WO2009027141A1 - Zündeinrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2009027141A1
WO2009027141A1 PCT/EP2008/058971 EP2008058971W WO2009027141A1 WO 2009027141 A1 WO2009027141 A1 WO 2009027141A1 EP 2008058971 W EP2008058971 W EP 2008058971W WO 2009027141 A1 WO2009027141 A1 WO 2009027141A1
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laser light
light source
laser
fibers
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PCT/EP2008/058971
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Werner Herden
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
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    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
    • G02B6/4203—Optical features
    • G—PHYSICS
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar

Definitions

  • the invention relates to a laser light source comprising a semiconductor laser chip which has a plurality of emitter emitting laser light, and a light guide device.
  • a laser light source is already known, which is also referred to as a laser diode bar.
  • an optical device is associated with the laser diode bar, which has inter alia a coupling prism and a decoupling prism and, overall, a very complicated structure.
  • a laser light source comprising a plurality of emitters and / or emitter groups which provide laser light for optically pumping a laser device and with a light guide device, wherein the light guide device transmits the laser light from the laser light source to the laser device, achieved in that the light guide device more Having fibers, and that each emitter or each emitter group is associated with an input portion of a fiber of the optical fiber device.
  • the fibers of the optical waveguide device are arranged directly in front of an emitter or an emitter group of the laser light source. This also contributes to the reduction of the scattering losses and thus to the improvement of the overall efficiency and of the optical waveguide device.
  • the inventive assignment of the fibers of the light guide device to the emitters and / or emitter groups is inventively achieved in that the fibers are fixed at their input portions in grooves, in particular V-grooves, a support structure, and that a distance of the grooves from each other a distance of the emitter or Emitter groups of each other.
  • This carrier structure ensures that the input sections of the fibers can be positioned directly and precisely in front of the assigned emitters or emitter groups. Since these support structures can be manufactured with great precision and also the positioning of the emitter and emitter groups in a semiconductor laser chip with very high precision takes place, the scattering loss during the transition of the pump light from the emitters into the optical waveguide device can be further reduced.
  • a cross-section of the fibers essentially corresponds to an outlet cross-section of the emitter or an emitter group.
  • a plurality of emitters are combined to form an emitter group, preferably in the form of so-called nanostacks.
  • a nanostack comprises a plurality of emitters arranged vertically one above the other, typically having a width of 100 ⁇ m and a height of 1 ⁇ m, whose vertical spacing is frequently in the range of a few micrometers ( ⁇ m).
  • an emitter group has an approximately square outlet cross section and the associated fiber has a circular or a square cross section.
  • the outer diameter of the fibers approximately corresponds to the circumference around the exit surface of the emitter group.
  • the emitters have a line-shaped outlet surface for the pump light, it has proved to be advantageous if the fibers assigned to these emitters have a substantially elliptical cross section at their input section.
  • the laser light source according to the invention can be used particularly preferably in an ignition device for an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle.
  • Figure 1 a is a schematic representation of an internal combustion engine with a laser-based ignition device
  • Figure Ib is a schematic representation of the ignition device of Figure 1;
  • Figure 2 is a schematic plan view of a laser light source according to the invention of the ignition device of Figure 2;
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a laser light source
  • Figure 4 is a schematic side view of a first embodiment of the laser light source according to the invention.
  • FIG. 5a and b a second embodiment of the laser light source according to the invention.
  • FIG. 1a An internal combustion engine carries in FIG. 1a overall the reference numeral 10. It can be used to drive a motor vehicle, not shown.
  • the internal combustion engine 10 comprises a plurality of cylinders, of which only one is designated by the reference numeral 12 in FIG.
  • a combustion chamber 14 of the cylinder 12 is limited by a piston 16.
  • Fuel enters the combustion chamber 14 directly through an injector 18, which is connected to a designated also as a rail fuel pressure accumulator 20.
  • fuel 22 is ignited by means of a laser pulse 24 which is emitted by a laser device 26 comprehensive ignition 27 into the combustion chamber 14.
  • the laser device 26 is fed via a light guide device 28 with a pumping light, which is provided by a pumping light source 30.
  • the pumping light source 30 is controlled by a control unit 32, which also controls the injector 18.
  • the pumping light source 30 feeds a plurality of optical fiber devices 28 for different laser devices 26, which are each assigned to a cylinder 12 of the internal combustion engine 10.
