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DE19609276A1 - Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen - Google Patents

Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen

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DE19609276A1
DE19609276A1 DE19609276A DE19609276A DE19609276A1 DE 19609276 A1 DE19609276 A1 DE 19609276A1 DE 19609276 A DE19609276 A DE 19609276A DE 19609276 A DE19609276 A DE 19609276A DE 19609276 A1 DE19609276 A1 DE 19609276A1
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Germany
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beam combination
beams according
diffractive
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English (en)
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Reiner Dipl Phys Dr Guether
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Ferdinand Braun Institut fuer Hoechstfrequenztechnik im Forschungsverbund Berlin eV
Original Assignee
Ferdinand Braun Institut fuer Hoechstfrequenztechnik im Forschungsverbund Berlin eV
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen, bestehend aus mehreren Lichtquellpunkten und optischen Elementen, bei der die ausgesendeten Laserstrahlen auf ein gemeinsames Belichtungsmuster abgebildet werden.
Die Strahlkombination von Laserstrahlen ist insbesondere für die Lasermaterialbearbeitung von Interesse, da hierfür hohe Bestrahlungsstärken, aber auch hohe in das zu bearbeitende Material einzukoppelnde Strahlungsleistungen der verwendeten Laserstrahlung benötigt werden. Die Fokussierung auf einen Brennpunkt ist dann zweckmäßig, wenn die Strahlung durch ein Strahlführungssystem, beispielsweise durch eine optische Faser weitergeleitet werden soll. Ist am Orte des gemeinsamen Belichtungsmusters eine im Rahmen der optischen Auflösung nahezu punktförmige Materialbearbeitung erforderlich, so wird ein gemeinsamer Brennpunkt vorzusehen sein. Ist für die Materialbearbeitung ein räumliches Muster der Belichtung zweckmäßig, so wird man ein entsprechendes gemeinsames Belichtungsmuster, beispielsweise Mehrfachbrennpunkte, Brennlinien oder kreisförmige Muster, für alle Laserstrahlen verwenden.
Eine Anordnung zur Strahladdition zum Laserschweißen ist in "Laser und Optoelektronik" 27 (4)/1995, S. 45-50 beschrieben, bei der die Strahlung mehrerer schwächerer Laser in einem Strahl kombiniert wird. Die Strahladdition erfolgt hierbei durch die Aneinanderlegung entweder der optischen Strahlquerschnitte oder der Brennpunkte der Strahlung mittels abbildender optischer Elemente. Für das Erreichen einer effizienten Strahladdition einer Vielzahl von Strahlen wird nach Aussage der Verfasser das Hauptaugenmerk auf eine hohe Strahlqualität zu richten sein.
Der DE-A1 42 34 342 ist ein Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserstrahlung zu entnehmen, bei dem eine Vielzahl von Laserstrahlen eines Halbleiterlaserarrays mittels einer Kopplungsoptik und über eine Fokussiereinrichtung in einem Fokus auf dem zu bearbeitenden Material zusammengeführt werden.
Bei dem in DE-A1 43 36 058 beschriebenen Mehrwellenlängen-Laser erfolgt eine kollineare Addition von Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen unter Benutzung eines Prismas oder dichroitischer Spiegel und nachfolgender Fokussierung in eine Lichtleitfaser.
Die Kopplung der Strahlung von mindestens zwei Laserstrahlquellen mit nichtrotationssymmetrischem Querschnitt und unterschiedlichen Wellenlängen erfolgt zum Zwecke einer homogenen Energieverteilung und einer für die Fokussierung günstigen Strahlgeometrie in EP 0 543 115 mittels wellenlängenselektiver Koppelelemente, auch hier wiederum mittels dichroitischer Spiegel.
Der Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, ist in EP 0 660 157 beschrieben. Hier sind in einer Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen in einem gemeinsamen Belichtungsmuster, hier einem Brennfleck, zunächst hinter jeder Strahlquelle ein "eigenes" optisches Element, d. h. bei drei Laserquellen drei Sammellinsen entsprechend so angeordnet, daß sie einen gemeinsamen Brennpunkt für alle Laserstrahlquellen bilden. Eine weitere, nun allerdings "gemeinsame" Fokussierlinse, die in dem zusammengesetzten Strahlengang der drei Laserstrahlen angeordnet ist, verkürzt die bisherige optische Baulänge durch Verschiebung des gemeinsamen Brennpunktes in Richtung Laserstrahlquellen.
