"Aufteilungsvorrichtung für Lichtstrahlen" "Splitting device for light rays"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufteilungsvorrichtung für Lichtstrahlen umfassend mindestens ein Strahlteilermittel, das einen ersten Anteil eines aufzuteilenden Lichtstrahles reflektieren und einen zweiten Anteil des Lichtstrahls hindurchtreten lassen kann, derart, dass der Lichtstrahl in mindestens zwei Anteile aufgeteilt wird.The present invention relates to a splitting device for light beams comprising at least one beam splitter means which can reflect a first portion of a light beam to be split and can allow a second portion of the light beam to pass through such that the light beam is divided into at least two portions.
Aufteilungsvorrichtungen der vorgenannten Art sind aus dem Stand der Technik als sogenannte Strahlteiler hinlänglich bekannt. Als Strahlteiler kann beispielsweise ein teildurchlässiger Spiegel dienen, der insbesondere unter einem Winkel von 45° zum aufzuteilenden Lichtstrahl angeordnet sein kann. Der teildurchlässige Spiegel kann mit einer oder mehreren Schichten eines Dielektrikums beschichtet sein, so dass für eine bestimmte Wellenlänge ein ungefähr vorgebbarer Anteil des aufzuteilenden Lichtstrahls reflektiert und im Wesentlichen der Rest durch den Spiegel transmittiert wird. Als nachteilig bei derartigen Strahlteilern erweist sich, dass in der Praxis das Reflektionsvermögen nur auf etwa ± 5 % den gewünschten Vorgaben entspricht. Das hat für die entsprechende Vorgabe der Intensitäten des reflektierten beziehungsweise transmittierten Teilstrahls zur Folge, dass diese um beispielsweise etwa 10 % schwanken. Wenn ein aufzuteilender Lichtstrahl nicht nur in zwei sondern in vier Teilstrahlen aufgeteilt werden soll, müssen zu diesem Zwecke zwei oder drei Strahlteiler verwendet werden, so dass die Intensitäten der Teilstrahlen erheblich von den gewünschten Intensitäten abweichen können. Dies erweist sich beispielsweise dann als nachteilig, wenn mit einem aufzuteilenden Laserstrahl mehrere Löcher gleichzeitig in ein Werkstück gebohrt werden sollen. Wenn die einzelnen Teilstrahlen hinsichtlich ihrer Intensität deutlich unterschiedlich sind, ergibt sich nur ein äußerst unbefriedigendesSplitting devices of the aforementioned type are well known from the prior art as so-called beam splitters. A partially transparent mirror can be used as the beam splitter, for example, which can be arranged in particular at an angle of 45 ° to the light beam to be split. The semitransparent mirror can be coated with one or more layers of a dielectric, so that for a certain wavelength an approximately predeterminable proportion of the light beam to be split is reflected and essentially the rest is transmitted through the mirror. A disadvantage of such beam splitters is that in practice the reflectivity only corresponds to the desired specifications to about ± 5%. For the corresponding specification of the intensities of the reflected or transmitted partial beam, this has the consequence that these fluctuate by, for example, approximately 10%. If a light beam to be split should not only be divided into two but into four partial beams, two or three beam splitters must be used for this purpose, so that the intensities of the partial beams can deviate considerably from the desired intensities. This proves to be disadvantageous, for example, if several holes are to be drilled simultaneously in one workpiece with one laser beam to be split. If the individual partial beams differ significantly in their intensity, the result is only an extremely unsatisfactory one
BESTATIGUNGSKOPIE
Arbeitsergebnis. Ähnliches gilt für weitere Anwendungsbereiche wie das gleichzeitige Beschriften, Markieren, Hartlöten, Schweißen oder Strukturieren von Materialien, medizinische Anwendungen oder die Drucktechnik.BESTATIGUNGSKOPIE Work product. The same applies to other areas of application such as the simultaneous labeling, marking, brazing, welding or structuring of materials, medical applications or printing technology.
Daher ist das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem die Schaffung einer Aufteilungsvorrichtung der eingangs genannten Art, mit der ein Lichtstrahl in Teilstrahlen aufteilbar ist, deren Intensitätsverhältnis genauer vorgebbar ist.Therefore, the problem on which the present invention is based is the creation of a splitting device of the type mentioned at the outset, with which a light beam can be split into partial beams, the intensity ratio of which can be specified more precisely.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Aufteilungsvorrichtung weiterhin mindestens ein Polarisationsdrehmittel umfasst, das die Polarisation des aufzuteilenden Lichtstrahls drehen kann, wobei das mindestens eine Strahlteilermittel als polarisationsselektives Strahlteilermittel ausgeführt ist. In der Regel werden aufzuteilende Lichtstrahlen von Lasern erzeugt, so dass die aufzuteilenden Lichtstrahlen zumeist zumindest teilweise linear polarisiert sein werden. Das Strahlteilermittel gemäß der vorliegenden Erfindung bietet die Möglichkeit, den aufzuteilenden Lichtstrahl in Abhängigkeit von der Richtung der Linearpolarisation des Lichtstrahles in zwei Teilstrahlen aufzuteilen. Insbesondere werden dabei die beiden Teilstrahlen zumindest teilweise eine zueinander senkrechte Linearpolarisatipn aufweisen. Durch vorherige Drehung der Linearpolarisation des aufzuteilenden Lichtstrahls kann daher erfindungsgemäß das Intensitätsverhältnis der beiden Teilstrahlen zueinander eingestellt werden. Es bietet sich daher die Möglichkeit, die Intensitäten der mindestens zwei Teilstrahlen zu messen und in Abhängigkeit von den gemessenen Intensitäten die Einstellung des Polarisationsdrehmittels derart zu ändern, dass das gemessene Intensitätsverhältnis dem zu erreichenden Intensitätsverhältnis entspricht. Beispielsweise kann auf diese Weise erreicht werden, dass die mindestens zwei Teilstrahlen
eine im Wesentlichen gleiche Intensität aufweisen. Derartige Teilstrahlen können somit beispielsweise für das simultane Bohren mehrerer Löcher in ein Werkstück verwendet werden.This is achieved according to the invention in that the splitting device further comprises at least one polarization rotating means which can rotate the polarization of the light beam to be split, the at least one beam splitter being designed as a polarization-selective beam splitter. As a rule, light beams to be split are generated by lasers, so that the light beams to be split will mostly be at least partially linearly polarized. The beam splitter means according to the present invention offers the possibility of splitting the light beam to be split into two partial beams depending on the direction of the linear polarization of the light beam. In particular, the two partial beams will at least partially have a linear polarization perpendicular to each other. By previously rotating the linear polarization of the light beam to be split, the intensity ratio of the two partial beams to one another can therefore be set according to the invention. It is therefore possible to measure the intensities of the at least two partial beams and to change the setting of the polarization rotating means as a function of the measured intensities such that the measured intensity ratio corresponds to the intensity ratio to be achieved. For example, it can be achieved in this way that the at least two partial beams have substantially the same intensity. Such partial beams can thus be used, for example, for the simultaneous drilling of several holes in a workpiece.
