EP4327420A2 - Kombinationseinrichtung und optisches system - Google Patents

Kombinationseinrichtung und optisches system

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EP4327420A2
EP4327420A2 EP22773589.1A EP22773589A EP4327420A2 EP 4327420 A2 EP4327420 A2 EP 4327420A2 EP 22773589 A EP22773589 A EP 22773589A EP 4327420 A2 EP4327420 A2 EP 4327420A2
Authority
EP
European Patent Office
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polarization
beams
combination
input
output
Prior art date
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Pending
Application number
EP22773589.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Malte Kumkar
Daniel Grossmann
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Trumpf Laser und Systemtechnik SE
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Publication of EP4327420A2 publication Critical patent/EP4327420A2/de
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    • H01S3/1307—Stabilisation of the phase
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    • H01S3/2383—Parallel arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a combination device, comprising: at least two inputs for each entry of an input beam, and one or more outputs for each exit of an output beam, wherein the combination device is designed to combine one (or the) output beam by a coherent combination of two of the to form input beams.
  • the input beams which are generally mutually coherent, and the output beam(s) formed in the coherent combination are typically laser beams.
  • the combination device described here is preferably designed to superimpose the input beams collinearly, it being possible in particular for a congruent superimposition to the or to a respective output beam to take place.
  • the interaction of laser radiation with an object to be processed depends on many laser parameters, for example wavelength, intensity or power, pulse duration, repetition rate, pulse shape or else of other parameters such as the beam shape.
  • the polarization of the laser radiation can also have an impact on the interaction. It can therefore be important for some applications to set the polarization in a targeted manner. In this case, fast polarization switching is usually required to increase productivity. For example, applications such as data storage can be productively implemented in a medium.
  • Fast polarization modulation can generally be realized by interferometric systems into which a single input beam is coupled and in which the phase is manipulated by phase shifters integrated into the interferometer, see, for example, the article “The rotating linearly polarized light from a polarizing Mach-Zehnder Interferometer: Production and applications”, C. Pawong et al., Opt. Lasers Tee. 43, 461-468 (2011), or the article “Investigation of the use of rotating linearly polarized light for characterizing S1O2 thin-film on Si Substrate”, C. Pawong et al., in: Optoelectronic Materials and Devices, G. Duan , ed., Vol. 8308 of Proceedings of SPIE (2011), paper 830811, or DE 102017 104392 A1.
  • US 2009/0219960 A1 describes a device for superimposing laser beams that has a phase and polarization module that is designed to provide a plurality of laser beams that are phase-locked and orthogonally polarized in pairs.
  • the apparatus includes a controller configured to control the phase and polarization of each laser beam, and a beam combiner for combining a first and a second of the laser beams to produce an output laser beam.
  • the invention is based on the object of providing a combination device and an optical system with at least one such combination device which enable the polarization state of at least one output beam to be set quickly.
  • a combination device of the type mentioned at the outset which is designed to set a polarization state, in particular a polarization direction, of the respective (or the) output beam as a function of a relative phase position of the individual phases of the two input beams from which the respective Output beam is formed by the coherent combination.
  • the coherent combination of (each) two of the input beams makes it possible to quickly modulate or manipulate the properties of the or a respective output beam by quickly manipulating the relative phase position of the input beams.
  • the inventive In the simplest case, the combination device has two inputs and one output and is designed to combine the two input beams entering at the inputs coherently into (exactly) one output beam exiting at the (exactly one) output.
  • the combination device has more than two inputs and more than one output.
  • the combination device is designed to form a respective output beam by a coherent combination of two of the input beams entering at the more than two inputs.
  • the polarization state, in particular the polarization direction, of the respective output beam is also in this case (only) determined by the relative phase position of the two input beams from which the output beam is formed in the coherent combination, i.e. the relative phase position of the other input beams has no influence on the Polarization state of this output beam. In this way, the polarization state of a respective output beam emerging from one of the outputs can be adjusted independently of the polarization state of the output beams emerging from the other outputs.
  • the combination device can be a passive device that does not have any optical elements whose optical properties can be adjusted. If the combination device has optical elements whose optical properties can be adjusted, eg phase shifters, optical rotators, etc., such an adjustment is not usually used to dynamically adjust or adjust the polarization state and, if applicable, the power of the output beam modulate, but typically only to correct undesired, for example, temperature-related changes in the optical properties of the optical components of the combination device, in order to allow in this way, for example, a complete constructive interference of the input beams.
  • the combination device can have conventional optical components for the coherent combination. However, an implementation based on PIC (“Photo Integrated Circuit”) is also possible.
  • the polarization state of the (respective) output laser beam is typically set solely by setting or specifying the relative phase position of the individual phases of the respective two coherently combined input beams with respect to one another.
  • the absolute phase of the input beams is irrelevant for the superposition, so that one phase modulation unit for each pair of superimposed input beams is usually sufficient to set the relative phase position.
  • the setting of the polarization state of the (respective) output beam by specifying or setting the (relative) phase angles of the input beams with the aid of the phase modulation unit can take place highly dynamically with switching durations, for example in the MHz range.
  • phase modulation unit By arranging a phase modulation unit in front of the combination device, it is not necessary for the phase modulation unit to provide the output beam with the required output parameters directly from an input beam. This allows, for example, the use of less powerful components for the modulation of the relative phase angles, in that the power required for the combination device is achieved by amplification downstream of the phase modulation unit.
  • the power in the phase modulation unit can be reduced by switching time-extended pulses. Optical components with increased losses can also be used without this having a severely negative effect on the efficiency of the overall system.
  • the modulation of the relative phase angles of the input beams can also take place at a different wavelength than at the wavelength of the output beam.
  • the combination device has exactly two inputs and one output and comprises a polarization beam splitter for the coherent combination of the two input beams entering at the inputs to form the output beam, as well as a phase shifting element, in particular a 1/4 delay device, arranged in the beam path after the polarization beam splitter Generation of a linear polarization of the output beam.
  • the polarization of the two input beams is selected in such a way that the maximum power (ideally the entire power) is transferred to the output beam.
  • the polarization of the first input beam is typically chosen such that its transmission at the PBS is maximum and the polarization of the second input beam is chosen such that its reflection at the PBS is maximum (or vice versa).
  • the two input beams are each polarized linearly and perpendicularly to one another and the polarizer axis(s) are aligned parallel to the two mutually perpendicular polarization directions of the input beams.
  • the sum of the output powers of the two input beams can be converted into the power of the output beam (see above).
  • the power/energy of the output beam can optionally be adjusted by the additional synchronous adjustment of the power/energy of the two input beams.
  • an elliptically polarized outgoing beam is formed in the general case, in which the semi-axes (principal axes or directions) of the elliptical polarization under 45° to the two mutually perpendicular polarization directions of the input beams (if these are linearly polarized).
  • the elliptical polarization is converted into a linear polarization whose polarization direction is determined by the main axis ratio and the sense of rotation of the elliptical polarization.
  • Adjusting the relative phase position between the input beams entering the polarization beam splitter changes the aspect ratio between the semi-axes of the elliptical polarization, but not the orientation of the semi-axes at 45° to the two mutually perpendicular polarization directions. Therefore, by adjusting the relative phasing of the input beams, the direction of polarization of the linearly polarized output beam can be adjusted.
  • the combination device has two inputs and one output and includes an interferometer, in particular a Mach-Zehnder interferometer, with a first beam channel for propagating a first partial beam and with a second beam channel for the propagation of a second partial beam, wherein the interferometer has a splitting element for splitting the two input beams into the two partial beams and a combination element for the coherent combination of the two partial beams to form the output beam and preferably at least one polarization influencing device for the preferably permanently specified Influencing a polarization state, in particular a polarization direction, having at least one of the partial beams.
  • an interferometer in particular a Mach-Zehnder interferometer
  • the state of polarization or the direction of polarization of the output beam can be adjusted by controlled adjustment of the phases of the individual input beams.
  • the interferometer usually has at least one optical component or a combination of optical components for phase and/or polarization adjustment between the two partial beams or between the two beam channels, in order to ensure that with a suitable choice of the relative phase position of the two partial beams to each other maximum constructive interference occurs at the combination element at which the coherent superimposition of the two partial beams takes place.
  • the path length difference of the two partial beams in the interferometer is adjusted in such a way that maximum constructive interference occurs, i.e.
  • the sum of the powers of the two input beams corresponds to the power of the output beam in the loss-free case.
  • the power of the two superimposed partial beams is chosen to be the same, and different losses in the combination device are precompensated, as in other embodiments, by appropriate adjustment of the power of the input partial beams.
  • the interferometer preferably has at least one polarization influencing device for influencing a polarization state, in particular a polarization direction, of at least one of the partial beams, in particular in a fixed manner.
  • the polarization state of one or both partial beams can be influenced by a suitable polarization influencing device in such a way that at least one phase angle of the two partial beams relative to one another at the combination element is maximum constructive interference occurs.
  • a permanently predetermined influencing of the state of polarization is understood to mean that the state of polarization is not dynamically influenced, since the dynamic setting of the state of polarization of the output beam takes place solely by setting the relative phase angles of the input beams.
  • the polarization influencing device can in principle be designed to be controllable in order to compensate for different parasitic losses in the two beam channels, thermal effects, etc.
  • the polarization influencing device(s) are preferably in the form of polarization-rotating optical devices or elements (polarization rotators), in particular in the form of optical rotators, for example in the form of optical crystals which, given their crystalline structure and with a suitable orientation, have an intrinsic polarization rotation. e.g. crystalline quartz, which has a high transparency and performance capability in a broad wavelength range from UV to NIR.
  • polarization rotators can also be used as a polarization influencing device.
  • Faraday rotators require an external magnetic field for polarization rotation and are therefore more complex to manufacture and operate than optical crystals.
  • the polarization rotation of the partial beam(s) it is favorable or necessary for the polarization rotation of the partial beam(s) to take place independently of the polarization direction of the respective partial beam.
  • Such a polarization rotation is typically not possible with birefringent retardation devices, e.g. with 1/2 retardation elements, since these allow a rotation of the polarization direction only with a predetermined polarization direction of the respective partial beam.
  • the splitting element and the combination element can be embodied as intensity beam splitters, for example, and the interferometer can have at least one polarization-rotating optical device, in particular an optical rotator, as a polarization influencing device for perpendicular alignment of the polarization directions of the two partial beams relative to one another.
  • a beam splitter that is a split or combination of two or more partial beams in Essentially allows regardless of their polarization state.
  • the intensity beam splitters described here are generally designed as 50% beam splitters, ie they combine two beams entering the intensity beam splitter with the same weighting to form one exiting beam.
  • the intensity beam splitter can be implemented, for example, in the form of a dielectric layer system on the surface of a transparent substrate. With a suitable alignment of the surface to the beam incidence direction, the desired polarization-independent reflectivity and transmission of essentially 50% each can be achieved.
  • an optical rotator can be arranged in one of the two beam channels of the interferometer, which rotates the polarization direction of the partial beam propagating in this beam channel by 90°.
  • two or possibly more than two polarization-rotating optical devices or elements can be arranged in the beam channels of the interferometer in order to align the polarization directions of the two partial beams at an angle of 90° relative to one another.
  • the two input beams with circular polarization and opposite directions of rotation are fed to the splitting element of the interferometer.
  • the two partial beams in the beam channels each have a linear polarization with two polarization directions aligned perpendicular to one another.
  • the polarization directions of the two partial beams, which are coherently combined by the combination element are aligned in parallel.
  • the relative phase position of the two input beams can be used to set the polarization direction of this linearly polarized output beam.
  • the combination device has more than two inputs and more than one output and is designed to combine a respective output beam exiting at an output with a coherent combination to form two of the input beams entering at the more than two inputs.
  • the basic types of combination device described above with two inputs and one output, in which the coherent combination of the two input beams to form the output beam takes place by means of a polarization beam splitter or by means of an interferometer, can - suitably modified - also be used in a combination device that has more than has two inputs and more than one output (“multi-channel coupling device”), as described in more detail below.
  • the combination device has a number of inputs that is twice as large as the number of outputs.
  • the combination device is, in the simplest case, a parallel arrangement of coupling devices that correspond to one of the two basic forms described above with the two inputs and one output.
  • the coupling device it is also possible for the coupling device to retain the basic structure of the respective basic form, i.e. its optical components (possibly apart from their dimensions) and only the number of inputs or input beams and the number of outputs or output beams is scaled by a factor N.
  • the first input of the combiner described above is replaced by a set of N first inputs through which N collimated input beams enter the combiner.
  • the second input is replaced by a group of N second inputs through which N further collimated input beams enter the combiner.
  • the respective pairs of input beams, which are combined to form one of the output beams pass through the optical components of the combining device with a lateral offset and emerge from the coupling device at one of N outputs.
  • an output beam can also be generated from two superimposed input beams which—apart from parasitic losses when passing through the optical components of the combination device—corresponds to the sum of the powers of the two input beams.
  • the combination device thus makes it possible at the respective output to create a complete constructive interference of the input beams, so that the output beam has the maximum possible power (100% of the sum of the powers of the input beams).
  • the power of the input beams that enter the combination device at the respective inputs is typically essentially the same for all input beams, i.e. the power of a respective input beam is not used to dynamically adjust the polarization state or, if necessary, the power of the output beam.
  • the combination device for the coherent combination of in each case two of the input beams entering at the inputs to form a respective output beam has a polarization beam splitter which is preferably common to all input beams and, for generating a linear polarization of the respective output beam, has a phase shifting element which is arranged in the beam path after the polarization beam splitter and is preferably common to all output beams , In particular a 1/4 delay device.
  • a common polarization beam splitter for all input beams
  • the input beams of a respective group pass through the polarization beam splitter laterally offset and the output beams pass through the common phase shifting element laterally offset.
  • several polarization beam splitters and several phase shifting elements can be used in the combining device in order to coherently combine the respective pairs of input beams into a respective output beam or to generate a linear polarization for a respective output beam.
  • the combination device is designed to feed two input beams to be combined to the polarization beam splitter, which have two polarization directions perpendicular to one another, the combination device preferably having a polarization-rotating device for rotating a polarization direction in the beam path upstream of the polarization beam splitter, in each case one of the two input beams which are combined at the polarization beam splitter to form the respective output beam.
  • the polarization-rotating device can be used when the combination device is supplied with the input beams each having the same linear polarization direction, in order to rotate the polarization direction of one of the input beams and to supply the two input beams with mutually perpendicular polarization directions to the polarization beam splitter.
  • polarization can be rotated by means of a polarization-rotating device in the form of a birefringent retardation device, for example in the form of a 1/2 retardation element.
  • the direction of polarization of one of the two groups of N input beams can be rotated with the aid of a common polarization-rotating device.
  • an alternative embodiment of the combination device with groups of N first input beams and N second input beams for generating a group of N output beams with one interferometer or up to N interferometers can also be provided.
  • the combination device has at least one splitting element for splitting a respective input beam into two partial beams and preferably at least one combination element for coherently combining two of the partial beams to form a respective output beam.
  • the power of a respective input beam is divided into two sub-beams (usually preferably equally divided, ie 50:50) prior to coherent combination, one of which is combined with a respective sub-beam of another input beam to form one of the output beams.
  • all input beams or at least each input beam and two to be superimposed on it, be coherent with one another, while in the alternative embodiment described above this is only for each requires two of the input beams to be coherently combined into a respective output beam.
  • the relative phase position of the two input beams, whose partial beams are combined coherently to form an output beam can be used to set the polarization state of the respective output beam, ie the polarization state of a respective output beam can be set individually.
  • all input beams have the same amplitude and polarization state.
  • the combination device has a number of inputs that is greater by one than a number of outputs. Since a number of 2 N + 2 partial beams are generated at the splitting element when the N + 1 input beams are divided, but only N outputs are available, the power of an input beam (more precisely the sum of the powers of two partial beams) is lost in this development. In the case described here, the entire power of the input beams is not converted into the power of the (two or more) output beams, i.e. the power of the output beams does not correspond to 100% of the sum of the powers of the input beams. This power of the two partial beams that are not used for the coherent combination can be used as diagnostic beams.
  • the input beams typically enter the combiner at the inputs laterally offset from one another, and the inputs are typically also laterally offset from one another.
  • the two sub-beams that are not combined coherently and that are used as diagnostic beams are typically sub-beams of two input beams entering the combiner at the first input and the last input (N+1).
  • the diagnostic beams can be evaluated directly or superimposed for diagnostic purposes. The development described here is advantageous if a large number of output beams is desired, since these can be generated with a small number of input beams.
  • Polarization beam splitters for example, can be used as the splitting element(s) and as the combining element(s).
  • polarization can be a respective input beam entering the combination device, be elliptical, with a preferred direction of the elliptical polarization being aligned at 45° to the s-component or to the p-component of the polarization beam splitter.
  • the polarization of a respective input beam is preferably chosen to be either linearly or circularly polarized. If the linear polarization is aligned at 45° to the s or p component of the polarization beam splitter, the power of a respective input beam is divided equally between the partial beams.
  • a phase shifting element in particular a 1/4 delay device, can be arranged in the beam path downstream of the polarization beam splitter serving as a combination element, possibly common to all output beams, in order to generate linear polarization of the respective output beam.
  • the combination device has a number N+1 of polarization beam splitters, which corresponds to the number N+1 of input beams and each serve as a splitting element, and a number N of polarization beam splitters reduced by one serves as a combination element.
  • exactly one polarization beam splitter is assigned to each input, which splits the respective input beam into two partial beams.
  • the polarization beam splitters are arranged in such a way that in all but one of the polarization beam splitters, one of the partial beams propagates in the direction of the respective output, while the other partial beam in each case is deflected to an adjacent polarization beam splitter and is coherently superimposed with the partial beam that is passing through it is transmitted and propagated to the respective output.
