DE19725262C2 - Optical beam transformation device - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Strahltransformationsvorrichtung zur geometrischen Strahltransformation mindestens eines Eingangsstrahlbündels mit insbesondere bandförmigem Strahlquerschnitt, mit mindestens einem Strahlteiler, der das Eingangsstrahlbündel abschnittweise in mehrere in Längsrichtung nebeneinander angeordnete Teilstrahlbündel zerlegt, und mindestens einem in Strahlrichtung hinter dem Strahlteiler angeordneten Strahlkombinierer, der die Teilstrahlbündel in mindestens einem Ausgangsstrahlbündel in Querrichtung übereinander angeordnet abstrahlt.The invention relates to an optical beam transformation device for geometric beam transformation of at least one input beam with in particular a band-shaped beam cross section, with at least one Beam splitter that divides the input beam into several sections Longitudinally arranged sub-beams broken down, and at least one arranged in the beam direction behind the beam splitter Beam combiner that contains the partial beams in at least one Output beams emitted in the transverse direction one above the other.
Derartige Strahltransformationseinrichtungen werden insbesondere dazu verwendet, das von Laserdiodenarrays bzw. -barren oder daraus Stapeln emittierte Strahlbündel für Anwendungen aufzubereiten, die einen bezüglich der Abmessungen und der äußeren Form definierten Strahlquerschnitt erfordern. Diese Lichtquellen haben in der Regel längliche, schmale Emissionsflächen, so daß das Strahlbündel einen im wesentlich länglich rechteckigen Querschnitt hat. Die Fokussierung dieses Strahlbündels wird dadurch erschwert, daß in Längs- und Querrichtung erheblich voneinander abweichende Divergenz vorliegt.Such beam transformation devices are used in particular used, that of laser diode arrays or bars or stack them prepare emitted beams for applications that relate to one the dimensions and the outer shape defined beam cross-section require. These light sources usually have elongated, narrow ones Emission areas, so that the beam is essentially elongated has a rectangular cross section. The focusing of this beam will thereby complicates that considerably in the longitudinal and transverse directions deviating divergence is present.
Um bei den vorgenannten Strahlungsquellen dennoch eine Fokussierung auf einen möglichst rotationssymmetrischen Spot zu erreichen, ist es nach dem Stand der Technik bekannt, das Strahlbündel zu einem Leuchtband zu kollimieren und dieses mittels eines Strahlteilers in zunächst nebeneinander liegende, kurze Teilstrahlbündel aufzuteilen. Anschließend werden diese Teilstrahlbündel mittels eines refraktiven oder diffraktiven Strahlkombinierers derart räumlich umgeordnet, daß sie quer übereinander angeordnet sind und damit das durch deren Vereinigung gebildete Ausgangsstrahlbündel beispielsweise einen quadratischen Querschnitt erhält. Aufgrund der besseren Rotationssymmetrie im Vergleich zum schmalen Lichtband läßt sich dieses effizienter in ein optisches System mit einem kreisrunden Eingangsquerschnitt, beispielsweise eine Lichtleitfaser, einkoppeln.In order to focus on the aforementioned radiation sources To achieve a spot that is as rotationally symmetrical as possible, it is after the State of the art known to the beam to a light strip collimate and this by means of a beam splitter initially next to each other to divide lying, short partial beams. Then these Partial beam bundle using a refractive or diffractive beam combiner spatially rearranged so that they are arranged across each other and thus the output beam formed by their union for example, has a square cross section. Due to the better rotational symmetry compared to the narrow light band can this more efficiently in an optical system with a circular Connect the input cross section, for example an optical fiber.
Im Stand der Technik ist beispielsweise aus der EP 0 484 276 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem die Teilstrahlbündel um die Strahllängsachse rotiert und anschließend fokussiert werden, wodurch im Ausgangsfokus die einzelnen Teilstrahlen quer, d. h. übereinander gepackt sind. Ein ähnliches optisches System geht aus der US-PS 5 168 401 hervor, wobei die Strahlteilung über geneigte, äquidistante Reflexionsflächen erfolgt. Die entstehenden Teilstrahlbündel werden über weitere Reflexionsflächen wiederum in der vorbeschriebenen Weise zu einem Ausgangsstrahlbündel kombiniert. Bei der aus der DE 195 37 265 C1 bekannten Vorrichtung wird die Emissionsstrahlung mehrerer Laserdiodenzeilen zunächst zu einem langgezogenen, rechteckigen Leuchtband kombiniert, welches dann in einer sogenannten Rekombiniereinheit über erste geneigte Spiegelflächen in zunächst nebeneinander liegende Teilstücke aufgetrennt wird, die wiederum über weitere Spiegelflächen, wie auch in den anderen bekannten Vorrichtungen, übereinander gruppiert werden, so daß das rechteckige Ausgangsprofil ein günstigeres Längenverhältnis aufweist.In the prior art, for example, EP 0 484 276 A1 Method known, in which the partial beam bundles around the longitudinal axis rotated and then focused, which in the output focus individual partial beams across, d. H. are packed one on top of the other. A similar optical system is apparent from US Pat. No. 5,168,401, the Beam splitting takes place over inclined, equidistant reflection surfaces. The resulting partial beams are reflected on additional reflective surfaces again in the manner described above to an output beam combined. In the device known from DE 195 37 265 C1 the emission radiation of several laser diode lines initially into one elongated, rectangular light strip combined, which then in one so-called recombining unit via first inclined mirror surfaces in first of all adjacent sections are separated, which in turn over other mirror surfaces, as in the other known ones Devices that are grouped on top of each other so that the rectangular Starting profile has a more favorable aspect ratio.
