DE102007001087A1

DE102007001087A1 - Laserzündvorrichtung zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs und Laserzündanordnung zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs

Info

Publication number: DE102007001087A1
Application number: DE102007001087A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Behringer; Harald Dr. König; Johann Luft; Martin Müller; Marc Dr. Philippens
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2007-01-04
Publication date: 2008-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserzündvorrichtung zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs, insbesondere in einem Verbrennungsmotor. Die Laserzündvorrichtung umfasst ein optisch pumpbares Lasermedium, welches im Betrieb einen Laserstrahl emittiert, der in das zu zündende Kraftstoff-Luft-Gemisch eingekoppelt wird und eine monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode, welche im Betrieb eine Mehrzahl von Pumpstrahlen emittiert, die das Lasermedium optisch pumpen. Die Erfindung betrifft weiter eine Laserzündanordnung, die eine Mehrzahl von Laserzündvorrichtungen umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserzündvorrichtung zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs, insbesondere in einem Verbrennungsmotor, und eine Laserzündanordnung zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs.
Beispielsweise beschreibt die Druckschrift US 2005/0063646 A1 ein laserbasiertes Zündsystem für einen stationären Erdgasmotor.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Zündvorrichtung zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs anzugeben, die besonders effizient und vielseitig einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Laserzündvorrichtung zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs gemäß Anspruch 1 und eine Laserzündanordnung zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs gemäß Anspruch 23 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Laserzündvorrichtung beziehungsweise der Laserzündanordnung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug ausdrücklich in die Beschreibung aufgenommen wird.
Eine Laserzündvorrichtung zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs gemäß der Erfindung umfasst mindestens ein optisch pumpbares Lasermedium, welches im Betrieb einen Zündstrahl emittiert, der in das zu zündende Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Zündung eingekoppelt wird und eine monolithisch kaskadierte Mehrfachlaserdiode, welche mindestens einen aktiven Bereich aufweist, der im Betrieb eine Mehrzahl von Pumpstrahlen emittiert, die in das Lasermedium eingekoppelt werden.
Ein Kraftstoff-Luft-Gemisch umfasst vorliegend Luft und einen, insbesondere flüssigen oder gasförmigen, Kraftstoff. Bei dem Kraftstoff handelt es sich beispielsweise um ein brennbares Gas, etwa Erdgas, und/oder eine brennbare Flüssigkeit wie zum Beispiel Benzin. Eine brennbare Flüssigkeit liegt in dem Kraftstoff-Luft-Gemisch vorzugsweise in Form von Tröpfchen beziehungsweise in Form eines Kraftstoff-Nebels vor. Darüber hinaus ist die Laserzündvorrichtung auch zur Zündung weiterer brennbarer Gase, beispielsweise eines Gemischs aus Wasserstoff und Sauerstoff, oder brennbarer Gemische mit einem Gas und einer Flüssigkeit geeignet, auch wenn diese Gase oder Gemische keine Luft enthalten.
Eine monolithisch kaskadierte (oder, kurz, monolithische) Mehrfach-Laserdiode umfasst einen Halbleiterlaser-Chip mit einer, vorzugsweise epitaktisch gewachsenen, laseraktiven Halbleiterschichtenfolge. Die laseraktive Halbleiterschichtenfolge emittiert, vorzugsweise zu gleichen Zeiten, eine Mehrzahl von Laserstrahlen. Dazu umfasst sie einen aktiven Bereich mit einer Mehrzahl von aktiven Schichten, die je einen laseraktiven pn-Übergang umfassen. Die aktiven Schichten sind in Serie geschaltet – mit anderen Worten monolithisch kaskadiert. Insbesondere folgen sie in Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge aufeinander. Zweckmäßigerweise ist zwischen jeweils zwei laseraktiven pn- Übergängen des aktiven Bereichs der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge eine Tunneldiode ausgebildet.
Eine solche monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode ist beispielsweise in der Druckschrift EP 1051 783 B1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die laseraktiven pn-Übergange umfassen beispielsweise eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur beinhaltet hierbei keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit u. a. Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Beispiele für MQW-Strukturen sind in den Druckschriften WO 01/39282 , US 5,831,277 , US 6,172,382 B1 und US 5,684,309 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Beispielsweise sind die laseraktiven pn-Übergänge als Quantenpunkte oder, bevorzugt, als Quantenfilme ausgeführt. Bei einer Ausführungsform weist der aktive Bereich zwischen zwei und zehn laseraktiven pn-Übergängen auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Zweckmäßigerweise ist zumindest der aktive Bereich der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge in einem Resonator angeordnet. Bevorzugt beträgt die optische Länge des Resonators zwischen 300 μm und 10 mm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Beispielsweise sind bei einer Ausführungsform zwei Seitenflächen der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge als Resonatorspiegel ausgebildet.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der aktive Bereich als gewinngeführte Laserstruktur ausgebildet. Beispielsweise ist dazu die Breite des aktiven Bereichs durch die Breite einer Elektrode vorgegeben, mittels welcher im Betrieb der Mehrfach-Laserdiode ein Betriebsstrom in die laseraktive Halbleiterschichtenfolge eingeprägt wird. Ausführungsformen, bei denen die Breite des aktiven Bereichs durch die Breite der Elektrode vorgegeben ist, umfassen nicht nur Ausführungsformen, bei denen die Elektrode und der aktive Bereich die gleiche Breite haben, sondern auch solche, bei denen die Breite des aktiven Bereichs, beispielsweise aufgrund von Stromaufweitung in der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge, gegenüber der Breite der Elektrode vergrößert ist. Die Schichten der laseraktive Halbleiterschichtenfolge, insbesondere die aktiven Schichten, können eine größere Breite aufweisen als der aktive Bereich, die Pumpstrahlung wird jedoch nur in dem durch die Breite der Elektrode vorgegebenen aktiven Bereich erzeugt.
Eine gewinngeführte Laserstruktur ist mit Vorteil besonders kostengünstig herstellbar. Insbesondere bei hohen Leistungen, wie sie vorliegend zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs notwendig sind, ist eine gewinngeführte Laserstruktur auch im Hinblick auf die Effizienz der monolithisch-kaskadierten Laserdiode vorteilhaft.
Die Breite ist dabei die Ausdehnung des aktiven Bereichs beziehungsweise der Elektrode parallel zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere senkrecht zur Wachstumsrichtung, und senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung der von dem aktiven Bereich im Betrieb emittierten Pumpstrahlen. Die Hauptabstrahlrichtung hat insbesondere die gleiche Richtung wie der Verbindungsvektor der Resonatorspiegel der Mehrfach-Laserdiode, beispielsweise die Richtung der Flächennormalen einer Seitenfläche der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge, die als Resonatorspiegel ausgebildet ist. Anders ausgedrückt ist die Hauptabstrahlrichtung durch die Richtung der optischen Achse der Strahlenkegel der Pumpstrahlen gegeben.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist der aktive Bereich als indexgeführte Laserstruktur ausgebildet. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der aktive Bereich seitlich, also parallel zur Haupterstreckungsebene der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge und senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung der Pumpstrahlen, durch eine Änderung, insbesondere einen Sprung, des Brechungsindex begrenzt wird. Mit anderen Worten wird der aktive Bereich lateral und in einer Richtung quer zur Hauptabstrahlrichtung durch die Änderung des Brechungsindex begrenzt. Die Änderung des Brechungsindex wird beispielsweise dadurch hervorgerufen, dass seitlich vom aktiven Bereich ein Teilbereich der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge entfernt ist. Die von einem aktiven Bereich mit einer indexgeführten Laserstruktur emittierten Pumpstrahlen ein vorteilhaftes, insbesondere gaußförmiges Strahlprofil, sodass sie zum Beispiel besonders effizient in ein Strahlführungselement einkoppelbar sind.
