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Zugehörige Anmeldungen
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Der Gegenstand dieser Anmeldung bezieht sich auf die
U.S. Provisional Application Nr. 62/348,772 , eingereicht am 10. Juni 2016, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein einzelner, im wesentlichen kollimierter Lichtstrahl wird in kaskadierende, im wesentlichen kollimierte Strahlen aufgeteilt. Der Spaltung kann vorhergehen, dass Licht von zwei oder mehr Quellen in diesen einzigen, im wesentlichen kollimierten Strahl vereint wird.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Laserstrahlteilereinrichtung: eine Vielzahl von m Eingangskopplern, wobei m mindestens zwei ist; eine Sequenz bzw. Folge von m – 1 Strahl-Kombinatoren, die so angeordnet sind, daß ein erster eintretender, im wesentlichen kollimierter Strahl zu irgendeinem Kombinator in der Sequenz, mit Ausnahme eines ersten Kombinators, von einem vorherigen Kombinator in der Sequenz empfangen wird und daß der erste eintretende, im wesentlichen kollimierte Strahl zum ersten Kombinator in der Sequenz von einem ersten der Vielzahl von m Eingangskopplern empfangen wird, wobei die Kombinatoren ferner so angeordnet sind, daß ein zweiter eintretender Strahl zu jedem Kombinierer in der Sequenz jeweils individuell von einem der zweiten bis m-ten Eingangskoppler empfangen wird; eine Sequenz von n – 1 Strahlteilern, wobei n mindestens zwei ist, die so angeordnet sind, dass ein eintretender, im Wesentlichen kollimierter Strahl zu jedem Teiler bzw. Splitter in der Sequenz, mit Ausnahme eines ersten Teilers, von einem vorherigen Teiler in der Sequenz empfangen wird, und dass ein eintreternder Im wesentlichen kollimierten Strahl zu dem ersten Teiler in der Sequenz von einem letzten der Sequenz von Strahl-Kombinatoren empfangen wird; und einen Satz von n Ausgangskopplern, wobei jeder Ausgangskoppler konfiguriert ist, um einen Strahl von einem der Sequenz von n – 1-Splittern zu empfangen. Gemäß einem Aspekt ist mindestens einer der Eingangskoppler oder mindestens einer der Ausgangskoppler optisch mit einer optischen Faser verbunden. Gemäß einem Aspekt ist jeder der Strahlkombinierer ein dichroitischer Spiegel. Gemäß einem Aspekt ist einer der Strahlkombinierer ein polarisierender Strahlteiler. Gemäß einem Aspekt ist mindestens einer der Strahlkombinierer ein dichroitischer Spiegel. Gemäß einem Aspekt ist n mindestens drei und wobei jeder Teiler ein jeweiliges Aufteilungsverhältnis aufweist, wobei ein letzter Teiler in der Sequenz ein Aufspaltungsverhältnis von im wesentlichen 1/2 und jeder nachfolgende vorherige Teiler in der Sequenz ein abnehmendes Aufteilungsverhältnis aufweist, das durch sukzessive Erhöhung eines Nenners durch ganzahlige Beträge bestimmt wird in dem Aufteilungsverhältnis beginnend von 1/2 für jeden nachfolgenden Teiler, bis der erste Teiler in der Sequenz ein Aufteilungsverhältnis von 1/n aufweist. Gemäß einem Aspekt ist n mindestens drei, und wobei jeder Teiler ein jeweiliges Aufspaltungsverhältnis aufweist, wobei ein letzter Teiler in der Sequenz ein Aufspaltungsverhältnis von im wesentlichen 1/2 und jeder nachfolgende vorherige Teiler in der Sequenz ein abnehmendes Aufteilungsverhältnis aufweist, das durch sukzessive Erhöhung eines Nenners durch ganzahlige Beträge bestimmt wird in dem Aufteilungsverhältnis beginnend von 1/2 für jeden nachfolgenden Teiler, bis der erste Teiler in der Sequenz ein Aufteilungsverhältnis von 1/n aufweist. Gemäß einem Aspekt ist n mindestens drei. Gemäß einem Aspekt ist m zwei und n ist zwei.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Laserstrahlteilereinrichtung: einen Eingangskoppler; eine Sequenz von n – 1 Strahlteilern, wobei n mindestens drei ist, wobei die Sequenz von Strahlteilern so angeordnet ist, dass ein eingehener Strahl zu jedem Teiler in der Sequenz, mit Ausnahme eines ersten Teilers, von einem vorherigen Teiler in der Sequenz empfangen wird, und dass ein eingehender Strahl zu dem ersten Teiler in der Sequenz vom Eingangskoppler empfangen wird, wobei jeder Teiler ein jeweiliges Aufteilungsverhältnis aufweist, wobei ein letzter Teiler in der Sequenz ein Aufteilungsverhältnis von im wesentlichen 1/2 und jeder nachfolgende vorherige Teiler in der Sequenz ein abnehmendes Aufteilungsverhältnis aufweist, das im wesentlichen durch sukzessive Erhöhung eines Nenners durch ganzahlige Beträge in dem Aufteilungsverhältnis beginnend von 1/2 für jeden nachfolgenden Teiler, bis der erste Teiler in der Sequenz ein Aufteilungsverhältnis von 1/n aufweist; und einen Satz von n Ausgangskopplern, wobei jeder Ausgangskoppler konfiguriert ist, einen Strahl von einem aus der Sequenz von n – 1 Teilern zu empfangen. Gemäß einem Aspekt ist jeder der Eingangskoppler und der n Ausgangskoppler optisch mit einer Single-Modus-Lichtleitfaser verbunden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen Strahlteiler für im wesentlichen kollimiertes Licht, der zwei oder mehr ankommende Lichtstrahlen in mehrere ausgehende Lichtstrahlen teilt, gemäß einer Ausführungsform.