Aus der DE 195 14 626 A1 ist eine optische Strahltransformationsvorrichtung zur Formung und Führung eines Strahlungsfelds von Festkörper- und/oder Halbleiterlasern bekannt. Der bandförmige Eingangsstrahlquerschnitt wird darin mittels eines Strahlteilers abschnittsweise in mehrere in Längsrichtung nebeneinander angeordnete Teilstrahlbündel zerlegt. Ein in Strahlrichtung hinter diesem Strahlteiler angeordneter Strahlkombinierer strahlt die Teilstrahlbündel in mindestens einem Ausgangsstrahlbündel in Querrichtung übereinander ab. Dadurch, daß die einzelnen Teilstrahlbündel jeweils gleich lang sind, hat das Ausgangsstrahlbündel - wie auch im vorangehend erläuterten Stand der Technik - in jedem Fall einen rechteckigen Gesamtquerschnitt. From DE 195 14 626 A1 is an optical Beam transformation device for shaping and guiding a Radiation field of solid state and / or semiconductor lasers known. The band-shaped input beam cross-section is created by means of a beam splitter in sections in several arranged in the longitudinal direction next to each other Disassembled partial beam. One in the beam direction behind this beam splitter arranged beam combiner radiates the partial beam in at least an output beam in the transverse direction one above the other. As a result of that the individual partial beams are each of the same length Output beam - as in the previous state of the Technology - in any case, a rectangular overall cross-section.
Mit den bekannten Vorrichtungen kann zwar ein langgezogenes Leuchtband in einen rechteckigen Strahlquerschnitt mit günstigerem Seitenverhältnis transformiert werden, doch selbst das im günstigsten Falle erzeugte quadratische Strahlprofil ist bei der Einkoppelung in ein kreisrundes optisches Element, beispielsweise eine Lichtleitfaser, nachteilig: Wird der quadratische Querschnitt nämlich so groß gewählt, daß der gesamte Querschnitt der Lichtleitfaser gleichmäßig ausgeleuchtet wird, entstehen durch die über deren kreisrunden Querschnitt überstehende Ecken des Quadrats Verluste. Wird das Rechteck hingegen so weit fokussiert, daß es vollständig in den Querschnitt der Faser fällt, wird diese nur teilweise ausgeleuchtet, wobei die lokale Maximalintensität nicht überschritten werden darf, um eine Überlastung und Beschädigung der Faser zu vermeiden. Deswegen läßt sich auch auf diese Weise die maximal übertragbare Leistung einer Lichtleitfaser nicht ausnutzen.With the known devices, an elongated light strip can in a rectangular beam cross section with a more favorable aspect ratio be transformed, but even the one generated in the best case square beam profile is when coupled into a circular optical Element, for example an optical fiber, disadvantageous: If the square Cross section chosen so large that the entire cross section of the Optical fiber is illuminated evenly, arise from the over whose circular cross-section protrudes corners of the square losses. If, however, the rectangle is focused so far that it is completely in the Cross section of the fiber falls, this is only partially illuminated, the local maximum intensity must not be exceeded by a Avoid overloading and damaging the fiber. That's why the maximum transferable power of an optical fiber in this way too do not take advantage.
Ausgehend von dieser Problematik ergibt sich die Aufgabenstellung für die Erfindung, eine Strahltransformationsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine Strahlformung insbesondere von Eingangsstrahlbündeln mit langgezogenem, bandförmigem Querschnitt zu Ausgangsstrahlbündeln mit beliebigem Querschnitt ermöglicht. Insbesondere soll dadurch eine Möglichkeit geschaffen werden, von Laserdiodenarrays emittierte Laserstrahlbündel mit höherer Effizienz in Lichtleitfasern mit rundem Querschnitt einzukoppeln. Konkret stellt sich der Erfindung die Aufgabe, das Eingangsstrahlbündel möglichst verlustarm derart in Teilstrahlbündel zu zerlegen, so daß diese Teilstrahlbündel wiederum möglichst verlustarm zu einem Ausgangsstrahlbündel arrangiert werden, welches in seinem Querschnitt besser an die geforderte Anwendung angepaßt ist.Based on this problem, the task for the Invention to provide a beam transformation device which includes beam shaping, in particular of input beam bundles elongated, band-shaped cross-section to form output beam bundles allows any cross-section. In particular, this is supposed to Possibility to be created by laser diode arrays Laser beam bundles with higher efficiency in optical fibers with round Cross-section to couple. Specifically, the object of the invention is that Input beam bundles as low-loss as possible in partial beam bundles disassemble, so that these partial beams are again as low loss as possible an output beam, which is arranged in its Cross-section is better adapted to the required application.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik vor, daß der Strahlteiler optisch aktive Flächen aufweist, von denen mindestens zwei relativ zueinander eine unterschiedliche Längserstreckung haben, so daß mindestens zwei Teilstrahlbündel relativ zueinander eine unterschiedliche Längserstreckung haben. To achieve this object, the invention is based on the State of the art mentioned above that the beam splitter optically has active areas, of which at least two are relative to one another have different longitudinal dimensions, so that at least two Partial beams have a different longitudinal extension relative to one another to have.
