DE19751716A1

DE19751716A1 - Apparatus for laser beam forming and guiding

Info

Publication number: DE19751716A1
Application number: DE19751716A
Authority: DE
Inventors: Volker Dr Sturm
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Rofin Sinar Laser GmbH
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2017-11-22
Also published as: DE19751716C2

Abstract

The apparatus forms and guides the radiation from at least n straight-line laser diode arrays with radiation outlet openings in an x-z plane. The radiation is directed onto optical elements (1, 3, 6). There are m such elements stacked above one another in planes in the y direction to form a unit. The apparatus is characterised by the following: (a) there are at least m = (n-1) optical elements (n\-3 and l is the integer part of the quotient n/k) whose deflection surfaces are oriented at an angle (8) to one another when projected onto a common x-z plane; (b) at least three laser diode arrays (9.1, 9.2, 9.3) stacked at successive levels in the y direction are joined into a unit of k laser diode arrays; and (c) the laser diode arrays, up to and including the (k-1)th array, are provided with their own optical elements which deflect the radiation from these arrays into the common direction (13). The deflection surfaces are formed by the edges of the prism plates (1, 3). The prism plates take the form of a right-angled triangle in the x-z plane. The surfaces deflecting radiation take the form of reflective surfaces. The radiation from the k-th laser diode array passes through a rectangular plate (2). The optical elements are produced as a single block which is produced with cutouts for free spaces. Alternatively, they consist of one or more blocks. In such a case the radiation from the k-th laser diode array passes through a transmitting region without deflection. The deflection surfaces are oriented towards one another at an angle of about 90 deg .

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Formung und Führung von Strahlung von mindestens n geradlinigen Laserdiodenarrays, deren Strahlaustritts öffnungen in einer in der x-z-Ebene liegenden Richtung verlaufen und deren Strah lenbündel mittels Abbildungsoptiken in der x-z-Ebene abgestrahlt werden und auf optische Elemente unter einem definierten Einstrahlwinkel geführt werden, wobei m optische Elemente in y-Richtung in Ebenen übereinander, eine Einheit bildend, ge stapelt sind, wobei die x-, y- und z-Richtungen ein rechtwinkliges Koordinatensystem festlegen und n, m positive, ganze Zahlen sind.The present invention relates to an arrangement for shaping and guiding Radiation from at least n straight-line laser diode arrays, the beam exit of which openings run in a direction lying in the x-z plane and their beam len bundles are emitted in the x-z plane by means of imaging optics and on optical elements are guided at a defined angle of incidence, where m optical elements in the y-direction in planes one above the other, forming a unit, ge are stacked, the x, y and z directions being a right-angled coordinate system and n, m are positive integers.

Eine Anordnung der vorstehend beschriebenen Art ist beispielsweise aus der DE-A1 44 38 368 bekannt.An arrangement of the type described above is for example from the DE-A1 44 38 368 known.

Laserdioden, oder auch Halbleiterlaser genannt, werden in vielen Bereichen zuneh mend eingesetzt, beispielsweise zum optischen Pumpen von Festkörperlasern oder zur Werkstoffbearbeitung. Die hierzu notwendigen Leistungen der Laserdioden er strecken sich von einigen 100 W bis in den Kilowatt-Bereich. Um Laserdioden zu ho hen Leistungen zu skalieren, wird eine Vielzahl von Laserdioden zu ein- oder zweidi mensionalen Laserdiodenarrays bzw. -feldanordnungen zusammengefaßt, um die Laserleistungen der einzelnen Laserdioden zu addieren. Laser diodes, also known as semiconductor lasers, are increasing in many areas mend used, for example for the optical pumping of solid-state lasers or for material processing. The performance of the laser diodes necessary for this stretch from a few 100 W to the kilowatt range. To ho laser diodes A large number of laser diodes become one or two when scaling power dimensional laser diode arrays or field arrays summarized to the Add the laser powers of the individual laser diodes.