  • the pumping light source 30 has a plurality of individual laser light sources 340, which are connected to a pulse power supply 36.
  • a "stationary" distribution of pump light to the various laser devices 26 is realized, so that no optical distributors or the like are required between the pump light source 30 and the laser devices 26.
  • the laser device 26 has, for example, a laser-active solid 44 with a passive Q-switching circuit 46, which forms an optical resonator together with a coupling-in mirror 42 and an output mirror 48.
  • the laser device 26 Upon application of a pumping light generated by the pumping light source 30, the laser device 26 generates a laser pulse 24 in a manner known per se, which is focused by focusing optics 52 onto an ignition point ZP located in the combustion chamber 14 (FIG.
  • the components present in the housing 38 of the laser device 26 are separated from the combustion chamber 14 by a combustion chamber window 58.
  • the laser light source 340 has a plurality of emitter 342 emitting laser light whose laser light is used as pump light 60 for optically pumping the laser device 26 (FIG of the laser-active solid 44 arranged therein and accordingly coupled into the optical waveguide device 28.
  • FIG. 3 A schematic side view of the laser light source 340 according to the invention is shown in FIG.
  • the laser light source 340a according to the invention advantageously has two cooling elements 345a, 345b, which, as shown in FIG. 3, are connected in good heat-conducting manner to opposing surfaces 341 ', 341 "of the semiconductor laser chip 341.
  • the connection of the semiconductor laser chip 341 with the cooling elements 345a, 345b can be done for example by means of a solder joint 346 or by pressing or the like.
  • the line-shaped emitters 342 are arranged in a so-called laser-stack configuration and form a plurality of emitter groups 343. Due to the small height of a single emitter 342 and the associated relatively large fast-axis divergence, this results the above-described stack arrangement of the emitter 342 to emitter groups 343 a rectangular or even square light exit surface at each emitter group 343. Thus, a more efficient coupling of the laser light generated by the emitters 342 in a downstream optical component such as the optical fiber device 28 is possible. For reasons of clarity, not all emitters are provided with the reference numeral 342 in FIG. In particular, no complex coupling optics known from conventional systems is required, but rather a direct coupling of the laser light from the emitter groups 343 may be advantageous
  • Laser light source 340 in the light guide device 28 done. As a result not only is the complexity of the arrangement reduced, but also the losses occurring in a coupling optics are avoided.
  • Aufgrand the efficient cooling by the inventive arrangement of the cooling elements 345a, 345b is further given an increased temperature stability of the semiconductor laser chip 341 and thus a corresponding wavelength stability of the laser light source 340 generated by the laser light.
  • FIG. 4 shows a first Ausdusangsbeispiel a laser light source according to the invention is greatly simplified and shown schematically.
  • three emitter groups 343, each with three emitters 342 (so-called 3-nanostacks) in the direction of their longitudinal axis (not shown) are arranged side by side.
  • a distance of the emitters 342 from one another in the direction of their longitudinal axis is designated in FIG. 4 by A h .
  • a fiber 64 of the optical waveguide device 28 is associated with each emitter 342 or each emitter dummy 343.
  • three emitters 342 and correspondingly three fibers 64 are shown. These three fibers 64 are combined in a light guide device 28. It goes without saying that the number of emitters 342 and fibers 64 has been kept low for reasons of clarity and clarity. With laser light sources running, the number of emitters, and consequently the number of fibers 64, is much greater.
  • the fibers 64 are elliptical at their input section. This elliptical cross section in the input section of the fibers 64 is advantageous when the emitters 342 and emitter clusters 343 have a line-shaped or rectangular light-emitting surface. For then, with a comparatively small cross section of the fibers 64, the entire pump light emitted by the emitters 342 can be collected.
  • the fibers 64 are fixed in a support structure 66 at its input portion.
  • This support structure 66 has a plurality of V-grooves 68, which serve to receive the fibers 64 of the optical waveguide device 28.
  • the distance of the V-grooves 68 from each other is the same size as the horizontal distance of the emitter 342 from each other.
  • FIG. 5a schematically illustrates another embodiment of a laser light source 340.
  • Auslanderangsbeispiel are a total of 4 times 6 Emittergrappen 343 available.
  • Each 6 emitter clusters 343 supply a laser device 26 (see FIG. 1) with pump light.
  • the emitter groups 343 are each formed by a plurality of line-shaped emitters arranged one above the other
  • FIG. 5 a the light guide device 28 belonging to the laser light source 340 is not shown.