  • the polarization beam splitters are usually arranged next to one another in a row.
  • the two PBS that do not serve as a combiner are typically the first and last of the PBS in this row.
  • the path length differences occurring when the partial beams are combined at the polarization beam splitters arranged in the row can be pre-compensated for a good coherent combination.
  • the embodiment described here manages without deflection elements and is easily scalable.
  • the combination device has a common polarization beam splitter as a splitting element common to all input beams and/or the combination device has a common polarization beam splitter as a combination element common to all output beams.
  • one and the same polarization beam splitter can serve as a common splitting element and as a common combining element.
  • the partial beams that are generated at the common splitting element in the form of the polarization beam splitter can be deflected back to the polarization beam splitter at a respective deflection device, for example in the form of a deflection mirror, in order to carry out the coherent combination of the partial beams.
  • This development can also be implemented in a compact design.
  • a group of input beams that does not include all of the input beams can also be divided at a common splitting element and/or combined at a common combining element.
  • the input beams can be variably combined into groups which are each divided at a common splitting element and/or combined at a common combination element or which are split at a respective individual splitting element and/or combined at a respective individual combination element.
  • the combination device has an interferometer, in particular a Mach-Zehnder interferometer, which includes a first beam channel for propagating a first sub-beam and a second beam channel for propagating a second sub-beam, with the interferometer having a further splitting element for dividing the partial beams from two different input beams into the two beam channels and preferably at least one polarization influencing device for influencing a polarization state, in particular a polarization direction, in particular in a fixed manner, at least one of the partial beams.
  • This embodiment basically corresponds to the basic form of the combination device described above, which has two inputs and one output as well as an interferometer for the coherent combination.
  • the embodiment described here differs from the embodiment described above in that the interferometer, more precisely the further splitting element, is fed not two input beams, but two groups of partial beams, each group belonging to one of the two partial beams of a respective input beam, which at which (at least one) splitting element was created.
  • One partial beam from each of the two groups is fed to the further splitting element of the interferometer, where the splitting into the two beam arms takes place. Since a coherent combination of the two partial beams takes place at the further splitting element of the interferometer, the partial beams propagating in the two beam arms are referred to as sub-partial beams.
  • the sub-beams can be combined to form a respective output beam, as in the embodiment described above, at a combination element that is part of the interferometer.
  • the state of polarization of a respective output beam can be adjusted as a function of the relative phase position of the respective input beams, as described above.
  • the path length of the sub-beams in the two beam arms of the interferometer is set in such a way that there is maximum constructive interference at the respective output. In this way, half the sum of the powers of the respective superimposed partial beams of the input beams can be converted into the power of the corresponding output beam.
  • the combination device is designed to supply the further splitting element with two partial beams of different input beams that are circularly polarized in opposite directions, with the combination device preferably having at least one phase-influencing element for influencing the phase of one of the two partial beams.
  • the phase-influencing element can be, for example, a Act half-wave delay element through which the sense of rotation of the circular polarization is reversed.
  • the partial beams, which are split between the two beam arms at the further splitting element of the interferometer, are typically circular and polarized in opposite directions to one another.
  • the perpendicular alignment of the polarization direction of the partial sub-beams in the two beam arms can be converted into a parallel alignment, as was described further above.
  • input beams with circular polarization of the same direction of rotation can be provided at the inputs of the combination device.
  • the (at least one) phase-influencing element can be used to influence the phase of one of the two partial beams that are generated at the splitting element in such a way that the direction of rotation of the circular polarization of this partial beam is reversed, so that the two partial beams at the further splitting element of the interferometer have opposite circular polarization.
  • the invention also relates to an optical system, comprising: a beam source for generating a laser beam, a splitting device for splitting the laser beam into at least two coherent input beams, a phase modulation device for modulating the relative phase angles of the input beams, and a combination device configured as above is, to form at least one output beam by coherently combining the at least two input beams.
  • the optical system and also the combination device can be realized with discrete optical components, fiber optic, integrated optical or as a hybrid system.
  • the beam source is preferably a seed laser of a MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) system.
  • MOPA Master Oscillator Power Amplifier
  • the input beams are generated by amplifying the seed laser beam.
  • the phase modulation device in the beam path directly in front of the inputs of the combination device.
  • it is beneficial if the setting of the relative Phase positions of the input beams are carried out with the aid of a phase modulation device, which is arranged in front of the power amplifier of the MOPA system.
  • optical elements can be used in the phase modulation device that do not have to have high performance or high efficiency.
  • the average power and/or the peak power of the at least one output beam can be high in such a MOPA system and, for example, more than 1 W, 10 W, 1 kW, 10 kW or even 1 MW. lie.
  • the at least one output beam is typically fed to an application device of the optical system, which is usually a processing device for processing, e.g. a processing head, for processing a workpiece with the aid of the output beam.
  • a processing device for processing e.g. a processing head
  • Translation units for moving the processing head and/or the workpiece can also be provided for the positioning of the output beam(s) relative to the workpiece.
  • Dynamic beam positioning (2D, 2.5D), spatial-temporal beam shaping, position detection (before the process) and process control (in-situ, ex-situ) can also be carried out.
  • Polarization can also be influenced in the application device when the at least one output beam is fed to the workpiece.
  • the application device for supplying the output beam to the workpiece can have a birefringent component, for example an optical fiber, in particular a fiber-based amplifier.
  • the combination device can carry out a pre-compensation of the birefringence generated when the output beam is fed to the workpiece.
  • the pre-compensation is carried out by suitably adapting the relative phase angles, which are set by the phase modulation device, so that the combination of polarization state and power of the output beam that is to be achieved is set on the workpiece.
  • non-polarization-maintaining transport fibers can also be used, or the MOPA concept can be modified by superimposing before the (typically fiber-based) final amplifier, which in this case is integrated into the application device.
  • the optical system can also be used for the production of optical components based on a spatially dependent polarization manipulation.
  • the rapid change in polarization that is generated with the optical system can also be used advantageously for other applications, for example for analysis methods.
  • the optical system can also have a conversion device which is arranged between the phase modulation device and the combination device.
  • the conversion device can be an optical amplifier device, for example the output amplifier or amplifiers of the MOPA system described above.
  • the conversion device can also fulfill another function.
  • the conversion device can be designed, for example, for frequency conversion of the input beams. This is favorable because for the (respective) output beam or for the application for which the (respective) output beam is used, wavelengths are often of interest for which no high-performance amplifier system, no high-performance phase modulation device or other optical components are available.
  • the coherent coupling in the combination device can be combined with a frequency conversion that generally takes place in the beam path before the combination device.
  • the optical system described here in particular in the form of a MOPA system, is compatible with a frequency conversion device arranged between the beam source and the combination arrangement.
  • the beam source for generating the laser beam can be designed to generate a cw laser beam and/or a pulsed laser beam.
  • the beam source can be designed to generate an ultra-short-pulse laser beam with laser pulses whose pulse durations are on the order of ps or fs.
  • CPA chirped pulse amplification
  • the CPA technology can be combined with the coherent coupling of the four input beams to the output beam described here, and in particular with the independent adjustment of the polarization state and the power of the output beam.
  • the conversion device can contain, for example, a pulse compressor of the CPA system.
  • the conversion device can also generally be designed for pulse shaping of the input beams, which are pulsed in this case.
  • the conversion device can also be designed to fulfill a number of the functions described above or that the optical system can have a number of conversion devices in order to set beam parameters adapted to the respective application.
  • a suitable beam guide can be provided, which can include scanner optics, for example.
  • the optical system is designed to feed the input beams to the inputs of the combiner with essentially the same power.
  • it is favorable for the coherent combination if the mutually coherent input beams have essentially the same power or intensity. This can be achieved, for example, if the power of a laser beam, which is generated by the beam source, is split in equal parts in the splitting device between the mutually coherent input beams.
  • the input beams may deviate from identical power if they experience different losses as they pass through the combiner.
  • the power of the individual input beams can be adjusted to compensate for the different losses as they pass through the combiner, so that an optimal interference contrast is produced in the coherent combination.
  • the optical system is designed to feed input beams to the inputs of the combination device with linear polarization with a predetermined direction of polarization or with circular polarization. As described above, it is advantageous if the input beams are fed to the combination device with a defined polarization state that depends on the respective configuration of the combination device.
  • 1a shows a schematic representation of a combination device which has a polarization beam splitter and a 1/4 delay device for the coherent combination of two mutually coherent input beams to form an output beam
  • Fig. 1 b is a schematic representation analogous to Fig. 1a, the coherent
  • 2a, b schematic representations of two combination devices, which are designed to split N+1 input beams into two partial beams and to coherently combine two partial beams of different input beams into one of N output beams,
  • 3a shows a schematic representation of a combination device, which is used for the coherent combination of two mutually coherent input beams to an output beam has a Mach-Zehnder interferometer
  • FIG. 3b shows a schematic representation of a combining device analogous to FIG.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an optical system which has a combination device according to FIG. 1a.
  • the 1a shows a combination device 3 for the coherent combination of two mutually coherent input beams 1.1, 1.2 to form a combined output beam 2.1.
  • the combination device 3 has two inputs Ei, E2, each of which is used for entry of one of the input beams 1.1, 1.2.
  • the combination device 3 also has an output Ai, which serves to exit the output beam 2.1 formed during the coherent superimposition.
  • the combination device 3 is designed to superimpose the two input beams 1.1, 1.2 collinearly, with the example shown being superimposed congruently with the output beam 2.1.
  • the combination device 3 shown in FIG. 1a makes it possible to set the state of polarization of the output beam 2.1.
  • the polarization state that is set with the aid of the combination device 3 is the direction of polarization R of a linearly polarized output beam 2.1.
  • FIG. 1a and in the following figures are shown in the plane of the drawing, the states of polarization are shown in a propagation direction perpendicular to the plane of the drawing.
  • the Y direction of the in 1a corresponds to the s-component, the X-direction to the p-component of the polarization.
  • the combination device 3 shown in FIG. 1a makes it possible to set a power PA of the output beam 2.1 which—apart from parasitic losses when passing through the optical elements of the combination device 3—corresponds to the sum of the powers Pi, P2 of the input beams 1.1, 1.2 be combined coherently to the output beam 2.1.
  • the setting of the direction of polarization R of the output beam 2.1 is made possible by setting a relative phase position Df- 12 of the phases fi, y2 of the two input beams 1.1, 1.2 shown in FIG. 1a.
  • the polarization direction R of the output beam 2.1 is typically set exclusively by setting the relative phase position Df- 12 of the two input beams 1.1, 1.2, ie without changing other parameters of the two input beams 1.1, 1.2 or parameters of optical components of the combination device 3 for this purpose will.
  • the powers Pi, P2 of the input beams 1.1, 1.2 are usually the same or they are selected differently in order to carry out a pre-compensation for parasitic losses.
  • the power Pi, P2 of the two input beams 1.1, 1.2 are also not changed for the adjustment. Since the relative phase angle Df- 12 of the two input beams 1.1, 1.2 can be adjusted in a highly dynamic manner, the direction of polarization R of the output beam 2.1 can also be adjusted in a highly dynamic manner using the combination device 3.
  • the combination device 3 shown in FIG. 1a has a polarization beam splitter 4 for the coherent superimposition of the first and second input beams 1.1, 1.2.
  • the polarization beam splitter 4 is identified in FIG. 1a and in the following figures with a dot and a double arrow in order to distinguish it from other non-polarization-sensitive components, for example intensity beam splitters.
  • the directions of polarization R1, R2 of the two input beams 1.1, 1.2 are aligned perpendicular to one another.
  • the polarizer axes of the polarization beam splitter 4 are parallel to the polarization directions R1, R2 of respective input beams 1.1, 1.2 aligned in order to produce a maximum transmission of the first input beam 1.1 and a maximum reflection of the second input beam 1.2 at the polarization beam splitter 4.
  • an elliptically polarized exiting beam is formed in which the semi-axes (principal axes or directions) of the elliptical polarization are at 45° to the two mutually perpendicular polarization directions R1, R2 of the input beams 1.1, 1.2 are aligned.
  • the elliptical polarization is converted into a linear polarization of the output beam 2.1, whose polarization direction R is determined by the main axis ratio and the sense of rotation of the elliptical polarization .
  • the setting of the relative phase position Df ⁇ 2 between the input beams 1.1, 1.2 entering the polarization beam splitter 4 changes the aspect ratio between the semi-axes of the elliptical polarization, but not the orientation of the semi-axes at 45° to the two mutually perpendicular polarization directions R1, R2.
  • the direction of polarization R of the linearly polarized output beam 2.1 can therefore be set by setting the relative phase position Df ⁇ 2 of the two input beams 1.1, 1.2.
  • the two input beams 1.1, 1.2 are aligned in parallel and the second input beam 1.2 is deflected by 90° on a deflection mirror 6 in the beam path in front of the polarization beam splitter 4, but this is not absolutely necessary.
  • the combination device 3 shown in FIG. 1b differs from the combination device 3 shown in FIG. 4, 5, ...) which is twice as large as the number N of outputs Ai, ..., AN.
  • the combination device 3 is used for the coherent combination of two 1.1, 1.N+1; 1.2, 1.N+2; ... of the input rays 1.1, ..., 1.N entering at the inputs Ei, ..., E2N+1 to a respective output beam Ai, ..., AN.
  • a first group of N input beams 1.1, 1.N is radiated directly onto a polarization beam splitter 4 common to all input beams 1.1, . . .
  • the coherent combination of one of the input beams 1.1, ..., 1.N of the first group with one of the input beams 1.N+1, ..., 1.2N of the second group at the polarization beam splitter 4 takes place as in connection with Fig. 1a, forming N output beams 2.1, ..., 2.N.
  • All output beams 2.1, ..., 2 .N common phase shifting element in the form of a 1/4 delay device 5 serves to generate a linear polarization of the respective output beam 2.1, ..., 2.N.
  • the polarization direction of a linearly polarized output beam 2.1, ..., 2.N can use the relative phase between the respective entrance rays 1.1, 1.n+1, 1.2, ..., 1.n+2, ... be set, as shown in Fig. 1b by differently oriented arrows.
  • All input beams 1.1, . . . , 1 2N are fed to the combination device 3 shown in FIG.
  • the second group of input beams 1.N+1, ..., 1.2N passes through a polarization-rotating device 7, which is designed as a 1/2 delay element in the example shown, to rotate the direction of polarization of the second group of input beams 1.N+1 , ..., 1.2N by 90° before they hit the polarization beam splitter 4 .
  • Fig. 2a,b show two examples of combination devices 3, which differ from the combination devices 3 shown in Fig. 1a.b in that they have a number N+1 of inputs Ei,...,EN+I, which are um One is greater than the number N of outputs Ai,...,AN.
  • the combination devices 3 are formed, the N+1 input beams 1.1, . . . , 1.N+1 each have two partial beams 8.1a, 8.1b; 8.2a , 8.2b, - be coherently combined into one of the N output beams 2.1, ..., 2.N.
  • a number of polarization beam splitters 4.1 , 2b a common polarization beam splitter 4 is used for this purpose.
  • the first N polarization beam splitters 4.1, ..., 4.N serve as a combination element for the coherent combination of a first partial beam 8.1a, ..., 8.Na of a respective input beam 1.1, ..., 1.N, which is radiated from an associated input Ei, ..., E N onto the respective polarization beam splitter 4.1, ..., 4.N and transmitted by it, with a second partial beam 8.2b, ..., 8. N+1b of a respective adjacent input beam 1.2, ..., 1st N+1, which is reflected by the adjacent polarization beam splitter 4.2, ..., 4th N+1 associated with this input beam 1.2, ..., 1st N+1 becomes.
  • the output beams 2.1,..., 2.N are linearly polarized with the aid of a respective phase shifting device 5.1,..., 5.N. The direction of polarization of a linearly polarized output beam 2.1, .
  • a common polarization beam splitter 4 serves both as a common splitting element for splitting all input beams 1.1, . . . , 1.N+1 into two partial beams 8.1a, 8.1b; 8.2a, 8.2b, ... .
  • the polarization beam splitter 4 also serves as a common combination element for combining two of the partial beams 8.1a, 8.2b; 8.2a, 8.3b, ... of adjacent input beams 1.1, ..., IN to a respective output beam 2.1, ..., 2.N.
  • a group of first partial beams 8.1a, ..., 8.1Na, which are transmitted by the polarization beam splitter 4 is directed 90° back to the polarization beam splitter at a first deflection mirror 6a 4 deflected and a group of second partial beams 8.1b, ... 8.N + 1b is one second deflection mirror 6b deflected back to the polarization beam splitter 4.
  • the first partial beam 8.1a of the first input beam 1.1 and the second partial beam 8.N+1b of the N+1th input beam 1.N+1 serve as diagnostic beams Di, DN+I and are not used for the coherent combination.
  • a common phase shifting device in the form of a 1/4 delay device 5 is used to generate a linear polarization of the respective output beam 2.1, . . . , 2.N with an adjustable polarization direction.
  • FIG. 3a shows a combination device 3 which, like the combination device 3 shown in FIG. 1a, has two inputs Ei, E2 for the entry of a respective input beam 1.1, 1.2 and an output Ai for the exit of an output beam 2.1.
  • the combination device 3 includes a Mach-Zehnder interferometer 9, which has a first beam channel 12a for propagating a first partial beam Ta and a second beam channel 12b for propagating a second partial beam Tb.
  • the Mach-Zehnder interferometer 9 also includes a splitting element 10 in the form of an intensity beam splitter for splitting the two input beams 1.1, 1.2 into the two partial beams Ta, Tb and a combination element 11 in the form of an intensity beam splitter for the coherent combination of the two partial beams Ta, Tb to form the Output beam 2.1.