Neben Ausführungsformen, bei denen sämtliche aktiven Schichten indexgeführt sind, werden im vorliegenden Zusammenhang auch solche aktiven Bereiche als "indexgeführte Laserstruktur" bezeichnet, bei denen zumindest eine der aktiven Schichten der monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode indexgeführt ist, während mindestens eine weitere aktive Schicht gewinngeführt oder sowohl gewinn- als auch indexgeführt ist. In der Regel kann angenommen werden, dass bei der indexgeführten aktiven Schicht die laterale Ausdehnung der von dieser aktiven Schicht erzeugten Pumpstrahlung zumindest im Wesentlichen durch den Einfluss des Brechungsindex-Sprungs begrenzt wird, während bei der gewinngeführten aktiven Schicht die laterale Ausdehnung der erzeugten Pumpstrahlung zumindest im Wesentlichen durch die Breite der Elektrode, anders ausgedrückt durch die für die Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge gewählte Geometrie, vorgegeben ist, wie oben ausgeführt. Bei einer aktiven Schicht, die sowohl gewinn- als auch indexgeführt ist, wirken insbesondere beide Effekte zur Begrenzung der lateralen Ausdehnung der Pumpstrahlung zusammen.
Bei einer Ausführungsform ist die monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode als Breitstreifenlaser ausgebildet. Mit anderen Worten ist der aktive Bereich in Draufsicht auf die Haupterstreckungsebene der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge vollflächig, also als einfach zusammenhängendes Gebiet, ausgebildet. Der aktive Bereich ist dabei insbesondere in seitlicher Richtung, also in einer zur Haupterstreckungsebene der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge parallelen und in zur Hauptabstrahlrichtung der Pumpstrahlen senkrechten Richtung, ohne Unterbrechungen durchgehend ausgebildet.
Bei einer anderen Ausführungsform ist der aktive Bereich in seitlicher Richtung zu einer Mehrzahl, insbesondere voneinander getrennter, aktiver Teilbereiche strukturiert. Beispielsweise sind die aktiven Teilbereiche Streifen, die zweckmäßigerweise entlang der Hauptabstrahlrichtung verlaufen. Jeder aktive Teilbereich stellt analog zu der obigen Beschreibung eine gewinngeführte oder eine indexgeführte Laserstruktur dar. Die von einer aktiven Schicht emittierte Pumpstrahlung aller aktiven Teilbereiche bildet vorzugsweise einen gemeinsamen Pumpstrahl.
Zwischen je zwei benachbarten aktiven Teilbereichen umfasst der aktive Bereich in Draufsicht auf die Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge eine inaktive Zone, in der vorzugsweise keine oder zumindest fast keine Laserstrahlung erzeugt wird. Die inaktive Zone ist vorzugsweise ebenfalls streifenförmig. Sind die zwei benachbarten aktiven Teilbereiche als indexgeführte Laserstrukturen ausgebildet, ist zweckmäßigerweise zumindest in einem Teil der inaktiven Zone die laseraktive Halbleiterschichtenfolge zumindest teilweise entfernt. Insbesondere bei zwei benachbarten aktiven Teilbereichen, die als gewinngeführte Laserstrukturen ausgebildet sind, ist die inaktive Zone frei von der Elektrode.
In Erweiterung der obigen Definition umfasst ein zu mehreren aktiven Teilbereichen strukturierter aktiver Bereich auch Ausführungsformen, bei denen zwei benachbarte aktive Teilbereiche zwar geometrisch getrennt sind, etwa mittels einer Strukturierung der Elektrode und/oder der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge, jedoch lateral zwischen den beiden Teilbereichen kein Gebiet existiert, in dem in allen aktiven Schichten keine oder fast keine Pumpstrahlung erzeugt wird.
In diesem Fall wird als aktiver Teilbereich der durch die geometrische Strukturierung gegebene, insbesondere von einem Teilbereich der strukturierten Elektrode bedeckte Teilbereich des aktiven Bereichs verstanden. Unter dem Begriff "inaktive Zone" wird entsprechend eine zwischen zwei aktiven Teilbereichen angeordnete Zone des aktiven Bereichs verstanden, in der ein Teil der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge entfernt – also die Dicke der Halbleiterschichtenfolge reduziert – ist und/oder die frei von der Elektrode ist, selbst wenn – etwa aufgrund von Stromaufweitung in der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge – Laserstrahlung in ihr erzeugt wird. Beispielsweise überlappt die Pumpstrahlung mindestens einer aktiven Schicht, die in zwei benachbarten aktiven Teilbereichen erzeugt wird, in der zwischen den aktiven Teilbereichen angeordneten inaktiven Zone. Insbesondere nimmt der Überlapp, also die Intensität der in der inaktiven Zone emittierten Pumpstrahlung mit dem Abstand der aktiven Schicht von der strukturierten Elektrode zu.
Die laseraktiven pn-Überänge benachbarter aktiver Teilbereiche sind bei einer vorteilhaften Ausführungsform, insbesondere über die zwischen ihnen angeordnete inaktive Zone hinweg, phasengekoppelt. Die Breite der inaktiven Zone zwischen den Teilbereichen ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform an den Brechungsindexsprung zu den benachbarten aktiven Teilbereichen angepasst. Beispielsweise ist die Breite der inaktiven Zone so gewählt dass sie kleiner oder gleich dem Zehnfachen der Vakuum-Wellenlänge einer von der Mehrfach-Laserdiode emittierten Laserstrahlung, insbesondere der Vakuum-Wellenlänge des Emissionsmaximums der Laserstrahlung, ist.
Eine Mehrfach-Laserdiode, deren aktiver Bereich zu einer Mehrzahl von aktiven Teilbereichen strukturiert ist, ist besonders vorteilhaft. Beispielsweise ist mit einem zu indexgeführten aktiven Teilbereichen strukturierten aktiven Bereich eine hohe Strahlqualität, insbesondere ein grundmodiger ("single mode") Laser erzielbar. Die aktiven Teilbereiche haben dazu bei einer Ausgestaltung eine Breite von kleiner oder gleich 10 μm, vorzugsweise zwischen 3 μm und 5 μm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Beispielsweise bei einer Mehrfachlaserdiode mit einem gewinngeführten aktiven Bereich, insbesondere bei einem gewinngeführten aktiven Bereich mit einer Breite von 100 μm oder mehr, verringert die Strukturierung des aktiven Bereichs, sprich die Strukturierung der Elektrode zu einzelnen, voneinander getrennten und insbesondere streifenförmigen Teilbereichen, die Gefahr der Filamentation des im Betrieb mittels der Elektrode zugeführten Betriebsstroms, anders ausgedrückt die Gefahr von Inhomogenitäten in der Stromdichteverteilung lateral zur Richtung des Stromflusses des Betriebsstroms.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Mehrfachlaserdiode eine Mehrzahl von aktiven Bereichen mit je einer Mehrzahl von monolithisch kaskadierten aktiven Schichten, wobei die aktiven Bereiche seitlich nebeneinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind die aktiven Bereiche in ein und derselben laseraktiven Halbleiterschichtenfolge, also monolithisch integriert, ausgebildet. Vorteilhafterweise wird von der monolithisch kaskadierten Laserdiode mit einer Mehrzahl von aktiven Bereichen eine Vielzahl von, üblicherweise inkohärenten, Pumpstrahlen emittiert. Die von einer solchen monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode emittierte Pumpstrahlung weist mit Vorteil eine besonders hohe optische Leistung auf.
Die oben für überlappende aktive Teilbereiche erweiterte Definition gilt für eine monolithisch-kaskadierte Mehrfach-Laserdiode mit einer Mehrzahl seitlich nebeneinander angeordneter und überlappender aktiver Bereiche entsprechend: Die Breite geometrisch getrennter, lateral benachbarter aktiver Bereiche, die Pumpstrahlung emittieren, welche zumindest für eine aktive Schicht in der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge überlappt, ist die Breite der Elektrode oder die durch die Lage der seitlichen Brechungsindexsprünge definierte Breite.
Zumindest einige, bevorzugt jedoch alle von der monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode emittierten Laserstrahlen werden als Pumpstrahlen in das Lasermedium eingekoppelt und pumpen dieses optisch. Bevorzugt wird die Mehrfach-Laserdiode gepulst betrieben, so dass die Pumpstrahlen als Laserpulse emittiert werden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform legen die Laserpulse den Zündzeitpunkt fest, zu dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet wird.