Hochleistungslaserdioden weisen eine stark asymmetrische Strahlverteilung auf. Bei Laserdiodenbarren (ein eindimensionales, lineares Laserdiodenarray) betragen bei spielsweise die äußeren Abmessungen der emittierenden Apertur am Laseraustritt etwa 0, 001 mm × 10 mm und die Strahldivergenz liegt bei etwa (30° . . . 50°) × 5° (senkrecht × parallel zur pn-Übergangsebene; angegeben ist der halbe Öffnungswin kel, definiert durch den 1/e²-Abfall der Strahlungsintensität). Typische Abmessungen der Laserdiodenbarren sind 10 mm × 0, 6 mm × 0, 1 mm (Breite × Tiefe × Höhe). Um die Strahlen der einzelnen Laserdioden des Laserdiodenarrays zu addieren, ist es von Vorteil, wenn die Strahlaustrittsöffnungen der einzelnen Laserdioden sehr dicht zueinander in einer Ebene liegen, so daß kompakte Anordnungen erzielt werden können. Ein begrenzender Faktor hierbei ist jedoch die ausreichende Kühlung der einzelnen Laserdioden oder Laserdiodenbarren, wozu sie auf geeigneten Wärme senken montiert werden. Als Wärmesenken werden zum Beispiel Mikrokanalkühler aus Silizium oder aus Kupfer eingesetzt, die aktiv mittels Kühlfluid, das durch die Mi krokanalstruktur der Mikrokanalkühler geführt wird, gekühlt werden. Typische Abmes sungen solcher Wärmesenken sind zum Beispiel eine Querschnittfläche von ca. 12 mm × 20 mm (Breite × Tiefe) und eine Höhe im Bereich von 1 . . . 10 mm. Dies bedeutet, daß die Höhe der Wärmesenke deutlich größer ist als die Höhe des mon tierten Laserdiodenbarrens.High-power laser diodes have a highly asymmetrical beam distribution. In the case of laser diode bars (a one-dimensional, linear laser diode array), for example, the outer dimensions of the emitting aperture at the laser exit are approximately 0.001 mm × 10 mm and the beam divergence is approximately (30 °... 50 °) × 5 ° (vertical × parallel to the pn junction plane; half the opening angle is specified, defined by the 1 / e ² drop in the radiation intensity). Typical dimensions of the laser diode bars are 10 mm × 0.6 mm × 0.1 mm (width × depth × height). In order to add the beams of the individual laser diodes of the laser diode array, it is advantageous if the beam exit openings of the individual laser diodes are very close to one another in one plane, so that compact arrangements can be achieved. A limiting factor here is the sufficient cooling of the individual laser diodes or laser diode bars, for which purpose they are mounted on suitable heat sinks. Microchannel coolers made of silicon or copper, for example, are used as heat sinks, which are actively cooled by means of cooling fluid which is guided through the microchannel structure of the microchannel cooler. Typical dimensions of such heat sinks are, for example, a cross-sectional area of approx. 12 mm × 20 mm (width × depth) and a height in the range of 1. . . 10 mm. This means that the height of the heat sink is significantly larger than the height of the mounted laser diode bar.

Wie bereits vorstehend angeführt ist, ist eine bekannte Methode zur Strahladdition von Laserdiodenbarren die lineare Stapelanordnung. Dazu werden die Laserdioden, die jeweils auf einer Wärmesenke montiert sind, übereinander angeordnet, so daß die pn-Übergangsebenen der einzelnen Laserdioden möglichst parallel zueinander ausgerichtet sind. Solche linearen Stapelanordnungen werden beispielsweise zum optischen Pumpen von quaderförmigen Lasermedien in sogenannten Stablaserkonfi gurationen eingesetzt. Dabei wird das Pumplicht großflächig durch die Seitenflächen des Lasermediums eingestrahlt. Eine starke Bündelung der Strahlung ist daher nicht notwendig. Eine Bündelung der Strahlung ist aber dann notwendig, wenn hohe Strahldichten (Strahlungsleistung pro Fläche und Raumwinkel, W/m²sr) und/oder ei ne geringe Querschnittsfläche der Einstrahlung gefordert sind. Dazu ist eine Strahl formung der Laserdiodenstrahlung notwendig. Für diese Strahlformung wird vor jedem Laserdiodenbarren eine zylindrische Kollimationsoptik montiert, die die Strah lung in der stark divergenten Richtung kollimiert. Um eine möglichst hohe Packungs dichte zu erreichen, müssen die Wärmesenken mit montierten Laserdioden und die Kollimationsoptik eine sehr geringe Höhe aufweisen und sehr dicht übereinander ge packt werden. Mit abnehmender Höhe und damit Größe der Wärmesenken verrin gert sich jedoch deren Kühlleistung und der notwendige Fertigungsaufwand erhöht sich. Falls die Kühlleistung nicht ausreichend ist, kann dies zu einem Verzug der Auflagefläche führen, was sich in ungünstiger Weise auf den montierten Laserdi oden überträgt und dann zu Fehljustierungen führen kann. Daher ist die Anforderung einer hohen Packungsdichte der Laserdiodenbarren zu der Anforderung eines opti mierten Aufbaus der Wärmesenke gegenläufig.As already mentioned above, a known method for the beam addition of laser diode bars is the linear stack arrangement. For this purpose, the laser diodes, which are each mounted on a heat sink, are arranged one above the other so that the pn junction planes of the individual laser diodes are aligned as parallel as possible to one another. Such linear stack arrangements are used, for example, for the optical pumping of cuboid laser media in so-called rod laser configurations. The pump light is irradiated over a large area through the side surfaces of the laser medium. A strong concentration of the radiation is therefore not necessary. A bundling of the radiation is necessary, however, if high radiation densities (radiation power per surface and solid angle, W / m ² sr) and / or a small cross-sectional area of the radiation are required. This requires beam shaping of the laser diode radiation. For this beam shaping, a cylindrical collimation lens is installed in front of each laser diode bar, which collimates the radiation in the strongly divergent direction. In order to achieve the highest possible packing density, the heat sinks with mounted laser diodes and the collimation optics must have a very low height and be packed very closely one above the other. With decreasing height and thus size of the heat sinks, however, their cooling capacity is reduced and the necessary manufacturing effort increases. If the cooling capacity is not sufficient, this can lead to a distortion of the support surface, which is transferred to the mounted laser diodes in an unfavorable manner and can then lead to incorrect adjustments. Therefore, the requirement for a high packing density of the laser diode bars runs counter to the requirement for an optimized construction of the heat sink.

