WO2003075074A1 - Modulationsvorrichtung - Google Patents

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WO2003075074A1
WO2003075074A1 PCT/EP2003/001606 EP0301606W WO03075074A1 WO 2003075074 A1 WO2003075074 A1 WO 2003075074A1 EP 0301606 W EP0301606 W EP 0301606W WO 03075074 A1 WO03075074 A1 WO 03075074A1
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modulation
laser radiation
modulation device
designed
partial
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PCT/EP2003/001606
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Aleksei Mikhailov
Vitalij Lissotschenko
Original Assignee
Hentze-Lissotschenko Patentverwaltungs Gmbh & Co. Kg
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/212—Mach-Zehnder type

Definitions

  • the present invention relates to a modulation device for laser radiation, comprising at least one modulation means which can at least partially change the laser radiation passing through the modulation device.
  • Modulation devices of the aforementioned type are well known. They can be used in different areas of application. Here, for example, laser printers, laser television or workpiece processing by laser radiation should be mentioned.
  • a typical modulation means used in the prior art is a so-called GLV modulator.
  • GLV modulator is operated in reflection. On its reflecting surface, it has a large number of parallel web-shaped segments which can reflect the laser radiation. Each of these segments can be tilted selectively.
  • the modulation usually takes place in that two directly adjacent segments are tilted differently, or one of the segments is tilted and the other is left in its original position, so that this different tilting of the two adjacent segments between the two adjacent ones a small phase difference arises on the partial beams incident on these segments.
  • this phase difference leads to the fact that the propagation characteristic of the light reflected by the modulator can be changed in a targeted manner.
  • the problem on which the present invention is based is the creation of a modulation device of the type mentioned at the outset, which is designed more effectively, in particular when using a laser diode bar or a laser diode stack as a laser light source.
  • the modulation device comprises beam splitter means that can split the laser radiation into at least two partial beam bundles, that the device further comprises beam combining means in the beam propagation direction behind the beam splitter means that can bring together at least two of the partial beam bundles again, and that the at least one modulation means between Beam splitter means and the beam combining means is arranged such that at least one of the partial beam bundles can be changed by the at least one modulation means such that the laser radiation combined by the beam combining means or in the area of the beam combining means at least in a predetermined spatial area due to interference of the at least two partial beam bundles Has modulation. It has been found to be advantageous in such a device that the quality and the resolution of the modulation are independent of the coherence of the laser radiation used, due to the splitting into two partial beam bundles corresponding to one another.
  • the laser radiation has a greater divergence at least in sections in a first direction perpendicular to the middle direction of propagation than in a second direction perpendicular to the middle direction of propagation and the first direction, the separation into partial beams in the first direction.
  • the first direction corresponds to greater divergence of the fast axis
  • the second direction corresponds to smaller divergence of the slow axis.
  • the separation takes place in the first direction, and thus in the direction of the fast axis, the change in the corresponding partial beam bundle will also take place in the direction of the fast axis, so that the coherence of the laser radiation in the fast axis is additionally increased. Direction is exploited.
  • the beam splitter means as a prism, in particular as an at least partially mirrored prism are trained.
  • the beam splitter means could also be designed as a partially transparent mirror.
  • the beam combining means are designed as a prism, in particular as an at least partially mirrored prism.
  • the beam combining means could also be designed as a partially transparent mirror.
  • the at least one modulation means can change the at least one partial beam bundle in such a way that it experiences targeted phase shifts of individual or all partial beams, in particular by half a wavelength of the laser radiation. This shows a clear difference from the prior art, in which a phase shift with respect to one another was communicated within a partial beam bundle.
  • adjacent partial beams of the same partial beam bundle are not provided with a phase shift with respect to one another, but in particular a phase shift is only effected in one of the two partial beam bundles by a modulation means, so that only after the two partial beam bundles have been combined, on the beam combining means or in the region of the beam combining means or a modulation is caused behind the beam combining means by interference.
  • the modulation means are designed as a modulator to be operated in reflection, in particular as a GLV modulator, two or four or six adjacent segments of the modulator no longer contribute to a modulation point or to a modulation bit, but in a preferred one Fall just a single one Element. In this way, the resolution with which the laser radiation can be modulated can of course be increased considerably.
  • the modulation means are designed as a modulator to be operated in transmission.
  • the modulation means are designed as a two-dimensional modulator, with which a laser radiation impinging on it can be modulated with respect to two directions that are essentially perpendicular to one another. In this way, flat information can be modulated onto the laser radiation, which, for example, can make a line-wise rastering during the printing process or the like superfluous in some areas.
  • a modulation device can even use a three-dimensional modulator with which a laser radiation impinging on it can be modulated with respect to three directions that are essentially perpendicular to one another.
  • a modulation device according to the invention comprising beam splitter means, modulation means and beam combining means can be regarded as an interferometer. All known interferometer types, such as a Michelson interferometer, are therefore suitable for a modulation device according to the invention with regard to the arrangement of the aforementioned elements with respect to one another.
  • a diaphragm is arranged in the beam propagation direction behind the beam combining means, which can block out parts of the laser radiation in accordance with the modulation to be achieved. It can be provided that in Beam propagation direction is arranged in front of and / or behind the aperture lens means, in particular cylindrical lenses, which image or focus the laser radiation onto the aperture and / or can collimate the focused laser radiation again after the aperture.
