EP2438289B1 - Laser spark plug for an internal combustion engine - Google Patents
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Definitions
- the volume Bragg grating element 110 may have a location-dependent lattice constant in order to increase the spectral acceptance of the volume Bragg grating element 110 in a manner known per se.
Description
Die Erfindung betrifft eine Laserzündkerze für eine Brennkraftmaschine.The invention relates to a laser spark plug for an internal combustion engine.
Laserzündkerzen werden vergleichbar zu bei der Hochspannungszündung eingesetzten konventionellen Zündkerzen im Bereich eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine angeordnet und koppeln energiereiche Laserimpulse in einen ihnen zugeordneten Brennraum ein, um ein darin befindliches Luft-/Kraftstoffgemisch zu entzünden. Um einen zuverlässigen Betrieb einer Laserzündkerze mit darin integrierten optischen Komponenten unter den im Bereich des Zylinderkopfes herrschenden Umgebungsbedingungen (unter anderem große Temperaturschwankungen, Vibrationen) zu gewährleisten, ist ein erheblicher konstruktiver Aufwand erforderlich.Laser spark plugs are arranged similar to those used in high-voltage ignition conventional spark plugs in the region of a cylinder head of an internal combustion engine and couple high-energy laser pulses in their associated combustion chamber to ignite an air / fuel mixture therein. In order to ensure a reliable operation of a laser spark plug with optical components integrated therein under the ambient conditions prevailing in the area of the cylinder head (inter alia large temperature fluctuations, vibrations), considerable design effort is required.
Aus der
Nachteilig an dem bekannten laserbasierten Zündsystem ist der konstruktive Aufwand, der mit der Vorsehung der Deformationsmittel zur gezielten Deformation der Sammellinse einhergeht. Es ist eine erhebliche Antriebsenergie für die Deformationsmittel erforderlich, um die verhältnismäßig massereiche Sammellinse in der gewünschten Art und Weise zur Einstellung der Fokuslage zu deformieren.A disadvantage of the known laser-based ignition system is the design effort that goes hand in hand with the provision of the deformation means for the targeted deformation of the convergent lens. Substantial drive energy is required for the deforming means to deform the relatively high-mass converging lens in the desired manner for adjusting the focus position.
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserzündkerze der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass mit einem verhältnismäßig geringen konstruktiven Aufwand die Möglichkeit für eine räumliche Mehrfachzündung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine gegeben ist.Accordingly, it is an object of the present invention to improve a laser spark plug of the type mentioned in that with a relatively small design effort, the possibility for a spatial multiple ignition is given in a combustion chamber of the internal combustion engine.
Diese Aufgabe wird bei der Laserzündkerze der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Volumen-Bragg-Gitterelement in einem Strahlengang der Laserzündkerze angeordnet ist.This object is achieved in the laser spark plug of the aforementioned type according to the invention that at least one volume Bragg grating element is arranged in a beam path of the laser spark plug.
Das englisch auch als Volume-Bragg-Grating, kurz VBG, bezeichnete Volumen-Bragg-Gitterelement besteht aus einem räumlich angeordneten optischen Gitter, dessen Transmissions- beziehungsweise Reflexionsverhalten für auftreffende elektromagnetische Strahlung durch Vorgabe unter anderem einer Gitterkonstante in an sich bekannter Weise einstellbar ist. Das optische Gitter ist gebildet durch eine periodische Variation des Brechungsindex eines das VBG enthaltenden Trägermediums.The volume Bragg grating element, also referred to as volume Bragg grating, in short VBG, consists of a spatially arranged optical grating whose transmission or reflection behavior for impinging electromagnetic radiation can be adjusted by specifying inter alia a lattice constant in a manner known per se. The optical grating is formed by a periodic variation of the refractive index of a carrier medium containing the VBG.