  • a first reflector in the form of a deflection mirror 6a is arranged in the first beam channel 12a and deflects the first partial beam Ta by 90° to the combination element 11 .
  • a second reflector 6b in the form of a deflection mirror is arranged in the second beam channel 12b, which deflects the second partial beam Tb by 90° to the combination element 11 .
  • the combination device 3 is supplied with the first input beam 1.1 and the second input beam 1.2 with circular polarization, ie with a circular polarization state, with a direction of rotation D1 of the circular polarization state of the first input beam 1.1 being opposite to a direction of rotation D2 of the circular polarization state of the second input beam 1.2 runs.
  • the second input beam 1.2 is deflected by a further reflector in the form of a further deflection mirror 6c by 90° to the splitting element 10 of the Mach-Zehnder Interferometer 9 deflected.
  • the two partial beams Ta, Tb described above are formed from the two oppositely circularly polarized input beams 1.1, 1.2, which are linearly polarized and whose polarization directions R1, R2 are initially rotated by 90 ° are rotated to one another, but with the aid of a polarization influencing device arranged in the Mach-Zehnder interferometer 9 in the form of an optical rotator 13, more precisely a suitably aligned quartz crystal, the polarization direction R1 of the first partial beam Ta is rotated by 90°, so that the direction of polarization R1 of the first partial beam Ta is aligned parallel to the direction of polarization R2 of the second partial beam Tb after passing through the optical rotator 13 .
  • FIG. 3b shows a combination device 3, which differs from the combination device 3 shown in FIG. 3a in that it has four inputs Ei to E4 and three outputs Ai to A3.
  • the combination device 3 on a splitting element 10, which in Fig. 3b as Intensity beam splitter is formed and the four input beams 1.1 to 1.4, which enter the combination device 3 at the respective inputs Ei to E 4 each have a first partial beam 8.1a to 8.3a, D 4 and a second partial beam Di, 8.2b to 8.4 b splits.
  • the second partial beam of the first input beam 1.1 serves as diagnostic beam Di.
  • the first partial beam of fourth input beam 1.4 also serves as diagnostic beam D 4.
  • the remaining first partial beams 8.1a to 8.3a are combined in pairs with the second partial beams 8.2b to 8.4b to form the three output beams 2.1 to 2.3, which emerge at the three outputs Ai, A 2 , A 3 .
  • the input beams 1.1 to 1.4 enter the combination device 3 at the inputs Ei to E 4 in a circularly polarized manner and have a first direction of rotation D1.
  • the second partial beams Di, 8.2b to 8.4b of the four input beams 1.1 to 1.4 pass through a phase-influencing element 15 in the beam path before the further splitting element 14, which is used to reverse the direction of rotation D1 of the circular polarization of the second partial beams Di, 8.2b to 8.4b.
  • the first partial beams 8.1a to 8.3a , D4 and the second partial beams Di, 8.2b to 8.4b therefore impinge on the further splitting device 14 in a circularly polarized manner and with opposite directions of rotation D1, D2.
  • the coherent combining in the interferometer 9 takes place using an optical rotator 13, as described above in connection with Figure 3a.
  • the combination device 3 also has three reflectors in the form of deflection mirrors 6a, c, 6a, 6d.
  • Fig. 4 shows an optical system 30, a beam source 31 for generating a laser beam E and a splitting device 32 for splitting the laser beam E (more precisely, the power of the laser beam E) in equal parts to the two mutually coherent input beams 1.1, 1.2, so that the two input beams 1.1, 1.2 have identical powers after the division.
  • the optical system 30 further includes a phase modulation device 33, which is designed for rapid modulation of the relative phase position Df ⁇ 2 (see FIG. 1a) of the two laser beams 1, 2, which, after an (optional) conversion (see below), the two Form input beams 1.1, 1.2 of the combination device 3, which is arranged in the beam path after the phase modulation device 33.
  • the splitting device 32 is arranged in the beam source 31 and the beam source 31 couples the two input beams 1.1, 1.2 into the phase modulation device 33.
  • the combination device 3 is designed as shown in FIG. 1a and superimposes the two input beams 1.1, 1.2 coherently to form the output beam 2.1.
  • the combination device 3 can also be used as shown in Fig. 1b, Fig.
  • the optical system 30 has an application device 34, which in the example shown is a processing device in the form of a processing head, which is used to process a workpiece with the aid of the output beam 2.1.
  • the application device 34 can have translation units for moving the processing head and/or the workpiece.
  • the application device can also have a scanner device for dynamic beam positioning (2 D, 2.5 D) and/or spatio-temporal beam shaping, position detection (before the process) and/or process control (in-situ, ex-situ ) to perform.
  • a conversion device 35 is arranged in the optical system 30 between the phase modulation device 33 and the combination device 3 .
  • the conversion device 35 can fulfill one or more functions and can be designed in different ways, as will be described in more detail below.
  • the beam source 31 is a seed laser of a MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) system.
  • the conversion device 35 contains at least one output amplifier of the MOPA system, in which the two input beams 1.1, 1.2 are amplified before they are fed to the combination device 3.
  • the phase modulation device 33 is arranged in the beam path in front of the final amplifier or the conversion device 35 .
  • the seed laser typically has a low but appropriate power, in that pre-amplification is already carried out in the seed laser if required.
  • the average power and/or the peak power of the output beam 2.1 is high in an optical system 30 in the form of a MOPA system due to the use of the final amplifier.
  • the conversion device 35 of the optical system 30 can also be a different type of optical amplifier.
  • the beam source 31 can be designed to generate a c/w laser beam and/or a pulsed laser beam E.
  • the beam source 31 can, for example, generate an ultra-short-pulse laser beam with laser pulses whose pulse durations are on the order of ps or fs.
  • So-called chirped pulse amplification (CPA) is often used in ultra-short pulse lasers, in which time-stretched pulses are amplified and then compressed.
  • the beam source typically provides time-stretched pulses, with the stretching taking place before the splitting device 32 .
  • the CPA technology can be combined with the coherent coupling of the two input beams 1.1, 1.2 to form the output beam 2.1 in the combination device 3, as described here.
  • the conversion device 35 can form or contain a pulse compressor of the CPA system, for example.
  • the conversion device 35 can also generally be designed for pulse shaping of the input beams 1.1, 1.2, which are pulsed in this case.
  • the conversion device 35 can also be used for frequency conversion of the input beams 1.1, 1.2.
  • the coherent superimposition in the combination device 3 is combined with a frequency conversion taking place in the conversion device 35 in the beam path before the combination device 3 .
  • the optical system 30, also in the form of a MOPA system, is compatible with a frequency conversion device arranged between the beam source 31 and the combining device 3.
  • the conversion device 35 can also be designed to fulfill several of the functions described above or other functions.
  • the conversion device 35 can be used to set or adapt the beam or pulse parameters such as pulse energy, pulse duration, etc. required for the respective application.
  • the conversion device 35 can also be used for beam transport or for flexible beam guidance.
  • the optical system 30 can also have a number of conversion devices 35 .
  • a conversion device 35 can be integrated into the application device 34 and can be used to influence the polarization of the output beam 2.1.
  • the application device 34 or the conversion device 35 for supplying the output beam 2.1 to the workpiece can have a birefringent component, for example an optical fiber, in particular a fiber-based amplifier.
  • the combination device 3 can carry out a pre-compensation of the birefringence generated when the output beam 6 is fed to the workpiece.
  • the pre-compensation is carried out by suitably adapting the relative phase position Df ⁇ 2 , which is set by the phase modulation device 33, so that the polarization state to be achieved or the polarization direction R of the output beam 2.1 is set on the workpiece.
  • non-polarization-maintaining transport fibers can also be used in the optical system 30 or the MOPA concept can be modified by superimposing before the (typically fiber-based) final amplifier, which in this case is integrated into the application device 34 .
  • the optical system 30 described above can be used, for example, for writing voxels into transparent materials for data storage.
  • the optical system 30 can also be used for the manufacture of optical components based on spatially dependent polarization manipulation.
  • the rapid change in polarization that is generated with the optical system 30 can also be used advantageously for other applications, for example for analysis methods.
  • the functionalities that are implemented with the aid of the optical components or components of the optical system 30 described further above can also be implemented with the aid of optical components that are designed in a different way and fulfill the same functionality.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kombinationseinrichtung (3), umfassend:mindestens zwei Eingänge (E1, E2, …) zum Eintritt jeweils eines Eingangsstrahls (1.1, 1.2, …), sowie einen oder mehrere Ausgänge (A1, A2, …) zum Austritt jeweils eines Ausgangsstrahls (2.1, 2.2, …), wobei die Kombinationseinrichtung (3) ausgebildet ist, jeweils einen Ausgangsstrahl (2.1, 2.2, …) durch eine kohärente Kombination aus zwei der Eingangsstrahlen (1.1, 1.2, …) zu bilden. Die Kombinationseinrichtung (3) ist ausgebildet, einen Polarisationszustand, insbesondere eine Polarisationsrichtung (R), des jeweiligen Ausgangsstrahls (2.1, 2.2, …) in Abhängigkeit von einer relativen Phasenlage (Δφ12, …) der einzelnen Phasen (φ1, φ2, …) der zwei Eingangsstrahlen (1.1, 1.2, …) einzustellen, aus denen der jeweilige Ausgangsstrahl (2.1, 2.2, …) durch die kohärente Kombination gebildet wird. Die Erfindung betrifft auch ein optisches System, das mindestens eine Kombinationseinrichtung (3) umfasst, die wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist.

Description

Kombinationseinrichtunq und optisches System
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kombinationseinrichtung, umfassend: mindestens zwei Eingänge zum Eintritt jeweils eines Eingangsstrahls, sowie einen oder mehrere Ausgänge zum Austritt jeweils eines Ausgangsstrahls, wobei die Kombinationseinrichtung ausgebildet ist, jeweils einen (bzw. den) Ausgangsstrahl durch eine kohärente Kombination aus zwei der Eingangsstrahlen zu bilden.
Bei den in der Regel zueinander kohärenten Eingangsstrahlen und bei dem bzw. bei den bei der kohärenten Kombination gebildeten Ausgangsstrahl(en) handelt es sich typischerweise um Laserstrahlen. Die hier beschriebene Kombinationseinrichtung ist bevorzugt ausgebildet, die Eingangsstrahlen kollinear zu überlagern, wobei insbesondere eine deckungsgleiche Überlagerung zu dem bzw. zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl erfolgen kann.
Die Wechselwirkung von Laserstrahlung mit einem zu bearbeitenden Objekt (Werkstück, Target, Substrat, ...) hängt von vielen Laserparametern ab, beispielsweise von der Wellenlänge, von der Intensität oder Leistung, von der Pulsdauer, von der Repetitionsrate, von der Pulsform oder auch von weiteren Parametern wie der Strahlform. Je nach Art des zu bearbeitenden Objekts kann auch die Polarisation der Laserstrahlung einen Einfluss auf die Wechselwirkung haben. Daher kann es für manche Anwendungen wichtig sein, die Polarisation gezielt einzustellen. Zur Erhöhung der Produktivität wird in diesem Fall in der Regel ein schnelles Polarisationsschalten benötigt. So können beispielsweise Anwendungen wie die Datenspeicherung in einem Medium produktiv umgesetzt werden.
Eine schnelle Polarisationsmodulation kann generell durch interferometrische Systeme realisiert werden, in die ein einzelner Eingangsstrahl eingekoppelt wird und bei denen die Manipulation der Phase durch in das Interferometer integrierte Phasenschieber erfolgt, vgl. beispielsweise den Artikel „The rotating linerarly polarized light from a polarizing Mach-Zehnder Interferometer: Production and applications“, C. Pawong et al., Opt. Lasers Tee. 43, 461-468 (2011), oder den Artikel „Investigation of the use of rotating linearly polarized light for characterizing S1O2 thin-film on Si Substrate“, C. Pawong et al., in: Optoelectronic Materials and Devices, G. Duan, ed., Vol. 8308 of Proceedings of SPIE (2011 ), paper 830811, oder die DE 102017 104392 A1.
In der US 2009/0219960 A1 ist eine Vorrichtung zur Überlagerung von Laserstrahlen beschrieben, die ein Phasen- und Polarisationsmodul aufweist, das zur Bereitstellung einer Mehrzahl von Laserstrahlen ausgebildet ist, die phasenstarr und paarweise orthogonal polarisiert sind. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit, die zur Steuerung der Phase und der Polarisation jedes Laserstrahls ausgebildet ist, sowie einen Strahlkombinierer zur Kombination eines ersten und eines zweiten der Laserstrahlen zur Erzeugung eines Ausgangslaserstrahls.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kombinationseinrichtung und ein optisches System mit mindestens einer solchen Kombinationseinrichtung bereitzustellen, die eine schnelle Einstellung des Polarisationszustandes mindestens eines Ausgangsstrahls ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kombinationseinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die ausgebildet ist, einen Polarisationszustand, insbesondere eine Polarisationsrichtung, des jeweiligen (bzw. des) Ausgangsstrahls in Abhängigkeit von einer relativen Phasenlage der einzelnen Phasen der zwei Eingangsstrahlen einzustellen, aus denen der jeweilige Ausgangsstrahl durch die kohärente Kombination gebildet wird.
Die kohärente Kombination von (jeweils) zwei der Eingangsstrahlen ermöglicht es in diesem Fall, durch eine schnelle Manipulation der relativen Phasenlage der Eingangsstrahlen die Eigenschaften des bzw. eines jeweiligen Ausgangsstrahls schnell zu modulieren bzw. zu manipulieren. Die erfindungsgemäße Kombinationseinrichtung weist im einfachsten Fall zwei Eingänge und einen Ausgang auf und ist ausgebildet, die beiden an den Eingängen eintretenden Eingangsstrahlen kohärent zu (genau) einem an dem (genau einen) Ausgang austretenden Ausgangsstrahl zu kombinieren.
Alternativ weist die Kombinationseinrichtung mehr als zwei Eingänge und mehr als einen Ausgang auf. In diesem Fall ist die Kombinationseinrichtung ausgebildet, einen jeweiligen Ausgangsstrahl durch eine kohärente Kombination aus jeweils zwei der an den mehr als zwei Eingängen eintretenden Eingangsstrahlen zu bilden. Der Polarisationszustand, insbesondere die Polarisationsrichtung, des jeweiligen Ausgangsstrahls wird auch in diesem Fall (nur) von der relativen Phasenlage der beiden Eingangsstrahlen bestimmt, aus denen der Ausgangsstrahl bei der kohärenten Kombination gebildet wird, d.h. die relative Phasenlage der anderen Eingangsstrahlen hat keinen Einfluss auf den Polarisationszustand dieses Ausgangsstrahls. Auf diese Weise kann der Polarisationszustand eines jeweiligen Ausgangsstrahls, der an einem der Ausgänge austritt, unabhängig vom Polarisationszustand der Ausgangsstrahlen eingestellt werden, die an den anderen Ausgängen austreten.
Bei der Kombinationseinrichtung kann es sich um eine passive Einrichtung handeln, die keine optischen Elemente aufweist, deren optische Eigenschaften eingestellt werden können. Für den Fall, dass die Kombinationseinrichtung optische Elemente aufweist, deren optische Eigenschaften eingestellt werden können, z.B. Phasenschieber, optische Rotatoren, etc. dient eine solche Einstellung in der Regel nicht dazu, den Polarisationszustand und ggf. die Leistung des Ausgangsstrahls dynamisch einzustellen bzw. zu modulieren, sondern typischerweise lediglich dazu, um unerwünschte, z.B. temperaturbedingte Veränderungen der optischen Eigenschaften der optischen Bauteile der Kombinationseinrichtung zu korrigieren, um auf diese Weise z.B. eine vollständige konstruktive Interferenz der Eingangsstrahlen zu ermöglichen. Die Kombinationseinrichtung kann für die kohärente Kombination konventionelle optische Bauteile aufweisen. Eine Umsetzung auf PIC(„Photo Integrated Circuit“)-Basis ist aber ebenfalls möglich. Die Einstellung des Polarisationszustandes des (jeweiligen) Ausgangslaserstrahls erfolgt typischerweise allein durch die Einstellung bzw. die Vorgabe der relativen Phasenlage der einzelnen Phasen der jeweils zwei kohärent kombinierten Eingangsstrahlen zueinander. Die absolute Phase der Eingangsstrahlen spielt keine Rolle für die Überlagerung, so dass zur Einstellung der relativen Phasenlage in der Regel eine Phasen-Modulationseinheit für jedes Paar von überlagerten Eingangsstrahlen ausreichend ist. Die Einstellung des Polarisationszustands des (jeweiligen) Ausgangsstrahls durch die Vorgabe bzw. die Einstellung der (relativen) Phasenlagen der Eingangsstrahlen mit Hilfe der Phasen-Modulationseinheit kann hochdynamisch mit Schaltdauern z.B. im MHz-Bereich erfolgen.
Durch die Anordnung einer Phasen-Modulationseinheit vor der Kombinationseinrichtung ist es nicht erforderlich, dass die Phasen- Modulationseinheit direkt aus einem Eingangsstrahl den Ausgangsstrahl mit den geforderten Ausgangsparametern bereitstellt. Dies erlaubt beispielsweise den Einsatz von weniger leistungstauglichen Komponenten für die Modulation der relativen Phasenlagen, indem die für die Kombinationseinrichtung geforderte Leistung durch eine der Phasen-Modulationseinheit nachgeschaltete Verstärkung erzielt wird. Zusätzlich kann bei Eingangsstrahlen, die von einem Ultrakurzpulslaser erzeugt werden, die Leistung in der Phasen-Modulationseinheit durch das Schalten von zeitlich gedehnten Pulsen herabgesetzt werden. Auch können optische Komponenten mit erhöhten Verlusten eingesetzt werden, ohne dass sich dies stark negativ auf die Effizienz des Gesamtsystems auswirkt. Die Modulation der relativen Phasenlagen der Eingangsstrahlen kann zudem bei einer anderen Wellenlänge erfolgen als bei der Wellenlänge des Ausgangsstrahls.
