DE19623762A1 - Vorrichtung zur Transformation astigmatischer Laser-Strahlung in rotationssymmetrische Strahlprofile - Google Patents
Vorrichtung zur Transformation astigmatischer Laser-Strahlung in rotationssymmetrische StrahlprofileInfo
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Description
Zahlreiche Lasersysteme wie z. B. Diodenlaser oder Slablaser emittieren astigmatische Strah
lungsfelder, die sich sowohl durch unterschiedliche Strahlquerschnitte wie auch durch unter
schiedliche Öffnungswinkel (Divergenz) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung darstellen. Für die
meisten praktischen Anwendungen werden dagegen rotationssymmetrische Strahlprofile benö
tigt. Es soll daher eine optische Anordnung gefunden werden, die es in einfacher Weise ermög
licht, astigmatische Strahlungsfelder in rotationssymmetrische Strahlprofile zu transformieren.
Es ist bekannt, daß astigmatische Strahlungsfelder durch optische Wellenleiter mit konischem
Eintritt (Taper), die multimode betrieben werden, bei hinreichender Länge zu einer Mischung
der transversalen Modenstruktur des astigmatischen Strahlungsfeldes genutzt werden können.
Es ist weiterhin bekannt, daß durch die Verwendung von Zylinderlinsen asymmetrische Strahl
profile beispielsweise eines Excimer Lasers in einer Koordinate senkrecht zur Ausbreitungs
richtung hinsichtlich der Divergenz und der Fokussierbarkeit einzuengen.
Im folgenden wird eine einfache Anordnung beschrieben, die die Transformation astigmatischer
Strahlen bis auf Fresnel-Verluste verlustfrei in zirkularsymmetrische Strahlungen ermöglicht.
Im allgemeinen ist ein Strahlungsfeld durch die Angabe seiner Varianzmatrix vollständig in 2.
Ordnung charakterisiert /1/. Diese Matrix ist symmetrisch und lautet
Im wesentlichen sind drei Fälle zu unterscheiden, die in Felder mit zirkularsymmetrischem 2.
Moment transformiert werden können.
1.1 Einfach astigmatische Strahlen
mit gleichen Rayleigh-Längen zR in x,y-Richtung gleicher Lage der Taillen
Derartige Strahlen werden z. B. von Nd-YAG-Slab-Laseroszillatoren mit sphärischen
Resonatorspiegeln erzeugt.
1.2 Astigmatische Strahlen mit unterschiedlichen Rayleigh-Längen, aber gleicher Lage der
Taille, wie sie z. B. Diodenlaser erzeugen. Die Varianzmatrix V₂ ist die gleiche wie V₁,
aber Gl. 2 gilt nicht
Durch ein bifokales Teleskop, gekennzeichnet durch die Matrix
können bei geeigneter Wahl der Vergrößerungen mx,my die Rayleigh-Längen angepaßt werden.
Ein solches Teleskop kann realisiert werden durch zwei bifokale Linsen mit den Brennweiten
f1x, f1y, f2x, f2y im Abstand:
b = f1x + f1y = f1x + f2y (4)
Ein solches Teleskop bildet ein Feld im Abstand a vor dem System auf eine Ebene c hinter dem
System mit unterschiedlichen Vergrößerungen mx, my in x,y-Richtung ab, falls die Bedingung
erfüllt ist
a = c/mx·my (5)
Dabei können die Vergrößerungen mx, my, der Abstand a und eine Brennweite frei gewählt
werden.
Durch Anwendung dieses Teleskops kann das Strahlungsfeld nach Fall 2 auf den Fall 1
zurückgeführt werden.
1.3 Astigmatische Strahlen mit unterschiedlicher Lage der Taillen, wie sie z. B. von Slab-
Lasern mit nichtsphärischen Resonatorspiegeln erzeugt werden. Die Varianzmatrix
lautet:
Durch eine passende gewählte sphärische Optik kann erreicht werden,
daß < xθx < = < yθy < = 0 und damit die Taillen beider Richtungen eine gemeinsame Lage
besitzen. Durch ein bifokales Teleskop können anschließend der Rayleigh-Längen angepaßt
werden. Im folgenden muß deshalb nur der Fall 1 diskutiert werden.
Ein Beispiel für eine Transformationsoptik ist in Abb. 1 skizziert. Sie besteht aus
Zylinderlinse Z₁ der Brennweite fx,
Zylinderlinse Z₂ der Brennweite fy,
Zylinderlinse Z₃ der Brennweite fx.
Zylinderlinse Z₂ der Brennweite fy,
Zylinderlinse Z₃ der Brennweite fx.
Die Brennweiten werden wie folgt gewählt:
fy = zRx = f,
fx = zRx/2 = f/₂
fx = zRx/2 = f/₂
Das Linsensystem wird um 45° gegen den astigmatischen Strahl gedreht. Die Abstände der
Linsen sind wie folgt
Strahltaille - Z₁ : fx,
Z₁-Z₂: fx,
Z₂-Z₃: fx,
Z₃-Bild: fx
Z₁-Z₂: fx,
Z₂-Z₃: fx,
Z₃-Bild: fx
Die Matrix dieser Anordnung lautet
und transformiert den astigmatischen Strahl in einen zirkularsymmetrischen Strahl mit den
neuen Parametern
Es handelt sich um einen zirkularsymmetrischen Strahl mit einer Taille in der Bildebene, der
sich von dort nach dem bekannten hyperbolischen Gesetz in den freien Raum ausbreitet gemäß:
Die Strahlkennzahl hinter dem optischen System ergibt sich ebenfalls als Mittelwert der
ursprünglichen Strahlkennzahlen
Abb. 2 zeigt ein experimentelles Beispiel für die Transformation eines TEMon-Strahlungsfeldes
in ein zirkularsymmetrisches Feld. Für diese spezielle Intensitätsverteilung der Form
ergibt sich hinter dem optischen System eine Ringstruktur der Form
JT = JoT·rn·exp[-r²/wo²] (16)
Abb. 1 gibt ein Beispiel für ein optisches System, welches die Matrix MT nach Gleichung 7 lie
fert.