Allen bisher erwähnten technischen Lösungen ist gemeinsam, daß zur Strahlkombination von Laserstrahlen verschiedene optische Elemente aufwendig in den Strahlengang eingefügt werden müssen. Damit verbunden ist jedoch das Vorhandensein einer großen optischen Flächenzahl, die sich nachteilig auf die Effizienz der übertragenen Strahlungsleistung (Leistungsverluste durch Streuung, Reflexion) auswirkt.
Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Strahlkombination von Laserstrahlen anzugeben, bei der die optische Flächenzahl verringert ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen der eingangs erwähnten Art mindestens ein optisches Element sowohl dispergierende als auch abbildende Eigenschaften aufweist.
Ein solches optisches Element ermöglicht durch inkohärente Superposition der einfallenden Laserstrahlung in dieses dispergierende und abbildende Eigenschaften aufweisende Element eine wesentliche Überhöhung der Bestrahlungsdichte in einem definiertem Ort, dem gemeinsamen Belichtungsmuster, von mehreren Lichtquellpunkten mit unterschiedlichen Wellenlängen, an dem entweder direkt die Bearbeitung vorgenommen oder von dem aus die Strahlungsenergie an einen anderen Ort mit bekannten Mitteln übertragen werden soll.
Die inkohärente Superposition wird dadurch möglich, daß die gleichzeitig dispergierende und abbildende Eigenschaften aufweisenden optischen Elemente in ihrer geometrischen Form und/oder in ihrer Struktur für jede einfallende Lichtwelle so ausgebildet sind, daß mehrere Lichtquellpunkte in einem gemeinsamen Belichtungsmuster abgebildet werden. In einer Ausführungsform ist deshalb vorgesehen, daß das optische Element ein diffraktives Element ist und beugende Strukturen von der Größenordnung der Lichtwellenlängen der Lichtquellpunkte aufweist.
Auch weitere Ausführungsformen beziehen sich auf das dispergierende und abbildende Eigenschaften aufweisende optische Element. So ist vorgesehen, daß dieses Element eine Prismenlinse ist. Außerdem kann zur besseren Abbildung der Lichtquellpunkte in einem Belichtungsmuster zusätzlich zum optischen Element in seinen verschiedenen Ausführungsformen eine Bildfeldebnungslinse angeordnet sein. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß eine während der Lasermaterialbearbeitung im Belichtungsmuster entstehende Strahlung anderer Wellenlängen mittels Kombination derselben optischen Elemente räumlich, zeitlich und spektral aufgelöst zu Diagnosezwecken abbildbar ist.
Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Hierzu gehört insbesondere die Vielfalt optischer Elemente, die zwar bezüglich ihrer prinzipiellen Form bereits dem Stand der Technik nach bekannt sind (siehe beispielsweise: Jahrbuch für Optik und Feinmechanik 1994, Schiele & Schön, Berlin, S. 68 bis 105) und z. B. bei der Farbzerlegung von polychromatischem Licht (spektroskopische Abbildung mittels abbildender Gitter) Anwendung finden, jedoch bisher nicht in "umgekehrter" Richtung zum Zwecke der Erhöhung der Bestrahlungsdichte betrieben werden. Durch die wellenlängencodierte Strukturierung von Gittern und Hologrammen erzeugen diese optischen Elemente in umgekehrtem Strahlendurchgang durch diese in der erfindungsgemäßen Lösung die Abbildung in einem gemeinsamen Belichtungsmuster.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht auf Grund der Wirkung der optischen Elemente, die gleichzeitig abbildende und dispergierende Eigenschaften aufweisen, deren Einsatz in kreuzdispersen Systemen, wie beispielsweise in Echellespektrographen. Damit können in Matrixform angeordnete Laserquellen-Arrays mit sehr geringen Differenzen zwischen den jeweils emittierten Wellenlängen und relativ großem Öffnungsverhältnis miteinander kombiniert werden. Deshalb ist in einer anderen Ausführungsform vorgesehen, daß das dispergierende und abbildende Eigenschaften aufweisende optische Element ein kreuzdisperses Element und vorteilhafterweise synthetisch hergestellt ist. Außerdem kann das dispergierende und abbildende Eigenschaften aufweisende optische Element mit anderen optischen Elementen zu einem kreuzdispersen System angeordnet sein. So ist ein ebenes oder korrigiertes Kreuzgitter in einem kreuzdispersen System angeordnet.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen gemäß der Erfindung, bei dem das optische Element ein korrigiertes Konkavgitter ist;
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen gemäß der Erfindung, bei dem das optische Element eine Prismenlinse ist;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen gemäß der Erfindung, bei dem das optische Element ein Volumenhologramm ist und
Fig. 4 eine detailliertere Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen, bei der Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlänge aus drei Lichtquellpunkten 1, 2 und 3 austritt und auf ein korrigiertes Konkavgitter, das aus einem Träger 4 und einem darauf aufgebrachten Gittermuster 5 besteht, fällt. Da das aufgebrachte Gittermuster 5 nach den Erfordernissen bezüglich der Reflexion der Laserstrahlen verschiedener Wellenlänge entsprechend dem Stand der Technik nach bekannten Verfahren eingeschrieben wurde, d. h. das korrigierte Konkavgitter weist dispergierende Eigenschaften bezüglich Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen auf und reflektiert deshalb Licht unterschiedlicher Wellenlänge unterschiedlich, erfolgt die Abbildung aller drei Laserlichtquellpunkte 1, 2 und 3 in einem gemeinsamen Bildpunkt 6.
