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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laservorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Definition: Mit Laserstrahl, 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, der keinen infinitesimal kleinen, sondern einen ausgedehnten Strahlquerschnitt aufweist.
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Eine Laservorrichtung der vorgenannten Art ist aus der
CN 110718855 A bekannt. Die darin beschriebene Laservorrichtung umfasst vier Gruppen von Laserdioden, die jeweils in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Jede dieser vier Reihen ist parallel zueinander. Die von den Laserdioden ausgehenden Lichtstrahlen treffen auf Spiegel, die das Licht um 90° umlenken. Dabei sind in jeder der Gruppen die einzelnen Laserdioden auf unterschiedlich hohen Sockeln angeordnet, so dass die von den Laserdioden einer Gruppe ausgehenden Laserstrahlungen jeweils übereinander angeordnet und auf diese Weise zusammengefasst werden. Die Laservorrichtung umfasst weiterhin Strahlvereiniger, die die von den einzelnen Gruppen ausgehenden Laserstrahlungen zusammenfassen. Die Laservorrichtung umfasst weiterhin eine Lichtleitfaser, in das zusammengefasste Licht der Laserdioden eingekoppelt wird.
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Eine weitere Laservorrichtung ist aus der
US 2018/0278008 A1 bekannt. Die darin beschriebene Laservorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Laserdioden, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Die von den Laserdioden ausgehenden Lichtstrahlen treffen auf Spiegel, die das Licht um 90° umlenken. Dabei ist jeweils zwischen einigen der Laserdioden und dem dieser Laserdiode zugeordneten Spiegel eine schief gestellte planparallele Platte vorgesehen, die das von der Laserdiode ausgehende Licht nach oben oder nach unten ablenkt. Die Spiegel sind in Ausbreitungsrichtung des reflektierten Lichts hintereinander in Stufen angeordnet, so dass das von einem hinten angeordneten Spiegel ausgehende Licht oberhalb der weiter vorne angeordneten Spiegel verlaufen kann. Insgesamt werden durch die Anordnung der Spiegel und der planparallelen Platten die von den Laserdioden ausgehenden Laserstrahlungen übereinander angeordnet und auf diese Weise zusammengefasst. Die Laservorrichtung umfasst weiterhin eine Lichtleitfaser, in das zusammengefasste Licht der Laserdioden eingekoppelt wird.
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Eine weitere Laservorrichtung ist aus der
US 2013/0162956 A1 bekannt. Die darin beschriebene Laservorrichtung umfasst eine Vielzahl von Lichtquellen, die Licht mit einem weiten Streuwinkel auf einer Fast-Axis und einem engen Streuwinkel auf einer Slow-Axis emittieren, ein erstes brechendes optisches Element, das von der Vielzahl von Lichtquellen auf der Fast-Axis emittiertes Licht in paralleles Licht umwandelt, und ein zweites brechendes optisches Element, das das von der Vielzahl von Lichtquellen auf der Slow-Axis emittierte Licht in paralleles Licht umwandelt. Die Mehrzahl der Lichtquellen ist entlang der Fast-Axis angeordnet.
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Aus der
DE 199 18 444 A1 ist eine Laseroptik zum Umformen der Laserstrahlen von Diodenelementen oder Emittern einer Laserdiodenanordnung bekannt. Die Diodenelemente oder Emitter sind als Emittergruppe jeweils in einer Emitterebene und in einer Achse aufeinander folgend angeordnet, mit wenigstens zwei in einer optischen Achse aufeinander folgend angeordneten Umformelementen, von denen wenigstens eines ein durchstrahlbares Element ist und ein erstes Umformelement eine Auffächerung des von einer Emittergruppe erzeugten Laserstrahls, der einen sich in einer ersten Achse senkrecht zur optischen Achse erstreckenden linien- oder bandförmigen Querschnitt aufweist, in aufgefächerte Teilstrahlen bewirkt, die in der ersten Achse und in einer zweiten Achse gegeneinander versetzt sind, wobei die zweite Achse senkrecht zur ersten Achse und auch senkrecht zur optischen Achse liegt, wobei ein zweites optisches Umformelement ein Verschieben der Teilstrahlen jeweils in einer Ebene parallel zur ersten Achse derart bewirkt, dass bei dem aus dem zweiten Umformelement austretenden umgeformten Laserstrahl die parallelen Teilstrahlen nur noch oder im Wesentlichen nur noch in der zweiten Achse gegeneinander versetzt sind, wobei in wenigstens zwei Emitterebenen, die parallel zueinander angeordnet und in einer Achse senkrecht zu den Emitterebenen um einen Abstand voneinander beabstandet sind, jeweils wenigstens eine Emittergruppe vorgesehen ist, dass die Laserstrahlen jeder Emittergruppe durch ein erstes Umformelement in eine eigene Teilstrahlgruppe von aufgefächerten Teilstrahlen umgeformt wird, dass die Teilstrahlgruppen in der zweiten Achse gegeneinander versetzt sind, und wobei durch das zweite Umformelement die Teilstrahlen sämtlicher Teilstrahlgruppen zu dem aus den zweiten Umformelement austretenden umgeformten Laserstrahl umgeformt werden.