Abb. 2 verdeutlicht die Transformation eines astigmatischen TEMOn Strahles in einen zirkular
symmetrischen Strahl gemäß oben ausgeführtem Beispiel.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Transformation astigmatischer Laserstrahlung in rotationssymmetri
sche Strahlprofile
dadurch gekennzeichnet, daß
die astigmatische Strahlung durch Einsatz einer sphärischen Optik und eines bifokalen
Teleskops in ein Strahlungsfeld mit gleichen Rayleighlängen und gleichen Lage der
Taillen transformiert wird und anschließend das Bild der so erzeugten astigmatischen
Strahltaille durch einen Satz von drei Zylinderlinsen, die paarweise zueinander senk
recht stehen in ein zirkularsymmetrisches Strahlungsfeld transformiert wird.
2. Vorrichtung nach 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Brennweiten der drei Zylinderlinsen wie f/2:f:f/2 verhalten, wobei f der Ray
leighlänge des Strahlungsfeldes entspricht. Die Abstände der Linsen untereinander ent
spricht f/2, der Abstand zur zu transformierenden Strahltaille entspricht ebenfalls f/2.
3. Vorrichtung nach 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der aus den Zylinderlinsen bestehende Teil der Transformationsoptik um 45! gegen das
Bild der astigmatischen Strahltaille gedreht wird.
4. Vorrichtung nach 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Teleskop in der Transformationsoptik aus zwei bifokalen (torischen) Linsen be
steht, deren Abstand der Summe der Einzelbrennweiten der bifokalen Linsen entspricht.
5. Vorrichtung nach 1 und 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die bifokalen Linsen des Teleskops durch paarweise zueinander senkrecht angeordnete
Zylinderlinsen ersetzt werden.
6. Überführung des gesamten Transformationssystems in eine monolithische optische
Struktur mit entsprechend torisch angepaßten optischen Endflächen.
7. Vorrichtung nach 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
statt normaler Linsen sogenannte Gradientenindexlinsen verwendet werden.
8. Vorrichtung nach 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
anstelle der normalen Linsen ein oder mehrere Linsen des Systems als diffraktive Ele
mente zum Einsatz kommen.
9. Vorrichtung nach 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die verwendeten optischen Bauelemente zur Transformation von vorzugsweise polari
sierten Strahlungsfeldern aus doppelbrechendem Material bestehen.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19623762A DE19623762A1 (de) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | Vorrichtung zur Transformation astigmatischer Laser-Strahlung in rotationssymmetrische Strahlprofile |
DE19755641A DE19755641A1 (de) | 1996-06-14 | 1997-12-15 | Pumpanordnung zur Anregung endgepumpter Laser und Scheibenlaser mit stacked Arrays |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19623762A DE19623762A1 (de) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | Vorrichtung zur Transformation astigmatischer Laser-Strahlung in rotationssymmetrische Strahlprofile |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19623762A1 true DE19623762A1 (de) | 1997-12-18 |
Family
ID=7796955
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19623762A Withdrawn DE19623762A1 (de) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | Vorrichtung zur Transformation astigmatischer Laser-Strahlung in rotationssymmetrische Strahlprofile |
DE19755641A Ceased DE19755641A1 (de) | 1996-06-14 | 1997-12-15 | Pumpanordnung zur Anregung endgepumpter Laser und Scheibenlaser mit stacked Arrays |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19755641A Ceased DE19755641A1 (de) | 1996-06-14 | 1997-12-15 | Pumpanordnung zur Anregung endgepumpter Laser und Scheibenlaser mit stacked Arrays |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (2) | DE19623762A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6421178B1 (en) | 1998-03-10 | 2002-07-16 | Vitalij Lissotschenko | Device and method for transforming optical beams |
DE10128470A1 (de) * | 2001-06-12 | 2002-12-19 | Lissotschenko Vitalij | Anordnung und Vorrichtung zur optischen Strahltransformation |
LT5257B (lt) | 2003-12-19 | 2005-08-25 | Uždaroji akcinė bendrovė MGF "Šviesos konversija" | Ryškį išsaugojantis lazerinių pluoštų formuotuvas |
CN106556933A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-04-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种可多维调整的激光光束片状整形装置及方法 |
-
1996
- 1996-06-14 DE DE19623762A patent/DE19623762A1/de not_active Withdrawn
-
1997
- 1997-12-15 DE DE19755641A patent/DE19755641A1/de not_active Ceased
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10128470A1 (de) * | 2001-06-12 | 2002-12-19 | Lissotschenko Vitalij | Anordnung und Vorrichtung zur optischen Strahltransformation |
LT5257B (lt) | 2003-12-19 | 2005-08-25 | Uždaroji akcinė bendrovė MGF "Šviesos konversija" | Ryškį išsaugojantis lazerinių pluoštų formuotuvas |
US7724437B2 (en) | 2003-12-19 | 2010-05-25 | Uab Mgf ‘Sviesos Konversija’ | Brightness preserving laser beam shaper |
CN106556933A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-04-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种可多维调整的激光光束片状整形装置及方法 |
CN106556933B (zh) * | 2017-01-03 | 2018-09-07 | 哈尔滨工业大学 | 一种可多维调整的激光光束片状整形装置及方法 |
Also Published As
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---|---|
DE19755641A1 (de) | 1999-06-17 |
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