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WO2008087008A1 - Apparatus for shaping a light beam - Google Patents

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WO2008087008A1
WO2008087008A1 PCT/EP2008/000257 EP2008000257W WO2008087008A1 WO 2008087008 A1 WO2008087008 A1 WO 2008087008A1 EP 2008000257 W EP2008000257 W EP 2008000257W WO 2008087008 A1 WO2008087008 A1 WO 2008087008A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lens array
lens
light beam
lenses
filter unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/000257
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German (de)
French (fr)
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WO2008087008A8 (en
Inventor
Iouri Mikliaev
Vitalij Lissotschenko
Aleksei Mikhailov
Maxim Darscht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Focuslight Germany GmbH
Original Assignee
Limo Patentverwaltung GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Limo Patentverwaltung GmbH and Co KG filed Critical Limo Patentverwaltung GmbH and Co KG
Publication of WO2008087008A1 publication Critical patent/WO2008087008A1/en
Publication of WO2008087008A8 publication Critical patent/WO2008087008A8/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/46Systems using spatial filters
    • GPHYSICS
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    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08018Mode suppression

Definitions

  • the present invention relates to a device for shaping a light beam according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present invention relates to a laser device according to the preamble of claim 22. Furthermore, the present invention relates to
  • the mean propagation direction of the light means, especially if this is not a plane wave or at least partially divergent.
  • light beam, sub-beam or beam is meant, unless expressly stated otherwise, an idealized beam of geometric optics, but a real light beam, such as a laser beam with a Gaussian profile, which has no infinitesimal small, but an extended beam cross-section.
  • Pitch means the distance between the centers of the lenses
  • a device for shaping a light beam of the type mentioned comprises two arrays of cylindrical lenses, which are arranged one behind the other in the propagation direction of the light beam to be formed. Behind the second of the two lens arrays a biconvex lens is arranged, which can superimpose the light which has passed through the lens arrays in a working plane.
  • a laser beam which has a Gaussian profile corresponding intensity distribution, are formed such that it has a intensity distribution corresponding to a so-called top hat in the working plane.
  • individual points of an input-side intensity distribution are transmitted to specific points of an output-side intensity distribution. This proves to be disadvantageous, because thus the shape of the intensity profile in the working plane is highly dependent on the input side
  • Intensity distribution of the light beam to be formed For example, a shift in the light beam on the input side or a change in the angle at which the light beam strikes the device causes a change in the shape of the intensity profile. Therefore, the adjustment of the device designed very expensive.
  • the problem underlying the present invention is the provision of a device for forming a light beam of the type mentioned, the more tolerant to input side changes in the intensity distribution of the forming
  • Light beam is, especially when the light of the light beam is coherent. Furthermore, a laser device of the type mentioned is to be developed. Furthermore, a method of the type mentioned is to be specified.
  • the device comprises first lens means, which are arranged between the first and the second lens array and can pass through the first lens array passed through portions of the light before the second lens array or in the region of the second lens array with each other.
  • the first lens array divides the input intensity distribution into several or many sections.
  • the shape of the lenses may dictate an output intensity distribution, such as a top hat distribution. If the lenses of the first lens array are the same, each of the lenses will perform the same predetermined beam transformation.
  • the intensity distributions of the individual sections or partial beams resulting from the passage through the lenses are superimposed by the first lens means in the region of the second lens array or shortly before it.
  • the light of the light beam to be formed is coherent or at least partially coherent, so that this superposition leads to strong interference effects.
  • the resulting interference patterns are periodic and repeat the input intensity distribution on a different scale several times. The envelope of this periodically repeating intensity distribution still has the desired given intensity distribution.
  • the second lens array is positioned in order to straighten the interference patterns as much as possible and to keep only the envelope.
  • the lenses of the second lens array may have a shape adapted to the input intensity distribution.
  • the intensity distribution or field distribution resulting behind the second lens array is tolerant to changes in the intensity distribution before the first lens array.
  • Achieve intensity distribution which is designed for example as a top hat distribution.
  • the output-side intensity distribution corresponds to or equals the input-side intensity distribution, wherein the beam quality of the light beam can then be improved by the device according to the invention.
  • the periodically repeating interference patterns resulting from the interference effects form local intensity intensities which are spaced apart from one another in the region of the second lens array.
  • the distance corresponds to this local
  • the lenses of the first lens array and / or the lenses of the second lens array are each designed in such a way, in particular in each case in their edge regions such
  • the lenses may have a cross-section in a middle region, which essentially corresponds to a second-order aspherical cross-section, such as, for example, a hyperbolic or a parabolic cross-section.
  • the lenses can have a cross-section in their edge regions that deviates from a second-order aspherical cross-section.
  • a very uniform top hat profile of the output-side intensity distribution can be achieved.
  • the device comprises a filter unit for reducing the diffraction factor M 2 of the light beam to be formed.
  • This filter unit can be designed as a Fourier filter unit. This can, for example, the
  • Filter unit comprising second and third lens means for the double Fourier transform of the light beam, which are arranged such that the output-side Fourier plane of the second lens means corresponds to the input-side Fourier plane of the third lens means. Furthermore, the filter unit a
  • aperture diaphragm which is net angeord net in the output side Fourier plane of the second lens means and / or in the input-side Fourier plane of the third lens means. Inhomogeneities in the intensity distribution behind the second lens array will usually repeat several times periodically.
  • Periodicity may arise from the fact that the first and the second lens array are periodic, their periodicities being correlated by the superimposition in the region of the second lens array. This effect occurs in particular when the light of the light beam to be formed is spatially coherent or at least spatially partially coherent. The periodicity can then cause strong diffraction effects.
  • the inhomogeneities in the intensity distribution behind the second lens array are diffracted by the first Fourier transformation into the zeroth, the first and further diffraction orders and can be filtered out of the light beam by a spatial filter such as the aperture stop. This further improves the quality of the intensity distribution. For example, only the zeroth order may be passed through the aperture stop and the first and higher orders filtered out of the aperture stop.
  • first lens means and / or the second lens means and / or the third lens means each comprise a lens or a lens array or a plurality of lenses or lens arrays. It can be provided that the lenses of the at least one lens array of the first, second or third
  • Lens means have a pitch, which differs from the center distance of the first lens array and / or the distance of local intensity maxima before the second lens array to each other. Due to the different center distances can optionally on arranged behind the lens arrays lenses for
  • Overlay is omitted because this function can be transferred to the lens or the array.
  • a device according to the invention is arranged to influence the exiting laser beam intracavity. This can prevent the laser device from oscillating in undesired modes, so that a laser beam with a very small diffraction factor M 2 can be generated.
  • the emerging laser beam has a top hat profile corresponding intensity distribution.
  • the laser beam is particularly suitable for applications such as material processing or the like.
  • the exiting laser beam has a Gaussian profile corresponding intensity distribution, wherein the laser radiation in the interior of the resonator at least partially has a top hat profile corresponding intensity distribution.
  • the efficiency of the laser can be increased.
  • Fig. 1 is a schematic side view of a first
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a second embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;
  • Fig. 3 is a schematic side view of a third
  • Fig. 4 is a schematic side view of a fourth
  • Fig. 5a is a schematic side view of a fifth
  • FIG. 5b shows a detailed view of the embodiment according to FIG. 5a
  • FIG. 5c shows a detailed view according to the arrow Vc in FIG. 5b
  • FIG. 6a shows a schematic side view corresponding to FIG. 5b of a sixth embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;
  • FIG. 6b shows a detail view according to the arrow VIb in FIG. 6a;
  • FIG. 7a shows a schematic side view corresponding to FIG. 5b of a seventh embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;
  • FIG. 7b shows a detail view according to the arrow VI Ib in FIG. 7a;
  • FIG. 7c shows a detail view according to the arrow VI Ic in FIG. 7a;
  • Fig. 8a is a Fig. 5b corresponding schematic side view of an eighth embodiment of the invention in accordance
  • FIG. 8b is a detail view according to the arrow VI I Ib in FIG. 8a;
  • Fig. 9a a Fig. 5b shows a corresponding schematic side view of a ninth embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;
  • FIG. 9b shows a detail view according to the arrow IXb in FIG. 9a;
  • FIG. 10a a schematic side view corresponding to FIG. 5b of a tenth embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;
  • Fig. 10b is a detail view according to the arrow Xb in Fig. 10a.
  • the illustrated in Fig. 1 embodiment of a device according to the invention comprises in the propagation direction of a to be formed
  • first lens means Light beam or in the positive Z-direction behind a first lens array 1, first lens means 3, a second lens array 2 and a filter unit 4.
  • the filter unit 4 has in the Z direction behind the other second lens means 5, an aperture diaphragm 7 and third lens means 6.
  • the first lens array 1 comprises a substrate which has cylindrical lenses 9 arranged side by side on its exit side in the X direction, with cylinder axes extending in the Y direction.
  • cylindrical lenses are also arranged on the entrance side of the substrate, the cylinder axes of which extend in the X direction.
  • the first lens array 1 comprises two or more substrates instead of a substrate, on each of which lenses, in particular cylindrical lenses, are arranged Cylinder axes can be aligned parallel and / or perpendicular to each other.
  • the light beam to be formed is subdivided into a plurality of sections which each have an intensity distribution which is dependent on the shape of the individual cylindrical lenses 9.
  • the intensity distributions resulting from the passage through the cylindrical lenses 9 are superimposed by the first lens means 3 in the region of the second lens array 2 or shortly before it.
  • the first lens means 3 may be formed as a single lens as shown or as a system of multiple lenses.
  • the distance between the first lens array 1 and the first lens means 3 may correspond to the sum of the focal lengths of the first lens array 1 and the first lens means 3, so that the first lens array 1 and the first lens means 3 form a telescope or a telescope-like arrangement.
  • the distance between the second lens array 2 and the first lens means 3 may correspond to the sum of the focal lengths of the second lens array 2 and the first lens means 3, so that the second lens array 2 and the first lens means 3 are also one
  • Telescope or form a telescope-like arrangement
  • the first lens means 3 thus form a telecentric arrangement with the lens arrays 1, 2. Furthermore, the first lens means 3 are arranged such that in the output-side focal plane of the lens means 3 a Fourier transformation of the input side
  • Focal plane of the lens means 3 is formed.
  • the reference numeral 10 designates in FIG. 1 an intensity distribution or a field distribution which may arise shortly before or in the region of the second lens array 2.
  • This intensity distribution 10 has interference patterns resulting from the overlay, which are periodic and repeat the input intensity distribution on a different scale several times.
  • the envelope of this periodically repeating intensity distribution still has the desired predetermined intensity distribution, such as a top-hat profile.
  • the second lens array 2 comprises in the illustrated embodiment, two substrates 1 1, 12, of which the first substrate 1 1 arranged on its inlet side and the second substrate 12 on its exit side in the X direction side by side
  • Cylindrical lenses 13, 14 having extending in the Y direction cylinder axes.
  • cylinder lenses are likewise arranged on the exit side of the first substrate 11 and / or on the entry side of the second substrate 12, whose cylinder axes extend in the X direction.
  • the second lens array 2 instead of two substrates 1 1, 12 comprises only one substrate on which on the entrance and / or on the exit side lenses, in particular cylindrical lenses are arranged, the cylinder axes aligned parallel and / or perpendicular to each other could be .
  • the interference patterns resulting in periodically repeating interference patterns 10 form local intensity intensities spaced from one another in the region of the second lens array 2.
  • the distance of these local intensity maxima from one another corresponds to the center distance Cylindrical lenses 13 and / or 14 of the second lens array 2 in the X direction to each other. This can be achieved in particular by the fact that
  • P ' is the center distance of the cylindrical lenses 13 and / or 14 of the second lens array 2. This center distance P ' also corresponds to the width of the cylindrical lenses 13 and / or 14 of the second lens array 2 in the X direction.
  • F denotes the focal length of the first lens means 3.
  • is the wavelength of the light beam to be formed.
  • P is the pitch of the cylindrical lenses 9 of the first
  • Lens arrays 1 in the X direction which corresponds to the width of the cylindrical lenses 9 of the first lens array 1 in the X direction.
  • the second lens array 2 is used to straighten the interference pattern of the intensity distribution 10 as possible and possibly only to maintain the envelope.
  • the cylindrical lenses 13, 14 of the second lens array 2 can be connected to the
  • Input intensity distribution have adapted form.
  • the intensity distribution 15 or field distribution resulting behind the second lens array has inhomogeneities in the illustrated exemplary embodiment, which repeat themselves periodically several times. This periodicity may result from the fact that the first and the second lens array 1, 2 are periodic, their periodicities being correlated by the superposition in the region of the second lens array 2. This periodicity can cause strong diffraction effects, especially with coherent or at least partially coherent light. Due to these diffraction effects, the filter unit 4 is able to filter out the inhomogeneities from the intensity distribution or from the field distribution of the light beam to be formed.
  • the second lens means 5, the aperture diaphragm 7 and the third lens means 6 are accommodated in a Fourier arrangement in the device.
  • each of the lens means 5, 6 effects a Fourier transformation of the light beam to be formed, wherein the aperture diaphragm 7 is arranged in the output-side Fourier plane of the second lens means 5 and / or in the input-side Fourier plane of the third lens means 6.
  • This can be achieved, for example, in that the distance between the second lens means 5 and the aperture diaphragm 7 corresponds to the focal length of the second lens means 5 and / or that the distance between the third lens means 6 and the aperture diaphragm 7 corresponds to the focal length of the third lens means 6.
  • the second lens means 5 and / or the third lens means 6 each consist of a lens as shown, or else comprise a plurality of lenses.
  • reference numeral 16 schematically indicates an intensity distribution or field distribution resulting from a single Fourier transformation by means of the second lens means 5 in the region of the aperture diaphragm 7.
  • a peak 17 is arranged in the middle, which corresponds to a zeroth order of the Fourier-transformed intensity distribution 16.
  • two peaks 18 corresponding to the first order of the Fourier-transformed intensity distribution 16 are arranged.
  • Spaced laterally outwards relative to the peaks 18 are peaks 19, 20 which correspond to higher orders of the Fourier-transformed intensity distribution 16.
  • the Aperture diaphragm 7 is dimensioned in the X direction and possibly also in the Y direction in such a way that only portions of the light which correspond to the peak 17 of the zeroth order are transmitted.
  • Filter unit 4 to filter out portions of light corresponding to higher orders than, for example, the zeroth order. This filtering out filters out the periodic component from the field distribution.
  • This intensity distribution 21 corresponds to a top hat profile, in which only in the lateral
  • FIGS. 2 to 10 b the same parts are provided with the same reference numerals as in FIG. 1.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the device according to the invention, in which behind the filter unit 4, a Schmidt plate 22 and imaging means 23 are arranged. By means of these additional refractive means, the intensity distribution 21 can be converted into an intensity distribution 24 corresponding to a top hat profile.
  • Fig. 3 shows an embodiment of the device according to the invention, in which behind the second lens array 2 serving as a field lens imaging means 25 are arranged.
  • additional refractive means instead of the intensity distribution 21 behind the filter unit 4, a top hat
  • FIG 4 shows an embodiment of the device according to the invention, in which the cylindrical lenses 9 of the first lens array 1 and, under certain circumstances, the cylindrical lenses 13, 14 of the second lens array 2 are shaped in such a way that the interference-related
  • the light beam to be formed has an intensity distribution 27 behind the filter unit 4, which corresponds to a top hat profile.
  • the cylindrical lenses 9 and optionally also the cylindrical lenses 13, 14 can be shaped in this case, like the cylindrical lenses described in DE 10 2004 020 250 A1. These cylindrical lenses each have such a curvature in their edge regions that diffraction-related effects are thereby reduced.
  • the cylindrical lenses in a middle region have a cross-section which is substantially an aspherical cross-section second
  • FIGS. 5a to 5c show an embodiment in which the first lens means are formed by two separate lenses 3a and 3b. Even with the use of two separate lenses 3a, 3b can also be provided a telescopic arrangement or telescope-like arrangement.
  • the system of the lenses 3a, 3b with the lens arrays 1, 2 form a telecentric arrangement.
  • the lenses 3a, 3b are arranged such that in the output side focal plane of the
  • FIG. 5b and FIG. 5c show that local intensity maxima 28 which are spaced apart from one another in the X direction in front of the second lens array 2 or even in front of the second lens 3b, each having a Gaussian profile in accordance with the intensity distribution 10 also drawn.
  • Fig. 5a and Fig. 5b show that local intensity maxima 28 which are spaced apart from one another in the X direction in front of the second lens array 2 or even in front of the second lens 3b, each having a Gaussian profile in accordance with the intensity distribution 10 also drawn.
  • 5b illustrates that the envelope 29 of the intensity distribution 10 can correspond to a top hat profile.
  • the second lens array 2 comprises only one substrate 12, but can also be like the one already described embodiments have two or more substrates.
  • the first lens 3a can cause the Fourier transformation, whereas the second lens 3b causes the telecentricity of the system. If the second lens 3b is omitted with the same arrangement of the first lens 3a, the intensity distribution 10 is not changed. Only the mean propagation directions of the partial beams emanating from the local intensity maxima 28 will no longer be parallel to one another.
  • FIGS. 6a and 6b therefore shows a
  • This lens array 30 is designed as cylindrical lenses 31 with cylinder axes extending in the Y direction.
  • This lens array 30 can also be used as part of the lens array 2 according to the embodiments according to FIGS.
  • the lens array 30 has a center pitch P 1 of the individual cylindrical lenses 31, which is smaller than the distance P 2 of the local intensity maxima 28 to one another.
  • the center distance Pi By this choice of the center distance Pi, the parallelism of the intensity of the local I ntensticiansmaxima 28 outgoing partial beams can be ensured.
  • the embodiments according to FIGS. 5 a to 5 b. 5c are smaller due to the cylindrical lenses 31 which are very small compared to the lens 3b.
  • the first lens 3a is also replaced by a lens array 32.
  • the lenses of this lens array 32 are designed as cylindrical lenses 33 with cylinder axes extending in the Y direction.
  • the lens array 32 has a pitch P 3 of the individual cylindrical lenses 33, the is smaller than the center distance P 4 of the cylindrical lenses 9 of the first lens array 1 and thus the local intensity maxima 34 generated by these to each other.
  • the center distance P 3 the function of the lens 3 a can be realized by the lens array 32.
  • Extension of the cylindrical lenses 33 compared to the first lens 3a reduces the aberrations.
  • FIGS. 8a and 8b differs from that according to FIGS. 5a to 5c only in that the distance between the second lens means 5 of the filter unit 4 and the second lens array 2 is somewhat smaller.
  • the second lens means 5 according to FIGS. 8a and 8b converge the partial beams emanating from the local intensity maxima 28.
  • the lens means 5 can thus be saved compared with those shown in FIGS. 6a and 6b.
  • FIGS. 10a and 10b corresponds to that according to FIGS. 9a and 9b, except for the fact that the first lens