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Eine weitere Laservorrichtung ist aus der
US 2009/0323752 A1 bekannt. Das darin beschriebene Lasermodul hoher Helligkeit ist mit einer Strahlkompressionseinheit ausgestattet, die in der Lage ist, den Durchmesser von parallelen Lichtstrahlen zu reduzieren, die von jeweils beabstandeten einzelnen Laserdioden emittiert werden. Das Modul weist außerdem eine Objektivlinse auf, die so konfiguriert ist, dass sie das Licht mit dem reduzierten Durchmesser verlustfrei in eine Faser einleiten kann.
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Eine weitere Laservorrichtung ist aus der
US 2015/0131692 A1 bekannt. Das darin beschriebene Halbleiterlaser-Modul besteht hauptsächlich aus einem Gehäuse, einem Halbleiterlaser, Linsen, reflektierenden Spiegeln, einer optischen Faser und dergleichen. Das Gehäuse besteht aus einem Bodenteil und Seitenflächen. Die Seitenflächen stehen annähernd senkrecht zum Bodenteil des Gehäuses aufrecht. In dem Halbleiterlasermodul sind eine Mehrzahl von Halbleiterlaser-Installationsflächen in einer stufenförmigen Form ausgebildet. Auf jeder Oberfläche der Halbleiterlaser-Installationsflächen ist ein Halbleiterlaser installiert. An der in Emissionsrichtung vorderen Seite des Halbleiterlasers ist eine Linse angeordnet. Außerdem ist eine Linse weiter vorne angeordnet. Ein Reflexionsspiegel ist an der Seitenfläche befestigt, der der Emissionsrichtung des Halbleiterlasers zugewandt ist.
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Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Laservorrichtung der eingangs genannten Art, die auf vergleichbarem Bauraum eine Laserstrahlung mit höherer Ausgangsleistung erzeugen kann.
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Dies wird erfindungsgemäß durch eine Laservorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Laserdioden der zweiten der beiden Gruppen in einer zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sind, die von der ersten Richtung verschieden ist, insbesondere zu der ersten Richtung senkrecht ist, wobei die durch die Laserdioden der ersten Gruppe gebildete Reihe von Laserdioden und die durch die Laserdioden der zweiten Gruppe gebildete Reihe von Laserdioden einander kreuzen. Durch das Vorsehen zweier Gruppen von Laserdioden, die in Reihen angeordnet sind, kann die Ausgangsleistung der Laserstrahlung bei vergleichbarem Bauraum erhöht werden. Vorzugsweise entspricht dabei die Richtung, in der die Laserdioden nebeneinander angeordnet sind, der Slow-Axis-Richtung der Laserdioden. Weiterhin vorzugsweise umfasst die Laservorrichtung Slow-Axis-Kollimationslinsen und/oder Fast-Axis-Kollimationslinsen für das von den Laserdioden ausgehende Licht. Im Unterschied zu beispielsweise einander gegenüberliegenden Reihen kann durch die Ausrichtung der Reihen senkrecht zueinander die effektive Brennweite der Slow-Axis-Kollimationslinsen erhöht werden. Durch die Erhöhung der Brennweite kann erreicht werden, dass die von den Laserdioden ausgehenden Lichtstrahlen in Slow-Axis-Richtung während des Zusammenfassens des von den einzelnen Laserdioden ausgehenden Lichts praktisch nicht divergieren. Auf diese Weise werden die Verluste während des Zusammenfassens reduziert. Durch die Möglichkeit, bei bestimmten Gestaltungen der Laservorrichtung auch ein Kreuzen der Reihen von Laserdioden zuzulassen, wird die Designfreiheit bei der Konzipierung der Laservorrichtung erhöht.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Laserdioden der zweiten der beiden Gruppen in einer zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sind, die von der ersten Richtung verschieden ist, wobei die Laservorrichtung eine Transformationsvorrichtung umfasst, die im Betrieb der Laservorrichtung das zusammengefasste Licht mehrerer, insbesondere sämtlicher Laserdioden, in der ersten und/oder der zweiten Richtung in mindestens zwei Teile aufteilt und diese beiden Teile in einer dritten Richtung nebeneinander anordnet, die insbesondere zu der ersten und/oder der zweiten Richtung senkrecht ausgerichtet ist. Durch eine derartige Gestaltung kann einerseits das Strahlparameterprodukt der Laserstrahlungen der Laserdioden in der Slow-Axis-Richtung verkleinert werden, insbesondere bei Aufteilung in zwei Teile halbiert werden. Dadurch kann die Laserstrahlung trotz des ursprünglich größeren Strahlparameterprodukts weitgehend vollständig in die Lichtleitfaser eingekoppelt werden. Weiterhin können durch eine derartige Gestaltung Fast-Axis-Kollimationslinsen mit einer großen effektiven Brennweite genutzt werden, so dass die von den Laserdioden ausgehenden Lichtstrahlen auch in der Fast-Axis-Richtung praktisch nicht divergieren. Auf diese Weise werden die Verluste weiter reduziert.