Bei einer Ausführungsform weist die Kombinationseinrichtung genau zwei Eingänge und einen Ausgang auf und umfasst einen Polarisationsstrahlteiler zur kohärenten Kombination der zwei an den Eingängen eintretenden Eingangsstrahlen zu dem Ausgangsstahl, sowie ein im Strahlweg nach dem Polarisationsstrahlteiler angeordnetes Phasenschiebeelement, insbesondere eine l/4- Verzögerungseinrichtung, zur Erzeugung einer linearen Polarisation des Ausgangsstrahls. Bei dieser Ausführungsform wird die Polarisation der beiden Eingangsstrahlen so gewählt, dass jeweils das Maximum der Leistung (im Idealfall die gesamte Leistung) in den Ausgangsstrahl überführt wird. Zu diesem Zweck wird die Polarisation des ersten Eingangsstrahls typischerweise so gewählt, dass dessen Transmission an dem Polarisationsstrahlteiler maximal ist und die Polarisation des zweiten Eingangsstrahls wird so gewählt, dass dessen Reflexion an dem Polarisationsstrahlteiler maximal ist (oder umgekehrt). Dies kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Eingangsstrahlen jeweils linear und senkrecht zueinander polarisiert sind und die Polarisatorachse(n) parallel zu den beiden zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen der Eingangsstrahlen ausgerichtet sind. Die Summe der Ausgangsleistungen der beiden Eingangsstrahlen kann im verlustfreien Fall in die Leistung des Ausgangsstrahls überführt werden (s.o.). Die Leistung / Energie des Ausgangsstrahls kann optional durch die zusätzliche synchrone Anpassung der Leistung / Energie der beiden Eingangsstrahlen eingestellt werden.
Unter der Annahme von für die kohärenter Kopplung mit hohem Interferenzkontrast gewählten Eingangsparametern, wird bei der kohärenten Kombination der in den Polarisationsstrahlteiler eintretenden Eingangsstrahlen im allgemeinen Fall ein elliptisch polarisierter austretender Strahl gebildet, bei dem die Halbachsen (Vorzugsachsen bzw. -richtungen) der elliptischen Polarisation unter 45° zur den beiden zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen der Eingangsstrahlen ausgerichtet ist (wenn diese linear polarisiert sind). Durch eine mit der45°- Vorzugsrichtung übereinstimmende Ausrichtung der Vorzugsachse einer l/4- Verzögerungseinrichtung wird die elliptische Polarisation in eine lineare Polarisation konvertiert, deren Polarisationsrichtung durch das Hauptachsenverhältnis und den Drehsinn der elliptischen Polarisation bestimmt ist. Die Einstellung der relativen Phasenlage zwischen den in den Polarisationsstrahlteiler eintretenden Eingangsstrahlen verändert das Aspektverhältnis zwischen den Halbachsen der elliptischen Polarisation, aber nicht die Ausrichtung der Halbachsen unter 45° zu den beiden zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen. Durch die Einstellung der relativen Phasenlage der Eingangsstrahlen kann daher die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Ausgangsstrahls eingestellt werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Kombinationseinrichtung zwei Eingänge und einen Ausgang auf und umfasst ein Interferometer, insbesondere ein Mach-Zehnder-Interferometer, mit einem ersten Strahlkanal zur Propagation eines ersten Teilstrahls und mit einem zweiten Strahlkanal zur Propagation eines zweiten Teilstrahls, wobei das Interferometer ein Aufteilungselement zur Aufteilung der beiden Eingangsstrahlen auf die beiden Teilstrahlen sowie ein Kombinationselement zur kohärenten Kombination der beiden Teilstrahlen zu dem Ausgangsstrahl und bevorzugt mindestens eine Polarisations-Beeinflussungseinrichtung zur bevorzugt fest vorgegebenen Beeinflussung eines Polarisationszustands, insbesondere einer Polarisationsrichtung, mindestens eines der Teilstrahlen aufweist.
Mit Hilfe eines Interferometers, insbesondere eines Mach-Zehnder-Interferometers, kann durch eine kontrollierte Anpassung der Phasen der einzelnen Eingangsstrahlen der Polarisationszustand bzw. die Polarisationsrichtung des Ausgangsstrahls eingestellt werden. Das Interferometer weist in der Regel mindestens ein optisches Bauteil oder eine Kombination von optischen Bauteilen zur Phasen- und/oder Polarisationsanpassung zwischen den beiden Teilstrahlen bzw. zwischen den beiden Strahlkanälen auf, um sicherzustellen, dass bei geeigneter Wahl der relativen Phasenlage der beiden Teilstrahlen zueinander maximale konstruktive Interferenz an dem Kombinationselement auftritt, an dem die kohärente Überlagerung der beiden Teilstrahlen erfolgt. Die Weglängendifferenz der beiden Teilstrahlen in dem Interferometer wird bei dieser Ausführungsform so angepasst, dass eine maximale konstruktive Interferenz auftritt, d.h. dass die Summe der Leistungen der beiden Eingangsstrahlen im verlustfreien Fall der Leistung des Ausgangsstrahls entspricht. Um jeden beliebigen Winkel der Polarisationsrichtung einstellen zu können, wird die Leistung der beiden überlagerten Teilstrahlen gleich gewählt, und es werden abweichende Verluste in der Kombinationseinrichtung, wie auch bei anderen Ausführungsformen, durch entsprechende Anpassung der Leistung der Eingangsteilstrahlen vorkompensiert.
Das Interferometer weist bei der hier beschriebenen Ausführungsform bevorzugt mindestens eine Polarisations-Beeinflussungseinrichtung zur insbesondere fest vorgegebenen Beeinflussung eines Polarisationszustands, insbesondere einer Polarisationsrichtung, mindestens eines der Teilstrahlen auf. Durch eine geeignete Polarisations-Beeinflussungseinrichtung kann der Polarisationszustand eines oder beider Teilstrahlen so beeinflusst werden, dass bei mindestens einer Phasenlage der beiden Teilstrahlen relativ zueinander an dem Kombinationselement maximale konstruktive Interferenz auftritt. Unter einer fest vorgegebenen Beeinflussung des Polarisationszustands wird verstanden, dass keine dynamische Beeinflussung des Polarisationszustands erfolgt, da die dynamische Einstellung des Polarisationszustands des Ausgangsstrahls allein durch die Einstellung der relativen Phasenlagen der Eingangsstrahlen erfolgt. Die Polarisations- Beeinflussungseinrichtung kann aber grundsätzlich steuerbar ausgebildet sein, um unterschiedliche parasitäre Verluste in den beiden Strahlkanälen, thermische Effekte, etc. auszugleichen.
Die Polarisations-Beeinflussungseinrichtung(en) sind bevorzugt als polarisationsdrehende optische Einrichtungen bzw. Elemente (Polarisations- Rotatoren) ausgebildet, insbesondere in Form von optischen Rotatoren, beispielsweise in Form von optischen Kristallen, die aufgrund ihrer kristallinen Struktur bei geeigneter Ausrichtung eine intrinsische Polarisationsrotation aufweisen, z.B. kristalliner Quarz, das in einem breiten Wellenlängenbereich von UV bis NIR eine hohe Transparenz und Leistungstauglichkeit aufweist. Grundsätzlich können auch Faraday-Rotatoren als Polarisationsbeeinflussungseinrichtung zum Einsatz kommen. Faraday-Rotatoren benötigen für die Polarisationsrotation jedoch ein externes Magnetfeld und sind daher in Herstellung und Betrieb aufwändiger als optische Kristalle. Für die vorliegende Anwendung ist es günstig bzw. notwendig, dass eine Polarisationsdrehung des bzw. der Teilstrahlen unabhängig von der Polarisationsrichtung des jeweiligen Teilstrahls erfolgt. Eine solche Polarisationsdrehung ist mit doppelbrechenden Verzögerungseinrichtungen, z.B. mit l/2-Verzögerungselementen, typischerweise nicht möglich, da diese eine Drehung der Polarisationsrichtung nur bei einer vorgegebenen Polarisationsrichtung des jeweiligen Teilstrahls ermöglichen.
Das Aufteilungselement und das Kombinationselement können beispielsweise als Intensitätsstrahlteiler ausgebildet sein und das Interferometer kann als Polarisations- Beeinflussungseinrichtung mindestens eine polarisationsdrehende optische Einrichtung, insbesondere einen optischen Rotator, zur senkrechten Ausrichtung der Polarisationsrichtungen der beiden Teilstrahlen relativ zueinander aufweisen. Unter einem Intensitätsstrahlteiler wird im Sinne dieser Anmeldung ein Strahlteiler verstanden, der eine Aufteilung oder Kombination von zwei oder mehr Teilstrahlen im Wesentlichen unabhängig von deren Polarisationszustand ermöglicht. Die hier beschriebenen Intensitätsstrahlteiler sind in der Regel als 50% -Strahlteiler ausgebildet, d.h. diese kombinieren zwei in den Intensitätsstrahlteiler eintretende Strahlen mit gleicher Gewichtung zu einem austretenden Strahl. Der Intensitätsstrahlteiler kann beispielsweise in Form eines dielektrischen Schichtsystems auf der Oberfläche eines transparenten Substrats ausgeführt sein. Bei einer geeigneten Ausrichtung der Oberfläche zur Strahleinfallsrichtung kann die angestrebte polarisationsunabhängige Reflektivität und Transmission von im Wesentlichen jeweils 50% erreicht werden.
Im einfachsten Fall kann zur Ausrichtung der Polarisationsrichtungen der beiden Teilstrahlen ein optischer Rotator in einem der beiden Strahlkanäle des Interferometers angeordnet sein, der eine Drehung der Polarisationsrichtung des in diesem Strahlkanal propagierenden Teilstrahls um 90° bewirkt. Es versteht sich aber, dass auch zwei oder ggf. mehr als zwei polarisationsdrehende optische Einrichtungen bzw. Elemente in den Strahlkanälen des Interferometers angeordnet sein können, um die Polarisationsrichtungen der beiden Teilstrahlen unter einem Winkel von 90° relativ zueinander auszurichten.
Für die Bildung eines linear polarisierten Ausgangsstrahls in dem Interferometer ist es typischerweise erforderlich, dass dem Aufteilungselement des Interferometers die beiden Eingangsstrahlen mit zirkularer Polarisation und jeweils entgegengesetzter Drehrichtung zugeführt werden. In diesem Fall weisen die beiden Teilstrahlen in den Strahlkanälen jeweils eine lineare Polarisation mit zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Polarisationsrichtungen auf. Durch die Drehung der Polarisationsrichtung eines der beiden Teilstrahlen um 90° in dem optischen Rotator werden die Polarisationsrichtungen der beiden Teilstrahlen, die von dem Kombinationselement kohärent kombiniert werden, parallel ausgerichtet. Die relative Phasenlage der beiden Eingangsstrahlen kann in diesem Fall zur Einstellung der Polarisationsrichtung dieses linear polarisierten Ausgangsstrahls genutzt werden.
Bei einerweiteren Ausführungsform weist die Kombinationseinrichtung mehr als zwei Eingänge und mehr als einen Ausgang auf und ist ausgebildet, einen jeweiligen an einem Ausgang austretenden Ausgangsstrahl durch eine kohärente Kombination aus jeweils zwei der an den mehr als zwei Eingängen eintretenden Eingangsstrahlen zu bilden. Die weiter oben beschriebenen Grundtypen der Kombinationseinrichtung mit zwei Eingängen und einem Ausgang, bei denen die kohärente Kombination der beiden Eingangsstrahlen zu dem Ausgangsstrahl mittels eines Polarisationsstrahlteilers bzw. mittels eines Interferometers erfolgt, können - geeignet modifiziert - auch bei einer Kombinationseinrichtung verwendet werden, die mehr als zwei Eingänge und mehr als einen Ausgang aufweist („Multikanal- Kopplungseinrichtung“), wie dies weiter unten näher beschrieben ist.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die Kombinationseinrichtung eine Anzahl von Eingängen auf, die doppelt so groß ist wie die Anzahl von Ausgängen. Bei dieser Weiterbildung stellt die Kombinationseinrichtung im einfachsten Fall eine parallele Anordnung von Kopplungseinrichtungen dar, die einer der beiden oben beschriebenen Grundformen mit den beiden Eingängen und dem einen Ausgang entsprechen. Es ist aber auch möglich, dass bei der Kopplungseinrichtung der grundsätzliche Aufbau der jeweiligen Grundform, d.h. deren optische Bauteile (ggf. bis auf deren Dimensionierung) erhalten bleiben und lediglich die Anzahl der Eingänge bzw. der Eingangsstrahlen und die Anzahl der Ausgänge bzw. der Ausgangsstrahlen um einen Faktor N skaliert wird. Im einfachsten Fall wird der erste Eingang der oben beschriebenen Kombinationseinrichtung durch eine Gruppe von N ersten Eingängen ersetzt, durch die N parallel ausgerichtete Eingangsstrahlen in die Kombinationseinrichtung eintreten. Entsprechend wird der zweite Eingang durch eine Gruppe von N zweiten Eingängen ersetzt, durch die N weitere parallel ausgerichtete Eingangsstrahlen in die Kombinationseinrichtung eintreten. Die jeweiligen Paare von Eingangsstrahlen, die zu einem der Ausgangsstrahlen kombiniert werden, durchlaufen in diesem Fall mit einem lateralen Versatz die optischen Bauteile der Kombinationseinrichtung und treten an einem von N Ausgängen aus der Kopplungseinrichtung aus.
Bei dieser Weiterbildung kann ebenfalls aus jeweils zwei überlagerten Eingangsstrahlen ein Ausgangsstrahl erzeugt werden, der - abgesehen von parasitären Verlusten beim Durchtritt durch die optischen Bauteile der Kombinationseinrichtung - der Summe der Leistungen der beiden Eingangsstrahlen entspricht. Die Kombinationseinrichtung ermöglicht es somit am jeweiligen Ausgang eine vollständige konstruktive Interferenz der Eingangsstrahlen zu erzeugen, so dass der Ausgangsstrahl die maximal mögliche Leistung aufweist (100% der Summe der Leistungen der Eingangsstrahlen).
Die Leistung der Eingangsstrahlen, die an den jeweiligen Eingängen in Kombinationseinrichtung eintreten, ist typischerweise bei allen Eingangsstrahlen im Wesentlichen gleich groß, d.h. die Leistung eines jeweiligen Eingangsstrahls dient nicht zur dynamischen Einstellung des Polarisationszustandes oder ggf. der Leistung des Ausgangsstrahls. Grundsätzlich kann jedoch von einer identischen Intensität der Eingangsstrahlen (in der Regel geringfügig) abgewichen werden, um die oben beschriebene vollständige konstruktive Interferenz der Eingangsstrahlen bei der Überlagerung zu dem Ausgangsstrahl zu gewährleisten. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn die Verluste der Eingangsstrahlen beim Durchlaufen der Kombinationseinrichtung unterschiedlich groß sind.
Bei einer Weiterbildung weist die Kombinationseinrichtung zur kohärenten Kombination von jeweils zwei der an den Eingängen eintretenden Eingangsstrahlen zu einem jeweiligen Ausgangsstahl einen bevorzugt allen Eingangsstrahlen gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler und zur Erzeugung einer linearen Polarisation des jeweiligen Ausgangsstrahls ein im Strahlweg nach dem Polarisationsstrahlteiler angeordnetes, bevorzugt allen Ausgangsstrahlen gemeinsames Phasenschiebeelement, insbesondere eine l/4-Verzögerungseinrichtung, auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, durchlaufen für den Fall, dass ein gemeinsamer Polarisationsstrahlteiler für alle Eingangsstrahlen vorhanden ist, die Eingangsstrahlen einer jeweiligen Gruppe den Polarisationsstrahlteiler lateral versetzt und die Ausgangsstrahlen durchlaufen das gemeinsame Phasenschiebeelement lateral versetzt. Es versteht sich, dass alternativ mehrere Polarisationsstrahlteiler und mehrere Phasenschiebeelemente in der Kombinationseinrichtung verwendet werden können, um die jeweiligen Paare von Eingangsstrahlen kohärent zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl zu kombinieren bzw. um eine lineare Polarisation für einen jeweiligen Ausgangsstrahl zu erzeugen.
Bei einer Weiterbildung ist die Kombinationseinrichtung ausgebildet dem Polarisationsstrahlteiler jeweils zwei zu kombinierende Eingangsstrahlen zuzuführen, die zwei zueinander senkrechte Polarisationsrichtungen aufweisen, wobei die Kombinationseinrichtung bevorzugt im Strahlweg vor dem Polarisationsstrahlteiler eine polarisationsdrehende Einrichtung zur Drehung einer Polarisationsrichtung jeweils eines der beiden Eingangsstrahlen aufweist, die an dem Polarisationsstrahlteiler zu dem jeweiligen Ausgangsstrahl kombiniert werden. Die polarisationsdrehende Einrichtung kann eingesetzt werden, wenn der Kombinationseinrichtung die Eingangsstrahlen mit jeweils gleicher linearer Polarisationsrichtung zugeführt werden, um die Polarisationsrichtung eines der Eingangsstrahlen zu drehen und dem Polarisationsstrahlteiler die beiden Eingangsstrahlen mit zueinander senkrechter Polarisationsrichtung zuzuführen. Da die Polarisationsrichtung der Eingangsstrahlen vorgegeben ist, kann in diesem Fall eine Polarisationsdrehung mittels einer polarisationsdrehenden Einrichtung in Form einer doppelbrechenden Verzögerungseinrichtung, z.B. in Form eines l/2- Verzögerungselements, erfolgen. Die Drehung der Polarisationsrichtung einer der beiden Gruppen von N Eingangsstrahlen kann mit Hilfe einer gemeinsamen polarisationsdrehenden Einrichtung erfolgen.