Gemäß der Erfindung wird das Eingangsstrahlbündel mittels des eingangsseitigen Strahlteilers - anders als im Stand der Technik - erstmals unäquidistant aufgeteilt, d. h. die einzelnen dabei gebildeten Teilstrahlbündel sind zumindest zum Teil ungleich lang. Indem diese unterschiedlich langen Teilstrahlbündel zeilenweise übereinander angeordnet werden, können beliebig vorgebbare Strahlquerschnitte zeilenweise ausgefüllt werden. Daraus ergibt sich unmittelbar, daß die gesamte eingekoppelte Strahlungsenergie mit nahezu größtmöglicher Effizienz in ein beliebiges Ausgangsstrahlprofil umgeformt werden kann.According to the invention, the input beam is generated by means of the input-side beam splitter - unlike in the prior art - for the first time divided inequidistantly, d. H. the individual partial beam bundles formed in the process are at least partly unequal in length. By making them of different lengths Partial beams can be arranged one above the other in rows Any cross-sections that can be specified can be filled in line by line. From this it follows immediately that the entire coupled Radiant energy with almost the greatest possible efficiency in any Output beam profile can be reshaped.
Die Erfindung ermöglicht somit erstmals insbesondere die Einkopplung von Laserdiodenarrays mit bandförmigem Strahlquerschnitt in kreisrunde Lichtleitfasern mit bisher nicht gekannter Effizienz. Die von den unterschiedlich langen Teilstrahlbündeln ausgefüllte Fläche läßt sich nämlich praktisch mit jedem gewünschten Ausgangsquerschnitt nahezu vollständig zur Deckung bringen. Entsprechend sind die Verluste vernachlässigbar gering.The invention thus enables, in particular, the coupling of Laser diode arrays with a band-shaped beam cross section in a circular shape Optical fibers with unprecedented efficiency. The one from the Different lengths of partial beam filled area can namely practically completely with practically any desired cross-section to cover. Accordingly, the losses are negligible low.
Vorteilhafterweise kann die Erfindung zur Realisierung eines kreisrunden Strahlquerschnitts benutzt werden, beispielsweise zur Einkopplung in eine Lichtleitfaser. Es ist jedoch gleichfalls möglich, beliebige andere Strahlquerschnitte zu programmieren, beispielsweise vieleckige, beliebig gerundete, elliptische, segmentförmige oder sonstige Spotformen. Die gleichzeitige Erzeugung von mehreren, beliebig geformten Ausgangsstrahlbündeln ist ebenfalls ohne weiteres durchführbar.The invention can advantageously be used to implement a circular Beam cross section are used, for example for coupling into a Optical fiber. However, it is also possible to use any other To program beam cross sections, for example polygonal, any rounded, elliptical, segment-shaped or other spot shapes. The simultaneous generation of several, arbitrarily shaped Output beams can also be easily carried out.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Strahlteiler als gestuftes Prismenelement ausgebildet ist, welches mehrere längs nebeneinander angeordnete, bezüglich des Eingangsstrahlbündels geneigte, jeweils planparallele Stufen aufweist, von denen mindestens zwei relativ zueinander eine unterschiedliche Längserstreckung haben. Dieses Prismenelement, welches bevorzugt monolithtisch ausgebildet ist, setzt sich praktisch aus einer Mehrzahl von unmittelbar aneinander angrenzenden, unterschiedlich dicken planparallelen Platten zusammen. Die Strahlteilung erfolgt, in dem die planparallelen Platten bezüglich ihrer Normalenrichtung gegen die Strahllängsrichtung gekippt werden. Die aus den stufenförmigen Plattenabschnitten austretenden Teilstrahlbündel, deren unterschiedliche Länge durch die unterschiedliche Längserstreckung der jeweiligen Stufen definiert wird, werden durch die Neigung der planparallelen Plattenabschnitte in Querrichtung gegeneinander versetzt abgestrahlt. Die somit quasi treppenförmig versetzt angeordneten Teilstrahlbündel lassen sich in einem nachfolgenden Schritt erfindungsgemäß umgruppieren.A preferred embodiment of the invention provides that the Beam splitter is designed as a stepped prism element, which has several arranged longitudinally next to each other with respect to the input beam inclined, each plane-parallel steps, of which at least two have a different longitudinal extension relative to one another. This Prism element, which is preferably monolithic, settles practically from a plurality of immediately adjacent, plane-parallel plates of different thicknesses together. The beam splitting takes place in which the plane-parallel plates with respect to their normal direction be tilted against the longitudinal direction of the beam. The from the step-shaped Plate sections emerging partial beam, their different Length due to the different longitudinal extent of the respective steps is defined by the inclination of the plane-parallel plate sections radiated offset in the transverse direction. The quasi Partially arranged partial beams can be combined in one regroup subsequent step according to the invention.
