[发明专利]用于使激光辐射均匀化的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使具有至少在与激光辐射的传播方向垂直的第一方向上相互间隔开的子射束的激光辐射均匀化的设备，尤其用于对源自激光二极管阵列(Laserdiodenbarren)的激光辐射进行均匀化。此外，本发明还涉及一种激光设备，包括能发射具有在与激光辐射的传播方向垂直的方向上相互间隔开的子射束的激光辐射的激光辐射源(尤其是激光二极管阵列)以及还包括用于使激光辐射均匀化的设备。

背景技术

定义：激光辐射的传播方向是指激光辐射的中间传播方向，尤其是在该激光辐射不是平面波或者至少部分会聚或发散的情况下。在没有相反指出的情况下，光束、子射束或射束不是指几何光学中的理想射束，而是实际光束，例如具有高斯轮廓的激光束，其不具有无穷小的射束横截面，而是具有延展开的射束横截面。

激光二极管阵列在快轴上具有高斯形的近场分布和远场分布。在慢轴中通常存在超高斯形的近场分布。通过准直，例如利用快轴准直透镜和/或慢轴准直透镜进行准直，近场分布和远场分布相互转换。存在不同的方案来产生均匀的线或场。例如能使用衍射的、单级和两级折射的以及基于鲍威尔透镜的均匀器(例如参见F.M.Dickey，S.C.Holswade，“Laser beam shaping”，Marcel Dekker Inc.New York，2000)。

衍射均匀器通常具有由照射到不期望的衍射结构中而导致的效率损耗。此外，其衍射效率在量化转换的情况下受到级数量的限制。

折射均匀器具有以下缺点：对于高斯形的辐射，阵列栅格处的衍射导致干扰，并因此导致均匀性的损害。因为这些阵列单元关联地被照射并且透镜过渡转换不能理想地实现，所以产生效率损耗以及均匀性降低(例如参见WO03/016963A1)。

鲍威尔透镜基于移相法，并且只有对于高斯形的源才是合适的。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种开头所述类型的设备，利用其可以更好地对源自激光二极管阵列的激光辐射均匀化。此外还应提供一种具有这样的设备的激光设备。

根据本发明，这通过具有权利要求1特征的设备或通过具有权利要求14特征的激光设备来解决。从属权利要求涉及本发明的优选实现方式。

根据权利要求1，设备包括折射面阵列，这些折射面至少能不同地偏转要均匀化的激光辐射的多个子射束使得它们在穿过折射面之后与穿过折射面之前相比至少部分地相互更加会聚地行进，并且该设备还具有透镜装置，穿过折射面阵列的子射束可以穿过该透镜装置，透镜装置可以使子射束中至少一些在工作面上叠加。该方案基于准直后的高斯或超高斯的多个单源的适当叠加。该叠加借助于设置在空间中的光学阵列元件来执行，这些阵列元件对应于每个单发射体并且为这些阵列元件的远场有针对性地添加特定角度偏移。该特定角度偏移被确定为使得所产生的角度分布以生成具有高斯形侧缘的均匀场。该方案的转化可以利用折射的棱镜阵列来执行。

在这里应当说明的是，利用根据本发明的设备也可以将在垂直于传播方向的两个相互垂直的方向上并排设置的子射束重叠，从而产生均匀的强度分布。因此，利用本发明应该不仅能够对实施例中所描述的具有基本上一维的横截面的激光辐射(例如激光二极管阵列的激光辐射)、而且能够对具有二维横截面的激光辐射(例如激光二极管阵列的堆叠)进行均匀化。

根据权利要求14，激光设备包括根据本发明的使激光辐射均匀化的设备，并且阵列中折射面之间的角度被构造为使得相邻子射束在阵列的相邻折射面处所经受的偏转的角度差对应于子射束之一在穿过该设备之前的远场分布的整个半值宽度的75％到95％之间。在这些大小的角度差的情况下产生利用根据本发明的设备均匀化后的激光辐射的远场强度分布的相对均匀的平稳状态(Plateau)。

其中尤其地，阵列中折射面之间的角度和/或透镜装置可以被构造为使得相邻子射束的角度差是相同大小的。对于相同强度分布的子射束，这导致工作面中叠加的强度分布的良好均匀性。如果子射束具有相互不同的强度分布(例如不同的超高斯因子)，则可能有意义的是不同地选择相邻子射束的角度差。

附图说明

借助于以下参考附图对优选实施例的介绍可以清楚地了解本发明的其他特征和优点。

图1示出了根据本发明的激光设备的示意图；

图2具有示例性光程地示出了根据本发明的设备的示意侧视图；

图3示出了根据图2中箭头III的示意细节图；

图4示出了多个子射束的叠加的示意图解；

图5示出了激光辐射的一个子射束的远场强度分布；