DE19705574C2

DE19705574C2 - Laser optics for shaping at least one laser beam and diode laser with such a laser optics

Info

Publication number: DE19705574C2
Application number: DE19705574A
Authority: DE
Inventors: Volker Krause; Christoph Dr Ullmann
Original assignee: Laserline Gesellschaft fuer Entwicklung und Vertrieb Von Diodenlasern GmbH
Current assignee: Laserline Gesellschaft fuer Entwicklung und Vertrieb Von Diodenlasern GmbH
Priority date: 1997-02-01
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2017-02-15
Also published as: DE19705574A1; DE59810118D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laseroptik gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf einen Diodenlaser entsprechend Oberbegriff Patentanspruch 26.The invention relates to laser optics according to the preamble of claim 1 and on a diode laser according to the preamble of claim 26.

Im Gegensatz zu konventionellen Laserstrahlquellen, die einen Strahldurchmesser von einigen mm bei einer geringen Strahldivergenz im Bereich von wenigen mrad aufweisen, zeichnet sich die Strahlung eines Halbleiter-Diodenlaser (nachstehend auch "Diodenlaser") durch einen stark divergenten Strahl mit einer Divergenz < 1000 mrad aus. Hervorgerufen wird dies von der auf < 1 µm Höhe begrenzten Austrittsschicht, an der ähnlich der Beugung an einer spaltförmigen Öffnung, ein großer Divergenzwinkel erzeugt wird. Da die Ausdehnung der Austrittsöffnung in der Ebene senkrecht und parallel zur aktiven Halbleiterschicht unterschiedlich ist, kommen verschiedene Strahldivergenzen in der Ebene senkrecht und parallel zur aktiven Schicht zustande.In contrast to conventional laser beam sources, which have a beam diameter of a few mm with a small beam divergence in the range of a few mrad have the radiation of a semiconductor diode laser (hereinafter also "Diode laser") by a strongly divergent beam with a divergence <1000 mrad out. This is caused by the exit layer, which is limited to a height of <1 µm which is similar to the diffraction at a slit-shaped opening, a large angle of divergence is produced. Since the extension of the outlet opening in the plane perpendicular and is different in parallel to the active semiconductor layer, come different Beam divergences occur in the plane perpendicular and parallel to the active layer.

Um eine Leistung von 20-40 W für einen Diodenlaser zu erreichen, werden zahlreiche Laser-Chips auf einem sog. Barren zu einem Laserbauelement zusammengefaßt. Üblicherweise werden hierbei 10-50 einzelne Emittergruppen in einer Reihe in der Ebene parallel zur aktiven Schicht angeordnet. Der resultierende Strahl eines solchen Barrens hat in der Ebene parallel zur aktiven Schicht einen Öffnungswinkel von ca. 10° und einen Strahldurchmesser von ca. 10 mm. Die resultierende Strahlqualität in dieser Ebene ist um ein Vielfaches geringer als die sich ergebende Strahlqualität in der zuvor beschriebenen Ebene senkrecht zur aktiven Schicht. Auch bei einer möglichen zukünftigen Verringerung der Divergenzwinkel von Laser-Cips bleibt das stark unterschiedliche Verhältnis der Strahlqualität senkrecht und parallel zur aktiven Schicht bestehen.In order to achieve a power of 20-40 W for a diode laser, numerous Laser chips combined on a so-called bar to form a laser component. Usually 10-50 individual emitter groups in a row in the Level arranged parallel to the active layer. The resulting ray of one Barrens has an opening angle of approx. 10 ° in the plane parallel to the active layer and a beam diameter of approx. 10 mm. The resulting beam quality in this Level is many times lower than the resulting beam quality in the previous one described plane perpendicular to the active layer. Even with a possible one this will remain strong in the future reduction of the divergence angle of laser cips different ratio of the beam quality perpendicular and parallel to the active layer consist.

Der Strahl verfügt aufgrund der zuvor beschriebenen Strahlcharakteristik über einen großen Unterschied der Strahlqualität in beiden Richtungen senkrecht und parallel zur aktiven Schicht. Der Begriff der Strahlqualität wird dabei beschrieben durch den M² Parameter. M² ist definiert durch den Faktor, mit dem die Strahldivergenz des Diodenlaserstrahles über der Strahldivergenz eines beugungsbegrenzten Strahles gleichen Durchmessers liegt. In dem oben gezeigten Fall verfügt man in der Ebene parallel zur aktiven Schicht über einen Strahldurchmesser, der um den Faktor 10.000 über dem Strahldurchmesser in der senkrechten Ebene liegt. Bei der Strahldivergenz verhält es sich anders, d. h. in der Ebene parallel zur aktiven Schicht wird eine fast 10- fach kleinere Strahldivergenz erreicht. Der M² Parameter in der Ebene parallel zur aktiven Schicht liegt also um mehrere Größenordnungen über dem M² Wert in der Ebene senkrecht zur aktiven Schicht.Due to the beam characteristics described above, the beam has a large difference in beam quality in both directions perpendicular and parallel to the active layer. The term beam quality is described by the M ² parameter. M ² is defined by the factor by which the beam divergence of the diode laser beam lies above the beam divergence of a diffraction-limited beam of the same diameter. In the case shown above, the beam diameter in the plane parallel to the active layer is 10,000 times the beam diameter in the vertical plane. The situation is different with beam divergence, ie in the plane parallel to the active layer an almost 10 times smaller beam divergence is achieved. The M ² parameter in the plane parallel to the active layer is therefore several orders of magnitude above the M ² value in the plane perpendicular to the active layer.

Ein mögliches Ziel einer Strahlformung ist es, einen Strahl mit nahezu gleichen M² Werten in beiden Ebenen, d. h. senkrecht und parallel zur aktiven Schicht zu erreichen. Bekannt sind derzeit folgende Verfahren zur Umformung der Strahlgeometrie durch die eine Annäherung der Strahlqualitäten in den beiden Hauptebenen des Strahles erreicht wird.A possible goal of beam shaping is to achieve a beam with almost identical M ² values in both planes, ie perpendicular and parallel to the active layer. The following methods for shaping the beam geometry are currently known, by means of which the beam qualities can be approximated in the two main planes of the beam.

Mittels eines Faserbündels lassen sich linienförmige Strahlquerschnitte durch Umordnen der Fasern zu einem kreisrunden Bündel zusammenfassen. Solche Verfahren sind z. B. in den US-Patentschriften 5 127 068, 4 763 975, 4 818 062, 5 268 978 sowie 5 258 989 beschrieben.Using a fiber bundle, linear beam cross sections can be rearranged combine the fibers into a circular bundle. Such methods are e.g. B. in U.S. Patents 5,127,068, 4,763,975, 4,818,062, 5,268,978 and 5,258,989 described.