Vorzugsweise ist der Strahlkombinierer als Treppenspiegel ausgebildet, der mehrere übereinander angeordnete, bezüglich der Teilstrahlbündel schräg stehende Spiegelflächen aufweist. Bei dem sogenannten Treppenspiegel sind die senkrechten Stufenkanten als Spiegelflächen ausgebildet. Die Höhen der Stufenkanten entspricht dabei zweckmäßigerweise der Breite der Teilstrahlbündel. Durch die Breite der Treppenstufen wird die relative Positionierung der einzelnen Teilstrahlbündel im Ausgangsstrahlbündel in Längsrichtung vorgegeben.The beam combiner is preferably designed as a stair mirror several arranged one above the other, obliquely with respect to the partial beam has standing mirror surfaces. At the so-called stair mirror are the vertical step edges are designed as mirror surfaces. The heights of the Step edges suitably correspond to the width of the Partial beam. By the width of the stairs the relative Positioning of the individual partial beam bundles in the output beam bundle in Longitudinal direction specified.
Für bestimmte Anwendungen kann es zweckmäßig sein, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Mehrzahl von Strahlteilern und/oder Strahlkombinierern aufweist. Dadurch lassen sich praktisch in beliebiger Weise ein oder mehrere Eingangsstrahlbündel zu einem oder mehreren Ausgangsstrahlbündeln kombinieren bzw. umformen. Insbesondere kann beispielsweise das von mehreren Laserdiodenarrays emittierte Licht mit einem beliebigen Strahlquerschnitt in eine oder mehrere Lichtleitfasern eingekoppelt werden.For certain applications, it may be appropriate that the device according to the invention a plurality of beam splitters and / or Has beam combiner. This allows practically any Assign one or more input beams to one or more Combine or transform output beam bundles. In particular, can for example, the light emitted by several laser diode arrays any beam cross-section into one or more optical fibers be coupled.
Mittels der Erfindung lassen sich auch in vorteilhafter Weise mehrere voneinander räumlich getrennte Ausgangsstrahlbündel erzeugen. Somit kann beispielsweise die Energie eines Hochleistungslasers beliebig netzförmig verteilt werden.By means of the invention, several can also be advantageously used generate spatially separated output beams. So can for example, the energy of a high-power laser in any network shape be distributed.
Zweckmäßigerweise ist in Strahlrichtung vor dem Strahlteiler eine Kollimatoroptik angeordnet. Diese ist beispielsweise mit einzelnen oder gekreuzten Zylinderlinsen versehen, um das Strahlbündel zu homogenisieren. It is expedient in the beam direction in front of the beam splitter Collimator optics arranged. This is for example with single or crossed cylinder lenses to homogenize the beam.
In Strahlrichtung hinter dem Strahlkombinierer wird zweckmäßigerweise eine Fokussieroptik angeordnet, um das Ausgangsstrahlbündel in eine nachfolgende Optik einzukoppeln, beispielsweise eine Lichtleitfaser.In the beam direction, a beam is expediently behind the beam combiner Focusing optics arranged to convert the output beam into a to couple the following optics, for example an optical fiber.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß mehrere der erfindungsgemäßen Strahltransformationsvorrichtungen kaskadiert angeordnet sind. Durch eine solche Hintereinanderschaltung läßt sich beispielsweise mit besonders geringem Aufwand eine Strahlvervielfachung erreichen, da die Anzahl der jeweils erzeugten Ausgangsstrahlbündel multiplikativ anwächst. Dank der Erfindung ist es dabei jeweils möglich, den einzelnen Ausgangsstrahlbündeln jeweils einen beliebigen Querschnitt zu geben.A particularly advantageous development of the invention provides that several of the beam transformation devices according to the invention are cascaded. By such a series connection lets one, for example, with particularly little effort Achieve beam multiplication because the number of each generated Output beam increases multiplicatively. Thanks to the invention it is each possible, the individual output beams one each to give any cross section.
Eine besonders vorteilhafte Bauform von optischen Strahltransformationsvorrichtungen, die nicht allein auf die vorbeschriebene Anordnung zur geometrischen Strahltransformation beschränkt ist, sieht vor, daß eine Mehrzahl von optischen Elementen zu einem optischen Hybridchip zusammengefaßt sind, bei dem die optischen Elemente auf einer einstückigen Grundplatte unlösbar lagefixiert sind. Die einzelnen optischen Elemente lassen sich auf der Grundplatte mit hoher Präzision relativ zueinander fixieren, so daß die derart aufgebaute optische Funktionseinheit für einen bestimmten Anwendungszweck keinerlei Justage mehr erfordert. Derartige Hybridchips können sowohl für beliebige Standardanwendungen als auch für spezielle Einsatzzwecke konfiguriert werden, wobei auch eine besonders kostengünstige Massenfertigung denkbar ist.A particularly advantageous design of optical Beam transformers that are not solely based on the above Arrangement for geometric beam transformation is limited, that a plurality of optical elements to form an optical hybrid chip are summarized in which the optical elements on a one-piece base plate are permanently fixed in position. The individual optical Elements can be relative on the base plate with high precision fix to each other so that the optical functional unit constructed in this way no more adjustment required for a certain application. Such hybrid chips can be used for any standard application as well as be configured for special purposes, including one particularly inexpensive mass production is conceivable.