Entsprechend kann auch eine alternative Ausführungsform der Kombinationseinrichtung mit Gruppen von N ersten Eingangsstrahlen und N zweiten Eingangsstrahlen zur Erzeugung eine Gruppe von N Ausgangsstrahlen mit einem Interferometer oder bis zu N Interferometern bereitgestellt werden.
Bei einer alternativen Weiterbildung der weiter oben beschriebenen Ausführungsform weist die Kombinationseinrichtung mindestens ein Aufteilungselement zur Aufteilung eines jeweiligen Eingangsstrahls auf zwei Teilstrahlen und bevorzugt mindestens ein Kombinationselement zur kohärenten Kombination von zwei der Teilstrahlen zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl auf. Bei dieser Ausführungsform wird die Leistung eines jeweiligen Eingangsstrahls vor der kohärenten Kombination auf zwei Teilstrahlen aufgeteilt (in der Regel bevorzugt zu gleichen Teilen, d.h. 50 : 50), von denen jeweils einer mit einem jeweiligen Teilstrahl eines anderen Eingangsstrahls zu einem der Ausgangsstrahlen kombiniert wird. Im hier beschriebenen Fall ist es daher typischerweise erforderlich, dass alle Eingangsstrahlen oder wenigstens jeder Eingangsstrahl und zwei diesem zu überlagernde kohärent zueinander sind, während dies bei der weiter oben beschriebenen alternativen Ausführungsform nur für jeweils zwei der Eingangsstrahlen erforderlich ist, die kohärent zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl kombiniert werden. Die relative Phasenlage der beiden Eingangsstrahlen, deren Teilstrahlen kohärent zu einem Ausgangsstrahl kombiniert werden, kann in diesem Fall zur Einstellung des Polarisationszustandes des jeweiligen Ausgangsstrahls genutzt werden, d.h. der Polarisationszustand eines jeweiligen Ausgangsstrahls kann individuell eingestellt werden. Typischerweise weisen in diesem Fall alle Eingangsstrahlen die gleiche Amplitude und denselben Polarisationszustand auf.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die Kombinationseinrichtung eine Anzahl von Eingängen auf, die um Eins größer ist als eine Anzahl von Ausgängen. Da bei der Aufteilung der N + 1 Eingangsstrahlen an dem Aufteilungselement eine Anzahl von 2 N + 2 Teilstrahlen erzeugt werden, aber nur N Ausgänge vorhanden sind, geht bei dieser Weiterbildung die Leistung eines Eingangsstrahls (genauer gesagt die Summe der Leistungen zweier Teilstrahlen) verloren. Im hier beschriebenen Fall wird somit nicht die gesamte Leistung der Eingangsstrahlen in die Leistung der (zwei oder mehr) Ausgangsstrahlen überführt, d.h. die Leistung der Ausgangsstrahlen entspricht nicht 100% der Summe der Leistungen der Eingangsstrahlen. Diese Leistung der beiden Teilstrahlen, die nicht für die kohärente Kombination verwendet werden, können als Diagnosestrahlen genutzt werden. Wie weiter oben beschrieben wurde, treten die Eingangsstrahlen typischerweise lateral versetzt zueinander an den Eingängen in die Kombinationseinrichtung ein und die Eingänge sind typischerweise ebenfalls lateral zueinander versetzt. Bei den beiden Teilstrahlen, die nicht kohärent kombiniert werden und die als Diagnosestrahlen genutzt werden, handelt es sich typischerweise um Teilstrahlen von zwei Eingangsstrahlen, die am ersten Eingang und am letzten Eingang (N + 1) in die Kombinationseinrichtung eintreten. Die Diagnosestrahlen können für Diagnosezwecke direkt oder überlagert ausgewertet werden. Die hier beschriebene Weiterbildung ist günstig, wenn eine große Anzahl an Ausgangsstrahlen angestrebt wird, da diese mit einer geringen Anzahl an Eingangsstrahlen erzeugt werden können.
Als Aufteilungselement(e) und als Kombinationselement(e) können beispielsweise Polarisationsstrahlteiler verwendet werden. In diesem Fall kann Polarisation eines jeweiligen Eingangsstrahls, der in die Kombinationseinrichtung eintritt, elliptisch sein, wobei eine Vorzugsrichtung der elliptischen Polarisation unter 45° zur s-Komponente bzw. zur p-Komponente des Polarisationsstrahlteilers ausgerichtet ist. Bevorzugt wird die Polarisation eines jeweiligen Eingangsstrahls jedoch entweder linear oder zirkular polarisiert gewählt. Bei einer Ausrichtung der linearen Polarisation unter 45° zur s- bzw. zur p-Komponente des Polarisationsstrahlteilers wird die Leistung eines jeweiligen Eingangsstrahls zu gleichen Teilen auf die Teilstrahlen aufgeteilt. Wie bei den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen kann im Strahlweg nach dem als Kombinationselement dienenden Polarisationsstrahlteiler ein jeweiliges - ggf. allen Ausgangsstrahlen gemeinsames - Phasenschiebeelement, insbesondere eine l/4- Verzögerungseinrichtung, angeordnet sein, um eine lineare Polarisation des jeweiligen Ausgangsstrahls zu erzeugen.
Bei einerweiteren Weiterbildung weist die Kombinationseinrichtung eine der Anzahl N+1 der Eingangsstrahlen entsprechende Anzahl N+1 von Polarisationsstrahlteilern auf, die jeweils als Aufteilungselement dienen und eine um Eins verminderte Anzahl N der Polarisationsstrahlteiler dient jeweils als Kombinationselement. Bei dieser Ausführungsform ist jedem Eingang genau ein Polarisationsstrahlteiler zugeordnet, der den jeweiligen Eingangsstrahl in zwei Teilstrahlen aufteilt. Die Polarisationsstrahlteiler sind so angeordnet, dass bei allen bis auf einen der Polarisationsstrahlteiler jeweils einer der Teilstrahlen in Richtung auf den jeweiligen Ausgang propagiert, während der jeweils andere Teilstrahl zu einem jeweils benachbart angeordneten Polarisationsstrahlteiler umgelenkt wird und mit dem Teilstrahl kohärent überlagert wird, der an diesem transmittiert wird und zu dem jeweiligen Ausgang propagiert. Die Polarisationsstrahlteiler sind bei dieser Ausführungsform in der Regel nebeneinander in einer Reihe angeordnet. Bei den beiden Polarisationsstrahlteilern, die nicht als Kombinationselement dienen, handelt es sich typischerweise um den ersten und den letzten der Polarisationsstrahlteiler in dieser Reihe. Die bei der Kombination der Teilstrahlen an den in der Reihe angeordneten Polarisationsstrahlteilern auftretenden Weglängendifferenzen können für eine gute kohärente Kombination vorkompensiert werden. Für die Unterdrückung von unerwünschten Interferenzeffekten zwischen den einzelnen Ausgangsstrahlen kann es günstig sein, wenn im gepulsten Betrieb zwischen den Ausgangsstrahlen ein zeitlicher Versatz erzeugt wird, was durch die Kompensation der Weglängendifferenz begünstigt wird. Die hier beschriebene Ausführungsform kommt ohne Umlenkelemente aus und ist gut skalierbar.
Bei einer alternativen Weiterbildung weist die Kombinationseinrichtung als allen Eingangsstrahlen gemeinsames Aufteilungselement einen gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler auf und/oder die Kombinationseinrichtung weist als ein allen Ausgangsstrahlen gemeinsames Kombinationselement einen gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler auf. Insbesondere kann ein- und derselbe Polarisationsstrahlteiler als gemeinsames Aufteilungselement und als gemeinsames Kombinationselement dienen. Die Teilstrahlen, die an dem gemeinsamen Aufteilungselement in Form des Polarisationsstrahlteilers erzeugt werden, können an einer jeweiligen Umlenkeinrichtung, beispielsweise in Form eines Umlenkspiegels, zu dem Polarisationsstrahlteiler zurück umgelenkt werden, um die kohärente Kombination der Teilstrahlen vorzunehmen. Diese Weiterbildung ist ebenfalls in einer kompakten Bauform realisierbar.
Es versteht sich, das auch eine Gruppe von Eingangsstrahlen, die nicht alle Eingangsstrahlen umfasst, an einem gemeinsamen Aufteilungselement aufgeteilt und/oder an einem gemeinsamen Kombinationselement kombiniert werden können. Grundsätzlich können die Eingangsstrahlen variabel zu Gruppen zusammengefasst werden, die jeweils an einem gemeinsamen Aufteilungselement aufgeteilt und/oder an einem gemeinsamen Kombinationselement kombiniert werden oder die an einem jeweiligen individuellen Aufteilungselement aufgeteilt und/oder an einem jeweiligen individuellen Kombinationselement kombiniert werden.
Bei einer alternativen Weiterbildung weist die Kombinationseinrichtung ein Interferometer, insbesondere ein Mach-Zehnder-Interferometer, auf, das einen ersten Strahlkanal zur Propagation eines ersten Sub-Teilstrahls und einen zweiten Strahlkanal zur Propagation eines zweiten Sub-Teilstrahls umfasst, wobei das Interferometer ein weiteres Aufteilungselement zur Aufteilung der Teilstrahlen von zwei unterschiedlichen Eingangsstrahlen auf die beiden Strahlkanäle und bevorzugt mindestens eine Polarisations-Beeinflussungseinrichtung zur insbesondere fest vorgegebenen Beeinflussung eines Polarisationszustands, insbesondere einer Polarisationsrichtung, mindestens eines der Sub-Teilstrahlen aufweist. Diese Ausführungsform entspricht grundsätzlich der weiter oben beschriebenen Grundform der Kombinationseinrichtung, die zwei Eingänge und einen Ausgang sowie ein Interferometer für die kohärente Kombination aufweist. Die hier beschriebene Ausführungsform unterscheidet sich von der weiter oben beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass dem Interferometer, genauer gesagt dem weiteren Aufteilungselement, nicht zwei Eingangsstrahlen, sondern zwei Gruppen von Teilstrahlen zugeführt werden, wobei jeder Gruppe jeweils einer der beiden Teilstrahlen eines jeweiligen Eingangsstahls angehört, der an dem (mindestens einen) Aufteilungselement erzeugt wurde. Jeweils ein Teilstrahl aus einer der beiden Gruppen wird dem weiteren Aufteilungselement des Interferometers zugeführt, an dem die Aufteilung auf die beiden Strahlarme erfolgt. Da an dem weiteren Aufteilungselement des Interferometers eine kohärente Kombination der beiden Teilstrahlen erfolgt, werden die in den beiden Strahlarmen propagierenden Teilstrahlen als Sub-Teilstrahlen bezeichnet. Die Kombination der Sub-Teilstrahlen zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl kann wie bei der weiter oben beschriebenen Ausführungsform an einem Kombinationselement erfolgen, das Teil des Interferometers ist.
Der Polarisationszustand eines jeweiligen Ausgangsstrahls kann auch in diesem Fall wie weiter oben beschrieben in Abhängigkeit von der relativen Phasenlage der jeweiligen Eingangsstrahlen eingestellt werden. Die Weglänge der Sub-Teilstrahlen in den beiden Strahlarmen des Interferometers wird so eingestellt, dass am jeweiligen Ausgang maximale konstruktive Interferenz vorliegt. Auf diese Weise kann jeweils die Hälfe der Summe der Leistungen der jeweils überlagerten Teilstrahlen der Eingangsstrahlen in die Leistung des entsprechenden Ausgangsstrahls überführt werden.
Bei einer Weiterbildung ist die Kombinationseinrichtung ausgebildet, dem weiteren Aufteilungselement jeweils zwei Teilstrahlen von unterschiedlichen Eingangsstrahlen zuzuführen, die gegenläufig zirkular polarisiert sind, wobei die Kombinationseinrichtung bevorzugt mindestens ein phasenbeeinflussendes Element zur Phasenbeeinflussung eines der beiden Teilstrahlen aufweist. Bei dem phasenbeeinflussenden Element kann es sich beispielsweise um ein Halbwellenverzögerungselement handeln, durch das der Drehsinn der zirkularen Polarisation umgekehrt wird.
Die Teilstrahlen, die an dem weiteren Aufteilungselement des Interferometers auf die beiden Strahlarme aufgeteilt werden, sind typischerweise zirkular und gegenläufig zueinander polarisiert. Mit Hilfe der polarisationsdrehenden Einrichtung in dem Interferometer kann in diesem Fall die senkrechte Ausrichtung der Polarisationsrichtung der Sub-Teilstrahlen in den beiden Strahlarmen in eine parallele Ausrichtung konvertiert werden, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Um die gegenläufig zirkular polarisierten Teilstrahlen zu erzeugen, können an den Eingängen der Kombinationseinrichtung beispielsweise Eingangsstrahlen mit zirkularer Polarisation gleicher Drehrichtung bereitgestellt werden. Das (mindestens eine) phasenbeeinflussende Element kann dazu verwendet werden, um die Phase eines der beiden Teilstrahlen, die an dem Aufteilungselement erzeugt werden, so zu beeinflussen, dass die Drehrichtung der zirkularen Polarisation dieses Teilstrahls umgekehrt wird, sodass die beiden Teilstrahlen an dem weiteren Aufteilungselement des Interferometers eine gegenläufig zirkulare Polarisation aufweisen.
Die Erfindung betrifft auch ein optisches System, umfassend: eine Strahlquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls, eine Aufteilungseinrichtung zur Aufteilung des Laserstrahls auf mindestens zwei kohärente Eingangsstrahlen, eine Phasen- Modulationseinrichtung zur Modulation der relativen Phasenlagen der Eingangsstrahlen, sowie eine Kombinationseinrichtung, die wie weiter oben ausgebildet ist, zur Bildung von mindestens einem Ausgangsstahl durch kohärente Kombination aus den mindestens zwei Eingangsstrahlen. Das optische System und auch die Kombinationseinrichtung können mit diskreten optischen Bauteilen, faseroptisch, integriert-optisch oder auch als Hybrid-System realisiert werden.
Bei der Strahlquelle handelt es sich bevorzugt um einen Seed-Laser eines MOPA (Master Oscillator Power Amplifier)-Systems. In diesem Fall werden die Eingangsstrahlen durch Verstärkung des Seed-Laserstrahls erzeugt. Grundsätzlich ist es möglich, die Phasen-Modulationseinrichtung im Strahlweg direkt vor den Eingängen der Kombinationseinrichtung anzuordnen. Für den Fall, dass es sich um ein MOPA-System handelt, ist es jedoch günstig, wenn die Einstellung der relativen Phasenlagen der Eingangsstrahlen mit Hilfe einer Phasen-Modulationseinrichtung erfolgt, die vor dem Endverstärker des MOPA-Systems angeordnet ist. Auf diese Weise können in der Phasen-Modulationseinrichtung optische Elemente verwendet werden, die weder eine hohe Leistungstauglichkeit noch eine hohe Effizienz aufweisen müssen. Die mittlere Leistung und/oder die Spitzen-Leistung des mindestens einen Ausgangstrahls kann bei einem solchen MOPA-System hoch sein und beispielsweise bei mehr als 1 W, 10 W, 1 kW, 10 kW oder auch 1 MW. liegen.
Der mindestens eine Ausgangsstrahl wird typischerweise einer Applikationseinrichtung des optischen Systems zugeführt, bei der es sich in der Regel um eine Bearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung, z.B. um einen Bearbeitungskopf, zur Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe des Ausgangsstrahls handelt. Für die Positionierung des bzw. der Ausgangsstrahlen relativ zum Werkstück können auch Translationseinheiten zur Bewegung des Bearbeitungskopfs und/oder des Werkstücks vorgesehen sein. Auch kann eine dynamische Strahlpositionierung (2 D, 2,5 D), eine räumlich-zeitliche Strahlformung, eine Lageerkennung (vor dem Prozess) und eine Prozesskontrolle (in-situ, ex-situ) erfolgen.
Bei der Zuführung des mindestens einen Ausgangsstrahls zum Werkstück kann in der Applikationseinrichtung auch eine Polarisationsbeeinflussung erfolgen. Beispielsweise kann die Applikationseinrichtung für die Zuführung des Ausgangsstrahls zu dem Werkstück eine doppelbrechende Komponente, z.B. eine optische Faser, insbesondere einen faserbasierten Verstärker, aufweisen. In diesem Fall kann die Kombinationseinrichtung eine Vor-Kompensation der bei der Zuführung des Ausgangsstrahls zu dem Werkstück erzeugten Doppelbrechung vornehmen. Typischerweise wird die Vor-Kompensation vorgenommen, indem die relativen Phasenlagen, die durch die Phasen-Modulationseinrichtung eingestellt werden, geeignet angepasst werden, so dass sich am Werkstück die zu erzielende Kombination aus Polarisationszustand und Leistung des Ausgangsstrahls einstellt. Auf diese Weise können auch nicht polarisationserhaltende Transportfasern eingesetzt werden oder das MOPA-Konzept kann modifiziert werden, indem die Überlagerung vor dem (typischerweise faserbasieren) Endverstärker erfolgt, der in diesem Fall in die Applikationseinrichtung integriert ist. Neben der Anwendung des optischen Systems für das Schreiben von Voxeln für die Datenspeicherung in transparenten Materialien kann das optische System u.a. auch für die Herstellung von optischen Komponenten basierend auf einer räumlich abhängigen Polarisationsmanipulation eingesetzt werden. Die schnelle Polarisationsänderung, die mit dem optischen System erzeugt wird, kann auch für andere Anwendungen, z.B. für Analyseverfahren, vorteilhaft eingesetzt werden.