Daneben besteht die Technik des Strahldrehens, bei dem die Strahlung einzelner Emitter um 90° gedreht wird, um so eine Umordnung vorzunehmen bei der eine Anordnung der Strahlen in Richtung der Achse der besseren Strahlqualität erfolgt. Zu diesem Verfahren sind folgende Anordnungen bekannt: US 5 168 401, EP 0 484 276, DE 44 38 368. Allen Verfahren ist gemein, daß die Strahlung eines Diodenlasers nach dessen Kollimation in der Fast-Axis-Richtung, um 90° gedreht wird um eine Slow-Axis- Kollimation mit einer gemeinsamen Zylinderoptik vorzunehmen. In Abwandlung der genannten Verfahren ist auch eine durchgehende Linienquelle denkbar (z. B. die eines in Fast-Axis-Richtung kollimierten Diodenlasers hoher Belegungsdichte), deren Strahlprofil (Linie) aufgeteilt wird und in umgeordneter Form hinter dem optischen Element vorliegt. In addition, there is the technique of beam turning, in which the radiation is individual Emitter is rotated by 90 ° so as to rearrange one The beams are arranged in the direction of the axis of the better beam quality. To The following arrangements are known from this method: US Pat. No. 5,168,401, EP 0 484 276, DE 44 38 368. All methods have in common that the radiation of a diode laser after whose collimation in the fast axis direction is rotated by 90 ° by a slow axis Collimation with a common cylinder optics. In a variation of the A continuous line source is also conceivable (e.g. one in Fast-axis direction of collimated diode laser with high occupancy density), its beam profile (Line) is divided and is in a rearranged form behind the optical element.

Daneben besteht die Möglichkeit, ohne eine Drehung des Strahles eine Umordnung der Strahlung einzelner Emitter vorzunehmen, wobei z. B. durch den parallelen Versatz (Verschieben) mittels paralleler Spiegel eine Umordnung der Strahlung erreicht wird (WO 95/15510). Eine Anordnung, die sich ebenfalls der Technik des Umordnens bedient, ist in DE 19 50 053 und DE 195 44 488 beschrieben. Hierbei wird die Strahlung eines Diodenlaserbarrens in verschiedene Ebenen abgelenkt und dort einzeln kollimiert.There is also the possibility of rearranging the beam without rotating the beam Make radiation of individual emitters, z. B. by the parallel Offset (shifting) a rearrangement of the radiation achieved by means of parallel mirrors will (WO 95/15510). An arrangement that is also the technique of reordering served, is described in DE 19 50 053 and DE 195 44 488. Here, the Radiation from a diode laser bar is deflected into different planes and there individually collimated.

Die Nachteile des Standes der Technik lassen sich u. a. dahingehend zusammenfassen, daß bei fasergekoppelten Diodenlasern meist ein Strahl mit sehr unterschiedlichen Strahlqualitäten in beiden Achsrichtungen in die Faser eingekoppelt wird. Bei einer kreisrunden Faser bedeutet dies, daß in einer Achsrichtung die mögliche numerische Apertur oder der Faserdurchmesser nicht genutzt wird. Dies führt zu erheblichen Verlusten bei der Leistungsdichte, so daß in der Praxis eine Beschränkung auf ca. 10⁴ W/cm² erfolgt.The disadvantages of the prior art can be summarized, inter alia, in that, in the case of fiber-coupled diode lasers, a beam with very different beam qualities is usually coupled into the fiber in both axial directions. In the case of a circular fiber, this means that the possible numerical aperture or the fiber diameter is not used in one axial direction. This leads to considerable losses in the power density, so that in practice there is a restriction to approximately 10 ⁴ W / cm ² .

Bei den genannten bekannten Verfahren müssen weiterhin teilweise erhebliche Weglängenunterschiede kompensiert werden. Dies geschieht meist durch Korrekturprismen, die Fehler nur begrenzt ausgleichen können. Vielfachreflexionen stellen weiterhin erhöhte Anforderungen an Justagegenauigkeit, Fertigungstoleranzen sowie Bauteilstabilität (WO 95/15510). Reflektierende Optiken (z. B. aus Kupfer) verfügen über hohe Absorptionswerte.In the known methods mentioned, some of them still have to be considerable Path length differences can be compensated. This usually happens through Correction prisms that can only compensate for errors to a limited extent. Multiple reflections continue to place increased demands on adjustment accuracy and manufacturing tolerances and component stability (WO 95/15510). Reflective optics (e.g. made of copper) have high absorption values.

Bekannt ist eine Laseroptik zum Umformen eines Laserstrahls, der einen linien- oder bandförmigen Querschnitt aufweist, welcher sich in einer ersten Achsrichtung senkrecht zur Strahlachse erstreckt (DE 195 14 625). Zum Umformen des Laserstrahls mit dem linien- oder bandförmigen Querschnitt in einen Laserstrahl mit einem Querschnitt, der in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Querschnittsachsen möglichst gleiche Abmessungen aufweist, sind im Strahlengang aufeinander folgend zwei optische Umformelemente angeordnet, von denen ein erstes ein Auffächern des Laserstrahls in mehrere Teilstrahlen bewirkt, die sowohl in der ersten Achsrichtung als auch in einer zweiten Achsrichtung, die senkrecht zur Strahlachse sowie senkrecht zur ersten Achse liegt, gegeneinander versetzt sind. In dem anschließenden zweiten Umformelement erfolgt dann ein Übereinanderschieben der einzelnen Teilstrahlen in der Weise, daß diese parallel zueinander nur noch in der zweiten Achse gegeneinander versetzt sind. Als Umformelemente sind im bekannten Fall beispielsweise von mehreren plattenförmigen Elementen gebildete Treppenstufenspiegel verwendet, die an den Stufen unterschiedlich geneigte Reflektionsflächen bilden, oder aber es werden von dem jeweiligen Laserstrahl durchstrahlte Elemente verwendet, deren Strahleintritts- und/oder Austrittsflächen so ausgeführt sind, daß durch entsprechende Licht-Brechung an diesen Flächen die Auffächerung des Laserstrahls in die parallelen Teilstrahlen bzw. das Übereinanderschieben dieser Teilstrahlen erfolgt. Durch die Verwendung von zumindest an der Strahlaustrittsfläche jeweils unterschiedlich ausgebildeter Platten ist die bekannte Laseroptik sehr aufwendig.Laser optics are known for shaping a laser beam that lines or has a band-shaped cross section which is perpendicular in a first axial direction extends to the beam axis (DE 195 14 625). For reshaping the laser beam with the linear or ribbon-shaped cross section in a laser beam with a cross section that as similar as possible in two cross-sectional axes running perpendicular to each other Having dimensions, there are two successive optical paths in the beam path Forming elements arranged, a first of which fanning out the laser beam in causes several partial beams, both in the first axis direction and in one second axis direction, perpendicular to the beam axis and perpendicular to the first axis is offset from each other. In the subsequent second forming element then the individual partial beams are pushed over one another in such a way that these are only offset from each other parallel to each other in the second axis. In the known case, the forming elements are, for example, several plate-shaped elements formed stair mirror used on the Steps form differently inclined reflection surfaces, or else they are from elements irradiated through the respective laser beam are used, the beam entry and / or exit surfaces are designed so that by appropriate light refraction the fanning of the laser beam into the parallel partial beams or these partial beams are pushed over one another. By the use of at least on the beam exit surface of differently designed plates the well-known laser optics very complex.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Laseroptik aufzuzeigen, die die vorgenannten Nachteile vermeidet und bei der Möglichkeit einer einfachen und preiswerten Fertigung eine Umformung eines Laserstrahls in der jeweils gewünschten Weise ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Laseroptik entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Diodenlaser ist entsprechend dem Patentanspruch 26 ausgebildet.The object of the invention is to show a laser optics that the aforementioned Avoids disadvantages and the possibility of simple and inexpensive production enables a laser beam to be shaped in the desired manner. For This problem is solved by laser optics according to claim 1 educated. A diode laser is designed according to claim 26.

