahlen Li, Li, ... von einer Position symmetrisch bezüglich der optischen Achse ausgestrahlt. Die Wellenfronten der Laserstrahlen Li, Li, ... fallen deshalb mit den Wellenfronten der ursprünglich ausgestrahlten Laserstrahlen zusammen, und die Verstärkungswirkung kann hoch gehalten werden. Die Konfiguration der in Fig. 10A und 10B gezeigten Laser wird grundsätzlich als Ringlaserkonfiguration bezeichnet.
Bei der Ausführungsform der Fig. 10C wird weiterhin eine konvergente Linse 57 anstelle der Fourier-Transfomationslinse 55 der Konfiguration in Fig. 10B und ein phasenkonjugierter Spiegel 56 als zweiter Resonatorspiegel benutzt. Der phasenkonjugierte Spiegel 56 ist an einer Position genügend weit entfernt von der rückwärtigen Endfläche des Matrixlasers 10 angeordnet (so dass die von der rückwärtigen Endfläche des Matrixlasers ausgestrahlten Laserstrahlen gegenseitig überlagert werden können).
Der hier benutzte Begriff 'phasenkonjugierter Spiegel' bezeichnet einen Spiegel, welcher aus einem lichtbrechenden Medium, etwa BaTiO&sub3;, und verfügt über Eigenschaften der Phasenkompensation und Zeitreflektion, wie z. B. in R. A. Fisher, ed.: Optical Phase Conjugation (Academic, New York, 1983) beschrieben.
Bei der Ausführungsform der Fig. 10C wird jeder der Laserstrahlen Li, Li, ..., welche durch den ersten Resonatorspiegel 42 reflektiert worden, dadurch in den Matrixlaser 10 eingetreten und dann auf den phasenkonjugierten Spiegel 56 aufgetroffen sind, der Phasenkompensation und der Zeitreflektion durch den phasenkonjugierten Spiegel 56 unterworfen und kehrt danach zu dem ursprünglichen Wellenleiter 12 des Matrixlasers 10 zurück. Die Wellenfronten der Laserstrahlen Li, Li, ... fallen deshalb mit den Wellenfronten der ursprünglichen ausgestrahlten Laserstrahlen zusammen, und die Verstärkungswirkung kann hoch gehalten werden.
Die Phasenverteilung der umgelaufenen Laserstrahlen kann dazu gebracht werden, mit der Phasenverteilung der ursprünglichen Laserstrahlen zusammenzufallen, ohne ein spezielles optisches System mit Resonatorspiegeln hinter dem Matrixlaser zu benutzen.
Fig. 11 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der ein Massenlasermedium 13, wie ein festes Lasermedium, als Laserstrahlenquelle anstelle des eine Vielzahl von Laserstrahlenquellen umfassenden Matrixlasers 10 benutzt wird. Das Massenlasermedium 13 kann Laserstrahlen von beliebigen zusammenhängenden Positionen ausstrahlen.
In Gleichung (6) stellt der dritte Term der Exponentialfunktion die Verschiebung der Position des Ausstrahlpunktes des Laserstrahls dar. Bei der Ausführungsform der Fig. 11 weist in den Fällen, in denen eine Verschiebung der Position des Ausstrahlpunktes des Laserstrahls auftritt, die Phasenverteilung der auf den entsprechenden optischen Systemen mit Fourier-Transformationslinsen des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30 wiedergegebenen Laserstrahlmuster einen vorbestimmten Neigungswinkel bezüglich der optischen Achse in Folge der Verschiebung der Position des Ausstrahlpunkts des Laserstrahls auf.
Bei der Ausführungsform, bei der ein Massenlasermedium 13 benutzt wird, wird die Vielzahl der Ausstrahlpunkte der Laserstrahlen in dem Massenlasermedium 13 automatisch derart verschoben, dass die Phasenverteilung der aus der Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 33 ausgestrahlten Laserstrahlen der Phasenverteilung, welche den phasenmodulierenden Elementen 61, 61, ... von dem Mittel zur Phasenmodulation 60 vorgegeben wird, überlagert werden können, um die Laserstrahlen mit der gleichen Phase bezüglich der um einen vorbestimmten Winkel zur Richtung der optischen Achse des Resonators geneigten Richtung auszustrahlen, und dies so, dass die Laserstrahlen dadurch als Ganzes die gleiche Phase bezüglich der um einen vorbestimmte Winkel geneigten Richtung haben. Die Wellenfronten der umgelaufenen Laserstrahlen können deshalb dazu gebracht werden, mit den Wellenfronten der ursprünglichen Laserstrahlen zusammenzufallen. Das Massenlasermedium 13 wird fortlaufend mit stimulierenden Strahlen oder ähnlichem angeregt.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen besteht zur Vereinfachung der Erläuterungen der Matrixlaser 10 aus den in eindimensionaler Richtung angeordneten Laserstrahlenquellen 11, 11, ... Dennoch ist die Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung ebenso mit einem Matrixlaser bestehend aus in einer zweidimensionalen Ebene normal zur optischen Achse angeordneten Laserstrahlenquellen 11, 11, ... zu verwenden. Weiterhin ist die Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Gebrauch eines zweidimensionalen Massenlasermediums zu verwenden. Eine Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen, bei der der Matrixlaser aus in einer zweidimensionalen Ebene angeordneten Laserstrahlenquellen 11, 11, ... besteht, wird im folgenden beschrieben.
