WO2009100845A1 - Diodenlaserstruktur zur erzeugung von diodenlaserstrahlung mit faserkopplungsoptimiertem strahlparameterprodukt - Google Patents

Diodenlaserstruktur zur erzeugung von diodenlaserstrahlung mit faserkopplungsoptimiertem strahlparameterprodukt Download PDF

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Stephan Gregor Patrick Strohmaier
Christoph Tillkorn
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Trumpf Laser Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • Diode laser structure for generating diode laser beam with fiber coupling optimized beam parameter product
  • the present invention relates to a diode laser structure having a plurality of juxtaposed strip emitters aligned with their SA axes in the same direction and staggered in that direction, the beam parameter products of each of at least some of the stripe emitters being SA-axis related.
  • Such a diode laser structure has become known, for example, by JP-A-06 132 610.
  • a plurality of single emitters wide-band emitters with typical widths of 50 to 500 ⁇ m
  • diode bars consisting of several equal width single emitters / wide-band emitters (diode bars of typically 10 to 100 wide strip emitters of equal width with a fill factor of 10 to 95%).
  • diode bars of 30 to 50 emitters having a width of 100 ⁇ m are often used on a 1 cm ingot with a fill factor of 30 to 50%.
  • the strip-shaped individual emitters of a diode bar emit one each
  • FA FeSt Axis
  • SA SIoW axis
  • the FA direction has the highest possible (almost diffraction-limited) beam quality, while the SA direction has a relatively poor beam quality.
  • they are first collimated in the FA direction by means of a micro-optical cylindrical lens and then collimated in the SA direction with the aid of a cylindrical lens row (array).
  • the beams are rotated by 90 ° by means of another micro-optics and arranged side by side.
  • the thus shaped laser beam is thus formed by flush optical stacking of the emitted by the strip-shaped individual emitters laser beam strip. Since the individual emitters are identical, their emitted laser beams each have the same SA parameter related beam parameter product (BPPSA) and the same FA parameter related beam parameter product (BPP F A), where the beam parameter product BPP is defined as follows: with ⁇ : divergence of the laser beam emitted by the emitter in the SA or FA direction, w: half the width of the emitter in the SA or FA direction.
  • the invention is therefore based on the object, a diode structure of the type mentioned above, in particular consisting of a diode bar with single emitters or stacked diode bars with individual emitters in the form of a diode stack, to the effect that the beam parameter product of the laser diode radiation generated in a simple manner and in a compact size to the round beam parameter product of a fiber into which the laser diode radiation is to be coupled.
  • the beam parameter product of the strip emitter relative to the SA axis decreases starting from the middle of the diode laser structure toward both edges of the diode laser structure, in particular mirror-symmetrically with respect to the center of the diode laser structure.
  • the strip emitters can be offset from each other in their beam propagation direction.
  • At least some of the strip emitters arranged side by side in the SA direction have different SA-axis-related ones
  • Beam parameter products which are adapted for an optimized coupling into a round fiber in each case to the related to the SA axis beam parameter products of the associated fiber regions.
  • the beam parameter products of the stripe emitters are chosen such that they can be optically combined to form a beam parameter product approximately round in the BPP SA -BPP FA plane.
  • the output radiation of the stripe emitter is matched to the fiber in the SA direction BPP-, so that the laser diode radiation can be coupled into the fiber with high efficiency.
  • This procedure can also be applied to other fiber cross sections, such as, for example, elliptical fiber cross sections.
  • the strip emitters are preferably formed by monochromatic emitters, in particular multimode emitters, each having the same laser wavelength.
  • monochromatic emitters i. Emitters with a wavelength to understand in the context of the application also emitters that emit over a same bandwidth.
  • the beam parameter product of a fritter emitter can be adjusted across its width and via the divergence of the emitted laser beam.
  • at least some of the stripe emitters have different widths in the direction of their SA axes, while in other preferred embodiments at least some of the stripe emitters have different divergence relative to the SA axis.
  • one or more of the strip emitters are each formed by a single single emitter, so that the diode laser structure according to the invention has different width single emitters, which may have the same or a different divergence related to the SA axis.
  • one or more of the strip emitters may each be formed by a plurality of different widths or even equal width single emitter, which may have the same or a different on the SA axis related divergence. Particular preference is given to differently wide strip emitters each formed by a different number of identical individual emitters, in which case the stripe emitters thus formed have the same SA-axis-related divergence.
  • the strip emitters are followed by an optical system which images the laser emitters emanating from the strip emitters as parallel optical laser strips arranged next to one another in the direction of their FA axes onto a round fiber, this being related to the SA axis
  • Beam parameter product of each laser beam strip is adapted to the SA-axis-related beam parameter product of the associated fiber region, ie the laser beam strip is BPP-matched to its associated fiber region in the SA direction.