Unter "Plattenfächer" ist im Sinne der Erfindung ein vom Laserlicht durchstrahltes optisches Element zu verstehen, welches sich aus mehreren Platten oder plattenförmigen Elementen aus einem lichtleitenden Material, vorzugsweise Glas, zusammensetzt, die stapelartig aneinander anschließen und fächerartig gegen einander verdreht sind. Jede Platte oder jedes plattenförmige Element bildet an einander gegenüberliegenden Seiten eine Plattenschmalseite für den Lichteintritt oder -austritt und ist so ausgebildet, daß im Platten-Inneren im Bereich der Oberflächenseiten eine Totalreflexion erfolgt. In the sense of the invention, “plate compartments” is one that is irradiated by laser light to understand optical element, which consists of several plates or plate-shaped elements made of a light-conducting material, preferably glass, that are stacked together and fan-like against each other are twisted. Each plate or plate-shaped element forms together opposite sides a plate narrow side for the light entry or exit and is designed so that in the plate interior in the area of the surface sides Total reflection takes place.

Unter "Oberflächenseiten" sind im Sinne der Erfindung jeweils die großen Plattenseiten zu verstehen.For the purposes of the invention, “large sides” are the “surface sides” in each case to understand.

Der Plattenfächer kann durch Zusammensetzen aus einzelnen Platten oder plattenförmigen Elementen oder aber auch einstückig, beispielsweise als Formteil mit entsprechenden Zwischenschichten für die Totalreflexion, hergestellt sein.The plate fan can be composed of individual plates or plate-shaped elements or in one piece, for example as a molded part with corresponding intermediate layers for total reflection.

Mit den im Lichtweg hintereinander angeordneten Umformelementen erfolgt bei der Laseroptik eine Auffächerung des Laserstrahles in in unterschiedlichen Ebenen angeordnete Teilstrahlen und ein anschließendes Übereinanderschieben dieser Teilstrahlen.The forming elements are arranged one behind the other in the light path Laser optics fanning the laser beam in different planes arranged partial beams and then sliding them one over the other Partial beams.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the figures of exemplary embodiments explained. Show it:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung einen Diodenlaser, bestehend aus einer eine Vielzahl von Laserelementen oder Laserchips aufweisenden Laserdiodenanordnung und einer im Strahlengang dieser Laserdiodenanordnung angeordneten von zwei Plattenfächern gebildeten optischen Anordnung zur Formung des Laserstrahls, wobei die Zeichenebene dieser Figur senkrecht zur aktiven Schicht der Diodenelemente liegt; Fig. 1 shows a simplified representation of a diode laser consisting of a plurality of laser elements or laser chips having a laser diode arrangement and an optical arrangement arranged in the beam path of this laser diode arrangement and formed by two plate compartments for shaping the laser beam, the plane of the drawing of this figure being perpendicular to the active layer of the diode elements ;

Fig. 2 den Diodenlaser der Fig. 1, wobei die Zeichenebene dieser Figur parallel zu der aktiven Schicht der Diodenelement liegt; FIG. 2 shows the diode laser of FIG. 1, the plane of the drawing of this figure lying parallel to the active layer of the diode element;

Fig. 3 und 4 in vereinfachter Darstellung die Ausbildung des Laserstrahls vor dem Umformen, beim Umformen und nach dem Umformen; FIGS. 3 and 4 a simplified representation of the formation of the laser beam prior to forming, during forming and after forming;

Fig. 5 und 6 einen der optischen Plattenfächer in Seitenansicht sowie in Draufsicht; Fig. 5 and 6 one of the optical disk trays in side view and in plan view;

Fig. 7 und 8 einen Diodenlaser ähnlich dem Diodenlaser der Fig. 1 und 2, jedoch mit einer im Strahlengang nach den beiden Plattenfächern angeordneten Fokussieroptik bestehend aus einer Zylinderlinse und einer sphärischen Sammellinse, wobei die Zeichenebene der Fig. 7 senkrecht zur aktiven Schicht und die Zeichenebene der Fig. 8 parallel zur aktiven Schicht der Diodenelemente liegt; FIGS. 7 and 8 a diode similar to diode laser of FIG. 1 and 2, but with a arranged in the beam path after the two plate compartments focusing optical system consisting of a cylindrical lens and a spherical convex lens, the plane of drawing of Fig. 7 perpendicular to the active layer and the is the drawing plane of Figure 8 is parallel to the active layer of the diode elements.

Fig. 9 und 10 einen Diodenlaser, bei dem die Laserdiodenanordnung von einer Vielzahl von Diodenelementen gebildet ist, die in mehreren Reihen senkrecht zur aktiven Schicht stapelartig übereinander vorgesehen sind, sowie mit einer Fokussieroptik im Strahlengang vor der von den beiden Plattenfächern gebildeten optischen Anordnung, wobei die Zeichenebene der Fig. 9 senkrecht zur aktiven Schicht der Diodenelemente und die Zeichenebene der Fig. 10 parallel zur aktiven Schicht der Diodenelemente liegt; FIGS. 9 and 10 is a diode laser, wherein said laser diode assembly is formed by a plurality of diode elements perpendicularly in a plurality of rows stacked one above the other is provided to the active layer, and having a focusing optical system in the beam path in front of the plane formed by the two plate compartments optical arrangement, wherein .. the plane of the drawing of Figure 9 perpendicular to the active layer of the diode elements and the plane of the drawing of Figure 10 is located parallel to the active layer of the diode elements;

Fig. 11 und 12 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 1 und 2 eine weitere mögliche Ausführungsform, bei der im Strahlengang lediglich ein Plattenfächer und daran anschließend ein gestufter Spiegel (Treppenspiegel) vorgesehen ist. FIGS. 11 and 12 is provided in the optical path, only a plate fan, and thereafter a stepped mirror (mirror steps) in a similar representation as Fig. 1 and 2 shows another possible embodiment.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Diodenlaser 1 besteht im wesentlichen aus einer Laserdiodenanordnung 2, die an einem u. a. auch als Wärmesenke ausgebildeten Substrat 3 ein Laserbauelement 4 mit einer Vielzahl von Laserlicht aussendenden Emittern aufweist, die gleichsinnig orientiert sind und insbesondere auch mit ihren aktiven Schichten in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 bzw. parallel zur Zeichenebene der Fig. 2 liegen, d. h. in einer X-Z-Ebene, die durch die in den Figuren angegebene X-Achse und Z-Achse definiert ist.The diode laser 1 shown in FIGS. 1 and 2 essentially consists of a laser diode arrangement 2 , which on a substrate 3 , which is also designed as a heat sink, has a laser component 4 with a large number of emitters emitting laser light, which are oriented in the same direction and in particular also with their active layers lie in a common plane perpendicular to the drawing plane of FIG. 1 or parallel to the drawing plane of FIG. 2, ie in an XZ plane which is defined by the X-axis and Z-axis indicated in the figures.