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Abstract

Apparatus for shaping a light beam, comprising a first lens array (1) through which the light beam to be shaped can pass, a second lens array (2) which is arranged behind the first lens array (1) in the propagation direction of the light beam such that light which has passed through the first lens array(1) can pass through the second lens array (2), and first lens means (3) which are arranged between the first and the second lens array (1, 2) and can mutually superpose light components, which have passed through the first lens array (1), in the region of the second lens array (2).

Description

"Vorrichtung zur Formung eines Lichtstrahls" "Apparatus for forming a light beam"

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtung zur Formung eines Lichtstrahls gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Laservorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 22. Weiterhin betrifft die vorliegendeThe present invention relates to a device for shaping a light beam according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present invention relates to a laser device according to the preamble of claim 22. Furthermore, the present invention relates to

Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 25.Invention a method according to the preamble of claim 25.

Definitionen: In Ausbreitungsrichtung des zu beeinflussenden Lichts meint die mittlere Ausbreitungsrichtung des Lichts, insbesondere wenn dieses keine ebene Welle ist oder zumindest teilweise divergent ist. Mit Lichtstrahl, Teilstrahl oder Strahl ist, wenn nicht ausdrücklich anderes angegeben ist, kein idealisierter Strahl der geometrischen Optik gemeint, sondern ein realer Lichtstrahl, wie beispielsweise ein Laserstrahl mit einem Gauß-Profil, der keinen infinitesimal kleinen , sondern einen ausgedehnten Strahlquerschnitt aufweist. Mittenabstand (Pitch) meint den Abstand der Mitten der Linsen einesDefinitions: In the propagation direction of the light to be influenced, the mean propagation direction of the light means, especially if this is not a plane wave or at least partially divergent. By light beam, sub-beam or beam is meant, unless expressly stated otherwise, an idealized beam of geometric optics, but a real light beam, such as a laser beam with a Gaussian profile, which has no infinitesimal small, but an extended beam cross-section. Pitch means the distance between the centers of the lenses

Arrays zueinander in der Richtung, in der die Linsen in dem Array nebeneinander angeordnet sind .Arrays to each other in the direction in which the lenses are arranged side by side in the array.