Das optische System kann auch eine Konversionseinrichtung aufweisen, die zwischen der Phasen-Modulationseinrichtung und der Kombinationseinrichtung angeordnet ist. Bei der Konversionseinrichtung kann es sich um eine optische Verstärkereinrichtung handeln, beispielsweise um den bzw. die Endverstärker des weiter oben beschriebenen MOPA-Systems. Die Konversionseinrichtung kann auch eine andere Funktion erfüllen.
Die Konversionseinrichtung kann beispielsweise zur Frequenzkonversion der Eingangsstrahlen ausgebildet sein. Dies ist günstig, da für den (jeweiligen) Ausgangsstrahl bzw. für die Applikation, für die der (jeweilige) Ausgangsstrahl verwendet wird, häufig Wellenlängen interessant sind, für die kein leistungstaugliches Verstärkersystem, keine leistungstaugliche Phasen- Modulationseinrichtung oder andere optische Komponenten verfügbar sind. In diesem Fall kann die kohärente Kopplung in der Kombinationseinrichtung mit einer in der Regel im Strahlweg vor der Kombinationseinrichtung stattfindenden Frequenzkonversion kombiniert werden. Das hier beschriebene optische System, insbesondere in Form eines MOPA-Systems, ist mit einer zwischen dem Strahlquelle und der Kombinationsanordnung angeordneten Frequenzkonversionseinrichtung kompatibel.
Die Strahlquelle zur Erzeugung des Laserstrahls kann zur Erzeugung eines cw- Laserstrahls und/oder eines gepulsten Laserstrahls ausgebildet sein. Die Strahlquelle kann insbesondere ausgebildet sein, einen Ultrakurzpuls-Laserstrahl mit Laserpulsen zu erzeugen, deren Pulsdauern in der Größenordnung von ps oder von fs liegen. Bei Ultrakurzpulslasern wird häufig die so genannte Chirped Pulse Amplification (CPA) eingesetzt, bei der zeitlich gestreckte Pulse verstärkt und nachfolgend komprimiert werden. Die CPA-Technologie kann mit der hier beschriebenen kohärenten Kopplung der vier Eingangsstrahlen zu dem Ausgangsstrahl und insbesondere mit der unabhängigen Einstellung des Polarisationszustands und der Leistung des Ausgangsstrahls kombiniert werden. In diesem Fall kann die Konversionseinrichtung beispielsweise einen Pulskompressor des CPA-Systems beinhalten. Die Konversionseinrichtung kann aber auch generell zur Pulsformung der in diesem Fall gepulsten Eingangsstrahlen ausgebildet sein.
Es versteht sich, dass die Konversionseinrichtung auch ausgebildet sein kann, mehrere der weiter oben beschriebenen Funktionen zu erfüllen bzw. dass das optische System mehrere Konversionseinrichtungen aufweisen kann, um an die jeweilige Anwendung angepasste Strahlparameter einzustellen.
Im Strahlweg zwischen der Strahlquelle und der Kombinationseinrichtung, insbesondere im Strahlweg zwischen der Konversionseinrichtung und der Kombinationseinrichtung, sowie im Strahlweg des bzw. der Ausgangstrahl(en) hinter der Kombinationseinrichtung kann eine geeignete Strahlführung vorgesehen sein, die beispielsweise eine Scanneroptik umfassen kann.
Bei einer Ausführungsform ist das optische System ausgebildet, die Eingangsstrahlen den Eingängen der Kombinationseinrichtung mit im Wesentlichen gleicher Leistung zuzuführen. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es für die kohärente Kombination günstig, wenn die zueinander kohärenten Eingangsstrahlen im Wesentlichen dieselbe Leistung bzw. Intensität aufweisen. Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Leistung eines Laserstrahls, der von der Strahlquelle erzeugt wird, in der Aufteilungseinrichtung zu gleichen Teilen auf die zueinander kohärenten Eingangsstrahlen aufgeteilt wird. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann von einer identischen Leistung der Eingangsstrahlen abgewichen werden, wenn diese Durchlaufen der Kombinationseinrichtung unterschiedliche Verluste erfahren. Die Leistung der einzelnen Eingangsstrahlen kann angepasst werden, um die unterschiedlichen Verluste beim Durchlaufen der Kombinationseinrichtung zu kompensieren, sodass bei der kohärenten Kombination ein optimaler Interferenzkontrast erzeugt wird. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das optische System ausgebildet, Eingangsstrahlen den Eingängen der Kombinationseinrichtung mit linearer Polarisation mit einer vorgegebenen Polarisationsrichtung oder mit zirkularer Polarisation zuzuführen. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es günstig, wenn die Eingangsstrahlen der Kombinationseinrichtung mit einem definierten Polarisationszustand zugeführt werden, der von der jeweiligen Ausgestaltung der Kombinationseinrichtung abhängig ist.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeich nung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschlie ßende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
Fig. 1a eine schematische Darstellung einer Kombinationseinrichtung, die zur kohärenten Kombination von zwei zueinander kohärenten Eingangsstrahlen zu einem Ausgangsstrahl einen Polarisationsstrahlteiler und eine l/4-Verzögerungseinrichtung aufweist,
Fig. 1 b eine schematische Darstellung analog zu Fig. 1a, die zur kohärenten
Kombination von jeweils zwei einer Anzahl von 2N Eingangsstrahlen zu einem von N Ausgangsstrahlen ausgebildet ist,
Fig. 2a, b schematische Darstellungen von zwei Kombinationseinrichtungen, die zur Aufteilung von N + 1 Eingangsstrahlen auf jeweils zwei Teilstrahlen und zur kohärenten Kombination von jeweils zwei Teilstrahlen unterschiedlicher Eingangsstrahlen zu einem von N Ausgangsstrahlen ausgebildet sind,
Fig. 3a eine schematische Darstellung einer Kombinationseinrichtung, die zur kohärenten Kombination von zwei zueinander kohärenten Eingangsstrahlen zu einem Ausgangsstrahl ein Mach-Zehnder- Interferometer aufweist,
Fig. 3b eine schematische Darstellung einer Kombinationseinrichtung analog zu Fig. 3a, die zur Aufteilung von N + 1 Eingangsstrahlen auf jeweils zwei Teilstrahlen und zur kohärenten Kombination von jeweils zwei Teilstrahlen unterschiedlicher Eingangsstrahlen zu einem von N Ausgangsstrahlen ausgebildet ist, sowie
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines optischen Systems, das eine Kombinationseinrichtung gemäß Fig. 1a aufweist.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1a zeigt eine Kombinationseinrichtung 3 zur kohärenten Kombination von zwei zueinander kohärenten Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 zu einem kombinierten Ausgangsstrahl 2.1. Die Kombinationseinrichtung 3 weist zwei Eingänge Ei, E2 auf, die zum Eintritt jeweils eines der Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 dienen. Die Kombinationseinrichtung 3 weist auch einen Ausgang Ai auf, der zum Austritt des bei der kohärenten Überlagerung gebildeten Ausgangsstrahls 2.1 dient. Die Kombinationseinrichtung 3 ist ausgebildet, die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 kollinear zu überlagern, wobei im gezeigten Beispiel eine deckungsgleiche Überlagerung zu dem Ausgangsstrahl 2.1 erfolgt.
Die in Fig. 1a gezeigte Kombinationseinrichtung 3 ermöglicht es, den Polarisationszustand des Ausgangsstrahls 2.1 einzustellen. In den gezeigten Beispielen handelt es sich bei dem Polarisationszustand, der mit Hilfe der Kombinationseinrichtung 3 eingestellt wird, um die Polarisationsrichtung R eines linear polarisierten Ausgangsstrahls 2.1.
Während die Strahlverläufe in Fig. 1a und in den nachfolgenden Figuren in der Zeichenebene dargestellt sind, sind die Polarisationszustände in einer Propagationsrichtung senkrecht zur Zeichenebene dargestellt. Die Y-Richtung der in Fig. 1a gezeigten Polarisationszustände entspricht hierbei der s-Komponente, die X- Richtung der p-Komponente der Polarisation.
Die in Fig. 1a gezeigte Kombinationseinrichtung 3 ermöglicht es, eine Leistung PA des Ausgangsstrahls 2.1 einzustellen, die - abgesehen von parasitären Verlusten beim Durchtritt durch die optischen Elemente der Kombinationseinrichtung 3 - der Summe der Leistungen Pi, P2 der Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 entspricht, die kohärent zu dem Ausgangsstrahl 2.1 kombiniert werden.
Die Einstellung der Polarisationsrichtung R des Ausgangsstrahls 2.1 wird durch die Einstellung einer relativen Phasenlage Df-12 der in Fig. 1a dargestellten Phasen fi, y2 der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 ermöglicht. Die Einstellung der Polarisationsrichtung R des Ausgangsstrahls 2.1 erfolgt typischerweise ausschließlich durch die Einstellung der relativen Phasenlage Df-12 der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2, d.h. ohne dass zu diesem Zweck andere Parameter der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 oder Parameter von optischen Bauteilen der Kombinationseinrichtung 3 verändert werden. Die Leistungen Pi, P2 der Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 sind in der Regel gleich groß bzw. diese werden unterschiedlich gewählt, um eine Vorkompensation von parasitäten Verlusten vorzunehmen. Die Leistungen Pi, P2 der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 werden für die Einstellung ebenfalls nicht verändert. Da die relative Phasenlage Df-12 der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 hoch dynamisch eingestellt werden kann, kann auch die Polarisationsrichtung R des Ausgangsstrahls 2.1 mit Hilfe der Kombinationseinrichtung 3 hoch dynamisch eingestellt werden.
Die in Fig. 1a gezeigte Kombinationseinrichtung 3 weist zur kohärenten Überlagerung des ersten und zweiten Eingangsstrahls 1.1, 1.2 einen Polarisationsstrahlteiler 4 auf. Der Polarisationsstrahlteiler 4 ist Fig. 1a und in den nachfolgenden Figuren mit einem Punkt und einem Doppelfeil gekennzeichnet, um diesen von anderen, nicht polarisationssensitiven Bauteilen, z.B. von Intensitätsstrahlteilern, zu unterscheiden. Wie in Fig. 1a ebenfalls zu erkennen ist, sind die Polarisationsrichtungen R1, R2 der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 senkrecht zueinander ausgerichtet. Die Polarisatorachsen des Polarisationsstrahlteilers 4 sind parallel zu den Polarisationsrichtungen R1, R2 der jeweiligen Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 ausgerichtet, um eine maximale Transmission des ersten Eingangsstrahls 1.1 und eine maximale Reflexion des zweiten Eingangsstrahls 1.2 an dem Polarisationsstrahlteiler 4 zu erzeugen.
Bei der kohärenten Kombination der in den Polarisationsstrahlteiler 4 eintretenden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 wird ein elliptisch polarisierter austretender Strahl gebildet, bei dem die Halbachsen (Vorzugsachsen bzw. -richtungen) der elliptischen Polarisation unter 45° zur den beiden zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen R1, R2 der Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 ausgerichtet sind. Durch eine mit der 45°-Vorzugsrichtung übereinstimmende Ausrichtung der Vorzugsachse eines Phasenschiebeelements in Form einer l/4- Verzögerungseinrichtung 5 wird die elliptische Polarisation in eine lineare Polarisation des Ausgangsstrahls 2.1 konvertiert, deren Polarisationsrichtung R durch das Hauptachsenverhältnis und den Drehsinn der elliptischen Polarisation bestimmt ist. Die Einstellung der relativen Phasenlage Dfΐ2 zwischen den in den Polarisationsstrahlteiler 4 eintretenden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 verändert das Aspektverhältnis zwischen den Halbachsen der elliptischen Polarisation, aber nicht die Ausrichtung der Halbachsen unter 45° zu den beiden zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen R1, R2. Durch die Einstellung der relativen Phasenlage Dfΐ2 der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 kann daher die Polarisationsrichtung R des linear polarisierten Ausgangsstrahls 2.1 eingestellt werden. Bei der in Fig. 1a gezeigten Kombinationseinrichtung 3 sind die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 parallel ausgerichtet und der zweite Eingangsstrahl 1.2 wird an einem Umlenkspiegel 6 im Strahlweg vor dem Polarisationsstrahlteiler 4 um 90° umgelenkt, dies ist aber nicht zwingend erforderlich.
Die in Fig. 1b dargestellte Kombinationseinrichtung 3 unterscheidet sich von der in Fig. 1a dargestellten Kombinationseinrichtung 3 dadurch, dass diese ein Anzahl 2N von Eingängen Ei, ..., E2N+1 (N > 1 , z.B. N = 2, 3, 4, 5, ...) aufweist, die doppelt so groß ist wie die Anzahl N von Ausgängen A-i, ... , AN. Die Kombinationseinrichtung 3 dient zur kohärenten Kombination von jeweils zwei 1.1, 1.N+1; 1.2, 1.N+2; ... der an den Eingängen Ei, ..., E2N+1 eintretenden Eingangsstrahlen 1.1, ..., 1.N zu einem jeweiligen Ausgangsstahl A-i, ..., AN. Wie in Fig. 1b zu erkennen ist, wird hierbei eine erste Gruppe von N Eingangsstrahlen 1.1 , 1.N direkt auf einen allen Eingangsstrahlen 1.1, ..., 1.2N gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler 4 eingestrahlt und eine zweite Gruppe von N Eingangsstrahlen 1.N+1 , ... , 1 2N wird über einen Umlenkspiegel 6 zu dem Polarisationsstrahlteiler 4 umgelenkt. Die kohärente Kombination jeweils eines der Eingangsstrahlen 1.1 , ..., 1.N der ersten Gruppe mit jeweils einem der Eingangsstrahlen 1. N+1, ..., 1.2N der zweiten Gruppe an dem Polarisationsstrahlteiler 4 erfolgt wie in Zusammenhang mit Fig. 1a beschrieben unter Bildung von N Ausgangsstrahlen 2.1 , ..., 2.N. Die Eingangsstrahlen 1.1 , ..., 1.2N, die zu unterschiedlichen Ausgangsstrahlen 2.1 , ..., 2.N kombiniert werden, treffen hierbei an lateral zueinander versetzten Positionen auf den gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler 4. Ein allen Ausgangsstrahlen 2.1 , ..., 2.N gemeinsames Phasenschiebeelement in Form einer l/4-Verzögerungseinrichtung 5 dient zur Erzeugung einer linearen Polarisation des jeweiligen Ausgangsstrahls 2.1, ..., 2.N. Die Polarisationsrichtung eines jeweils linear polarisierten Ausgangsstrahls 2.1 , ... , 2.N kann mit Hilfe der relativen Phase zwischen den jeweiligen Eingangsstrahlen 1.1, 1.N+1 , 1.2, ..., 1.N+2, ... individuell eingestellt werden, wie in Fig. 1b durch unterschiedlich ausgerichtete Pfeile dargestellt ist.
Der in Fig. 1b dargestellten Kombinationseinrichtung 3 werden alle Eingangsstrahlen 1.1, ... , 1 2N an den Eingängen Ei, ... , EN mit der gleichen Polarisationsrichtung R1 zugeführt. Um eine senkrechte Ausrichtung der Polarisationsrichtungen R1, R2 der jeweiligen an dem Polarisationsstrahlteiler 4 kohärent überlagerten Eingangsstrahlen 1.1, 1.N+1 ; 1.2, 1.N+2, ... zu erreichen, durchläuft die zweite Gruppe von Eingangsstrahlen 1.N+1 , ..., 1.2N eine polarisationsdrehende Einrichtung 7, die im gezeigten Beispiel als l/2-Verzögerungselement ausgebildet ist, um die Polarisationsrichtung der zweiten Gruppe von Eingangsstrahlen 1.N+1 , ..., 1.2N um 90° zu drehen, bevor diese auf den Polarisationsstrahlteiler 4 treffen.
Fig. 2a, b zeigen zwei Beispiele von Kombinationseinrichtungen 3, die sich von den in Fig. 1a.b gezeigten Kombinationseinrichtungen 3 dadurch unterscheiden, dass diese eine Anzahl N+1 von Eingängen Ei, ..., EN+I aufweisen, die um Eins größer ist als die Anzahl N von Ausgängen A-i, ... , AN. Die Kombinationseinrichtungen 3 sind ausgebildet, die N+1 Eingangsstrahlen 1.1, ..., 1.N+1 auf jeweils zwei Teilstrahlen 8.1a, 8.1b; 8.2a, 8.2b, ..., 8.N+1a, 8.N+1b aufzuteilen, die - mit Ausnahme von zwei der Teilstrahlen 8.1b, 8.N+1a, die als Diagnosestrahlen Di, DN+I dienen - kohärent zu einem der N Ausgangsstrahlen 2.1, ... , 2. N kombiniert werden. Als Aufteilungselemente wird bei der in Fig. 2a dargestellten Kombinationseinrichtung 3 eine der Anzahl N+1 der Eingänge Ei, ..., EN+I entsprechende Anzahl an Polarisationsstrahlteilern 4.1, ..., 4. N+1 verwendet, während in Fig. 2b zu diesem Zweck ein gemeinsamer Polarisationsstrahlteiler 4 dient.