Im Strahlengang der von dem Laserbauelement 4 ausgehenden Laserstrahlung befindet sich ein Fast-Axis-Kollimator 6, der beispielsweise von einer mit ihrer Achse in der X- Achse liegenden Zylinderlinse gebildet ist und eine Kollimation der Laserstrahlung in der sog. Fast-Axis, d. h. in der Y-Achse und damit in der Y-Z-Ebene senkrecht zur aktiven Schicht wirkt, in der die Strahlung der Emitter des Laserbauelementes 4 die größere Divergenz aufweist. Nach dem Fast-Axis-Kollimator 6 steht die Laserstrahlung im wesentlichen als schmalbandige Strahlung zur Verfügung, wie dies in der Fig. 3 mit 5 angedeutet ist.In the beam path of the laser radiation emanating from the laser component 4 there is a fast-axis collimator 6 , which is formed, for example, by a cylindrical lens with its axis in the X-axis and a collimation of the laser radiation in the so-called fast-axis, ie in the Y axis and thus acts in the YZ plane perpendicular to the active layer in which the radiation from the emitters of the laser component 4 has the greater divergence. After the fast-axis collimator 6 , the laser radiation is essentially available as narrow-band radiation, as indicated by 5 in FIG. 3.

Auf den Fast-Axis-Kollimator 6 folgend ist im Strahlengang der Laserstrahlung eine optische Einrichtung 7 zur weiteren Formung des Laserstrahls vorgesehen, und zwar beispielsweise in der Weise, daß das Strahlung 5 (Fig. 3 - Position a) zunächst in Teilstrahlungen 5' in verschiedenen Ebenen parallel zur X-Z-Ebene zertrennt bzw. aufgefächert wird, die von Ebene zu Ebene auch in der X-Achse gegen einander versetzt sind (Fig. 3 - Position b), und diese Teilstrahlungen 5' dann diagonal übereinander geschoben werden, wie dies in der Fig. 4 mit 5" schematisch gezeigt ist.Following the fast-axis collimator 6, an optical device 7 for further shaping the laser beam is provided in the beam path of the laser radiation, for example in such a way that the radiation 5 ( FIG. 3 - position a) initially in partial radiation 5 'in Different planes are separated or fanned out parallel to the XZ plane, which are offset from one another from plane to plane in the X axis ( FIG. 3 - position b), and these partial radiations 5 'are then pushed diagonally one above the other, as is the case is shown schematically in Fig. 4 with 5 ".

Die optische Einrichtung 7 besteht hierfür aus zwei Plattenfächern 8 und 9, die bei der dargestellten Ausführungsform identisch ausgebildet sind, allerdings um 90° um die Z- Achse gedreht beidseitig von einer die Z-Achse senkrecht schneidenden gedachten Mittelebene so angeordnet sind, daß beide Plattenfächer jeweils mit einer gleichartig ausgebildeten Fächerseite 10 von dieser Mittelebene wegweisen und mit einer gleichartig ausgebildeten Fächerseite 11 dieser Mittelebene zugewandt sind. Der Aufbau beispielsweise des Plattenfächers 8 ist in den Fig. 5 und 6 im Detail dargestellt. Der Plattenfächer 9 ist in der gleichen Weise ausgebildet, so daß die nachfolgende Beschreibung auch für diesen Plattenfächer gilt.For this purpose, the optical device 7 consists of two disk compartments 8 and 9 , which are identical in the embodiment shown, but are rotated by 90 ° around the Z axis on both sides of an imaginary central plane intersecting the Z axis so that both disk compartments are arranged each point away from this central plane with a similarly shaped fan side 10 and face this central plane with a similarly shaped fan side 11 . The structure of the plate fan 8 , for example, is shown in detail in FIGS. 5 and 6. The plate fan 9 is designed in the same way, so that the following description also applies to this plate fan.

Der Plattenfächer 8 besteht aus mehreren dünnen Platten 12, die aus einem Licht leitenden Material, beispielsweise Glas hergestellt sind und bei der dargestellten Ausführugnsform jeweils einen quadratischen Zuschnitt aufweisen. Jede Platte 12 besitzt zwei plane Plattenschmalseiten 13 und 14, die die Seiten für den Eintritt und den Austritt der Laserstrahlen bilden und hierfür optisch hochwertig ausgebildet, d. h. poliert und mit einer Anti-Reflexionsschicht versehen sind. Die beiden Seiten 13 und 14 liegen sich an jeder Platte 12 gegenüber und sind bei der dargestellten Ausführungsform parallel zueinander angeordnet. Bei der Darstellung der Fig. 5 und 6 ist davon ausgegangen, daß der Plattenfächer 8 von insgesamt fünf Platten 12 gebildet ist. Theoretisch sind auch weniger oder mehr als fünf Platten 12 möglich. The plate compartment 8 consists of several thin plates 12 , which are made of a light-conducting material, for example glass, and each have a square cut in the embodiment shown. Each plate 12 has two flat plate narrow sides 13 and 14 , which form the sides for the entry and exit of the laser beams and for this purpose are of optically high quality, ie are polished and provided with an anti-reflection layer. The two sides 13 and 14 lie opposite each other on each plate 12 and are arranged parallel to one another in the illustrated embodiment. In the illustration of FIG. 5 and 6 is assumed that the plate fan 8 is formed of a total of five plates 12. In theory, fewer or more than five plates 12 are also possible.

Die Platten 12 schließen mit ihren Oberflächenseiten 12', an denen sie ebenfalls poliert sind, stapelartig aneinander an, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Platten 12 ein Spalt 15 vorgesehen ist, der von einem Medium, welches einen im Vergleich zum Material der Platten 12 kleineren optischen Brechungsindex aufweist, ausgefüllt ist. Der Spalt 15 ist beispielsweise ein Luftspalt, bevorzugt ist der jeweilige Spalt 15 aber mit einem die Platten 12 verbindenden Material, beispielsweise mit einem optischen Kitt ausgefüllt, wobei dieses Verbindungsmaterial wiederum einen im Vergleich zum Material der Platten 12 geringeren Brechungsindex aufweist, so daß eine Totalreflexion innerhalb der Platten 12 sichergestellt ist.The plates 12 adjoin each other with their surface sides 12 ', on which they are also polished, in a stack-like manner, a gap 15 being provided between each two adjacent plates 12 , which is from a medium which has a smaller optical diameter than the material of the plates 12 Refractive index is filled. The gap 15 is, for example, an air gap, but the respective gap 15 is preferably filled with a material connecting the plates 12 , for example with an optical putty, this connecting material in turn having a lower refractive index than the material of the plates 12 , so that total reflection is ensured within the plates 12 .