  • a diaphragm is very well suited to certain desired parts of the Hiding laser radiation, which, for example, corresponds to a logical “0” when modulating digital information. Likewise, the proportion of laser radiation that is transmitted through the diaphragm will correspond to a logical “1”.
  • the laser radiation is divided into partial beam bundles, that at least one of the partial beam bundles is then phase-shifted in accordance with the modulation to be achieved and that the partial beam bundles are then combined such that the desired modulation is achieved by interference of the two partial beam bundles.
  • This method gives the person skilled in the art a method with which he can achieve very effective high-resolution modulation with simple means. In particular, this can be done by blanking out parts of the combined laser radiation that correspond, for example, to a logical “0”.
  • the Phase shift in the fast axis direction significantly increases the quality of the modulation compared to the modulation methods known from the prior art.
  • a modulation device according to the invention can be used in particular for printing applications.
  • FIG. 1 a shows a side view of a modulation device according to the invention
  • FIG. 1 b is a view according to the arrows Ib - Ib in FIG. 1 a;
  • FIG. 2a shows a detailed view of the modulation device according to FIG. 1 a in a first state
  • FIG. 2b is a view according to FIG. 2a in a second state
  • FIG. 3a shows a schematic diagram which illustrates the relationship between intensity and angle of propagation of the state in FIG. 2a;
  • FIG. 3b shows a diagram corresponding to FIG. 3a, which illustrates the state in FIG. 2b.
  • a laser radiation 1 impinging on the modulation device can emanate from a laser light source which is designed, for example, as a laser diode bar.
  • the laser light source thus has in one direction, in FIG. 1 a and FIG. 1 b in the X direction, a comparatively extensive cross section with many linear emission sources arranged next to one another and extending in the X direction.
  • the laser light source, designed as a laser diode bar has a very small extension of, for example, 1 ⁇ m in the direction perpendicular thereto, namely in the Y direction. I n this Y direction, the is referred to as the fast axis, the divergence is significantly larger than in the x direction referred to as the slow axis.
  • FIGS. 1 a and 1 b A modulation device according to the invention can be seen in FIGS. 1 a and 1 b.
  • the modulation device comprises beam splitter means 2, which can split laser radiation 1 striking it into two partial beam bundles. I n Fig. 1 a, this division is illustrated by means of two arbitrarily selected partial beams 1 a and 1 b.
  • the beam splitter means 2 consist of two prisms 2a, 2b which are identical to one another and lie on top of one another with two corresponding catheter sides and are glued to one another, for example. It can be seen from FIG. 1 a that the two partial beams 1 a, 1 b enter into two separate halves of the beam splitter means 2, namely into the two different prisms 2a, 2b.
  • the laser radiation is divided into two partial beam bundles that move upward and downward from the beam splitter means 2 in FIG. 1a.
  • the partial beam bundle moving upward in FIG. 1 a is reflected on a mirror 4 in such a way that it is reflected downward at an angle of ⁇ 45 ° to the Z direction.
  • the downward deflected partial beam bundle is, as is illustrated by the exemplary partial beam 1b, by a modulation means 3 likewise at an angle of approximately 45 ° to the Z- Reflected upwards.
  • the modulation means 3 can be designed, for example, as a GLV modulator.
  • the modulation means 3 can have segments 5, in particular web-shaped segments 5, arranged next to one another in the transverse direction, ie in the X direction in FIG. 1b.
  • the web-shaped segments 5 can reflect the light striking them, as is shown by way of example for the partial beam 1b.
  • the angle of inclination of the individual web-shaped segments 5 is changed such that the optical path of the partial beam 1 b, for example, is increased or decreased by a short distance, which in particular can correspond to the amount of half the wavelength of the laser radiation.
  • the individual segments 5 should extend in FIG. 1b over the entire width in the X direction.
  • the corresponding segment 5 can thus be tilted or not tilted specifically at a specific point in the X direction.
  • the partial beam bundles of the laser radiation 1 impinging on the modulation means 3 can be provided with a phase difference of half the wavelength or not provided for different X coordinates.
  • the modulation device further comprises a beam combining means 6, which brings together the partial beam bundles reflected by the modulation means 3 and the mirror 4, so that the laser radiation 1, which is brought together again, propagates in the positive Z direction in FIGS. 1 a and 1 b.
  • This beam combining means 6 is embodied, for example, as a prism, on the outer, possibly mirrored, sides of which the partial beam bundles are reflected such that they move in the positive Z direction after the reflection.
  • the partial beam bundles reunited with one another in this way may point in accordance with the positions of the individual segments 5 of the modulation means 3 local phase differences of, for example, half the wavelength of the laser radiation used.
  • a cylinder lens 7, the cylinder axis of which extends in the X direction, an aperture 8 and another cylinder lens 9, the cylinder axis of which likewise extends in the X direction, are arranged one behind the other in the Z direction.
  • the aperture 8 and another cylinder lens 9 the cylinder axis of which likewise extends in the X direction, are arranged one behind the other in the Z direction.
  • the diaphragm 8 consists of two diaphragm parts 8a, 8b which are arranged one above the other in the Y direction, the gap between them extending in the X direction. The gap between the diaphragm parts 8a, 8b is arranged essentially exactly on the focal line of the two cylindrical lenses 7, 9.