Um eine räumliche Mehrfachzündung zu realisieren, bei der Laserzündimpulse gleichzeitig auf mindestens zwei verschiedene Zündpunkte abgestrahlt werden können, ist bei der erfindungsgemäßen Laserzündkerze vorgesehen, dass das Volumen-Bragg-Gitterelement als Strahlteiler ausgebildet ist. Hierzu kann das Volumen-Bragg-Gitterelement bevorzugt mindestens zwei unterschiedliche Volumen-Bragg-Gitter aufweisen, die in an sich bekannter Weise in demselben Volumenbereich eines geeigneten Trägermediums angeordnet sein können und unterschiedliche Eigenschaften bzw. Ausrichtungen haben.In order to realize a spatial multiple ignition in which laser ignition pulses can be radiated simultaneously to at least two different ignition points, it is provided in the laser spark plug according to the invention that the volume Bragg grating element is designed as a beam splitter. For this purpose, the volume Bragg grating element can preferably have at least two different volume Bragg gratings, which can be arranged in a manner known per se in the same volume range of a suitable carrier medium and have different properties or orientations.
Im Unterschied zu den herkömmlichen Systemen mit deformierbarer Sammellinse ist bei dieser Erfindungsvariante vorteilhaft gar keine bewegliche Komponente vorgesehen, und die Integration mehrerer Volumen-Bragg-Gitter in ein entsprechendes Trägerelement erlaubt eine sehr kleinbauende Anordnung.In contrast to the conventional systems with deformable converging lens, advantageously no movable component is provided in this variant of the invention, and the integration of a plurality of volume Bragg gratings in a corresponding carrier element allows a very small-sized arrangement.
Das erfindungsgemäße Volumen-Bragg-Gitterelement kann einer weiteren Variante zufolge vorteilhaft auch direkt in eine Fokussieroptik und/oder ein Brennraumfenster der Laserzündkerze integriert sein. In diesen Fällen werden ein oder mehrere Volumen-Bragg-Gitter direkt in die betreffenden Komponenten eingeschrieben, was ebenfalls zu einer sehr kompakten Konstruktion führt.According to a further variant, the volume Bragg grating element according to the invention can advantageously also be integrated directly into a focusing optics and / or a combustion chamber window of the laser spark plug. In these cases, one or more volume Bragg gratings are written directly into the respective components, which also results in a very compact construction.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Variante der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Volumen-Bragg-Gitterelement eine Beugungseffizienz aufweist, die geringer ist als etwa 95%.In a further very advantageous variant of the present invention, it is provided that the volume Bragg grating element has a diffraction efficiency which is less than about 95%.
Durch die erfindungsgemäß bewusst geringer als 95% gewählte Beugungseffizienz des Volumen-Bragg-Gitterelements ergeben sich bei dem Hindurchtreten von Laserstrahlung durch das erfindungsgemäße Volumen-Bragg-Gitterelement wiederum mehrere Teilstrahlen, die zueinander divergierende Strahlachsen aufweisen, so dass durch eine nachgeordnete Fokussieroptik wiederum eine Fokussierung der mehreren Teilstrahlen auf unterschiedliche Zündpunkte möglich ist.By virtue of the diffraction efficiency of the volume Bragg grating element deliberately chosen according to the invention at less than 95%, several partial beams which have mutually divergent beam axes result when laser radiation passes through the volume Bragg grating element, so that focusing is again achieved by downstream focusing optics the multiple partial beams to different ignition points is possible.