Die Platten 12 sind fächerartig gegeneinander versetzt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Platten 12 hierfür um eine gemeinsame Fächerachse A gegen einander gedreht, wobei außerdem jeweils ein vorgegebener Bereich 16 der Plattenschmalseite 13, nämlich bei der dargestellten Ausführungsform die Mitte jeder Plattenschmalseite 13 jeder Platte 12 zusammen mit dem entsprechenden Bereichen 16 der übrigen Platten auf der gemeinsamen Achse A liegt, die senkrecht zu den Ebenen der Oberflächenseiten 12' der Platten 12 liegt und damit auch senkrecht zu einer parallel zu diesen Oberflächenseiten angeordneten, gedachten Mittelebene M des Plattenfächers 8. Um die Achse A bzw. um ihre Bereiche 16 sind die einzelnen Platten 12 derart fächerartig gegeneinander verdreht oder aufgefächert, daß die Ebenen E der Plattenschmalseiten 13 zweier benachbarter Platten sich in der Achse A schneiden und einen Winkel α miteinander einschließen, der in der Fig. 5 übertrieben groß dargestellt ist und beispielsweise in der Größenordnung von 1-5° liegt. Die mittlere Platte 12 liegt mit der Ebene E ihrer Plattenschmalseite 13 senkrecht zu einer Längserstreckung L oder optischen Achse des Plattenfächers 8. Die Gesamtheit der Plattenschmalseiten 13 aller Platten 12 bildet die Plattenfächerseite 10. Entsprechend der Anordnung der Plattenschmalseiten 13 sind auch die Plattenschmalseiten 14, die in ihrer Gesamtheit die Plattenfächerseite 11 bilden, so relativ zueinander angeordnet, daß die Ebenen E' zweier benachbarter Plattenseiten 14 wiederum den Winkel α miteinander einschließen. Die Ebenen E und E' der Plattenschmalseiten 13 und 14 liegen senkrecht zu den Ebenen der Oberflächenseiten 12'.The plates 12 are offset from one another like a fan. In the illustrated embodiment, the plates 12 are rotated relative to one another about a common fan axis A, with a predetermined area 16 of the narrow plate side 13 , namely in the illustrated embodiment the center of each narrow plate side 13 of each plate 12 together with the corresponding areas 16 of the rest Plates lies on the common axis A, which is perpendicular to the planes of the surface sides 12 'of the plates 12 and thus also perpendicular to an imaginary central plane M of the plate fan 8 arranged parallel to these surface sides. About the axis A or about their areas 16 , the individual plates 12 are twisted or fanned out in such a fan-like manner that the planes E of the narrow sides 13 of two adjacent plates intersect in the axis A and form an angle α with one another, which is shown in FIG. 5 is shown exaggeratedly large and is, for example, on the order of 1-5 °. The middle plate 12 lies with the plane E of its plate narrow side 13 perpendicular to a longitudinal extension L or optical axis of the plate fan 8 . The entirety of the narrow plate sides 13 of all plates 12 forms the plate fan side 10 . Corresponding to the arrangement of the narrow plate sides 13 , the narrow plate sides 14 , which in their entirety form the plate fan side 11 , are arranged relative to one another such that the planes E 'of two adjacent plate sides 14 in turn enclose the angle α with one another. The planes E and E 'of the narrow sides 13 and 14 are perpendicular to the planes of the surface sides 12 '.

Der Plattenfächer 8 ist weiterhin so ausgebildet, daß die an die mittlere Platte 12 anschließenden Platten jeweils symmetrisch gedreht bzw. aufgefächert sind, d. h. für die für die Fig. 5 gewählte Darstellung die auf der einen Plattenschmalseite der mittleren Platte 12 vorgesehenen Platten 12 mit ihren Plattenschmalseiten 13 im Gegenuhrzeigersinn und die auf der anderen Plattenschmalseite der mittleren Platte 12 anschließenden Platten mit ihren Plattenschmalseiten 13 gegenüber der mittleren Platte im Uhrzeigersinn gedreht sind. Durch die dünne Ausbildung der Platten 12 und durch die Totalreflexion, die das Laserlicht innerhalb der Platten 12 an den Oberflächenseiten dieser Platten erfährt, bilden die Platten Licht- bzw. Wellen-Leiter für das Laserlicht.The plate compartment 8 is further designed such that the plates adjoining the middle plate 12 are each rotated symmetrically or fanned out, ie for the illustration selected for FIG. 5, the plates 12 provided on one narrow side of the middle plate 12 with their narrow sides 13 in the counterclockwise direction and the plates adjoining on the other narrow side of the middle plate 12 are turned with their narrow sides 13 in a clockwise direction with respect to the middle plate. Due to the thin design of the plates 12 and the total reflection that the laser light experiences within the plates 12 on the surface sides of these plates, the plates form light or wave guides for the laser light.

Die Breite des jeweiligen Spaltes 15 ist möglichst gering, aber ausreichend groß gewählt (z. B. einige 1/100 mm), um sicherzustellen, daß auch bei einer leichten Verwölbung einer oder mehrerer Platten 12 ein direkter Berührungskontakt zwischen zwei benachbarten Platten 12 nicht entsteht und somit Strahlungsverluste vermieden werden, die an derartigen Berührungsstellen auftreten und zur Reduzierung der Effizienz des Systems führen könnten.The width of the respective gap 15 is as small as possible, but is chosen to be sufficiently large (for example a few 1/100 mm) to ensure that even if one or more plates 12 are slightly warped, there is no direct contact between two adjacent plates 12 thus avoiding radiation losses that occur at such contact points and could lead to a reduction in the efficiency of the system.

Der Plattenfächer 8 ist bei dem Diodenlaser 1 derart angeordnet, daß er mit seiner Längsachse L in der Z-Achse liegt und die Mittelachse M in der Y-Z-Ebene, wobei die Plattenfächerseite 10 der Laserdiodenanordnung 2 zugewandt ist, der Laserstrahl 5 also an der Plattenfächerseite 10 in diesen Plattenfächer eintritt. Der Plattenfächer 9 ist mit seiner Längsachse L, die senkrecht zur Plattenschmalseite 13 der mittleren Platte 12 liegt und die Achse A senkrecht schneidet ebenfalls in der Z-Achse angeordnet, und zwar achsgleich mit der Achse L des Plattenfächers 8, wobei die Plattenfächerseite 11 des Plattenfächers 9 der Plattenfächerseite 11 des Plattenfächers 8 zugewandt ist. Die Mittelebene M des Plattenfächers 9 liegt in der X-Z-Ebene, so daß der Plattenfächer 9 gegenüber dem Plattenfächer 8 um 90° um die Z-Achse gedreht wird. The plate fan 8 is arranged in the diode laser 1 in such a way that it lies with its longitudinal axis L in the Z axis and the central axis M in the YZ plane, the plate fan side 10 facing the laser diode arrangement 2 , that is to say the laser beam 5 on the plate fan side 10 enters this plate fan. The plate fan 9 is arranged with its longitudinal axis L, which is perpendicular to the narrow side 13 of the middle plate 12 and the axis A perpendicular intersects in the Z-axis, namely coaxially with the axis L of the plate fan 8 , the plate fan side 11 of the plate fan 9 faces the plate compartment side 11 of the plate compartment 8 . The center plane M of the plate fan 9 lies in the XZ plane, so that the plate fan 9 is rotated by 90 ° relative to the plate fan 8 about the Z axis.

Der durch den Fast-Axis-Kollimator 6 kollimierte Laserstrahl 5 trifft auf die Plattenfächerseite 13 auf, und zwar im Bereich der Achse A bzw. der Längsachse L.The laser beam 5 collimated by the fast-axis collimator 6 strikes the plate fan side 13 , specifically in the area of the axis A or the longitudinal axis L.