  • FIG. 2a which only shows a schematic illustration, clarifies that there is no propagation of the parts of the laser radiation which interfere with one another in this way in the direct Z direction.
  • FIG. 2a This is indicated in FIG. 2a by the fact that the laser radiation 1 focused by the lens 7 is not focused in the area of the diaphragm 8, thus in the area of the focal plane, just in the XZ plane, but just above and just below the XZ plane , Due to the introduction of the diaphragm 8 into the beam path, a laser radiation 1 modulated in this way will not emerge from the diaphragm 8 to the right, ie not in the positive Z direction.
  • FIG. 3b illustrates that the propagation maximum lies approximately in the Z direction.
  • FIG. 2b illustrates that the focal line of the laser radiation 1 focused by the cylindrical lens 7 lies essentially in the area of the diaphragm 8 in the XZ plane. It is thereby achieved that this part of the laser radiation passes through the diaphragm 8 essentially unhindered and, after passing through the second cylindrical lens 9, propagates parallel to the Z axis in the positive Z direction.
  • Beam splitter means 2 instead of the beam splitter means 2.
  • other beam combining means can also be used instead of the beam combining means 6, for example beam combining means which essentially correspond to the beam splitting means 2.
  • modulation means 3 instead of the modulation means 3 designed as GLV modulators.
  • modulation means which can effect two-dimensional modulation of the light impinging on the modulation means.
  • the light emanating from a two-dimensional light source such as the light from a stack of laser diode bars, can be modulated accordingly.
  • a partial beam bundle namely in particular the partial beam bundle deflected downward in FIG. 1 a with the partial beam 1 b picked out by way of example, is specifically provided with a phase shift in individual partial sections.
  • the individual sections in which a phase shift is carried out can be specified by information that is to be modulated onto the laser radiation 1.
  • the information can be, for example, print information or else information for laser television or information for machining a workpiece or the like.
  • the laser radiation for example emanating from a laser diode bar
  • fast-axis divergence these are cylindrical lenses, the cylinder axes of which are oriented in the X direction.
  • slow-axis divergence these are arrays of cylindrical lenses whose cylinder axes are aligned in the Y direction.

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Abstract

Modulationsvorrichtung für Laserstrahlung, umfassend mindestens ein Modulationsmittel (3), das zumindest teilweise die durch die Modulationsvorrichtung hindurchtretende Laserstrahlung (1) verändern kann, wobei die Modulationsvorrichtung Strahlteilermittel (2) umfasst, die die Laserstrahlung (1) in mindestens zwei Teilstrahlbündel aufteilen können, wobei die Vorrichtung weiterhin in Strahlausbreitungsrichtung hinter den Strahlteilermitteln (2) Strahlvereinigungsmittel (6) umfasst, die mindestens zwei der Teilstrahlbündel wieder zusammenführen können, und wobei das mindestens eine Modulationsmittel (3) derart zwischen den Strahlteilermitteln (2) und den Strahlvereinigungsmitteln (6) angeordnet ist, dass zumindest eines der Teilstrahlbündel derart von dem mindestens einen Modulationsmittel (3) verändert werden kann, dass die von demStrahlvereinigungsmittel (6) zusammengeführte Laserstrahlung (1) zumindest in einem vorgegebenen Raumgebietaufgrund von Interferenz der mindestens zwei Teilstrahlbündel die gewünschte Modulation aufweist.

Description

Modulations Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Modulationsvorrichtung für Laserstrahlung, umfassend mindestens ein Modulationsmittel, das zumindest teilweise die durch die Modulationsvorrichtung hindurchtretende Laserstrahlung verändern kann.
Modulationsvorrichtungen der vorgenannten Art sind hinlänglich bekannt. Sie können in unterschiedlichen Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Hier sollen beispielsweise Laserdrucker, Laserfernsehen oder auch Werkstückbearbeitung durch Laserstrahlung genannt werden.
Ein typisches, im Stand der Technik eingesetztes Modulationsmittel ist ein sogenannter GLV-Modulator. Ein derartiger GLV-Modulator wird in Reflektion betrieben. Er weist auf seiner reflektierenden Oberfläche eine ganze Anzahl von parallel nebeneinander angeordneten stegförmigen Segmenten auf, die die Laserstrahlung reflektieren können. Jedes dieser Segmente kann gezielt verkippt werden. Die Modulation findet dabei in der Regel dadurch statt, dass zwei zueinander direkt benachbarte Segmente unterschiedlich gekippt werden bzw. eines der Segmente gekippt wird und das andere in seiner ursprünglichen Position belassen werden, so dass durch diese unterschiedliche Verkippung der beiden benachbarten Segmente zwischen den beiden benachbarten auf diese Segmente auftreffenden Teilstrahlen eine kleine Phasendifferenz entsteht. Diese Phasendifferenz führt durch direkte Interferenz im Bereich des Modulators dazu, dass die Ausbreitungscharakteristik des von dem Modulator reflektierten Lichtes gezielt verändert werden kann.