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Strahlparameterprodukt einer jeder der Laserdioden hinsichtlich der Richtung, in der die Laserdioden nebeneinander angeordnet sind, größer als das Strahlparameterprodukt des Lichtleiters ist. Beispielsweise kann das Strahlparameterprodukt einer jeder der Laserdioden hinsichtlich der Richtung, in der die Laserdioden nebeneinander angeordnet sind, mindestens doppelt so groß wie das Strahlparameterprodukt des Lichtleiters sein. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Laservorrichtungen wird in der Regel das Strahlparameterprodukt der Laserdioden hinsichtlich der Slow-Axis-Richtung gleich dem Strahlparameterprodukt des Lichtleiters gewählt. Laserdioden mit größerem Strahlparameterprodukt weisen eine größere Leistung auf. Daher kann durch die Wahl von Laserdioden mit größerem Strahlparameterprodukt bei gleicher Größe der Laservorrichtung eine Vergrößerung der Ausgangsleistung der Laservorrichtung erreicht werden. Alternativ kann mit weniger Laserdioden und verkleinerter Größe der Laservorrichtung die gleiche Ausgangsleistung wie bei bekannten Laservorrichtungen erzielt werden.
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Es besteht die Möglichkeit, dass die Transformationsvorrichtung eine Mehrzahl von planparallelen Platten und/oder mindestens ein Teleskop, insbesondere mindestens ein Galilei-Teleskop, umfasst. Durch die Verwendung mindestens eines Teleskops können passende Größenverhältnisse beziehungsweise Winkelverhältnisse zwischen der Slow-Axis-Richtung und der Fast-Axis-Richtung der zusammengefassten Laserstrahlung erreicht werden, um eine optimale Fokussierung auf die Eintrittsfläche der Lichtleitfaser zu ermöglichen.
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Es besteht die Möglichkeit, den Abstand der Reihen von Laserdioden zu der Optikvorrichtung so zu wählen, dass das optische Design der Laservorrichtung optimiert werden kann. Das führt dazu, dass die mit der Laservorrichtung erzielbare Ausgangsleistung nahe des theoretischen Maximums sein kann. Dies führt weiterhin dazu, dass auch eine preisgünstige Lichtleitfaser verwendet werden kann, die in der Regel eine optimale Einkopplung voraussetzt. Durch die Verwendung einer preisgünstigen Lichtleitfaser können die Herstellungskosten der Laservorrichtung signifikant reduziert werden.
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Es besteht die Möglichkeit, dass die Optikvorrichtung eine Mehrzahl von Spiegeln umfasst, wobei jeder der Laserdioden ein Spiegel derart zugeordnet ist, dass das von der jeweiligen Laserdiode ausgehende Licht im Betrieb der Laservorrichtung von dem zugeordneten Spiegel so reflektiert wird, dass sich die Ausbreitungsrichtung des Lichts ändert, insbesondere um etwa 90° ändert. Dabei kann die Laservorrichtung so gestaltet sein, dass die Auftreffbereiche des Lichts einzelner, insbesondere sämtlicher, in der ersten und/oder der zweiten Richtung nebeneinander angeordneter Laserdioden in der dritten Richtung zueinander versetzt sind, so dass das von unterschiedlichen, in der ersten und/oder der zweiten Richtung nebeneinander angeordneten Laserdioden ausgehende Licht nach der Reflexion an den diesen Laserdioden zugeordneten Spiegeln in der dritten Richtung nebeneinander angeordnet ist. Die von den einzelnen Laserdioden einer Reihe ausgehenden Laserstrahlen werden also von der Optikvorrichtung in der dritten Richtung, die im Gebrauchszustand der Vertikalen entsprechen kann, übereinander angeordnet. Die Versetzung des Lichts auf den Spiegeln in der dritten Richtung kann beispielsweise durch geeignete optische Elemente wie geneigten planparallelen Platten zwischen den Laserdioden und den Spiegeln erreicht werden. Alternativ kann ein derartiger Versatz auch durch eine entsprechende Positionierung der der jeweiligen Laserdiode zugeordneten Fast-Axis-Kollimationslinse erreicht werden. Alternativ können auch die Laserdioden einer der Gruppen 1 in der dritten versetzt zueinander angeordnete Austrittsbereiche für das Licht aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Laserdioden in der dritten Richtung in unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Strahlvereiniger als Polarisationswürfel oder als Spiegel ausgebildet ist.