Fig. 12A zeigt eine erläuternde Ansicht, wie eine Vielzahl von Laserstrahlenquellen 11, 11, ..., welche einen Matrixlaser 10" bilden, in einer zweidimensionalen Ebene (d. h. in einem x-y Koordinatensystem) angeordnet sind. In dem Matrixlaser 10" sind die Laserstrahlenquellen 11, 11, ... in einem schiefwinkligen wiederkehrenden Muster angeordnet. Eine nder schiefwinkligen Gitterachsen wird als x-Achse ngenommen, und die Laserstrahlenquelle 11, welche in der Nähe des Zentrums des Matrixlasers 10" liegt, ist im Ursprung angeordnet. In solchen Fällen wird angenommen, dass der Schnittpunkt der schiefwinkligen Gitterachsen, d. h. jede der Positionen der entsprechenden Laserstrahlenquellen 11, 11, ..., so gesetzt ist, dass die Gleichungen (21) und (22) gleichzeitig erfüllt sind.
a&sub1;x + b&sub1;y = n&sub1; n&sub1;: Integer (21)
a&sub2;x + b&sub2;y = n&sub2; n&sub2;: Integer (22)
wobei
d&sub1;: rechtwinkliger Abstand zwischen den schiefwinkligen Gitterachsen in Gleichung (21)
α: die Steigung der Gleichung (21) hinsichtlich der x- Achse
a&sub2; = 0 , b&sub2; = -1/d&sub2;
d2: rechtwinkliger Abstand zwischen den schiefwinkligen Gitterachsen in Gleichung (22)
Fig. 13 zeigt eine Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen, bei welcher der Matrixlaser 10 in der Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen der Fig. 1 durch den Matrixlaser 10" ersetzt ist. Bezug nehmend auf Fig. 13 werden die aus dem Matrixlaser 10" ausgestrahlten Laserstrahlen durch die Fourier- Transformationslinse 20 dazu gebracht, einander zu überschneiden und derart überlagert zu werden, dass sie auf der Fourier-Transformationsebene SA der Fourier- Transformationslinse 20 eine vorbestimmte Winkeldifferenz (in dem u&sub1;-u&sub2; Koordinatensystem) gegeneinander haben. In dieser Art und Weise erscheint ein Interferenzmuster. Dadurch werden auf der Fourier-Transformationsebene SA Weitfeldmuster des Matrixlasers 10" gebildet. Die Amplitudenverteilung Ψ&sub1;(u&sub1;, u&sub2;) der Weitfeldmuster des Matrixlasers 10" wird durch Gleichung (23) dargestellt.
wobei An1, n2: Amplitude jedes Laserstrahls Ln1, n2
n1, n2: Phase jedes Laserstrahls Ln1, n2
N&sub1; = N1b + N1a + 1: Laserfeldanzahl in Richtung der x-Achse
N&sub2; = N2b + N2a + 1: Laserfeldanzahl in Richtung der y-Achse
f&sub1;: Brennweite der Fourier-Transformationslinse 20
Gemäß Gleichung (23) wird die Amplitudenverteilung Ψ&sub1;(u&sub1;, u&sub2;) zu der periodischen Verteilung mit Spitzenwerten auf dem reziproken Gitter hinsichtlich des schiefwinkligen Gitters, welches das Muster des Matrixlasers 10" ist. Die jeden Spitzenwert wiedergebende Position wird durch die gleichzeitige Lösung der Gleichungen (24) und (25) angegeben.