Die Pumpstrahlen umfassen bei einer Ausführungsform Laserstrahlung einer Zentral-Wellenlänge von 808 nm, 880 nm, 915 nm, 940 nm oder 980 nm. Bevorzugt umfassen die Pumpstrahlen im Wesentlichen nur Laserstrahlung deren Wellenlänge um 10 nm oder weniger von der Zentral-Wellenlänge abweicht.
Vorteilhafterweise wird mit der monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode eine hohe optische Pumpleistung, die für das Pumpen des Lasermediums notwendig ist, mit einem geringen Halbleitervolumen erreicht. Insbesondere ist das notwendige Halbleitervolumen im Vergleich zu herkömmlichen Laserdioden verringert. So wird eine kleinere Baugröße der Laserzündvorrichtung ermöglicht. Die Laserzündvorrichtung kann daher besonders flexibel eingesetzt werden. Zudem ist eine besonders kostengünstige Herstellung der Laserzündvorrichtung möglich.
Die von der monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode emittierten Pumpstrahlen sind beim Austritt aus einer Strahlungsauskoppelfläche der Mehrfach-Laserdiode in der Regel räumlich getrennt. Bei gleicher Ausgangsleistung werden daher vorteilhafterweise die strahlungsemittierenden Facetten bzw. Teilflächen einer monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode weniger stark beansprucht als die einer herkömmlichen Laserdiode. Beispielsweise wird so eine besonders lange Lebensdauer der Laserzündvorrichtung erzielt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode ein erstes Strahlführungselement, also ein Pumpstrahlführungselement, nachgeordnet. Das Pumpstrahlführungselement ist der Mehrfach-Laserdiode dabei derart nachgeordnet, dass zumindest einige der von der Mehrfach-Laserdiode emittierten Pumpstrahlen, besonders bevorzugt alle von der Mehrfach-Laserdiode emittierten Pumpstrahlen, auf das Pumpstrahlführungselement treffen, so dass sie zumindest teilweise in dieses eingekoppelt werden. Das Pumpstrahlführungselement umfasst beispielsweise einen Spiegel.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Mehrfach-Laserdiode und dem Lasermedium ein erstes Strahlformungselement angeordnet.
Umfasst die Laserzündvorrichtung ein Pumpstrahlführungselement und ein erstes Strahlformungselement, so ist das erste Strahlformungselement bevorzugt zwischen dem Pumpstrahlführungselement und dem Lasermedium angeordnet. Mit anderen Worten treffen einige, bevorzugt alle, von der Mehrfach-Laserdiode emittierten Pumpstrahlen zunächst auf das Pumpstrahlführungselement und anschließend auf das erste Strahlformungselement, bevor sie in das Lasermedium eingekoppelt werden.
Das erste Strahlformungselement umfasst bevorzugt eine Linse, ein Beugungsgitter und/oder einen Spiegel. Besonders bevorzugt ist das erste Strahlformungselement dazu vorgesehen, die Pumpstrahlen auf das Lasermedium zu fokussieren. In diesem Fall vereinigt das erste Strahlformungselement zumindest einige, vorzugsweise jedoch alle, der von der monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode emittierten Pumpstrahlen auf einen Teilbereich einer Strahlungseintrittsfläche des Lasermediums.
Der Teilbereich der Strahlungseintrittsfläche des Lasermediums, auf den die Pumpstrahlen fokussiert werden, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform möglichst klein. Beispielsweise beträgt die Ausdehnung des Teilbereichs in einer insbesondere beliebigen Richtung 1000 μm oder weniger, bevorzugt 100 μm oder weniger.
Die minimale Ausdehnung des Teilbereichs ist dabei abhängig von der optisch aktiven Größe, etwa einer optisch wirksamen, zum Pumpstrahl im Wesentlichen transversalen Abmessung, beispielsweise dem ausgeleuchteten Durchmesser, und den optischen Eigenschaften des ersten Strahlformungselements, der Wellenlänge der Pumpstrahlen und von den Eigenschaften der Lichtquelle, also der monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode. Die von der monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode emittierten Pumpstrahlen weisen vorteilhafterweise eine besonders geringe Quellgröße, anders ausgedrückt eine besonders geringe Größe der Lichtquelle beziehungsweise der Fläche, von der ein Pumpstrahl ausgeht oder auszugehen scheint, und/oder eine besonders hohe Brillanz bzw.
Strahlqualität auf, die insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Halbleiterlasern erhöht ist. So ist eine besonders effiziente Strahlformung möglich und die Strahlungseinkopplung in das Lasermedium und/oder das Pumpstrahlführungselement ist verbessert und vereinfacht.
Die in das Lasermedium eingekoppelten Pumpstrahlen erzeugen zweckmäßigerweise eine Besetzungsinversion in dem Lasermedium, so dass dieses einen Laserstrahl, den Zündstrahl, emittiert. Der Zündstrahl wird in das zu zündende Kraftstoff-Luft-Gemisch eingekoppelt und initiiert in diesem einen Verbrennungsprozess, beispielsweise durch Entflammen eines Gases und/oder Erzeugen eines Luftfunkens. Die von dem Lasermedium emittierte Leistung ist zweckmäßigerweise so gewählt, dass der emittierte Zündstrahl zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs geeignet ist. Das Lasermedium ist bevorzugt in einem Resonator angeordnet.
Bei einer Ausführungsform der Laserzündvorrichtung ist dem Lasermedium ein Zündstrahlführungselement, anders ausgedrückt ein zweites Strahlführungselement, in Abstrahlrichtung nachgeordnet. Mit anderen Worten wird der von dem Lasermedium emittierte Zündstrahl in das Zündstrahlführungselement eingekoppelt und von diesem zu dem zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisch geleitet. Bevorzugt umfasst das Zündstrahlführungselement einen Spiegel. Die Laserzündvorrichtung mit einem Zündstrahlführungselement ermöglicht eine hohe Flexibilität in Bezug auf die Ausrichtung und die Position, insbesondere den Abstand, des Lasermediums zu dem Kraftstoff-Luft-Gemisch.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Lasermedium und dem Kraftstoff-Luft-Gemisch ein zweites Strahlformungselement angeordnet. Das zweite Strahlformungselement umfasst bevorzugt eine Linse, ein Beugungsgitter und/oder einen Spiegel.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Strahlformungselement einer Strahlungsaustrittsfläche des Zündstrahlführungselements in Abstrahlrichtung nachgeordnet. Der von dem Lasermedium emittierte Laserstrahl trifft also zunächst auf das Zündstrahlführungselement und anschließend auf das zweite Strahlformungselement, bevor er in das Kraftstoff-Luft-Gemisch eingekoppelt wird.
Besonders bevorzugt fokussiert das zweite Strahlformungselement den von dem Lasermedium emittierten Zündstrahl auf ein Teilvolumen des Kraftstoff-Luft-Gemischs. Besonders bevorzugt weist das zweite Strahlformungselement einen Brennpunkt auf. Ein beispielsweise im Wesentlichen paralleler Zündstrahl, der auf das zweite Strahlformungselement trifft, wird dann austrittsseitig auf diesen Brennpunkt fokussiert. So wird insbesondere die zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs erforderliche hohe Leistungsdichte erreicht. Die minimale Größe des Teilvolumens des Kraftstoff-Luft-Gemischs ist von den optischen Eigenschaften des zweiten Strahlformungselements, der Wellenlänge und der Strahlqualität des Zündstrahls beeinflusst. Bevorzugt weist der Zündstrahl eine hohe Strahlqualität mit einem M²-Wert nahe 1 auf.