Bei der in Fig. 2a gezeigten Kombinationseinrichtung 3 dienen die ersten N Polarisationsstrahlteiler 4.1 , ..., 4.N als Kombinationselement zur kohärenten Kombination eines ersten Teilstrahls 8.1a, ..., 8. Na eines jeweiligen Eingangsstrahls 1.1, ..., 1.N, der von einem zugehörigen Eingang Ei, ..., EN auf den jeweiligen Polarisationsstrahlteiler 4.1 , ..., 4.N eingestrahlt und von diesem transmittiert wird, mit einem zweiten Teilstrahl 8.2b, ..., 8.N+1b eines jeweils benachbarten Eingangsstrahls 1.2, ..., 1. N+1, der von dem diesem Eingangsstrahl 1.2, ..., 1.N+1 zugeordneten benachbarten Polarisationsstrahlteiler 4.2, ..., 4. N+1 reflektiert wird. Die Ausgangsstrahlen 2.1 , ... , 2.N werden mit H ilfe einer jeweiligen Phasenschiebeeinrichtung 5.1, ..., 5.N linear polarisiert. Die Polarisationsrichtung eines jeweiligen linear polarisierten Ausgangsstrahls 2.1, ..., 2.N kann wie bei den weiter oben beschriebenen Kombinationseinrichtungen 3 durch eine geeignete Festlegung der relativen Phasenlage von jeweils zwei benachbarten Eingangsstrahlen 1.1, ..., 1.N eingestellt werden.
Bei dem in Fig. 2b gezeigten Beispiel dient ein gemeinsamer Polarisationsstrahlteiler 4 sowohl als gemeinsames Aufteilungselement zur Aufteilung aller Eingangsstrahlen 1.1, ..., 1.N+1 auf jeweils zwei Teilstrahlen 8.1a, 8.1b; 8.2a, 8.2b, ... . Der Polarisationsstrahlteiler 4 dient zudem als gemeinsames Kombinationselement zur Kombination von jeweils zwei der Teilstrahlen 8.1a, 8.2b; 8.2a, 8.3b, ... benachbarter Eingangsstrahlen 1.1 , ..., I.N zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl 2.1 , ..., 2.N. Um den Polarisationsstrahlteiler 4 sowohl als Aufteilungselement und als Kombinationselement nutzen zu können, wird eine Gruppe von ersten Teilstrahlen 8.1a, ..., 8.1 Na, die von dem Polarisationsstrahlteiler 4 transmittiert werden, an einem ersten Umlenkspiegel 6a um 90° zurück zu dem Polarisationsstrahlteiler 4 umgelenkt und eine Gruppe von zweiten Teilstrahlen 8.1b, ... 8.N+1b wird von einem zweiten Umlenkspiegel 6b zurück zu dem Polarisationsstrahlteiler 4 umgelenkt. Der erste Teilstrahl 8.1a des ersten Eingangsstrahls 1.1 und der zweite Teilstrahl 8.N+1b des N+1-ten Eingangsstrahls 1.N+1 dienen als Diagnosestrahlen Di, DN+I und werden nicht für die kohärente Kombination genutzt. Bei der in Fig. 2b dargestellten Kombinationseinrichtung 3 wird eine gemeinsame Phasenschiebeeinrichtung in Form einer l/4-Verzögerungseinrichtung 5 zur Erzeugung einer linearen Polarisation des jeweiligen Ausgangsstrahls 2.1 , ... , 2. N mit einer einstellbaren Polarisationsrichtung verwendet.
Fig. 3a zeigt eine Kombinationseinrichtung 3, die wie die in Fig. 1a gezeigte Kombinationseinrichtung 3 zwei Eingänge Ei, E2 zum Eintritt eines jeweiligen Eingangsstrahls 1.1, 1.2 und einen Ausgang Ai zum Austritt eines Ausgangsstrahls 2.1 aufweist. Die Kombinationseinrichtung 3 umfasst ein Mach-Zehnder- Interferometer 9, das einen ersten Strahlkanal 12a zur Propagation eines ersten Teilstrahls Ta und einem zweiten Strahlkanal 12b zur Propagation eines zweiten Teilstrahls Tb aufweist. Das Mach-Zehnder-Interferometer 9 umfasst auch ein Aufteilungselement 10 in Form eines Intensitätsstrahlteilers zur Aufteilung der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 auf die beiden Teilstrahlen Ta, Tb und ein Kombinationselement 11 in Form eines Intensitätsstrahlteilers zur kohärenten Kombination der beiden Teilstrahlen Ta, Tb zu dem Ausgangsstrahl 2.1. In dem ersten Strahlkanal 12a ist ein erster Reflektor in Form eines Umlenkspiegels 6a angeordnet, welcher den ersten Teilstrahl Ta um 90° zu dem Kombinationselement 11 um lenkt. Entsprechend ist in dem zweiten Strahlkanal 12b ein zweiter Reflektor 6b in Form eins Umlenkspiegels angeordnet, welcher den zweiten Teilstrahl Tb um 90° zu dem Kombinationselement 11 umlenkt.
Für die kohärente Kombination werden der Kombinationseinrichtung 3 der erste Eingangsstrahl 1.1 und der zweite Eingangsstrahl 1.2 mit zirkularer Polarisation, d.h. mit einem zirkularen Polarisationszustand zugeführt, wobei eine Drehrichtung D1 des zirkularen Polarisationszustands des ersten Eingangsstrahls 1.1 entgegengesetzt zu einer Drehrichtung D2 des zirkularen Polarisationszustands des zweiten Eingangsstrahls 1.2 verläuft. Wie in Fig. 3a ebenfalls zu erkennen ist, wird der zweite Eingangsstrahl 1.2 an einem weiteren Reflektor in Form eines weiteren Umlenkspiegels 6c um 90° zu dem Aufteilungselement 10 des Mach-Zehnder- Interferometers 9 umgelenkt.
Bei der kohärenten Kombination an dem Aufteilungselement 10 des Mach-Zehnder- Interferometers 9 werden aus den beiden gegenläufig zirkular polarisierten Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 die beiden weiter oben beschriebenen Teilstrahlen Ta, Tb gebildet, die linear polarisiert sind und deren Polarisationsrichtungen R1, R2 zunächst um 90° zueinander gedreht sind, aber mit Hilfe einer in dem Mach- Zehnder-Interferometer 9 angeordneten Polarisations-Beeinflussungseinrichtung in Form eines optischen Rotators 13, genauer gesagt eines geeignet ausgerichteten Quarzkristalls, die Polarisationsrichtung R1 des ersten Teilstrahls Ta um 90° gedreht wird, so dass die Polarisationsrichtung R1 des ersten Teilstrahls Ta nach dem Durchlaufen des optischen Rotators 13 parallel zur Polarisationsrichtung R2 des zweiten Teilstrahls Tb ausgerichtet ist.
Es versteht sich, dass eine solche parallele Ausrichtung der Polarisationsrichtungen R1 , R2 der beiden Teilstrahlen Ta, Ta auch erreicht werden kann, wenn an Stelle eines einzigen optischen Rotators 13 zwei oder mehr optische Rotatoren in den jeweiligen Strahlkanälen 12a, 12b angeordnet sind, die eine geeignete Drehung der jeweiligen Polarisationsrichtungen R1, R2 der beiden Teilstrahlen Ta, Tb bewirken. Durch die Einstellung der relativen Phasenlage Dfΐ2 zwischen dem ersten Eingangsstrahl 1.1 und dem zweiten Eingangsstrahl 1.2 lässt sich bei der kohärenten Kombination die Polarisationsrichtung R1, R2 der beiden Teilstrahlen Ta, Tb und somit die Polarisationsrichtung R des linear polarisierten Ausgangsstrahls 2.1 der Kombinationseinrichtung 3 einstellen. An Stelle der Intensitätsstrahlteiler können in dem Mach-Zehnder-Interferometer 9 als Aufteilungselement 10 und als Kombinationselement 11 auch Polarisationsstrahlteiler verwendet werden.
Fig. 3b zeigt eine Kombinationseinrichtung 3, die sich von der in Fig. 3a gezeigten Kombinationseinrichtung 3 dadurch unterscheidet, dass diese eine Anzahl von vier Eingängen Ei bis E4 und eine Anzahl von drei Ausgängen Ai bis A3 aufweist. Die Kombinationseinrichtung 3 von Fig. 3b stellt somit einen Spezialfall (N = 3) einer Kombinationseinrichtung 3 mit einer Anzahl von N + 1 Eingängen und N Ausgängen dar. Wie dies weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 2a, b beschrieben wurde, weist die Kombinationseinrichtung 3 ein Aufteilungselement 10 auf, das in Fig. 3b als Intensitätsstrahlteiler ausgebildet ist und die vier Eingangsstrahlen 1.1 bis 1.4, die an den jeweiligen Eingängen Ei bis E4 in die Kombinationseinrichtung 3 eintreten, auf jeweils einen ersten Teilstrahl 8.1a bis 8.3a, D4 und auf einen zweiten Teilstrahl Di, 8.2b bis 8.4b aufteilt. Wie weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 2a, b beschrieben wurde, dient der zweite Teilstrahl des ersten Eingangsstrahls 1.1 als Diagnosestrahl Di. Entsprechend dient auch der erste Teilstrahl des vierten Eingangsstrahls 1.4 als Diagnosestrahl D4. Die übrigen ersten Teilstrahlen 8.1a bis 8.3a werden jeweils paarweise mit den zweiten Teilstrahlen 8.2b bis 8.4b zu den drei Ausgangsstrahlen 2.1 bis 2.3 kombiniert, die an den drei Ausgängen A-i, A2, A3 austreten.
Die Aufteilung jeweils eines Paars von Teilstrahlen 8.1a, 8.2.b; 8.2a, 8.3b; 8.3a, 8.4b benachbarter Eingangsstrahlen 1.1 bis 1.4 auf einen von drei ersten Sub-Teilstrahlen T1a, T2a, T3a, die den ersten Strahlarm 12a durchlaufen, und auf einen von drei zweiten Sub-Teilstrahlen T1b, T2b, T3b, die den zweiten Strahlarm 12b durchlaufen, erfolgt an einem weiteren Aufteilungselement 14 des Interferometers 9, das in Form eines Intensitätsstrahlteilers ausgebildet ist, der bei dem in Fig. 3b gezeigten Beispiel auch als Aufteilungselement 10 und als Kombinationselement 11 dient.
Die Eingangsstrahlen 1.1 bis 1.4 treten an den Eingängen Ei bis E4 zirkular polarisiert in die Kombinationseinrichtung 3 ein und weisen eine erste Drehrichtung D1 auf. Die zweiten Teilstrahlen Di, 8.2b bis 8.4b der vier Eingangsstrahlen 1.1 bis 1.4 durchlaufen im Strahlweg vor dem weiteren Aufteilungselement 14 ein phasenbeeinflussendes Element 15, das zur Umkehrung der Drehrichtung D1 der zirkularen Polarisation der zweiten Teilstrahlen Di, 8.2b bis 8.4b dient. Die ersten Teilstrahlen 8.1a bis 8.3a, D4 und die zweiten Teilstrahlen Di, 8.2b bis 8.4b treffen daher auf die weitere Aufteilungseinrichtung 14 zirkular polarisiert und mit gegenläufiger Drehrichtung D1, D2. Die kohärente Kombination in dem Interferometer 9 erfolgt unter Verwendung eines optischen Rotators 13, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 3a beschrieben wurde. Die Kombinationseinrichtung 3 weist auch drei Reflektoren in Form von Umlenkspiegeln 6a, c, 6a, 6d auf.
Fig. 4 zeigt ein optisches System 30, das eine Strahlquelle 31 zur Erzeugung eines Laserstrahls E sowie eine Aufteilungseinrichtung 32 zur Aufteilung des Laserstrahls E (genauer gesagt der Leistung des Laserstrahls E) zu gleichen Teilen auf die zwei zueinander kohärente Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 aufweist, so dass die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 nach der Aufteilung identische Leistungen aufweisen. Das optische System 30 umfasst weiterhin eine Phasen-Modulationseinrichtung 33, die zur schnellen Modulation der relativen Phasenlage Dfΐ2 (vgl. Fig. 1a) der beiden Laserstrahlen 1, 2 ausgebildet ist, die nach einer (optionalen) Konversion (s.u.) die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 der Kombinationseinrichtung 3 bilden, die im Strahlweg nach der Phasen-Modulationseinrichtung 33 angeordnet ist. Bei dem in Fig. 4 gezeigten optischen System 30 ist die Aufteilungseinrichtung 32 in der Strahlquelle 31 angeordnet und die Strahlquelle 31 koppelt die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 in die Phasen-Modulationseinrichtung 33 ein.
Die Kombinationseinrichtung 3 ist im gezeigten Beispiel wie in Fig. 1a gezeigt ausgebildet und überlagert die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 kohärent zu dem Ausgangsstrahl 2.1. Die Kombinationseinrichtung 3 kann auch wie in Fig. 1b, Fig.
2a, b oder wie in Fig. 3a, b dargestellt ausgebildet sein und weist in diesem Fall eine entsprechend angepasste Anzahl von Eingängen und Ausgängen auf.
Das optische System 30 weist eine Applikationseinrichtung 34 auf, bei der es sich im gezeigten Beispiel um eine Bearbeitungseinrichtung in Form eines Bearbeitungskopfs handelt, der zur Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe des Ausgangsstrahls 2.1 dient. Für die Positionierung des Ausgangsstrahls 2.1 bzw. mehrerer Ausgangsstrahlen 2.1, 2.2, ... relativ zum Werkstück kann die Applikationseinrichtung 34 Translationseinheiten zur Bewegung des Bearbeitungskopfs und/oder des Werkstücks aufweisen. Die Applikationseinrichtung kann auch eine Scannereinrichtung zur dynamischen Strahlpositionierung (2 D, 2,5 D) aufweisen und/oder ausgebildet sein eine räumlich-zeitliche Strahlformung, eine Lageerkennung (vor dem Prozess) und/oder eine Prozesskontrolle (in-situ, ex-situ) durchzuführen.
Bei dem optischen System 30 ist zwischen der Phasen-Modulationseinrichtung 33 und der Kombinationseinrichtung 3 eine Konversionseinrichtung 35 angeordnet. Die Konversionseinrichtung 35 kann eine oder mehrere Funktionen erfüllen und auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein, wie nachfolgend näher beschreiben wird. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Strahlquelle 31 um einen Seed-Laser eines MOPA (Master Oscillator Power Amplifier)-Systems. Die Konversionseinrichtung 35 beinhaltet in diesem Fall mindestens einen Endverstärker des MOPA-Systems, in dem die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 vor der Zuführung zur Kombinationseinrichtung 3 verstärkt werden. Die Phasen-Modulationseinrichtung 33 ist in diesem Fall im Strahlweg vor dem Endverstärker bzw. der Konversionseinrichtung 35 angeordnet. Dies ist günstig, da in der Phasen- Modulationseinrichtung 33 in diesem Fall optische Komponenten verwendet werden können, die weder eine hohe Leistungstauglichkeit noch eine hohe Effizienz aufweisen müssen. Im Sinne einer geeigneten Gesamtsystemauslegung weist der Seedlaser typisch eine geringe jedoch passende Leistung auf, indem bei Bedarf bereits im Seed-Laser eine Vorverstärkung erfolgt. Die mittlere Leistung und/oder die Spitzen-Leistung des Ausgangstrahls 2.1 ist bei einem optischen System 30 in Form eines MOPA-Systems aufgrund der Verwendung des Endverstärkers hingegen groß. Bei der Konversionseinrichtung 35 des optischen Systems 30 kann es sich aber auch um eine andere Art von optischem Verstärker handeln.
Die Strahlquelle 31 kann zur Erzeugung eines c/w-Laserstrahls und/oder eines gepulsten Laserstrahls E ausgebildet sein. Die Strahlquelle 31 kann beispielsweise einen Ultrakurzpuls-Laserstrahl mit Laserpulsen erzeugen, deren Pulsdauern in der Größenordnung von ps oder von fs liegen. Bei Ultrakurzpulslasern wird häufig die so genannte Chirped Pulse Amplification (CPA) eingesetzt, bei der zeitlich gestreckte Pulse verstärkt und nachfolgend komprimiert werden. Typisch stellt die Strahlquelle in diesem Fall zeitlich gestreckte Pulse bereit, wobei die Streckung vor der Aufteilungseinrichtung 32 erfolgt. Die CPA-Technologie kann mit der hier beschriebenen kohärenten Kopplung der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 zu dem Ausgangsstrahl 2.1 in der Kombinationseinrichtung 3 kombiniert werden. In diesem Fall kann die Konversionseinrichtung 35 beispielsweise einen Pulskompressor des CPA-Systems bilden oder beinhalten. Die Konversionseinrichtung 35 kann aber auch generell zur Pulsformung der in diesem Fall gepulsten Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 ausgebildet sein. Die Konversionseinrichtung 35 kann auch zur Frequenzkonversion der Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 dienen. In diesem Fall wird die kohärente Überlagerung in der Kombinationseinrichtung 3 mit einer in der Konversionseinrichtung 35 im Strahlweg vor der Kombinationseinrichtung 3 stattfindenden Frequenzkonversion kombiniert. Das optische System 30, auch in Form eines MOPA-Systems, ist mit einerzwischen der Strahlquelle 31 und der Kombinationseinrichtung 3 angeordneten Frequenzkonversionseinrichtung kompatibel.