Besonders bevorzugt weist das Volumen-Bragg-Gitterelement eine Beugungseffizienz von etwa 50% auf, so dass neben einem ersten Laserteilstrahl ein zweiter, auch als off-axis-Strahl bezeichneter, Laserteilstrahl erzeugt wird, wenn das Volumen-Bragg-Gitterelement ordnungsgemäß ausgerichtet ist gegenüber der optischen Achse einer in der Laserzündkerze angeordneten Lasereinrichtung. Die Beugungseffizienz wird in an sich bekannter Weise u.a. durch einen Einstrahlwinkel der auftreffenden Laserstrahlung und deren Wellenlänge beeinflusst. Zur Erzielung der vorstehend genannten Effekte der Strahlteilung sind die Eigenschaften des Volumen-Bragg-Gitterelements und seine Ausrichtung in der Laserzündkerze entsprechend zu wählen.Particularly preferably, the volume Bragg grating element has a diffraction efficiency of about 50%, so that in addition to a first laser partial beam, a second, also referred to as off-axis beam, laser partial beam is generated when the volume Bragg grating element is properly aligned the optical axis of a laser device arranged in the laser spark plug. The diffraction efficiency is u.a. in a conventional manner. influenced by an angle of incidence of the incident laser radiation and its wavelength. In order to achieve the aforementioned effects of the beam splitting, the properties of the volume Bragg grating element and its orientation in the laser spark plug must be selected accordingly.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze ist vorgesehen, dass das Volumen-Bragg-Gitterelement relativ zu der optischen Achse der Laserzündkerze bewegbar angeordnet ist, wodurch sich weitere Freiheitsgrade bei der räumlichen Mehrfachzündung ergeben. Beispielsweise kann durch Steuerung eines Verkippungswinkels zwischen einer Oberflächennormalen des Volumen-Bragg-Gitterelements und der optischen Achse der Laserzündkerze die Ausbreitungsrichtung von aus dem Volumen-Bragg-Gitterelement austretender Laserstrahlung beeinflusst werden, wodurch vorteilhaft eine zeitlich nacheinander erfolgende Mehrfachzündung an unterschiedlichen Zündpunkten möglich ist.In a further very advantageous embodiment of the laser spark plug according to the invention it is provided that the volume Bragg grating element is arranged to be movable relative to the optical axis of the laser spark plug, resulting in further degrees of freedom in the spatial multiple ignition. For example, by controlling a tilt angle between a surface normal of the volume Bragg grating element and the optical axis of the laser spark plug, the propagation direction of the volume Bragg grating element can be determined exiting laser radiation can be influenced, whereby advantageously a temporally successive multiple ignition at different ignition points is possible.
Die Antriebsmittel zur Bewegung des erfindungsgemäßen Volumen-Bragg-Gitterelements sind bei einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante direkt in der Laserzündkerze angeordnet. Im Unterschied zu herkömmlichen Systemen, die auf einer Deformation von Sammellinsen beruhen, ist für die erfindungsgemäße Bewegung des Volumen-Bragg-Gitterelements eine vergleichsweise geringe Antriebsenergie erforderlich.The drive means for moving the volume Bragg grating element according to the invention are arranged in a further advantageous variant of the invention directly in the laser spark plug. In contrast to conventional systems, which are based on a deformation of converging lenses, a comparatively low drive energy is required for the movement according to the invention of the volume Bragg grating element.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze ist das Volumen-Bragg-Gitterelement so angeordnet, dass es einer zur Auskopplung der erzeugten Laserstrahlung vorgesehenen Stirnfläche einer in der Laserzündkerze angeordneten Lasereinrichtung direkt gegenüberliegt. Die für einen ordnungsgemäßen Betrieb des erfindungsgemäßen Volumen-Bragg-Gitterelements erforderliche präzise Winkelausrichtung des Volumen-Bragg-Gitterelements zu der Auskoppelfläche der Lasereinrichtung beziehungsweise zu der optischen Achse der Lasereinrichtung wird erfindungsgemäß vorteilhaft dadurch erzielt, dass ein Abstandshalter zwischen dem Volumen-Bragg-Gitterelement und der Lasereinrichtung vorgesehen ist. Der erfindungsgemäße Abstandshalter weist vorzugsweise eine Parallelität seiner Oberflächen von weniger als etwa 2 µm auf und besitzt bevorzugt eine im wesentlichen ringförmige Geometrie, so dass Laserstrahlung von der Lasereinrichtung durch das erfindungsgemäße Volumen-Bragg-Gitterelement hindurchtreten kann. Besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäße Volumen-Bragg-Gitterelement federkraftbeaufschlagt so gelagert, dass es in seiner Ruhelage durch die Federkräfte auf den Abstandshalter gedrückt wird, wodurch das Volumen-Bragg-Gitterelement die geforderte präzise Parallellage zur Auskoppelfläche der Lasereinrichtung einnimmt.In a further preferred embodiment of the laser spark plug according to the invention, the volume Bragg grating element is arranged such that it directly faces an end face, provided for coupling out the laser radiation generated, of a laser device arranged in the laser spark plug. The required for proper operation of the volume Bragg grating element according to the invention precise angular alignment of the volume Bragg grating element to the decoupling surface of the laser device or to the optical axis of the laser device according to the invention advantageously achieved in that a spacer between the volume Bragg grating element and the laser device is provided. The spacer according to the invention preferably has a parallelism of its surfaces of less than about 2 microns and preferably has a substantially annular geometry, so that laser radiation from the laser device can pass through the volume Bragg grating element according to the invention. Particularly preferably, the volume Bragg grating element according to the invention is spring-loaded so that it is pressed in its rest position by the spring forces on the spacer, whereby the volume Bragg grating element occupies the required precise parallel position to the outcoupling surface of the laser device.
Ein erfindungsgemäß in der Laserzündkerze vorgesehener Antrieb für das Volumen-Bragg-Gitterelement kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass er das Volumen-Bragg-Gitterelement in seinem radialen Außenbereich axial gegen die Federkräfte verschiebt, so dass sich eine Verkippung des Volumen-Bragg-Gitterelements gegenüber der optischen Achse der Lasereinrichtung ergibt.An inventively provided in the laser spark plug drive for the volume Bragg grating element may for example be designed so that it displaces the volume Bragg grating element in its radial outer region axially against the spring forces, so that a tilting of the volume Bragg grating element opposite the optical axis of the laser device results.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze ist vorgesehen, dass das Volumen-Bragg-Gitterelement eine ortsabhängige Gitterkonstante aufweist, mithin als chirped Volumen-Bragg-Gitterelement ausgebildet ist. Durch die Verwendung eines chirped VBG, das vorteilhaft eine gesteigerte spektrale Akzeptanz gegenüber VBGs mit ortsunabhängiger, konstanter Gitterkonstante aufweist, kann den im Bereich der Zündkerze auftretenden verhältnismäßig großen Temperaturschwankungen Rechnung getragen werden, die sich üblicherweise negativ auf die Wellenlängenstabilität der in der Laserzündkerze enthaltenen Lasereinrichtung auswirken.In a further particularly preferred embodiment of the laser spark plug according to the invention, it is provided that the volume Bragg grating element has a location-dependent lattice constant, thus being designed as a chirped volume Bragg grating element. By using a chirped VBG, which advantageously has an increased spectral acceptance over VBGs with a location-independent, constant lattice constant, the relatively large temperature fluctuations occurring in the area of the spark plug can be taken into account, which usually have a negative effect on the wavelength stability of the laser device contained in the laser spark plug ,
Zur Erzeugung energiereicher Laserzündimpulse weist die erfindungsgemäße Laserzündkerze bevorzugt einen laseraktiven Festkörper mit einer, vorzugsweise passiven, Güteschaltung auf. Das erfindungsgemäße VBG ist auf einfache Weise in den laseraktiven Festkörper integrierbar und eignet sich speziell auch für den Betrieb mit hochenergetischen Laserimpulsen, die aufgrund der hohen Leistungsdichten die Standzeiten von herkömmlichen, dielektrischen Reflexionsschichten stark verringern.To generate high-energy laser ignition pulses, the laser spark plug according to the invention preferably has a laser-active solid with a, preferably passive, Q-switching. The VBG according to the invention can be easily integrated into the laser-active solid and is especially suitable for operation with high-energy laser pulses, which greatly reduce the service life of conventional, dielectric reflection layers due to the high power densities.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency and regardless of their formulation or representation in the description or in the drawing.