Als nachteilig hierbei erweist sich die Tatsache, dass hierzu hochgradig kohärentes Licht vorliegen muss. Dies ist insbesondere bei Laserdiodenbarren aufgrund der Ausdehnung der einzelnen Emissionsquellen eines derartigen Laserdiodenbarrens in der Anordnungsrichtung der Emissionsquellen (in der Slow-Axis) in der Regel nicht gegeben. Als weiterhin nachteilig erweist sich hierbei auch, dass durch die vorgenannte Eigenart des von einem Laserdiodenbarren ausgehenden Lichtes zumeist mehr als zwei zueinander benachbarte, insbesondere vier oder sechs benachbarte Segmente ausgeleuchtet werden, so dass die Auflösung eines derartigen Modulationsmittels ausgesprochen schlecht ist. Weiterhin lässt sich zwischen den einzelnen Zuständen bei jeweils zueinander verkippten benachbarten Segmenten und nicht zueinander verkippten benachbarten Segmenten eines entsprechenden Teilbereichs des GLV-Modulators nur unzureichend gut unterscheiden, wenn als Laserquelle ein Laserdiodenbarren oder ein Stack von Laserdiodenbarren verwendet wird .
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Modulationsvorrichtung der eingangs genannten Art, die effektiver gestaltet ist, insbesondere bei Verwendung eines Laserdiodenbarrens oder eines Laserdiodenstacks als Laserlichtquelle.
Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erzielt.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen , dass die Modulationsvorrichtung Strahlteilermittel umfasst, die die Laserstrahlung in mindestens zwei Teilstrahlbundel aufteilen können, dass die Vorrichtung weiterhin in Strahlausbreitungsrichtung hinter den Strahlteilermitteln Strahlvereinigungsmittel umfasst, die mindestens zwei der Teilstrahlbundel wieder zusammenführen können, und dass das mindestens eine Modulationsmittel derart zwischen den Strahlteilermitteln und den Strahlvereinigungsmitteln angeordnet ist, dass zumindest eines der Teilstrahlbundel derart von dem mindestens einen Modulationsmittel verändert werden kann, dass die von dem Strahlvereinigungsmittel oder im Bereich des Strahlvereinigungsmittels zusammengeführte Laserstrahlung zumindest in einem vorgegebenen Rau mgebiet aufgrund von I nterferenz der mindestens zwei Teilstrahlbundel die gewünschte Modulation aufweist. Als vorteilhaft bei einer derartigen Vorrichtung erweist sich , dass durch die Aufspaltung in zwei einander entsprechende Teilstrahlbundel die Güte und die Auflösu ng der Modulation unabhängig von der Kohärenz der verwendeten Laserstrahlung ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Laserstrahlung zu mindest abschnittsweise in einer ersten, zu r mittleren Ausbreitungsrichtung senkrechten Richtung eine größere Divergenz auf, als in einer zweiten, zur mittleren Ausbreitungsrichtung und zur ersten Richtung senkrechten Richtung, wobei die Auftrennung in Teilstrahlbundel in der ersten Richtung erfolgt. I nsbesondere bei der Verwendung eines Laserdiodenbarrens entspricht die erste Richtung größerer Divergenz der Fast-Axis, wohingegen die zweite Richtung kleinerer Divergenz des Slow-Axis entspricht. Wenn somit erfindungsgemäß die Auftrennung in der ersten Richtung, und damit in Richtung der Fast-Axis erfolgt, wird die Veränderung des entsprechenden Teilstrahlbündels ebenfalls in Richtung der Fast-Axis erfolgen, so dass hierbei zusätzlich noch die größere Kohärenz der Laserstrahlung in Fast-Axis-Richtung ausgenutzt wird .
Es kann vorgesehen sein, dass die Strahlteilermittel als Prisma, insbesondere als zumindest teilweise verspiegeltes Prisma ausgebildet sind . Alternativ dazu könnten die Strahlteilermittel auch als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet sein.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Strahlvereinigungsmittel als Prisma, insbesondere als zumindest teilweise verspiegeltes Prisma ausgebildet sind. Alternativ dazu könnten auch die Strahlvereinigungsmittel als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das mindestens eine Modulationsmittel derart das mindestens eine Teilstrahlbundel verändern, dass dieses gezielte Phasenverschiebungen einzelner oder aller Teilstrahlen erfährt, insbesondere um die Hälfte einer Wellenlänge der Laserstrahlung. Hier zeigt sich ein deutlicher Unterschied zu dem Stand der Technik, bei dem innerhalb eines Teilstrahlbündels benachbarten Teilstrahlen eine Phasenverschiebung zueinander mitgeteilt wurde. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden nicht benachbarte Teilstrahlen des gleichen Teilstrahlbündels mit einer Phasenverschiebung zueinander versehen, sondern es wird insbesondere nur in einem der beiden Teilstrahlbundel von einem Modulationsmittel eine Phasenverschiebung bewirkt, so dass erst nach Vereinigung der beiden Teilstrahlbundel, am Strahlvereinigungsmittel oder im Bereich des Strahlvereinigungsmittels oder hinter dem Strahlvereinigungsmittel durch I nterferenz eine Modulation hervorgerufen wird. Auf diese Weise tragen für den Fall, dass die Modulationsmittel als in Reflektion zu betreibender Modulator insbesondere als GLV-Modulator ausgebildet sind, nicht mehr zwei oder vier oder sechs zueinander benachbarte Segmente des Modulators zu einem Modulationspunkt oder zu einem Modulationsbit bei, sondern in einem bevorzugten Fall nur noch ein einzelnes Element. Auf diese Weise kann natürlich die Auflösung, mit der die Laserstrahlung moduliert werden kann, erheblich gesteigert werden.