Das Teilvolumen des Kraftstoff-Luft-Gemischs, auf die der Laserstrahl von dem zweiten Strahlformungselement fokussiert wird, hat bevorzugt in jeder Raumrichtung eine Ausdehnung zwischen 500 nm und 1000 μm, bevorzugt zwischen 1 μm und 500 μm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Das Lasermedium, insbesondere in Kombination mit dem zweiten Strahlformungselement, ermöglicht es vorteilhafterweise, die Stelle innerhalb des Kraftstoff-Luft-Gemischs, an der die Zündung erfolgen soll, weitgehend frei zu wählen. Zudem kann mit Vorteil die Form des Teilbereichs, in dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, entsprechend den Anforderungen an den Brennprozess im Wesentlichen beliebig gewählt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Laserzündvorrichtung ein weiteres optisches Element. Dabei handelt es sich beispielsweise um ein Fenster, das bevorzugt zwischen dem Lasermedium und dem zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisch angeordnet ist, und letzteres von dem Lasermedium trennt. Zweckmäßigerweise ist das Fenster zumindest teilweise für die Wellenlänge des von dem Lasermedium emittierten Zündstrahls durchlässig. Vorzugsweise umfasst die Laserzündvorrichtung auch eines oder mehrere der folgenden optischen Elemente: Beugungsgitter, Planspiegel, gekrümmter Spiegel, Zerstreuungslinse, Sammellinse. Ein solches weiteres optisches Element oder eine Mehrzahl solcher weiterer optischen Elemente ist bevorzugt zur Führung und/oder Formung der Pumpstrahlen und/oder des Zündstrahls vorgesehen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Laserzündvorrichtung eine Mehrzahl von monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdioden. Bevorzugt umfasst die Laserzündvorrichtung zwanzig Mehrfach-Laserdioden oder weniger. Jede dieser monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdioden emittiert im Betrieb eine Mehrzahl von Pumpstrahlen, die in das Lasermedium eingekoppelt werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind mindestens zwei, vorzugsweise jedoch alle der Mehrfachlaserdioden monolithisch integriert ausgebildet. Sie stellen, anders ausgedrückt, einen Laserdiodenbarren dar.
Bei einer Ausführungsform werden die Pumpstrahlen einer Mehrzahl von monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdioden in eine gemeinsame Strahlungseintrittsfläche des Lasermediums eingekoppelt. So kann vorteilhafterweise die pro Fläche in das Lasermedium eingekoppelte Strahlungsleistung erhöht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass alternativ oder zusätzlich die Pumpstrahlen einer Mehrzahl von monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdioden in unterschiedliche Strahlungseintrittsflächen des Lasermediums eingekoppelt werden. Mit anderen Worten weist das Lasermedium mindestens eine erste und eine zweite Strahlungseintrittsfläche auf. Die Pumpstrahlen mindestens einer ersten Mehrfach-Laserdiode werden in die erste Strahlungseintrittsfläche des Lasermediums eingekoppelt, während die Pumpstrahlen mindestens einer zweiten Mehrfach-Laserdiode in die zweite Strahlungseintrittsfläche des Lasermediums eingekoppelt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Lasermedium um einen Festkörper, beispielsweise um einen Laserkristall oder eine Laserfaser. Diese sind besonders dazu geeignet, von einer oder mehreren monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdioden optisch gepumpt zu werden und emittieren Laserstrahlen von besonders hoher Strahlqualität.
Ein Festkörper als Lasermedium erlaubt besonders geringe Abmessungen des Lasermediums, so dass vorteilhafterweise der Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen Zündvorrichtungen reduziert ist. Bevorzugt sind die Abmessungen des Lasermediums so gewählt, dass es dem Kraftstoff-Luft-Gemisch benachbart angeordnet werden kann. Bei einer solchen Anordnung werden vorteilhafterweise Verluste, die bei der Führung des Laserstrahls zum Kraftstoff-Luft-Gemisch auftreten können, gering gehalten.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Lasermedium ein Festkörper auf Basis von Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) oder Yttrium-Lithium-Fluorid (YLF), das besonders bevorzug mit Neodym, Ytterbium und/oder Erbium dotiert ist. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist das Lasermedium Saphir auf, das insbesondere mit Titan dotiert ist. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Lasermedium eine Laserfaser. Das Lasermedium weist in diesem Fall bevorzugt ein Glas auf. Es ist ähnlich einer Glasfaser mit einem Kern und einer Mantelschicht oder mehreren Mantelschichten mit abgestuftem und/oder kontinuierlich variierendem Brechungsindex ausgeführt. Das Lasermedium, insbesondere der Kern der Laserfaser, ist bevorzugt mit Erbium, Ytterbium und/oder Neodym dotiert. Ist das Lasermedium eine Laserfaser, übernimmt das Lasermedium mit Vorteil zugleich die Funktion eines Strahlführungselements.
Weiter bevorzugt kann das Lasermedium als Stab oder Scheibe geformt sein. Vorteilhafterweise wird so eine hohe Strahlqualität erreicht. Bei gepulstem Betrieb wird mit Vorteil eine hohe Pulsenergie des Zündstrahls erzielt.
Die Oberfläche eines solchen Stabs beziehungsweise einer solchen Scheibe weist zwei einander gegenüberliegende und bevorzugt zueinander parallele Grundflächen auf, die von einer umlaufenden Mantelfläche verbunden werden. Die Grundflächen haben vorzugsweise den gleichen Querschnitt und sind beispielsweise als Kreis, Ellipse, Dreieck, Trapez, Parallelogramm, Rechteck oder Quadrat geformt. Alternativ kann das Lasermedium auch als Kegel, Pyramide, Kegelstumpf oder Pyramidenstumpf geformt sein.
Bei einer Ausführungsform der Laserzündvorrichtung werden die von der monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode emittierten Pumpstrahlen in eine Grundfläche des Stabs beziehungsweise der Scheibe eingekoppelt. Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Pumpstrahlen einer Mehrfach-Laserdiode in die Mantelfläche des Stabs beziehungsweise der Scheibe eingekoppelt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat der Stab einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt und die Laserzündvorrichtung umfasst eine durch drei teilbare Anzahl von Mehrfach-Laserdioden. In diesem Fall werden besonders bevorzugt die Mehrfach-Laserdioden in drei Gruppen, insbesondere mit je gleicher Anzahl von Mehrfach-Laserdioden, eingeteilt und die Pumpstrahlen, die von einer Gruppe der Mehrfach-Laserdioden emittiert werden, wird in einen Teilbereich der Mantelfläche eingekoppelt, der gegen die Teilbereiche der Mantelfläche, in die die Pumpstrahlen der beiden anderen Gruppen von Mehrfach-Laserdioden eingekoppelt werden, um 120° um die Längsachse des Stabs gedreht ist. Anders ausgedrückt werden die Pumpstrahlen in Segmente der Mantelfläche eingekoppelt, die bei 0°, 120° und 240° entlang der Längsachse des Stabs liegen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Laserzündvorrichtung eine Zündkerze. Die Zündkerze hat vorzugsweise die Abmessungen einer herkömmlichen Zündkerze, so dass die Laserzündvorrichtung mit Vorteil bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren eingesetzt werden kann. Vorteilhafterweise sind die Herstellungskosten einer erfindungsgemäßen Laserzündvorrichtung, insbesondere aufgrund der besonders geringen Herstellungskosten der monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode, nicht oder nur geringfügig höher als die Herstellungskosten einer Zündvorrichtung mit konventionellen Zündkerzen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform befindet sich die Strahlungsaustrittsfläche des Lasermediums im Inneren der Zündkerze. Besonders bevorzugt ist das Lasermedium vollständig in der Zündkerze angeordnet. Alternativ kann auch ein Teilbereich des Lasermediums, der die Strahlungsaustrittsfläche umfasst, aus der Zündkerze herausragen. Die monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode beziehungsweise die Mehrzahl von monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdioden ist bevorzugt außerhalb der Zündkerze angeordnet.
Befindet sich beispielsweise das Lasermedium vollständig innerhalb der Zündkerze, werden die Pumpstrahlen zweckmäßigerweise mittels eines Pumpstrahlführungselementes in die Zündkerze geführt und dort in das Lasermedium eingekoppelt. Handelt es sich bei dem Lasermedium beispielsweise um eine Laserfaser, ist dessen Strahlungsauskoppelfläche zweckmäßigerweise innerhalb der Zündkerze angeordnet, während die Strahlungseinkoppelfläche der Mehrfach-Laserdiode beziehungsweise den Mehrfach- Laserdioden benachbart ist. Die Laserfaser stellt also zugleich ein Strahlführungselement dar.
Eine Laserzündanordnung gemäß der Erfindung umfasst eine Mehrzahl von Laserzündvorrichtungen, wie sie oben beschrieben sind, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden. Bevorzugt umfasst die Laserzündanordnung 20 Laserzündvorrichtungen oder weniger. Die Laserzündanordnung ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders hohe Flexibilität bei der Steuerung der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs.