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Es besteht die Möglichkeit, dass die Laservorrichtung eine Mehrzahl von ersten Gruppen von Laserdioden umfasst, die in der dritten Richtung nebeneinander angeordnet sind, und/oder dass die Laservorrichtung eine Mehrzahl von zweiten Gruppen von Laserdioden umfasst, die in der dritten Richtung nebeneinander angeordnet sind. Weiterhin kann die Laservorrichtung eine Mehrzahl von Optikvorrichtungen umfassen, die in der dritten Richtung nebeneinander angeordnet sind. Auf diese Weise können in mehreren Ebenen übereinander die Laserstrahlungen von jeweils zwei Reihen von Laserdioden zusammengefasst werden, wobei die Laserstrahlungen der unterschiedlichen Ebenen ebenfalls so miteinander kombiniert werden können, dass die von sämtlichen Laserdioden ausgehenden Laserstrahlungen gemeinsam in die Lichtleitfaser eingekoppelt werden können.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Laservorrichtung ein Gehäuse umfasst, in dem die Laserdioden und die Optikvorrichtung angeordnet sind sowie die Lichtleitfaser gehaltert ist. Das Gehäuse kann insbesondere eine Grundplatte aufweisen, auf der die Laserdioden und die Optik montiert sind. Die dritte Richtung ist senkrecht zu der Grundplatte ausgerichtet, so dass die dritte Richtung im Betrieb der Laservorrichtung in der Regel der Vertikalen entsprechen wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Laservorrichtung;
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung mit angedeuteten Strahlengängen des Lichts;
- 3 eine Seitenansicht der Laservorrichtung gemäß 2;
- 4 eine Detailansicht eines Teleskops der Laservorrichtung gemäß 2;
- 5 eine schematische Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung;
- 6 eine perspektivische Ansicht der Laservorrichtung gemäß 5;
- 7 ein Detail der 6;
- 8 einen Querschnitt durch das sich in der Laservorrichtung ausbreitende Licht vor einer Transformationsvorrichtung der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung;
- 9 einen Querschnitt durch das sich in der Laservorrichtung ausbreitende Licht nach dem Hindurchtritt durch eine erste Komponente der Transformationsvorrichtung der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung;
- 10 einen Querschnitt durch das sich in der Laservorrichtung ausbreitende Licht nach dem Hindurchtritt durch die Transformationsvorrichtung der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung;
- 11 einen Querschnitt durch das sich in der Laservorrichtung ausbreitende Licht auf der Eintrittsfläche des Lichtleiters der ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung.
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In den Figuren sind gleiche und funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In einige der Figuren sind zur besseren Orientierung kartesische Koordinatensysteme eingezeichnet.
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Die in 1 abgebildete Ausführungsform einer Laservorrichtung umfasst zwei Gruppen 1, 2 von lediglich schematisch angedeuteten Laserdioden 3, von denen im Betrieb der Laservorrichtung Licht ausgeht. Die Laserdioden 3 der ersten Gruppe 1 sind in einer ersten Richtung X nebeneinander angeordnet, wohingegen die Laserdioden 3 der zweiten Gruppe 2 in einer zweiten Richtung Y nebeneinander angeordnet sind, die senkrecht zu der ersten Richtung X ausgerichtet ist.
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Im in 1 abgebildeten Beispiel umfasst die erste Gruppe 1 drei Laserdioden 3, die äquidistant zueinander angeordnet sind. Weiterhin umfasst auch die zweite Gruppe 2 drei Laserdioden 3, die äquidistant zueinander angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Laserdioden 3 der ersten Gruppe 1 gleich dem Abstand zwischen den Laserdioden 3 der zweiten Gruppe 2 ist.
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Es besteht durchaus die Möglichkeit, mehr oder weniger als drei Laserdioden 3 pro Gruppe 1, 2 vorzusehen. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, in der ersten Gruppe 1 eine andere Anzahl von Laserdioden 3 vorzusehen als in der zweiten Gruppe 2.