Aus der EP 1 489 438 A1 ist eine Vorrichtung zur Formung eines Lichtstrahls der eingangs genannten Art bekannt. Die darin beschriebene Vorrichtung umfasst zwei Arrays von Zylinderlinsen, die in Ausbreitungsrichtung des zu formenden Lichtstrahls hintereinander angeordnet sind . Hinter dem zweiten der beiden Linsenarrays ist eine Bikonvexlinse angeordnet, die das durch die Linsenarrays hindurch getretene Licht in einer Arbeitsebene überlagern kann. Mittels einer derartigen Vorrichtung kann beispielsweise ein Laserstrahl, der eine einem Gauß-Profil entsprechende Intensitätsverteilung aufweist, derart geformt werden, dass er in der Arbeitsebene eine einem so genannten Top-Hat entsprechende I ntensitätsverteilung aufweist. Bei einer derartigen Vorrichtung werden einzelne Punkte einer eingangsseitigen Intensitätsverteilung in bestimmte Punkte einer ausgangsseitigen Intensitätsverteilung übertragen. Dies erweist sich als nachteilig, weil damit die Form des Intensitätsprofils in der Arbeitsebene stark abhängig ist von der eingangsseitigenFrom EP 1 489 438 A1 a device for shaping a light beam of the type mentioned is known. The device described therein comprises two arrays of cylindrical lenses, which are arranged one behind the other in the propagation direction of the light beam to be formed. Behind the second of the two lens arrays a biconvex lens is arranged, which can superimpose the light which has passed through the lens arrays in a working plane. By means of such a device, for example, a laser beam, which has a Gaussian profile corresponding intensity distribution, are formed such that it has a intensity distribution corresponding to a so-called top hat in the working plane. In such a device, individual points of an input-side intensity distribution are transmitted to specific points of an output-side intensity distribution. This proves to be disadvantageous, because thus the shape of the intensity profile in the working plane is highly dependent on the input side

Intensitätsverteilung des zu formenden Lichtstrahls. Beispielsweise bewirkt eine Verschiebung des Lichtstrahls auf der Eingangsseite oder eine Veränderung des Winkels, unter dem der Lichtstrahl auf die Vorrichtung auftrifft, eine Veränderung der Form des Intensitätsprofils. Daher gestaltet sich die Justage der Vorrichtung sehr aufwendig.Intensity distribution of the light beam to be formed. For example, a shift in the light beam on the input side or a change in the angle at which the light beam strikes the device causes a change in the shape of the intensity profile. Therefore, the adjustment of the device designed very expensive.

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Formung eines Lichtstrahls der eingangs genannten Art, die toleranter gegenüber eingangsseitigen Veränderungen der Intensitätsverteilung des zu formendenThe problem underlying the present invention is the provision of a device for forming a light beam of the type mentioned, the more tolerant to input side changes in the intensity distribution of the forming

Lichtstrahls ist, insbesondere wenn das Licht des Lichtstrahls kohärent ist. Weiterhin soll eine Laservorrichtung der eingangs genannten Art weitergebildet werden. Weiterhin soll ein Verfahren der eingangs genannten Art angegeben werden.Light beam is, especially when the light of the light beam is coherent. Furthermore, a laser device of the type mentioned is to be developed. Furthermore, a method of the type mentioned is to be specified.

Dies wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung zur Formung eines Lichtstrahls durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 , hinsichtlich der Laservorrichtung durch eine Laservorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 22 sowie hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 25 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung. Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen , dass die Vorrichtung erste Linsenmittel umfasst, die zwischen dem ersten und dem zweiten Linsenarray angeordnet sind und durch das erste Linsenarray hindurch getretene Anteile des Lichts vor dem zweiten Linsenarray oder im Bereich des zweiten Linsenarrays miteinander überlagern können. Das erste Linsenarray teilt die Eingangsintensitätsverteilung in mehrere oder viele Abschnitte auf. Je größer die Anzahl der Linsen des ersten Linsenarrays ist, desto definierter ist d ie Intensitätsverteilung der durch die einzelnen Linsen hindurch getretenen Anteile des Lichts. Beispielsweise kann durch die Form der Linsen eine Ausgangsintensitätsverteilung, wie beispielsweise eine Top-Hat-Verteilung vorgegeben werden. Wenn die Linsen des ersten Linsenarrays gleich sind , wird jede der Linsen die gleiche vorgegebene Strahlumformung durchführen. Die sich durch das Hindurchtreten durch die Linsen ergebenden Intensitätsverteilungen der einzelnen Abschnitte oder Teilstrahlen werden durch die ersten Linsenmittel im Bereich des zweiten Linsenarrays oder kurz vor diesem überlagert. Vorteilhafterweise ist das Licht des zu formenden Lichtstrahls kohärent oder zumindest teilkohärent, so dass diese Überlagerung zu starken Interferenzeffekten führt. Die sich daraus ergebenden Interferenzmuster sind periodisch und wiederholen mehrfach die Eingangsintensitätsverteilung in anderem Maßstab. Die Einhüllende dieser sich periodisch wiederholenden I ntensitätsverteilung weist immer noch die gewünschte vorgegebene I ntensitätsverteilung auf. Im Bereich dieser Überlagerung wird das zweite Linsenarray positioniert, um die Interferenzmuster möglichst zu begradigen und um nur noch die Einhüllende beizubehalten . Die Linsen des zweiten Linsenarrays können eine an die Eingansintensitätsverteilung angepasste Form aufweisen. Die sich hinter dem zweiten Linsenarray ergebende I ntensitätsverteilung beziehungsweise Feldverteilung ist tolerant gegenüber Veränderungen der Intensitätsverteilung vor dem ersten Linsenarray. -A-This is according to the invention in terms of the device for shaping a light beam by a device of the type mentioned above with the characterizing features of claim 1, with respect to the laser device by a laser device of the type mentioned above with the characterizing features of claim 22 and in terms of the method by a method of achieved at the outset type with the characterizing features of claim 25. The subclaims relate to preferred embodiments of the invention. According to claim 1 it is provided that the device comprises first lens means, which are arranged between the first and the second lens array and can pass through the first lens array passed through portions of the light before the second lens array or in the region of the second lens array with each other. The first lens array divides the input intensity distribution into several or many sections. The greater the number of lenses of the first lens array, the more defined is the intensity distribution of the portions of the light that have passed through the individual lenses. For example, the shape of the lenses may dictate an output intensity distribution, such as a top hat distribution. If the lenses of the first lens array are the same, each of the lenses will perform the same predetermined beam transformation. The intensity distributions of the individual sections or partial beams resulting from the passage through the lenses are superimposed by the first lens means in the region of the second lens array or shortly before it. Advantageously, the light of the light beam to be formed is coherent or at least partially coherent, so that this superposition leads to strong interference effects. The resulting interference patterns are periodic and repeat the input intensity distribution on a different scale several times. The envelope of this periodically repeating intensity distribution still has the desired given intensity distribution. In the area of this superimposition, the second lens array is positioned in order to straighten the interference patterns as much as possible and to keep only the envelope. The lenses of the second lens array may have a shape adapted to the input intensity distribution. The intensity distribution or field distribution resulting behind the second lens array is tolerant to changes in the intensity distribution before the first lens array. -A-

Bei Veränderung dieser eingangsseitigen Intensitätsverteilung verändert sich lediglich die Gesamtintensität des Lichtstrahls, nicht jedoch die Intensitätsverteilung beziehungsweise Feldverteilung. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich aus einer eingangsseitigen Intensitätsverteilung eine definierte ausgangsseitigeWhen changing this input-side intensity distribution only changes the overall intensity of the light beam, but not the intensity distribution or field distribution. By means of the device according to the invention, a defined output-side can be obtained from an input-side intensity distribution

Intensitätsverteilung erreichen, die beispielsweise als Top-Hat- Verteilung ausgebildet ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die ausgangsseitige Intensitätsverteilung der eingangsseitigen Intensitätsverteilung entspricht oder gleicht, wobei dann durch d ie erfindungsgemäße Vorrichtung die Strahlqualität des Lichtstrahls verbessert werden kann.Achieve intensity distribution, which is designed for example as a top hat distribution. However, there is also the possibility that the output-side intensity distribution corresponds to or equals the input-side intensity distribution, wherein the beam quality of the light beam can then be improved by the device according to the invention.

Die sich aufgrund der Interferenzeffekte ergebenden, sich periodisch wiederholenden I nterferenzmuster bilden zueinander beabstandete lokale I ntensitätsmaxima im Bereich des zweiten Linsenarrays. Vorteilhafterweise entspricht der Abstand dieser lokalenThe periodically repeating interference patterns resulting from the interference effects form local intensity intensities which are spaced apart from one another in the region of the second lens array. Advantageously, the distance corresponds to this local

I ntensitätsmaxima zueinander dem Mittenabstand der Linsen des zweiten Linsenarrays zueinander.I ntensitätsmaxima to each other the center distance of the lenses of the second lens array to each other.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Linsen des ersten Linsenarrays und/oder die Linsen des zweiten Linsenarrays jeweils derart gestaltet sind, insbesondere jeweils in ihren Randbereichen eine derartigeThere is the possibility that the lenses of the first lens array and / or the lenses of the second lens array are each designed in such a way, in particular in each case in their edge regions such

Krümmung aufweisen, dass dadurch beugungsbedingte Effekte verringert werden. Dabei können die Linsen in einem mittleren Bereich einen Querschnitt aufweisen, der im Wesentlichen einem asphärischen Querschnitt zweiter Ordnung , wie beispielsweise einem hyperbolischen oder einem parabelförmigen Querschnitt entspricht.Curvature that thereby diffraction-related effects are reduced. In this case, the lenses may have a cross-section in a middle region, which essentially corresponds to a second-order aspherical cross-section, such as, for example, a hyperbolic or a parabolic cross-section.

Weiterhin können die Linsen in ihren Randbereichen einen Querschnitt aufweisen , der von einem asphärischen Querschnitt zweiter Ordnung abweicht. Durch diese Gestaltung der Linsen der Linsenarrays kann ein sehr gleichmäßiges Top-Hat-Profil der ausgangsseitigen I ntensitätsverteilung erreicht werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Filtereinheit zur Verkleinerung der Beugungsmaßzahl M2 des zu formenden Lichtstrahls umfasst. Diese Filtereinheit kann als Fourier- Filtereinheit ausgebildet sein . Dazu kann beispielsweise dieFurthermore, the lenses can have a cross-section in their edge regions that deviates from a second-order aspherical cross-section. As a result of this design of the lenses of the lens arrays, a very uniform top hat profile of the output-side intensity distribution can be achieved. According to a preferred embodiment of the present invention it can be provided that the device comprises a filter unit for reducing the diffraction factor M 2 of the light beam to be formed. This filter unit can be designed as a Fourier filter unit. This can, for example, the

Filtereinheit zweite und dritte Linsenmittel für die zweifache Fouriertransformation des Lichtstrahls umfassen , die derart angeordnet sind, dass die ausgangsseitige Fourierebene der zweiten Linsenmittel der eingangsseitigen Fourierebene der dritten Linsenmittel entspricht. Weiterhin kann die Filtereinheit eineFilter unit comprising second and third lens means for the double Fourier transform of the light beam, which are arranged such that the output-side Fourier plane of the second lens means corresponds to the input-side Fourier plane of the third lens means. Furthermore, the filter unit a

Aperturblende umfassen, die in der ausgangsseitigen Fourierebene der zweiten Linsenmittel und/oder in der eingangsseitigen Fourierebene der dritten Linsenmittel angeord net ist. I nhomogenitäten in der Intensitätsverteilung hinter dem zweiten Linsenarray werden sich in der Regel mehrfach genau periodisch wiederholen. DieseInclude aperture diaphragm, which is net angeord net in the output side Fourier plane of the second lens means and / or in the input-side Fourier plane of the third lens means. Inhomogeneities in the intensity distribution behind the second lens array will usually repeat several times periodically. These