Eine weitere Anforderung, um mittels einzelner Laserdiodenbarren Laserdioden zu höheren Leistungsdichten zu skalieren, ist diejenige, daß übereinander angeordnete Strahlenbündel, die von den Laserdioden abgegeben werden, möglichst geringe Zwi schenabstände aufweisen. Das bedeutet, daß die zylindrischen Kollimationselemen te sehr dicht übereinander angeordnet werden müssen, wobei gleichzeitig noch eine sehr präzise Justierung erforderlich ist. Dies verringert die zulässigen Toleranzen für die Linsenabmessung und führt bei gegebenen Fertigungstoleranzen dazu, daß nach einer gewissen Anzahl von übereinander angeordneten Laserdioden eine Ju stierung der Kollimationselemente nicht mehr möglich ist. Dadurch wird bei gegebe nem Zwischenabstand die Zahl der Laserdioden und die maximale Strahlungslei stung der Stapelanordnung begrenzt. Außerdem muß die Kollimationsoptik bis zum Rand hin genutzt und ausgeleuchtet werden. Dabei müssen die im Randbereich der Kollimationsoptik beeinträchtigte optische Qualität sowie unerwünschte Beugungsef fekte an der scharf begrenzten Linsenapertur in Kauf genommen werden.Another requirement to use single laser diode bars to laser diodes Scaling higher power densities is that one superimposed Beams emitted by the laser diodes are as small as possible have spacing. This means that the cylindrical collimation elements te must be arranged very close to each other, at the same time another very precise adjustment is required. This reduces the allowable tolerances for the lens dimension and, given given manufacturing tolerances, leads to the fact that after a certain number of laser diodes arranged one above the other a Ju the collimation elements is no longer possible. Thereby is given the number of laser diodes and the maximum radiation level limited the stacking arrangement. In addition, the collimation optics up to Edge used and illuminated. The edge area of the Collimation optics impaired optical quality and unwanted diffraction effects on the sharply delimited lens aperture.

Ein weiterer Nachteil dieser Stapelanordnung, wie sie vorstehend angegeben ist, ist die unsymmetrische Strahlverteilung. Bei einem angenommenen Abstand der Laser dioden von nur 2 mm ergibt sich bei 100 Laserdioden eine emittierende Apertur von etwa 10 mm × 200 mm. Dies erfordert für eine weitere Strahlformung vergleichweise große Durchmesser der optischen Elemente, wie zum Beispiel Linsen, und ist da durch mit vergleichsweise hohen Abbildungsfehlern und Kosten verbunden. Another disadvantage of this stacking arrangement as stated above is the asymmetrical beam distribution. Assuming the distance between the lasers diodes of only 2 mm result in an emitting aperture of 100 laser diodes about 10 mm × 200 mm. This requires comparatively for further beam shaping large diameter of the optical elements, such as lenses, and is there due to comparatively high imaging errors and costs.

Weiterhin ist aus der DE-A1 43 12 911 eine Vorrichtung zur Aufteilung eines Laser strahls hoher Leistung in zwei oder vier Einzelstrahlen bekannt. Die Lichtstrahlen lie gen in einer gemeinsamen Ebene und schließen einen Winkel von 90° zueinander ein.Furthermore, DE-A1 43 12 911 describes a device for dividing a laser known high power beam in two or four individual beams. The rays of light lay gen in a common plane and make an angle of 90 ° to each other a.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Stand der Technik sowie der vorste hend angegebenen Problematik der Strahladdition einzelner Laserdioden liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Formung und Führung von Strahlung von mindestens n-geradlinigen Laserdiodenarrays bzw. La serdiodenbarren zu schaffen, die kompakt auf eng begrenztem Raum aufgebaut werden kann, ohne dadurch die Kühleffektivität der Gesamtanordnung zu beein trächtigen, und die die weiteren, vorstehend anhand des Standes der Technik auf gezeigten Probleme weitgehendst vermeidet.Starting from the prior art described at the beginning and the first The specified problem of beam addition of individual laser diodes lies in the present invention the object of an arrangement for molding and Guidance of radiation from at least n-straight line laser diode arrays or La to create serdiode bars that are compact in a confined space can be without affecting the cooling effectiveness of the overall arrangement pregnant, and the others, based on the prior art largely avoids the problems shown.