Es versteht sich, dass die Konversionseinrichtung 35 auch ausgebildet sein kann, mehrere der weiter oben beschriebenen Funktionen oder andere Funktionen zu erfüllen. Beispielsweise kann die Konversionseinrichtung 35 zur Einstellung bzw. zur Anpassung der für die jeweilige Applikation erforderlichen Strahl- bzw. Puls- Parameter wie Pulsenergie, Pulsdauer, etc. dienen. Die Konversionseinrichtung 35 kann auch für den Strahltransport bzw. für eine flexible Strahlführung verwendet werden. Das optische System 30 kann auch mehrere Konversionseinrichtungen 35 aufweisen.
Beispielsweise kann eine Konversionseinrichtung 35 in die Applikationseinrichtung 34 integriert sein und zur Polarisationsbeeinflussung des Ausgangsstrahls 2.1 dienen. Beispielsweise kann die Applikationseinrichtung 34 bzw. die Konversionseinrichtung 35 für die Zuführung des Ausgangsstrahls 2.1 zu dem Werkstück eine doppelbrechende Komponente, z.B. eine optische Faser, insbesondere einen faserbasierten Verstärker, aufweisen. In diesem Fall kann die Kombinationseinrichtung 3 eine Vor-Kompensation der bei der Zuführung des Ausgangsstrahls 6 zu dem Werkstück erzeugten Doppelbrechung vornehmen. Typischerweise wird die Vor-Kompensation vorgenommen, indem die relative Phasenlage Dfΐ2, die durch die Phasen-Modulationseinrichtung 33 eingestellt wird, geeignet angepasst wird, so dass sich am Werkstück der zu erzielende Polarisationszustand bzw. die Polarisationsrichtung R des Ausgangsstrahls 2.1 einstellt. Auf diese Weise können in dem optischen System 30 auch nicht polarisationserhaltende Transportfasern eingesetzt werden oder das MOPA-Konzept kann modifiziert werden, indem die Überlagerung vor dem (typischerweise faserbasieren) Endverstärker erfolgt, der in diesem Fall in die Applikationseinrichtung 34 integriert ist. Das weiter oben beschriebene optische System 30 kann beispielsweise für das Einschreiben von Voxeln in transparente Materialien für die Datenspeicherung dienen. Das optische System 30 kann auch für die Herstellung von optischen Komponenten basierend auf einer räumlich abhängigen Polarisationsmanipulation eingesetzt werden. Die schnelle Polarisationsänderung, die mit dem optischen System 30 erzeugt wird, kann auch für andere Anwendungen, z.B. für Analyseverfahren, vorteilhaft eingesetzt werden. Es versteht sich, dass die Funktionalitäten, die mit Hilfe der weiter oben beschriebenen optischen Bauteile bzw. Komponenten des optischen Systems 30 realisiert werden, auch mit Hilfe von auf andere Weise ausgebildeten optischen Bauteilen realisiert werden können, welche dieselbe Funktionalität erfüllen.

Claims

Patentansprüche
1. Kombinationseinrichtung (3), umfassend: mindestens zwei Eingänge (Ei, E2, ...) zum Eintritt jeweils eines Eingangsstrahls (1.1, 1.2, ...), sowie einen oder mehrere Ausgänge (Ai, A2, ...) zum Austritt jeweils eines Ausgangsstrahls (2.1, 2.2, ...), wobei die Kombinationseinrichtung (3) ausgebildet ist, jeweils einen Ausgangsstrahl (2.1, 2.2, ...) durch eine kohärente Kombination aus zwei der Eingangsstrahlen (1.1, 1.2, ...) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombinationseinrichtung (3) ausgebildet ist, einen Polarisationszustand, insbesondere eine Polarisationsrichtung (R), des jeweiligen Ausgangsstrahls (2.1, 2.2, ...) in Abhängigkeit von einer relativen Phasenlage (Df-12, ...) der einzelnen Phasen (fi, y2, ...) der zwei Eingangsstrahlen (1.1, 1.2, ...) einzustellen, aus denen der jeweilige Ausgangsstrahl (2.1, 2.2, ...) durch die kohärente Kombination gebildet wird.
2. Kombinationseinrichtung nach Anspruch 1, die genau zwei Eingänge (Ei, E2) und einen Ausgang (Ai) aufweist, wobei die Kombinationseinrichtung einen Polarisationsstrahlteiler (4) zur kohärenten Kombination der zwei an den Eingängen (Ei, E2) eintretenden Eingangsstrahlen (1.1, 1.2) zu dem Ausgangsstahl (2.1) und ein im Strahlweg nach dem Polarisationsstrahlteiler (4) angeordnetes Phasenschiebeelement, insbesondere eine l/4- Verzögerungseinrichtung (5), zur Erzeugung einer linearen Polarisation des Ausgangsstrahls (2.1) umfasst.
3. Kombinationseinrichtung nach Anspruch 1, die genau zwei Eingänge (Ei, E2) und einen Ausgang (Ai) aufweist, wobei die Kombinationseinrichtung ein Interferometer, insbesondere ein Mach-Zehnder-Interferometer (9), mit einem ersten Strahlkanal (12a) zur Propagation eines ersten Teilstrahls (Ta) und mit einem zweiten Strahlkanal (12b) zur Propagation eines zweiten Teilstrahls (Tb) umfasst, wobei das Interferometer (9) ein Aufteilungselement (10) zur Aufteilung der beiden Eingangsstrahlen (1.1, 1.2) auf die beiden Teilstrahlen (Ta, Tb), ein Kombinationselement (11) zur kohärenten Kombination der beiden Teilstrahlen (Ta, Tb) zu dem Ausgangsstrahl (2.1) sowie bevorzugt mindestens eine Polarisations-Beeinflussungseinrichtung (13) zur insbesondere fest vorgegebenen Beeinflussung eines Polarisationszustands, insbesondere einer Polarisationsrichtung (R1, R2), mindestens eines der Teilstrahlen (Ta, Tb) aufweist.
4. Kombinationseinrichtung nach Anspruch 1, die mehr als zwei Eingänge (Ei,..., E2N; EI , ..., EN) und mehr als einen Ausgang (Ai, ... AN) aufweist und die ausgebildet ist, einen jeweiligen an einem Ausgang (Ai, ..., AN) austretenden Ausgangsstrahl (2.1, ..., 2.N) durch eine kohärente Kombination aus jeweils zwei der an den mehr als zwei Eingängen (Ei , ... , E2N ; Ei , ... , EN) eintretenden Eingangsstrahlen (1.1 , ..., 1.N) zu bilden.
5. Kombinationseinrichtung nach Anspruch 4, die eine Anzahl von Eingängen (Ei,
... , E2N) aufweist, die doppelt so groß ist wie eine Anzahl von Ausgängen (Ai ,
AN) und die ausgebildet ist, jeweils zwei der an den Eingängen (Ei, ... , E2N) eintretenden Eingangsstrahlen (Ei, ..., E2N) kohärent ZU einem jeweiligen Ausgangsstahl (Ai, ..., AN) ZU kombinieren.
6. Kombinationseinrichtung nach Anspruch 5, die zur kohärenten Kombination von jeweils zwei der an den Eingängen (Ei, ... E2N) eintretenden Eingangsstrahlen (1.1, ..., 1.N) zu einem jeweiligen Ausgangsstahl (2.1, ... , 2.N) einen bevorzugt allen Eingangsstrahlen (1.1, ..., 1.N) gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler (4), und zur Erzeugung einer linearen Polarisation des jeweiligen Ausgangsstrahls (2.1, ..., 2.N) ein im Strahlweg nach dem Polarisationsstrahlteiler (4) angeordnetes, bevorzugt allen Ausgangsstrahlen (2.1, ..., 2. N) gemeinsames Phasenschiebeelement, insbesondere eine l/4-Verzögerungseinrichtung (5), aufweist.
7. Kombinationseinrichtung nach Anspruch 6, welche ausgebildet ist, dem Polarisationsstrahlteiler (4) jeweils zwei zu kombinierende Eingangsstrahlen (1.1, 1.N+1; 1.2, 1.N+2; ...) zuzuführen, die zwei zueinander senkrechte Polarisationsrichtungen (R1 , R2) aufweisen, wobei die Kombinationseinrichtung (3) bevorzugt im Strahlweg vor dem Polarisationsstrahlteiler (4) eine polarisationsdrehende Einrichtung (7) zur Drehung einer Polarisationsrichtung (R2) jeweils eines der beiden Eingangsstrahlen (1.1 , 1.N+1; 1.2, 1.N+2; ...) aufweist, die an dem Polarisationsstrahlteiler (4) zu dem jeweiligen Ausgangsstrahl (2.1, ..., 2.N) kombiniert werden.
8. Kombinationseinrichtung nach Anspruch 4, die mindestens ein Aufteilungselement (4.1, ..., 4.N+1; 4) zur Aufteilung eines jeweiligen Eingangsstrahls (1.1, ..., 1.N+1) auf zwei Teilstrahlen (8.1a, 8.1b; ..., 8.N+1a, 8.N+1b) und bevorzugt mindestens ein Kombinationselement (4.1, ..., 4.N, 4) zur kohärenten Kombination von zwei Teilstrahlen (8.1a, 8.2b; 8.2a, 8.3b, ...) zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl (2.1, ..., 2.N) aufweist.
9. Kombinationseinrichtung nach Anspruch 8, die eine Anzahl von Eingängen (Ei, E2,..., EN+I ) aufweist, die um Eins größer ist als eine Anzahl von Ausgängen (Ai, A2, ..., AN) und die ausgebildet ist, eine der Anzahl der Ausgänge (Ai, A2, ..., AN) entsprechende Anzahl von Paaren von Teilstrahlen (8.1a, 8.2b; 8.2a, 8.3b, ...) kohärent zu jeweils einem der Ausgangsstrahlen (2.1, ..., 2.N) zu kombinieren.
10. Kombinationseinrichtung nach Anspruch 9, welche eine der Anzahl der Eingangsstrahlen (1.1, ..., 1.N+1) entsprechende Anzahl von Polarisationsstrahlteilern (4.1, ..., 4. N+1) aufweist, die jeweils als Aufteilungselement dienen, wobei eine um Eins verminderte Anzahl der Polarisationsstrahlteiler (4.1 , ... , 4.N) jeweils als Kombinationselement dienen.
11. Kombinationseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, welche als allen Eingangsstrahlen (1.1, ... , 1.N+1) gemeinsames Aufteilungselement einen gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler (4) aufweist und/oder welche als ein allen Ausgangsstrahlen (2.1, ..., 2.N) gemeinsames Kombinationselement einen gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler (4) aufweist.
12. Kombinationseinrichtung nach Anspruch 8, die ein Interferometer, insbesondere ein Mach-Zehnder-Interferometer (9), aufweist, das einen ersten Strahlkanal (12a) zur Propagation eines jeweiligen ersten Sub-Teilstrahls (T1a, T2a, T3a) und einen zweiten Strahlkanal (12b) zur Propagation eines jeweiligen zweiten Sub- Teilstrahls (T1b, T2b, T3b) umfasst, wobei das Interferometer (9) ein weiteres Aufteilungselement (14) zur Aufteilung der Teilstrahlen (8.1a, 8.2. b; 8.2a, 8.3b; 8.3a, 8.4b) von zwei unterschiedlichen Eingangsstrahlen (1.1 bis 1.4) auf die beiden Strahlkanäle (12a, 12b) und bevorzugt mindestens eine Polarisations- Beeinflussungseinrichtung (13) zur insbesondere fest vorgegebenen Beeinflussung eines Polarisationszustands, insbesondere einer Polarisationsrichtung, mindestens eines der Sub-Teilstrahlen (T1a, T2a, T3a;
T1b, T2b, T3b) aufweist.
13. Kombinationseinrichtung nach Anspruch 12, welche ausgebildet ist, dem weiteren Aufteilungselement (14) jeweils zwei Teilstrahlen (8.1a, 8.2. b; 8.2a, 8.3b; 8.3a, 8.4b) von unterschiedlichen Eingangsstrahlen (1.1 bis 1.4) zuzuführen, die gegenläufig zirkular polarisiert sind, wobei die Kombinationseinrichtung (3) bevorzugt mindestens ein phasenbeeinflussendes Element (15) zur Phasenbeeinflussung jeweils eines der beiden Teilstrahlen (8.1a, 8.2. b; 8.2a,
8.3b; 8.3a, 8.4b) aufweist.
14. Optisches System (30) umfassend: eine Strahlquelle (31) zur Erzeugung eines Laserstrahls (E), eine Aufteilungseinrichtung (32) zur Aufteilung des Laserstrahls (E) auf mindestens zwei kohärente Eingangsstrahlen (1.1 , 1.2), eine Phasen-Modulationseinrichtung (33) zur Modulation der relativen
Phasenlage (Df-12) der Eingangsstrahlen (1.1 , 1.2), sowie eine Kombinationseinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur
Bildung von mindestens einem Ausgangsstahl (2.1 ) durch kohärente Kombination aus den mindestens zwei Eingangsstrahlen (1.1 , 1.2).
15. Optisches System nach Anspruch 14, welches ausgebildet ist, die Eingangsstrahlen (1.1 , 1.2) den Eingängen (Ei, E2) der Kombinationseinrichtung (3) mit im Wesentlichen gleicher Leistung (Pi, P2) zuzuführen.
16. Optisches System nach einem der Ansprüche 14 oder 15, welches ausgebildet ist, die Eingangsstrahlen (1.1, 1.2) den Eingängen (Ei, E2) der Kombinationseinrichtung (3) mit linearer Polarisation mit einer vorgegebenen Polarisationsrichtung (R1, R2) oder mit zirkularer Polarisation zuzuführen.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021204057A1 (de) 2021-04-23 2022-10-27 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Überlagerungseinrichtung und optisches System

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6856459B1 (en) * 2000-12-22 2005-02-15 Cheetah Omni, Llc Apparatus and method for controlling polarization of an optical signal
US7193765B2 (en) * 2005-03-31 2007-03-20 Evans & Sutherland Computer Corporation Reduction of speckle and interference patterns for laser projectors
DE102005027898A1 (de) * 2005-06-16 2006-12-21 Hitachi Via Mechanics, Ltd., Ebina Vorrichtung zum Umschalten eines Laserstrahls, Laserbearbeitungsvorrichtung
US7336363B2 (en) 2005-10-19 2008-02-26 Northrop Grumman Corporation Interferometric beam combination
US7817688B2 (en) 2008-02-19 2010-10-19 Lockheed Martin Coherent Technologies, Inc. Phase and polarization controlled beam combining devices and methods
US8248700B1 (en) 2008-10-20 2012-08-21 Lockheed Martin Corporation Systems and methods for coherent beam combining of laser arrays
FR2977989B1 (fr) 2011-07-11 2013-10-25 Ecole Polytech Dispositif et procede passif de combinaison coherente d'une pluralite d'amplificateurs optiques
JP5623675B2 (ja) 2011-07-14 2014-11-12 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 光信号多重化方法および光多重化装置
WO2013039240A1 (ja) 2011-09-16 2013-03-21 株式会社ニコン 照明光学装置、光学系ユニット、照明方法、並びに露光方法及び装置
CN105988222A (zh) 2015-02-16 2016-10-05 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种合波器
WO2016133707A1 (en) * 2015-02-17 2016-08-25 President And Fellows Of Harvard College Method and system for polarization state generation
DE102016100721B3 (de) * 2016-01-18 2017-03-23 Trumpf Scientific Lasers Gmbh + Co. Kg Relativphasenmessung zum kohärenten Kombinieren von Laserstrahlen
US9835800B2 (en) 2016-03-11 2017-12-05 Huawei Technologies Co., Ltd. Polarization control for a photonic platform
CN106569340A (zh) 2016-10-17 2017-04-19 上海理工大学 光束强度、相位分布和偏振态的调制装置
US9792945B1 (en) 2016-11-07 2017-10-17 Seagate Technology Llc 3D optical memory storage cells
DE102017104392A1 (de) 2017-03-02 2018-09-06 Active Fiber Systems Gmbh Schnelle Modulation von Laserstrahlung hoher Leistung
DE102017203655B4 (de) 2017-03-07 2019-08-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Formung von Strahlung für die Laserbearbeitung
US20180269648A1 (en) * 2017-03-19 2018-09-20 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Generation of arbitrary time-space distribution phase-coherent discretized laser beams
US10181336B1 (en) 2017-08-08 2019-01-15 Microsoft Technology Licensing, Llc Multi-beam optical system for fast writing of data on glass
US10236027B1 (en) 2018-02-12 2019-03-19 Microsoft Technology Licensing, Llc Data storage using light of spatially modulated phase and polarization
CN112385098A (zh) * 2018-05-14 2021-02-19 希万先进科技有限公司 激光束方法和系统
DE102018211971A1 (de) 2018-07-18 2020-01-23 Trumpf Laser Gmbh Vorrichtung, Lasersystem und Verfahren zur Kombination von kohärenten Laserstrahlen
CN109212772A (zh) 2018-10-19 2019-01-15 中国航空制造技术研究院 一种激光相干偏振合成方法及其系统
US11418263B2 (en) 2019-04-22 2022-08-16 Cable Television Laboratories, Inc. Systems and methods for optical full-field transmission using photonic integration
GB201912337D0 (en) 2019-08-28 2019-10-09 Univ Southampton Method of forming birefringent structures in an optical element
US11139894B2 (en) * 2019-10-22 2021-10-05 Nokia Solutions And Networks Oy Data transmission on phase components of an optical carrier by direct modulation of reflectors of a laser
GB2592387B (en) 2020-02-26 2026-03-25 Univ Southampton Method of pulsed laser irradiation with reduced thermal damage
DE102021204057A1 (de) 2021-04-23 2022-10-27 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Überlagerungseinrichtung und optisches System

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US20240045223A1 (en) 2024-02-08

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