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Dabei ist die Slow-Axis-Richtung der Laserdioden 3 der ersten Gruppe 1 parallel zu der ersten Richtung X beziehungsweise zu der Richtung X, in der die Laserdioden 3 der ersten Gruppe 1 nebeneinander angeordnet sind. Weiterhin ist die Slow-Axis-Richtung der Laserdioden 3 der zweiten Gruppe 2 parallel zu der zweiten Richtung Y beziehungsweise zu der Richtung Y, in der die Laserdioden 3 der zweiten Gruppe 2 nebeneinander angeordnet sind. Die Fast-Axis-Richtung der Laserdioden 3 ist parallel zu einer dritten Richtung Z, die senkrecht zu der ersten und der zweiten Richtung X, Y ausgerichtet ist.
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Die Laservorrichtung umfasst nicht abgebildete Fast-Axis-Kollimationslinsen für die zumindest teilweise Kollimation des von den Laserdioden 3 ausgehende Lichts hinsichtlich der dritten Richtung Z. Die Laservorrichtung umfasst weiterhin Slow-Axis-Kollimationslinsen 4 für die zumindest teilweise Kollimation des von den Laserdioden 3 ausgehende Lichts hinsichtlich der ersten Richtung X beziehungsweise hinsichtlich der zweiten Richtung Y. Die Laservorrichtung ist dabei so gestaltet, dass das von den Laserdioden 3 ausgehende Licht zuerst durch die Fast-Axis-Kollimationslinsen und daran anschließend durch die Slow-Axis-Kollimationslinsen 4 hindurchtritt.
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Die Laservorrichtung umfasst weiterhin eine erste Gruppe 5 und eine zweite Gruppe 6 von Spiegeln 7. Dabei ist die erste Gruppe 5 von Spiegeln 7 der ersten Gruppe 1 von Laserdioden 3 und die zweite Gruppe 6 von Spiegeln 7 der zweiten Gruppe 2 von Laserdioden 3 zugeordnet. Insbesondere ist ein jeder der Spiegel 7 so angeordnet, dass das Licht, das von einer der Laserdioden 3 ausgeht, genau von einem der Spiegel 7 reflektiert wird.
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Dabei sind die Fast-Axis-Kollimationslinsen und daran anschließend die Slow-Axis-Kollimationslinsen 4 zwischen den Laserdioden 3 und den Spiegeln 7 angeordnet.
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Die Spiegel 7 der ersten Gruppe 5 sind in Z-Richtung versetzt zueinander (nicht abgebildet). Weiterhin sind die Auftreffbereiche der von den einzelnen Laserdioden 3 ausgehenden Laserstrahlen der ersten Gruppe 1 auf den Spiegeln 7 der ersten Gruppe 5 in Z-Richtung versetzt zueinander.
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Auf diese Weise kann erreicht werden, dass beispielsweise der in 1 linke Spiegel 7 der ersten Gruppe 5 in Z-Richtung weiter unten angeordnet ist als der mittlere Spiegel 7 und dass weiterhin der in 1 mittlere Spiegel 7 in Z-Richtung weiter unten angeordnet ist als der rechte Spiegel 7. Wenn gleichzeitig die Auftreffbereiche der von den einzelnen Laserdioden 3 ausgehenden Laserstrahlungen der ersten Gruppe 1 auf den Spiegeln 7 der ersten Gruppe 5 in Z-Richtung entsprechend versetzt zueinander angeordnet sind, kann das von dem in 1 linken Spiegel 7 reflektierte Licht in Z-Richtung unter dem mittleren Spiegel hindurch nach rechts in 1 verlaufen. Gleichermaßen können das von dem in 1 linken und das von dem in 1 mittleren Spiegel 7 ausgehende Licht in Z-Richtung unter dem rechten Spiegel 7 hindurch nach rechts in 1 verlaufen.
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Die von den Spiegeln 7 reflektierten Laserstrahlungen sind dann hinter dem in 1 rechten Spiegel 7 in Z-Richtung übereinander angeordnet.
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Analog dazu sind die Spiegel 7 der zweiten Gruppe 6 in Z-Richtung versetzt zueinander (nicht abgebildet). Weiterhin sind die Auftreffbereiche der von den einzelnen Laserdioden 3 ausgehenden Laserstrahlen der zweiten Gruppe 2 auf den Spiegeln 7 der zweiten Gruppe 6 in Z-Richtung versetzt zueinander.