Insbesondere kann das mindestens eine Strahlteilermittel derart ausgebildet sein, dass ein Anteil des aufzuteilenden Lichtstrahls mit einer ersten Linearpolarisation im Wesentlichen reflektiert wird, wohingegen ein Anteil des aufzuteilenden Lichtstrahls mit einer zu der ersten im Wesentlichen senkrechten zweiten Linearpolarisation im Wesentlichen transmittiert wird. Eine derartige Ausführungsform eines Strahlteilermittels lässt sich vergleichsweise einfach realisieren und bietet den Vorteil, dass dabei die Teilstrahlen des aufgeteilten Lichtstrahls unter einem vergleichsweise großen Winkel auseinander laufen, so dass sie problemlos weiter verarbeitet werden können.In particular, the at least one beam splitter means can be designed such that a portion of the light beam to be split is essentially reflected with a first linear polarization, whereas a portion of the light beam to be split is essentially transmitted with a second linear polarization that is substantially perpendicular to the first. Such an embodiment of a beam splitter means can be implemented comparatively easily and offers the advantage that the partial beams of the split light beam diverge at a comparatively large angle, so that they can be processed further without any problems.
Alternativ könnte das Strahlteilermittel beispielsweise derart ausgebildet sein, dass mindestens zwei Anteile des aufzuteilenden Lichtstrahls unter einem Winkel zueinander oder gegeneinander versetzt transmittiert werden. Beispielsweise könnte für ein derartiges Strahlteilermittel ein doppelbrechendes Material verwendet werden.Alternatively, the beam splitter means could, for example, be designed such that at least two portions of the light beam to be split are transmitted at an angle to one another or offset with respect to one another. For example, a birefringent material could be used for such a beam splitter.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Aufteilungsvorrichtung ein erstes Strahlteilermittel und mindestens ein zweites Strahlteilermittel, die den aufzuteilenden Lichtstrahl in mindestens drei Anteile aufteilen können. Durch das Vorsehen von zwei oder mehr Strahlteilermitteln kann der aufzuteilende Lichtstrahl in eine größere Anzahl von Anteilen aufgeteilt werden. Auf diese Weise kann mittels eines einzigen Laserstrahls eine Mehrzahl von Löchern gleichzeitig in ein Werkstück gebohrt werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Strahlteilermittel hinsichtlich des Strahlengangs hinter dem ersten Strahlteilermittel angeordnet ist, so dass ein von diesem reflektierter Teilstrahl und/oder ein von diesem transmittierter Teilstrahl in mindestens zwei Anteile aufgeteilt werden kann. Es bieten sich somit zumindest zwei unterschiedliche Anordnungsmöglichkeiten an. Zum Einen können sämtliche Strahlteilermittel derart hintereinander angeordnet werden, dass beispielsweise jeweils immer der durch das Strahlteilermittel hindurchgetretene und nicht reflektierte Teilstrahl in jeweils zwei weitere Teilstrahlen aufgeteilt wird. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, sowohl den reflektierten als auch den transmittierten Teilstrahl durch ein zusätzliches Strahlteilermittel in zwei Teilstrahlen aufzuteilen. Entsprechend besteht natürlich auch die Möglichkeit bei unter einem Winkel zueinander durch das Strahlteilermittel transmittierten Teilstrahlen einen jeden dieser Teilstrahlen durch zusätzliche Strahlteilermittel weiter aufzuteilen.According to a preferred embodiment of the present invention, the splitting device comprises a first beam splitter means and at least a second beam splitter means, which can split the light beam to be split into at least three parts. By providing two or more beam splitter means, the light beam to be split can be divided into a larger number of parts. In this way, a plurality of holes can be drilled into a workpiece simultaneously using a single laser beam. According to the invention, it can be provided that the at least one beam splitter means is arranged behind the first beam splitter means with respect to the beam path, so that a partial beam reflected by the latter and / or a partial beam transmitted by the latter can be divided into at least two components. There are at least two different arrangement options. On the one hand, all of the beam splitting means can be arranged one behind the other such that, for example, the partial beam that has passed through the beam splitting means and is not reflected is always divided into two further partial beams. Alternatively, there is the possibility of splitting both the reflected and the transmitted partial beam into two partial beams by means of an additional beam splitter. Correspondingly, there is of course also the possibility of further dividing each of these partial beams by additional beam splitting means when the partial beams are transmitted at an angle to one another by the beam splitting means.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Aufteilungsvorrichtung ein erstes Polarisationsdrehmittel für die Drehung der Polarisation des aufzuteilenden Lichtstrahls und mindestens ein zweites Polarisationsdrehmittel für die Drehung der Polarisation der bereits aufgeteilten Teilstrahlen. Auf diese Weise lassen sich auch bei der Aufteilung des Lichtstrahles in mehr als zwei Teilstrahlen die Intensitätsverhältnisse der einzelnen Teilstrahlen vergleichsweise einfach einstellen, weil insbesondere hierbei dieAccording to a preferred embodiment of the present invention, the splitting device comprises a first polarization rotation means for rotating the polarization of the light beam to be split and at least a second polarization rotation means for rotating the polarization of the partial beams already split. In this way, even when the light beam is divided into more than two partial beams, the intensity ratios of the individual partial beams can be set comparatively easily, because in this case in particular