  • FIG. 5b shows the laser light source 340 from FIG. 5, wherein additionally the fibers 64 and the carrier structures 66 are shown.
  • six emitter groups 343 each supply a light guide device 28 with the pump light of the laser light source 340.
  • the fibers 64 of the light guide devices 28 are positioned by support structures 66 with V grooves 68 so that they directly and immediately in front of the Light exit surface of the emitter groups 343 are arranged.
  • the fibers 64 Since the light exit surface of the emitter groups 343 is approximately square, the fibers 64 have a circular cross-section. This ensures that the entire pumped light stream emitted by the emitter groups 343 is transferred into the fibers 64 and, on the other hand, that the cross section of the fibers 64 is only slightly larger than the light exit surface of the associated emitter groups 343.
  • a further improvement in the utilization of the cross section of the fibers 64 can be achieved in that the fibers 64 are deformed quadratically in the region of their input section. This is illustrated in the right-hand part of FIG. 5b by way of example for six emitter groups 343. In this case, the grooves 68 have a U-shaped cross section.
  • the laser light source according to the invention can generally be advantageously used in laser-based ignition systems of internal combustion engines 10, e.g. of motor vehicles or even in stationary engines used.
  • internal combustion engines 10 e.g. of motor vehicles or even in stationary engines used.
  • inventively optimized cooling due to the high achievable output power, which is made possible by the inventively optimized cooling, other applications conceivable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserlichtquelle (340, 340a, 340b, 340c, 340d, 340e) umfassend mehrere Emitter (342) und/oder Emittergruppen (343), die Laserlicht zum optischen Pumpen einer Lasereinrichtung bereitstellt, und mit einer Lichtleitereinrichtung, wobei die Lichtleitereinrichtung das Laserlicht von der Laserlichtquelle zu einer Lasereinrichtung überträgt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Fasern (64) der Lichtleitereinrichtung (28) den Emittern oder Emittergruppen (343) direkt zugeordnet sind, so dass die Verluste an Pumplicht beim Übergang von den Emittergruppen (343) in die Fasern (64) der Lichtleitereinrichtung (28) minimiert werden.

Description

Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Laserlichtquelle umfassend einen Halbleiterlaserchip, der mehrere Laserlicht abstrahlende Emitter aufweist, und eine Lichtleitereinrichtung.
Aus der DE 10 2004 016 835 Al ist bereits eine Laserlichtquelle bekannt, die auch als Laserdiodenbarren bezeichnet wird. Um einen von dem Laserdiodenbarren abgestrahlten Laserstrahl aufzubereiten, ist dem Laserdiodenbarren eine optische Vorrichtung zugeordnet, die unter anderem ein Einkoppelprisma und ein Auskoppelprisma und insgesamt eine sehr aufwendige Struktur aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserlichtquelle der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sie vielseitig einsetzbar ist und die Verluste bei der Übertragung des Pumplichts von einem Halbleiterlaserchip in eine Lichtleitereinrichtung zu verringern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Laserlichtquelle, umfassend mehrere Emitter und/oder Emittergruppen, die Laserlicht zum optischen Pumpen einer Lasereinrichtung bereitstellen, und mit einer Lichtleitereinrichtung, wobei die Lichtleitereinrichtung das Laserlicht von der Laserlichtquelle zu der Lasereinrichtung überträgt, dadurch gelöst, dass die Lichtleitereinrichtung mehrere Fasern aufweist, und dass jedem Emitter oder jeder Emittergruppe ein Eingangsabschnitt einer Faser der Lichtleitereinrichtung zugeordnet ist. Durch diese direkte Zuordnung von Emittern beziehungsweise Emittergruppen zu einer Faser der Lichtleitereinrichtung werden Streuverluste, die beim Übergang des Pumplichts von den Emittern in die Lichtleitereinrichtung auftreten, minimiert. Außerdem ist gewährleistet, dass jede Faser der Lichtleitereinrichtung mit einer annähernd gleichen Pumplichtleistung beaufschlagt wird. Dadurch wird die Ausnutzung der Lichtleitereinrichtung verbessert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Fasern der Lichtleitereinrichtung direkt vor einem Emitter oder einer Emittergruppe der Laserlichtquelle angeordnet sind. Auch dies trägt zur Verringerung der Streuverluste und damit zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads und der Lichtleitereinrichtung bei.
