EP2165235A1 - Vorrichtung zur formung von laserstrahlung - Google Patents

Vorrichtung zur formung von laserstrahlung

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Publication number
EP2165235A1
EP2165235A1 EP08773630A EP08773630A EP2165235A1 EP 2165235 A1 EP2165235 A1 EP 2165235A1 EP 08773630 A EP08773630 A EP 08773630A EP 08773630 A EP08773630 A EP 08773630A EP 2165235 A1 EP2165235 A1 EP 2165235A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
substrates
laser radiation
refractive interfaces
refractive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08773630A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Björn LANGER
Andre Timmermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Focuslight Germany GmbH
Original Assignee
Limo Patentverwaltung GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Limo Patentverwaltung GmbH and Co KG filed Critical Limo Patentverwaltung GmbH and Co KG
Publication of EP2165235A1 publication Critical patent/EP2165235A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0972—Prisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for shaping laser radiation, in particular for laser radiation emanating from a laser diode bar, comprising at least one substrate with a plurality of refractive interfaces, through which the laser radiation to be formed can pass in such a way that at least two before the passage through the refractive Boundaries in a first direction arranged side by side sub-beams of the laser radiation after passing through the refractive interfaces in a second direction perpendicular to the first direction are arranged side by side.
  • the mean propagation direction of the light means, especially if this is not a plane wave or at least partially divergent.
  • light beam, sub-beam or beam is meant, unless expressly stated otherwise, no idealized beam of geometric optics, but a real light beam, such as a laser beam with a Gaussian profile, which has no infinitesimal small, but an extended beam cross-section.
  • a preferred application of the present invention is the
  • a device of the kind set forth is known from the European patent EP 0 770 226 B1.
  • the devices described therein comprise two or three spaced-apart, non-interconnected substrates, on each of which two of the refractive surfaces contributing to the formation of the laser radiation are formed.
  • the refractive interfaces are formed on a substrate or on interconnected substrates. As a result, all of the refractive interfaces can be moved together, which reduces the adjustment effort.
  • the at least one substrate and / or the refractive interfaces are formed and arranged in such a way that at least one of the partial beams passes through the device and / or the refractive interfaces substantially undistorted. As a result, there are no undesired changes in its cross section and comparatively little loss for this partial beam.
  • the at least one substrate and / or the refractive interfaces are formed and arranged such that at least one of the partial beams undergoes at least one total internal reflection in the interior of the at least one substrate. In this way it is achieved that the at least one deflected partial beam suffers the least possible losses on its way through the device.
  • the refractive interfaces are plane surfaces. As a result, unwanted changes in the beam profile can be avoided. In particular, no influence on the
  • the device comprises a monolithic substrate, on which the refractive interfaces are arranged.
  • a monolithic substrate By means of such a monolithic substrate, it is possible to realize a compact and simply constructed device which can shape the laser radiation with low losses.
  • the device comprises at least two substrates on which the refractive interfaces are arranged, wherein the at least two substrates are connected to each other, preferably glued. Even with substrates bonded together, the interfaces can move together, which also reduces the adjustment effort.
  • the at least two substrates have planes, in particular surfaces which are parallel to one another, and are preferably designed as cuboids.
  • Cuboid or plane-parallel plates are simple and therefore inexpensive to manufacture.
  • Fig. 1a is a perspective view of a first embodiment of a device according to the invention.
  • Fig. 1 b is a Fig. 1 a substantially corresponding view of the first embodiment with two drawn partial beams;
  • Fig. 2a is a comparison with Figure 1 a rotated perspective view of the first embodiment.
  • FIG. 2b shows a substantially corresponding view of the first embodiment with two partial beams shown in FIG. 2a;
  • FIG. 3a shows a perspective view of the first embodiment, which is rotated relative to FIG. 2a;
  • FIG. 3b shows a substantially corresponding view of the first embodiment with two partial beams shown in FIG. 3a;
  • FIG. 4a shows a perspective view, rotated in relation to FIG. 3a, of the first embodiment
  • Fig. 4b is a substantially corresponding view of Fig. 4a of the first embodiment with two partial beams drawn; 5 shows a plan view of a laser arrangement with the first embodiment of a device according to the invention;
  • FIG. 6 shows a side view of the laser arrangement according to FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a cross section through the laser radiation of the laser arrangement according to FIG. 5 in the direction designated by VII
  • Fig. 8 shows a cross section through the laser radiation of
  • FIG. 9 shows a side view of a second embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 10 is a plan view of the embodiment of FIG. 9;
  • FIG. 1 1 is a perspective view of the embodiment of FIG. 9.