Es ist alternativ denkbar, dass die Modulationsmittel als in Transmission zu betreibender Modulator ausgebildet sind .
Zudem besteht die Möglichkeit, dass die Modulationsmittel als zweidimensionaler Modulator ausgeführt sind , mit dem eine auf ihn auftreffende Laserstrahlung hinsichtlich zweier im wesentlichen zueinander senkrechter Richtungen moduliert werden kann. Auf diese Weise kann der Laserstrahlung eine flächige Information aufmoduliert werden, die beispielsweise Bereichsweise eine zeilenweise Rasterung beim Druckvorgang oder dergleichen überflüssig machen kann.
Es ist denkbar, dass eine erfindungsgemäße Modulationsvorrichtung sogar einen dreidimensionalen Modulator verwenden kann, mit dem eine auf ihn auftreffende Laserstrahlung hinsichtlich dreier im wesentlichen zueinander senkrechter Richtungen moduliert werden kann.
Eine erfindungsgemäße Modulationsvorrichtung aus Strahlteilermittel, Modulationsmittel u nd Strahlvereinigungsmittel kann als Interferometer angesehen werden. Für eine erfindungsgemäße Modulationsvorrichtung eignen sich somit hinsichtlich der Anordnung der vorgenannten Elemente zueinander sämtliche bekannten I nterferometertypen , wie beispielsweise ein Michelson-Interferometer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Strahlausbreitungsrichtung hinter den Strahlvereinigungsmitteln eine Blende angeordnet, die Teile der Laserstrahlung entsprechend der zu erzielenden Modulation ausblenden kann. Hierbei kann vorgesehen sein, dass in Strahlausbreitungsrichtung vor und/oder hinter der Blende Linsenmittel, insbesondere Zylinderlinsen angeordnet sind , die die Laserstrahlung auf die Blende abbilden bzw. fokussieren und/oder im Anschluss an die Blende die fokussierte Laserstrahlung wieder kollimieren können. Aufgrund der Tatsache, dass durch die von den Modulationsmitteln im Bereich der Strahlvereinigungsmittel oder hinter den Strahlvereinigungsmitteln bewirkten I nterferenz eine Ausbreitung der wieder vereinigten Laserstrahlung in bestimmte Richtungen ermöglicht und in bestimmte Richtungen verboten wird, eignet sich eine Blende sehr gut, um bestimmte gewünschte Teile der Laserstrahlung auszublenden, die beispielsweise bei Aufmodulation einer digitalen Information einer logischen „0" entsprechen. Gleichermaßen wird dabei der Anteil der Laserstrahlung, der durch die Blende hindurchgelassen wird , einer logischen „1 " entsprechen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Laserstrahlung in Teilstrahlbundel aufgeteilt wird, dass daran anschließend mindestens eines der Teilstrahlbundel entsprechend der zu erzielenden Modulation phasenverschoben wird und dass daran anschließend die Teilstrahlbundel derart zusammengeführt werden , dass die gewünschte Modulation durch Interferenz der beiden Teilstrahlbundel erreicht wird. Durch dieses Verfahren wird dem Fachmann eine Methode an die Hand gegeben, mit der er mit einfachen Mitteln eine sehr effektive Modulation hoher Auflösung erreichen kann. Insbesondere kann dies durch das vorgenannte Ausblenden von Teilen der zusammengeführten Laserstrahlung geschehen, die beispielsweise einer logischen „0" entsprechen. Weiterhin wird für den Fall , dass die Laserstrahlung eines Laserdiodenbarrens in Richtung der Fast-Axis in zwei Teilstrahlbundel aufgeteilt wird, aufgrund der Einbringung der Phasenverschiebung in Fast-Axis Richtung die Güte der Modulation gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Modulationsverfahren bedeutend erhöht. Eine erfindungsgemäße Modulationsvorrichtung kann insbesondere für Druckanwendungen eingesetzt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindu ng werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
Fig. 1 a eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Modulationsvorrichtung;
Fig. 1 b eine Ansicht gemäß den Pfeilen Ib - Ib in Fig. 1 a;
Fig. 2a eine Detailansicht der Modulationsvorrichtung gemäß Fig . 1 a in einem ersten Zustand;
Fig. 2b eine Ansicht gemäß Fig . 2a in einem zweiten Zustand ;
Fig. 3a ein schematisches Diagramm, das den Zusammenhang zwischen I ntensität und Ausbreitungswinkel des Zustands in Fig. 2a verdeutlicht;
Fig. 3b ein Fig. 3a entsprechendes Diagramm, das den Zustand in Fig. 2b verdeutlicht.
Eine auf die erfindungsgemäße Modulationsvorrichtung auftreffende Laserstrahlung 1 kann von einer Laserlichtquelle ausgehen, die beispielsweise als Laserdiodenbarren ausgeführt ist. Die Laserlichtquelle weist somit in einer Richtung, in Fig. 1 a und Fig. 1 b in X-Richtung, einen vergleichsweise ausgedehnten Querschnitt mit vielen nebeneinander angeordneten sich in X-Richtung erstreckenden linienförmigen Emissionsquellen auf. Weiterhin weist die als Laserdiodenbarren ausgeführte Laserlichtquelle in der dazu senkrechten Richtung, nämlich in Y-Richtung eine sehr geringe Ausdehnung von beispielsweise 1 μm auf. I n dieser Y-Richtung, die als Fast-Axis bezeichnet wird , ist die Divergenz wesentlich größer als in der als Slow-Axis bezeichneten X-Richtung.