Die erfindungsgemäße Zuordnung der Fasern der Lichtleitereinrichtung zu den Emittern und/oder Emittergruppen wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Fasern an ihren Eingangsabschnitten in Nuten, insbesondere V-Nuten, einer Trägerstruktur fixiert sind, und dass ein Abstand der Nuten voneinander einem Abstand der Emitter oder Emittergruppen voneinander entspricht.
Durch diese Trägerstruktur wird sichergestellt, dass die Eingangsabschnitte der Fasern direkt und genau vor den zugeordneten Emittern beziehungsweise Emittergruppen positioniert werden können. Da diese Trägerstrukturen mit großer Präzision gefertigt werden können und auch die Positionierung der Emitter und Emittergruppen in einem Halbleiterlaserchip mit sehr großer Präzision erfolgt, kann dadurch der Streuverlust beim Übergang des Pumplichts von den Emittern in die Lichtleitereinrichtung weiter reduziert werden.
Wenn mehrere Emitter zu einer Emittergruppe zusammengefasst sind, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mehrere Trägerstrukturen übereinander anzuordnen, wobei eine Dicke der Trägerstrukturen einem Abstand der Emitter einer Emittergruppe entspricht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Eingangsabschnitt ein Querschnitt der Fasern im Wesentlichen einem Austrittsquerschnitt der Emitter oder einer Emittergruppe entspricht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung sind mehrere Emitter zu einer Emittergruppe, vorzugsweise in Form sogenannten Nanostacks, zusammengefasst. Ein Nanostack umfasst mehrere vertikal übereinander angeordnete Emitter mit typischerweise einer Breite von 100 μm und einer Höhe von 1 μm, deren vertikaler Abstand häufig im Bereich einiger Mikrometer (μm) liegt. Durch eine geeignete Anordnung der Emitter einer Emittergruppe, kann der Austrittsquerschnitt des von der Emittergruppe emittierten Pumplichts in weiten Grenzen frei gestaltet werden. Insbesondere durch die Abstimmung des Austrittsquerschnitts des Pumplichts der Emittergruppen auf den Querschnitt der zugeordneten Fasern der Lichtleitereinrichtung können die Streuverluste weiter verringert werden.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn eine Emittergruppe einen annähernd quadratischen Austrittsquerschnitt aufweist und die zugeordnete Faser einen kreisförmigen oder einen quadratischen Querschnitt aufweist. Wenn die zugeordnete Faser einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, entspricht der Außendurchmesser der Fasern in etwa dem Umkreis um die Austrittsfläche der Emittergruppe.
Falls die Emitter eine linienförmige Austrittsfläche für das Pumplicht aufweisen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die diesen Emittern zugeordneten Fasern an ihrem Eingangsabschnitt einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufweisen.
Die erfindungsgemäße Laserlichtquelle kann besonders bevorzugt in einer Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, eingesetzt werden.
Anstelle der Verwendung von herkömmlichen Laser-Emittern, die beispielsweise eine Höhe von nur etwa einem Mikrometer aufweisen und eine dementsprechend hohe fast-axis-Divergenz besitzen, ist es auch denkbar, sogenannte photonic-bandgap-crystal-basierte Emitter zu verwenden, die gegenwärtig mit Emitterhöhen von bis zu 20 Mikrometer herstellbar sind und eine dementsprechend geringere fast-axis-Divergenz aufweisen.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 a eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer laserbasierten Zündeinrichtung; Figur Ib eine schematische Darstellung der Zündeinrichtung aus Figur 1;
Figur 2 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Laserlichtquelle der Zündeinrichtung aus Figur 2;
Figur 3 eine schematische Seitenansicht einer Laserlichtquelle;
Figur 4 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserlichtquelle;
Figur 5a und b eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserlichtquelle.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine Brennkraftmaschine trägt in Figur Ia insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie kann zum Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs dienen. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst mehrere Zylinder, von denen in Figur 1 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Ein Brennraum 14 des Zylinders 12 wird von einem Kolben 16 begrenzt. Kraftstoff gelangt in den Brennraum 14 direkt durch einen Injektor 18, der an einen auch als Rail bezeichneten Kraftstoff-Druckspeicher 20 angeschlossen ist.