  • FIGS. 1 a to 4 b The embodiment of a device according to the invention shown in FIGS. 1 a to 4 b is designed as a monolithic substrate 1 made of a material which is at least partially transparent to the laser radiation 4 to be formed.
  • the substrate 1 has a plane
  • Entrance surface 2 (see FIGS. 1 a, 1 b, 2 a and 2 b) and a plane exit surface 3 parallel thereto (see FIGS. 3 a, 3 b, 4 a and 4 b) for the to be formed laser radiation, both of which are arranged in an XY plane.
  • the entrance surface 2 is in the X direction (see coordinate systems in Fig. 2a and Fig. 4a) on the other hand, the exit surface 3 in the Y direction is more extensive, in particular approximately twice as extensive as the entry surface 2.
  • FIG. 3 a the exit surface 3 is subdivided into two sections 3 a and 3 b arranged next to one another in the Y direction for illustration purposes.
  • the left or first section 2a of the entry surface 2 in FIG. 1a lies directly opposite the lower or first section 3a of the exit surface 3 in FIG. 3a, such that a partial beam entering the first section 2a in the Z direction or perpendicular to the entry surface 2 occurs 4a undresses from the first portion 3a of the exit surface 3 emerges (see Fig. 1 b to Fig. 4b).
  • the part of the steel 4a thus passes undistracted through the monolithic substrate 1 and thus through the device according to the invention.
  • the substrate 1 further comprises a side surface 5, which forms an angle of 45 ° with the right or second portion 2b of the entrance surface 2.
  • a side surface 5 which forms an angle of 45 ° with the right or second portion 2b of the entrance surface 2.
  • Entrance surface 2 in particular in the Z direction entering partial beam 4b is on the inside of the side surface 5 by 90 ° in the negative X direction totally reflected (see, for example, Fig. 1 b).
  • the substrate 1 further comprises two side surfaces 6, 7 which enclose an angle of 90 ° with each other and on the side surface
  • the partial beam 4b moving in the negative X direction is totally reflected by 90 ° in the Y direction (see for example, Fig. 1 b).
  • the partial beam 4b moving in the Y direction is totally reflected on the inside of the side surface 7 by 90 ° in the X direction (see, for example, FIG. 1 b).
  • the substrate 1 further comprises a side surface 8, which forms an angle of 45 ° with the second portion 3b of the exit surface 2 (see, for example, FIG. 4a).
  • a side surface 8 which forms an angle of 45 ° with the second portion 3b of the exit surface 2 (see, for example, FIG. 4a).
  • the partial beam 4b moving in the X direction is totally reflected by 90 ° in the Z direction (see, for example, FIG. 1 b). Subsequently, the partial beam 4b emerges from the second
  • the partial beam 4b was arranged before passing through the substrate 1 in the X direction next to the partial beam 4a or in Fig. 1b to the right of the partial beam 4a and is after passing through the substrate 1 in the Y direction next to the partial beam 4a and in Fig. 1 b arranged above the partial beam 4a.
  • the laser radiation 4 is shortened in the X direction, in particular halved, and increased in the Y direction, in particular doubled.
  • Fig. 5 and Fig. 6 show a laser arrangement in which a substrate 1 is installed.
  • the laser arrangement comprises a laser diode bar
  • FIG. 7 shows a cross section through the laser radiation 4 in a plane VI I in front of the substrate 1.
  • FIG. 8 shows a cross section through the laser radiation 4 in a plane VIII behind the substrate 1. It turns out that the cross section of the laser radiation from an elongated form with side beams arranged side by side
  • 4a, 4b has been converted into an approximately square shape with superimposed partial beams 4a, 4b.
  • FIGS. 9 to 11 show a second embodiment of a device according to the invention.