Beispielsweise erfolgt bei einer Ausführungsform der Laserzündanordnung die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs durch mindestens zwei Laserzündvorrichtungen zu gleichen Zeiten. Alternativ oder zusätzlich erfolgt bei einer weiteren Ausführungsform die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs durch mindestens zwei Laserzündvorrichtungen zu verschiedenen Zeiten.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs durch mindestens zwei Laserzündvorrichtungen an der gleichen Stelle des Kraftstoff-Luft-Gemischs. So kann beispielsweise eine besonders hohe Leistungsdichte erreicht werden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt alternativ oder zusätzlich die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs durch mindestens zwei Laserzündvorrichtungen an verschiedenen Stellen des Kraftstoff-Luft-Gemischs, wodurch dieses mit Vorteil besonders effizient verbrannt wird.
Eine solche Laserzündvorrichtung oder eine solche Laserzündanordnung ist insbesondere zur Verwendung mit einer Brennkraftmaschine wie einem Verbrennungsmotor, etwa einem Hubkolbenmotor, geeignet. Beispielsweise ersetzt die Laserzündvorrichtung oder die Laserzündanordnung eine oder mehrere konventionelle Glühkerzen, insbesondere für den Kaltstart eines Dieselmotors. Bevorzugt ersetzt sie ein herkömmliches Zündsystem, beispielsweise auf Basis einer konventionellen Zündkerze, etwa das Zündsystem eines Otto-Motors.
Der Verbrennungsmotor weist zweckmäßigerweise mindestens einen Brennraum für das Kraftstoff-Luft-Gemisch auf. Das Lasermedium der Zündvorrichtung ist bevorzugt dem Brennraum benachbart. Beispielsweise ist es dazu in einer Zündkerze angeordnet, die direkt an den Brennraum angrenzt oder in diesen hineinragt.
Die monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode oder die Mehrzahl monolithisch kaskadierter Mehrfach-Laserdioden einer Zündvorrichtung sind vorzugsweise von dem Brennraum entfernt angeordnet. Handelt es sich bei dem Verbrennungsmotor beispielsweise um einen Kraftfahrzeugmotor, der in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, sind die monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode beziehungsweise die monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdioden bevorzugt am Rand oder außerhalb des Motorraums angeordnet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 11 beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1, eine schematische Schnittdarstellung einer Laserzündvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2, eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts der monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode der 1,
3, eine schematische Draufsicht auf die monolithisch kaskadierte Mehrfachlaserdiode der 1,
4A und 4B, schematische Schnittdarstellungen durch zwei Varianten der monolithisch kaskadierten Mehrfachlaserdiode der 1,
5, eine schematische Draufsicht auf eine monolithisch kaskadierte Mehrfachlaserdiode gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
6A und 6B, schematische Schnittdarstellungen durch zwei Varianten der monolithisch kaskadierten Mehrfachlaserdiode der 5,
7, eine schematische Schnittdarstellung durch eine monolithisch kaskadierte Mehrfachlaserdiode gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
8, eine schematische Schnittdarstellung einer Laserzündvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
9, eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer Laserzündvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
10, eine schematische Schnittdarstellung einer Laserzündvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, und
11, eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Laserzündanordnung.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente, ihre Größen, Abstände und Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, beispielsweise Laserstrahlen, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben breit und/oder groß dargestellt sein.
Die Laserzündvorrichtung 1 zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 umfasst eine monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode 3. Eine monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode ist beispielsweise in der Druckschrift EP 1 051 738 B1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern durch Rückbezug aufgenommen ist. Die monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode 3 weist eine aktive Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich 30 auf, der eine Mehrzahl von aktiven Schichten 31 mit je einem laseraktiven pn-Übergang umfasst. Die laseraktiven pn-Übergänge sind vorliegend als Quantenfilme ausgebildet. Jede der aktiven Schichten 31 emittiert einen divergenten Pumpstrahl 4, wobei in 1 lediglich die Einhüllende der Pumpstrahlen 4 gezeigt ist.
2 zeigt den mit A bezeichneten Ausschnitt der 1 vergrößert mit den einzelnen aktiven Schichten 31 und den einzelnen Pumpstrahlen 4. Die Mehrfach-Laserdiode 3 weist drei aktive Schichten 31 auf, zwischen den jeweils eine Tunneldiode 32 angeordnet ist. Der Abstand d zwischen den monolithisch kaskadierten aktiven Schichten 31 beträgt beispielsweise zwischen 50 nm und 500 μm, bevorzugt zwischen 100 nm und 15 μm, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Dabei müssen die Abstände d zwischen den einzelnen aktiven Schichten 31 jedoch nicht wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich groß sein.
Die monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode 3 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst einen einzigen aktiven Bereich 30 und ist als gewinngeführter, kantenemittierender Breitstreifenlaser ausgebildet. Die Mehrfach-Laserdiode 3 weist dazu eine streifenförmige Elektrode 33. Die streifenförmige Elektrode hat eine Breite W_a, die kleiner ist als die Breite W der ersten Hauptfläche 301, und erstreckt sich über deren gesamte Länge L. Sie bedeckt also lediglich einen Streifen einer ersten Hauptfläche 301, während die laseraktiven pn-Übergänge 31 über die gesamte Breite W der ersten Hauptfläche 301 ausgebildet sind. Man vergleiche hierzu die schematische Draufsicht der 3, in der auch die Schnittebene A-A der 1 und 2 eingetragen ist, und die Schnittdarstellung entlang der Ebene B-B der 4A.
Die Breite W_a der Elektrode 33 hat beispielsweise einen Wert zwischen 50 und 500 μm, vorzugsweise zwischen 100 und 200 μm. Die erste Hauptfläche 301 hat beispielsweise die Breite W = 1 mm und eine Länge 1 mm ≤ L ≤ 2 mm.
Die Mehrfach-Laserdiode 3 wird mittels der streifenförmigen Elektrode 33 und einer zweiten Elektrode, die einer zweiten, der ersten Hauptfläche 301 gegenüberliegenden Hauptfläche 302 benachbart ist, elektrisch kontaktiert. Der Betriebsstrom fließt im Betrieb der Mehrfach-Laserdiode 3 im Wesentlichen durch ein in Draufsicht auf die erste Hauptfläche 301 von der streifenförmigen Elektrode 33 bedecktes Gebiet der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge, sodass die Pumpstrahlung 4 vollständig oder praktisch vollständig in diesem Gebiet, dem aktiven Bereich 30, erzeugt wird.
Die Emission der Pumpstrahlen erfolgt von einer Seitenfläche 303 der Mehrfach-Laserdiode 3. Die Hauptabstrahlrichtung 400 ist durch die Flächennormale zu der Seitenfläche 303 gegeben und entspricht auch der Richtung in der die streifenförmige Elektrode 33 verläuft.
Die Pumpstrahlen 4 haben zum Beispiel ein Emissionsmaximum bei 808 nm, 880 nm, 915 nm, 940 nm, 968 nm oder 980 nm und umfassen vorliegend im Wesentlichen nur Laserstrahlung deren Wellenlänge um 10 nm oder weniger vom Emissionsmaximum abweicht.
Alternativ zu einer gewinngeführten Ausführungsform kann der aktive Bereich 30 auch indexgeführt ausgeführt sein, wie in dem schematischen Querschnitt mit der Schnittebene B-B in 4B dargestellt. Das nicht von der streifenförmigen Elektrode 33 bedeckte Gebiet 310 der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge ist zumindest teilweise entfernt, etwa mittels eines Ätzprozesses oder eines Sägeverfahrens. Es tritt ein Brechungsindexsprung zwischen dem Halbeitermaterial des aktiven Bereichs 30 und der Umgebung in dem Gebiet 310 auf, in dem das Halbleitermaterial entfernt ist.
Auf diese Weise wird im aktiven Bereich 30 erzeugte Pumpstrahlung 4 an den im Wesentlichen parallel zur Hauptabstrahlrichtung 400 verlaufenden Seitenflächen 311 des aktiven Bereichs 30 reflektiert und der Austritt von Pumpstrahlung 4 durch diese Seitenflächen 311 wird minimiert, sodass die Pumpstrahlung 4 im Wesentlichen durch die Seitenfläche 303 ausgekoppelt wird.