Δ = a&sub1;b&sub2; - a&sub2;b&sub1;
Die Positionen der Spitzenwerte auf der Fourier- Transformationsebene SA (im u&sub1;-u&sub2; Koordinatensystem) sind in Fig. 12B dargestellt. Der rechtwinklige Abstand zwischen den reziproken Gitterachsen wird durch die Gleichungen (26) und (27) ausgedrückt.
D&sub1; = Δ /k&sub1; = d&sub1; Δ (26)
: rechtwinkliger Abstand zwischen den reziproken Gitterachsen dargestellt durch Gleichung (24)
D&sub2; = Δ /k&sub2; = d&sub2; Δ (27)
rechtwinkliger Abstand zwischen den reziproken Gitterachsen dargestellt durch Gleichung (25)
wobei
Ein Mittel zur Phasenmodulation 60", welches eine Matrix phasenmodulierender Elemente 61, 61, ... umfasst, und ein optisches System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30" (oder eine Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 33'), welche eine periodische Struktur gleich einem reziproken Gitter ausweisen, könne deshalb derart angeordnet sein, dass die vordere Fourier-Transformationebene SB mit der u1-u2 Koordinatensystemebene SA zusammenfällt. In diesen Fällen werden die Weitfeldmuster des Matrixlasers 10" mit periodischer Verteilung der Spitzenwerte auf dem reziproken Gitter in eine Vielzahl kleiner Felder aufgeteilt. Weiterhin werden die Nahfeldmuster des Matrixlasers 10" der entsprechend kleinen Felder auf der rückwärtigen Fourier- Transformationsebene SC (im w&sub1;-w&sub2; Koordinatensystem) des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30" wiedergegeben. (In Fig. 13 ist das Mittel zur Phasenmodulation 60" und das optische System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30" in vereinfachter Form wiedergegeben.) Die Amplitudenverteilung Ψ&sub1;(w&sub1;, w&sub2;) der von dem Matrixlaser 10" auf der rückwärtigen Fourier- Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30" wiedergegebenen Nahfeldmuster wird durch Gleichung (28) dargestellt.
wobei
f&sub2;: Brennweite des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation
δ&sub1;, δ&sub2;: Betrag der Verschiebung des optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation hinsichtlich des Matrixlasers
wobei P&sub1; und P&sub2; den rechtwinkligen Abstand zwischen den schiefwinkligen Gitterachsen darstellen, welche die periodische Struktur der Linsenmatrix ausmachen.
P&sub1;: rechtwinkliger Abstand zwischen den Achsen parallel zu Gleichung (24)
P&sub2;: rechtwinkliger Abstand zwischen den Achsen parallel zu Gleichung (25)
Der Neigungswinkel des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30" und die Variation des Winkelspektrums des aus den Laserstrahlenquellen 11, 11, ... ausgestrahlten Laserstrahls des Matrixlasers 10" werden so gesetzt, dass die Beziehungen der Gleichungen (29) und (30) erfüllt sind. Die Gleichungen (29) und (30) zeigen, dass die Matrixneigungen P&sub1; und P&sub2; in zwei Richtungen des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30", welches eine periodische Struktur ähnlich dem reziproken Gitter hinsichtlich des schiefwinkligen Gittermusters des Matrixlasers 10" hat, mit integralen Mehrfachen der Neigungen in den entsprechenden Richtungen der Interferenzstreifen zusammenfallen, welche auf der Fourier-Transformationsebene SA der Fourier-Transformationslinse 20 wiedergegeben werden und die periodische Spitzenwerte auf dem reziproken Gitter aufweisen.
wobei I&sub1; und I&sub2; einen Integerwert ungleich 0 darstellen.
Gleichung (28) kann deshalb wie im folgenden gezeigt in Gleichung (31) abgewandelt werden. Der Betrag der Verschiebung ist so gesetzt, dass δ&sub1; = 0 und δ&sub2; = 0 sind unter der Annahme, dass die Interferenzstreifen des Matrixlasers 10", welche auf die Fourier-Transformationsebene SA der Fourier- Transformationslinse 20 projeziert werden, keine Verschiebung hinsichtlich des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30" beinhalten.
Damit die Nahfeldmuster des Matrixlasers 10", welche auf der rückwärtige Fourier-Transformationsebene SC (im w&sub1;-w&sub2; Koordinatensystem) wiedergegeben werden, bei einer vorbestimmten Neigung in einer Linie in jeder Richtung stehen, müssen die Gleichungen (32), (33) und (34) erfüllt sein.
wobei H einen Integerwert darstellt.