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1- eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze,
- Figur 2
- schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserzündkerze aus
im Detail,Figur 1 - Figur 3a, 3b, 3c
- Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Laserzündkerze mit einem mehrere Volumen-Bragg-Gitter aufweisenden Volumen-Bragg-Gitterelement,
- Figur 4a, 4b
- Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Laserzündkerze mit einem Volumen-Bragg-Gitterelement verminderter Beugungseffizienz zur Erzeugung von off-axis-Laserstrahlen,
- Figur 5
- eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze, und
- Figur 6
- noch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserzündkerze.
- FIG. 1
- an internal combustion engine with a laser spark plug according to the invention,
- FIG. 2
- schematically a first embodiment of the laser spark plug according to the invention from
FIG. 1 in detail, - Figure 3a, 3b, 3c
- Embodiments of the laser spark plug according to the invention with a volume Bragg grating element having a plurality of volume Bragg gratings,
- Figure 4a, 4b
- Embodiments of the laser spark plug according to the invention with a volume Bragg grating element of reduced diffraction efficiency for the generation of off-axis laser beams,
- FIG. 5
- a further embodiment of a laser spark plug according to the invention, and
- FIG. 6
- Yet another embodiment of a laser spark plug according to the invention.
Eine Brennkraftmaschine trägt in
In den Brennraum 14 eingespritzter Kraftstoff 22 wird mittels eines Laserstrahls 24 entzündet, der vorzugsweise in Form eines Laserimpulses 24 von einer eine Lasereinrichtung 26 aufweisenden Laserzündkerze 100 auf den Zündpunkt ZP in dem Brennraum 14 abgestrahlt wird. Hierzu wird die Lasereinrichtung 26 über eine Lichtleitereinrichtung 28 mit Pumplicht gespeist, welches von einer Pumplichtquelle 30 bereitgestellt wird. Die Pumplichtquelle 30 wird von einem Steuergerät 32 gesteuert, das auch den Injektor 18 ansteuert.In the
Die Pumplichtquelle 30 bildet zusammen mit der Lichtleitereinrichtung 28 und der die Lasereinrichtung 26 aufweisenden Laserzündkerze 100 ein laserbasiertes Zündsystem 27 der Brennkraftmaschine 10.The pumping
Wie aus
Die grundsätzliche Funktionsweise der Lasereinrichtung 26 ist folgende: Pumplicht 60, das der Lasereinrichtung 26 über die Lichtleitereinrichtung 28 zugeführt wird, tritt durch den für eine Wellenlänge des Pumplichts 60 durchsichtigen Einkoppelspiegel 42 in den laseraktiven Festkörper 44 ein. Dort wird das Pumplicht 60 absorbiert, was zu einer Besetzungsinversion führt. Die zunächst hohen Transmissionsverluste der passiven Güteschaltung 46 verhindern eine Laser-Oszillation in der Lasereinrichtung 26. Mit steigender Pumpdauer steigt jedoch auch die Strahlungsdichte in dem Inneren des durch den laseraktiven Festkörper 44 und die passive Güteschaltung 46 sowie die Spiegel 42, 48 gebildeten Resonators. Ab einer gewissen Strahlungsdichte bleicht die passive Güteschaltung 46 beziehungsweise ein sättigbarer Absorber der passiven Güteschaltung 46 aus, so dass eine Laser-Oszillation in dem Resonator zustande kommt.The basic mode of operation of the
Durch diesen Mechanismus wird ein Laserstrahl 24 in Form eines sog. Riesenimpulses erzeugt, der durch den Auskoppelspiegel 48 hindurchtritt und nachfolgend als Laserzündimpuls bezeichnet wird.By this mechanism, a
Anstelle der vorstehend beschriebenen passiven Güteschaltung 46 ist auch der Einsatz einer aktiven Güteschaltung denkbar.Instead of the passive Q-switching 46 described above, the use of an active Q-switching is also conceivable.