  • FIG. 1 shows a diode laser bar with a first invention
  • FIGS. 2a to 2c different embodiments of two different widths
  • Strip emitter according to the detail II in Fig. 1; 3 shows a diode laser bar with a second invention
  • Diode laser structure having a plurality of juxtaposed, divergent strip emitters;
  • Fig. 4 shows the beam path of the inventive
  • Diode laser structure emitted and coupled by means of optics in a fiber laser beams; 5 shows in the BPP SA -BPP FA plane the beam parameter products of the stack emitters starting from the strip emitters and stacked one above the other Laser beam strips, whose related to the SA-axis
  • FIGS. 6a to 6e further bar structures of the diode laser structure according to the invention.
  • Fig. 7 shows a diode stack ("diode stack") of several diode stacks
  • Diode laser bars each having the first diode laser structure according to the invention shown in FIG.
  • the diode laser bar 1 shown in Fig. 1 has a diode laser structure 2 with eight parallel juxtaposed strip emitters 3i to 3 8 , which are aligned with their SA axes in the same, in Fig. 1 horizontal direction and offset in this horizontal direction to each other are. Some of the strips emitter 3i to 3 8 have in the SA direction to different widths wi to We, the width of the stripe emitters 3i to 3 8, starting from the center of the diode laser structure 2 on both edges of the diode laser structure 2 towards, in particular with mirror symmetry, decreases.
  • the width of the central emitter 3 4 , 3 5 50 to 500 microns, in particular 100 to 200 microns.
  • the emitter width increases toward the edges
  • Emitter to emitter in each case up to 50%, in particular up to 30%, from.
  • the decrease of the emitter width from emitter to emitter can be both relatively and absolutely the same or different.
  • the light emitted from the strip emitters 3i to 3 8 4 8 laser beams 4i to have the same divergence ⁇ SA in the SA direction. Accordingly, the beam parameter product related to the SA direction
  • the strip emitters 3i to 3 8 have the same height in the FA direction and their emitted laser beams 4i to 4 8 have the same divergence in the FA direction. As will be described in more detail below with reference to FIG.
  • the beam axis products BPPS A O) to BPP S A (8) of the stripe emitters 3i to 3 8 related to the SA axis are selected to be one in the BPPs A -BPP FA plane approximately round beam parameter product are optically composable.
  • the stripe emitters 3i to 3 ⁇ are formed by monochromatic emitters, in particular multimode emitters, each having the same laser wavelength, whereby among monochromatic emitters, i. Emitters with a wavelength, in the context of the application emitters are to be understood that emit over a same bandwidth.
  • FIG. 2 shows various exemplary embodiments of the differently wide strip emitters 3 3 , 3 4 shown in FIG. 1.
  • the different width strip emitter 3 2 , 3 3 are each formed by a single single emitter 5 3 , 5 4 .
  • these can also be simulated by groups having a different number of emitters.
  • the differently wide stripe emitters 3 3 , 3 4 are each formed by a different number of identical individual emitters 6, which are therefore uniform in width Stripe emitter equal threshold currents are guaranteed.
  • Fig. 2c of the broader strip emitter 3 4 is formed by two different widths individual emitter 7, 8, which offers itself to be displayed strip emitters with a width greater than 200 microns.
  • the diode laser bar 1 shown in FIG. 3 differs from the diode laser bar of FIG. 1 in that here some of the juxtaposed strip emitters 3i to 3 ⁇ have a different divergence ⁇ SA (1) to ⁇ S A (8) relative to the SA axis and all the stripe emitters 3i to 3 ⁇ have the same width w.
  • the divergence of the strip emitters 3i to 3 ⁇ decreases starting from the center of the diode laser structure 2 toward both edges of the diode laser structure 2, in particular in mirror symmetry.
  • Fig. 4 shows schematically the beam path of the inventive
  • Diode laser structure 2 emitted and coupled by means of an optical system 10 in a circular fiber 11 laser beams 4i to 4 8th
  • the optics 10 transforms the individual laser beams 4i to 4 8 to form a common laser beam, in which the outgoing of the strip emitters 3i to 3 8 laser beams 4- ⁇ to 4 8 as stacked in the direction of its FA-axis parallel laser beam stripes on the circular fiber 11 be imaged.
  • the beam parameter products BPP (I) to BPP (8) of the strip emitters 3- ⁇ to 3 8 emanating and stacked laser beam stripe the beam parameter products BPP (I) to BPP ( 8) is adapted to the round beam parameter product BPP (F) of the round fiber 11.