In den Brennraum 14 eingespritzter Kraftstoff 22 wird mittels eines Laserimpulses 24 entzündet, der von einer eine Lasereinrichtung 26 umfassenden Zündeinrichtung 27 in den Brennraum 14 abgestrahlt wird. Hierzu wird die Lasereinrichtung 26 über eine Lichtleitereinrichtung 28 mit einem Pumplicht gespeist, welches von einer Pumplichtquelle 30 bereitgestellt wird. Die Pumplichtquelle 30 wird von einem Steuergerät 32 gesteuert, das auch den Injektor 18 ansteuert.
Wie aus Figur Ib hervorgeht, speist die Pumplichtquelle 30 mehrere Lichtleitereinrichtungen 28 für verschiedene Lasereinrichtungen 26, die jeweils einem Zylinder 12 der Brennkraftmaschine 10 zugeordnet sind. Hierzu weist die Pumplichtquelle 30 mehrere einzelne Laserlichtquellen 340 auf, die mit einer Pulsstromversorgung 36 verbunden sind. Durch das Vorhandensein der mehreren einzelnen Laserlichtquellen 340 ist gleichsam eine „ruhende" Verteilung von Pumplicht an die verschiedenen Lasereinrichtungen 26 realisiert, so dass keine optischen Verteiler oder dergleichen zwischen der Pumplichtquelle 30 und den Lasereinrichtungen 26 erforderlich sind. Die Lasereinrichtung 26 weist beispielsweise einen laseraktiven Festkörper 44 mit einer passiven Güteschaltung 46 auf, die zusammen mit einem Einkoppelspiegel 42 und einem Auskoppelspiegel 48 einen optischen Resonator bildet. Unter Beaufschlagung mit von der Pumplichtquelle 30 erzeugtem Pumplicht erzeugt die Lasereinrichtung 26 in an sich bekannter Weise einen Laserimpuls 24, der durch eine Fokussieroptik 52 auf einen in dem Brennraum 14 (Figur Ia) befindlichen Zündpunkt ZP fokussiert ist. Die in dem Gehäuse 38 der Lasereinrichtung 26 vorhandenen Komponenten sind durch ein Brennraumfenster 58 von dem Brennraum 14 getrennt.
Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserlichtquelle 340. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, weist die Laserlichtquelle 340 mehrere Laserlicht abstrahlende Emitter 342 auf, deren Laserlicht als Pump licht 60 zum optischen Pumpen der Lasereinrichtung 26 (Figur Ib) bzw. des darin angeordneten laseraktiven Festkörpers 44 verwendet und dementsprechend in die Lichtleitereinrichtung 28 eingekoppelt wird.
Eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Laserlichtquelle 340 ist in Figur 3 angegeben. Neben einem die Emitter 342 aufweisenden Halbleiterlaserchip 341 weist die erfindungsgemäße Laserlichtquelle 340a vorteilhaft zwei Kühlelemente 345a, 345b auf, die, wie in Figur 3 abgebildet, gut wärmeleitend mit einander gegenüberliegenden Oberflächen 341', 341" des Halbleiterlaserchips 341 verbunden sind. Die Verbindung des Halbleiterlaserchips 341 mit den Kühlelementen 345a, 345b kann beispielsweise im Wege einer Lötverbindung 346 erfolgen oder auch durch Anpressen oder dergleichen.
Bei der in Figur 3 dargestellten Laserlichtquelle 340 sind die linienförmigen Emitter 342 in einer sogenannten laser-stack-Konfiguration angeordnet und bilden mehrere Emittergruppen 343. Aufgrund der geringen Höhe eines einzelnen Emitters 342 und der damit einhergehenden verhältnismäßig großen fast-axis-Divergenz ergibt sich durch die vorstehend beschriebene stack- Anordnung der Emitter 342 zu Emittergruppen 343 eine rechteckige oder auch quadratische Lichtaustrittsfläche bei jeder Emittergruppe 343. Dadurch ist eine effizientere Einkopplung des von den Emittern 342 erzeugten Laserlichts in eine nachgeordnete optische Komponente wie beispielsweise die Lichtleitereinrichtung 28 möglich. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Figur 3 nicht alle Emitter mit dem Bezugszeichen 342 versehen. Insbesondere ist keine von herkömmlichen Systemen bekannte aufwendige Kopplungsoptik erforderlich, sondern es kann vorteilhaft vielmehr eine direkte Einkopplung des Laser lichts von den Emittergruppen 343 der
Laserlichtquelle 340 in die Lichtleitereinrichtung 28 erfolgen. Dadurch nicht nur die Komplexität der Anordnung reduziert ist, sondern es werden auch die in einer Kopplungsoptik auftretenden Verluste vermieden. Aufgrand der effizienten Kühlung durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kühlelemente 345a, 345b ist ferner eine gesteigerte Temperaturstabilität des Halbleiterlaserchips 341 und damit eine entsprechende Wellenlängenstabilität des von der Laserlichtquelle 340 erzeugten Laserlichts gegeben.