  • the device depicted therein comprises three substrates 13, 14, 15, one of which is to be molded
  • Laser radiation 16 are made at least partially transparent material.
  • Each of the three substrates 13, 14, 15 is formed as a cuboid.
  • the three substrates 13, 14, 15 are glued together.
  • the first substrate 13 is formed as a plate-shaped part which extends substantially in the Z direction and has a significantly greater extent in the X direction than in the Y direction.
  • the first substrate 13 has an entrance surface 17 and an exit surface 18, both arranged in an X-Y plane (see FIGS. 9 and 11).
  • a partial beam 16a of the laser radiation 16 entering the entrance surface 17 in the Z direction emerges from the laser beam without being deflected
  • TeMstahl 16a thus passes undirected through the substrate 13 and thus through the device according to the invention.
  • the second substrate 14 has an entrance surface 19 arranged in a plane inclined at an angle of 45 ° to the XY plane.
  • the second substrate 14 has an exit surface 20 which is aligned parallel to and opposite the entry surface 19 (see FIGS. 9 and 11).
  • a partial beam 16b of the laser radiation entering the entry surface 19 in the Z direction 16 exits from the exit surface 20 also in the Z direction.
  • the emerging partial beam 16b is offset from the entering partial beam 16b by one piece in the Y direction or downwards in FIG. 9.
  • the laser radiation 16 is therefore deflected in the second substrate 14 in the Y direction.
  • the third substrate 15 is designed as a plate with a square outline, which has a significantly smaller extent in the Y direction than in the X direction and in the Z direction. With regard to FIG. 9, the third substrate 15 is arranged offset below the first substrate 13 or in the Y direction relative to the first substrate 13.
  • An entrance surface 21 and an exit surface 22 are each aligned at an angle of, for example, 45 ° to the Z direction (see FIG. 10).
  • a partial beam 16b entering into the entry surface 21 in the Z direction moves in the interior of the substrate 15 at an angle of, for example, 45 ° to the Z direction and exits the exit surface 22 again in the Z direction.
  • the X-position of the partial beam 16b is displaced in the negative X direction or to the left in FIG. 10, so that the partial beam 16b now emerges from the exit surface with respect to FIG. 9 below the partial beam 16a or in the Y direction.
  • the device consisting of the three substrates 13, 14, 15 thus forms a laser radiation 16, which is extended in the X direction, in a similar manner to how the substrate 1 transforms the laser radiation 4.
  • a fourth substrate which is not illustrated and comparable to the second substrate 14, which deflects a portion of the laser radiation 16 upward in FIG. 9 or in the negative Y direction. Furthermore, then a fifth unmapped, the third substrate 15th Comparable substrate are provided, which deflects the thus deflected upward part of the laser radiation in the X direction and to the right in Fig. 10. In this way, a laser radiation can be divided into three parts, which are then arranged one above the other in the Y direction.

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Abstract

Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung (4, 16), insbesondere für von einem Laserdiodenbarren (9) ausgehende Laserstrahlung (4, 16), umfassend mindestens ein Substrat (1, 13, 14, 15) mit einer Mehrzahl von refraktiven Grenzflächen (2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22), durch die die zu formende Laserstrahlung (4, 16) derart hindurch treten kann, dass mindestens zwei vor dem Hindurchtritt durch die refraktiven Grenzflächen (2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22) in einer ersten Richtung (X) nebeneinander angeordnete Teilstrahlen (4a, 4b; 16a, 16b) der Laserstrahlung (4, 16) nach dem Hindurchtritt durch die refraktiven Grenzflächen (2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22) in einer zweiten, zu der ersten Richtung (X) senkrechten Richtung (Y) nebeneinander angeordnet sind, wobei die refraktiven Grenzflächen (2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22) an einem Substrat (1) oder an miteinander verbundenen Substraten (13, 14, 15) ausgebildet sind.

Description

"Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung, insbesondere für von einem Laserdiodenbarren ausgehende Laserstrahlung, umfassend mindestens ein Substrat mit einer Mehrzahl von refraktiven Grenzflächen, durch die die zu formende Laserstrahlung derart hindurch treten kann, dass mindestens zwei vor dem Hindurchtritt durch die refraktiven Grenzflächen in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnete Teilstrahlen der Laserstrahlung nach dem Hindurchtritt durch die refraktiven Grenzflächen in einer zweiten, zu der ersten Richtung senkrechten Richtung nebeneinander angeordnet sind.