  • the beam parameter products BPP (I) to BPP (8) in the SA axis are adapted to the associated beam parameter product of the associated fiber region.
  • the SA axis related beam parameter products BPPSA (1) to BPPSA (8) of the stripe emitters 3i to 3 8 are selected to be the beam parameter product BPP (F) of the BPP (F) round in the BPP SA -BPP FA plane Fiber 11 can be composed optically.
  • FIGS. 6a to 6e show further diode laser structures 2 of the inventive diode laser bar 1, in which the output surfaces of the strips emitter 3i are not available to 3 8 in a common plane perpendicular to the propagation direction of the outgoing of the strip emitters 3i to 3 8 laser beams 4i to 4. 8
  • the decoupling surfaces of the strip emitter 3i to 3 8 are arranged with their ends facing away from the decoupling surfaces in a common plane, but in the direction perpendicular to their SA and FA directions different lengths.
  • the length of the stripe emitters 3i to 3 ⁇ increases from the center of the diode laser structure 2 towards both edges of the diode laser structure 2 (FIG. 6a) or down (FIG. 6b), whereby the outcoupling surfaces of the stripe emitters 3i to 3 ⁇ proceed from the center of the diode laser structure 2 offset on both sides in the SA direction staircase to each other.
  • the strip emitters 3i to 3s are of equal length in the direction at right angles to their SA and FA directions and staggered on both sides in the SA direction, whereby their decoupling surfaces, starting from the middle of the diode laser structure 2, are stepped on both sides in the SA direction offset from each other.
  • the diode laser bar 1 on the side facing away from the outcoupling surfaces of the strip emitters S 1 to 3 is also stepped according to the strip emitters 3 i to 3 8
  • the diode laser bar 1 faces away from the outcoupling surfaces of the strip emitter 3 i to 3 b Side not formed step-shaped.
  • identical strip emitters 3i to 3 8 are staggered in each case in the SA direction in a stepped manner.
  • diode stack a diode stack having the diode structure 2 shown in FIG. 1 are assembled into a diode stack ("diode stack") 20, each diode laser bar 1 being arranged between two heat sinks 21.

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Abstract

Bei einer Diodenlaserstruktur (2) mit mehreren nebeneinander angeordneten Streifenemittern (31 bis 38), die mit ihren SA-Achsen in der gleichen Richtung ausgerichtet und in dieser Richtung versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die jeweils auf die SA-Achse bezogenen Strahlparameterprodukte (BPPSA) zumindest einiger der Streifenemitter (31 bis 38) verschieden sind, nimmt erfindungsgemäß das jeweils auf die SA-Achse bezogene Strahlparameterprodukt (BPPSA) der Streifenemitter (31 bis 38) ausgehend von der Mitte der Diodenlaserstruktur (2) zu beiden Rändern der Diodenlaserstruktur (2) hin, insbesondere spiegelsymmetrisch bzgl. der Mitte der Diodenlaserstruktur (2), ab.

Description

Diodenlaserstruktur zur Erzeugung von Diodenlaserstrahlunq mit faserkopplungsoptimiertem Strahlparameterprodukt
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diodenlaserstruktur mit mehreren nebeneinander angeordneten Streifenemittern, die mit ihren SA-Achsen in der gleichen Richtung ausgerichtet und in dieser Richtung versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die jeweils auf die SA-Achse bezogenen Strahlparameterprodukte zumindest einiger der Streifenemitter verschieden sind.
Eine derartige Diodenlaserstruktur ist beispielsweise durch die JP-A-06 132 610 bekannt geworden. Für die Erzeugung von effizienter und hochbrillanter Diodenstrahlung werden gegenwärtig entweder mehrere Einzelemitter (Breitstreifenemitter mit typischen Breiten von 50 bis 500 μm) oder Diodenbarren bestehend aus mehreren gleich breiten Einzelemittern/Breitstreifenemittern (Diodenbarren aus typischerweise 10 bis 100 gleich breiten Breitstreifenemittern mit einem Füllfaktor von 10 bis 95%) verwendet. Beispielsweise finden Diodenbarren aus 30 bis 50 Emittern mit einer Breite von 100 μm auf einem 1 cm Barren mit einem Füllfaktor von 30 bis 50% häufig Verwendung.