Im Bildpunkt 6 kann das Ende einer Faser angeordnet sein, über die das Licht zu einem Objektiv geleitet wird, über das das zu bearbeitende Werkstück bestrahlt wird. Der auf dem Werkstück zu bearbeitende Punkt kann aber auch direkt im Bildpunkt 6 positioniert sein. Dann stellt die erfindungsgemäße Anordnung ein sehr kompaktes Schweißobjektiv dar, das die Funktionen Abbildung und Strahlbündelung mittels nur einer Fläche erfüllt. Eine vorteilhafte Variante besteht darin, daß die im Bildpunkt 6 durch Schweißprozesse entstehende Strahlung über das Konkavgitter, bestehend aus einem Träger 4 und einem Gitter 5, in anderen Wellenlängenbereichen zu Diagnosezwecken auf einem räumlich, zeitlich und spektral auflösenden Empfänger abgebildet werden kann.
Die drei Laserlichtquellpunkte 1, 2 und 3 können die Fokuspunkte dreier verschiedenfarbiger Laserstrahlen sein, aber auch die Strahltaillen von Laserstrahlung, z. B. auch im Resonator, wie sie bei Gas-, Festkörper- oder Halbleiterlasern auftreten, oder die Enden von drei Fasern, in denen jeweils Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge geleitet wird.
Die erfindungsgemäße Anordnung, in der als optisches Element ein korrigiertes Konkavgitter angeordnet ist, ermöglicht, daß die gute Korrektion in Dispersionsrichtung mit einer guten Korrektion senkrecht zur Dispersionsrichtung realisierbar ist, ähnlich wie bei farbaplanatischen Gittern. Das bedeutet, daß auch astigmatisch senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 verzerrte Laserlichtquellen oder in dieser Richtung mit gleicher Wellenlänge strahlende kohärent gekoppelte oder nicht kohärent gekoppelte Zeilen von Laserlichtquellen angeordnet sein können.
Die Flexibilität in der Anpassung der erfindungsgemäßen Anordnung für eine gewünschte Anwendung kann außerdem dadurch vergrößert werden, daß als Gitterträger 4 ein Planträger verwendet wird und die Gitterfürchen nicht - wie üblich bei korrigierten holographischen Konkavgittern - durch Lichtinterferenzen, sondern durch synthetische Herstellung nach bekannten Verfahren erzeugt werden. Ein synthetisch hergestelltes Konkavgitter, das in der beschriebenen Fig. 1 als Oberflächenreflexionselement wirkt, kann in einen metallischen Träger kopiert und dieser rückseitig mit Kühlkanälen zur Wärmeabführung versehen werden, so daß der Temperatureinfluß auf das optische Element reduziert wird.
Eine weitere Verbesserung der Korrektion kann dadurch erreicht werden, daß das korrigierte Konkavgitter in Kombination mit weiteren optischen Elementen angeordnet ist.
In Fig. 2 ist als optisches Element eine Prismenlinse 20 dargestellt, auf die die Strahlung dreier Laserlichtquellen 21, 22 und 23 mit unterschiedlichen Wellenlängen fällt und die auf Grund der geometrischen Form der Prismenlinse 20 und damit der unterschiedlichen Abbildung der Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen in einem gemeinsamen Punkt 24 fokussiert werden. Auch für dieses Ausführungsbeispiel sind die bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 1 erwähnten Variationen möglich.
Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem in einer Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen das dispergierende und abbildende Eigenschaften aufweisende optische Element ein Volumenhologramm 30 ist. In das Volumenhologramm sind überlagerte Brechungsindexmuster 31 eingeschrieben. Wiederum sind beispielsweise drei Laserlichtquellpunkte 32, 33 und 34 dargestellt, deren emittierte Strahlung auf das Volumenhologramm 30 fällt und nach Durchgang durch dieses in ein durch den Punkt 35 symbolisiertes Belichtungsmuster abgebildet wird. Im Falle von drei gleichartigen Laserwellenlängen wird das gemeinsame Belichtungsmuster in seiner Form gestört; weisen die drei Laserquellen unterschiedliche Wellenlängen auf, erfolgt eine Vergrößerung der Intensität im gemeinsamen Belichtungsmuster 35.
Die drei dargestellten Brechungsindexmuster 31 im Volumenhologramm 30 können hergestellt werde, indem für jede aus den Laserlichtquellpunkten 32, 33 und 34 austretende und zu kombinierende Strahlung ein entsprechendes Brechungsindexmuster dadurch eingeschrieben wird, daß Laserlicht der entsprechenden Wellenlänge von den Punkten 32 oder 33 oder 34 zur Interferenz mit einer das gewünschte Belichtungsmuster 35 als reelles Bild formenden Lichtwelle gebracht wird. Neben den bereits zur Fig. 1 beschriebenen möglichen Anordnungen der Laserlichtquellen gestattet dieses Ausführungsbeispiel eine beliebige räumliche Anordnung derselben.
Die Fig. 4 zeigt für ein in Fig. 1 prinzipiell dargestelltes korrigiertes Konkavgitter 40 detaillierter das Einschreiben des Interferenzmusters und die Strahlkombination mit Hilfe eines solchen Gitters.
Auf einem konkaven Gitterträger 41 mit einem Krümmungsradius von 100 mm und den Abmessungen in Zeichenebene 50 mm und senkrecht dazu ebenfalls 50 mm ist eine Gitterteilung aufgebracht, die die Form des Schnittes eines Interferenzmusters 42 mit der Gitterträgeroberfläche hat. Dieses Interferenzmuster ist eindeutig durch die zu seiner Herstellung notwendige Interferenzanordnung beschrieben. Das Interferenzmuster 42 wird durch die 488 nm-Strahlung eines Argonlasers hergestellt, wobei die beiden zur Interferenzerzeugung benutzten Lichtquellen 43, 44 in Bezug auf den Gitterscheitel 45 folgendermaßen in Polarkoordinaten gegeben sind:
Lichtquelle 43:
(Winkel 46 zur Scheitelnormalen des Gitterträgers = 36,87°;
Scheitelentfernung 47 = 125 mm),
Lichtquelle 44:
(Winkel zur Scheitelnormalen des Gitterträgers = 0°;
Scheitelentfernung 48 = 100 mm).
Mit dem so erzeugten Interferenzmuster 42 wird eine auf dem Gitterträger 41 aufgebrachte Photoresistschicht belichtet. Anschließend wird der Photoresist entwickelt. Die Profiltiefen des Gitters sind über die Belichtungs- und Entwicklungszeit steuerbar. In diesem Ausführungsbeispiel ist aus Beugungseffektivitätsgründen eine Profiltiefe von größer als 0,3 µm realisiert. Die Metallisierung des Gitters beendet die Herstellung.
Zur Strahlkombination sind kohärent gekoppelte Halbleiterlaserzeilen in der gleichen Position der zur Interferenzerzeugung benutzten Lichtquelle 43 angeordnet, wobei die Zeilenrichtungen so senkrecht zur Zeichenebene positioniert sind, daß in der Zeichenebene auf einer Geraden senkrecht zur Verbindungslinie zwischen den Punkten 43 und 44 von Zeile zu Zeile ein Abstand von 0,385 mm besteht. Dabei weist jede Zeile zur vorhergehenden Zeile einen Abstand der Emissionswellenlänge von 2 nm auf. Die Wellenlänge wird größer, wenn bei Start in Punkt 43 die Entfernung zu Punkt 49 sukzessive abnimmt. In entgegengesetzter Richtung nimmt die Wellenlänge zu. Die dem Punkt 43 zugeordnete Wellenlänge beträgt 1138 nm. Durch eine dem Stand der Technik für Optik-Konstruktion holographischer Konkavgitter entsprechende Variation der Herstellungsparameter können auch andere dem Punkt 43 zuzuordnende Wellenlängen erreicht werden. Dann entsteht am Punkt 49, der durch den Winkel 50 = 53,130 und die Scheitelentfernung 51 = 166,66 mm charakterisiert ist, der überlagerte gemeinsame Fokuspunkt der Halbleiterlaserzeilen. In diesem Punkt kann das Ende einer Faser positioniert werden, in die die gesamte Leistung eingekoppelt wird. In diesem Punkt kann aber auch der zu bearbeitende Bereich eines Werkstücks direkt angeordnet sein. Mit einer festen Verbindung zwischen Halbleiterlaserzeile und Konkavgitter ist die erfindungsgemäße Anordnung, die Laser und Fokussierung sowie Strahlkombination in einer Einheit vereinigt, sehr variabel einsetzbar.