Die von der Mehrfach-Laserdiode 3 bevorzugt als Laserpulse emittierten Pumpstrahlen 4 treten durch ein erstes Strahlformungselement 5, das eine Sammellinse ist, und die Pumpstrahlen 4 auf eine Strahlungseinkoppelfläche 601 des Lasermediums 6 fokussiert. Das Lasermedium 6 ist als Stab mit einer kreisförmigen Grundfläche 601 ausgebildet. Es handelt sich bei dem Lasermedium 6 beispielsweise um einen mit Neodym dotierten Yttrium-Aluminium-Granatlaser (Nd:YAG-Laser).
Die über die Strahlungseintrittsfläche 601 eingekoppelten Pumpstrahlen 4 erzeugen in dem Lasermedium 6 eine Besetzungsinversion. Dieser als optisches Pumpen bezeichnete Prozess regt das Lasermedium 6 zu der Emission eines Zündstrahls 7 an. Der aus der Strahlungsaustrittsfläche 602 ausgekoppelte Zündstrahl 7 tritt nachfolgend durch ein zweites Strahlformungselement 8, welches vorliegend von einer Sammellinse gebildet wird. Das zweite Strahlformungselement 8 fokussiert den Zündstrahl 7 auf ein kleines Teilvolumen 20 des Kraftstoff-Luft-Gemischs 2. So wird in dem Teilvolumen 20 des Kraftstoff-Luft-Gemischs 2 eine hohe Energiedichte des Zündstrahls 7 erreicht und das Kraftstoff-Luft-Gemisch 2 wird gezündet.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode 3 ist die streifenförmige Elektrode 33 nicht vollflächig ausgebildet, wie die streifenförmige Elektrode 33 der Mehrfachlaserdiode 3 der 3. Anders ausgedrückt stellt die streifenförmige Elektrode 33 kein einfach zusammenhängendes Gebiet dar. Vielmehr ist sie, wie in den 5, 6A und 6B dargestellt, zu einzelnen, ebenfalls streifenförmigen Teilbereichen 331, 332, 333 strukturiert. Die streifenförmigen Teilbereiche 331, 332, 333 verlaufen in die gleiche Richtung wie die streifenförmige Elektrode 33 und untergliedern, in Draufsicht auf die erste Hauptfläche 301, den aktiven Bereich 30 in voneinander getrennte aktive Teilbereiche 3310, 3320, 3330. Zwischen zwei benachbarten aktiven Teilbereichen 3310 und 3320 beziehungsweise 3320 und 3330 ist eine inaktive Zone 3340 angeordnet, in der keine Pumpstrahlung 4 erzeugt wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Mehrfach-Laserdiode 3 drei aktive Teilbereiche 3310, 3320, 3330. Die Anzahl der aktiven Teilbereiche ist dadurch jedoch in keiner Weise festgelegt. Vorzugsweise weist der aktive Bereich zwischen 2 und 40 aktive Teilbereiche 3310, 3320, 3330, und somit die streifenförmige Elektrode 33 zwischen 2 und 40 streifenförmige Teilbereiche 331, 332, 333 auf, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind.
Die Mehrfach-Laserdiode 3 ist, analog zum ersten Ausführungsbeispiel, entweder gewinngeführt oder indexgeführt ausgebildet, wie in den 6A und 6B dargestellt.
Beispielsweise bei der gewinngeführten Ausführungsform ist bei einer bevorzugten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels die Position der Elektrode 33 mittels einer isolierenden Maskenschicht 15 festgelegt. Die Maskenschicht 15 ist auf der ersten Hauptfläche 301 der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge angeordnet und lässt für die Elektrode 33 vorgesehene Bereiche der ersten Hauptfläche 301 frei. In den freigelassenen Bereichen ist eine Metallschicht als erste Elektrode 33 abgeschieden. Diese ist vorliegend mittels der Maskenschicht zu einzelnen Teilbereichen 331, 332, 333 strukturiert. Selbstverständlich ist die Ausführungsform auch für einen Breitstreifenlaser wie im ersten Ausführungsbeispiel geeignet. Eine Kontaktschicht 14 ist auf der von der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Maskenschicht 15 angeordnet und elektrisch leitend mit der Elektrode 33 verbunden. Vorliegend setzt sich die Metallschicht, die in den von der Maskenschicht 15 freigelassenen Bereichen die Teilbereiche 331, 332, 333 der Elektrode 33 darstellt, auf der von der ersten Hauptfläche 301 abgewandten Seite der Maskenschicht 15 als Kontaktschicht 14 fort.
Die Kontaktschicht 14 ragt beispielsweise seitlich über den aktiven Bereich 30 hinaus, anders ausgedrückt ist die Breite der Kontaktschicht 14 größer als die Breite des aktiven Bereichs 30. Auf diese Weise kann die monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode mit Vorteil besonders einfach und sicher elektrisch angeschlossen werden. Bei dem in 6A dargestellten Ausführungsbeispiel stellt die Kontaktschicht 14 zudem eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den einzelnen Teilbereichen 331, 332, 333 der Elektrode 33 her.
Bei der indexgeführten Ausführungsform wird dabei sowohl seitlich des aktiven Bereichs 30 als auch zwischen den aktiven Teilbereichen 3310, 3320, 3330, also in den inaktiven Zonen 3340, Halbleitermaterial der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge entfernt, das nicht in Draufsicht auf die erste Hauptfläche 301 von der streifenförmigen Elektrode 33 bedeckt ist.
Dabei können alle aktiven Schichten 31', 31, 31'' durchtrennt werden. Vorzugsweise ist jedoch mindestens eine aktive Schicht 31', 31 und/oder 31'', beispielsweise die letzte aktive Schicht 31'', die von der streifenförmigen Elektrode 33 den größten Abstand hat, nicht durchtrennt. Bei dem in 6B dargestellten Ausführungsbeispiel ist in den inaktiven Zonen 3340 und seitlich von der aktiven Zone 30 die Dicke der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge derart reduziert, dass die der streifenförmigen Elektrode 33 benachbarte aktive Schicht 31' durchtrennt ist, während die beiden anderen aktiven Schichten 31 und 31'' nicht durchtrennt sind. Insbesondere ist bei diesem Ausführungsbeispiel die der streifenförmigen Elektrode 33 benachbarte, erste aktive Schicht 31' im Wesentlichen indexgeführt, die letzte, am weitesten von der streifenförmigen Elektrode 33 entfernte aktive Schicht 31'' ist im Wesentlichen gewinngeführt, während die verbleibende, mittlere aktive Schicht 31 sowohl gewinn- wie auch indexgeführt ist.
Beispielsweise wird in der inaktiven Zone 3340 zwischen zwei benachbarten Teilbereichen 331 und 332 bzw. 332 und 333 keine oder praktisch keine Pumpstrahlung von der ersten aktiven Schicht 31' erzeugt, während zumindest von der letzten aktiven Schicht 31'' auch in den inaktiven Zonen 3340 Pumpstrahlung erzeugt wird. Zum Beispiel hat die Pumpstrahlung der letzten aktiven Schicht 31', etwa aufgrund von Stromaufweitung in der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge, über die gesamte Breite des aktiven Bereichs 30 eine im Wesentlichen homogene Intensität.
Bei einer weiteren Variante dieser Ausführungsform ist keine der aktiven Schichten 31', 31, 31'' durchtrennt, sondern lediglich eine in der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge enthaltene Mantelschicht, die zwischen der streifenförmigen Elektrode 33 und der ersten aktiven Schicht 31', angeordnet ist und vorzugweise an letztere angrenzt, ist zumindest teilweise entfernt. Vorteilhafterweise sind die aktiven Schichten 31', 31, 31'' bei dieser Ausführungsform besonders alterungsstabil.