Die streifenförmigen Einzelemitter eines Diodenbarrens emittieren jeweils einen
Laserstrahl, der sich in einer so genannten FA(FaSt Axis)-Richtung, in der der Strahl schnell divergiert, bspw. mit einem Abstrahlwinkel von ca. 50° und in einer dazu rechtwinkligen, so genannten SA(SIoW Axis)-Richtung, in der der Strahl vergleichsweise langsam divergiert, bspw. mit einem Abstrahlwinkel von ca. 10°, ausbreitet. Die FA-Richtung weist die höchstmögliche (nahezu beugungsbegrenzte) Strahlqualität, die SA-Richtung hingegen eine relativ schlechte Strahlqualität auf. Um diese Einzelstrahlen zusammenzufassen, werden sie zunächst in der FA-Richtung mittels einer mikrooptischen Zylinderlinse kollimiert und anschließend mit Hilfe einer Zylinderlinsen-Reihe (Array) eine Kollimation in SA-Richtung vorgenommen. Danach werden die Strahlen mittels einer weiteren Mikrooptik um 90° gedreht und nebeneinander angeordnet. Der so geformte Laserstrahl ist also durch bündige optische Stapelung der von den streifenförmigen Einzelemittern emittierten Laserstrahlstreifen gebildet. Da die Einzelemitter identisch sind, weisen ihre emittierten Laserstrahlen jeweils das gleiche auf die SA-Richtung bezogene Strahlparameterprodukt (BPPSA) und das gleiche auf die FA-Richtung bezogene Strahlparameterprodukt (BPPFA) auf, wobei das Strahlparameterprodukt BPP wie folgt definiert ist:
Figure imgf000003_0001
mit θ: Divergenz des vom Emitter emittierten Laserstrahls in SA- bzw. FA- Richtung, w: halbe Breite des Emitters in SA- bzw. FA-Richtung.
Die bündige optische Stapelung der Laserstrahlstreifen mit jeweils gleichem BPPSA und BPPFA führt zu einem Laserstrahl, der ein in der BPPSA-BPPFA-Ebene rechteckiges bzw. quadratisches Strahlparameterprodukt aufweist und daher in eine runde Faser, welche ein in der BPPsA-BPPFA-Ebene rundes Strahlparameterprodukt aufweist, nur mit Strahlungsverlusten oder unter nicht vollständiger Ausnutzung der Faser eingekoppelt wird.
Aus der US 2007/0195850 A1 ist es zwar bekannt, Einzelemitter mit in SA-Richtung unterschiedlichen Emitterbreiten in FA-Richtung übereinander gestapelt anzuordnen und dadurch das auf die SA-Achse bezogene Strahlparameterprodukt jedes Emitters an das auf die SA-Achse bezogene Strahlparameterprodukt des zugehörigen Faserbereichs anzupassen. Allerdings sind das Handling und die Positionierung der einzelnen Emitter sehr aufwändig, und zudem erfordert diese Anordnung einen verhältnismäßig großen Bauraum.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Diodenstruktur der eingangs genannten Art, insbesondere bestehend aus einem Diodenbarren mit Einzelemittern oder aber auch gestapelten Diodenbarren mit Einzelemittern in Form eines Diodenstacks, dahingehend weiterzubilden, dass das Strahlparameterprodukt der erzeugten Laserdiodenstrahlung in einfacher Weise und in kompakten Abmessungen an das runde Strahlparameterprodukt einer Faser, in die die Laserdiodenstrahlung eingekoppelt werden soll, angepasst ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das jeweils auf die SA- Achse bezogene Strahlparameterprodukt der Streifenemitter ausgehend von der Mitte der Diodenlaserstruktur zu beiden Rändern der Diodenlaserstruktur hin, insbesondere spiegelsymmetrisch bzgl. der Mitte der Diodenlaserstruktur, abnimmt. Alternativ und/oder ergänzend können die Streifenemitter in ihrer Strahlausbreitungsrichtung zueinander versetzt sein.
Erfindungsgemäß weisen zumindest einige der in SA-Richtung nebeneinander angeordneten Streifenemitter unterschiedliche auf die SA-Achse bezogene
Strahlparameterprodukte auf, die für eine optimierte Einkopplung in eine runde Faser jeweils an die auf die SA-Achse bezogenen Strahlparameterprodukte der zugehörigen Faserbereiche angepasst sind. Dazu sind die auf die SA-Achse bezogenen Strahlparameterprodukte der Streifenemitter bevorzugt derart gewählt, dass sie zu einem in der BPPSA-BPPFA-Ebene annähernd runden Strahlparameterprodukt optisch zusammensetzbar sind. Mit anderen Worten wird die Ausgangsstrahlung der Streifenemitter an die Faser in der SA-Richtung BPP- angepasst, so dass die Laserdiodenstrahlung mit hoher Effizienz in die Faser eingekoppelt werden kann. Durch Variation der Strahlparameterprodukte der Streifenemitter können also Ausgangsleistung und/oder Effizienz gesteigert werden. Diese Vorgehensweise ist auch auf andere Faserquerschnitte, wie bspw. elliptische Faserquerschnitte, übertragbar.