Periodizität kann sich daraus ergeben , dass das erste und das zweite Linsenarray periodisch sind , wobei deren Periodizitäten durch die Überlagerung im Bereich des zweiten Linsenarrays miteinander korreliert werden. Dieser Effekt tritt insbesondere kann auf, wenn das Licht des zu formenden Lichtstrahls räumlich kohärent oder zumindest räumlich teilkohärent ist. Die Periodizität kann dann starke Beugungseffekte verursachen. Die Inhomogenitäten in der Intensitätsverteilung hinter dem zweiten Linsenarray werden durch die erste Fouriertransformation in die nullte, die erste und weitere Beugungsordnungen gebeugt und können durch ein räumliches Filter wie die Aperturblende aus dem Lichtstrahl heraus gefiltert werden. Damit wird die Qualität der Intensitätsverteilung weiter verbessert. Beispielsweise kann nur die nullte Ordnung durch die Aperturblende durch gelassen werden und die erste und höhere Ordnungen von der Aperturblende heraus gefiltert werden . Oder es werden die nullte und die erste Ordnung durch gelassen und die zweite sowie höhere Ordnungen heraus gefiltert. Es besteht die Möglichkeit, dass die ersten Linsenmittel und/oder die zweiten Linsenmittel und/oder die dritten Linsenmittel jeweils eine Linse oder ein Linsenarray oder eine Mehrzahl von Linsen oder Linsenarrays umfassen . Dabei kann vorgesehen sein, dass die Linsen des mindestens einen Linsenarrays der ersten , zweiten oder drittenPeriodicity may arise from the fact that the first and the second lens array are periodic, their periodicities being correlated by the superimposition in the region of the second lens array. This effect occurs in particular when the light of the light beam to be formed is spatially coherent or at least spatially partially coherent. The periodicity can then cause strong diffraction effects. The inhomogeneities in the intensity distribution behind the second lens array are diffracted by the first Fourier transformation into the zeroth, the first and further diffraction orders and can be filtered out of the light beam by a spatial filter such as the aperture stop. This further improves the quality of the intensity distribution. For example, only the zeroth order may be passed through the aperture stop and the first and higher orders filtered out of the aperture stop. Or the zeroth and first order are allowed through and the second as well as higher orders are filtered out. There is the possibility that the first lens means and / or the second lens means and / or the third lens means each comprise a lens or a lens array or a plurality of lenses or lens arrays. It can be provided that the lenses of the at least one lens array of the first, second or third

Linsenmittel einen Mittenabstand aufweisen , der sich von dem Mittenabstand des ersten Linsenarrays und/oder von dem Abstand lokaler Intensitätsmaxima vor dem zweiten Linsenarray zueinander unterscheidet. Durch die unterschiedlichen Mittenabstände kann gegebenenfalls auf hinter den Linsenarrays angeordnete Linsen zurLens means have a pitch, which differs from the center distance of the first lens array and / or the distance of local intensity maxima before the second lens array to each other. Due to the different center distances can optionally on arranged behind the lens arrays lenses for

Überlagerung verzichtet werde, weil diese Funktion auf das oder die Linsenarrays übertragen werden kann.Overlay is omitted because this function can be transferred to the lens or the array.

Gemäß Anspruch 22 ist vorgesehen, dass in dem Resonator eine erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet ist, um den austretenden Laserstrahl intracavity beeinflussen zu können. Dadurch kann verhindert werden, dass die Laservorrichtung auf unerwünschten Moden schwingt, so dass ein Laserstrahl mit einer sehr kleinen Beugungsmaßzahl M2 erzeugt werden kann.According to claim 22 it is provided that in the resonator, a device according to the invention is arranged to influence the exiting laser beam intracavity. This can prevent the laser device from oscillating in undesired modes, so that a laser beam with a very small diffraction factor M 2 can be generated.

Dabei kann vorgesehen sein , dass der austretende Laserstrahl eine einem Top-Hat-Profil entsprechende Intensitätsverteilung aufweist.It can be provided that the emerging laser beam has a top hat profile corresponding intensity distribution.

Dadurch eignet sich der Laserstrahl insbesondere für Anwendungen wie Materialbearbeitung oder dergleichen.As a result, the laser beam is particularly suitable for applications such as material processing or the like.

Alternativ kann dabei vorgesehen sein , dass der austretende Laserstrahl eine einem Gauß-Profil entsprechende Intensitätsverteilung aufweist, wobei die Laserstrahlung im Inneren des Resonators zumindest abschnittsweise eine einem Top-Hat-Profil entsprechende Intensitätsverteilung aufweist. Durch ein zumindest abschnittsweise Top-Hat-förmiges Intensitätsprofil im Inneren des Resonators kann der Wirkungsgrad des Lasers erhöht werden. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigenAlternatively, it may be provided that the exiting laser beam has a Gaussian profile corresponding intensity distribution, wherein the laser radiation in the interior of the resonator at least partially has a top hat profile corresponding intensity distribution. By an at least partially top hat-shaped intensity profile in the interior of the resonator, the efficiency of the laser can be increased. Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Show in it

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erstenFig. 1 is a schematic side view of a first

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schematischen Intensitätsverteilungen eines zu formenden Lichtstrahls an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung;Embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schematischen Intensitätsverteilungen eines zu formenden Lichtstrahls an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung;2 shows a schematic side view of a second embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer drittenFig. 3 is a schematic side view of a third

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schematischen Intensitätsverteilungen eines zu formendenEmbodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a to be formed

Lichtstrahls an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung;Light beam at different locations of the device;

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer viertenFig. 4 is a schematic side view of a fourth

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schematischen Intensitätsverteilungen eines zu formenden Lichtstrahls an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung;Embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;

Fig. 5a eine schematische Seitenansicht einer fünftenFig. 5a is a schematic side view of a fifth

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schematischen Intensitätsverteilungen eines zu formenden Lichtstrahls an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung;Embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;

Fig. 5b eine Detailansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 5a;5b shows a detailed view of the embodiment according to FIG. 5a;

Fig. 5c eine Detailansicht gemäß dem Pfeil Vc in Fig. 5b; Fig. 6a eine Fig. 5b entsprechende schematische Seitenansicht einer sechsten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schematischen Intensitätsverteilungen eines zu formenden Lichtstrahls an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung;FIG. 5c shows a detailed view according to the arrow Vc in FIG. 5b; FIG. 6a shows a schematic side view corresponding to FIG. 5b of a sixth embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;

Fig. 6b eine Detailansicht gemäß dem Pfeil VIb in Fig. 6a;FIG. 6b shows a detail view according to the arrow VIb in FIG. 6a; FIG.

Fig. 7a eine Fig. 5b entsprechende schematische Seitenansicht einer siebten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schematischen I ntensitätsverteilungen eines zu formenden Lichtstrahls an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung;7a shows a schematic side view corresponding to FIG. 5b of a seventh embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;

Fig . 7b eine Detailansicht gemäß dem Pfeil VI Ib in Fig. 7a;Fig. FIG. 7b shows a detail view according to the arrow VI Ib in FIG. 7a; FIG.

Fig. 7c eine Detailansicht gemäß dem Pfeil VI Ic in Fig. 7a;FIG. 7c shows a detail view according to the arrow VI Ic in FIG. 7a; FIG.

Fig. 8a eine Fig. 5b entsprechende schematische Seitenansicht einer achten Ausführungsform einer erfind ungsgemäßenFig. 8a is a Fig. 5b corresponding schematic side view of an eighth embodiment of the invention in accordance

Vorrichtung mit schematischen Intensitätsverteilungen eines zu formenden Lichtstrahls an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung ;Device with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;

Fig. 8b eine Detailansicht gemäß dem Pfeil VI I Ib in Fig . 8a;8b is a detail view according to the arrow VI I Ib in FIG. 8a;

Fig . 9a eine Fig . 5b entsprechende schematische Seitenansicht einer neunten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schematischen Intensitätsverteilungen eines zu formenden Lichtstrahls an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung;Fig. 9a a Fig. 5b shows a corresponding schematic side view of a ninth embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;

Fig . 9b eine Detailansicht gemäß dem Pfeil IXb in Fig. 9a; Fig. 10a eine Fig. 5b entsprechende schematische Seitenansicht einer zehnten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit schematischen Intensitätsverteilungen eines zu formenden Lichtstrahls an unterschiedlichen Orten der Vorrichtung ;Fig. FIG. 9b shows a detail view according to the arrow IXb in FIG. 9a; FIG. 10a a schematic side view corresponding to FIG. 5b of a tenth embodiment of a device according to the invention with schematic intensity distributions of a light beam to be formed at different locations of the device;

Fig . 10b eine Detailansicht gemäß dem Pfeil Xb in Fig. 10a.Fig. 10b is a detail view according to the arrow Xb in Fig. 10a.

Zur besseren Orientierung ist in den Figuren jeweils ein kartesisches Koordinatensystem eingezeichnet.For better orientation in each case a Cartesian coordinate system is shown in the figures.

Die in Fig. 1 abgebildete Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst in Ausbreitungsrichtung eines zu formendenThe illustrated in Fig. 1 embodiment of a device according to the invention comprises in the propagation direction of a to be formed

Lichtstrahls beziehungsweise in positiver Z-Richtung hintereinander ein erstes Linsenarray 1 , erste Linsenmittel 3, ein zweites Linsenarray 2 und eine Filtereinheit 4. Die Filtereinheit 4 weist dabei in Z- Richtung hintereinander zweite Linsenmittel 5, eine Aperturblende 7 und dritte Linsenmittel 6 auf.Light beam or in the positive Z-direction behind a first lens array 1, first lens means 3, a second lens array 2 and a filter unit 4. The filter unit 4 has in the Z direction behind the other second lens means 5, an aperture diaphragm 7 and third lens means 6.

In Z-Richtung vor dem ersten Linsenarray 1 ist in Fig . 1 eine gaußförmige Intensitätsverteilung 8 eingezeichnet, die schematisch einen einfallenden Lichtstrahl mit einem Gauß-Profil, wie beispielsweise einen typischen Laserstrahl symbolisieren soll . Das erste Linsenarray 1 umfasst in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ein Substrat, das auf seiner Austrittsseite in X-Richtung nebeneinander angeordnete Zylinderlinsen 9 mit sich in Y-Richtung erstreckenden Zylinderachsen aufweist. Es besteht die Möglichkeit, dass auf der Eintrittsseite des Substrats ebenfalls Zylinderlinsen angeordnet sind , deren Zylinderachsen sich in X-Richtung erstrecken .In the Z direction in front of the first lens array 1, in FIG. 1 shows a Gaussian intensity distribution 8, which is intended to schematically symbolize an incident light beam with a Gaussian profile, such as a typical laser beam. In the embodiment shown, the first lens array 1 comprises a substrate which has cylindrical lenses 9 arranged side by side on its exit side in the X direction, with cylinder axes extending in the Y direction. There is the possibility that cylindrical lenses are also arranged on the entrance side of the substrate, the cylinder axes of which extend in the X direction.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass das erste Linsenarray 1 anstelle eines Substrats zwei oder mehr Substrate umfasst, auf denen jeweils Linsen, insbesondere Zylinderlinsen angeordnet sind , deren Zylinderachsen parallel und/oder senkrecht zueinander ausgerichtet sein können.Furthermore, there is the possibility that the first lens array 1 comprises two or more substrates instead of a substrate, on each of which lenses, in particular cylindrical lenses, are arranged Cylinder axes can be aligned parallel and / or perpendicular to each other.