Eine erfindungsgemäße Modulationsvorrichtung ist aus Fig. 1 a und Fig. 1 b ersichtlich. Die Modulationsvorrichtung umfasst Strahlteilermittel 2, die auf sie auftreffende Laserstrahlung 1 in zwei Teilstrahlbundel aufteilen kann. I n Fig. 1 a ist diese Aufteilung vermittels zweier willkürlich herausgegriffener Teilstrahlen 1 a und 1 b verdeutlicht. Die Strahlteilermittel 2 bestehen in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel aus zwei Prismen 2a, 2b, die einander gleichen und mit zwei entsprechenden Kathetenseiten aufeinander liegen und beispielsweise miteinander verklebt sind . Aus Fig. 1 a ist ersichtlich, dass die beiden Teilstrahlen 1 a, 1 b in zwei voneinander getrennte Hälften der Strahlteilermittel 2, nämlich in die beiden unterschiedlichen Prismen 2a, 2b eintreten. Nach einer Reflektion an den jeweiligen Hypotenusenseiten werden sie ein zweites mal an den aneinander geklebten Kathetenseiten reflektiert. Diese können hierzu beispielsweise verspiegelt sein. Daran anschließend treten sie aus den Hypotenusenseiten der Prismen 2a, 2b aus, so dass sie etwa unter einem Winkel von 45° zur ursprünglichen Ausbreitu ngsrichtung Z nach oben bzw. nach unten abgelenkt werden. Auf diese Weise wird die Laserstrahlung in zwei sich von dem Strahlteilermittel 2 in Fig. 1 a nach oben und nach unten voneinander entfernende Teilstrahlbundel aufgeteilt.
Das sich in Fig. 1 a nach oben bewegende Teilstrahlbundel wird an einem Spiegel 4 so reflektiert, dass es unter einem Winkel von - 45° zur Z-Richtung nach unten reflektiert wird. Dies wird durch den beispielhaft herausgegriffenen Teilstrahl 1 a verdeutlicht. Das nach unten abgelenkte Teilstrahlbundel wird , wie dies an dem beispielhaften Teilstrahl 1 b verdeutlicht ist, von einem Modulationsmittel 3 ebenfalls unter einem Winkel von etwa 45° zur Z- Richtung nach oben reflektiert. Das Modulationsmittel 3 kann beispielsweise als GLV-Modulator ausgeführt sein. I nsbesondere kann das Modulationsmittel 3 in Querrichtung, d. h. in X-Richtung in Fig. 1 b nebeneinander angeordnete Segmente 5, insbesondere stegförmige Segmente 5 aufweisen. Die stegförmigen Segmente 5 können das auf sie aufreffende Licht reflektieren, wie dies beispielhaft für den Teilstrahl 1 b dargestellt ist. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass der Neigungswinkel der einzelnen stegförmigen Segmente 5 derart geändert wird , dass der optische Weg beispielsweise des Teilstrahls 1 b um ein kurzes Stück, das insbesondere dem Betrag der halben Wellenlänge der Laserstrahlung entsprechen kann , vergrößert oder verkleinert wird. Die einzelnen Segmente 5, sollen sich in Fig. 1 b über die gesamte Breite in X-Richtung erstrecken. Somit kann gezielt an einem bestimmten Punkt in X-Richtung das entsprechende Segment 5 verkippt oder nicht verkippt werden. Auf diese Weise können die auf das Modulationsmittel 3 auftreffenden Teilstrahlbundel der Laserstrahlung 1 gezielt für verschiedene X-Koordinaten mit einer Phasendifferenz der halben Wellenlänge versehen werden oder nicht versehen werden.
Die Modulationsvorrichtung umfasst weiterhin ein Strahlvereinigungsmittel 6, dass die von dem Modulationsmittel 3 und dem Spiegel 4 reflektierten Teilstrahlbundel zusammenführt, so dass die wieder zusammengeführte Laserstrahlung 1 in positiver Z- Richtung in Fig. 1 a und Fig. 1 b propagiert. Dieses Strahlvereinigungsmittel 6 ist beispielhaft als Prisma ausgeführt, an dessen äußeren gegebenenfalls verspiegelten Seiten die Teilstrahlbundel derart reflektiert werden, dass sie sich nach der Reflektion in positiver Z-Richtung bewegen. Die auf diese Weise wieder miteinander vereinigten Teilstrahlbundel weisen unter Umständen entsprechend der Stellungen der einzelnen Segmente 5 des Modulationsmittels 3 lokale Phasendifferenzen von beispielsweise der halben Wellenlänge der verwendeten Laserstrahlung auf.