Erfindungsgemäß ist mindestens ein Volumen-Bragg-Gitterelement in dem Strahlengang der Laserzündkerze 100 angeordnet. Vorliegend ist der Auskoppelspiegel 48 durch ein derartiges Volumen-Bragg-Gitterelement gebildet, so dass an dieser Stelle vorteilhaft auf eine herkömmliche dielektrische Reflexionsbeschichtung verzichtet werden kann.According to the invention, at least one volume Bragg grating element is arranged in the beam path of the
Das den Auskoppelspiegel bildende Volumen-Bragg-Gitterelement 48 kann vorteilhaft direkt in die Lasereinrichtung 26 integriert sein, beispielsweise durch Einschreiben eines entsprechenden Gittermusters in den laseraktiven Festkröper 44 bzw. die Güteschaltung 46.The volume
Das Volumen-Bragg-Gitterelement 48 kann alternativ hierzu auch als separates Bauteil ausgeführt sein, das extern zu den Komponenten 44, 46 angeordnet ist oder mit der Lasereinrichtung 26 beispielsweise durch Ansprengen oder adhäsionsfreies Bonden verbindbar ist.Alternatively, the volume
Das Volumen-Bragg-Gitterelement 48 ist vorliegend neben seiner Funktion als Auskoppelspiegel so ausgebildet, dass es als Strahlteiler wirkt. Dadurch werden die durch die Lasereinrichtung 26 erzeugten Laserimpulse 24 vorteilhaft in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt. Diese Teilstrahlen können durch eine dem Volumen-Bragg-Gitterelement 110 nachgeordnete, nicht in
Wie aus
Bei dieser Erfindungsvariante ist die Zerstreuungslinse 49a und die Sammellinse 49b in dem Innenraum der Laserzündkerze 100 angeordnet.In this variant of the invention, the diverging
Durch die Auswahl der Beugungseffizienz des erfindungsgemäßen Volumen-Bragg-Gitterelements 110 kann vorteilhaft die Verteilung der Laserleistung auf die verschiedenen Laserzündpunkte ZP1, ZP2 gesteuert werden.By selecting the diffraction efficiency of the volume
Das heißt, bei der in
Im Unterschied zu herkömmlichen deformierbaren Sammellinsen zur Realisierung einer räumlichen Mehrfachzündung erfordert die erfindungsgemäße Konfiguration einer verhältnismäßig geringe Antriebsenergie und einen sehr geringen axialen Verstellweg der Antriebseinheit 112 parallel zu der optischen Achse OA der Laserzündkerze 100, was durch die verhältnismäßig geringe Winkelakzeptanz des Volumen-Bragg-Gitterelements 110 bedingt ist.In contrast to conventional deformable converging lenses for realizing a spatial multiple ignition, the configuration according to the invention requires a relatively small drive energy and a very small axial displacement of the
Auf diese Weise kann durch entsprechende Ausrichtung des Volumen-Bragg-Gitterelements 110 relativ zu der Lasereinrichtung 26 ein off-axis-Zündpunkt ZP' realisiert werden, dessen Lage in dem Brennraum 14 abhängig ist von dem Verkippungswinkel zwischen dem Volumen-Bragg-Gitterelement 110 und der ihm zugeordneten Stirnfläche der Lasereinrichtung 26 beziehungsweise der optischen Achse OA.In this way, by appropriate alignment of the volume
Zwischen der Lasereinrichtung 26 beziehungsweise ihrer Auskoppelfläche 48' und der entsprechenden Stirnfläche des Volumen-Bragg-Gitterelements 110 ist vorliegend erfindungsgemäß ein Abstandshalter 116 vorgesehen. Der Abstandshalter 116 kann bevorzugt, ebenso wie der Montagering 115, eine ringförmige Geometrie aufweisen, so dass die von der Lasereinrichtung 26 erzeugte Laserstrahlung durch den Montagering 115 hindurch auf das Volumen-Bragg-Gitterelement 110 austreten kann.Between the
Gleichzeitig gewährleistet der Abstandshalter 116 eine präzise Planlage des Volumen-Bragg-Gitterelements 110 gegenüber der Lasereinrichtung 26. Die entsprechenden Stirnflächen des Abstandshalters 116 weisen hierzu bevorzugt eine Parallelität von etwa 2 µm oder weniger auf.At the same time, the