Vorzugsweise sind in die Grundplatte Halterungen zur Aufnahme der optischen Elemente eingeformt. Dabei handelt es sich beispielsweise um nutförmige Vertiefungen, in welche die optischen Elemente mit der erforderlichen Präzision eingeklebt werden.Brackets for receiving the are preferably in the base plate molded optical elements. These are, for example groove-shaped depressions into which the optical elements with the required precision can be glued.
Vorzugsweise besteht die Grundplatte aus Quarz. Dieses Material hat besonders günstige mechanische Eigenschaften, beispielsweise einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Es ist jedoch gleichfalls denkbar, auf keramische Werkstoffe oder dergleichen zurückzugreifen. The base plate is preferably made of quartz. This material has particularly favorable mechanical properties, for example a very low coefficient of thermal expansion. However, it is also conceivable to fall back on ceramic materials or the like.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Strahltransformationsvorrichtung sind im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:Embodiments of the invention Beam transformation devices are in the following with reference to the drawing explained in more detail. The individual shows:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Strahltransformationsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform; Fig. 1 is a perspective view of a beam transformation apparatus of the invention in a first embodiment;
Fig. 2 eine Ansicht von oben auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1; FIG. 2 is a top view of the device according to FIG. 1;
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Strahltransformationsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform; Fig. 3 is a beam transformation device of the invention in a second embodiment;
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Strahltransformationsvorrichtung in einer dritten Ausführungsform; . Figure 4 shows a beam transformation device of the invention in a third embodiment;
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Hybridchip- Grundplatte. Fig. 5 shows a hybrid chip base plate according to the invention.
In Fig. 1 ist die Strahltransformationsvorrichtung als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Diese weist eine Grundplatte 2 auf, auf der im Strahlengang hintereinander ein Kollimator 3, ein Strahlteiler 4, ein Strahlkombinierer 5 sowie eine Fokussieroptik 6 angeordnet sind. Eingangsseitig vor dem Kollimator 3 ist ein Laserdiodenbarren 7 dargestellt, dessen bandförmige Emissionsfläche auf den Kollimator 3 gerichtet ist.In Fig. 1, the beam transformation device as a whole is provided with the reference number 1 . This has a base plate 2 on which a collimator 3 , a beam splitter 4 , a beam combiner 5 and focusing optics 6 are arranged one behind the other in the beam path. A laser diode bar 7 is shown on the input side in front of the collimator 3 , the band-shaped emission surface of which is directed onto the collimator 3 .
Der Kollimator 3 besteht im wesentlichen aus einem Array von gekreuzten Zylinderlinsen. Damit wird das Eingangsstrahlbündel 8 für den Strahlteiler 4 in einem bandförmigen, d. h. langgezogen-rechteckigen Querschnitt homogenisiert. The collimator 3 essentially consists of an array of crossed cylindrical lenses. In this way, the input beam 8 for the beam splitter 4 is homogenized in a band-shaped, ie elongated, rectangular cross section.
Der Strahlteiler 4 ist als gestuftes Prismenelement ausgebildet, welches in Richtung der Längserstreckung des Eingangsstrahlbündels 8 aufeinanderfolgende, jeweils planparallele Stufen 4a aufweist. Wie aus der Darstellung erkennbar ist, sind die Stufen 4a unterschiedlich lang, wodurch auch die Strahlquerschnitte der austretenden Teilstrahlbündel 9 erfindungsgemäß unterschiedlich lang sind. Durch die Neigung des Strahlteilers 4 werden die Teilstrahlbündel 9 in Querrichtung treppenförmig versetzt abgestrahlt.The beam splitter 4 is designed as a stepped prism element which, in the direction of the longitudinal extension of the input beam 8, has successive, plane-parallel steps 4 a. As can be seen from the illustration, the stages 4 a are of different lengths, as a result of which the beam cross sections of the emerging partial beams 9 are also of different lengths according to the invention. Due to the inclination of the beam splitter 4 , the partial beam bundles 9 are emitted offset in the transverse direction in a step-like manner.