Definitionen: In Ausbreitungsrichtung des zu beeinflussenden Lichts meint die mittlere Ausbreitungsrichtung des Lichts, insbesondere wenn dieses keine ebene Welle ist oder zumindest teilweise divergent ist. Mit Lichtstrahl, Teilstrahl oder Strahl ist, wenn nicht ausdrücklich anderes angegeben ist, kein idealisierter Strahl der geometrischen Optik gemeint, sondern ein realer Lichtstrahl, wie beispielsweise ein Laserstrahl mit einem Gauß-Profil, der keinen infinitesimal kleinen, sondern einen ausgedehnten Strahlquerschnitt aufweist.
Eine bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung ist die
Formung der Laserstrahlung von Hochleistungslaserdioden, die als so genannte Laserdiodenbarren gefertigt sind. Bei diesen werden je nach Leistung verschieden viele Einzel-Emitter nebeneinander auf einer Wärmesenke montiert. Die Anzahl dieser Einzel-Emitter hat direkten Einfluss auf die Strahlqualität der gesamten Laserdiode: Je mehr
Einzel-Emitter, desto breiter der gesamte Strahl, desto schlechter die Strahlqualität. Eine Vorrichtung der eingangs Art ist aus dem europäischen Patent EP 0 770 226 B1 bekannt. Die darin beschriebenen Vorrichtungen umfassen zwei oder drei voneinander beabstandete, nicht miteinander verbundene Substrate, an denen jeweils zwei der zur Formung der Laserstrahlung beitragenden refraktiven Flächen ausgebildet sind.
Dies hat einerseits zur Folge, dass die zwei oder drei Substrate unabhängig voneinander justiert werden müssen, was aufwendig ist. Andererseits hat das mehrfache Ein- und Austreten in und aus den Substraten beachtliche Verluste zur Folge.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die
Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die einfacher justierbar ist.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die refraktiven Grenzflächen an einem Substrat oder an miteinander verbundenen Substraten ausgebildet sind. Dadurch können sämtliche der refraktiven Grenzflächen zusammen bewegt werden, was den Justageaufwand senkt.
Dabei besteht die Möglichkeit, dass das mindestens eine Substrat und/oder die refraktiven Grenzflächen derart ausgebildet und angeordnet sind, dass mindestens einer der Teilstrahlen im wesentlichen unabgelenkt durch die Vorrichtung und/oder die refraktiven Grenzflächen hindurch tritt. Dadurch entstehen für diesen Teilstrahl keine unerwünschten Veränderungen seines Querschnitts und vergleichsweise wenig Verluste. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass das mindestens eine Substrat und/oder die refraktiven Grenzflächen derart ausgebildet und angeordnet sind, dass mindestens einer der Teilstrahlen mindestens eine totale innere Reflexion im Inneren des mindestens einen Substrats erfährt. Auf diese Weise wird erreicht, dass der mindestens eine abgelenkte Teilstrahl auf seinem Weg durch die Vorrichtung möglichst geringe Verluste erleidet.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die refraktiven Grenzflächen plane Flächen sind. Dadurch werden unerwünschte Veränderungen des Strahlprofils vermieden. Insbesondere wird kein Einfluss auf die
Divergenz der Laserstrahlung genommen. Weiterhin sind plane Flächen einfacher zu fertigen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein monolithisches Substrat umfasst, an dem die refraktiven Grenzflächen angeordnet sind. Durch ein derartiges monolithisches Substrat lässt sich eine kompakte und einfach aufgebaute Vorrichtung realisieren, die mit geringen Verlusten die Laserstrahlung formen kann.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mindestens zwei Substrate umfasst, an denen die refraktiven Grenzflächen angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Substrate miteinander verbunden, vorzugsweise verklebt sind. Auch bei miteinander verklebten Substraten lassen sich die Grenzflächen zusammen bewegen, was ebenfalls den Justageaufwand senkt.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Substrate plane, insbesondere zueinander parallele Flächen aufweisen, und vorzugsweise als Quader ausgebildet sind. Derartige -A-