Gleichung 34 stellt die Bedingungen dar, bei denen keine Verschiebung zwischen den angrenzend wiedergegeben Nahfeldmustern des Matrixlasers 10" auftritt.
In Fällen, in denen die Laserstrahlpositionen in den Nahfeldmustern des Matrixlasers 10", welche auf der rückwärtigen Fourier-Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30" wiedergegeben werden, einander überlappen, ist es für den Gewinn (die Ausgangsleistung des Laserstrahls) jeder Laserstrahlenquelle 11 notwendig, so gesteuert zu werden, dass die optische Intensität auf der rückwärtigen Fourier- Transformationsebene SC des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Tranformation 30" als Ganzes gleichförmig werden kann.
Damit die Intensitätsverteilung des aus dem optischen System mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 30" ausgestrahlten Laserstrahls annähernd perfekt einbogig im Weitfeld wird, ist es notwendig, die Gleichungen (29) und (30) so aufzulösen, dass I&sub1; = 1 und I&sub2; = 1 werden.
Die Laserstrahlenquellen 11, 11, ... des Matrixlasers müssen nicht notwendigerweise periodisch in zwei verschiedenen Richtungen in der oben beschriebenen Art und Weise angeordnet sein. Wie in Fig. 14 dargestellt, kann ein Matrixlaser 10" beispielsweise aus Laserstrahlenquellen bestehen, welche in wenigstens einer einzigen Richtung periodisch angeordnet sind. In solchen Fällen werden die Weitfeldmuster mit einer periodischen Matrixstruktur entsprechend der Struktur des Matrixlasers 10" auf der Fourier-Transformationsebene SA der Fourier-Transformationslinse 20 wiedergegeben. Ein Mittel zur Phasenmodulation 60" und eine Linsenmatrix zur Fourier- Transformation 33" mit einer Struktur entsprechend der Matrixstruktur der Weitfeldmuster sind derart angeordnet, dass die vordere Fourier-Transformationsebene SB mit der Fourier- Transformationsebene SA der Fourier-Transformationslins 20 zusammenfallen kann. In dieser Art werden die Nahfeldmuster des Matrixlasers 10" genügend nahe zueinander als Ganzes auf der rückwärtigen Fourier-Transfromationsebene SC der Linsenmatrix zur Fourier-Transformation 33" wiedergegeben. In den Fällen, in denen die Nahfeldmuster derart genügend nahe zueinander wiedergegeben werden, können die von dem optischen System mit Laserresonatorspiegeln reflektierten Laserstrahlen optisch miteinander gekoppelt werden. Die von dem Matrixlaser erzeugten Laserstrahlen können deshalb kohärent miteinander kombiniert und ausgestrahlt werden. Die gewünschte Phasenmodulation wird ebenfalls durchgeführt, so dass der Laserstrahl in einer gewünschte Position auf der optischen Achse des Resonators abgetastet werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zum Ausstrahlen und Abtasten von Laserstrahlen, umfassend:

eine Laserstrahlenquelle (11) zum Ausstrahlen einer Vielzahl von Laserstrahlen (A), eine Fourier- Transformationslinse (20), welche an einer Position derart angeordnet ist, dass sich die Laserstrahlen gegenseitig in vorbestimmten Winkelspektren in einer vorbestimmten virtuellen Ebene (SA) überschneiden, durch welche die Laserstrahlen hindurchtreten,

ein optisches System mit einer Linsenmatrix zur Fourier- Transformation (30), welches in der Nähe der virtuellen Ebene (SA) angeordnet ist, und welches die auf die virtuelle Ebene auftreffenden Laserstrahlen in kleine Felder aufteilt und eine Fourier-Transformation der kleinen Felder ausführt,

ein matrixähnliches Mittel zur Phasenmodulation (60), welches jede der Phasen des in kleine Felder aufgeteilten Laserstrahls derart moduliert, dass die Wellenfronten der Vielzahl der Laserstrahlen nach Anwendung der Fourier- Transformation in dem optischen System mit einer Linsenmatrix zur Fourier-Transformation die gleiche Phase hinsichtlich einer vorbestimmten Richtung im Winkelspektrum haben,

ein Mittel zur Steuerung des Abtastens (70), welches das Mittel zur Phasenmodulation derart steuert, dass die Ausbreitungsrichtungen der aus dem optischen System mit einer Linsenmatrix zur Fourier-Transformation abgestrahlten Laserstrahlen geändert werden, und

ein optisches System mit Laserresonatorspiegeln (40), umfassend

a) einen ersten Laserresonatorspiegel (42), welcher an einer Position derart angeordnet ist, dass er die Laserstrahlen von dem Mittel zur Phasenmodulation (60) empfängt, welche durch das Mittel zum Steuern des Abtastens (70) verändert wurden, und welches die geänderten Laserstrahlen reflektiert, und

b) einen zweiten Laserresonatorspiegel (50), welcher an einer rückwärtigen Position der Laserstrahlenquelle (11) angeordnet ist,