Vorzugsweise sind die Streifenemitter durch monochromatische Emitter, insbesondere Multimode-Emitter, mit jeweils der gleichen Laserwellenlänge gebildet. Dabei sind unter monochromatischen Emittern, d.h. Emittern mit einer Wellenlänge, im Rahmen der Anmeldung auch Emitter zu verstehen, die über eine gleiche Bandbreite emittieren.
Das Strahlparameterprodukt eines Streifenemitters kann über seine Breite und über die Divergenz des emittierten Laserstrahls eingestellt werden. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen sind zumindest einige der Streifenemitter in der Richtung ihrer SA-Achsen verschieden breit, während bei anderen bevorzugten Ausführungsformen zumindest einige der Streifenemitter eine jeweils auf die SA- Achse bezogene unterschiedliche Divergenz aufweisen.
Vorzugsweise sind einer oder mehrere der Streifenemitter jeweils durch einen einzigen Einzelemitter gebildet, so dass die erfindungsgemäße Diodenlaserstruktur unterschiedlich breite Einzelemitter aufweist, die die gleiche oder eine unterschiedliche auf die SA-Achse bezogene Divergenz aufweisen können.
Ebenfalls bevorzugt können einer oder mehrere der Streifenemitter jeweils durch mehrere unterschiedlich breite oder auch gleichbreite Einzelemitter gebildet sein, die die gleiche oder eine unterschiedliche auf die SA-Achse bezogene Divergenz aufweisen können. Besonders bevorzugt sind unterschiedlich breite Streifenemitter jeweils durch eine unterschiedliche Anzahl von identischen Einzelemittern gebildet, wobei in diesem Fall die so gebildeten Streifenemitter die gleiche auf die SA-Achse bezogene Divergenz aufweisen.
Für den Fall einer Einkopplung der Laserdiodenstrahlung in eine Faser ist den Streifenemittern eine Optik nachgeordnet, die die von den Streifenemittern ausgehenden Laserstrahlen als in Richtung ihrer FA-Achsen optisch nebeneinander angeordnete parallele Laserstrahlstreifen auf eine runde Faser abbildet, wobei das auf die SA-Achse bezogene Strahlparameterprodukt jedes Laserstrahlstreifens an das auf die SA-Achse bezogene Strahlparameterprodukt des zugehörigen Faserbereichs angepasst ist, d.h. der Laserstrahlstreifen an seinen zugehörigen Faserbereich in der SA-Richtung BPP-angepasst ist.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Diodenlaserbarren mit einer ersten erfindungsgemäßen
Diodenlaserstruktur mit mehreren nebeneinander angeordneten, verschieden breiten Streifenemittern; Fign. 2a bis 2c verschiedene Ausführungsbeispiele zweier verschieden breiter
Streifenemitter entsprechend dem Detail Il in Fig. 1 ; Fig. 3 einen Diodenlaserbarren mit einer zweiten erfindungsgemäßen
Diodenlaserstruktur mit mehreren nebeneinander angeordneten, verschieden divergenten Streifenemittern; Fig. 4 den Strahlengang der von der erfindungsgemäßen
Diodenlaserstruktur emittierten und mittels einer Optik in eine Faser eingekoppelten Laserstrahlen; Fig. 5 in der BPPSA-BPPFA-Ebene die Strahlparameterprodukte der von den Streifenemittern ausgehenden und übereinander gestapelten Laserstrahlstreifen, deren auf die SA-Achse bezogenen
Strahlparameterprodukte an das Strahlparameterprodukt des zugehörigen Faserbereichs angepasst sind; Fign. 6a bis 6e weitere Barrenstrukturen der erfindungsgemäßen Diodenlaserstruktur; und
Fig. 7 einen Diodenstapel („Diodenstack") aus mehreren
Diodenlaserbarren mit jeweils der in Fig. 1 gezeigten ersten erfindungsgemäßen Diodenlaserstruktur.