Durch die unterschiedliche Neigung der Plattenschmalseiten 13 und der Plattenseiten 14 wird der eintretende Laserstrahl 5 in die verschiedenen Teilstrahlen 5' aufgeteilt, die parallel oder im wesentlichen parallel zur Z-Achse an den Plattenseiten 14 aus dem Plattenfächer 8 austreten, wobei die Teilstrahlen 5' bedingt durch die Brechung an den Plattenschmalseiten 13 und 14 in unterschiedlichen Ebenen parallel zur X-Z-Ebene angeordnet sind. Es versteht sich, daß die Breite des Plattenfächers 8 in Richtung der Achse A und damit in Richtung der X-Achse gleich der Breite gewählt ist, die die auftreffende Strahlung 5 aufweist. Durch die Totalreflexion in den Platten 12 des Plattenfächers 8 erfährt die Strahlung in Richtung der Slow-Axis (X-Achse) keine Aufweitung, sondern jeder Teilstrahl 5' tritt mit einem Strahldurchmesser aus, der in dieser Achse gleich der Dicke einer Platte 12 ist.Due to the different inclination of the narrow sides of the plate 13 and the sides of the plate 14 , the incoming laser beam 5 is divided into the various partial beams 5 ', which emerge from the plate fan 8 on the plate sides 14 parallel or substantially parallel to the Z axis, the partial beams 5 ' causing are arranged in different planes parallel to the XZ plane by the refraction on the narrow sides 13 and 14 of the plate. It goes without saying that the width of the plate fan 8 in the direction of the axis A and thus in the direction of the X axis is chosen to be equal to the width which the incident radiation 5 has. Due to the total reflection in the plates 12 of the plate fan 8 , the radiation in the direction of the slow axis (X axis) is not widened, but each partial beam 5 'emerges with a beam diameter that is equal to the thickness of a plate 12 in this axis.

Die einzelnen Teilstrahlen 5' treten dann jeweils an einer Plattenseite 14 in den Plattenfächer 9 ein. Durch die Brechung an den Plattenschmalseiten 13 und 14 treten sämtliche Teilstrahlen 5' an den Plattenschmalseiten 13 der Platten 12 des Plattenfächers 9 aus, und zwar im Bereich der dort parallel zur Y-Achse liegenden Achse A, so daß die Teilstrahlen 5' diagonal verschoben übereinander angeordnet sind, wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist.The individual partial beams 5 'then each enter the plate compartments 9 on a plate side 14 . Due to the refraction on the narrow sides 13 and 14 , all partial beams 5 'emerge on the narrow sides 13 of the plates 12 of the plate fan 9 , in the region of the axis A lying there parallel to the Y axis, so that the partial beams 5 ' are shifted diagonally one above the other are arranged, as shown in FIG. 4.

Die Fig. 7 und 8 zeigen einen Diodenlaser 1a, der sich von dem Diodenlaser 1 lediglich dadurch unterscheidet, daß im Strahlengang nach der optischen Anordnung 7 ein Slow- Axis-Kollimator 17 in Form einer Zylinderlinse vorgesehen ist, die mit ihrer Achse parallel zur Y-Achse angeordnet ist. Durch diesen Kollimator 17 wird die Divergenz, die die Teilstrahlen 5' in der Slow-Axis, d. h. in der X-Achse aufweisen, korrigiert, so daß anschließend mehrere, in Richtung der Y-Achse übereinander angeordnete kollimierte Teilstrahlen 5" vorliegen, die mittels einer Fokussieroptik, d. h. mittels der sphärischen Sammellinse 18 fokussiert werden. FIGS. 7 and 8 show a diode laser 1 a, which only differs from the diode laser 1, that a slow-axis collimator 17 is provided in the form of a cylindrical lens in the beam path after the optical assembly 7 which is parallel with its axis to Y axis is arranged. This collimator 17 corrects the divergence which the partial beams 5 'have in the slow axis, ie in the X axis, so that subsequently there are several collimated partial beams 5 "arranged one above the other in the direction of the Y axis, which by means of a focusing optics, that is to say focused by means of the spherical converging lens 18 .

Die Fig. 9 und 10 zeigen einen Diodenlaser 1b, der sich vom Diodenlaser 1 dadurch unterscheidet, daß anstelle der Laserdiodenanordnung 2, die lediglich in einer X-Z-Ebene mehrere Emitter nebeneinander aufweist, einen Diodenlaser 2a verwendet, der in mehreren X-Z-Ebenen übereinander eine Vielzahl von Laserbauelementen 4 mit jeweils einer Vielzahl von Emittern besitzt, die mit ihrer aktiven Schicht in dieser gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Jeder X-Z-Ebene ist ein eigener Fast-Axis-Kollimator 6 zugeordnet. Im Strahlengang befindet sich nach diesen Fast-Axis-Kollimatoren 6 eine optische Anordnung 19, mit der die Laserstrahlung 5 auf den ersten Plattenfächer 8 fokussiert wird. Diese optische Anordnung 19 besteht aus einer Zylinderlinse 20, die mit ihrer Achse parallel zur Y-Achse angeordnet ist sowie aus einer weiteren Zylinderlinse 21, die mit ihrer Achse parallel zur X-Achse angeordnet ist. Durch die optische Anordnung 19 ist auch eine Stapelung von Laserbauteilen 4 möglich, obwohl dadurch der Laserstrahl 5 nach den Fast-Axis-Kollimatoren 6 in Richtung der Y-Achse eine relativ große Höhe besitzt. Eine derart große Strahlenhöhe würde insbesondere bei dem zweiten Plattenfächer 9 eine große Bauhöhe, d. h. eine Vielzahl von Platten 12 bedeuten, aber auch bedeuten, daß die aus dem zweiten Plattenfächer 9 austretende, von den Teilstrahlen 5' gebildete Laserstrahlung in Richtung Y-Achse ebenfalls eine große Höhe aufweist, die für die Weiterverarbeitung des Strahles eine aufwendige Optik erfordert. Durch die Fokussierung des Strahles 5 mit Hilfe der optischen Einrichtung 19 auf den ersten Plattenfächer 8 wird dies vermieden. FIGS. 9 and 10 show a diode laser 1 b, which differs from the diode laser 1, that a diode laser 2 is used instead of the laser diode array 2 having only in an XZ plane more emitters side by side a, the several XZ planes one above the other has a large number of laser components 4 , each with a large number of emitters, which are arranged with their active layer in this common plane. Each XZ plane is assigned its own fast-axis collimator 6 . After these fast-axis collimators 6 there is an optical arrangement 19 in the beam path with which the laser radiation 5 is focused on the first plate compartments 8 . This optical arrangement 19 consists of a cylindrical lens 20 which is arranged with its axis parallel to the Y-axis and a further cylindrical lens 21 which is arranged with its axis parallel to the X-axis. The optical arrangement 19 also makes it possible to stack laser components 4 , although as a result the laser beam 5 has a relatively large height after the fast-axis collimators 6 in the direction of the Y axis. Such a large beam height would mean, in particular in the case of the second plate fan 9, a large overall height, that is to say a large number of plates 12 , but would also mean that the laser radiation emerging from the second plate fan 9 and formed by the partial beams 5 'in the direction of the Y axis also has one has a large height, which requires complex optics for the further processing of the beam. This is avoided by focusing the beam 5 on the first plate compartments 8 with the aid of the optical device 19 .

Weiterhin ist es auch möglich, an den Oberflächenseiten der Platten 12 metallische Spiegelschichten aufzubringen, um so die Totalreflexion innerhalb der Platten 12 zu gewährleisten.Furthermore, it is also possible to apply metallic mirror layers to the surface sides of the plates 12 , in order to ensure total reflection within the plates 12 .