wobei die Brennweite des optischen Systems mit einer Linsenmatrix zur Fourier-Transformation, die Matrixneigung dieses optischen Systems, die Anzahl der von der Laserstrahlenquelle abgestrahlten Vielzahl von Laserstrahlen, die Wellenlänge der Laserstrahlen, und die Variation des Winkelspektrums jedes Laserstrahls an den entsprechenden Positionen, an welchen sich die Laserstrahlen gegenseitig überschneiden derart eingestellt sind, dass eine Vielzahl von Fouriertransformierten Mustern der Laserstrahlen, deren Muster auf der Fourier-Transformationsebene des optischen Systems mit einer Linsenmatrix zur Fourier- Transformation wiedergegeben werden, bei Benutzung als Ganzes in einer Reihe bei einer vorbestimmten Neigung stehen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Produktes aus der Matrixneigung des optischen Systems mit Linsenmatrix zur Fourier-Transformation (30) und der Variation des Winkelspektrums jedes der Laserstrahlen an den entsprechenden Positionen, an welchen die Laserstrahlen sich gegenseitig überschneiden, gleich einem Wert gesetzt ist, welcher in den Bereich größer 0 bis kleiner 2 fällt, so dass das Muster der Intensitätsverteilung des Vereinten Laserstrahls, welcher durch die optische Kopplung der Vielzahl der Laserstrahlen entsteht, fast vollkommen einbogig werden kann.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlenquelle (11) eine Matrixlaserstrahlenquelle ist, welche eine Matrix (10) mit einer Vielzahl von Laserstrahlenquellen umfasst, welche Laserstrahlen ausstrahlen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlenquelle (11) eine Massenlaserstrahlenquelle (13) ist, und in der Lage ist, die Laserstrahlen von beliebigen in einer Ebene liegenden Positionen auszustrahlen, wobei die Ebene parallel zu der vorbestimmten virtuellen Ebene ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Transformationslinse (20) zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) und dem zweiten Laserresonatorspiegel (50) derart angeordnet ist, dass eine Fourier-Transformationsebene der Fourier- Transformationslinse mit der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) zusammenfällt, wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle (11) von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch die Fourier- Transformationslinse (20) und den zweiten Laserresonatorspiegel (50) als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle (11) als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Transformationslinse (20) zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) und dem zweiten Laserresonatorspiegel (50) derart angeordnet ist, dass eine Fourier-Transformationsebene der Fourier- Transformationslinse (20) mit der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) zusammenfällt, wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle (11) von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch die Fourier-Transformationslinse (20) und den zweiten Laserresonatorspiegel (50) als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle (11) als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Transformationslinse (20) zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) und dem zweiten Laserresonatorspiegel (50) derart angeordnet ist, dass eine Fourier-Transformationsebene der Fourier- Transformationslinse (20) mit der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) zusammenfällt, wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle (11) von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch die Fourier-Transformationslinse (20) und den zweiten Laserresonatorspiegel (50) als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle (11) als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fourier-Transformationslinse (20) zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) und dem zweiten Laserresonatorspiegel (50) derart angeordnet ist, dass eine Fourier-Transformationsebene der Fourier- Transformationslinse (20) mit der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) zusammenfällt,

wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle (11) von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch die Fourier-Transformationslinse (20) und den zweiten Laserresonatorspiegel (50) als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle (11) als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurde und dadurch in

die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kollimatorlinsenmatrix (53) und ein Prisma (52) zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) und dem zweiten Laserresonatorspiegel (54) angeordnet ist, und der zweite Laserresonatorspiegel (54) an reflektierenden Oberflächen des Prismas (52) angeordnet ist, wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle (11) von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch die Kollimatorlinsenmatrix (53) und das Prisma (52) als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle (11) als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kollimatorlinsenmatrix (53) und ein Prisma (52) zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) und dem zweiten Laserresonatorspiegel (54) angeordnet ist, und der zweite Laserresonatorspiegel (54) an reflektierenden Oberflächen des Prismas (52) angeordnet ist, wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle (11) von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch die Kollimatorlinsenmatrix (53) und das Prisma (52) als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle (11) als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kollimatorlinsenmatrix (53) und ein Prisma (52) zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) und dem zweiten Laserresonatorspiegel (54) angeordnet ist, und der zweite Laserresonatorspiegel (54) an reflektierenden