Die vorstehende Aufgabe wird bei einer Anordnung mit den Merkmalen, wie sie ein gangs aufgeführt sind, dadurch gelöst, daß mindestens m: (n - l) der optischen Ele mente vorgesehen sind, wobei n ≧ 3 ist und l der ganzzahlige Teil des Quotienten n/k ist, deren Umlenkflächen, auf eine gemeinsame Ebene in der x-z-Ebene proji ziert, unter einem Winkel zueinander orientiert sind, daß die mindestens drei in auf einanderfolgenden Ebenen in y-Richtung gestapelten Laserdiodenarrays zu einer Einheit von k Laserdiodenarrays zusammengefaßt sind, wobei k eine positive, ganze Zahl ist und 3 ≦ k ≦ n gilt, und wobei dem ersten Laserdiodenarray der Einheit das erste optische Element zugeordnet ist, dem zweiten Laserdiodenarray das zweite optische Element der Einheit zugeordnet ist und fortfolgend, bis dem (k-1)-ten Laser diodenarray das (k-1)-te optische Element zugeordnet ist und die Elemente die Strahlen an den Umlenkflächen in eine im wesentlichen gemeinsame Abstrahlrich tung umlenken, und das k-te Laserdiodenarray direkt oder durch ein weiteres opti sches Element umlenkungsfrei in der Abstrahlrichtung abstrahlt, so daß die Strah lenanteile, zumindest in einer Abbildungsebene, zu einer im wesentlichen gemeinsa men Abstrahlrichtung zusammengefaßt werden, und daß sich die Folge der Ebenen in Bezug auf die Anordnung der jeweiligen Laserdiodenarrays und deren zugeordne ten jeweiligen optischen Elemente in y-Richtung oberhalb und/oder unterhalb der Einheit bei mehr als k Ebenen entsprechend der Folge der Ebenen der Einheit wiederholt.The above task is in an arrangement with the features as one gangs are listed, solved in that at least m: (n - l) of the optical ele elements are provided, where n ≧ 3 and l is the integer part of the quotient n / k is their deflecting surfaces proji on a common plane in the x-z plane adorned, are oriented at an angle to each other that the at least three in on successive levels in the y-direction stacked laser diode arrays into one Unit of k laser diode arrays are combined, where k is a positive, whole Is number and 3 ≦ k ≦ n, and where the first laser diode array of the unit is assigned to the first optical element, the second laser diode array the second optical element is assigned to the unit and continues until the (k-1) th laser diode array is assigned the (k-1) th optical element and the elements the Beams on the deflection surfaces in an essentially common direction of radiation deflect the device, and the kth laser diode array directly or through another opti emits element without deflection in the direction of radiation, so that the beam Len shares, at least in one mapping level, to an essentially common Men radiation direction can be summarized, and that the sequence of levels with regard to the arrangement of the respective laser diode arrays and their associated th respective optical elements in the y direction above and / or below the Unity with more than k levels according to the sequence of levels of unity repeated.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß die Laserdiodenarrays wech selweise in Ebenen übereinander so angeordnet werden, daß ausreichend Raum verbleibt, um die jeweiligen Kühlkörper sowie die Abbildungsoptiken derart anzuord nen, daß sich diese Bauteile in den unmittelbar übereinander benachbarten Ebenen nicht störend beeinflussen, da in Projektion aufeinander, senkrecht zu den Ebenen gesehen, nur in jeder k-ten Ebene eine der ersten Ebenen entsprechende Orientie rung des jeweiligen Laserdiodenarrays wiederholt wird. Dadurch verbleibt ein ausrei chender Freiraum, um die Kühlkörper, die den Laserdiodenarrays jeweils zugeordnet sind, groß genug zu dimensionieren, um eine effektive Kühlung zu erzielen. Dar überhinaus ist für die Kollimationsoptiken ausreichender Raum, um sie groß genug zu dimensionieren, so daß die Randzonen nicht genutzt werden müssen und Abbil dungsfehler, wie sie vorstehend im Rahmen der Diskussion zum Stand der Technik erläutert sind, vermieden werden können. Über die jeweiligen optischen Elemente bzw. Umlenkflächen, die den Laserdiodenarrays jeweils zugeordnet sind, wird das jeweilige Strahlenbündel in eine Richtung umgelenkt, die im wesentlichen einer Richtung entspricht, in die ein Laserdiodenarray der Einheit aus mindestens drei La serdiodenarrays direkt abstrahlt. Dies bedeutet, daß in einer Einheit, die aus k Ebe nen besteht, wobei jeder Ebene jeweils ein Laserdiodenarray zugeordnet ist, eines dieser Laserdiodenarrays direkt abstrahlt, ohne eine Strahlungsumlenkung, während die Strahlung der (k-1) anderen Laserdiodenarrays in diese Abstrahlrichtung umge lenkt wird. Um eine solche Grundeinheit, bestehend aus k Laserdiodenarrays, ange ordnet in k Ebenen, mit einem weiteren Laserdiodenarray in einer zusätzlichen Ebe ne zu erweitern, wird die Reihenfolge eingehalten, die der Reihenfolge in dieser Ein heit, bestehend aus den k Ebenen, entspricht, so daß das Laserdiodenarray dieser zusätzlichen Ebene, in einer Projektion senkrecht zu den jeweiligen Ebenen gese hen, in einem Bereich positioniert ist, der der k-ten Ebene darüber oder darunter, je nachdem, auf welcher Seite diese zusätzliche Ebene hinzugefügt ist, entspricht. Es ist ersichtlich, daß die Laserdiodenarrays der einzelnen Ebenen dann, wenn die Grundeinheit aus k solcher Ebenen aufgebaut ist, an k unterschiedlichen Stellen der jeweiligen Ebenen angeordnet sind, beispielsweise, ausgehend von einer quadratischen oder rechteckigen Geometrie, an drei Seiten dieses fiktiven Quadrats oder Rechtecks, während in Richtung der vierten Seite abgestrahlt wird. Es sind an dere Einheiten basierend auf diesem erfindungsgemäßen Prinzip möglich, die von einer Anordnungsgeometrie der Laserdiodenarrays in Form eines Vielecks mit mehr als vier Seiten ausgehen, wobei wechselweise den einzelnen Seiten eines solchen Vielecks jeweils in übereinanderliegenden Ebenen abwechselnd ein Laserdiodenar ray zugeordnet ist, bis jeweils alle Seiten, abgesehen von einer Seite, in die abge strahlt wird, ein solches Laserdiodenarray zugeordnet ist und sich die Folge begin nend mit dem Laserdiodenarray der ersten Ebene wiederholt.The arrangement according to the invention has the advantage that the laser diode arrays change be arranged in layers one above the other so that there is sufficient space remains to arrange the respective heat sink and the imaging optics in this way NEN, that these components are in the immediately adjacent levels do not interfere with each other, as they project onto each other, perpendicular to the planes seen, only in every kth level an orientation corresponding to the first levels tion of the respective laser diode array is repeated. This leaves enough Adequate free space around the heat sinks assigned to the laser diode arrays are large enough to achieve effective cooling. Dar there is also sufficient space for the collimation optics to be large enough dimension so that the edge zones do not have to be used and Fig application errors, as described above in the context of the discussion on the prior art are explained can be avoided. About the respective optical elements or deflection surfaces, which are each assigned to the laser diode arrays, that deflected respective beams in a direction that is essentially one Direction corresponds in which a laser diode array of the unit from at least three La emits diode arrays directly. This means that in a unit that consists of k Ebe NEN, with each level being assigned a laser diode array, one of these laser diode arrays radiates directly, without a radiation deflection, while the radiation from the (k-1) other laser diode arrays is reversed in this radiation direction is steered. To such a basic unit consisting of k laser diode arrays arranges in k levels, with another laser diode array in an additional level To expand ne, the order is followed that of the order in this one unit consisting of the k planes, so that the laser diode array corresponds to this additional level, viewed in a projection perpendicular to the respective levels is positioned in an area that is the kth level above or below, each depending on which side this additional layer is added to. It it can be seen that the laser diode arrays of the individual levels when the Basic unit is made up of k such levels, at k different locations of the respective levels are arranged, for example, starting from one square or rectangular geometry, on three sides of this fictional square or rectangle while emitting toward the fourth side. It's on possible units based on this principle according to the invention, which of an arrangement geometry of the laser diode arrays in the form of a polygon with more go out as four pages, alternately the individual pages of such Polygons alternately a laser diode array in superimposed levels ray is assigned until all pages apart from one page are entered into the is emitted, such a laser diode array is assigned and the sequence begin repeated with the laser diode array of the first level.