Durch das erste Linsenarray 1 wird der zu formende Lichtstrahl in eine Mehrzahl von Abschnitten unterteilt, die jeweils eine von der Form der einzelnen Zylinderlinsen 9 abhängige Intensitätsverteilung aufweisen. Die sich durch das Hindurchtreten durch die Zylinderlinsen 9 ergebenden Intensitätsverteilungen werden durch die ersten Linsenmittel 3 im Bereich des zweiten Linsenarrays 2 oder kurz vor diesem überlagert. Die ersten Linsenmittel 3 können wie abgebildet als einzelne Linse oder aber auch als System von mehreren Linsen ausgebildet sein. Dabei kann der Abstand zwischen dem ersten Linsenarray 1 und den ersten Linsenmitteln 3 der Summe der Brennweiten des ersten Linsenarrays 1 und der ersten Linsenmittel 3 entsprechen, so dass das erste Linsenarray 1 und die ersten Linsenmittel 3 ein Teleskop oder eine teleskopähnliche Anordnung bilden.Through the first lens array 1, the light beam to be formed is subdivided into a plurality of sections which each have an intensity distribution which is dependent on the shape of the individual cylindrical lenses 9. The intensity distributions resulting from the passage through the cylindrical lenses 9 are superimposed by the first lens means 3 in the region of the second lens array 2 or shortly before it. The first lens means 3 may be formed as a single lens as shown or as a system of multiple lenses. In this case, the distance between the first lens array 1 and the first lens means 3 may correspond to the sum of the focal lengths of the first lens array 1 and the first lens means 3, so that the first lens array 1 and the first lens means 3 form a telescope or a telescope-like arrangement.

Weiterhin kann der Abstand zwischen dem zweiten Linsenarray 2 und den ersten Linsenmitteln 3 der Summe der Brennweiten des zweiten Linsenarrays 2 und der ersten Linsenmittel 3 entsprechen, so dass das zweite Linsenarray 2 und die ersten Linsenmittel 3 ebenfalls einFurthermore, the distance between the second lens array 2 and the first lens means 3 may correspond to the sum of the focal lengths of the second lens array 2 and the first lens means 3, so that the second lens array 2 and the first lens means 3 are also one

Teleskop oder eine teleskopähnliche Anordnung bilden.Telescope or form a telescope-like arrangement.

Die ersten Linsenmittel 3 bilden somit sie mit den Linsenarrays 1 , 2 eine telezentrische Anordnung. Weiterhin sind die ersten Linsenmittel 3 derart angeordnet, dass in der ausgangsseitigen Brennebene der Linsenmittel 3 eine Fouriertransformation der eingangsseitigenThe first lens means 3 thus form a telecentric arrangement with the lens arrays 1, 2. Furthermore, the first lens means 3 are arranged such that in the output-side focal plane of the lens means 3 a Fourier transformation of the input side

Brennebene der Linsenmittel 3 entsteht.Focal plane of the lens means 3 is formed.

Durch die Überlagerung der einzelnen Abschnitte oder Teilstrahlen des durch die Zylinderlinsen 9 hindurch getretenen Lichts können im FaII kohärenten oder teilkohärenten Lichtes starke I nterferenzeffekte auftreten . Mit dem Bezugszeichen 10 ist in Fig. 1 eine Intensitätsverteilung beziehungsweise eine Feldverteilung bezeichnet, die sich kurz vor beziehungsweise im Bereich des zweiten Linsenarrays 2 ergeben kann . Diese Intensitätsverteilung 10 weist sich aus der Überlagerung ergebende Interferenzmuster auf, die periodisch sind und mehrfach die Eingangsintensitätsverteilung in anderem Maßstab wiederholen. Die Einhüllende dieser sich periodisch wiederholenden Intensitätsverteilung weist immer noch die gewünschte vorgegebene Intensitätsverteilung auf, wie beispielsweise ein Top-Hat-Profil.Due to the superimposition of the individual sections or partial beams of the light which has passed through the cylindrical lenses 9, in the In the case of coherent or partially coherent light, strong interference effects occur. The reference numeral 10 designates in FIG. 1 an intensity distribution or a field distribution which may arise shortly before or in the region of the second lens array 2. This intensity distribution 10 has interference patterns resulting from the overlay, which are periodic and repeat the input intensity distribution on a different scale several times. The envelope of this periodically repeating intensity distribution still has the desired predetermined intensity distribution, such as a top-hat profile.

Das zweite Linsenarray 2 umfasst in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel zwei Substrate 1 1 , 12, von denen das erste Substrat 1 1 auf seiner Eintrittsseite und das zweite Substrat 12 auf seiner Austrittsseite in X-Richtung nebeneinander angeordneteThe second lens array 2 comprises in the illustrated embodiment, two substrates 1 1, 12, of which the first substrate 1 1 arranged on its inlet side and the second substrate 12 on its exit side in the X direction side by side

Zylinderlinsen 13, 14 mit sich in Y-Richtung erstreckenden Zylinderachsen aufweist. Es besteht die Möglichkeit, dass auf der Austrittsseite des ersten Substrats 1 1 und/oder auf der Eintrittsseite des zweiten Substrats 12 ebenfalls Zylinderlinsen angeordnet sind , deren Zylinderachsen sich in X-Richtung erstrecken. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass das zweite Linsenarray 2 anstelle zweier Substrate 1 1 , 12 nur ein Substrat umfasst, auf dem auf der Eintritts- und/oder auf der Austrittsseite Linsen , insbesondere Zylinderlinsen angeordnet sind , deren Zylinderachsen parallel und/oder senkrecht zueinander ausgerichtet sein können .Cylindrical lenses 13, 14 having extending in the Y direction cylinder axes. There is the possibility that cylinder lenses are likewise arranged on the exit side of the first substrate 11 and / or on the entry side of the second substrate 12, whose cylinder axes extend in the X direction. Furthermore, there is the possibility that the second lens array 2 instead of two substrates 1 1, 12 comprises only one substrate on which on the entrance and / or on the exit side lenses, in particular cylindrical lenses are arranged, the cylinder axes aligned parallel and / or perpendicular to each other could be .

Die sich aufgrund der Interferenzeffekte ergebenden , sich periodisch wiederholenden I nterferenzmuster der Intensitätsverteilung 10 bilden zueinander beabstandete lokale I ntensitätsmaxima im Bereich des zweiten Linsenarrays 2. Vorteilhafterweise entspricht der Abstand dieser lokalen Intensitätsmaxima zueinander dem Mittenabstand der Zylinderlinsen 13 und/oder 14 des zweiten Linsenarrays 2 in X- Richtung zueinander. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dassThe interference patterns resulting in periodically repeating interference patterns 10 form local intensity intensities spaced from one another in the region of the second lens array 2. Advantageously, the distance of these local intensity maxima from one another corresponds to the center distance Cylindrical lenses 13 and / or 14 of the second lens array 2 in the X direction to each other. This can be achieved in particular by the fact that

F*λF * λ

P =P =

gewählt wird, wobei P' der Mittenabstand der Zylinderlinsen 13 und/oder 14 des zweiten Linsenarrays 2 ist. Dieser Mittenabstand P' entspricht auch der Breite der Zylinderlinsen 13 und/oder 14 des zweiten Linsenarrays 2 in X-Richtung. F bezeichnet die Brennweite des ersten Linsenmittels 3. λ ist die Wellenlänge des zu formenden Lichtstrahls. P ist der Mittenabstand der Zylinderlinsen 9 des erstenis selected, where P 'is the center distance of the cylindrical lenses 13 and / or 14 of the second lens array 2. This center distance P 'also corresponds to the width of the cylindrical lenses 13 and / or 14 of the second lens array 2 in the X direction. F denotes the focal length of the first lens means 3. λ is the wavelength of the light beam to be formed. P is the pitch of the cylindrical lenses 9 of the first

Linsenarrays 1 in X-Richtung, der der Breite der Zylinderlinsen 9 des ersten Linsenarrays 1 in X-Richtung entspricht.Lens arrays 1 in the X direction, which corresponds to the width of the cylindrical lenses 9 of the first lens array 1 in the X direction.

Das zweite Linsenarray 2 dient dazu, die Interferenzmuster der Intensitätsverteilung 10 möglichst zu begradigen und möglichst nur noch die Einhüllende beizubehalten. Die Zylinderlinsen 13, 14 des zweiten Linsenarrays 2 können eine an dieThe second lens array 2 is used to straighten the interference pattern of the intensity distribution 10 as possible and possibly only to maintain the envelope. The cylindrical lenses 13, 14 of the second lens array 2 can be connected to the

Eingansintensitätsverteilung angepasste Form aufweisen. Die sich hinter dem zweiten Linsenarray ergebende Intensitätsverteilung 15 beziehungsweise Feldverteilung weist in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel Inhomogenitäten auf, die sich mehrfach genau periodisch wiederholen. Diese Periodizität kann sich daraus ergeben, dass das erste und das zweite Linsenarray 1 , 2 periodisch sind, wobei deren Periodizitäten durch die Überlagerung im Bereich des zweiten Linsenarrays 2 miteinander korreliert werden. Diese Periodizität kann insbesondere bei kohärentem oder zumindest teilkohärentem Licht starke Beugungseffekte verursachen. Aufgrund dieser Beugungseffekte ist die Filtereinheit 4 in der Lage, die Inhomogenitäten aus der Intensitätsverteilung beziehungsweise aus der Feldverteilung des zu formenden Lichtstrahls herauszufiltern . Dazu sind die zweiten Linsenmittel 5, die Aperturblende 7 und die dritten Linsenmittel 6 in einer Fourieranordnung in der Vorrichtung untergebracht. Das bedeutet, dass jedes der Linsenmittel 5, 6 eine Fouriertransformation des zu formenden Lichtstrahls bewirkt, wobei die Aperturblende 7 in der ausgangsseitigen Fourierebene der zweiten Linsenmittel 5 und/oder in der eingangsseitigen Fourierebene der dritten Linsenmittel 6 angeordnet ist. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden , dass der Abstand zwischen den zweiten Linsenmitteln 5 und der Aperturblende 7 der Brennweite der zweiten Linsenmittel 5 entspricht und/oder dass der Abstand zwischen den dritten Linsenmitteln 6 und der Aperturblende 7 der Brennweite der dritten Linsenmittel 6 entspricht.Input intensity distribution have adapted form. The intensity distribution 15 or field distribution resulting behind the second lens array has inhomogeneities in the illustrated exemplary embodiment, which repeat themselves periodically several times. This periodicity may result from the fact that the first and the second lens array 1, 2 are periodic, their periodicities being correlated by the superposition in the region of the second lens array 2. This periodicity can cause strong diffraction effects, especially with coherent or at least partially coherent light. Due to these diffraction effects, the filter unit 4 is able to filter out the inhomogeneities from the intensity distribution or from the field distribution of the light beam to be formed. For this purpose, the second lens means 5, the aperture diaphragm 7 and the third lens means 6 are accommodated in a Fourier arrangement in the device. This means that each of the lens means 5, 6 effects a Fourier transformation of the light beam to be formed, wherein the aperture diaphragm 7 is arranged in the output-side Fourier plane of the second lens means 5 and / or in the input-side Fourier plane of the third lens means 6. This can be achieved, for example, in that the distance between the second lens means 5 and the aperture diaphragm 7 corresponds to the focal length of the second lens means 5 and / or that the distance between the third lens means 6 and the aperture diaphragm 7 corresponds to the focal length of the third lens means 6.