Anschließend an das Strahlvereinigungsmittel 6 sind in Z-Richtung hintereinander eine Zylinderlinse 7, deren Zylinderachse sich in X- Richtung erstreckt, eine Blende 8 und eine weitere Zylinderlinse 9, deren Zylinderachse sich ebenfalls in X-Richtung erstreckt angeordnet. Hierbei ist, wie dies aus Fig. 1 a ersichtlich ist, die Blende
8 in einem Abstand von der Zylinderlinse 7 bzw. von der Zylinderlinse
9 angeordnet, der ziemlich exakt der Brennweite dieser Zylinderlinsen 7, 9 entspricht, wobei die Brennweiten der Zylinderlinse 7 und Zylinderlinse 9 gleich groß sind. Da auf diese Weise die beiden Zylinderlinsen 7, 9 in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der der doppelten Brennweite entspricht, wird die vor dem Eintritt in die Zylinderlinse 7 zur Z-Richtung parallele Laserstrahlung 1 nach dem Austritt aus der Zylinderlinse 9 wiederum zur Z-Richtung parallel sein. Die Blende 8 besteht aus zwei Blendenteilen 8a, 8b, die in Y-Richtung übereinander angeordnet sind , wobei sich der zwischen ihnen bestehende Spalt in X-Richtung erstreckt. Der zwischen den Blendenteilen 8a, 8b vorhandene Spalt ist im wesentlichen exakt auf der Fokuslinie der beiden Zylinderlinsen 7, 9 angeordnet.
In Fig. 2a, 2b sind zwei verschiedene Fälle dargestellt. In dem ersten Fall wird angenommen, dass für die abgebildeten Teile der Laserstrahlung 1 die entsprechenden Segmente 5 des Modulationsmittels 3 derart gekippt waren, dass die von dem Modulationsmittel 3 reflektierten Teile der Laserstrahlung 1 zu den entsprechenden von dem Spiegel 4 reflektierten Teile der Laserstrahlung 1 eine Phasendifferenz von λ/2, d. h. von der halben Wellenlänge der verwendeten Laserstrahlung aufweisen. Diese Teile der Laserstrahlung werden somit nach der Wiederzusammenführung in dem Strahlvereinigungsmittel 6 aufgrund von Interferenz nicht exakt in Z-Richtung propagieren können. Dies ist in Fig. 3a angedeutet, in der die Intensität I in willkürlichen Einheiten gegen den Winkel θ aufgetragen, wobei der Winkel θ den Winkel zwischen der Z-Achse und der Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung 1 angibt. Fig. 3a, die lediglich eine schematische Darstellung zeigt, verdeutlicht, dass in direkter Z-Richtung keine Ausbreitung der auf diese Weise miteinander interferierenden Teile der Laserstrahlung stattfindet. Dies ist in Fig. 2a dadurch angedeutet, dass die von der Linse 7 fokussierte Laserstrahlung 1 im Bereich der Blende 8, somit im Bereich der Brennebene, eben nicht in der XZ-Ebene fokussiert ist, sondern kurz oberhalb und kurz unterhalb der XZ-Ebene. Aufgrund der Einführung der Blende 8 in den Strahlengang wird somit eine auf diese Weise modulierte Laserstrahlung 1 nicht nach rechts, d. h. nicht in positiver Z-Richtung aus der Blende 8 austreten.
Fig. 2b und 3b zeigen Teile der Laserstrahlung 1 , bei denen das entsprechende Segment 5 des Modulationsmittels 3 nicht verkippt wurde, so dass diese von dem Modulationsmittel 3 reflektierten Teile der Laserstrahlung 1 keine Phasenverschiebung erfahren, so dass auch keine destruktive I nterferenz nach Vereinigung durch die Strahlvereinigungsmittel 6 auftritt. In diesem Fall verdeutlicht Fig. 3b, dass das Ausbreitungsmaximum etwa in Z-Richtung liegt. Dieser Fall ist auch in Fig. 2b verdeutlicht, in dem die Brennlinie der durch die Zylinderlinse 7 fokussierten Laserstrahlung 1 im wesentlichen im Bereich der Blende 8 in der XZ-Ebene liegt. Dadurch wird erreicht, dass dieser Teil der Laserstrahlung im wesentlichen ungehindert durch die Blende 8 hindurch tritt und nach Durchgang durch die zweite Zylinderlinse 9 parallel zur Z-Achse in positiver Z-Richtung propagiert.
Es besteht die Möglichkeit, anstelle der Strahlteilermittel 2 andere Strahlteilermittel zu verwenden. Dies könnten beispielsweise Strahlteilermittel sein, die etwa den Strahlvereinigungsmitteln 6 entsprechen. Weiterhin können anstelle der Strahlvereinigungsmittel 6 auch andere Strahlvereinigungsmittel verwendet werden , beispielsweise Strahlvereinigungsmittel , die den Strahlteilermitteln 2 im wesentlichen entsprechen.
Es besteht auch die Möglichkeit, anstelle des als GLV-Modulator ausgebildeten Modulationsmittel 3 andere Modulationsmittel zu verwenden. I nsbesondere besteht auch die Möglichkeit, Modulationsmittel zu verwenden , die eine zweidimensionale Modulation des auf die Modulationsmittel auftreffenden Lichtes bewirken können. Beispielsweise kann hierbei das von einer zweidimensionalen Lichtquelle ausgehende Licht, wie beispielsweise das Licht eines Stacks von Laserdiodenbarren entsprechend moduliert werden. Wesentlich ist lediglich, dass ein Teilstrahlbundel, nämlich insbesondere das in Fig. 1 a nach unten abgelenkte Teilstrahlbundel mit dem beispielhaft herausgegriffenen Teilstrahl 1 b, gezielt in einzelnen Teilabschnitten mit einer Phasenverschiebung versehen wird. Die einzelnen Teilabschnitte, in denen eine Phasenverschiebung durchgeführt wird , können durch Informationen vorgegeben werden, die der Laserstrahlung 1 aufmoduliert werden sollen. Bei den Informationen kann es sich beispielsweise um Druckinformationen oder aber auch um Informationen für ein Laserfernsehen oder Informationen für die Bearbeitung eines Werkstückes oder dergleichen handeln.