Quader oder planparallele Platten sind einfach und somit kostengünstig zu fertigen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
Fig. 1 a eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 1 b eine Fig. 1 a im wesentlichen entsprechende Ansicht der ersten Ausführungsform mit zwei eingezeichneten Teilstrahlen;
Fig. 2a eine gegenüber Fig. 1 a gedrehte perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform;
Fig. 2b eine Fig. 2a im wesentlichen entsprechende Ansicht der ersten Ausführungsform mit zwei eingezeichneten Teilstrahlen;
Fig. 3a eine gegenüber Fig. 2a gedrehte perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform;
Fig. 3b eine Fig. 3a im wesentlichen entsprechende Ansicht der ersten Ausführungsform mit zwei eingezeichneten Teilstrahlen;
Fig. 4a eine gegenüber Fig. 3a gedrehte perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform;
Fig. 4b eine Fig. 4a im wesentlichen entsprechende Ansicht der ersten Ausführungsform mit zwei eingezeichneten Teilstrahlen; Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Laseranordnung mit der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 6 eine Seitenansicht der Laseranordnung gemäß Fig. 5;
Fig. 7 einen Querschnitt durch die Laserstrahlung der Laseranordnung gemäß Fig. 5 in der mit VII bezeichneten
Ebene;
Fig. 8 einen Querschnitt durch die Laserstrahlung der
Laseranordnung gemäß Fig. 5 in der mit VIII bezeichneten Ebene;
Fig. 9 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 10 eine Draufsicht auf die Ausführungsform gemäß Fig. 9;
Fig. 1 1 eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 9.
In einigen der Figuren ist zur Verbesserung der Übersichtlichkeit ein kartesisches Koordinatensystem eingezeichnet.
Die aus den Fig. 1 a bis Fig. 4b ersichtliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist als monolithisches Substrat 1 aus einem für die zu formende Laserstrahlung 4 zumindest teilweise transparenten Material ausgebildet. Das Substrat 1 weist eine plane
Eintrittsfläche 2 (siehe Fig. 1 a, Fig. 1 b, Fig. 2a und Fig. 2b) und eine zu dieser parallele plane Austrittsfläche 3 (siehe Fig. 3a, Fig. 3b, Fig. 4a und Fig. 4b) für die zu formende Laserstrahlung auf, die beide in einer X-Y-Ebene angeordnet sind. Die Eintrittsfläche 2 ist in X- Richtung (siehe Koordinatensysteme in Fig. 2a und Fig. 4a) ausgedehnter, insbesondere etwa doppelt so ausgedehnt wie die Austrittsfläche 3. Dagegen ist die Austrittsfläche 3 in Y-Richtung ausgedehnter, insbesondere etwa doppelt so ausgedehnt wie die Eintrittsfläche 2.
In Fig. 1 a ist die Eintrittsfläche 2 zur Veranschaulichung in zwei in X-
Richtung nebeneinander angeordnete Abschnitte 2a und 2b unterteilt. Weiterhin ist in Fig. 3a die Austrittsfläche 3 zur Veranschaulichung in zwei in Y-Richtung nebeneinander angeordnete Abschnitte 3a und 3b unterteilt. Der in Fig. 1 a linke oder erste Abschnitt 2a der Eintrittsfläche 2 liegt dem in Fig. 3a unteren oder ersten Abschnitt 3a der Austrittsfläche 3 derart direkt gegenüber, dass ein in den ersten Abschnitt 2a in Z-Richtung beziehungsweise senkrecht zur Eintrittsfläche 2 eintretender Teilstrahl 4a unabgelenkt aus dem ersten Abschnitt 3a der Austrittsfläche 3 austritt (siehe dazu Fig. 1 b bis Fig. 4b). Der Teilstahl 4a tritt somit unabgelenkt durch das monolithische Substrat 1 und damit durch die erfindungsgemäße Vorrichtung hindurch.