Aufteilungsvorrichtung derart gestaltet ist, dass durch Einstellung des mindestens einen Polarisationsdrehmittels, beziehungsweise der mindestens zwei Polarisationsdrehmittel, das Verhältnis der Intensitäten der aus der Aufteilungsvorrichtung austretenden Teilstrahlen vorgegeben werden kann. Dies hat seinen Grund darin, dass ein jedes der polarisationsselektiven Strahlteilermittel in
Abhängigkeit von der Polarisation des auf die Eintrittsfläche des Strahlteilermittels auftreffenden Lichts einen entsprechend großen Anteil beispielsweise reflektiert und einen entsprechend großen Anteil transmittiert. Insbesondere bei linearpolarisiertem Licht wird bei einer bestimmten Ausrichtung des Polarisationsvektors die Intensität des reflektierten Anteils genau der Intensität des transmittierten Anteils entsprechen. Wenn durch die Polarisationsdrehmittel der Polarisationsvektor des linearpolarisierten aufzuteilenden Lichts gedreht wird, wird dementsprechend das Verhältnis der Intensität des reflektierten Anteils zu der Intensität des transmittierten Anteils verändert.Splitting device is designed such that the ratio of the intensities of the partial beams emerging from the splitting device can be predetermined by adjusting the at least one polarization rotating means or the at least two polarization rotating means. The reason for this is that each of the polarization-selective beam splitter means in Depending on the polarization of the light incident on the entry surface of the beam splitter means, for example, reflects a correspondingly large proportion and transmits a correspondingly large proportion. In the case of linearly polarized light in particular, the intensity of the reflected portion will correspond exactly to the intensity of the transmitted portion with a specific orientation of the polarization vector. Accordingly, when the polarization rotating means rotates the polarization vector of the linearly polarized light to be divided, the ratio of the intensity of the reflected portion to the intensity of the transmitted portion is changed.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das mindestens eine Strahlteilermittel als polarisationsselektiver teildurchlässiger Spiegel ausgebildet. Ein derartiger polarisationsselektiver teildurchlässiger Spiegel kann insbesondere eine Beschichtung mit einer oder mehreren dielektrischen Schichten aufweisen, so dass Licht einer vorgegebenen Wellenlänge und einer vorgegebenen Linearpolarisation bei Auftreffen unter einem bestimmten Winkel auf die Eintrittsfläche des teildurchlässigen Spiegels in einen reflektierten und einen transmittierten Anteil aufgeteilt werden, deren Intensitäten ein vorgegebenes Verhältnis zueinander aufweisen.According to a preferred embodiment of the present invention, the at least one beam splitter means is designed as a polarization-selective, partially transparent mirror. Such a polarization-selective semitransparent mirror can in particular have a coating with one or more dielectric layers, so that light of a predefined wavelength and a predefined linear polarization when it hits a certain angle on the entrance surface of the semitransparent mirror is divided into a reflected and a transmitted component, the proportion of which Intensities have a predetermined relationship to each other.
Insbesondere ist hierbei die Normale der Eintrittsfläche des polarisationsselektiven teildurchlässigen Spiegels unter einem Winkel zu dem aufzuteilenden Lichtstrahl ausgerichtet, der im Wesentlichen dem Brewsterwinkel des Materials des teildurchlässigen Spiegels entspricht. Bei diesem Winkel ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass der transmittierte Anteil bei dem Austritt aus dem teildurchlässigen Spiegel keine Verluste erfährt.
Alternativ dazu kann auch die Normale der Eintrittsfläche des polarisationsselektiven teildurchlässigen Spiegels unter einem Winkel von 45° zu dem aufzuteilenden Lichtstrahl ausgerichtet sein. Ein Winkel von 45° kann unter Umständen deshalb von Vorteil sein, weil in diesem Fall der reflektierte Lichtstrahl zu dem aufzuteilenden Lichtstrahl einen Winkel von 90° ausbildet.In particular, the normal of the entry surface of the polarization-selective partially transparent mirror is oriented at an angle to the light beam to be divided, which essentially corresponds to the Brewster angle of the material of the partially transparent mirror. At this angle there is in particular the advantage that the transmitted portion does not experience any losses when it emerges from the partially transparent mirror. As an alternative to this, the normal of the entry surface of the polarization-selective partially transparent mirror can also be oriented at an angle of 45 ° to the light beam to be divided. An angle of 45 ° can be advantageous under certain circumstances because in this case the reflected light beam forms an angle of 90 ° to the light beam to be split.