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Auf diese Weise kann erreicht werden, dass beispielsweise der in 1 untere Spiegel 7 der zweiten Gruppe 6 in Z-Richtung weiter unten angeordnet ist als der mittlere Spiegel 7 und dass weiterhin der in 1 mittlere Spiegel 7 in Z-Richtung weiter unten angeordnet ist als der obere Spiegel 7. Wenn gleichzeitig die Auftreffbereiche der von den einzelnen Laserdioden 3 ausgehenden Laserstrahlungen der zweiten Gruppe 1 auf den Spiegeln 7 der zweiten Gruppe 6 in Z-Richtung entsprechend versetzt zueinander angeordnet sind, kann das von dem in 1 unteren Spiegel 7 reflektierte Licht in Z-Richtung unter dem mittleren Spiegel hindurch nach oben in 1 verlaufen. Gleichermaßen können das von dem in 1 unteren und das von dem in 1 mittleren Spiegel 7 ausgehende Licht in Z-Richtung unter dem oberen Spiegel 7 hindurch nach oben in 1 verlaufen.
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Die Versetzung der Auftreffbereiche des von den einzelnen Laserdioden 3 einer der Gruppen 1, 2 ausgehenden Lichts auf den Spiegeln 7 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwischen den Laserdioden 3 und den diesen zugeordneten Spiegeln 7 planparallele Platten oder andere optische Elemente angeordnet sind, die die das von den einzelnenn Laserdioden 3 ausgehende Licht in Z-Richtung nach oben beziehungsweise nach unten versetzen. Eine derartige Gestaltung wird beispielsweise in der
US 2018/0278008 A1 beschrieben.
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Alternativ kann ein derartiger Versatz in positiver oder negativer Z-Richtung auch durch eine entsprechende Positionierung der der jeweiligen Laserdiode 3 zugeordneten Fast-Axis-Kollimationslinse erreicht werden.
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Alternativ können auch die Laserdioden 3 einer der Gruppen 1 in Z-Richtung versetzt zueinander angeordnete Austrittsbereiche für das Licht aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Laserdioden in Z-Richtung in unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
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Die in 1 abgebildete Ausführungsform der Laservorrichtung umfasst weiterhin einen Strahlvereiniger, der als Spiegel 9 ausgebildet ist. Der Spiegel 9 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass er das von der zweiten Gruppe 6 von Spiegeln 7 ausgehende Licht nach rechts in 1 beziehungsweise in X-Richtung reflektiert. Der Spiegel 9 ist weiterhin derart ausgebildet und angeordnet, dass das von der ersten Gruppe 5 von Spiegeln 7 ausgehende Licht nach rechts in 1 beziehungsweise in X-Richtung ungehindert an dem Spiegel vorbei verlaufen kann. Dabei wird das von den Spiegeln 7 der ersten Gruppe 5 ausgehende Licht in Z-Richtung oberhalb oder unterhalb an dem Spiegel 9 vorbeiverlaufen. Um dies zu ermöglichen, sind die Spiegel 7 der ersten Gruppe 5 und die Auftreffbereiche der von der ersten Gruppe 1 ausgehenden Laserstrahlungen in Z-Richtung oberhalb oder unterhalb der Spiegel 7 der zweiten Gruppe 6 und der Auftreffbereiche der von der zweiten Gruppe 2 ausgehenden Laserstrahlungen angeordnet.
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Auf diese Weise wird erreicht, dass die insgesamt sechs von dem Spiegel 9 reflektierten Laserstrahlungen und an dem Spiegel 9 vorbeiverlaufenden Laserstrahlungen rechts in 1 von dem Spiegel 9 in Z-Richtung übereinander angeordnet sind. 8 zeigt einen Querschnitt durch die Laserstrahlungen hinter dem Spiegel 9. Dabei sind die sechs Intensitätsverteilungen 8 der Laserstrahlungen in Z-Richtung übereinander angeordnet.
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Die in 1 abgebildete Ausführungsform der Laservorrichtung umfasst weiterhin eine Transformationsvorrichtung 10, die das zusammengefasste Licht der sechs Laserdioden 3 in der zweiten Richtung Y in zwei Teile aufteilt und diese beiden Teile in der dritten Richtung Z übereinander anordnet.
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Die Transformationsvorrichtung 10 umfasst dazu eine erste Komponente 11, die das zusammengefasste Licht der sechs Laserdioden 3 in Y-Richtung in zwei Teile aufteilt und diese Teile in Z-Richtung zueinander versetzt. Dies ist aus 9 ersichtlich. Die dort abgebildeten sechs Intensitätsverteilungen 8 sind jeweils in Y-Richtung in zwei Teile 8a, 8b aufgeteilt und in Z-Richtung zueinander versetzt.