Basierend auf dem Prinzip, wie es vorstehend erläutert ist, ist eine bevorzugte Mög lichkeit, um die Strahlungsanteile in den jeweiligen Ebenen umzulenken, und zwar unter Beibehaltung eines kompakten Aufbaus der Anordnung dadurch gegeben, daß die Umlenkflächen durch Kanten von Prismenplatten gebildet werden. In diese Plat ten wird die Strahlung von einer Seitenkante eingestellt und an verspiegelten Flä chenkanten umgelenkt. Die die Strahlung umlenkenden Flächen können aber auch durch verspiegelte Flächen anderer Körper, vorzugsweise plattenförmige Teile, ge bildet werden. Solche Prismenplatten weisen in einer bevorzugten Ausbildung in den x-z-Ebenen jeweils die Form eines rechtwinkligen Dreiecks auf. Diese Prismenplat ten werden dann in einer weiteren vorteilhaften Anordnung in den Ebenen überein ander jeweils mit ihrer Umlenkfläche so orientiert, daß die Umlenkflächen, in y-Rich tung, d. h. senkrecht zu den jeweiligen Ebenen, gesehen, unter einem Winkel von et wa 90° zueinander orientiert sind. In einem solchen Fall wird dann von zwei gegen überliegenden Seiten, betrachtet man alle Ebenen in Projektion aufeinander, einge strahlt, während von der dritten Seite, die dann unter einem Winkel von 90° zu die sen beiden Seiten liegt, die Strahlung desjenigen Laserdiodenarrays abgestrahlt wird, dessen Strahlung im wesentlichen nicht umgelenkt wird. In diese Strahlrichtung wird dann die Strahlung der Laserdiodenarrays in der darunter- oder darüberliegen den Ebene durch die Umlenkflächen umgelenkt.Based on the principle as explained above, a preferred option is to redirect the radiation components in the respective levels given a compact structure of the arrangement given that the deflecting surfaces are formed by edges of prismatic plates. In this plat The radiation is set from one side edge and on mirrored surfaces edge deflected. The surfaces deflecting the radiation can also by mirrored surfaces of other bodies, preferably plate-shaped parts, ge be formed. Such prismatic plates have in a preferred embodiment in the x-z planes each have the shape of a right-angled triangle. This prismatic plate Then, in a further advantageous arrangement, the planes coincide other oriented with their deflection surface so that the deflection surfaces, in y-Rich tung, d. H. perpendicular to the respective planes, seen at an angle of et wa are oriented 90 ° to each other. In such a case, two will then oppose Overlying pages, if you look at all the levels in projection on top of each other emits while from the third side, which is then at an angle of 90 ° to the sen both sides, the radiation emitted by that laser diode array whose radiation is essentially not redirected. In this beam direction the radiation from the laser diode arrays will then lie below or above it deflected the plane through the deflecting surfaces.

Eine analoge Anordnung zu derjenigen, wie sie vorstehend erläutert ist, ergibt sich durch die Verwendung von Spiegelflächen, die die Strahlenanteile jeweils umlenken. Solche verspiegelten Flächen können auf jeweilige Formkörper aufgebracht werden, beispielsweise auf eine Kante eines plattenförmigen Formkörpers, wodurch sich eine einfache Justierung ergibt. Die Strahlung des dritten Laserdiodenarrays, im Fall von drei Ebenen, in denen die Laserdiodenarrays angeordnet sind, wird durch einen Freiraum nur kollimiert hindurchgeführt. Eine weitere Maßnahme, die eine Justie rung erleichtert, ist auch dann möglich, wenn in diesen Freiraum eine Rechteckplatte angeordnet wird, die gleichzeitig als Anlagefläche für die vorzugsweise plattenförmi gen Umlenkelemente in der darüber- und der darunterliegenden Ebene dient, durch die die Strahlung ohne wesentliche Beeinflussung des Strahlenverlaufs, hindurchge führt wird.An analogous arrangement to that as explained above results through the use of mirror surfaces that deflect the radiation components. Such mirrored surfaces can be applied to respective moldings, for example, on an edge of a plate-shaped shaped body, whereby a simple adjustment results. The radiation from the third laser diode array, in the case of three levels, in which the laser diode arrays are arranged, is represented by one Free space only passed through in a collimated manner. Another measure that a Justie tion is also possible if a rectangular plate is in this free space is arranged, which at the same time as a contact surface for the preferably plate-shaped gene serves deflection elements in the above and below the level which pass through the radiation without significantly influencing the beam path leads.