Erfindungsgemäß kann insbesondere dabei vorgesehen sein, dass die Austrittsfläche des teildurchlässigen Spiegels entspiegelt ist, insbesondere mit einer reflektionsvermindernden Beschichtung versehen ist. Für den Fall, dass der teildurchlässige Spiegel nicht unter dem Brewsterwinkel angeordnet ist, kann durch die Entspiegelung verhindert werden, dass der transmittierte Lichtstrahl bei dem Verlassen des teildurchlässigen Spiegels Verluste erfährt.According to the invention, it can in particular be provided that the exit surface of the partially transparent mirror is anti-reflective, in particular provided with a reflection-reducing coating. In the event that the semitransparent mirror is not arranged under the Brewster angle, the antireflection coating can prevent the transmitted light beam from experiencing losses when it leaves the semitransparent mirror.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das mindestens eine Strahlteilermittel als Polarisationswürfel ausgebildet. Polarisationswürfel sind hinlänglich bekannt und bieten eine effektive Möglichkeit, einen Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen aufzuteilen, deren Linearpolarisation senkrecht zueinander orientiert ist. Weiterhin bietet die Aufteilung durch einen Polarisationswürfei den Vorteil, dass der aufzuteilende Lichtstrahl und der reflektierte Teilstrahl sowie der reflektierte und der transmittierte Teilstrahl jeweils einen Winkel von 90° miteinander einschließen.According to an alternative embodiment of the present invention, the at least one beam splitter means is designed as a polarization cube. Polarization cubes are well known and offer an effective way of dividing a light beam into two partial beams, the linear polarization of which is oriented perpendicular to one another. Furthermore, the division by means of a polarization throw has the advantage that the light beam to be split and the reflected partial beam as well as the reflected and the transmitted partial beam each form an angle of 90 ° with one another.
Erfindungsgemäß kann weiterhin vorgesehen sein, dass das mindestens eine Polarisationsdrehmittel als Halbwellenlängenplättchen ausgebildet ist. Ein Halbwellenlängenplättchen besteht beispielsweise aus doppelbrechendem Material wie zum Beispiel Quarz und stellt eine einfache und zuverlässige Möglichkeit der Drehung der Linearpolarisation eines Lichtstrahls dar. Durch Drehung des
Plättchens um die Ausbreitungsrichtung lässt sich der Drehwinkel der Polarisation und damit das Teilungsverhältnis an dem Strahlteilermittel einstellen. Alternativ dazu können zwei Viertelwellenlängenplättchen oder aber auch Kompensatoren wie beispielsweise Babinetkompensatoren verwendet werden. Als Polarisationsdrehmittel können alternativ dazu auch optisch aktive Materialien geeigneter Dicke verwendet werden. Hierbei ist der Drehwinkel durch die Materialdicke fest vorgegeben.According to the invention, it can further be provided that the at least one polarization rotating means is designed as a half-wave plate. A half-wave plate consists, for example, of birefringent material such as quartz and represents a simple and reliable possibility of rotating the linear polarization of a light beam. By rotating the The angle of rotation of the polarization and thus the division ratio on the beam splitter means can be adjusted in the plate around the direction of propagation. Alternatively, two quarter-wave plates or compensators such as Babinet compensators can be used. Alternatively, optically active materials of suitable thickness can also be used as the polarization rotating means. The angle of rotation is fixed by the material thickness.
Für un- oder teilpolarisiertes Licht lässt sich die Polarisationsrichtung naturgemäß nur bedingt einstellen. Ein erstes Polarisieren des Strahlteilermittels erzeugt hieraus aber polarisierte Teilstrahlen, die wie oben beschrieben weiter aufgeteilt werden können. Unpolarisiertes Licht wird am ersten Strahlteilermittel in nahezu gleich intensive Teilstrahlen aufgeteilt. Für teilpolarisiertes Licht lässt sich mit einem Polarisationsdrehmittel vor dem ersten polarisierenden Strahlteilermittel die Polarisationsrichtung und damit das Teilungsverhältnis in einem durch den Polarisationsgrad bestimmten Bereich einstellen. Insbesondere können auf diese Weise gleich intensive Teilstrahlen erzeugt werden.For unpolarized or partially polarized light, the direction of polarization can naturally only be set to a limited extent. A first polarization of the beam splitter means, however, produces polarized partial beams which can be further divided as described above. Unpolarized light is divided into almost equally intense partial beams at the first beam splitter. For partially polarized light, the polarization direction and thus the division ratio can be set in a range determined by the degree of polarization using a polarization rotating means in front of the first polarizing beam splitter means. In particular, equally intense partial beams can be generated in this way.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass Mittel für die Einkopplung der Teilstrahlen in Lichtleitfasern vorgesehen sind.According to the invention, it can be provided that means are provided for coupling the partial beams into optical fibers.