In Figur 4 ist ein erstes Ausführangsbeispiel einer erfindungsgemäßen Laserlichtquelle stark vereinfacht und schematisiert dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei Emittergruppen 343 mit jeweils drei Emittern 342 (sogenannte 3er-Nanostacks) in Richtung ihrer Längsachse (nicht dargestellt) nebeneinander angeordnet. Ein Abstand der Emitter 342 zueinander in Richtung ihrer Längsachse ist in Figur 4 mit Ah bezeichnet.
Erfindungsgemäß ist jedem Emitter 342, bzw. jeder Emittergrappe 343, eine Faser 64 der Lichtleitereinrichtung 28 zugeordnet. Im vorliegenden Beispiel sind drei Emitter 342 und entsprechend drei Fasern 64 dargestellt. Diese drei Fasern 64 werden in einer Lichtleitereinrichtung 28 zusammengefasst. Es versteht sich von selbst, dass die Zahl der Emitter 342 und der Fasern 64 aus Gründen der Anschaulichkeit und der Übersichtlichkeit gering gehalten wurde. Bei ausgeführten Laserlichtquellen ist die Zahl der Emitter und infolgedessen auch die Zahl der Fasern 64 sehr viel größer.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 ist sind die Fasern 64 an ihrem Eingangsabschnitt elliptisch. Dieser elliptische Querschnitt im Eingangsabschnitt der Fasern 64 ist vorteilhaft, wenn die Emitter 342, bzw. Emittergrappen 343, eine linienförmige oder rechteckige Lichtaustrittsfläche haben. Dann nämlich kann mit einem vergleichsweise kleinem Querschnitt der Fasern 64 das gesamte, von den Emittern 342 emittierte Pumplicht aufgefangen werden.
Um eine möglichst genaue räumliche Zuordnung der Fasern 64 zu den Emittern 342 zu erreichen, sind die Fasern 64 in einer Trägerstruktur 66 an ihrem Eingangsabschnitt fixiert. Diese Trägerstruktur 66 weist mehrere V-Nuten 68 auf, die zur Aufnahme der Fasern 64 der Lichtleitereinrichtung 28 dienen. Dabei ist der Abstand der V-Nuten 68 voneinander gleich groß wie der horizontale Abstand der Emitter 342 voneinander. Dadurch wird die exakte Positionierung der Fasern 64 vor den Lichtaustrittsflächen der Emitter 342 gewährleistet.
In Figur 5a ist ein weiteres Ausführangsbeispiel einer Laserlichtquelle 340 schematisch dargestellt. Bei diesem Ausführangsbeispiel sind insgesamt 4 mal 6 Emittergrappen 343 vorhanden. Jeweils 6 Emittergrappen 343 versorgen eine Lasereinrichtung 26 (siehe Figur 1) mit Pumplicht. Die Emittergruppen 343 sind jeweils durch mehrere übereinander angeordnete linienformige Emitter
342 gebildet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle Emitter 342 und alle Emittergruppen
343 mit Bezugszeichen versehen. In Figur 5a ist die zu der Laserlichtquelle 340 gehörende Lichtleitereinrichtung 28 nicht dargestellt.
In Figur 5b ist die Laserlichtquelle 340 aus Figur 5 dargestellt, wobei zusätzlich noch die Fasern 64 und die Trägerstrukturen 66 eingezeichnet sind. Wie sich aus der Figur 5b ergibt, versorgen jeweils sechs Emittergruppen 343 eine Lichtleitereinrichtung 28 mit dem Pumplicht der Laserlichtquelle 340. Auch hier sind die Fasern 64 der Lichtleitereinrichtungen 28 durch Trägerstrukturen 66 mit V- Nuten 68 so positioniert, dass sie direkt und unmittelbar vor der Lichtaustrittsfläche der Emittergruppen 343 angeordnet sind.
Da die Lichtaustrittsfläche der Emittergruppen 343 annähernd quadratisch ist, haben die Fasern 64 einen kreisförmigen Querschnitt. Dadurch ist gewährleistet, dass der gesamte, von den Emittergruppen 343 emittierte Pumplichtstrom in die Fasern 64 übertragen wird und andererseits der Querschnitt der Fasern 64 nur unwesentlich größer ist als die Lichtaustrittsfläche der zugehörigen Emittergruppen 343.