Es besteht die Möglichkeit, dass die zweiten Linsenmittel 5 und/oder die dritten Linsenmittel 6 wie abgebildet jeweils aus einer Linse bestehen oder aber auch eine Mehrzahl von Linsen umfassen.There is the possibility that the second lens means 5 and / or the third lens means 6 each consist of a lens as shown, or else comprise a plurality of lenses.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 16 schematisch eine Intensitätsverteilung beziehungsweise Feldverteilung angedeutet, die sich durch einmalige Fouriertransformation mittels der zweiten Linsenmittel 5 im Bereich der Aperturblende 7 ergibt. Dabei ist in der Mitte ein Peak 17 angeordnet, der einer nullten Ordnung der fouriertransformierten Intensitätsverteilung 16 entspricht. Seitlich nach außen beziehungsweise in positiver und negativer X-Richtung versetzt zu dem Peak 17 der nullten Ordnung sind zwei Peaks 18 angeordnet, die der ersten Ordnung der fouriertransformierten Intensitätsverteilung 16 entsprechen. Seitlich nach außen versetzt zu den Peaks 18 sind Peaks 19, 20 angeordnet, die höheren Ordnungen der fouriertransformierten I ntensitätsverteilung 16 entsprechen . Die Aperturblende 7 ist in X-Richtung und gegebenenfalls auch in Y- Richtung derart dimensioniert, dass lediglich Anteile des Lichts, die dem Peak 17 der nullten Ordnung entsprechen, hindurch gelassen werden.In FIG. 1, reference numeral 16 schematically indicates an intensity distribution or field distribution resulting from a single Fourier transformation by means of the second lens means 5 in the region of the aperture diaphragm 7. In this case, a peak 17 is arranged in the middle, which corresponds to a zeroth order of the Fourier-transformed intensity distribution 16. Laterally outward or in the positive and negative X direction offset from the zero-order peak 17, two peaks 18 corresponding to the first order of the Fourier-transformed intensity distribution 16 are arranged. Spaced laterally outwards relative to the peaks 18 are peaks 19, 20 which correspond to higher orders of the Fourier-transformed intensity distribution 16. The Aperture diaphragm 7 is dimensioned in the X direction and possibly also in the Y direction in such a way that only portions of the light which correspond to the peak 17 of the zeroth order are transmitted.

Es ist wichtig, an dieser Stelle anzumerken, dass die Periodizität in der Feldverteilung vor und/oder hinter dem zweiten Linsenarray 2 eine Voraussetzung für die Möglichkeit ist, mittels der Filtereinheit 4 Einfluss auf die Feldverteilung zu nehmen. Eine nicht periodische beziehungsweise homogene Feldverteilung vor und/oder hinter dem zweiten Linsenarray 2 bietet nicht die Möglichkeit, mit derIt is important to note at this point that the periodicity in the field distribution before and / or behind the second lens array 2 is a prerequisite for the possibility of influencing the field distribution by means of the filter unit 4. A non-periodic or homogeneous field distribution before and / or behind the second lens array 2 does not offer the possibility with which

Filtereinheit 4 Anteile des Lichts, die höheren Ordnungen als beispielsweise der nullten Ordnung entsprechen, herauszufiltern. Durch dieses Herausfiltern wird die periodische Komponente aus der Feldverteilung herausgefiltert.Filter unit 4 to filter out portions of light corresponding to higher orders than, for example, the zeroth order. This filtering out filters out the periodic component from the field distribution.

Durch die von den dritten Linsenmitteln 6 bewirkte zweiteBy caused by the third lens means 6 second

Fouriertransformation wird der zu formende Lichtstrahl dann in einen Zustand überführt, in dem er eine Intensitätsverteilung 21 beziehungsweise Feldverteilung aufweist, wie sie am rechten Rand der Fig. 1 abgebildet ist. Diese Intensitätsverteilung 21 entspricht einem Top-Hat-Profil, bei dem lediglich im Bereich der seitlichenFourier transformation of the light beam to be formed is then transferred to a state in which it has an intensity distribution 21 and field distribution, as shown on the right edge of FIG. 1. This intensity distribution 21 corresponds to a top hat profile, in which only in the lateral

Flanken leichte Artefakte auftreten, die aufgrund der begrenzten numerischen Apertur der Linsen beziehungsweise der Aperturblende 7 entstehen. Das Intensitätsprofil 21 ist jedoch sehr genau definiert und lässt sich mit einfachen Mitteln in ein sehr homogenes Top-Hat-Profil überführen.Flanks light artifacts occur that arise due to the limited numerical aperture of the lenses or the aperture 7. However, the intensity profile 21 is defined very precisely and can be converted by simple means into a very homogeneous top hat profile.

In den Fig. 2 bis Fig. 10b sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1 . Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der hinter der Filtereinheit 4 eine Schmidtplatte 22 und Abbildungsmittel 23 angeordnet sind. Durch diese zusätzlichen refraktiven Mittel lässt sich die Intensitätsverteilung 21 in eine einem Top-Hat-Profil entsprechende Intensitätsverteilung 24 umwandeln.In FIGS. 2 to 10 b, the same parts are provided with the same reference numerals as in FIG. 1. Fig. 2 shows an embodiment of the device according to the invention, in which behind the filter unit 4, a Schmidt plate 22 and imaging means 23 are arranged. By means of these additional refractive means, the intensity distribution 21 can be converted into an intensity distribution 24 corresponding to a top hat profile.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der hinter dem zweiten Linsenarray 2 als Feldlinse dienende Abbildungsmittel 25 angeordnet sind. Durch diese zusätzlichen refraktiven Mittel entsteht anstelle der Intensitätsverteilung 21 hinter der Filtereinheit 4 eine einem Top-Hat-Fig. 3 shows an embodiment of the device according to the invention, in which behind the second lens array 2 serving as a field lens imaging means 25 are arranged. By means of these additional refractive means, instead of the intensity distribution 21 behind the filter unit 4, a top hat

Profil entsprechende Intensitätsverteilung 26.Profile corresponding intensity distribution 26.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Zylinderlinsen 9 des ersten Linsenarrays 1 und unter Umständen auch die Zylinderlinsen 13, 14 des zweiten Linsenarrays 2 so geformt sind, dass die interferenzbedingten4 shows an embodiment of the device according to the invention, in which the cylindrical lenses 9 of the first lens array 1 and, under certain circumstances, the cylindrical lenses 13, 14 of the second lens array 2 are shaped in such a way that the interference-related

Artefakte an den Flanken der Intensitätsverteilung nicht entstehen. Vielmehr weist der zu formende Lichtstrahl hinter der Filtereinheit 4 eine Intensitätsverteilung 27 auf, die einem Top-Hat-Profil entspricht. Die Zylinderlinsen 9 und gegebenenfalls auch die Zylinderlinsen 13, 14 können dabei geformt sein, wie die in DE 10 2004 020 250 A1 beschriebenen Zylinderlinsen. Diese Zylinderlinsen weisen jeweils in ihren Randbereichen eine derartige Krümmung auf, dass dadurch beugungsbedingte Effekte verringert werden. Insbesondere weisen die Zylinderlinsen in einem mittleren Bereich einen Querschnitt auf, der im Wesentlichen einem asphärischen Querschnitt zweiterArtifacts on the flanks of the intensity distribution do not arise. Rather, the light beam to be formed has an intensity distribution 27 behind the filter unit 4, which corresponds to a top hat profile. The cylindrical lenses 9 and optionally also the cylindrical lenses 13, 14 can be shaped in this case, like the cylindrical lenses described in DE 10 2004 020 250 A1. These cylindrical lenses each have such a curvature in their edge regions that diffraction-related effects are thereby reduced. In particular, the cylindrical lenses in a middle region have a cross-section which is substantially an aspherical cross-section second

Ordnung, wie beispielsweise einem hyperbolischen oder einem parabelförmigen Querschnitt entspricht, wobei die Zylinderlinsen gleichzeitig in ihren Randbereichen einen Querschnitt aufweisen, der von einem asphärischen Querschnitt zweiter Ordnung abweicht. Es ist aus Fig. 4 ersichtlich, dass bereits die Intensitätsverteilung 10 vor dem zweiten Linsenarray 2 eine etwas andere Einhüllende aufweist als die der in Fig. 1 bis Fig. 3 erzielten Intensitätsverteilung 10. Insbesondere ist die Einhüllende an den seitlichen Rändern etwas niedriger. Diese Veränderung der Intensitätsverteilung 10 vor dem zweiten Linsenarray 2 trägt letztlich zur Generierung der einem Top- Hat entsprechenden ausgangsseitigen Intensitätsverteilung 27 bei.Order, such as a hyperbolic or a parabolic cross section corresponds, wherein the cylindrical lenses at the same time in their edge regions have a cross section which differs from a second-order aspherical cross section. It can be seen from FIG. 4 that the intensity distribution 10 in front of the second lens array 2 already has a somewhat different envelope than that of the intensity distribution 10 achieved in FIGS. 1 to 3. In particular, the envelope is slightly lower at the lateral edges. This change in the intensity distribution 10 in front of the second lens array 2 ultimately contributes to the generation of the output hat-related intensity distribution 27 corresponding to a top hat.