Erfindungsgemäß kann weiterhin vorgesehen sein, dass das mindestens eine Strahlteilermittel und das mindestens eine Polarisationsdrehmittel in einem Bauteil realisiert sind. Beispielsweise kann die Austrittsfläche des Polarisationsdrehmittels mit einer polarisationsselektiven Beschichtung versehen sein, die als Strahlteiler wirkt. Auf diese Weise kann der Fertigungsaufwand minimiert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigenAccording to the invention, it can further be provided that the at least one beam splitter means and the at least one polarization rotating means are implemented in one component. For example, the exit surface of the polarization rotating means can be provided with a polarization-selective coating, which acts as a beam splitter. In this way, the manufacturing effort can be minimized. Further features and advantages of the present invention will become clear from the following description of preferred exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Show in it
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erstenFig. 1 is a schematic side view of a first
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufteilungsvorrichtung;Embodiment of a dividing device according to the invention;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufteilungsvorrichtung;2 shows a schematic side view of a second embodiment of a splitting device according to the invention;
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufteilungsvorrichtung;3 shows a schematic side view of a third embodiment of a splitting device according to the invention;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufteilungsvorrichtung.Fig. 4 is a schematic side view of a fourth embodiment of a splitting device according to the invention.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass die darin abgebildete Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufteilungsvorrichtung zwei Strahlteilermittel 1 , 2 und zwei Polarisationsdrehmittel 3, 4 umfasst. Die Strahlteilermittel 1 , 2 sind derart ausgebildet, dass sie polarisationsselektiv auf sie einfallendes Licht reflektieren beziehungsweise hindurchtreten lassen. Die Strahlteilermittel 1 , 2 können beispielsweise als polarisationsselektive teildurchlässige Spiegel, insbesondere mit einer entsprechenden dielektrischen Beschichtung, oder als Polarisationswürfel ausgebildet sein. Die Polarisationsdrehmittel 3, 4 können beispielsweise als
Halbwellenlängenplättchen, optisch aktive Kristalle oder als Kompensatoren oder dergleichen ausgebildet sein.1 that the embodiment of a splitting device according to the invention shown therein comprises two beam splitter means 1, 2 and two polarization rotating means 3, 4. The beam splitter means 1, 2 are designed in such a way that they reflect or pass light incident on them in a polarization-selective manner. The beam splitter means 1, 2 can be designed, for example, as polarization-selective, partially transparent mirrors, in particular with a corresponding dielectric coating, or as polarization cubes. The polarization rotation means 3, 4 can, for example, as Half-wave plates, optically active crystals or as compensators or the like.
Bei der in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsform soll der aus einer Glasfaser 5 austretende Lichtstrahl 6 in einzelne Teilstrahlen 6a, 6c, 6d aufgespalten werden, die beispielsweise eine gleichgroße Intensität aufweisen. Zu diesem Zweck wird der aus der Glasfaser 5 austretende Lichtstrahl 6 beispielsweise von einer Linse 7 kollimiert.In the embodiment shown in FIG. 1, the light beam 6 emerging from a glass fiber 5 is to be split into individual partial beams 6a, 6c, 6d, which for example have the same intensity. For this purpose, the light beam 6 emerging from the glass fiber 5 is collimated, for example, by a lens 7.
Der aus der Lichtleitfaser 5 austretende Lichtstrahl 6 kann bei dem in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel zumindest teilweise linear polarisiert sein. Dies wird in der Regel dann der Fall sein, wenn der Lichtstrahl 6 von einem Laser erzeugt wird und die Polarisation in der Lichtleitfaser 5 beibehalten wird. Der kollimierte Lichtstrahl 6 tritt nach Hindurchtritt durch die Linse 7 durch das erste Polarisationsdrehmittel 3 hindurch. Durch dieses Polarisationsdrehmittel 3 kann die zumindest teilweise Linearpolarisation des Lichtstrahles 6 beliebig gedreht werden.The light beam 6 emerging from the optical fiber 5 can be at least partially linearly polarized in the exemplary embodiment shown in FIG. 1. This will usually be the case when the light beam 6 is generated by a laser and the polarization in the optical fiber 5 is maintained. After passing through the lens 7, the collimated light beam 6 passes through the first polarization rotating means 3. By means of this polarization rotating means 3, the at least partially linear polarization of the light beam 6 can be rotated as desired.
Nach Hindurchtritt durch das erste Polarisationsdrehmittel 3 trifft der aufzuteilende Lichtstrahl 6 auf das erste Strahlteilermittel 1 . Dieses ist in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel so ausgerichtet, dass der Winkel zwischen dem Lot auf der Eintrittsfläche und dem auf dieser Eintrittsfläche auftreffenden Lichtstrahl 6 etwa dem Brewsterwinkel des Materials des ersten Strahlteilermittels 1 entspricht. Dies sind bei dem in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel etwa 56°. An der Eintrittsfläche des ersten Strahlteilermittels 1 wird ein Anteil des Lichtstrahles 6 reflektiert in einen Teilstrahl 6a. Ein anderer Anteil des Lichtstrahles 6, der eine zu dem reflektierten Anteil senkrechte Linearpolarisation aufweist, tritt durch das erste Strahlteilermittel 1 hindurch und verlässt dieses als Teilstrahl 6b. Aufgrund der Anordnung des Strahlteilermittels 1 unter dem Brewsterwinkel
ergeben sich bei dem Austritt des Teilstrahls 6b keine Reflektionsverluste.After passing through the first polarization rotating means 3, the light beam 6 to be split strikes the first beam splitting means 1. In the exemplary embodiment shown, this is oriented such that the angle between the solder on the entry surface and the light beam 6 incident on this entry surface approximately corresponds to the Brewster angle of the material of the first beam splitter means 1. In the embodiment shown in FIG. 1, this is approximately 56 °. At the entry surface of the first beam splitter means 1, a portion of the light beam 6 is reflected into a partial beam 6a. Another part of the light beam 6, which has a linear polarization perpendicular to the reflected part, passes through the first beam splitter means 1 and leaves it as a partial beam 6b. Because of the arrangement of the beam splitter means 1 at the Brewster angle there are no reflection losses when the partial beam 6b emerges.
