JP2014512570A

JP2014512570A - レーザビーム回折装置およびかかる装置を備えるレーザ装置

Info

Publication number: JP2014512570A
Application number: JP2014501524A
Authority: JP
Inventors: ミクハイロフ，アレクセイ; クラスナベルスキ，アリアクセイ; コロツシュキン，ユーリ
Original assignee: Limo Patentverwaltung GmbH and Co KG
Current assignee: Focuslight Germany GmbH
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2014-05-22
Also published as: EP2691804A1; KR20140060460A; US20140023105A1; WO2012130632A1; CN103430081A; DE102011015411A1

Abstract

レーザビーム（８）を回折するための装置は、入射面（６）および出射面（７）を有する導波管（１）であって、それらが、Ｚ方向において、互いに距離（Ｌ）を有し、導波管（１）が、Ｘ方向において、Ｙ方向におけるよりも大きな長さを有する導波管（１）と、少なくとも２つの電極（４，５）であって、導波管（１）に配設され、回折電圧（＋Ｖ，−Ｖ）を印加可能であり、その結果レーザビームが、導波管（１）においてＸ方向に関して電気光学的に回折される、少なくとも２つの電極（４，５）と、を備え、Ｚ方向における、導波管（１）の入射面（６）と出射面（７）との間の距離（Ｌ）は、出射面（７）から出射した後のレーザビームのプロファイルが、入射面（６）に入射する前のレーザビームのプロファイルに対応するような大きさを有する。特に、距離（Ｌ）は、レーザビームのタルボ長に対応する。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に従ったレーザビーム回折装置、および請求項１０の上位概念に従ったレーザ装置に関する。

定義：光の伝播方向とは、光の中間伝播方向を意味する。特に、光が平坦な波でなく、または、少なくとも部分的に発散している場合。光ビーム、部分ビーム、ビーム、またはビーム束とは、明示的に他のことが示されていない限り、幾何光学でいうところの理想的ビームを意味するのではなく、現実の光ビームを意味し、たとえば、無限小の小さなビーム断面ではなく、拡大されるビーム断面を有するレーザビームなどを意味する。

冒頭で挙げたタイプの装置は、たとえば、ＵＳ６，４４９，０８４Ｂ１から知られる。そこに記載の装置は、直方体として実施される導波管を有し、該導波管は、第１の横断方向における方が、該第１の横断方向に垂直な第２の横断方向におけるよりも明らかに長い。さらにまた、長く延びる平面側にレーザビームを回折するための電極が設けられる平面配列とすることも可能である。平面配列の主たる利点は、光の回折角が大きくなる可能性はあるけれども、制御電圧は小さくなるという点にある。

技術の水準によるかかる導波管配列の短所は、導波管を通過してレーザビーム束が伝播する場合、レーザビーム束の横方向に延びるプロファイルが歪む点にある。レーザビーム束のプロファイルは、出力部では、導波管の各モードが重畳され、導波管を通過して伝播する間の各モード間の位相関係が変わるので、導波管から出た後のレーザビーム束のプロファイルは、導波管内に入る前のプロファイルとは異なっている。このことについては、導波管１’を通過して発散するレーザビーム８’，８”によって図４に示されている。

本発明が基礎とする課題は、レーザビームのプロファイルが変わることを防止する、または少なくともプロファイルの変化を低下させることが可能である、冒頭で述べたタイプの装置を提供することである。さらにまた、かかる装置を有するレーザ装置を提供することである。

これは、発明に従えば、請求項１の特徴を備える、冒頭で述べたタイプの装置によって、および請求項１０の特徴を備えるレーザ装置によって解決される。下位の請求項は、本発明の好ましい実施形態に関する。

請求項１に従えば、第１の方向における、少なくとも１つの導波管の入射面と出射面との間の距離は、出射面から出射した後のレーザビームのプロファイルが、入射面に入射する前のレーザビームのプロファイルに対応するような大きさを有するように構成される。レーザビームのプロファイルを維持することによって、たとえば、レーザビームを２つの互いに垂直な方向において互いに回折させるために、２つの互いに垂直な導波管を順に配設することが可能となる。可能な用途としては、たとえば、レーザディスプレイにおける水平回折および垂直回折がある。さらにまた、プロファイルが維持されるので、電極の形状は比較的自由に選択可能である。

特に、少なくとも１つの導波管の入射面と出射面との間の第１の方向における距離は、回折されるレーザビームの波長を有する光に対するタルボ（Ｔａｌｂｏｔ）長、またはタルボ長の整数倍に対応する。こうすることによって、外形の基準によって、レーザビームのプロファイル維持が達成される。

その代わりに、少なくとも１つの導波管の入射面と出射面との間の第１の方向における距離は、回折されるレーザビームの波長を有する光に対するタルボ長の半分、またはタルボ長の半分の整数倍に対応するようにすることも可能である。