Bei dem Diodenlaser 1b der Fig. 9 und 10 ist es von Vorteil, wenn die Teilstrahlen 5' beim Eintritt in den Plattenfächer 9 möglichst klein gehalten sind. Ideal wäre eine Anordnung, bei der der von der optischen Anordnung 19 erzeugte Fokus der Laserdiodenanordnung 2a nicht in einem gemeinsamen Punkt liegt, sondern in der Fast- und Slow-Axis-Richtung verschiedene Fokuspunkte aufweist. Der Strahl der stapelartigen Laserdiodenanordnung 2a weist in diesem Fall dann einen Astigmatismus auf. Die einzelnen Foki sollen dabei folgendermaßen angeordnet sein:
The diode laser of Figure 1 b. 9 and 10, it is advantageous if the partial beams 5 are held 'on entering the plate fan 9 as small as possible. An arrangement would be ideal in which the focus of the laser diode arrangement 2 a generated by the optical arrangement 19 does not lie in a common point, but rather has different focus points in the fast and slow axis direction. The beam of the stack-like laser diode arrangement 2 a then has an astigmatism in this case. The individual foci should be arranged as follows:

Focus in the slow axis direction (in the direction of the X axis) on the entry side of the plate fan 8 ;
- Focus in the fast axis direction (direction of the Y axis) on the entry side of the plate fan 9 .

Bei dieser Fokusanordnung wird eine Minimierung der Dicken der Platten 12 in den beiden Plattenfächern 8 und 9 erreicht. Bevorzugt ist die Ausbildung so getroffen, daß die Divergenz vor dem jeweiligen Plattenfächer in Richtung der Fast-Axis (Y-Achse) im fokussierten Bereich kleiner ist (etwa um die Faktor der Plattenzahl) als in der Richtung der Slow-Axis (X-Achse), um so auf eine annähernd gleiche Strahlenqualität in beiden Achsrichtungen zu kommen.With this focus arrangement, the thicknesses of the plates 12 in the two plate compartments 8 and 9 are minimized. The configuration is preferably such that the divergence in front of the respective plate fan in the direction of the fast axis (Y axis) is smaller in the focused area (approximately by the factor of the plate number) than in the direction of the slow axis (X axis) ) in order to achieve approximately the same beam quality in both axial directions.

Die Fig. 11 und 12 zeigen als weitere Ausführungsform einen Diodenlaser 1c, der sich von dem Diodenlaser 1 der Fig. 1 und 2 nur dadurch unterscheidet, daß anstelle des im Strahlengang zweiten Plattenfächers 9 zum diagonalen Zusammenschieben des Strahlenbündels der Teilstrahlen 5' (Position b der Fig. 3) in das Strahlenbündel der Teilstrahlen 5" (Fig. 4) ein sog. Treppenspiegel 22 vorgesehen ist. Dieser besitzt eine Vielzahl von Spiegelflächen 23, die derart treppenartig gegeneinander versetzt sind, daß durch Reflexion an den Spiegelflächen das Umformen des Strahlenbündels der Teilstrahlen 5' in das Strahlenbündel der Teilstrahlen 5" erfolgt. FIGS. 11 and 12 show as a further embodiment, a diode laser 1 c, which is different from the diode 1 of Fig. 1 and 2 only in that '(instead of the second in the beam path plate fan 9 to the diagonal pushing together of the beam the partial beams 5 position b) of FIG. 3) a so-called stair mirror 22 is provided in the beam of partial beams 5 "( FIG. 4). This has a multiplicity of mirror surfaces 23 which are offset from one another in such a step-like manner that the reflection of the mirror surfaces can be reshaped Beam of the partial beams 5 'into the beam of partial beams 5 ".

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise auch möglich, die Platten 12 zusätzlich an ihren Oberflächenseiten mit einem Material zu beschichten, welches den im Vergleich zum Material der Platten 12 geringeren optischen Brechungsindex aufweist, um so den Wellenleitereffekt bzw. die Totalreflexion innerhalb der Platten zu verbessern. Weiterhin besteht selbstverständlich die Möglichkeit, auch bei den Diodenlasern 1a und 1b anstelle des Plattenfächers 9 den Treppenspiegel 22 zu verwenden.The invention has been described above using exemplary embodiments. It goes without saying that numerous changes and modifications are possible without thereby departing from the inventive idea on which the invention is based. For example, it is also possible to additionally coat the plates 12 on their surface sides with a material which has a lower optical refractive index than the material of the plates 12 , in order to improve the waveguide effect or the total reflection within the plates. Furthermore, it is of course possible to use the stair mirror 22 instead of the plate fan 9 in the diode lasers 1 a and 1 b.

Vorstehend wurde davon ausgegangen, daß die Platten 12 der Plattenfächer 8 und 9 jeweils um eine gemeinsame Fächerachse A gegeneinander verdreht sind, die in der Ebene der Plattenschmalseite 13 liegt. Auch hier sind andere Ausführungen denkbar, beispielsweise können die Platten der Plattenfächer auch um mehrere Achsen gegeneinander fächerartig verdreht sein, und zwar jeweils zwei Platten um eine Achse. Weiterhin kann die Lage der Achse bzw. Achsen auch anders gewählt sein als vorstehend beschrieben. It was assumed above that the plates 12 of the plate compartments 8 and 9 are each rotated relative to one another about a common fan axis A, which lies in the plane of the narrow side 13 of the plate. Other designs are also conceivable here, for example the plates of the plate compartments can also be rotated in a fan-like manner with respect to one another about several axes, in each case two plates about an axis. Furthermore, the position of the axis or axes can also be selected differently than described above.

Reference list

11

, ,

11

a, a,

11

b, b,

11

c Diodenlaser
c diode laser

22nd

, ,

22nd

a Laserdiodenanordnung
a laser diode arrangement

33rd

Substrat
Substrate

44th

Laserbauelement
Laser device

55

bandförmiger Laserstrahl
band-shaped laser beam

55

' Teilstrahl
'Partial beam

66

Fast-Axis-Kollimator
Fast axis collimator

77

optische Anordnung
optical arrangement

88th

, ,

99

Plattenfächer
Record compartments

1010th

, ,

1111

Plattenfächerseite
Plate compartment side

1212th

Platte
plate

1313

, ,

1414

Plattenseite
Record side

1515

Spalt
gap

1616

Punkt
Point

1717th

Slow-Axis-Kollimator
Slow axis collimator

1818th

Sammellinse
Converging lens

1919th

Fokussieroptik
Focusing optics

2020th

, ,

2121

Zylinderlinse
Cylindrical lens

2222

Treppenspiegel
Stair mirror

2323

Spiegelfläche
Mirror surface

Claims

1. Laser optics for shaping at least one laser beam, which has a linear or ribbon-shaped cross section extending in a first axial direction (X axis) perpendicular to the beam axis (Z axis), with at least two optical shaping elements ( 8 , 9 , 22 ), at least one of which is an element irradiated by the laser beam and which form an optical arrangement ( 7 ),