Eine weitere Verbesserung der Ausnutzung des Querschnitts der Fasern 64 ist dadurch erreichbar, dass die Fasern 64 im Bereich ihres Eingangsabschnitts quadratisch verformt werden. Dies ist im rechten Teil der Figur 5b beispielhaft an sechs Emittergruppen 343 verdeutlicht. In diesem Fall haben die Nuten 68 einen U-förmigen Querschnitt.
Besonders vorteilhaft ist durch die erfindungsgemäße Zuordnung von Fasern 64 zu Emittern 342 oder Emittergruppen 343 die Möglichkeit gegeben, das Laserlicht 60 direkt und mit sehr geringen Verlusten in die entsprechende Lichtleitereinrichtung 28 insbesondere ohne das Erfordernis eines optischen Koppelelements.
Die erfindungsgemäße Laserlichtquelle kann generell vorteilhaft bei laserbasierten Zündsystemen von Brennkraftmaschinen 10, z.B. von Kraftfahrzeugen oder auch bei Stationärmotoren, eingesetzt werden. Generell sind aufgrund der hohen erzielbaren Ausgangsleistung, die durch die erfindungsgemäß optimierte Kühlung ermöglicht ist, auch andere Einsatzbereiche denkbar.

Claims

Ansprüche
1. Laserlichtquelle (340, 340a, 340b, 340c, 34Od, 34Oe) umfassend mehrere Emitter (342) und/oder Emittergruppen (343), die Laserlicht (60) zum optischen Pumpen einer Lasereinrichtung (26) bereitstellt, mit einer Lichtleitereinrichtung (28, 28a, 28b, 28c, 28d), wobei die Lichtleitereinrichtung (28) das Laserlicht (60) von der Laserlichtquelle (340, 340a, 340b, 340c, 34Od, 34Oe) zu der Lasereinrichtung (26) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die
Lichtleitereinrichtung (28, 28a, 28b, 28c, 28d) mehrere Fasern (64) aufweist, und dass jedem Emitter (342) oder jeder Emittergruppe (343) ein Eingangsabschnitt einer Faser (64) der Lichtleitereinrichtung (28, 28a, 28b, 28c, 28d) zugeordnet ist.
2. Laserlichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (64) der Lichtleitereinrichtung (28, 28a, 28b, 28c, 28d) direkt vor einem Emitter (342) oder einer
Emittergruppe (34) angeordnet sind.
3. Laserlichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (64) der Lichtleitereinrichtung (28, 28a, 28b, 28c, 28d) an ihrem Eingangsabschnitt in Nuten (68), insbesondere V-Nuten, einer Trägerstruktur (66) fixiert sind, und dass ein Abstand (Ah) der Nuten (68) voneinander einem Abstand der Emitter (342) oder Emittergruppen (343) voneinander entspricht.
4. Laserlichtquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Trägerstrukturen (66) übereinander angeordnet sind, und dass eine Dicke (D) der Trägerstrukturen (66) einem Abstand (Av) der Emitter (342) entlang einer sich im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Emitter erstreckenden Richtung entspricht.
5. Laserlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Eingangsabschnitt ein Querschnitt der Fasern (64) im Wesentlichen einem Austrittsquerschnitt der Emitter (342) oder einer Emittergruppe (343) entspricht.
6. Laserlichtquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Emitter (342) jeweils zu einer Emittergruppe (343) zusammengefasst sind, und dass die Emitter (342) vorzugsweise entlang einer sich im Wesentlichen senkrecht zu ihrer Längsachse erstreckenden Richtung nebeneinander angeordnet sind.
7. Laserlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Emitter (342) eine Linienform aufweist, und dass eine diesen Emitter (342) zugeordnete Faser (64) an dem Eingangsabschnitt einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt aufweist.
8. Laserlichtquelle (340, 340a, 340b, 340c, 34Od, 34Oe) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedlichen Emittergruppen (343) jeweils getrennte elektrische Kontaktierungen zugeordnet sind.
9. Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine (10) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einer Lasereinrichtung (26), die einen Laserimpuls (24) zur Abstrahlung in einen Brennraum (14) erzeugt, mit einer Laserlichtquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle eine Laserlichtquelle (340) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
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