Um einen Justieraufwand der Anordnung weiterhin auf ein Minimum zu reduzieren, können die optischen Elemente aus einem Block oder aus Blöcken gebildet sein, wobei dann die jeweiligen Freiräume, durch die Laserdiodenstrahlung umlenkungs frei hindurchgeführt wird, durch entsprechende Aussparungen, beispielsweise Schlit ze oder sonstige Einschnitte in dem Block, gebildet werden, während die Umlenkflä chen verspiegelte Flächen des Blocks oder der Blöcke sind.In order to further reduce the adjustment effort of the arrangement to a minimum, the optical elements can be formed from a block or from blocks, then the respective free spaces, deflected by the laser diode radiation is passed freely through corresponding recesses, for example Schlit ze or other cuts in the block, are formed while the Umlenkflä which are mirrored surfaces of the block or blocks.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen den Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.Further details and features of the invention result from the following the description of three embodiments with reference to the drawing.

Die drei Ausführungsformen, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind, dienen dazu, verschiedene Grundprinzipien sowie Grundaufbauten der Erfindung zu erläutern.The three embodiments, as shown in the drawing, are used to explain various basic principles and basic structures of the invention.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Anord nung zur Formung und Führung der Strahlung einer Vielzahl von Laserdi odenarrays unter Verwendung von Prismenplatten und Rechteckplatten in den einzelnen Ebenen, und zwar aus Sicht des Sichtpfeils II in Fig. 2, Fig. 1 is a schematic side view of a first embodiment of the Anord voltage for shaping and guiding the radiation from a plurality of Laserdi odenarrays using Prism plates and rectangular plates in each layer, and from the standpoint of the viewing arrow II in Fig. 2,

Fig. 2 eine Draufsicht der Anordnung der Fig. 1 aus Sicht des Sichtpfeils I in Fig. 1, Fig. 2 is a plan view of the arrangement of FIG. 1 from the perspective of viewing arrow I in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform, die anstelle einzelner Prismenplatten jeweils Prismen, die aus einem Block hergestellt sind, verwendet, Fig. 3 is a plan view of an arrangement according to a second embodiment, used in place of individual prism plates, respectively prisms, which are made of a block,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Umlenkfläche der Prismen der Fig. 3 aus Sicht des Sichtpfeils IV in Fig. 3, Fig. 4 is a plan view of the deflection of the prisms of Fig. 3 viewed from the viewing arrow IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Anordnung gemäß einer dritten Ausführungsform, die einen einzelnen Prismenblock einsetzt, mit verspiegelten Umlenkflä chen und Freiräumen bzw. Schlitzen, und Fig. 5 is a plan view of an arrangement according to a third embodiment, which uses a single prism block, with mirrored deflecting surfaces and free spaces or slots, and

Fig. 6 eine schematische Ansicht auf den Prismenblock der Fig. 5 aus Sicht des Sichtpfeils VI in Fig. 5. Fig. 6 is a schematic view of the prism block of Fig. 5 from the perspective of viewing arrow VI in Fig. 5.

Zunächst wird die erste Ausführungsform einer Anordnung zur Formung und Füh rung von Strahlung von geradlinigen Laserdiodenarrays beschrieben. Die Anord nung, wie sie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, ist entgegen der austretenden Laserstrahlung 4 (siehe Fig. 2) gesehen, dargestellt, d. h. aus Richtung des Sicht pfeils II in Fig. 2.First, the first embodiment of an arrangement for shaping and guiding radiation from straight-line laser diode arrays is described. The Anord voltage, as shown schematically in Fig. 1, is seen against the emerging laser radiation 4 (see Fig. 2), shown, ie from the direction of the arrow II in Fig. 2nd