Fig. 5a bis Fig. 5c zeigen eine Ausführungsform, bei der die ersten Linsenmittel durch zwei separate Linsen 3a und 3b gebildet werden. Auch bei der Verwendung zweier separater Linsen 3a, 3b kann ebenfalls eine Teleskopanordnung oder teleskopähnliche Anordnung vorgesehen sein. Insbesondere kann bei dieser Ausführungsform das Systems aus den Linsen 3a, 3b mit den Linsenarrays 1 , 2 eine telezentrische Anordnung bilden. Weiterhin sind die Linsen 3a, 3b derart angeordnet, dass in der ausgangsseitigen Brennebene desFIGS. 5a to 5c show an embodiment in which the first lens means are formed by two separate lenses 3a and 3b. Even with the use of two separate lenses 3a, 3b can also be provided a telescopic arrangement or telescope-like arrangement. In particular, in this embodiment, the system of the lenses 3a, 3b with the lens arrays 1, 2 form a telecentric arrangement. Furthermore, the lenses 3a, 3b are arranged such that in the output side focal plane of the

Systems aus den Linsen 3a, 3b eine Fouriertransformation der eingangsseitigen Brennebene des Systems aus den Linsen 3a, 3b entsteht. Die ausgangsseitige Brennebene oder Fourierebene des Systems aus den Linsen 3a, 3b entspricht dabei der eingangsseitigen Brennebene des zweiten Linsenarrays 2.Systems from the lenses 3a, 3b, a Fourier transformation of the input-side focal plane of the system of the lenses 3a, 3b is formed. The output-side focal plane or Fourier plane of the system of the lenses 3a, 3b corresponds to the input-side focal plane of the second lens array 2.

Fig. 5b und Fig. 5c lässt sich entnehmen, dass vor dem zweiten Linsenarray 2 beziehungsweise sogar vor der zweiten Linse 3b in X- Richtung voneinander beabstandete lokale Intensitätsmaxima 28 entstehen, die jeweils gemäß der ebenfalls eingezeichneten Intensitätsverteilung 10 ein Gauß-Profil aufweisen. In Fig. 5a und Fig.FIG. 5b and FIG. 5c show that local intensity maxima 28 which are spaced apart from one another in the X direction in front of the second lens array 2 or even in front of the second lens 3b, each having a Gaussian profile in accordance with the intensity distribution 10 also drawn. In Fig. 5a and Fig.

5b ist verdeutlicht, dass die Einhüllende 29 der Intensitätsverteilung 10 einem Top-Hat-Profil entsprechen kann.5b illustrates that the envelope 29 of the intensity distribution 10 can correspond to a top hat profile.

Das zweite Linsenarray 2 umfasst bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 5a bis 5c lediglich ein Substrat 12, kann aber auch wie die bereits beschriebenen Ausführungsbeispiele zwei oder mehr Substrate aufweisen.In the embodiment according to FIGS. 5a to 5c, the second lens array 2 comprises only one substrate 12, but can also be like the one already described embodiments have two or more substrates.

Die erste Linse 3a kann dabei die Fouriertransformation bewirken, wohingegen die zweite Linse 3b die Telezentrizität des Systems hervorruft. Wenn die zweite Linse 3b bei gleicher Anordnung der ersten Linse 3a weggelassen wird , wird die Intensitätsverteilung 10 nicht verändert. Lediglich die mittleren Ausbreitungsrichtungen der von den lokalen Intensitätsmaxima 28 ausgehenden Teilstrahlen werden nicht mehr parallel zueinander sein.The first lens 3a can cause the Fourier transformation, whereas the second lens 3b causes the telecentricity of the system. If the second lens 3b is omitted with the same arrangement of the first lens 3a, the intensity distribution 10 is not changed. Only the mean propagation directions of the partial beams emanating from the local intensity maxima 28 will no longer be parallel to one another.

Die Ausführungsform gemäß den Fig. 6a und 6b zeigt daher eineThe embodiment according to FIGS. 6a and 6b therefore shows a

Vorrichtung , bei der die zweite Linse 3b weggelassen und durch ein Linsenarray 30 ersetzt wurde. Die Linsen dieses Linsenarrays 30 sind als Zylinderlinsen 31 mit sich in Y-Richtung erstreckenden Zylinderachsen ausgeführt. Dieses Linsenarray 30 kann auch als Teil des Linsenarrays 2 gemäß den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bisDevice in which the second lens 3b has been omitted and replaced by a lens array 30. The lenses of this lens array 30 are designed as cylindrical lenses 31 with cylinder axes extending in the Y direction. This lens array 30 can also be used as part of the lens array 2 according to the embodiments according to FIGS

Fig. 4 angesehen werden. Allerdings weist das Linsenarray 30 einen Mitte nabstand P1 der einzelnen Zylinderlinsen 31 auf, der kleiner ist als der Abstand P2 der lokalen Intensitätsmaxima 28 zueinander. Durch diese Wahl des Mittenabstands Pi kann die Parallelität der von den lokalen I ntensitätsmaxima 28 ausgehenden Teilstrahlen gewährleistet werden. Im Unterschied zu der Ausführungsformen gemäß den Fig. 5a bis Fig . 5c sind aufgrund der Zylinderlinsen 31 , die im Vergleich zur Linse 3b sehr klein sind , die Abbildungsfehler kleiner.Fig. 4 are considered. However, the lens array 30 has a center pitch P 1 of the individual cylindrical lenses 31, which is smaller than the distance P 2 of the local intensity maxima 28 to one another. By this choice of the center distance Pi, the parallelism of the intensity of the local I ntensitätsmaxima 28 outgoing partial beams can be ensured. In contrast to the embodiments according to FIGS. 5 a to 5 b. 5c are smaller due to the cylindrical lenses 31 which are very small compared to the lens 3b.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 7a bis Fig . 7c ist auch die erste Linse 3a durch ein Linsenarray 32 ersetzt. Die Linsen dieses Linsenarrays 32 sind als Zylinderlinsen 33 mit sich in Y-Richtung erstreckenden Zylinderachsen ausgeführt. Das Linsenarray 32 weist einen Mittenabstand P3 der einzelnen Zylinderlinsen 33 auf, der kleiner ist als der Mittenabstand P4 der Zylinderlinsen 9 des ersten Linsenarrays 1 und damit der von diesen erzeugten lokalen Intensitätsmaxima 34 zueinander. Durch diese Wahl des Mittenabstands P3 kann die Funktion der Linse 3a durch das Linsenarray 32 realisiert werden. Auch hier werden durch die kleineIn the embodiment according to FIGS. 7 a to FIG. 7c, the first lens 3a is also replaced by a lens array 32. The lenses of this lens array 32 are designed as cylindrical lenses 33 with cylinder axes extending in the Y direction. The lens array 32 has a pitch P 3 of the individual cylindrical lenses 33, the is smaller than the center distance P 4 of the cylindrical lenses 9 of the first lens array 1 and thus the local intensity maxima 34 generated by these to each other. By this choice of the center distance P 3 , the function of the lens 3 a can be realized by the lens array 32. Again, by the small

Ausdehnung der Zylinderlinsen 33 im Vergleich zu der ersten Linse 3a die Abbildungsfehler verkleinert.Extension of the cylindrical lenses 33 compared to the first lens 3a reduces the aberrations.

Die Ausführungsform gemäß den Fig. 8a und Fig. 8b unterscheidet sich von derjenigen gemäß den Fig. 5a bis Fig. 5c nur dadurch, dass der Abstand zwischen den zweiten Linsenmitteln 5 der Filtereinheit 4 und dem zweiten Linsenarray 2 etwas kleiner ist. Die zweiten Linsenmittel 5 gemäß Fig. 8a und Fig. 8b konvergieren die von den lokalen Intensitätsmaxima 28 ausgehenden Teilstrahlen.The embodiment according to FIGS. 8a and 8b differs from that according to FIGS. 5a to 5c only in that the distance between the second lens means 5 of the filter unit 4 and the second lens array 2 is somewhat smaller. The second lens means 5 according to FIGS. 8a and 8b converge the partial beams emanating from the local intensity maxima 28.

Diese Funktion der zweiten Linsenmittel 5 gemäß Fig. 8a wird in der Ausführungsform gemäß Fig. 9a und Fig. 9b durch das LinsenarrayThis function of the second lens means 5 according to FIG. 8a becomes in the embodiment according to FIG. 9a and FIG. 9b through the lens array

30' mit übernommen, das sich von dem Linsenarray 30 gemäß Fig. 6a und Fig. 6b lediglich dadurch unterscheidet, dass der Mittenabstand Pi ' der Zylinderlinsen 31 ' etwas kleiner ist als der Mittenabstand Pi der Zylinderlinsen 31 . Dadurch verlaufen die von den lokalen Intensitätsmaxima 28 ausgehenden Teilstrahlen nicht parallel zueinander sondern konvergieren bereits ein wenig. Mit dieser Ausführungsform können somit gegenüber derjenigen gemäß Fig. 6a und 6b die Linsenmittel 5 eingespart werden.30 ', which differs from the lens array 30 according to FIGS. 6 a and 6 b only in that the center distance Pi' of the cylindrical lenses 31 'is slightly smaller than the center distance Pi of the cylindrical lenses 31. As a result, the partial beams emanating from the local intensity maxima 28 do not run parallel to one another but already converge a little. With this embodiment, the lens means 5 can thus be saved compared with those shown in FIGS. 6a and 6b.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 10a und 10b entspricht derjenigen gemäß Fig. 9a und Fig. 9b bis auf die Tatsache, dass die erste LinseThe embodiment according to FIGS. 10a and 10b corresponds to that according to FIGS. 9a and 9b, except for the fact that the first lens

3a wie bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 7a und Fig. 7b durch das Linsenarray 32 ersetzt wurde. Somit ergibt sich eine Vorrichtung, bei der auf große Linsen größtenteils verzichtet werden kann und die Strahlformung fast ausschließlich durch Mikrorasterlinsen der einzelnen Linsenarrays 1 , 32, 30', 2 erzielt wird.3a has been replaced by the lens array 32 as in the embodiment of FIGS. 7a and 7b. Thus, there is a device in which can be largely dispensed with large lenses and the Beam shaping is achieved almost exclusively by micro-scanning lenses of the individual lens arrays 1, 32, 30 ', 2.

Es besteht die Möglichkeit, die Form der einzelnen Zylinderlinsen 9, 33, 31 , 14 gezielt derart zu formen beziehungsweise zu verändern, dass am Ausgang der Vorrichtung keine Top-Hat-Verteilung, sondern eine beliebige vorgebbare Intensitätsverteilung entsteht. It is possible to form or change the shape of the individual cylindrical lenses 9, 33, 31, 14 in such a way that no top-hat distribution but an arbitrary predefinable intensity distribution arises at the output of the device.