Das Substrat 1 umfasst weiterhin eine Seitenfläche 5, die mit dem rechten oder zweiten Abschnitt 2b der Eintrittsfläche 2 einen Winkel von 45° einschließt. Ein in den zweiten Abschnitt 2b der
Eintrittsfläche 2 insbesondere in Z-Richtung eintretender Teilstrahl 4b wird an der Innenseite der Seitenfläche 5 um 90° in negative X- Richtung total reflektiert (siehe dazu beispielsweise Fig. 1 b).
Das Substrat 1 umfasst weiterhin zwei Seitenflächen 6, 7, die einen Winkel von 90° miteinander einschließen und auf der der Seitenfläche
5 gegenüberliegenden Seite des Substrats 1 einen prismatischen Ansatz bilden (siehe beispielsweise Fig. 2a). An der Innenseite der Seitenfläche 6 wird der sich in negative X-Richtung bewegende Teilstrahl 4b um 90° in Y-Richtung total reflektiert (siehe dazu beispielsweise Fig. 1 b). Daran anschließend wird der sich in Y- Richtung bewegende Teilstrahl 4b an der Innenseite der Seitenfläche 7 um 90° in X-Richtung total reflektiert (siehe dazu beispielsweise Fig. 1 b).
Das Substrat 1 umfasst weiterhin eine Seitenfläche 8, die mit dem zweiten Abschnitt 3b der Austrittsfläche 2 einen Winkel von 45° einschließt (siehe beispielsweise Fig. 4a). An der Innenseite dieser Seitenfläche 8 wird der sich in X-Richtung bewegende Teilstrahl 4b um 90° in Z-Richtung total reflektiert (siehe dazu beispielsweise Fig. 1 b). Daran anschließend tritt der Teilstrahl 4b aus dem zweiten
Abschnitt 3b der Austrittsfläche 3 aus. Der Teilstrahl 4b war vor dem Hindurchtritt durch das Substrat 1 in X-Richtung neben dem Teilstrahl 4a beziehungsweise in Fig. 1 b rechts neben dem Teilstrahl 4a angeordnet und ist nach dem Hindurchtritt durch das Substrat 1 in Y- Richtung neben dem Teilstrahl 4a beziehungsweise in Fig. 1 b oberhalb des Teilstrahls 4a angeordnet. Damit ist die Laserstrahlung 4 in X-Richtung verkürzt, insbesondere halbiert, und in Y-Richtung vergrößert, insbesondere verdoppelt.
Fig. 5 und Fig. 6 zeigen eine Laseranordnung, in die ein Substrat 1 eingebaut ist. Die Laseranordnung umfasst einen Laserdiodenbarren
9, der eine Mehrzahl in X-Richtung nebeneinander angeordnete Emitter aufweist. Die von diesen Emittern ausgehende Laserstrahlung 4 wird von Kollimationsmitteln 10, 1 1 kollimiert und von zusätzlichen Strahltransformationsmitteln 12 gedreht. Nach der zweiten Kollimierung tritt die Laserstrahlung durch das Substrat 1 hindurch.
Hinsichtlich der Laserstrahlung 4 wurde zeichnerisch äquivalent zu den Fig. 1 b bis Fig. 4b eine Unterteilung in Teilstrahlen 4a und 4b angedeutet, um das Aufteilen und Übereinanderlegen der Laserstrahlung zu verdeutlichen. Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch die Laserstrahlung 4 in einer Ebene VI I vor dem Substrat 1 . Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch die Laserstrahlung 4 in einer Ebene VIII hinter dem Substrat 1 . Es zeigt sich, dass der Querschnitt der Laserstrahlung aus einer langgestreckten Form mit nebeneinander angeordneten Teilstrahlen
4a, 4b in eine annähernd quadratische Form mit übereinander angeordneten Teilstrahlen 4a, 4b umgewandelt wurde.
Fig. 9 bis Fig. 1 1 zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die darin abgebildete Vorrichtung umfasst drei Substrate 13, 14, 15, die aus einem für die zu formende
Laserstrahlung 16 zumindest teilweise transparenten Material gefertigt sind. Ein jedes der drei Substrate 13, 14, 15 ist als Quader ausgebildet. Die drei Substrate 13, 14, 15 sind miteinander verklebt.