Die Grundeinheit, aus der die Anordnung, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, aufgebaut ist, umfaßt eine erste Prismenplatte 1, eine Rechteckplatte 2 und eine zweite Prismenplatte 3. Die jeweiligen Platten 1, 2 und 3 sind in einer x-z-Ebene ori entiert und in der y-Richtung übereinander gestapelt, wie durch die jeweiligen Koor dinaten-Achsen x, y und z in Fig. 1 und Fig. 2 angegeben ist. Die Rechteckplatte 2 besitzt eine quadratische Form, wie in Fig. 2 zu erkennen ist, wogegen die bei den dreieckförmigen Prismenplatten 1 und 3 die Form eines rechtwinkligen, gleich schenkligen Dreiecks in der Draufsicht besitzen. Die Längen der Katheten-Seiten 5 dieser Prismenplatten 1, 3 entsprechen im wesentlichen der Kantenlänge der qua dratischen Rechteckplatte 2. Die jeweiligen Hypothenusen-Seiten 7 der ersten Pris menplatte 1 und der zweiten Prismenplatte 3 jeder Einheit sind verspiegelt und bil den Reflexions- oder Umlenkflächen 6, die, in Projektion in y-Richtung aufeinander, unter einem Winkel 8 von 90° zueinander orientiert sind. Die Rechteckplatte 2 be steht aus einem für die Wellenlänge der Laserstrahlung transparenten Material, wie zum Beispiel Glas im sichtbaren Wellenlängenbereich oder im nahen Infrarotbe reich. Alternativ kann die Rechteckplatte 2 durch einen Freiraum und Distanzele mente, die außerhalb des durchstrahlten Freiraums angeordnet sind, ersetzt werden.The basic unit from which the arrangement as shown in FIGS. 1 and 2 is constructed comprises a first prism plate 1 , a rectangular plate 2 and a second prism plate 3 . The respective plates 1, 2 and 3 are entiert in an xz plane ori and stacked in the y-direction as indicated by the respective coor dinates axes x, y and z in Fig. 1 and Fig. 2 is indicated. The rectangular plate 2 has a square shape, as can be seen in Fig. 2, whereas the triangular prism plates 1 and 3 have the shape of a right-angled, isosceles triangle in plan view. The lengths of the catheter sides 5 of these prism plates 1 , 3 essentially correspond to the edge length of the square rectangular plate 2 . The respective hypotenuse sides 7 of the first prism plate 1 and the second prism plate 3 of each unit are mirrored and bil the reflection or deflection surfaces 6 , which, when projected in the y direction, are oriented at an angle 8 of 90 ° to one another. The rectangular plate 2 be made of a transparent material for the wavelength of the laser radiation, such as glass in the visible wavelength range or in the near infrared region. Alternatively, the rectangular plate 2 can be replaced by a free space and elements that are arranged outside the irradiated free space.

Wie eine gemeinsame Betrachtung der Fig. 1 und 2 verdeutlicht, ist jeder Pris menplatte 1, 3 und jeder Rechteckplatte 2 jeweils ein lineares Laserdiodenarray 9.1, 9.2 und 9.3 mit einer Erstreckung in der x-z-Ebene zugeordnet. Die Laserdiodenar rays 9.1, 9.2 und 9.3 sind jeweils auf einem Kühlkörper 10 montiert. Weiterhin ist je dem Laserdiodenarray 9.1, 9.2 und 9.3 eine Kollimationsoptik 11, und zwar in den Ausführungsformen, wie sie in den Figuren gezeigt sind, in Form einer Zylinderlinse, zugeordnet, um die Laserdiodenstrahlungen, weitgehend kollimiert, auf die Umlenk flächen 6 der jeweils gegenüberliegenden Prismenplatte 1, 3 zu führen.As a joint examination of FIGS. 1 and 2 clarifies, each Pris menplatte 1 , 3 and each rectangular plate 2 is assigned a linear laser diode array 9.1 , 9.2 and 9.3 with an extension in the xz plane. The laser diode arrays 9.1 , 9.2 and 9.3 are each mounted on a heat sink 10 . Furthermore, each of the laser diode arrays 9.1 , 9.2 and 9.3 has collimation optics 11 , specifically in the embodiments as shown in the figures, in the form of a cylindrical lens, assigned to the laser diode radiation, largely collimated, on the deflection surfaces 6 of the opposite ones Prism plate 1 , 3 to guide.

Wie unter gemeinsamer Betrachtung der Fig. 1 und 2 deutlich wird, sind die je weiligen Laserdiodenarrays 9.1, 9.2 und 9.3 den Umlenkflächen 6 der ersten Pris menplatte 1 der Stirnfläche 12, der Rechteckplatte 2 und der Umlenkfläche 6 der zweiten Prismenplatte 3, die eine Einheit darstellen, zugeordnet und der Reihe nach um die drei Seiten verteilt. An diese Einheit anschließend wiederholt sich diese Fol ge der Zuordnung der jeweiligen Laserdiodenarrays 9.1, 9.2 und 9.3 der ersten Pris menplatte 1, der Rechteckplatte 2 und der zweiten Prismenplatte 3 in den darauffol genden Ebenen. Durch diese wechselweise Zuordnung der Laserdiodenarrays 9.1, 9.2 und 9.3 kann die Beabstandung benachbarter Kühlkörper 10, in Fig. 1 mit h_DL angegeben, entsprechend der dreifachen Bauhöhe h_PE, in y-Richtung gesehen, der jeweiligen Prismen und Rechteckplatten 1, 2 und 3 eingesetzt werden, ohne daß sich diese Kühlkörper 10 gegenseitig stören. Es wird somit der gesamte, zur Verfü gung stehende Raum um die Anordnung herum in Bezug auf die drei Seiten der quadratischen bzw. rechteckigen projizierten Grundfläche ausgenutzt.As is clear under joint consideration of FIGS. 1 and 2, the depending weiligen laser diode arrays 9.1, 9.2 and 9.3, the deflection surfaces 6 of the first Pris menplatte 1 of the end face 12 of the rectangular plate 2 and the deflecting surface 6 of the second prism plate 3, a unit represent, assigned and distributed in order around the three sides. This unit then repeats this sequence of assigning the respective laser diode arrays 9.1 , 9.2 and 9.3 to the first prism plate 1 , the rectangular plate 2 and the second prism plate 3 in the planes which follow. Through this alternate assignment of the laser diode arrays 9.1 , 9.2 and 9.3 , the spacing between adjacent heat sinks 10 , indicated in FIG. 1 by h _DL , corresponding to three times the height h _PE , viewed in the y direction, of the respective prisms and rectangular plates 1 , 2 and 3 are used without these heat sinks 10 interfering with each other. The entire space available around the arrangement in relation to the three sides of the square or rectangular projected base area is thus utilized.