Der Strahlkombinierer 5 ist als Treppenspiegel ausgebildet, der eine Mehrzahl von reflektierenden Stufenkanten 5a aufweist. Deren Höhe entspricht jeweils der Breite eines Teilstrahlbündels 9, wobei die Kanten in der Strahlebene des Eingangsstrahlbündels 8 schräg gestellt sind. Die Breite der Stufen ist jeweils so eingestellt, daß die an den Stufenkanten 5a winklig abgelenkten Teilstrahlbündel 9 - in der Darstellung nach vorn - übereinander angeordnet, quasi gepackt, als Ausgangsstrahlbündel 10 abgestrahlt werden.The beam combiner 5 is designed as a stair mirror, which has a plurality of reflective step edges 5 a. The height of each corresponds to the width of a partial beam 9 , the edges in the beam plane of the input beam 8 being inclined. The width of the steps is set in such a way that the partial beam bundles 9 deflected at an angle at the step edges 5 a are arranged one above the other, as shown, towards the front, quasi-packed, and are emitted as output beam bundles 10 .
Das Ausgangsstrahlbündel 10, welches im dargestellten Beispiel einen annähernd kreisrunden Strahlquerschnitt hat, wird mittels der nachgeordneten Fokussieroptik 6 je nach Bedarf fokussiert.The output beam 10 , which in the example shown has an approximately circular beam cross section, is focused by means of the downstream focusing optics 6 as required.
Fig. 2, in der dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 Verwendung finden, zeigt eine Draufsicht von oben auf die Strahltransformationsvorrichtung 1. Daraus geht besonders gut die Anordnung der unterschiedlich breiten Teilstrahlbündel 9 hervor, die unterschiedlich schattiert dargestellt sind. In dieser Darstellung ist mit dem Bezugszeichen 11 eine Lichtleitfaser bezeichnet, in deren kreisrunden Querschnitt das ebenfalls annähernd kreisrunde Ausgangsstrahlbündel 10 mittels der Fokussieroptik 6 eingekoppelt wird. FIG. 2, in which the same reference numerals are used as in FIG. 1, shows a top view of the beam transformation device 1 . The arrangement of the differently wide partial beam bundles 9 , which are shown differently shaded, can be seen particularly well from this. In this illustration, the reference numeral 11 denotes an optical fiber, in whose circular cross section the likewise approximately circular output beam 10 is coupled in by means of the focusing optics 6 .
Statt eines einzigen Laserdiodenbarrens 7 können gegebenenfalls auch mehrere nebeneinander oder auch übereinander zu einem Stack zusammengefaßt sein. Instead of a single laser diode bar 7 , it is also possible, if appropriate, to combine a plurality of juxtaposed or one above the other to form a stack.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Strahltransformationsvorrichtung 1, wobei wiederum dieselben Bezugszeichen Verwendung finden. Die Besonderheit dieser Anordnung liegt darin, daß in Längsrichtung aufeinanderfolgend insgesamt fünf Strahlteiler 4 angeordnet sind, die jeweils wie der Strahlteiler 4 gemäß Fig. 1 bzw. 2 ausgebildet sind. Entsprechend sind auch fünf Strahlkombinierer 5 vorgesehen, welche jeweils ein Ausgangsstrahlbündel 10 mit kreisrundem Querschnitt abstrahlen. Mit dieser Vorrichtung kann somit beispielsweise das von einem Laserdiodenbarren 7 abgestrahlte Leuchtband auf mehrere - im vorliegenden Fall fünf - Lichtleitfasern verteilt werden. FIG. 3 shows a further embodiment of a beam transformation device 1 , the same reference numerals again being used. The special feature of this arrangement is that a total of five beam splitters 4 are arranged in succession in the longitudinal direction, each of which is designed like the beam splitter 4 according to FIGS. 1 and 2. Correspondingly, five beam combiners 5 are also provided, each of which emits an output beam 10 with a circular cross section. With this device, for example, the light strip emitted by a laser diode bar 7 can thus be distributed over a plurality of — in the present case five — optical fibers.
Es ist ebenfalls denkbar, zwei Strahltransformationsvorrichtungen 1 gemäß Fig. 3 zu kaskadieren, d. h. die Ausgangsstrahlbündel 10 einer ersten Strahltransformationsvorrichtung 1 in eine zweite einzukoppeln. Auf diese Weise läßt sich mit relativ geringem Aufwand eine Strahlvervielfachung realisieren.It is also conceivable to cascade two beam transformation devices 1 according to FIG. 3, that is to say to couple the output beam bundles 10 of a first beam transformation device 1 into a second one. In this way, beam multiplication can be achieved with relatively little effort.
In Fig. 4 werden durch drei übereinander gestapelte Laserbarren 7 drei Eingangsstrahlbündel erzeugt, die unterschiedlich schattiert dargestellt sind. Über diesen jeweils zugeordnete Strahlteiler 3 sowie Strahlkombinierer 5 wird das gesamte von dem Laserdioden-Stack emittierte Licht zu einem Ausgangsstrahlbündel 10 mit kreisrundem Querschnitt kombiniert.In FIG. 4, three input beam bundles are generated by three laser bars 7 stacked one above the other, which are shown differently shaded. Via this respectively assigned beam splitter 3 and beam combiner 5 , all of the light emitted by the laser diode stack is combined to form an output beam 10 with a circular cross section.