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Die erste Komponente 11 kann beispielsweise zwei Teleskope 11a, 11b wie die in 4 abgebildeten aufweisen. Es kann sich bei den Teleskopen 11a, 11b um Galileo-Teleskope handeln. Die Teleskope 11a, 11b können verkleinernde Teleskope sein, die beispielsweise den Querschnitt des auf sie auftreffenden Lichts um einen Verkleinerungsfaktor von 1,8 verkleinern können.
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Die auf die Teleskope 11a, 11b auftreffenden sechs in Z-Richtung untereinander angeordneten Laserstrahlungen werden durch die Teleskope 11a, 11b in zwölf in Z-Richtung untereinander angeordnete Laserstrahlungen umgewandelt, von denen jedoch jeweils sechs auch in Y-Richtung zueinander versetzt sind (siehe dazu entsprechend 9).
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Die erste Komponente 11 kann anstelle der Teleskope 11a, 11 b auch andere optische Komponenten umfassen, die das zusammengefasste Licht der Laserdioden 3 in Y-Richtung in zwei Teile aufteilt und diese Teile in Z-Richtung zueinander versetzt. Dafür kommen beispielsweise auch entsprechend angeordnete planparallele Platten in Betracht. Beispielsweise können zwei unterschiedlich angeordnete planparallele Platten in Y-Richtung nebeneinander angeordnet sein.
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Alternativ können sowohl Teleskope als auch planparallele Platten vorgesehen werden, wobei die Teleskope für eine Verkleinerung und die planparallelen Platten für den gewünschten Versatz verantwortlich sein können.
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Die Transformationsvorrichtung 10 weist weiterhin eine zweite Komponente 12 auf, die die beiden in Z-Richtung zueinander versetzten und in Y-Richtung nebeneinander angeordneten Teile des Lichts in Y-Richtung relativ zueinander versetzt, so dass sie in Z-Richtung übereinander angeordnet sind. Dies wird in 10 gezeigt, wo die zwölf Teile 8a, 8b der Intensitätsverteilungen in Y-Richtung nicht mehr versetzt sind und in Z-Richtung übereinander angeordnet sind.
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Die zweite Komponente 12 kann beispielsweise zwei Spiegel 12a, 12b aufweisen. Dabei kann jeweils einer der beiden Spiegel 12a, 12b einem der beiden Teile 8a, 8b der Intensitätsverteilungen zugeordnet sein. Beispielsweise kann dabei der Spiegel 12a in Z-Richtung nach oben relativ zu dem Spiegel 12b versetzt sein, so dass der erste Teil 8a des Lichts in Z-Richtung über den Spiegel 12 hinweg auf den Spiegel 12a auftreffen kann.
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Die Laservorrichtung umfasst weiterhin eine Fokussieroptik 13, die das von der Transformationsvorrichtung 10 ausgehende Licht auf die Eintrittsfläche 14 einer ebenfalls von der Laservorrichtung umfassten Lichtleitfaser 15 fokussieren kann. Die Lichtleitfaser 15 wird dabei von einer Halterung 16 in Position gehalten.
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Es soll an dieser Stelle angemerkt werden, dass das Strahlparameterprodukt einer jeder der Laserdioden 3 in Slow-Axis-Richtung etwa doppelt so groß wie das Strahlparameterprodukt der Lichtleitfaser 15 ist. Trotz dieses Verhältnisses kann das von den Laserdioden 3 ausgehende Licht 21 annähernd vollständig in die Lichtleitfaser 15 eingekoppelt werden, weil die Transformationsvorrichtung 10 das Strahlparameterprodukt der Laserstrahlungen in der Slow-Axis-Richtung halbiert.
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11 zeigt den Querschnitt der auf die Eintrittsfläche 14 der Lichtleitfaser 15 auftreffenden Intensitätsverteilung des Lichts, wobei die Rand der Eintrittsfläche 14 mit dem Bezugszeichen 17 versehen wurde.
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Die Laservorrichtung umfasst weiterhin ein Gehäuse, von dem lediglich eine Bodenplatte 18 abgebildet ist, auf der die Laserdioden 3 und die optischen Komponenten montiert sein können. Die Bodenplatte 18 kann dabei insbesondere als Kühlplatte für die Mehrzahl von Laserdioden dienen.
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Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 2 ist zur Verdeutlichung das von den Laserdioden 3 ausgehende Licht 21 eingezeichnet. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß 1 einerseits dadurch, dass jede Gruppe 1, 2 sechs Laserdioden 3 aufweist. Andererseits sind die Gruppen 1, 2 von Laserdioden 3 auch in X-Richtung und in Y-Richtung etwas zueinander verschoben, so dass sich die durch Laserdioden 3 gebildeten Reihen kreuzen.