Das erste Substrat 13 ist als plattenförmiges Teil ausgebildet, das sich im wesentlichen in Z-Richtung erstreckt und in X-Richtung eine deutlich größere Ausdehnung als in Y-Richtung aufweist. Das erste Substrat 13 weist eine Eintrittsfläche 17 und eine Austrittsfläche 18 auf, die beide in einer X-Y-Ebene angeordnet sind (siehe Fig. 9 und Fig. 1 1 ). Ein in Z-Richtung in die Eintrittsfläche 17 eintretender Teilstrahl 16a der Laserstrahlung 16 tritt unabgelenkt aus der
Austrittsfläche 18 aus. Der TeMstahl 16a tritt somit unabgelenkt durch das Substrat 13 und damit durch die erfindungsgemäße Vorrichtung hindurch.
Das zweite Substrat 14 weist eine Eintrittsfläche 19 auf, die in einer zu der X-Y-Ebene um einen Winkel von 45° geneigten Ebene angeordnet ist. Das zweite Substrat 14 weist eine Austrittsfläche 20 auf, die parallel zu der Eintrittsfläche 19 ausgerichtet und dieser gegenüberliegend ist (siehe Fig. 9 und Fig. 1 1 ). Ein in Z-Richtung in die Eintrittsfläche 19 eintretender Teilstrahl 16b der Laserstrahlung 16 tritt aus der Austrittsfläche 20 ebenfalls in Z-Richtung aus. Allerdings ist der austretende Teilstrahl 16b gegenüber dem eintretenden Teilstrahl 16b um ein Stück in Y-Richtung beziehungsweise nach unten in Fig. 9 versetzt. Die Laserstrahlung 16 wird also in dem zweiten Substrat 14 in Y-Richtung abgelenkt.
Das dritte Substrat 15 ist als Platte mit quadratischem Umriss ausgebildet, die in Y-Richtung eine deutlich geringere Ausdehnung aufweist als in X-Richtung und in Z-Richtung. Das dritte Substrat 15 ist hinsichtlich Fig. 9 unter dem ersten Substrat 13 beziehungsweise in Y-Richtung versetzt gegenüber dem ersten Substrat 13 angeordnet.
Eine Eintrittsfläche 21 und eine Austrittsfläche 22 sind jeweils unter einem Winkel von beispielsweise 45° zur Z-Richtung ausgerichtet (siehe Fig. 10).
Ein in Z-Richtung in die Eintrittsfläche 21 eintretender Teilstrahl 16b bewegt sich im Inneren des Substrats 15 unter einem Winkel von beispielsweise 45° zur Z-Richtung und tritt aus der Austrittsfläche 22 wieder in Z-Richtung aus. Allerdings ist die X-Position des Teilstrahls 16b in negative X-Richtung beziehungsweise nach links in Fig. 10 verschoben, so dass der Teilstrahl 16b nunmehr hinsichtlich Fig. 9 unterhalb des Teilstrahls 16a beziehungsweise in Y-Richtung versetzt zu diesem aus der Austrittsfläche austritt. Die aus den drei Substraten 13, 14, 15 bestehende Vorrichtung formt also eine in X- Richtung ausgedehnte Laserstrahlung 16 ähnlich um, wie das Substrat 1 die Laserstrahlung 4 umformt.
Es besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, ein viertes nicht abgebildetes, dem zweiten Substrat 14 vergleichbares Substrat vorzusehen, das einen Teil der Laserstrahlung 16 nach oben in Fig. 9 beziehungsweise in negativer Y-Richtung ablenkt. Weiterhin kann dann ein fünftes nicht abgebildetes, dem dritten Substrat 15 vergleichbares Substrat vorgesehen werden, das den derart nach oben abgelenkten Teil der Laserstrahlung in X-Richtung beziehungsweise nach rechts in Fig. 10 ablenkt. Auf diese Weise kann eine Laserstrahlung in drei Teile zerlegt werden, die dann in Y- Richtung übereinander angeordnet werden.