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2 zeigt einen Strahlteiler für im wesentlichen kollimiertes Licht, der einen einzelnen einfallenden Lichtstrahl in mehrere ausgehende Lichtstrahlen teilt, gemäß einer Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In der folgenden Beschreibung werden Referenzen zu verschiedenen Ausführungsformen gemacht, gemäß denen der offenbarte Gegenstand praktiziert werden kann. Mehrere Verweise auf ”eine Ausführungsform” oder ”eine Ausführungsform” beziehen sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform. Besondere Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften, die mit solchen Ausführungsformen verbunden sind, können in jeder geeigneten Weise in verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden.
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Eine optische Vorrichtung, die hier als Kaskadenstrahlteiler bezeichnet wird, teilt einen einzelnen Strahl von im wesentlichen kollimiertem Licht, wie beispielsweise einen Laserstrahl, in drei oder mehr gleiche oder ungleiche Lichtstrahlen auf.
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1 zeigt einen Kaskadenstrahlteiler, der zwei oder mehr eingehende Lichtstrahlen von verschiedenen Lichtquellen in mehrere ausgehende Lichtstrahlen mit geringerer Leistung teilt, gemäß einer Ausführungsform. Zwei oder mehr im wesentlichen kollimierte Lichtstrahlen, von denen mindestens einer ein Laserstrahl ist, mit unterschiedlichen Eigenschaften (wie Wellenlängen, Polarisation oder zeitliches Profil) werden, optional durch optische Fasern, wie Einzelmodusfasern, über Koppler 105, 106 in einen oder mehrere Strahlkombinierer 102 ausgegeben. Jeder Verbinder 105 und 106 kann optional konfiguriert sein, um die ankommenden Lichtstrahlen zu kollimieren, wenn das Licht nicht bereits kollimiert ist. Jeder Strahlkombinierer 102 kann ein dichroitischer Spiegel oder ein polarisierender Strahlteiler sein, der als Strahlkombinierer für Licht mit unterschiedlichen Polarisationen wirkt. Der Eingangsstrahl kann durch einen oder mehrere optionale Spiegel 101 vor oder nach der Kombination umgeleitet werden. Der kombinierte Strahl wird dann in zwei oder mehr Strahlen niedrigerer Leistung durch einen oder mehrere Strahlteiler 103 unterteilt, wie oben unter Bezugnahme auf 1 diskutiert wurde. In einer Ausführungsform werden die resultierenden Strahlen niedrigerer Leistung dann durch die optionale Optik im Inneren der Koppler 107, 108 auf den Kern einer Single-Modus-Faser fokussiert.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Teiler konfiguriert sein, um im Wesentlichen kollimierte Strahlen von mehreren gepulsten Lasern, Strahlen von mehreren kontinuierlichen Wellenlasern oder Strahlen von sowohl gepulsten als auch kontinuierlichen Wellenlasern, oder von im Wesentlichen kollimierten Strahlen von Laser- und Nicht-Laser-Lichtquellen, oder Strahlen unterschiedlicher optischer Eigenschaften aus derselben Lichtquelle zu kombinieren und zu teilen.