Der reflektierte Teilstrahl 6a kann durch eine weitere Linse 8 in eine Glasfaser 1 1 eingekoppelt werden. Der durch das erste Strahlerteilermittel 1 hindurchgetretene Teilstrahl 6b tritt durch das zweite Polarisationsdrehmittel 4 hindurch und trifft daran anschließend auf das zweite Strahlteilermittel 2. Das zweite Strahlteilermittel 2 ist wie das erste Strahlteilermittel 1 derart angeordnet, dass der Teilstrahl 6b unter einem Brewsterwinkel auf die Eintrittsfläche des zweiten Strahlteilermittels 2 auftrifft. Entsprechend wird ein erster Anteil des Teilstrahles 6b in einen reflektierten Teilstrahl 6c überführt und ein zweiter Anteil, der zu dem ersten Anteil eine um 90° gedrehte Linearpolarisation aufweist, tritt als Teilstrahl 6d durch das zweite Strahlteilermittel 2 hindurch. Der Teilstrahl 6d erfährt wiederum aufgrund der Ausrichtung unter dem Brewsterwinkel keine Verluste bei dem Austritt aus dem zweiten Strahlteilermittel 2.The reflected partial beam 6a can be coupled into a glass fiber 11 by a further lens 8. The partial beam 6b which has passed through the first beam splitter means 1 passes through the second polarization rotating means 4 and then hits the second beam splitter means 2. Like the first beam splitter means 1, the second beam splitter means 2 is arranged in such a way that the partial beam 6b is incident on the entrance surface of the beam at a Brewster angle second beam splitter means 2 strikes. Correspondingly, a first part of the partial beam 6b is converted into a reflected partial beam 6c and a second part, which has a linear polarization rotated by 90 ° with respect to the first part, passes through the second beam splitter means 2 as a partial beam 6d. The partial beam 6d in turn experiences no losses when it emerges from the second beam splitter means 2 due to the alignment at the Brewster angle.
Die Teilstrahlen 6c und 6d können durch weitere Linsen 9, 10 in weitere Glasfasern 12, 13 eingekoppelt werden.The partial beams 6c and 6d can be coupled into further glass fibers 12, 13 by further lenses 9, 10.
Durch entsprechende Drehung der Polarisationsdrehmittel 3, 4 kann bei linearpolarisiertem aufzuteilendem Lichtstrahl 6 beispielsweise erreicht werden, dass die Intensitäten der Teilstrahlen 6a, 6c, 6d gleich groß sind. Weiterhin können die Intensitäten der Teilstrahlen 6a, 6c, 6d durch entsprechende Einstellungen der Polarisationsdrehmittel 3, 4 in beliebige Verhältnisse zueinander gesetzt werden. Beispielsweise kann erreicht werden, dass die Intensitäten der Teilstrahlen 6c, 6d gleich groß sind, wohingegen die Intensität des Teilstrahls 6a so groß ist wie die Intensität der Teilstrahlen 6c, 6d zusammen.
Erfindungsgemäß besteht weiterhin die Möglichkeit, mehrere zusätzliche Polarisationsdrehmittel und Strahlteilermittel in Strahlrichtung hinter dem zweiten Strahlteilermittel 2 in den Teilstrahl 6d und entsprechende aus diesem hervorgehende Teilstrahlen einzusetzen. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, in die Teilstrahlen 6a und 6c weitere Polarisationsdrehmittel und Strahlteilermittel einzubringen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der aufzuteilende Lichtstrahl 6 nicht oder nur wenig linear polarisiert ist, wie das bei Multimodefasern häufig der Fall ist. Dann kann durch Einstellung des Polarisationsdrehmittels 3 keine Veränderung des Verhältnisses der Intensitäten der Teilstrahlen 6a und 6b herbeigeführt werden, weil diese dann in der Regel gleich intensiv sind. In diesem Fall ist insbesondere eine Anordnung sinnvoll, wie sie nachfolgend zu Fig. 3 beschrieben wird.With a corresponding rotation of the polarization rotating means 3, 4 it can be achieved, for example, in the case of a linearly polarized light beam 6 to be split that the intensities of the partial beams 6a, 6c, 6d are of the same size. Furthermore, the intensities of the partial beams 6a, 6c, 6d can be set in any desired relationship to one another by appropriate settings of the polarization rotating means 3, 4. For example, it can be achieved that the intensities of the partial beams 6c, 6d are of the same size, whereas the intensity of the partial beam 6a is as large as the intensity of the partial beams 6c, 6d together. According to the invention, there is also the possibility of using a plurality of additional polarization rotating means and beam splitting means in the beam direction behind the second beam splitting means 2 in the partial beam 6d and corresponding partial beams resulting therefrom. Furthermore, there is also the possibility of introducing further polarization rotating means and beam splitting means into the partial beams 6a and 6c. This is particularly useful if the light beam 6 to be split is not or only slightly linearly polarized, as is often the case with multimode fibers. Then, by adjusting the polarization rotating means 3, no change in the ratio of the intensities of the partial beams 6a and 6b can be brought about because these are then usually of the same intensity. In this case, an arrangement as described below in relation to FIG. 3 is particularly useful.