Claims

Patentansprüche:
1 . Vorrichtung zur Formung von Laserstrahlung (4, 16), insbesondere für von einem Laserdiodenbarren (9) ausgehende Laserstrahlung (4, 16), umfassend mindestens ein Substrat (1 , 13, 14, 15) mit einer Mehrzahl von refraktiven Grenzflächen (2,
3, 17, 18, 19, 20, 21 , 22), durch die die zu formende Laserstrahlung (4, 16) derart hindurch treten kann, dass mindestens zwei vor dem H indurchtritt durch die refraktiven Grenzflächen (2, 3, 17, 18, 19, 20, 21 , 22) in einer ersten Richtung (X) nebeneinander angeordnete Teilstrahlen (4a, 4b;
16a, 16b) der Laserstrahlung (4, 16) nach dem Hindurchtritt durch die refraktiven Grenzflächen (2, 3, 17, 18, 19, 20, 21 , 22) in einer zweiten, zu der ersten Richtung (X) senkrechten Richtung (Y) nebeneinander angeordnet sind , dadurch gekennzeichnet, dass die refraktiven Grenzflächen (2, 3, 17,
18, 19, 20, 21 , 22) an einem Substrat (1 ) oder an miteinander verbundenen Substraten (13, 14, 1 5) ausgebildet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Substrat ( 1 , 13, 14, 15) und/oder die refraktiven Grenzflächen (2, 3, 17, 18, 19, 20, 21 , 22) derart ausgebildet und angeordnet sind , däss mindestens einer der Teilstrahlen (4a, 16a) im wesentlichen unabgelenkt durch die Vorrichtung und/oder die refraktiven Grenzflächen (2, 3, 17, 18,
19, 20, 21 , 22) hindurch tritt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Substrat (1 , 13, 14, 15) und/oder die refraktiven Grenzflächen (2, 3, 17, 18, 1 9, 20, 21 , 22) derart ausgebildet und angeordnet sind , dass mindestens einer der Teilstrahlen (4b) mindestens eine totale innere Reflexion im Inneren des mindestens einen Substrats ( 1 ) erfährt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktiven Grenzflächen (2, 3, 17, 18, 19, 20, 21 , 22) plane Flächen sind .
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein monolithisches Substrat (1 ) umfasst, an dem die refraktiven Grenzflächen (2, 3) angeordnet sind .
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das monolithische Substrat (1 ) derart ausgebildet ist, dass mindestens einer der Teilstrahlen (4b) nach seinem Eintritt in das Substrat (1 ) bis zu seinem Austritt aus dem Substrat ( 1 ) lediglich totale innere Reflexionen erfährt, insbesondere vier totale innere Reflexionen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das monolithische Substrat (1 ) derart ausgebildet ist, dass die totalen Reflexionen , die der mindestens eine der Teilstrah len (4b) erfährt, jeweils einen Ablenkwinkel von 90° aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsfläche (2) und die Austrittsfläche (3) des monolithischen Substrats (1 ) parallel zueinander ausgerichtet sind .
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens zwei
Substrate (13, 14, 15) umfasst, an denen die refraktiven Grenzflächen (17, 18, 19, 20, 21 , 22) angeordnet sind , wobei die mindestens zwei Substrate (13, 14, 15) miteinander verbunden, vorzugsweise verklebt sind .
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung drei oder fünf Substrate (13, 14, 15) umfasst, an denen die refraktiven Grenzflächen (17, 18, 19, 20, 21 , 22) angeordnet sind .
1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Substrate (13, 14, 15) derart ausgebildet und angeordnet sind , dass mindestens einer der Teilstrahlen (16a) lediglich d urch eines der Substrate
(13), insbesondere im wesentlichen unabgelenkt, hindurch tritt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Substrate (14, 15) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass mindestens einer der Teilstrahlen (16b) durch zwei Substrate (14, 1 5) hindurch tritt, die in Ausbreitungsrichtung (Z) des Teilstrahls (16b) hintereinander und zumindest abschnittsweise voneinander beabstandet sind .
13. Vorrichtung nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Substrate ( 15) den mindestens einen Teilstrahl
(16b) hinsichtlich der ersten Richtung (X) und das andere der beiden Substrate ( 14) den mindestens einen Teilstrahl (16b) hinsichtlich der zweiten Richtung (Y) ablenkt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Substrate (13, 14,
15) plane, insbesondere zueinander parallele Flächen aufweisen , und vorzugsweise als Quader ausgebildet sind .
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