Die Mantelschicht oder ein Teilbereich davon dient, üblicherweise zusammen mit einer zweiten Mantelschicht, die auf der anderen Seite der ersten aktiven Schicht 31' angeordnet ist, beispielsweise zum Ladungsträger-Einschluss (confinement) und/oder als Wellenleiter zumindest für die in der ersten aktiven Schicht 31' erzeugte Laserstrahlung. Beispielsweise ist die Dicke der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge in der oder den inaktiven Zone(n) 3340 um 1,5 μm oder mehr reduziert. Die Dicke der Mantelschicht ist in der oder den inaktiven Zone(n) 3340 beispielsweise auf eine Dicke zwischen 0,2 μm und 1 μm reduziert, wobei die Grenzen eingeschlossen sind, vorzugsweise ist die Dicke auf etwa 0,5 μm reduziert.
Obwohl keine der aktiven Schichten 31 durchtrennt ist, ist bei dieser Ausführungsform zumindest die erste aktive Schicht 31' dennoch indexgeführt. Ohne an eine bestimmte Erklärung gebunden zu sein wird angenommen, dass die teilweise oder vollständige Entfernung der Mantelschicht eine Störung, beispielsweise des Ladungsträgereinschlusses und/oder der Wellenleiter-Eigenschaften der Mantelschicht, bewirkt, die insbesondere für die in der ersten aktiven Schicht 31' erzeugte Laserstrahlung einen effektiven Brechungsindexsprung darstellt.
Beispielsweise haben zwei benachbarte streifenförmige Teilbereiche 331, 332, 333 jeweils einen Abstand D von etwa 10 μm. Die Breite W_a eines streifenförmigen Teilbereichs 331, 332, 333 beträgt beispielsweise zwischen 2 und 8 μm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Beispielsweise haben die streifenförmigen Teilbereiche 331, 332, 333 bei einer gewinngeführten Mehrfach-Laserdiode 3 eine Breite W_a von etwa 3 μm. Bei einer indexgeführten Mehrfach-Laserdiode 3 haben sie beispielsweise eine Breite W_a von etwa 5 μm. Der Abstand zwischen zwei benachbarten aktiven Teilbereichen, also insbesondere die Breite der inaktiven Zone 3340, beträgt daher vorliegend etwa 7 μm beziehungsweise etwa 5 μm.
Die Pumpstrahlung 4, die von einer der aktiven Schichten 31 in den einzelnen aktiven Teilbereichen 3310, 3320, 3330 jeweils erzeugt wird, ist bei einem solchen Abstand, der beispielsweise geringer ist als das Zehnfache der Wellenlänge des Emissionsmaximums der Pumpstrahlung 4, insbesondere phasengekoppelt und, etwa bei einem indexgeführten aktiven Bereich 30, vorzugsweise auch kohärent. Mit anderen Worten ist der aktive Bereich 30 vorliegend als phasengekoppeltes Array aus aktiven Teilbereichen ausgebildet.
Die monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode 3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, das in 7 im Querschnitt schematisch dargestellt ist, ist als Laserdioden-Barren ausgebildet. Sie umfasst also eine Mehrzahl von aktiven Bereichen 30, vorzugsweise mindestens 2 und höchstens 100 aktive Bereiche 30, die in Draufsicht auf die erste Hauptfläche 301 nebeneinander angeordnet sind. Ein aktiver Bereich 30 ist entweder gewinngeführt oder indexgeführt ausgebildet und umfasst eine vollflächige streifenförmige Elektrode 33 oder eine in streifenförmige Teilbereiche 331, 332, 333 untergliederte Elektrode, wie oben ausgeführt. Wie in Zusammenhang mit der 6A erläutert, ist vorliegend eine isolierende Maskenschicht 15 auf der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge angeordnet, die derart strukturiert ist, dass streifenförmige Teilgebiete der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge für die Elektroden 33 frei bleiben. Auf jeder Elektrode 33 ist vorliegend jeweils eine Kontaktschicht 14 angeordnet. Diese kann beispielsweise für jede Elektrode 33 separat ausgeführt sein, wie im linken Teil der 7 beispielhaft gezeigt. Alternativ können mehrere, zweckmäßigerweise benachbarte Elektroden 33 mittels einer gemeinsamen Kontaktschicht 14 parallel geschaltet sein, wie im rechten Teil der Figur beispielhaft dargestellt.
Die Mehrfach-Laserdiode 3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hat beispielsweise eine Breite W zwischen 0,5 mm und 10 mm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Der Abstand a zweier benachbarter aktive Bereiche 30 ist beispielsweise größer oder gleich 100 μm und kleiner oder gleich 1 mm. Dabei können die aktiven Bereiche 30 verschiedener Paare von benachbarten aktiven Bereichen 30 auch unterschiedliche Abstände a haben.
Beispielsweise wenn die monolithisch kaskadierte Mehrfachlaserdiode 3, wie im dritten Ausführungsbeispiel, eine Mehrzahl von aktiven Bereichen 30 umfasst kann es zweckmäßig sein, die von den verschiedenen aktiven Bereich 30 emittierten Pumpstrahlen 4 so zu formen und/oder umzulenken, dass ihre Einkopplung in das erste Strahlformungselement 5 oder in ein Pumpstrahlführungselement 9 und/oder die Strahlführung in dem Pumpstrahlführungselement 9 verbessert wird. Zu diesem Zweck wird beispielsweise bei einer Ausführungsform der Laserzündvorrichtung 1 mindestens ein optisches Element (nicht gezeigt) wie ein Spiegel, eine Linse und/oder ein Prisma derart zwischen mindestens einem aktiven Bereich 30 und dem ersten Strahlformungselement 5 oder dem Pumpstrahlführungselement 9 angeordnet, dass es die von dem aktiven Bereich 30 emittierten Pumpstrahlen 4 umlenkt, formt und/oder auf das erste Strahlformungselement 5 oder das Pumpstrahlführungselement 9 fokussiert.
Die Laserzündvorrichtung 1 gemäß dem in 8 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Laserzündvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass das Lasermedium 6 von zwei monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdioden 3, 23 optisch gepumpt wird. Die Einkopplung der Pumpstrahlen 4 der ersten monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode 3 erfolgt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel in die Strahlungseinkoppelfläche 601 des Lasermediums 6. Die von den laseraktiven pn-Übergängen 31 der zweiten monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode 23 emittierten Pumpstrahlen 24 treten zunächst durch ein erstes Strahlformungselement 25, das eine Sammellinse ist, und werden anschließend von einem Pumpstrahlführungselement 9, auf das Lasermedium 6 gerichtet. Die Einkopplung der Pumpstrahlen 24 der zweiten monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode 23 erfolgt über eine von der Grundfläche 601 des Lasermediums 6 verschiedene Seitenfläche 603. Die Brennweite des ersten Strahlforungselements 25 der zweiten monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode 23 ist so gewählt, dass die Pumpstrahlen 24 beim Auftreffen auf das Lasermedium 6 auf einen möglichst kleinen Bereich der Seitenfläche 603 fokussiert sind.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel umfasst die Laserzündvorrichtung 1 eine Mehrzahl von monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdioden 3, 23, analog zum vierten Ausführungsbeispiel. Mindestens zwei dieser Mehrfach-Laserdioden 3, 23 sind monolithisch integriert in ein und derselben laseraktiven Halbleiterschichtenfolge ausgebildet (vgl. die schematische Draufsicht der 9). Analog zum dritten Ausführungsbeispiel der 7 umfasst die laseraktive Halbleiterschichtenfolge also mindestens zwei aktive Bereiche 30. Jedoch sind die aktiven Bereiche 30 im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel in mindestens zwei Gruppen 34, 35 untergliedert. Die Pumpstrahlung 4 der ersten Gruppe 34, die die erste Mehrfach-Laserdiode 3 darstellt und vorliegend einen aktiven Bereichen 30 umfasst, der gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel als phasengekoppeltes Streifenarray mit einer Mehrzahl von aktiven Teilbereichen 3310, 3320, 3330 ausgeführt ist, tritt durch das erste Strahlformunselement 5. Die Pumpstrahlung 4 der zweiten Gruppe 35, die die zweite Mehrfach-Laserdiode 23 darstellt und vorliegend zwei aktive Bereiche 30 umfasst, welche beispielsweise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel als Breitstreifenlaser mit einer vollflächigen streifenförmigen Elektrode 33 ausgeführt sind, tritt durch das zweite Strahlformungselement 25.