Claims (22)

1. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen, bestehend aus mehreren Lichtquellpunkten und optischen Elementen, bei der die ausgesendeten Laserstrahlen in einem gemeinsamen Belichtungsmuster abgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein optisches Element sowohl dispergierende als auch abbildende Eigenschaften aufweist.
2. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element ein diffraktives Element ist und beugende Strukturen von der Größenordnung der Lichtwellenlängen der Lichtquellpunkte aufweist.
3. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das diffraktive Element ein korrigiertes Konkavgitter in Transmission oder Reflexion ist.
4. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das diffraktive Element ein korrigiertes Konvexgitter in Transmission oder Reflexion ist.
5. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das korrigierte Konkavgitter ein holographisches ist.
6. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das holographische Konkavgitter farbaplanatisch korrigiert ist.
7. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das holographische Konkavgitter verallgemeinert stigmatisch abbildet.
8. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das diffraktive und beugende Strukturen von der Größenordnung der Lichtwellenlängen aufweisende Element ein synthetisch hergestelltes ist.
9. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetisch hergestellte diffraktive Element ein Sägezahnprofil aufweist.
10. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetisch hergestellte Element eine Rotationssymmetrie aufweist.
11. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das rotationssymmetrische diffraktive Element außerachsial durchlaufen wird.
12. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das diffraktive und beugende Strukturen von der Größenordnung der Lichtwellenlängen aufweisende Element ein Volumenhologramm ist.
13. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in das Volumenhologramm eine inkohärente Superposition von räumlichen Brechungsindexverteilungen eingeschrieben ist, die für jeweils gleiche oder unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Lichtquellenpunkte auf dasselbe Belichtungsmuster abbilden.
14. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenhologramm als Reflexionshologramm ausgebildet ist.
15. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellpunkte und der Bildpunkt ins Unendliche gerückt und Zusatzelemente für deren Abbildung im Endlichen angeordnet sind.
16. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dispergierende und abbildende Eigenschaften aufweisende optische Element eine Prismenlinse ist.
17. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem dispergierende und abbildende Eigenschaften aufweisenden optischen Element eine Bildfeldebnungslinse angeordnet ist.
18. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dispergierende und abbildende Eigenschaften aufweisende optische Element ein kreuzdisperses Element ist.
19. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das kreuzdisperse Element ein synthetisch hergestelltes ist.
20. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dispergierende und abbildende Eigenschaften aufweisende optische Element mit anderen optischen Elementen zu einem kreuzdispersen System angeordnet ist.
21. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein ebenes oder korrigiertes Kreuzgitter in einem kreuzdispersen System angeordnet ist.
22. Anordnung zur Strahlkombination von Laserstrahlen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine während der Lasermaterialbearbeitung im gemeinsamen Belichtungsmuster entstehende Strahlung anderer Wellenlänge als die der Lichtquellpunkte mittels der Kombination derselben optischen Elemente räumlich, zeitlich und spektral aufgelöst zu Diagnosezwecken abbildbar ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10350101B4 (de) * 2002-10-31 2008-04-30 Ge Jenbacher Gmbh & Co. Ohg Verbrennungsmotor
WO2010139576A1 (de) * 2009-06-05 2010-12-09 Robert Bosch Gmbh Laserzündkerze für eine brennkraftmaschine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10350101B4 (de) * 2002-10-31 2008-04-30 Ge Jenbacher Gmbh & Co. Ohg Verbrennungsmotor
WO2010139576A1 (de) * 2009-06-05 2010-12-09 Robert Bosch Gmbh Laserzündkerze für eine brennkraftmaschine
US8746196B2 (en) 2009-06-05 2014-06-10 Robert Bosch Gmbh Laser spark plug for an internal combustion engine

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