Der in Fig. 1 gezeigte Diodenlaserbarren 1 weist eine Diodenlaserstruktur 2 mit acht parallel nebeneinander angeordneten Streifenemittern 3i bis 38 auf, die mit ihren SA- Achsen in der gleichen, in Fig. 1 waagerechten Richtung ausgerichtet und jeweils in dieser waagerechten Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Einige der Streifenemitter 3i bis 38 weisen in der SA-Richtung unterschiedliche Breiten wi bis We auf, wobei die Breite der Streifenemitter 3i bis 38 ausgehend von der Mitte der Diodenlaserstruktur 2 zu beiden Rändern der Diodenlaserstruktur 2 hin, insbesondere spiegelsymmetrisch, abnimmt. Es gilt: W4 = W5 > W3 = Wβ > W2 = W7 > Wi = W8. Beispielsweise beträgt die Breite der zentralen Emitter 34, 35 50 bis 500 μm, insbesondere 100 bis 200 μm. Die Emitterbreite nimmt zu den Rändern hin von
Emitter zu Emitter jeweils bis zu 50 %, insbesondere bis zu 30 %, ab. Die Abnahme der Emitterbreite von Emitter zu Emitter kann sowohl relativ als auch absolut gleich oder unterschiedlich sein. Die von den Streifenemittern 3i bis 38 emittierten Laserstrahlen 4i bis 48 weisen in der SA-Richtung die gleiche Divergenz ΘSA auf. Entsprechend ist das auf die SA-Richtung bezogene Strahlparameterprodukt
BPPSAÖ) = WSAÖΓΘSAÖ) = WSA0)*ΘSA O= 1 8) in der Mitte der Diodenlaserstruktur 2 am größten und nimmt zu den beiden Rändern der Diodenlaserstruktur 2 hin ab, d.h., es gilt: BPPSA(4) = BPPSA(5) > BPPSA(3) = BPPSA(6) > BPPSA(2) = BPPSA(7) > BPPSA(1 ) = BPPSA(8). Hingegen weisen die Streifenemitter 3i bis 38 in der FA- Richtung die gleiche Höhe und ihre emittierten Laserstrahlen 4i bis 48 in FA-Richtung die gleiche Divergenz auf. Wie unten mit Bezug auf Fig. 5 noch näher beschrieben wird, sind die auf die SA-Achse bezogenen Strahlparameterprodukte BPPSAO ) bis BPPSA(8) der Streifenemitter 3i bis 38 derart gewählt, dass sie zu einem in der BPPsA-BPPFA-Ebene annähernd runden Strahlparameterprodukt optisch zusammensetzbar sind.
Vorzugsweise sind die Streifenemitter 3i bis 3β durch monochromatische Emitter, insbesondere Multimode-Emitter, mit jeweils der gleichen Laserwellenlänge gebildet, wobei unter monochromatischen Emittern, d.h. Emittern mit einer Wellenlänge, im Rahmen der Anmeldung auch Emitter zu verstehen sind, die über eine gleiche Bandbreite emittieren.
Fig. 2 zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele für die in Fig. 1 gezeigten verschieden breiten Streifenemitter 33, 34. In Fig. 2a sind die verschieden breiten Streifenemitter 32, 33 jeweils durch einen einzigen Einzelemitter 53, 54 gebildet. Alternativ zur Verwendung verschieden breiter Einzelemitter können diese auch durch Gruppen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Emittern nachgebildet werden In Fig. 2b sind die verschieden breiten Streifenemitter 33, 34 jeweils durch eine unterschiedliche Anzahl von identischen und damit gleichbreiten Einzelemittern 6 gebildet, wodurch für alle Streifenemitter gleiche Schwellströme gewährleistet sind. In Fig. 2c ist der breitere Streifenemitter 34 durch zwei unterschiedlich breite Einzelemitter 7, 8 gebildet, was sich bei darzustellenden Streifenemittern mit einer Breite größer 200 μm anbietet.
Vom Diodenlaserbarren der Fig. 1 unterscheidet sich der in Fig. 3 gezeigte Diodenlaserbarren 1 dadurch, dass hier einige der nebeneinander angeordneten Streifenemitter 3i bis 3β eine jeweils auf die SA-Achse bezogene unterschiedliche Divergenz ΘSA(1 ) bis ΘSA(8) aufweisen und alle Streifenemitter 3i bis 3β die gleiche Breite w aufweisen. Die Divergenz der Streifenemitter 3i bis 3β nimmt ausgehend von der Mitte der Diodenlaserstruktur 2 zu beiden Rändern der Diodenlaserstruktur 2 hin, insbesondere spiegelsymmetrisch, ab. Es gilt: ΘSA(4) = ΘSA(5) > ΘSA(3) = ΘSA(6) > ΘSA(2) = ΘSA(7) > ΘSA(1 ) = ΘSA(8). Entsprechend ist das auf die SA-Richtung bezogene Strahlparameterprodukt BPPSA(Ö = w(i)*θsA(i) = W*ΘSA(Ϊ) (i= 1 , .... 8) in der Mitte der Diodenlaserstruktur 2 am größten und nimmt zu den beiden Rändern der Diodenlaserstruktur 2 hin, insbesondere spiegelsymmetrisch, ab, d.h., es gilt: BPPSA(4) = BPPSA(5) > BPPSA(3) = BPPSA(6) > BPPSA(2) = BPPSA(7) > BPPSA(1) = BPPSA(8). Wie unten mit Bezug auf Fig. 5 noch näher beschrieben wird, sind die auf die SA-Achse bezogenen Strahlparameterprodukte BPPSA(1 ) bis BPPSA(8) der Streifenemitter 3i bis 38 derart gewählt, dass sie zu einem in der BPPSA-BPPFA- Ebene annähernd runden Strahlparameterprodukt optisch zusammensetzbar sind.