In der Darstellung ist besonders gut erkennbar, daß durch jeden einzelnen Laserdiodenbarren 7 eine Teilfläche des kreisrunden Ausgangsstrahlbündels 10 ausgeleuchtet wird.It can be seen particularly well in the illustration that a partial surface of the circular output beam 10 is illuminated by each individual laser diode bar 7 .
Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 sind die Strahlteiler 4 hierbei reflektiv ausgebildet, d. h. sie weisen stufenförmig angeordnete Spiegelflächen auf.In contrast to the embodiments according to Fig. 1 to Fig. 3, the beam splitter 4 are in this case formed reflective, ie they have stepwise arranged mirror surfaces.
Fig. 5 zeigt eine Grundplatte 2, die es ermöglicht, beispielsweise Strahltransformationsvorrichtungen 1 als Hybridoptische Chips aufzubauen. Hierzu ist die vorzugsweise aus Quarz oder Keramik bestehende Grundplatte 2 mit U- und V-Nuten 12 versehen, die zur Aufnahme der optischen Elemente dienen. Diese lassen sich nämlich darin leicht mit der erforderlichen Präzision lagefixieren, beispielsweise durch Verklebung. Fig. 5 shows a hybrid establish Optical Chips a base plate 2, which makes it possible, for example, beam transformation devices 1. For this purpose, the base plate 2 , which is preferably made of quartz or ceramic, is provided with U- and V-grooves 12 , which serve to receive the optical elements. This is because they can easily be fixed in position with the required precision, for example by gluing.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Strahltransformationsvorrichtung 1 liegt darin, daß sich mit relativ geringem Aufwand nahezu jeder beliebige Strahlquerschnitt des Ausgangsstrahlbündels 10 programmieren läßt.The particular advantage of the beam transformation device 1 according to the invention is that almost any beam cross section of the output beam bundle 10 can be programmed with relatively little effort.
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|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19949198A1 (en) * | 1999-10-13 | 2001-05-31 | Harald G Kleinhuber | Device with at least one light source comprising several individual light sources |
| DE19751716C2 (en) * | 1996-11-25 | 2002-06-20 | Fraunhofer Ges Forschung | Arrangement for shaping and guiding radiation |
| US11849262B2 (en) | 2019-03-12 | 2023-12-19 | Lumus Ltd. | Image projector |
| US12135445B2 (en) | 2019-04-15 | 2024-11-05 | Lumus Ltd. | Method of fabricating a light-guide optical element |
| US12140790B2 (en) | 2020-07-19 | 2024-11-12 | Lumus Ltd. | Encapsulated light-guide optical element |
Families Citing this family (40)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6504650B1 (en) | 1999-10-19 | 2003-01-07 | Anthony J. Alfrey | Optical transformer and system using same |
| CA2411442C (en) * | 2000-06-05 | 2010-07-13 | Lumus Ltd. | Substrate-guided optical beam expander |
| FR2832813B1 (en) * | 2001-11-27 | 2004-02-27 | Ecole Polytech | BEAM JUXTAPOSITION SYSTEM OF A LASER DIODE NETWORK |
| DE102004045911B4 (en) | 2004-09-20 | 2007-08-02 | My Optical Systems Gmbh | Device for superimposing bundles of rays |
| DE102004045912B4 (en) | 2004-09-20 | 2007-08-23 | My Optical Systems Gmbh | Method and device for superimposing beams |
| DE102004045914B4 (en) | 2004-09-20 | 2008-03-27 | My Optical Systems Gmbh | Method and device for superimposing beams |
| IL166799A (en) | 2005-02-10 | 2014-09-30 | Lumus Ltd | Substrate-guided optical device utilizing beam splitters |
| US10073264B2 (en) | 2007-08-03 | 2018-09-11 | Lumus Ltd. | Substrate-guide optical device |
| DE102005043596B4 (en) * | 2005-09-12 | 2009-08-27 | 3D-Micromac Ag | Laser micro processing station, beam transformation device and homogenizer for a laser micro processing station |
| US10048499B2 (en) | 2005-11-08 | 2018-08-14 | Lumus Ltd. | Polarizing optical system |
| IL219907A (en) | 2012-05-21 | 2017-08-31 | Lumus Ltd | Head-mounted display eyeball tracker integrated system |
| DE102013006316B4 (en) * | 2013-04-12 | 2017-01-26 | Jenoptik Laser Gmbh | Optical assembly and laser module with optical assembly |
| IL232197B (en) | 2014-04-23 | 2018-04-30 | Lumus Ltd | Compact head-mounted display system |
| IL235642B (en) | 2014-11-11 | 2021-08-31 | Lumus Ltd | Compact head-mounted display system protected by a hyperfine structure |
| CA2992213C (en) | 2016-10-09 | 2023-08-29 | Yochay Danziger | Aperture multiplier using a rectangular waveguide |
| BR112018014673A2 (en) | 2016-11-08 | 2018-12-11 | Lumus Ltd. | optical cutting edge light guide device and corresponding production methods |