Die erste Gruppe 34, umfasst vorliegend einen aktiven Bereich 30, der beispielhaft als gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gestaltetes phasengekoppeltes Streifenarray mit einer Mehrzahl von aktiven Teilbereichen 3310, 3320, 3330 dargestellt ist. Die zweite Gruppe 35 umfasst beispielsweise zwei aktive Bereiche 30, welche in der Figur in beispielhafter Weise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel als Breitstreifenlaser mit einer vollflächigen streifenförmigen Elektrode 33 ausgeführt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind jedoch alle aktiven Bereiche 30 der beiden Gruppen 34, 35 gleichartig ausgeführt. Ebenfalls bevorzugt umfasst jede Gruppe 34, 35 die gleiche Anzahl von aktiven Bereichen 30.
Die zwei Gruppen 34, 35 von aktiven Bereichen 30 haben in Draufsicht auf die erste Hauptfläche 301 der laseraktiven Halbleiterschichtenfolge beispielsweise einen Abstand zwischen 100 μm und 2 mm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß der 10 ist das Lasermedium 6 eine Laserfaser, die einen Kern 61 und eine oder mehrere den Kern umgebende Mantelschichten 62 aufweist. Vorliegend umfasst die Laserfaser 6 mit Erbium dotiertes Glas. Die Pumpstrahlen 4 werden bevorzugt in eine Mantelschicht 62 der Laserfaser 6 eingekoppelt, so dass sie besonders bevorzugt möglichst gleichmäßig über die gesamte Länge des Laserfaser den laseraktiven Bereich optisch pumpen.
Die Laserzündanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 11 umfasst eine erste Laserzündvorrichtung 1 und eine zweite Laserzündvorrichtung 41 zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs 2. Die Laserzündvorrichtung 1 entspricht der des ersten Ausführungsbeispiels. Die zweite Laserzündvorrichtung 41 umfasst zusätzlich ein Zündstrahlführungselement 10 in Form eines Spiegels, auf das der von dem Lasermedium 46 emittierte Laserstrahl 47 trifft, bevor er von dem zweiten Strahlformungselement 48 der zweiten Laserzündvorrichtung 41 auf das Teilvolumen 20 des Kraftstoff-Luft-Gemischs, das vorliegend wiederum ein mit Luft vermischter Kraftstoffnebel ist, fokussiert wird. So wird erreicht, dass die von den Laserzündvorrichtungen 1, 41 emittierten Zündstrahlen 7, 47 auf das gleiche Teilvolumen 20 des Kraftstoff-Luft-Gemischs 2 fokussiert werden. Dadurch wird in dem Teilvolumen 20 eine besonders hohe Energiedichte erreicht.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Laserzündvorrichtung (1) zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs (2), insbesondere in einem Verbrennungsmotor, mit mindestens einem optisch pumpbaren Lasermedium (6), welches im Betrieb einen Zündstrahl (7) emittiert, der in das zu zündende Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Zündung eingekoppelt wird, und einer monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdiode (3), welche mindestens einen aktiven Bereich (30) aufweist, der im Betrieb eine Mehrzahl von Pumpstrahlen (4) emittiert, die das Lasermedium optisch pumpen.
Laserzündvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der aktive Bereich (30) als gewinngeführte Laserstruktur ausgebildet ist.
Laserzündvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der aktive Bereich (30) als indexgeführte Laserstruktur ausgebildet ist.
Laserzündvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der aktive Bereich (30) einen Breitstreifenlaser darstellt.
Laserzündvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der aktive Bereich (30) eine Mehrzahl von voneinander getrennten aktiven Teilbereichen (3310, 3320, 3330) umfasst, die in Draufsicht auf die Haupterstreckungsebene der Mehrfach-Laserdiode (3) nebeneinander angeordnet sind.
Laserzündvorrichtung nach Anspruch 5, bei dem die aktiven Teilbereiche (3310, 3320, 3330) phasengekoppelt sind.
Laserzündvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die monolithisch kaskadierte Mehrfach-Laserdiode (3) eine Mehrzahl von aktiven Bereichen (30) umfasst, die in Draufsicht auf die Haupterstreckungsebene der Mehrfach-Laserdiode nebeneinander angeordnet sind.
Laserzündvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen der Mehrfach-Laserdiode (3) und dem Lasermedium (6) ein erstes Strahlformungselement (5) angeordnet ist, das dazu vorgesehen ist, eine Mehrzahl der Pumpstrahlen (4) auf das Lasermedium (6) zu fokussieren.
Laserzündvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der dem Lasermedium (6) ein Zündstrahlführungselement (9) in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist.
Laserzündvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen dem Lasermedium (6) und dem Kraftstoff-Luft-Gemisch (2) mindestens ein zweites Strahlformungselement (8) angeordnet ist, das den Zündstrahl (7) auf ein Teilvolumen (20) des Kraftstoff-Luft-Gemischs fokussiert.
Laserzündvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem Zündstrahlführungselement (9) und einem zweiten Strahlformungselement (8), das den Zündstrahl (7) auf ein Teilvolumen (20) des Kraftstoff-Luft-Gemischs (2) fokussiert, bei der das zweite Strahlformungselement einer Strahlungsaustrittsfläche des Zündstrahlführungselements in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist.
Laserzündvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein weiteres optisches Element umfasst.
Laserzündvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Mehrzahl von monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdioden (3, 23) umfasst, welche im Betrieb jeweils eine Mehrzahl von Pumpstrahlen (4, 24) emittieren, die das Lasermedium (6) optisch pumpen.
Laserzündvorrichtung gemäß Anspruch 13, bei dem die Mehrzahl von monolithisch kaskadierten Mehrfach-Laserdioden (3, 23) monolithisch integriert ausgebildet ist.
Laserzündvorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, bei der die Pumpstrahlen (4, 24) von mindestens zwei Mehrfach-Laserdioden (3, 23) in eine Strahlungseintrittsfläche (601) des Lasermediums (6) eingekoppelt werden.
Laserzündvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der die Pumpstrahlen von mindestens zwei Mehrfach-Laserdioden (3, 23) in verschiedene Strahlungseintrittsflächen (601, 603) des Lasermediums (6) eingekoppelt werden.
Laserzündvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Lasermedium (6) ein Festkörper ist.
Laserzündvorrichtung gemäß Anspruch 17, bei der das Lasermedium (6) Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) aufweist, das insbesondere mit Neodym und/oder Ytterbium dotiert ist.
Laserzündvorrichtung gemäß Anspruch 17, bei der das Lasermedium (6) Saphir aufweist, das insbesondere mit Titan dotiert ist.
Laserzündvorrichtung gemäß Anspruch 17, bei der das Lasermedium (6) eine Laserfaser ist.
Laserzündvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Lasermedium (6) als Stab oder als Scheibe geformt ist.
Laserzündvorrichtung gemäß Anspruch 21, bei der die Pumpstrahlen (4) der Mehrfach-Laserdiode (3) in eine Grundfläche (601) und/oder in eine Mantelfläche (603) des Stabs oder der Scheibe eingekoppelt werden.
Laserzündanordnung zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs (2), insbesondere in einem Verbrennungsmotor, mit einer Mehrzahl von Laserzündvorrichtungen (1, 41) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Laserzündanordnung gemäß Anspruch 23, bei der die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs (2) durch mindestens zwei Laserzündvorrichtungen (1, 41) zu gleichen Zeiten erfolgt.
Laserzündanordnung gemäß einem der Ansprüche 23 oder 24, bei der die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs (2) durch mindestens zwei Laserzündvorrichtungen (1, 41) zu verschiedenen Zeiten erfolgt.
Laserzündanordnung gemäß einem der Ansprüche 23 bis 25, bei der die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs (2) durch mindestens zwei Laserzündvorrichtungen (1, 41) an der gleichen Stelle (20) des Kraftstoff-Luft-Gemischs (2) erfolgt.
Laserzündanordnung gemäß einem der Ansprüche 23 bis 26, bei der die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs (2) durch mindestens zwei Laserzündvorrichtungen (1, 41) an verschiedenen Stellen des Kraftstoff-Luft-Gemischs (2) erfolgt.