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In verschiedenen Ausführungsformen können, um die gewünschten Spaltverhältnisse zu erzielen, polarisierende oder nicht polarisierende Strahlteiler in geeigneter Weise ausgewählt werden.
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In einem Anwendungsbeispiel können mehrere Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen, wobei jeder Strahl gepulst oder kontinuierlich ist, kombiniert werden, und der kombinierte Strahl kann mit den resultierenden gespaltenen Strahlen aufgeteilt werden, die im Einzelmodus durch Single-Modus-Lichtleitfasern transportiert werden.
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In einer Ausführungsform wird die Leistung eines einzelnen einfallenden Lichtstrahls in drei oder mehr Strahlen gleicher oder ungleicher niedrigerer Leistung mit den gleichen oder unterschiedlichen Polarisationseigenschaften aufgeteilt.
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In einer Ausführungsform werden mehrere eingehende Strahlen von Lichtquellen kombiniert, und die kombinierten Strahlen werden in drei oder mehr Strahlen gleicher oder ungleicher niedrigerer Leistung mit den gleichen oder unterschiedlichen Wellenlängen und Polarisationseigenschaften geteilt.
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2 zeigt einen Kaskadenstrahlteiler 200, der einen einzelnen eingehenden Strahl von gepulstem Laserlicht in mehrere ausgehende Lichtstrahlen mit geringerer Leistung gemäß einer Ausführungsform teilt. Ein Laserstrahl tritt durch eine Verbinderanordnung (oder einen Koppler) 206, die/der optische Elemente aufweist, in den Kaskadenstrahlteiler ein, um den Laserstrahl zu kollimieren. In einer Ausführungsform kann die Verbinderanordnung (oder der Koppler) 206 optional konfiguriert sein, um den Laserstrahl von einer optischen Faser, wie beispielsweise einer Single-Modus-Faser, zu empfangen. Der Eingangsstrahl von der Verbinderanordnung (oder dem Koppler) 206 kann optional durch einen oder mehrere optionale Spiegel 201 in seinem Weg durch den Kaskadenstrahlteiler umgelenkt werden. Die optionalen Spiegel 201 und 205 dienen zum Zweck, den Lasereingang bzw. die Laserausgabe jeweils in derselben physikalischen Ausrichtung wie die anderen Ein- und Ausgänge zu leiten. Der im wesentlichen kollimierte ankommende Strahl durchläuft und wird durch eine Reihe von Strahlteilern 202, 203 und 204 in drei oder mehrere einzelne, im wesentlichen kollimierte ausgehende Strahlen gleicher oder nicht gleicher Leistung geteilt. Der ankommende Lichtstrahl kann in eine beliebige Anzahl von ausgehenden Lichtstrahlen unter Verwendung einer Reihe einer beliebigen Anzahl von Strahlteilern unterteilt werden. Der Durchgang des letzten Strahlteilers 204 kann durch einen anderen optionalen Spiegel 205 umgelenkt werden. Jeder einzelne resultierende Strahl kann durch Optik in einer Verbinderanordnung (oder Koppler) 207, 208, 209 und 210 zu dem Kern einer Single-Modus-Faser oder Mehrfach-Modus-Faser fokussiert werden.
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Um einen eingehenden Lichtstrahl in n Strahlen mit gleicher Leistung aufzuteilen, können n – 1 Strahlteiler, mit entsprechend konfigurierten Spaltverhältnissen, in Reihe angeordnet werden. Zum Beispiel, unter Bezugnahme auf 2, können die Teiler 202, 203 und 204 mit Verhältnissen von 1/4, 1/3 bzw. 1/2 konfiguriert werden, um den einfallenden Lichtstrahl in vier gleiche Strahlen mit niedrigerer Leistung aufzuteilen, wobei das Verhältnis das reflektierte und (1 – Verhältnis) den übertragenen Teil der Lichtleistung darstellt. Für jede gewünschte Anzahl n von zu erzeugenden geteilten Strahlen mit gleicher Leistung können die n – 1-Splitter bzw. -Teiler mit inkremental abnehmenden Verhältnissen konfiguriert werden, beginnend von 1/2 für den letzten (n – 1) Splitter und der Nenner kann um 1 erhöht werden für jeden folgenden vorherigen Teiler in der Sequenz bis zum Ersten, wie folgt: 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6 und so weiter, bis der erste Teiler das Verhältnis 1/n hat. Der 1/n-Verhältnis-Splitter wird zuerst im Strahlengang positioniert und der 1/2-Verhältnis-Splitter wird zuletzt positioniert, um n geteilte Strahlen mit im wesentlichen gleichen Leistung zu erzeugen.