| EP3574360B1 (en) | 2017-01-28 | 2024-07-10 | Lumus Ltd. | Augmented reality imaging system |
| WO2018154576A1 (en) | 2017-02-22 | 2018-08-30 | Lumus Ltd. | Light guide optical assembly |
| TWI751262B (en) | 2017-03-22 | 2022-01-01 | 以色列商魯姆斯有限公司 | Overlapping facets |
| IL251645B (en) | 2017-04-06 | 2018-08-30 | Lumus Ltd | Light-guide optical element and method of its manufacture |
| TWI770234B (en) | 2017-07-19 | 2022-07-11 | 以色列商魯姆斯有限公司 | Lcos illumination via loe |
| US10506220B2 (en) | 2018-01-02 | 2019-12-10 | Lumus Ltd. | Augmented reality displays with active alignment and corresponding methods |
| US10551544B2 (en) | 2018-01-21 | 2020-02-04 | Lumus Ltd. | Light-guide optical element with multiple-axis internal aperture expansion |
| IL259518B2 (en) | 2018-05-22 | 2023-04-01 | Lumus Ltd | Optical system and method for improvement of light field uniformity |
| AU2019274687B2 (en) | 2018-05-23 | 2023-05-11 | Lumus Ltd. | Optical system including light-guide optical element with partially-reflective internal surfaces |
| WO2020049542A1 (en) | 2018-09-09 | 2020-03-12 | Lumus Ltd. | Optical systems including light-guide optical elements with two-dimensional expansion |
| AU2020211092B2 (en) | 2019-01-24 | 2023-05-11 | Lumus Ltd. | Optical systems including LOE with three stage expansion |
| US12124050B2 (en) | 2019-02-28 | 2024-10-22 | Lumus Ltd. | Compact collimated image projector |
| JP2022538957A (en) | 2019-06-27 | 2022-09-07 | ルーマス リミテッド | Apparatus and method for eye tracking based on imaging the eye through light guide optics |
| IL309979A (en) | 2019-07-04 | 2024-03-01 | Lumus Ltd | Image waveguide with symmetric beam multiplication |
| DE102019213827A1 (en) * | 2019-09-11 | 2021-03-11 | Robert Bosch Gmbh | Transmitter optics, LiDAR system and working device |
| US11561335B2 (en) | 2019-12-05 | 2023-01-24 | Lumus Ltd. | Light-guide optical element employing complementary coated partial reflectors, and light-guide optical element having reduced light scattering |
| JP7497079B2 (en) | 2019-12-08 | 2024-06-10 | ルーマス リミテッド | Optical system with a compact image projector |
| WO2021137228A1 (en) | 2019-12-30 | 2021-07-08 | Lumus Ltd. | Optical systems including light-guide optical elements with two-dimensional expansion |
| EP4085287A4 (en) | 2020-05-24 | 2023-07-12 | Lumus Ltd. | Compound light-guide optical elements |
| CN115552171B (en) | 2020-05-24 | 2024-01-23 | 鲁姆斯有限公司 | Method for manufacturing composite light guide optical element and optical structure |
| DE202021104723U1 (en) | 2020-09-11 | 2021-10-18 | Lumus Ltd. | Image projector coupled to an optical light guide element |
| KR20240006707A (en) | 2021-02-25 | 2024-01-15 | 루머스 리미티드 | Optical aperture multipliers having a rectangular waveguide |
| TW202307518A (en) | 2021-07-04 | 2023-02-16 | 以色列商魯姆斯有限公司 | Display with stacked light-guide elements providing different parts of field of view |
| CN117651892A (en) | 2021-08-23 | 2024-03-05 | 鲁姆斯有限公司 | Method for manufacturing a composite light guide optical element with an embedded in-coupling reflector |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19514626A1 (en) * | 1995-04-26 | 1996-10-31 | Fraunhofer Ges Forschung | Arrangement and method for shaping and guiding a radiation field of one or more solid-state and / or semiconductor lasers |
-
1997
- 1997-06-13 DE DE1997125262 patent/DE19725262C2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19514626A1 (en) * | 1995-04-26 | 1996-10-31 | Fraunhofer Ges Forschung | Arrangement and method for shaping and guiding a radiation field of one or more solid-state and / or semiconductor lasers |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19751716C2 (en) * | 1996-11-25 | 2002-06-20 | Fraunhofer Ges Forschung | Arrangement for shaping and guiding radiation |
| DE19949198A1 (en) * | 1999-10-13 | 2001-05-31 | Harald G Kleinhuber | Device with at least one light source comprising several individual light sources |
| DE19949198B4 (en) * | 1999-10-13 | 2005-04-14 | Myos My Optical Systems Gmbh | Device having at least one light source comprising a plurality of individual light sources |
| US11849262B2 (en) | 2019-03-12 | 2023-12-19 | Lumus Ltd. | Image projector |
| US12135445B2 (en) | 2019-04-15 | 2024-11-05 | Lumus Ltd. | Method of fabricating a light-guide optical element |
| US12140790B2 (en) | 2020-07-19 | 2024-11-12 | Lumus Ltd. | Encapsulated light-guide optical element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE102004045914B4 (en) | Method and device for superimposing beams |
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