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Diese Verschiebung oder Versetzung der Reihen von Laserdioden 3 relativ zueinander erlaubt bei der Konzeptionierung der Laservorrichtung eine bessere Anpassung an beispielsweise Parameter des durch die Linsen und Spiegel gebildeten optischen Systems. So kann beispielsweise durch geeignete Wahl des Abstandes der Reihe der Laserdioden 3 von den Spiegeln 7 Einfluss auf die benötigte Brennweite der Slow-Axis-Kollimationslinsen 4 genommen werden. Die Brennweite der Slow-Axis-Kollimationslinsen 4 wiederum ist mit verantwortlich für die Größe der Laservorrichtung.
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Weiterhin unterscheidet sich die in 2 abgebildete zweite Ausführungsform von der in 1 abgebildeten Ausführungsform durch die Gestaltung des Strahlvereinigers. Der Strahlvereiniger dieser Ausführungsform ist nicht als Spiegel ausgebildet sondern als Polarisationskoppler 19. Der Polarisationskoppler 19 lässt in an sich bekannter Weise Licht mit einer ersten Polarisationsrichtung ungehindert hindurchtreten und reflektiert Licht mit einer dazu senkrechten Polarisationsrichtung. Vor dem Polarisationskoppler 19 kann dazu in einem der beiden Wege des von den beiden Gruppen 1, 2 kommenden Lichts ein Polarisationsdreher wie beispielsweise ein Halbwellenlängenplättchen vorgesehen sein.
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Durch die Verwendung eines Polarisationskopplers 19 kann erreicht werden, dass die von den Laserdioden 3 der ersten Gruppe 1 ausgehenden Laserstrahlungen in Z-Richtung auf der gleichen Höhe wie die von den Laserdioden 3 der zweiten Gruppe 2 ausgehenden Laserstrahlungen angeordnet sind. Er tragen also zu jeder der Intensitätsverteilungen 8 in 8 sowohl eine der Laserdioden 3 der ersten Gruppe 1 als auch eine der Laserdioden 3 der zweiten Gruppe 2 bei.
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Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß 5 weist im Unterschied zu dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel sechs in Z-Richtung übereinander angeordnete Ebenen 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f auf (siehe 6). Von diesen sechs Ebenen ist in 5 lediglich eine abgebildet. Es besteht durchaus die Möglichkeit, mehr oder weniger als sechs Ebenen vorzusehen.
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Jede dieser Ebenen 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f kann so wie die in 5 abgebildete Ebene 22a ausgestaltet sein. Bei der in 5 abgebildeten Ebene 22a der Laservorrichtung sind zwei Gruppen 1, 2 von jeweils acht Laserdioden 3 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform sind die Gruppen 1, 2 von Laserdioden 3 in X-Richtung und in Y-Richtung noch etwas stärker zueinander verschoben als bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2.
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Auch in der in 5 abgebildeten Ebene 22a ist als Strahlvereiniger ein Polarisationskoppler 19 vorgesehen.
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Die Transformationsvorrichtung jeder Ebene 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f umfasst beispielsweise ein erstes Teleskop 11a. Für alle Ebenen 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f gemeinsam kann ein zweites Teleskop 11b vorgesehen sein, um die zusammengeführte Laserstrahlungen geeignet zu formen. Die Transformationsvorrichtung umfasst weiterhin mindestens einen gemeinsamen Spiegel 12 (siehe 6 und 7).
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Die Laservorrichtung umfasst weiterhin sechs in Z-Richtung übereinander angeordnete Spiegel 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, die jeweils die Laserstrahlungen einer Ebene 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f so reflektieren, dass sie sich nicht mehr in positiver X-Richtung beziehungsweise nach rechts in 5 sondern nach oben in Z-Richtung ausbreiten. Die Spiegel 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f sind auch in X-Richtung und in Y-Richtung versetzt zueinander angeordnet, wie sich aus der Draufsicht in 5 oder der zur Verdeutlichung in 6 und 7 hinzugefügten Projektion 20a', 20b', 20c`, 20d`, 20e`, 20f` ergibt.
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Die sich in Z-Richtung nach oben ausbreitenden Laserstrahlungen werden von dem gemeinsamen Spiegel 12 in die negative Y-Richtung beziehungsweise nach unten in 5 umgelenkt, treten durch das zweite Teleskop 11b hindurch und werden von der Fokussieroptik 13 auf die Eintrittsfläche 14 der Lichtleitfaser 15 fokussiert.