- In a fanning out of the at least one laser beam ( 5 ) in a plane (YZ plane) perpendicular to the first axis (X axis) into a plurality of parallel partial beams ( 5 '), which both in the first axis direction (X axis) are also offset from one another in a second axis direction (Y axis) which is perpendicular to the beam axis (Z axis) and perpendicular to the first axis (X axis), and
- In which the fanned out partial beams ( 5 ') are subsequently combined, the second optical shaping element displacing the partial beams ( 5 ') formed in the first optical shaping element in each case in one plane (XZ plane) parallel to the first axis (X- Axis) in such a way that in the case of the laser beam emerging from the second optical element ( 9 , 22 ), the parallel partial beams ( 5 ") are pushed one over the other and only or essentially only offset in the second axis (Y axis), and
wherein at least one of the two optical shaping elements consists of a plurality of plates ( 12 ) made of a light-conducting material which are offset in the direction perpendicular to their surface sides and in which the beam is guided by total reflection, and in which
- The plates ( 12 ) each form a first flat plate narrow side ( 13 ) and opposite this form a second flat plate narrow side ( 14 ),
- The first narrow side ( 13 ) and the second narrow side ( 14 ) of each plate are parallel to each other,
characterized in that the narrow plate sides ( 13 , 14 ) to form a plate fan ( 8 , 9 ) are twisted in a fan-like manner in such a way that the first narrow plate side ( 13 ) of each plate ( 12 ) lies in a plane (E) which is flush with the plane the first narrow plate side ( 13 ) of each adjacent plate ( 12 ) encloses an angle (α),
that the first narrow plate sides ( 13 ) in their entirety form a first plate fan side ( 10 ) and the second narrow plate sides ( 14 ) in their entirety form a second plate fan side ( 11 ) each for the entry or exit of the at least one laser beam radiating through the plate compartments,
and that the planes (E) of the narrow plate sides ( 13 , 14 ) and the fan axis (A) are perpendicular to the surface sides ( 12 ') of the plates ( 12 ).

2. Laser optics according to claim 1, characterized in that the plates ( 12 ) are provided successively in a stack-like manner perpendicular to their surface sides.

3. Laser optics according to claim 1 or 2, characterized in that the planes (E) of the first narrow plate sides ( 13 ) are rotated relative to each other about at least one fan axis (A).

4. Laser optics according to claim 3, characterized in that the levels of the first Narrow sides of the plate twisted against each other around a common fan axis (A) are.

5. Laser optics according to claim 3, characterized in that the planes (E) of the first narrow plate sides ( 13 ) are offset from one another by at least two fan axes (A).

6. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that the first shaping element is a plate fan ( 8 ) which with the planes of the surface sides ( 12 ') of its plates ( 12 ) parallel to one of the beam axis (Z axis) and the second axis (Y axis) defined plane (YZ plane) is arranged and with its fan axis (A) is parallel to the first axis (X axis).

7. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that the second shaping element is a plate fan ( 9 ) with the planes of the surface sides ( 12 ') of its plates ( 12 ) parallel to one of the beam axis (Z axis) and the first axis (X axis) defined plane (XZ plane) is arranged and with its fan axis (A) is parallel to the second axis (Y axis).

8. laser optical system according to claim 6 and 7, characterized in that the first and second optical deforming element plate fan (8, 9), and that the two plate fans (8, 9) about the beam axis (Z-axis) by 90 ° to each other rotated are arranged so that the plate fan forming the first optical shaping element ( 8 ) with the planes of the surface sides ( 12 ') of its plates is perpendicular to the planes of the surface sides of the plates of the second plate fan ( 9 ).

9. Laser optics according to claim 8, characterized in that the two plate compartments ( 8 , 9 ) with their second plate side ( 11 ) face each other.

10. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one fan axis (A) touches the first narrow plate side ( 13 ) of at least one plate ( 12 ).

11. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that in the plate compartments ( 8 , 9 ) the planes (E) of the first plate narrow side each include the same or approximately the same angle with each other.

12. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that in the plate fan ( 8 , 9 ) starting from an outer plate ( 12 ), the first narrow plate sides ( 13 ) or their projections on a parallel to the surface sides ( 12 ') The plane is rotated in the same direction.

13. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that in order to achieve total reflection within each plate ( 12 ) on the surface sides of this plate on each surface side is subsequently provided a medium which has a smaller refractive index compared to the material of the plate.

14. Laser optics according to claim 13, characterized in that between two adjacent plates ( 12 ) an adhesive or putty is provided with a smaller optical refractive index compared to the material of the plates.

15. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that an air gap is provided between two adjacent plates.

16. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that the plates ( 12 ) on their surface sides ( 12 ') are mirrored.

17. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that when using at least one laser diode arrangement ( 2 , 2 a) as a radiation source, the at least one laser component ( 4 ) with several in a first axial direction (X-axis) offset against each other, Has emitters emitting laser light, which are arranged with their active layer in a common plane (XZ plane) including the first axial direction (X axis), the plate compartments ( 8 , 9 ) forming the first forming element with the planes of the surface sides ( 12 ') its plates ( 12 ) is perpendicular to the plane of the active layer.

18. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that when using at least one laser diode arrangement ( 2 , 2 a) as a radiation source, the at least one laser component ( 4 ) with several in a first axial direction (X-axis) offset against each other, Has emitters emitting laser light which are arranged with their active layer in a common plane (XZ plane) including the first axial direction (X-axis), the plate compartments ( 8 , 9 ) forming the second shaping element with the planes of the surface sides ( 12 ') its plates ( 12 ) is parallel to the plane of the active layer.

19, laser optical system according to one of the preceding claims, characterized in that at least two successively arranged in the beam path plate compartments (8, 9) in the beam path of the laser diode arrangement (2, 2 a) following the first plate fan (8) with the planes of the surface faces ( 12 ') of its plates (12) perpendicular to the plane of the active layer and in the beam path of the laser diode arrangement (2, 2 a), the following second plate fan (9) with the planes of the surface faces (12') of its plates (12) parallel to the plane the active layer is arranged.

20. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that on the optical arrangement formed by the shaping elements ( 8 , 9 ) in the beam path at least one further, the beam-forming optical arrangement, for example a focusing arrangement and / or a collimator ( 17 ) is provided is.

21. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that in the beam path in front of the optical arrangement ( 7 ) formed by the shaping elements ( 8 , 9 ) a further, the beam-forming arrangement, for example at least one collimator ( 6 ) and / or one Focusing device ( 19 ) is provided.

22. Laser optics according to one of the preceding claims, characterized in that when using a laser diode arrangement ( 2 a) with laser components ( 4 ) arranged one above the other in several planes in an axial direction (Y axis) perpendicular to the active layer, between the laser diode arrangement ( 2 a) and the optical arrangement ( 7 ) formed by the shaping elements ( 8 , 9 ), a focusing lens ( 19 ) focusing the laser beam is provided.

23. Laser optics according to claim 22, characterized in that the laser beam in the area of the forming elements ( 8 , 9 ) or in the area of the optical arrangement ( 7 ) formed by these focusing optics ( 19 ) is provided.

24. Laser optics according to claim 23, characterized in that an astigmatism focusing optics ( 19 ) is provided, which the laser beam in a first plane, for example in that of the first axis (X axis) and the beam axis (Z axis) defined plane (XZ plane) and at a region following in the beam direction (Z axis) in a second plane perpendicular to the first plane, for example in the one defined by the second axis (Y axis) and beam axis (Z axis) Level (YZ level).

25. Laser optics according to claim 24, characterized in that the focusing optics the laser beam in the first plane (XZ plane) on the entry surface of the first forming element ( 8 ) and in the second plane (YZ plane) on the entry surface of the second forming element ( 9 ) focus.

26. Diode laser with at least one laser diode arrangement ( 2 , 2 a) as a radiation source, which has at least one laser component ( 4 ) with several emitters which emit laser light and which emit laser light with their active layer in a first axial direction (X-axis) a common plane (XZ plane) including the first axis direction (X-axis) are arranged, and with laser optics with at least one optical arrangement ( 7 ) arranged in the common laser beam ( 5 ) of the emitters for shaping the laser beam, characterized in that that the laser optics of the diode laser is designed according to one of claims 1-25.