Fig. 4 zeigt schematisch den Strahlengang der von der erfindungsgemäßen
Diodenlaserstruktur 2 emittierten und mittels einer Optik 10 in eine runde Faser 11 eingekoppelten Laserstrahlen 4i bis 48. Die Optik 10 transformiert die einzelnen Laserstrahlen 4i bis 48 zu einem gemeinsamen Laserstrahl, in dem die von den Streifenemittern 3i bis 38 ausgehenden Laserstrahlen 4-\ bis 48 als in Richtung ihrer FA-Achsen übereinander gestapelte parallele Laserstrahlstreifen auf die runde Faser 11 abgebildet werden.
Fig. 5 zeigt in der BPPsA-BPPFA-Ebene die Strahlparameterprodukte BPP(I) bis BPP(8) der von den Streifenemittern 3-ι bis 38 ausgehenden und übereinander gestapelten Laserstrahlstreifen, wobei die Strahlparameterprodukte BPP(I) bis BPP(8) an das runde Strahlparameterprodukt BPP(F) der runden Faser 11 angepasst ist. Dazu sind die Strahlparameterprodukte BPP(I) bis BPP(8) in der SA- Achse an das zugehörige Strahlparameterprodukt des zugehörigen Faserbereichs angepasst. Mit anderen Worten sind die auf die SA-Achse bezogenen Strahlparameterprodukte BPPSA(1 ) bis BPPSA(8) der Streifenemitter 3i bis 38 derart gewählt, dass sie zu dem in der BPPSA-BPPFA-Ebene runden Strahlparameterprodukt BPP(F) der Faser 11 optisch zusammensetzt werden können.
Bei den in Fign. 1 und 3 gezeigten Diodenlaserstrukturen 2 liegen die Auskoppelflächen der Streifenemitter 3i bis 38 in einer gemeinsamen Ebene rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung der von den Streifenemittern 3i bis 38 ausgehenden Laserstrahlen 41 bis 48. Fign. 6a bis 6e zeigen weitere Diodenlaserstrukturen 2 von erfindungsgemäßen Diodenlaserbarren 1 , bei denen die Auskoppelflächen der Streifenemitter 3i bis 38 nicht in einer gemeinsamen Ebene rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung der von den Streifenemittern 3i bis 38 ausgehenden Laserstrahlen 4i bis 48 liegen.
In Fign. 6a und 6b sind die Auskoppelflächen der Streifenemitter 3i bis 38 mit ihren den Auskoppelflächen abgewandten Enden in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, aber in Richtung rechtwinklig zu ihren SA- und FA-Richtungen unterschiedlich lang. Die Länge der Streifenemitter 3i bis 3β nimmt ausgehend von der Mitte der Diodenlaserstruktur 2 zu beiden Rändern der Diodenlaserstruktur 2 hin zu (Fig. 6a) oder ab (Fig. 6b), wodurch die Auskoppelflächen der Streifenemitter 3i bis 3β ausgehend von der Mitte der Diodenlaserstruktur 2 beidseitig in SA-Richtung treppenförmig zueinander versetzt sind.
In Fign. 6c und 6d sind die Streifenemitter 3i bis 3s in Richtung rechtwinklig zu ihren SA- und FA-Richtungen gleich lang und jeweils beidseitig in SA-Richtung treppenförmig zueinander versetzt angeordnet, wodurch ihre Auskoppelflächen ausgehend von der Mitte der Diodenlaserstruktur 2 beidseitig in SA-Richtung treppenförmig zueinander versetzt sind. Während in Fig. 6c der Diodenlaserbarren 1 auf der den Auskoppelflächen der Streifenemitter S1 bis 3β abgewandten Seite entsprechend den Streifenemittern 3i bis 38 ebenfalls treppenförmig ausgebildet ist, ist in Fig. 6d der Diodenlaserbarren 1 auf der den Auskoppelflächen der Streifenemitter 3i bis 3β abgewandten Seite nicht treppenförmig ausgebildet. In Fig. 6e sind identische Streifenemitter 3i bis 38 jeweils zueinander in SA-Richtung treppenförmig versetzt angeordnet.