Aus Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufteilungsvorrichtung ersichtlich, bei der drei Strahlteilermittel 13, 14, 15 und drei Polarisationsdrehmittel 16, 17, 18 vorgesehen sind. Diese Strahlteilermittel 13, 14, 15 dienen zur Aufteilung eines Lichtstrahls 19, der in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel als kollimierter Laserstrahl ausgebildet ist. Nach Hindurchtritt durch das erste Polarisationsdrehmittel 16 wird der Laserstrahl 19 durch das erste Strahlteilermittel 13 in zwei Teilstrahlen 19a, 19b aufgeteilt. Die Aufteilung geschieht dabei analog zur Aufteilung des Lichtstrahles 6 in die Teilstrahlen 6a und 6b durch das erste Strahlteilermittel 1 gemäß Fig. 1 . Insbesondere sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 auch die Strahlteilermittel 13, 14, 15 unter einem Brewsterwinkel zu den einfallenden Lichtstrahlen 19 beziehungsweise Teilstrahlen 19b, 19d ausgerichtet.2 shows a further embodiment of a splitting device according to the invention, in which three beam splitter means 13, 14, 15 and three polarization rotating means 16, 17, 18 are provided. These beam splitter means 13, 14, 15 serve to split a light beam 19, which in the exemplary embodiment shown is designed as a collimated laser beam. After passing through the first polarization rotating means 16, the laser beam 19 is divided into two partial beams 19a, 19b by the first beam splitting means 13. The division takes place analogously to the division of the light beam 6 into the partial beams 6a and 6b by the first beam splitter means 1 according to FIG. 1. In particular, in the exemplary embodiment according to FIG. 2, the beam splitter means 13, 14, 15 are also aligned at a Brewster angle to the incident light beams 19 or partial beams 19b, 19d.
Der durch das erste Strahlteilermittel 13 hindurchgetretene Teilstrahl 19b tritt durch das zweite Polarisationsdrehmittel 17 und wird daran
anschließend von dem zweiten Strahlteilermittel 14 in zwei Teilstrahlen 19c und 19d aufgespalten. Der durch das zweite Strahlteilermittel 14 hindurchgetretene Teilstrahl 19d tritt durch das dritte Polarisationsdrehmittel 18 und wird daran anschließend von dem dritten Strahlteilermittel 15 in zwei Teilstrahlen 19e, 19f aufgeteilt.The partial beam 19b which has passed through the first beam splitting means 13 passes through the second polarization rotating means 17 and becomes thereon then split by the second beam splitter means 14 into two partial beams 19c and 19d. The partial beam 19d which has passed through the second beam splitting means 14 passes through the third polarization rotating means 18 and is then subsequently divided into two partial beams 19e, 19f by the third beam splitting means 15.
Es besteht wiederum die Möglichkeit, durch entsprechende Einstellung der Polarisationsdrehmittel 16, 17, 18 die Intensitätsverhältnisse der Teilstrahlen 19a, 19c, 19e, 19f zueinander beliebig zu wählen. Beispielsweise besteht insbesondere die Möglichkeit, die Intensitäten der Teilstrahlen 19a, 19c, 19e, 19f sämtlich gleich groß zu wählen.Again, there is the possibility of arbitrarily selecting the intensity ratios of the partial beams 19a, 19c, 19e, 19f to one another by appropriately adjusting the polarization rotating means 16, 17, 18. For example, there is in particular the possibility of selecting the intensities of the partial beams 19a, 19c, 19e, 19f all of the same size.
Erfindungsgemäß besteht natürlich die Möglichkeit, bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 in den einzelnen Teilstrahlen, beispielsweise in dem Teilstrahl 19f ein weiteres Polarisationsdrehmittel und ein weiteres Strahlteilermittel anzuordnen, so dass der Teilstrahl 19f wiederum in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird. Insbesondere besteht die Möglichkeit, beliebig viele Polarisationsdrehmittel und Strahlteilermittel hintereinander anzuordnen, so dass der Lichtstrahl 19 in beliebig viele Teilstrahlen aufgeteilt werden kann.According to the invention, there is of course the possibility in the embodiment according to FIG. 2 to arrange a further polarization rotation means and a further beam splitting means in the individual partial beams, for example in the partial beam 19f, so that the partial beam 19f is again divided into two partial beams. In particular, there is the possibility of arranging any number of polarization rotating means and beam splitting means one behind the other, so that the light beam 19 can be divided into any number of partial beams.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel abgebildet, das im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 entspricht. Auch hier sind beispielhaft drei Strahlteilermittel 20, 21 , 22 und drei Polarisationsdrehmittel 23, 24, 25 vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 soll ebenfalls ein kollimierter Laserstrahl 26 in einzelne Teilstrahlen 26c, 26d, 26e, 26f aufgeteilt werden. An dem ersten Strahlteilermittel 20 findet eine Aufteilung in einen reflektierten Teilstrahl 26a und in einen transmittierten
Teilstrahl 26b statt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind jedoch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sowohl in dem Strahlengang des reflektierten Teilstrahls 26a als auch in dem Strahlengang des transmittierten Teilstrahls 26b jeweils ein Polarisationsdrehmittel 24, 25 und ein Strahlteilermittel 21 , 22 vorgesehen. Auf diese Weise wird der reflektierte Teilstrahl 26a in zwei Teilstrahlen 26c, 26d aufgeteilt, wohingegen der transmittierte Teilstrahl 26b in zwei Teilstrahlen 26e und 26f aufgeteilt wird.3 shows an exemplary embodiment which essentially corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 2. Three beam splitter means 20, 21, 22 and three polarization rotating means 23, 24, 25 are also provided here by way of example. In the exemplary embodiment in FIG. 3, a collimated laser beam 26 is likewise to be divided into individual partial beams 26c, 26d, 26e, 26f. The first beam splitter means 20 is divided into a reflected partial beam 26a and a transmitted one Partial beam 26b instead. In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 2, however, in the exemplary embodiment according to FIG. 3, a polarization rotating means 24, 25 and a beam splitting means 21, 22 are provided both in the beam path of the reflected partial beam 26a and in the beam path of the transmitted partial beam 26b. In this way, the reflected partial beam 26a is divided into two partial beams 26c, 26d, whereas the transmitted partial beam 26b is divided into two partial beams 26e and 26f.