Durch die Vorsehung des erfindungsgemäßen Abstandshalters 116 ist ferner vorteilhaft gewährleistet, dass keine Berührung zwischen dem Volumen-Bragg-Gitterelement 110 und der Lasereinrichtung 26 stattfindet, wodurch eine mechanische Beeinträchtigung der Auskoppelfläche 48' verhindert wird. Über die Antriebseinrichtung 112, bei der es sich beispielsweise um einen piezoelektrischen Aktor handeln kann, kann das Volumen-Bragg-Gitterelement 110 wie aus
Bei weiteren bevorzugten Erfindungsvarianten kann das Volumen-Bragg-Gitterelement 110 eine ortsabhängige Gitterkonstante aufweisen, um die spektrale Akzeptanz des Volumen-Bragg-Gitterelements 110 in an sich bekannter Art und Weise zu erhöhen.In further preferred variants of the invention, the volume
Das erfindungsgemäße Volumen-Bragg-Gitterelement 110 ermöglicht vorteilhaft die Bereitstellung einer kostengünstigen und kompakten Laserzündkerze 100, die gleichzeitig eine räumliche und zeitliche Mehrfachzündung bietet. Zudem ist das erfindungsgemäße Volumen-Bragg-Gitterelement 110 vorteilhaft geeignet für die bei der Laserzündung auftretenden hohen optischen Pulsleistungen und bis mindestens etwa 400 °C temperaturstabil.The volume
Claims (10)
- Laser ignition plug (100) for an internal combustion engine, characterized in that at least one volume Bragg grating element (48, 110), which is configured as a beam splitter for splitting laser radiation (24) guided in the laser ignition plug (100) into a plurality of partial beams, is arranged in a beam path of the laser ignition plug (100).
- Laser ignition plug (100) according to Claim 1, characterized in that the volume Bragg grating element (110) has at least two different volume Bragg gratings.
- Laser ignition plug (100) according to one of Claims 1 to 2, characterized in that the volume Bragg grating element (110) is integrated in focusing optics (49b) and/or a combustion space window (49c).
- Laser ignition plug (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the volume Bragg grating element (110) has a diffraction efficiency that is less than approximately 95 percent.
- Laser ignition plug (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the volume Bragg grating element (110) is arranged such that it is moveable relative to an optical axis (OA) of the laser ignition plug (100).
- Laser ignition plug (100) according to Claim 5, characterized by drive means (112) for moving the volume Bragg grating element (110).
- Laser ignition plug (100) according to one of Claims 5 to 6, characterized in that a spacer (116), which preferably has a substantially annular geometry and whose end faces, which are provided for making contact with a coupling-out surface (48') of a laser device (26) arranged in the laser ignition plug (100) and the volume Bragg grating element (110), are plane-parallel with respect to one another, is arranged between the coupling-out surface (48') and the volume Bragg grating element (110).
- Laser ignition plug (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the volume Bragg grating element (110) has a location-dependent grating constant.
- Laser ignition plug (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the volume Bragg grating element (110) is monolithically integrated in a laser-active solid body (44) and/or a further optical component arranged in the beam path.
- Laser ignition plug (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a laser-active solid body (44) with a passive Q switch (46) is integrated in the laser ignition plug (100).
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