In Fig. 7 sind mehrere Diodenlaserbarren 1 mit der in Fig. 1 gezeigten Diodenstruktur 2 zu einem Diodenstapel („Diodenstack") 20 zusammengesetzt, wobei jeder Diodenlaserbarren 1 zwischen zwei Wärmesenken 21 angeordnet ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Diodenlaserstruktur (2) mit mehreren nebeneinander angeordneten Streifenemittern (3i bis 38), die mit ihren SA-Achsen in der gleichen Richtung ausgerichtet und in dieser Richtung versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die jeweils auf die SA-Achse bezogenen Strahlparameterprodukte
(BPPSA) zumindest einiger der Streifenemitter (3i bis 38) verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils auf die SA-Achse bezogene Strahlparameterprodukt (BPPSA) der Streifenemitter (3i bis 38) ausgehend von der Mitte der Diodenlaserstruktur (2) zu beiden Rändern der Diodenlaserstruktur (2) hin, insbesondere spiegelsymmetrisch bzgl. der Mitte der Diodenlaserstruktur (2), abnimmt.
2. Diodenlaserstruktur nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die auf die SA-Achse bezogenen Strahlparameterprodukte (BPPSA) der
Streifenemitter (3i bis 38) derart gewählt sind, dass sie zu einem in der BPPSA- BPPFA-Ebene annähernd dem Strahlparameterprodukt einer Faser entsprechenden Strahl entsprechend dem Faserquerschnitt, insbesondere einem runden oder elliptischen Faserquerschnitt, optisch zusammensetzbar sind.
3. Diodenlaserstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelflächen der Streifenemitter (3i bis 38) in einer Ebene rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung der von den Streifenemittern (3i bis 38) ausgehenden Laserstrahlen (4i bis 48) liegen oder zumindest einige der
Auskoppelflächen der Streifenemitter (3i bis 38) treppenförmig zueinander versetzt angeordnet sind.
4. Diodenlaserstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenemitter (3i bis 38) durch monochromatische Emitter, insbesondere Multimode-Emitter, mit jeweils der gleichen Laserwellenlänge gebildet sind.
5. Diodenlaserstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Streifenemitter (3i bis 38) in der Richtung ihrer SA-Achsen verschieden breit sind.
6. Diodenlaserstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Breite (wi bis W8) der Streifenemitter (3i bis 38) ausgehend von der Mitte der Diodenlaserstruktur (2) zu beiden Rändern der Diodenlaserstruktur (2) hin, insbesondere spiegelsymmetrisch bzgl. der Mitte der Diodenlaserstruktur (2), abnimmt.
7. Diodenlaserstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Streifenemitter (3-i bis 38) eine jeweils auf die SA-Achse bezogene unterschiedliche Divergenz (ΘSA) aufweisen.
8. Diodenlaserstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die SA-Achse bezogene Divergenz (ΘSA) der Streifenemitter (S1 bis 38) ausgehend von der Mitte der Diodenlaserstruktur (2) zu beiden Rändern der Diodenlaserstruktur (2) hin, insbesondere spiegelsymmetrisch bzgl. der Mitte der Diodenlaserstruktur (2), abnimmt.
9. Diodenlaserstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Streifenemitter (3i bis 38) jeweils durch einen einzigen Einzelemitter (53, 54) gebildet sind.
10. Diodenlaserstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Streifenemitter (3i bis 38) jeweils durch mehrere Einzelemitter (6, 7, 8) gebildet sind.
11. Diodenlaserstruktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedlich breite Streifenemitter (3i bis 38) jeweils durch eine unterschiedliche Anzahl von gleichbreiten, insbesondere identischen Einzelemittern (6) gebildet sind.
12. Diodenlaserstruktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedlich breite Streifenemitter (3i bis 3s) jeweils durch mehrere unterschiedlich breite Einzelemitter (7, 8) gebildet sind.
13. Diodenlaserstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Streifenemittern (3i bis 38) eine Optik (10) nachgeordnet ist, die die von den Streifenemittern (3i bis 38) ausgehenden Laserstrahlen (4i bis 48) als in Richtung ihrer FA-Achsen optisch nebeneinander angeordnete parallele Laserstrahlstreifen auf eine runde Faser (11) abbildet, wobei das auf die SA-Achse bezogene Strahlparameterprodukt
(BPPSA) jedes Laserstrahlstreifens an das auf die SA-Achse bezogene Strahlparameterprodukt (BPPSA) des zugehörigen Faserbereichs angepasst ist.
14. Diodenlaserstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenemitter (3i bis 38) auf einem Laserdiodenbarren (1) angeordnet sind.
15. Diodenlaserstruktur nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Laserdiodenbarren (1) zu einem Diodenstapel (20) gestapelt sind.
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