Oberflächen des Prismas (52) angeordnet ist, wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle (11) von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch die Kollimatorlinsenmatrix (53) und das Prisma (52) als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle (11) als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kollimatorlinsenmatrix (53) und ein Prisma (52) zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) und dem zweiten Laserresonatorspiegel (54) angeordnet ist, und der zweite Laserresonatorspiegel (54) an reflektierenden Oberflächen des Prismas (52) angeordnet ist, wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle (11) von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch die Kollimatorlinsenmatrix (53) und das Prisma (52) als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle (11) als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Laserresonatorspiegel (50) aus einem phasenkonjugierenden Spiegel (56) besteht, und ein konvergentes optisches System (57) zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) und dem phasenkonjugierten Spiegel (56) angeordnet ist, wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle (11) von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch das konvergente optische System (57) und den phasenkonjugierenden Spiegel (56) als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle (11) als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Laserresonatorspiegel (50) aus einem phasenkonjugierenden Spiegel (56) besteht, und ein konvergentes optisches System (57) zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) und dem phasenkonjugierten Spiegel (56) angeordnet ist, wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle (11) von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch das konvergente optische System (57) und den phasenkonjugierenden Spiegel (56) als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle (11) als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Laserresonatorspiegel (50) aus einem phasenkonjugierenden Spiegel (56) besteht, und ein konvergentes optisches System (57) zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) und dem phasenkonjugierten Spiegel (56) angeordnet ist, wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle (11) von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch das konvergente optische System (57) und den phasenkonjugierenden Spiegel (56) als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle (11) als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Laserresonatorspiegel (50) aus einem phasenkonjugierenden Spiegel (56) besteht, und ein konvergentes optisches System (57) zwischen der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) und dem phasenkonjugierten Spiegel (56) angeordnet ist, wobei jeder der Laserstrahlen, welche durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurden und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten sind, und welche dann von der rückwärtigen Endfläche der Laserstrahlenquelle (11) ausgestrahlt wurden, reflektiert und wieder dazu gebracht wird, in die Laserstrahlenquelle (11) von ihrer rückwärtigen Endfläche her durch das konvergente optische System (57) und den phasenkonjugierenden Spiegel (56) als ein phasenkonjugierter Laserstrahl einzutreten, und danach von der Laserstrahlenquelle (11) als Laserstrahl ausgestrahlt wird, welcher phasenkonjugiert hinsichtlich der Phasenverteilung des Laserstrahls ist, welcher durch den ersten Laserresonatorspiegel (42) reflektiert wurde und dadurch in die Laserstrahlenquelle (11) eingetreten ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlenquelle (11) eine Vielzahl von Laserstrahlen von Positionen ausstrahlt, welche in einem schiefwinkligen Gittermuster in einer Ebene normal zur optischen Achse liegen, und eine Vielzahl von optischen Systemen mit Fourier- Transformationslinsen und phasenmodulierenden Elementen des Mittels zur Phasenmodulation (60) matrixförmig in dem reziproken Gittermuster in Übereinstimmung mit dem schiefwinkligen Gittermuster der Ausstrahlpositionen der Laserstrahlen angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlenquelle (11) eine Vielzahl von Laserstrahlen von Positionen ausstrahlt, welche in einem schiefwinkligen Gittermuster in einer Ebene normal zur optischen Achse liegen, und eine Vielzahl von optischen Systemen mit Fourier- Transformationslinsen und phasenmodulierenden Elementen des Mittels zur Phasenmodulation (60) matrixförmig in dem reziproken Gittermuster in Übereinstimmung mit dem schiefwinkligen Gittermuster der Ausstrahlpositionen der Laserstrahlen angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlenquelle (11) eine Vielzahl von Laserstrahlen von Positionen ausstrahlt, welche in einem schiefwinkligen Gittermuster in einer Ebene normal zur optischen Achse liegen, und eine Vielzahl von optischen Systemen mit Fourier- Transformationslinsen und phasenmodulierenden Elementen des Mittels zur Phasenmodulation (60) matrixförmig in dem reziproken Gittermuster in Übereinstimmung mit dem schiefwinkligen Gittermuster der Ausstrahlpositionen der Laserstrahlen angeordnet sind.