好ましくは、タルボ長Ｌ_Ｔについては、
Ｌ_Ｔ＝８ｎＤ^２／λ_０
であり、式中、
ｎは少なくとも１つの導波管の屈折率であり、
Ｄは、少なくとも１つの導波管の、第３の方向における長さであり、
λ_０は、回折されるレーザビームの真空波長である。

請求項１０に従えば、レーザ装置は、レーザビームを回折するための装置が、発明に従った装置であることを特徴とする。

本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図を参照して、以下の好適な実施形態についての説明によって明らかになるであろう。

発明に従った装置の第１の実施形態の概略側面図である。図１に従った装置の平面図である。概略的に示されたレーザビームと共に示した、図１に従った装置の図１に対応する概略側面図である。技術の水準に従った装置の、図１に対応する概略側面図である。発明に従った装置の第２の実施形態の概略側面図である。図５に従った装置の平面図である。

明瞭化のために、図のいくつかにおいては、デカルト座標が描かれている。さらにまた、図においては、同じまたは機能的に同じ部分は同じ参照符号が付与されている。

発明に従った装置の図１および図２に示す実施形態は、透明基板２と複数の薄く平らな電極３，４，５とを含む導波管１を備える。電極３，４，５は、基板２上に直接設けられてもよく、または、１または複数の適切な中間層を介して基板２から分離されてもよい。

基板は、直方体形状であり、第１の方向Ｚに長さＬ、第２の方向Ｘに長さＢ、そして第３の方向Ｙに長さＤを有する。この場合、第２の方向Ｘにおける長さＢは、第３の方向Ｙにおける長さＤよりも大きく、たとえば５〜１０倍の大きさである。

図１および図２における、基板２の下方側には、特に、完全に平らに被覆された、第１の電位と結合された電極３が設けられる。この第１の電位は、図１に概略的に示されるように、接地してもよい。

図１および図２における、基板２の上方側には、三角形の輪郭を有する２つの電極４，５が配設されている。この場合、各電極の三角形は１８０°ずつシフトされ、したがって、１つの三角形の先端は、他の三角形の底面と同一面で結合して逆さまになっている。２つの電極は、概略的に示されているだけであって、基板２のほぼ全表面にわたって、それらの間が細いスリットになるまで延ばしてもよい。

２つの電極の第１の電極４は、第２の電位と結合され、第２の電位と第１の電位との間の電圧は＋Ｖであってもよい。２つの電極の第２の電極５は、第３の電位と結合され、第３の電位と第１の電位との間の電圧は−Ｖであってもよい。特に、電圧＋Ｖと電圧−Ｖの絶対値は同じ大きさであってもよい。

電極３，４，５の構成、電極２の構成、および電圧＋Ｖ，−Ｖは、入射面６に入力するレーザビームが、電圧が印加されるとＸ方向に回折するように選択される。

基板２は、図１および図２の左側に、回折されるレーザビームが入射可能な入射面６を有する。基板２は、図１および図２の右側に、回折されるレーザビームが出射可能な出射面７を有している。入射面６および出射面７は、それぞれ、Ｘ−Ｙ平面に延び、Ｚ方向には、Ｚ方向において基板２の長さＬに対応する距離だけ互いに離間されている。

この長さＬ、すなわち、入射面６の出射面７からの距離は、回折されるレーザビームについてのタルボ長Ｌ_Ｔに等しい。すなわちＬ＝Ｌ_Ｔとなる。タルボ長（Ｌ_Ｔ）は、
Ｌ_Ｔ＝８ｎＤ^２／λ_０
となり、式中、ｎは、導波管１の、または導波管１の基板２の屈折率であり、Ｄは、導波管１の、または導波管１の基板２のＹ方向における長さであり、λ_０は、回折されるレーザビームの真空波長である。

また、長さＬ、すなわち、入射面６の出射面７からの距離は、タルボ長Ｌ_Ｔの整数倍としてもよい。また、長さＬ、すなわち、入射面６の出射面７からの距離は、タルボ長Ｌ_Ｔの半分、または、タルボ長Ｌ_Ｔの半分の奇数倍としてもよい。

上述のように、長さＬ、すなわち、入射面６の出射面７からの距離を、タルボ長Ｌ_Ｔと関連づけて選択することによって、基板２を通過するレーザビームがそのプロファイルを維持するということを達成することが可能となる。

このことは、図３において分かりやすく説明している。図において、レーザビーム８は、下方から斜めに入射面６に入射し、出射面７から上方に斜めに出射している。レーザビーム８は、Ｙ方向には、その本来の伝播方向を変えていないが、Ｘ方向については、ただ単に、しかるべき電圧＋Ｖおよび−Ｖが印加されることで回折される。