Eine derartige Anordnung erweist sich insbesondere bei einem nicht polarisierten aufzuteilenden Lichtstrahl 26 als vorteilhaft. In diesem Fall sind die Intensitäten der von dem ersten Strahlteilermittel 20 aufgeteilten Teilstrahlen 26a, 26b gleich groß, weil das Licht einer ersten Linearpolarisation reflektiert wird und das Licht einer dazu senkrechten zweiten Linearpolarisation transmittiert wird, und weil gleichzeitig das unpolarisierte Licht von diesen beiden willkürlich herausgegriffenen Linearpolarisationen gleichgroße Anteile umfasst. Durch die entsprechende Einstellung des zweiten Polarisationsdrehmittels 24 und des dritten Polarisationsdrehmittels 25 lassen sich trotzdem noch die Intensitäten der Teilstrahlen 26c, 26d, 26e, 26f entsprechend zueinander einstellen.Such an arrangement proves to be particularly advantageous in the case of a non-polarized light beam 26 to be split. In this case, the intensities of the partial beams 26a, 26b split by the first beam splitter means 20 are the same because the light from a first linear polarization is reflected and the light from a second linear polarization perpendicular to it is transmitted, and at the same time the unpolarized light is picked out arbitrarily by these two Linear polarizations includes equally large portions. The intensities of the partial beams 26c, 26d, 26e, 26f can nevertheless be set correspondingly to one another by the corresponding setting of the second polarization rotation means 24 and the third polarization rotation means 25.
Es besteht erfindungsgemäß durchaus die Möglichkeit, zusätzlich zu den in Fig. 3 abgebildeten Strahlteilermitteln 20, 21 , 22 beziehungsweise zusätzlich zu den in Fig. 3 abgebildeten Polarisationsdrehmitteln 23, 24, 25 zusätzliche Strahlteilermittel und Polarisationsdrehmittel in den einzelnen Teilstrahlen 26c, 26d, 26e, 26f anzuordnen, um diese unter Umständen weiter aufzuteilen. Weiterhin besteht natürlich auch die Möglichkeit, eine in Fig. 3 abgebildete Anordnung für aus einer Lichtleitfaser austretende zu kollimierende Lichtstrahlen entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zu verwenden.
ln Fig. 4 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufteilungsvorrichtung abgebildet, die beispielhaft zwei Strahlteilermittel 27, 28 und zwei Polarisationsdrehmittel 29, 30 umfasst. Diese teilen zusammen einen beispielsweise als kollimierten Laserstrahl ausgeführten Lichtstrahl 31 in Teilstrahlen 31 a, 31 c, 31 d auf. Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 die Strahlteilermittel 27, 28 jedoch nicht unter einem Brewsterwinkel zu dem einfallenden Lichtstrahl 31 beziehungsweise 31 b ausgerichtet, sondern unter einem Winkel von 45°. Dieser Winkel kann aufgrund der jeweils erfolgenden Reflektion der reflektierten Steilstrahlen 31 a, 31 c unter einem Winkel von 90° für verschiedene Anwendungen Vorteile bieten. Um Verluste der durch die Strahlteilermittel 27, 28 hindurchtretenden Teilstrahlen 31 b, 31 d bei dem Austritt zu verhindern, können bei einer derartigen Anordnung die in Fig. 4 auf der rechten Seite angeordneten Austrittsflächen der Strahlteilermittel 27, 28 entspiegelt sein, beispielsweise durch eine entsprechende reflexionsvermindernde Beschichtung.According to the invention, there is definitely the possibility, in addition to the beam splitter means 20, 21, 22 shown in FIG. 3 or in addition to the polarization rotating means 23, 24, 25 shown in FIG. 3, additional beam splitter means and polarization rotating means in the individual partial beams 26c, 26d, 26e, 26f in order to divide them up under certain circumstances. Furthermore, there is of course also the possibility of using an arrangement shown in FIG. 3 for light beams to be collimated emerging from an optical fiber in accordance with the embodiment according to FIG. 1. 4 shows an embodiment of a splitting device according to the invention, which comprises two beam splitter means 27, 28 and two polarization rotating means 29, 30 by way of example. These divide together a light beam 31, for example a collimated laser beam, into partial beams 31 a, 31 c, 31 d. In contrast to the embodiments according to FIGS. 1 to 3, in the embodiment according to FIG. 4, however, the beam splitter means 27, 28 are not oriented at a Brewster angle to the incident light beam 31 or 31 b, but at an angle of 45 °. Because of the reflection of the reflected steep rays 31 a, 31 c at an angle of 90 °, this angle can offer advantages for various applications. In order to prevent losses of the partial beams 31b, 31d passing through the beam splitter means 27, 28 at the exit, in such an arrangement the exit surfaces of the beam splitter means 27, 28 arranged on the right in FIG. 4 can be anti-reflective, for example by a corresponding one anti-reflective coating.
Es besteht erfindungsgemäß natürlich die Möglichkeit, auch bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 oder bei den im Zusammenhang mit Fig. 1 bis Fig. 3 beschriebenen Variationen die Strahlteilermittel 1 , 2, 13, 14, 15, 20, 21 , 22 unter einem Winkel von 45° zu den einfallenden Lichtstrahlen beziehungsweise Teilstrahlen oder auch unter einem beliebigen anderen Winkel anzuordnen.
According to the invention, there is of course the possibility, also in the embodiments according to FIGS. 1 to 3 or in the variations described in connection with FIGS. 1 to 3, the beam splitter means 1, 2, 13, 14, 15, 20, 21, 22 to be arranged at an angle of 45 ° to the incident light beams or partial beams or at any other angle.