Claims

Patentansprüche: claims: 1 . Vorrichtung zur Formung eines Lichtstrahls, umfassend1 . Apparatus for shaping a light beam, comprising ein erstes Linsenarray (1 ), durch das der zu formende Lichtstrahl hindurch treten kann,a first lens array (1) through which the light beam to be formed can pass, - ein zweites Linsenarray (2), das in Ausbreitungsrichtung des- A second lens array (2), in the propagation direction of the Lichtstrahls hinter dem ersten Linsenarray ( 1 ) angeordnet ist, so dass durch das erste Linsenarray (1 ) hindurch getretenes Licht durch das zweite Linsenarray (2) hindurch treten kann ,Light beam is disposed behind the first lens array (1) so that light passed through the first lens array (1) can pass through the second lens array (2), dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that die Vorrichtung erste Linsenmittel (3) umfasst, die zwischen dem ersten und dem zweiten Linsenarray ( 1 , 2) angeordnet sind und durch das erste Linsenarray ( 1 ) hindurch getretene Anteile des Lichts vor dem zweiten Linsenarray (2) oder im Bereich des zweiten Linsenarrays (2) miteinander überlagern können.the device comprises first lens means (3) arranged between the first and the second lens array (1, 2) and portions of the light passed through the first lens array (1) in front of the second lens array (2) or in the region of the second lens array (2) can overlap with each other. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Linsenmittel (3) und das erste Linsenarray (1 ) ein Teleskop oder eine teleskopähnliche Anordnung bilden.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the first lens means (3) and the first lens array (1) form a telescope or a telescope-like arrangement. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Linsenmittel (3) und das erste Linsenarray ( 1 ) derart angeordnet sind , dass die ausgangsseitige Brennebene des ersten Linsenarrays (1 ) und die eingangsseitige Brennebene der ersten Linsenmittel (3) einander entsprechen oder etwa im gleichen Bereich angeordnet sind . 3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the first lens means (3) and the first lens array (1) are arranged such that the output-side focal plane of the first lens array (1) and the input-side focal plane of the first lens means ( 3) correspond to each other or are arranged approximately in the same area. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Linsenmittel (3) und das zweite Linsenarray (2) ein Teleskop oder eine teleskopähnliche Anordnung bilden.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first lens means (3) and the second lens array (2) form a telescope or a telescope-like arrangement. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Linsenmittel (3) und das zweite Linsenarray (2) derart angeordnet sind, dass die ausgangsseitige Brennebene der ersten Linsenmittel (3) und die eingangsseitige Brennebene des zweiten Linsenarrays (2) einander entsprechen oder etwa im gleichen Bereich angeordnet sind .5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first lens means (3) and the second lens array (2) are arranged such that the output-side focal plane of the first lens means (3) and the input-side focal plane of the second lens array ( 2) correspond to each other or are arranged approximately in the same area. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Linsenarray ( 1 ) und/oder das zweite Linsenarray (2) eine erste und eine zweite optisch funktionale Grenzfläche aufweist, die in Ausbreitungsrichtung des zu formenden Lichtstrahls beabstandet zueinander sind , wobei auf jeder der Grenzflächen ein Array von Linsen ausgebildet ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first lens array (1) and / or the second lens array (2) has a first and a second optically functional interface, which are spaced apart in the propagation direction of the light beam to be formed wherein an array of lenses is formed on each of the interfaces. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen des ersten Linsenarrays ( 1 ) und/oder die Linsen des zweiten Linsenarrays (2) als Zylinderlinsen (9, 13, 14) ausgebildet sind .7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the lenses of the first lens array (1) and / or the lenses of the second lens array (2) are designed as cylindrical lenses (9, 13, 14). 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass d ie Zylinderachsen der auf der ersten und auf der zweiten optisch funktionalen Grenzfläche angeordneten Zylinderlinsen8. The device according to claim 7, characterized in that d the cylinder axes of the arranged on the first and on the second optically functional interface cylinder lenses (9, 13, 14) des ersten Linsenarrays (1 ) und/oder des zweiten Linsenarrays (2) senkrecht oder parallel zueinander ausgerichtet sind . (9, 13, 14) of the first lens array (1) and / or the second lens array (2) are aligned perpendicular or parallel to each other. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen des ersten Linsenarrays (1 ) und/oder die Linsen des zweiten Linsenarrays (2) jeweils derart gestaltet sind, insbesondere jeweils in ihren Randbereichen eine derartige Krümmung aufweisen, dass dadurch beugungsbedingte Effekte verringert werden.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the lenses of the first lens array (1) and / or the lenses of the second lens array (2) are each designed in such a way, in each case in their edge regions have such a curvature that thereby diffraction-related effects are reduced. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen in einem mittleren Bereich einen Querschnitt aufweisen, der im Wesentlichen einem asphärischen Querschnitt zweiter Ordnung, wie beispielsweise einem hyperbolischen oder einem parabelförmigen Querschnitt entspricht.10. The device according to claim 9, characterized in that the lenses in a central region have a cross section which substantially corresponds to a second-order aspherical cross section, such as a hyperbolic or a parabolic cross section. 1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen in ihren Randbereichen einen Querschnitt aufweisen, der von einem asphärischen Querschnitt zweiter Ordnung abweicht.1 1. Device according to one of claims 9 or 10, characterized in that the lenses have in their edge regions a cross section which differs from an aspherical cross section of the second order. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Filtereinheit (4) zur Verkleinerung der Beugungsmaßzahl M2 des zu formenden Lichtstrahls umfasst.12. Device according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that the device comprises a filter unit (4) for reducing the diffraction factor M 2 of the light beam to be formed. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (4) als Fourier-Filtereinheit ausgebildet ist.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the filter unit (4) is designed as a Fourier filter unit. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (4) zweite und dritte Linsenmittel (5, 6) für die zweifache Fouriertransformation des Lichtstrahls umfasst, die derart angeordnet sind, dass die ausgangsseitige Fourierebene der zweiten Linsenmittel (5) der eingangsseitigen Fourierebene der dritten Linsenmittel (6) entspricht.14. The device according to claim 13, characterized in that the filter unit (4) comprises second and third lens means (5, 6) for the double Fourier transform of the light beam, which are arranged such that the output side Fourier plane the second lens means (5) corresponds to the input-side Fourier plane of the third lens means (6). 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (4) eine Aperturblende (7) umfasst.15. Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the filter unit (4) comprises an aperture diaphragm (7). 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturblende (7) in der ausgangsseitigen Fourierebene der zweiten Linsenmittel (5) und/oder in der eingangsseitigen Fourierebene der dritten Linsenmittel (6) angeordnet ist.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the aperture diaphragm (7) in the output side Fourierbene the second lens means (5) and / or in the input side Fourierbene the third lens means (6) is arranged. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Linsenmittel (3) und/oder die zweiten Linsenmittel (5) und/oder die dritten Linsenmittel (6) jeweils eine Linse oder ein Linsenarray (30, 32) oder eine Mehrzahl von Linsen (3a, 3b) oder Linsenarrays (30, 32) umfassen.17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the first lens means (3) and / or the second lens means (5) and / or the third lens means (6) each have a lens or a lens array (30, 32) or a plurality of lenses (3a, 3b) or lens arrays (30, 32). 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen des mindestens einen Linsenarrays (30, 32) der ersten, zweiten oder dritten Linsenmittel (3, 5, 6) einen Mittenabstand (Pi , Pi ', P3) aufweisen, der sich von dem Mittena.bstand (P4) des ersten Linsenarrays ( 1 ) und/oder von dem Abstand (P2) lokaler Intensitätsmaxima (28) vor dem zweiten Linsenarray (2) zueinander unterscheidet.18. The device according to claim 17, characterized in that the lenses of the at least one lens array (30, 32) of the first, second or third lens means (3, 5, 6) have a center distance (Pi, Pi ', P 3 ), the differs from the center distance (P 4 ) of the first lens array (1) and / or from the distance (P 2 ) of local intensity maxima (28) in front of the second lens array (2). 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzliche refraktive Mittel umfasst, die Einfluss auf die seitlichen Flanken der19. Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the device comprises additional refractive means, the influence on the lateral edges of the Intensitätsverteilung des zu formenden Lichtstrahls Einfluss nehmen können. Intensity distribution of the light beam to be formed can influence. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen refraktiven Mittel eine Schmidtplatte (22) und/oder Abbildungsmittel (23, 25) umfassen.20. The device according to claim 19, characterized in that the additional refractive means comprise a Schmidt plate (22) and / or imaging means (23, 25). 21 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen refraktiven Mittel hinter dem zweiten Linsenarray (2) oder hinter der Filtereinheit (4) angeordnet sind .21. Device according to one of claims 19 or 20, characterized in that the additional refractive means behind the second lens array (2) or behind the filter unit (4) are arranged. 22. Laservorrichtung, umfassend einen Resonator, aus dem ein Laserstrahl austreten kann, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Resonator eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 angeordnet ist, um den austretenden Laserstrahl intracavity beeinflussen zu können.22. A laser device comprising a resonator from which a laser beam can emerge, characterized in that in the resonator, a device according to one of claims 1 to 21 is arranged to influence the exiting laser beam intracavity can. 23. Laservorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der austretende Laserstrahl eine einem Top-Hat-Profil entsprechende I ntensitätsverteilung aufweist.23. A laser device according to claim 22, characterized in that the exiting laser beam has a top hat profile corresponding I ntensitätsverteilung. 24. Laservorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der austretende Laserstrahl eine einem Gauß-Profil entsprechende I ntensitätsverteilung aufweist, wobei die Laserstrahlung im I nneren des Resonators zumindest abschnittsweise eine einem Top-Hat-Profil entsprechende24. Laser device according to claim 22, characterized in that the exiting laser beam has a Gaussian profile corresponding I ntensitätsverteilung, the laser radiation in the inside of the resonator I at least partially corresponding to a top hat profile I ntensitätsverteilung aufweist.I ntensitätsverteilung has. 25. Verfahren zur Formung eines Lichtstrahls, insbesondere eines räumlich kohärenten oder räumlich teilkohärenten Lichtstrahls, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:25. A method for shaping a light beam, in particular a spatially coherent or spatially partially coherent light beam, characterized by the following method steps: - Erzeugen einer zumindest in einer Richtung (X) periodischen- Generating an at least in one direction (X) periodic Feld- und/oder I ntensitätsverteilung des Lichtstrahls durch mindestens ein erstes Linsenarray (1 ) und in Ausbreitungsrichtung (Z) hinter diesem angeordnete erste Linsenmittel (3);Field and / or intensity distribution of the light beam through at least a first lens array (1) and in the propagation direction (Z) arranged behind this first lens means (3); Herausfiltern zumindest eines Teils der Periodizität durch eine als Fourier-Filtereinheit ausgebildete Filtereinheit (4), die Ordnungen größer einer vorgegebenen Ordnungen aus dem Lichtstrahl herausfiltert.Filtering out at least part of the periodicity by a filter unit (4) designed as a Fourier filter unit, which filters out orders of a predetermined order from the light beam. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die periodischen Feld- und/oder Intensitätsverteilung des Lichtstrahls vor dem Hindurchtritt durch die Filtereinheit (4) durch mindestens ein zweites, in Ausbreitungsrichtung (Z) hinter den ersten Linsenmitteln (3) angeordnetes Linsenarray (2) zumindest teilweise begradigt wird. 26. The method according to claim 25, characterized in that the periodic field and / or intensity distribution of the light beam before passing through the filter unit (4) by at least a second, in the propagation direction (Z) behind the first lens means (3) arranged lens array ( 2) is at least partially straightened.
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