それに対して、図４は、技術の水準に従った導波管１’を通過する比較可能なレーザビーム８の入射を示している。この場合には、Ｚ方向の長さＬ’は、タルボ長Ｌ_Ｔにも、タルボ長Ｌ_Ｔの整数倍にも、タルボ長Ｌ_Ｔの半分にも、タルボ長Ｌ_Ｔの半分の奇数倍にも対応しないので、レーザビーム８は、そのプロファイルを維持せず、出射面７’から出射した後に、Ｙ方向に発散する。このことは、図４に、２つの方向に伝播するレーザビーム８および８’によって示されている。

長さＬをタルボ長Ｌ_Ｔで調整するこのようなプロファイル維持作用に基づいて、２つの発明に従って実施される導波管１，１０が、Ｚ方向に順に配設される。これについては、図５および図６に示している。

第１の導波管１によって、レーザビームは、正のＸ方向において回折されるが、その場合レーザビーム８の発散は起こらない。さらにまた、レーザビーム８のＹ方向における影響も全く生じない。

第２の導波管１０によって、レーザビームは、正のＹ方向において回折されるが、その場合レーザビーム８の発散は起こらない。さらにまた、レーザビーム８のＸ方向における影響も全く生じない。

これら２つの導波管１，１０を通過した後、レーザビーム８は、Ｘ方向にもＹ方向にも回折されるが、レーザビームのプロファイルは変化しない。

Claims

レーザビーム（８）を回折するための装置であって、
レーザビーム（８）のための、入射面（６）および出射面（７）を有する少なくとも１つの導波管（１，１０）であって、入射面（６）と出射面（７）とが、第１の方向（Ｚ）において、互いに距離（Ｌ）を有し、導波管（１，１０）が、第１の方向に垂直な第２の方向（Ｘ）において、第１の方向および第２の方向に垂直な、第３の方向（Ｙ）におけるよりも大きな長さを有する導波管（１，１０）と、
少なくとも２つの電極（３，４，５）であって、少なくとも１つの導波管（１，１０）に、または、少なくとも１つの導波管（１，１０）の付近に配設され、回折電圧（＋Ｖ，−Ｖ）を印加可能であり、その結果レーザビーム（８）が、該少なくとも１つの導波管（１，１０）において、および／または該少なくとも１つの導波管（１，１０）から出射する際に、少なくとも第２の方向（Ｘ）に関して、電気光学的に回折される、少なくとも２つの電極（３，４，５）と、を備える、レーザビーム（８）を回折するための装置において、
第１の方向（Ｚ）における、少なくとも１つの導波管（１，１０）の入射面（６）と出射面（７）との間の距離（Ｌ）は、出射面（７）から出射した後のレーザビーム（８）のプロファイルが、入射面（６）に入射する前のレーザビーム（８）のプロファイルに対応するような大きさを有することを特徴とする装置。
少なくとも１つの導波管（１，１０）の入射面（６）と出射面（７）との間の第１の方向（Ｚ）における距離（Ｌ）は、回折されるレーザビーム（８）の波長（λ_０）を有する光に対するタルボ長（Ｌ_Ｔ）、またはタルボ長（Ｌ_Ｔ）の整数倍に対応することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
少なくとも１つの導波管（１，１０）の入射面（６）と出射面（７）との間の第１の方向（Ｚ）における距離（Ｌ）は、回折されるレーザビーム（８）の波長（λ_０）を有する光に対するタルボ長（Ｌ_Ｔ）の半分、またはタルボ長（Ｌ_Ｔ）の半分の整数倍に対応することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
タルボ長（Ｌ_Ｔ）について、
Ｌ_Ｔ＝８ｎＤ^２／λ_０
であり、式中、
ｎは少なくとも１つの導波管（１，１０）の屈折率であり、
Ｄは、少なくとも１つの導波管（１，１０）の、第３の方向（Ｙ）における長さであり、
λ_０は、回折されるレーザビーム（８）の真空波長であることを特徴とする、請求項２または３に記載の装置。
少なくとも１つの導波管（１，１０）の、第２の方向（Ｘ）における長さ（Ｂ）は、第３の方向（Ｙ）における長さ（Ｄ）の、２倍以上、好ましくは、５倍以上の大きさであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
少なくとも１つの導波管（１，１０）の２つの面上には、第３の方向（Ｙ）において互いに対向した、少なくとも１つの電極（３，４，５）が、直接または間接に配設されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
第３の方向（Ｙ）において互いに対向した２つの面の一方上には、２つの互いに分離した電極（４，５）が配設されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
２つの導波管（１，１０）を備え、該２つの導波管は、回折されるレーザビーム（８）が２つの導波管（１，１０）を連続して通過することができるように、相前後して配設されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
２つの導波管（１，１０）は、レーザビーム（８）を２つの互いに垂直な方向（Ｘ，Ｙ）に回折可能なように、第１の方向（Ｚ）に、互いに９０°ねじれていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
波長（λ_０）を有するレーザビーム（８）を出射可能なレーザ光源と、
レーザビーム（８）を回折するための装置と、を備えるレーザ装置において、
前記レーザビーム（８）を回折するための装置は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置であることを特徴とするレーザ装置。