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In einer Ausführungsform wird die Leistung einer einzelnen eingehenden gepulsten Laserquelle in drei oder mehr Strahlen gleicher oder ungleicher niedrigerer Leistung und gleicher oder unterschiedlicher Polarisationseigenschaften unterteilt. Jeder Strahl mit niedrigerer Leistung kann durch zusätzliche optische Elemente auf den Kern einer Single-Modus-Faser fokussiert und ausgerichtet werden, um Impulse im Einzelmodus zu liefern, oder auf den Kern einer Multi-Modus-Faser.
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In einer Ausführungsform, um Strahlen mit im wesentlichen gleicher Leistung zu erzeugen, müssen die Verhältnisse von einigen der Teiler, insbesondere der Teiler in Richtung der Eingangsseite der Sequenz, angepasst werden, um Leistungsverluste zu berücksichtigen, die sich akkumulieren, nachdem ein Strahl mehrere Splitter durchläuft. Daher muss für den ersten Splitter in einer Sequenz von n – 1-Splittern beispielsweise das tatsächliche Aufspaltungsverhältnis etwas weniger als 1/n betragen. Die Anpassungen der Verhältnisse der nachfolgenden Teiler müssen möglicherweise etwas geringer sein, um weniger weitere Teilungen des Abschnitts des Strahls zu berücksichtigen, die durch Addition folgender Teiler weiter abwärts des Strahlenwegs passieren.
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Wenn Strahlen mit nur annähernd gleicher Leistung gewünscht werden, müssen die Strahlteilerverhältnisse nicht genau sein. Wenn ferner die Anzahl der gewünschten ausgehenden Strahlen niedrig ist, wie beispielsweise für vier oder weniger resultierende Strahlen, dann brauchen die Aufteilungsverhältnisse nicht angepasst werden, um Verluste aus nachfolgenden Teilern zu berücksichtigen.
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Gemäß einer Ausführungsform können für eine gepulste Lasereingangsquelle die Impulsform und die Pulsdauer durch Verwendung von Single-Modus-Fasern an den Eingangs- und Ausgangsverbindungen beibehalten werden.
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Nichtpolarisierende oder polarisierende Strahlteiler können verwendet werden, um die gewünschten Polarisationseigenschaften in den Ausgangsstrahlen zu erzeugen. Wenn polarisationserhaltende Fasern und Optiken verwendet werden, können die Polarisationseigenschaften eines gepulsten Laserstrahls erhalten bleiben.
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In einem Anwendungsbeispiel kann ein Laserstrahl, der ein gepulster oder kontinuierlicher Wellenstrahl sein kann, aufgeteilt werden, wobei die resultierenden Strahlen im Einzelmodus durch Single-Modus-Fasern transportiert werden.
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Obwohl der Gegenstand in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sind andere Ausführungsformen, einschließlich Ausführungsformen, die verschiedene Merkmale und Vorteile, die hierin dargelegt sind, aufweisen oder nicht, für den Fachmann im Hinblick auf die vorstehende Offenbarung ersichtlich. Die oben beschriebenen spezifischen Ausführungsformen werden nur als Beispiele offenbart, und der Umfang des patentierten Gegenstandes wird durch die folgenden Ansprüche definiert.
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Ein optischer Strahlteiler wird präsentiert, wobei mehr als ein eingehender, im wesentlichen kollimierter Lichtstrahl zu einem gemeinsamen Lichtweg kombiniert wird und anschließend der kombinierte Strahl in mehrere ausgehende Lichtstrahlen aufgeteilt wird. Eine weitere Konfiguration des Kaskadenstrahlteilers besteht darin, daß ein einzelner eingehender Strahl von im wesentlichen kollimiertem Licht in einer Kaskade in mehrere ausgehende Lichtstrahlen mit geringerer Leistung aufgeteilt wird. Ein Kaskadenstrahlteiler kann verwendet werden, um einen einzelnen eingehenden, im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl in mehrere ausgehende Lichtstrahlen aufzuteilen. Die Verbinder, an denen Licht in die Strahlteilereinrichtung eintritt oder aus dieser austritt, können so ausgeführt werden, daß sie eine wesentlichen kollimierte Lichtausbreitung ermöglichen, und können optische und optomechanische Elemente umfassen zum Zwecke der Kollimierung des einfallenden Strahls (s) oder zum Ausrichten und Fokussieren der abgehenden Strahlen auf den Kern eines Single-Modus oder einer Multi-Modus-Faser.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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