Es besteht weiterhin die Möglichkeit, anstelle des Spiegels 4 ebenfalls ein reflektierendes Modulationsmittel zu verwenden. Wichtig ist hierbei lediglich, dass zwischen einzelnen einander entsprechenden Teilbereichen der aufgetrennten Laserstrahlung 1 eine vorgebbare Phasendifferenz erzeugt werden kann , um einzelne Teilbereiche durch die Blende 8 hindurch zu lassen bzw. von der Blende 8 blockieren zu lassen.
Die voranstehende Beschreibung der abgebildeten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Modulationsvorrichtung verdeutlicht anschaulich, dass das Prinzip der erfindungsgemäßen Modulationsvorrichtung dem eines Interferometers ähnelt.
Es besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, die beispielsweise von einem Laserdiodenbarren ausgehende Laserstrahlung 1 vor oder nach oder im Bereich der Modulationsvorrichtung hinsichtlich ihrer Fast- Axis-Divergenz sowie hinsichtlich ihrer Slow-Axis-Divergenz mit entsprechenden aus dem Stand der Technik bekannten Mitteln zu kollimieren. Dies sind hinsichtlich der Fast-Axis-Divergenz Zylinderlinsen, deren Zylinderachsen in X-Richtung ausgerichtet sind. Hinsichtlich der Slow-Axis-Divergenz sind dies Arrays von Zylinderlinsen, deren Zylinderachsen in Y-Richtung ausgerichtet sind .

Claims

Patentansprüche:
1 . Modulationsvorrichtung für Laserstrahlung, umfassend mindestens ein Modulationsmittel (3), das zumindest teilweise die durch die Modulationsvorrichtung hindurchtretende Laserstrahlung (1 ) verändern kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsvorrichtung Strahlteilermittel (2) umfasst, die die Laserstrahlung (1 ) in mindestens zwei Teilstrahlbundel aufteilen können, dass die Vorrichtung weiterhin in Strahlausbreitungsrichtung hinter den Strahlteilermitteln (2) Strahlvereinigungsmittel (6) umfasst, die mindestens zwei der Teilstrahlbundel wieder zusammenführen können, u nd dass das mindestens eine Modulationsmittel (3) derart zwischen den Strahlteilermitteln (2) und den Strahlvereinigungsmitteln (6) angeordnet ist, dass zumindest eines der Teilstrahlbundel derart von dem mindestens einen Modulationsmittel (3) verändert werden kann, dass die von dem Strahlvereinigungsmittel (6) oder im Bereich des Strahlvereinigungsmittels (6) zusammengeführte Laserstrahlung (1 ) zumindest in einem vorgegebenen Raumgebiet aufgrund von I nterferenz der mindestens zwei Teilstrahlbundel die gewünschte Modulation aufweist.
2. Modulationsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung zumindest abschnittsweise in einer ersten , zur mittleren Ausbreitungsrichtung (Z) senkrechten Richtung (Y) eine größere Divergenz aufweist, als in einer zweiten, zur mittleren Ausbreitungsrichtung (Z) und zur ersten Richtung (Y) senkrechten Richtung (X), wobei die Auftrennung in Teilstrahlbundel in der ersten Richtung (Y) erfolgt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilermittel (2) als Prisma, insbesondere als zumindest teilweise verspiegeltes Prisma ausgebildet sind.
4. Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilermittel als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet sind .
5. Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlvereinigungsmittel (6) als Prisma, insbesondere als zumindest teilweise verspiegeltes Prisma ausgebildet sind.
6. Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlvereinigungsmittel als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet sind.
7. Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Modulationsmittel (3) derart das mindestens eine Teilstrahlbundel verändern kann, dass dieses eine gezielte Phasenverschiebung mindestens eines seiner Teilstrahlen erfährt, insbesondere um die Hälfte einer Wellenlänge der Laserstrahlung.
8. Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsmittel (3) als in Reflektion zu betreibender Modulator ausgebildet sind, insbesondere als GLV-Modulator.
9. Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsmittel (3) als in Transmission zu betreibender Modulator ausgebildet sind .
10. Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsmittel (3) als zweidimensionaler Modulator ausgeführt sind, mit dem eine auf ihn auftreffende Laserstrahlung hinsichtlich zweier im wesentlichen zueinander senkrechter Richtungen moduliert werden kann.
1 1 . Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Strahlteilermittel (2) die Modulationsmittel (3) und die Strahlvereinigungsmittel (6) ein Interferometer gebildet wird.
12. Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Strahlausbreitungsrichtung (Z) hinter den Strahlvereinigungsmitteln (6) eine Blende (8) angeordnet ist, die Teile der Laserstrahlung (1 ) entsprechend der zu erzielenden Modulation ausblenden kann.
13. Modulationsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das in Strahlausbreitungsrichtung (Z) vor und/oder hinter der Blende (8) Linsenmittel, insbesondere Zylinderlinsen (7, 9), angeordnet sind , die die Laserstrahlung (1 ) auf die Blende (8) fokussieren und/oder im Anschluss an die Blende (8) die fokussierte Laserstrahlung wieder kollimieren können.
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