Der Strahlverlauf ergibt sich so, wie in Fig. 2 angedeutet. Die Strahlung des Laser diodenarrays 9.1 der untersten Ebene, d. h. das rechte, untere Laserdiodenarray 9.1 in Fig. 1, wird auf die Hypothenusenseite 7, die als verspiegelte Umlenkfläche 6 dient, der gegenüberliegenden ersten Prismenplatte 1 gerichtet und um 90° umge lenkt, so daß die Strahlenbündel 4 in die Hauptabstrahlrichtung, mit dem Pfeil 13 angedeutet, umgelenkt werden. In der in y-Richtung gesehenen darüberliegenden Ebene ist das nächste Laserdiodenarray 9.2 angeordnet, das in die Stirnseite 12 der Rechteckplatte 2 einstrahlt, wobei die Laserstrahlung aus der gegenüberliegenden Stirnseite 14 austritt, d. h. die Laserstrahlung dieses Laserdiodenarrays wird ablen kungsfrei unmittelbar in der Richtung der Hauptabstrahlrichtung 13 abgegeben. In der nächsten, darüberliegenden Ebene ist das in Fig. 2 linke Laserdiodenarray 9.3 positioniert, das auf die Hypothenusenseite 7 der zweiten Prismenplatte 3 strahlt. Entsprechend der ersten Prismenplatte 1 wird diese Strahlung an der verspiegelten Fläche bzw. der Umlenkfläche 6 aufgrund des Einfallwinkels von 45° in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 13, d. h. um 90°, umgelenkt. In Bezug auf die nächste Ebene, die oberhalb der zweiten Prismenplatte 3 liegt, wird die Folge der Anordnung der er sten Prismenplatte 1, der Rechteckplatte 2 sowie der zweiten Prismenplatte 3 jeweils wiederholt, so daß ein aus Richtung des Sichtpfeils II in Fig. 2 gesehener Aufbau erzielt wird, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist. Die gesamte Strahlung 4 kann durch die zusätzliche Linse 27 weitgehend geformt, z. B. kollimiert, werden.The beam path results as indicated in FIG. 2. The radiation of the laser diode array 9.1 of the lowest level, ie the right, lower laser diode array 9.1 in Fig. 1, is directed to the hypothenus side 7 , which serves as a mirrored deflection surface 6 , the opposite first prism plate 1 and deflected by 90 °, so that the beams 4 are deflected in the main emission direction, indicated by the arrow 13 . The next laser diode array 9.2 is arranged in the plane seen in the y direction, which shines into the end face 12 of the rectangular plate 2 , the laser radiation emerging from the opposite end face 14 , ie the laser radiation of this laser diode array is deflected directly in the direction of the main emission direction 13 delivered. The laser diode array 9.3 , which is on the left in FIG. 2 and which shines on the hypothenus side 7 of the second prism plate 3 , is positioned on the next level above. Corresponding to the first prism plate 1 , this radiation is deflected on the mirrored surface or the deflection surface 6 due to the angle of incidence of 45 ° in the direction of the main emission direction 13 , ie by 90 °. In relation to the next level, which lies above the second prism plate 3 , the sequence of the arrangement of the most prism plate 1 , the rectangular plate 2 and the second prism plate 3 is repeated, so that a seen from the direction of the arrow II in Fig. 2 Structure is achieved, as shown in FIG. 1. All of the radiation 4 can be largely shaped by the additional lens 27 , e.g. B. are collimated.

Aufgrund der Kollimationsoptik 11, die jedem Laserdiodenarray 9.1, 9.2, 9.3 zuge ordnet ist, kann die Strahlung der einzelnen Laserdiodenarrays, die in der y-Rich tung stark divergent ist, nahezu parallel auf die Umlenkflächen 6 gestrahlt werden, so daß den Deckflächen der jeweils darüber- und darunterliegenden Elementen kei ne wesentliche Funktion bei der Strahlführung zukommt. Falls die Divergenz der La serstrahlung nach der Abbildungsoptik 11 noch so groß ist, daß die Deckflächen von der Strahlung getroffen werden, können die Deckflächen auch zur zusätzlichen Strahlführung dienen. Je nach Ausführung können die Plattenelemente auch als Montageanschlag oder als Auflagefläche für die Kühlkörper 10 der Laserdiodenar rays 9 oder für die Abbildungsoptik verwendet werden, wozu sie entsprechend ver längert und profiliert werden können.Due to the collimation optics 11 , which is assigned to each laser diode array 9.1 , 9.2 , 9.3 , the radiation from the individual laser diode arrays, which is highly divergent in the y-direction, can be radiated almost parallel to the deflection surfaces 6 , so that the cover surfaces of the respective Elements above and below do not have an essential function in the beam guidance. If the divergence of the laser radiation according to the imaging optics 11 is still so large that the top surfaces are struck by the radiation, the top surfaces can also serve for additional beam guidance. Depending on the version, the plate elements can also be used as a mounting stop or as a support surface for the heat sink 10 of the Laserdiodenar rays 9 or for the imaging optics, for which purpose they can be lengthened and profiled accordingly.

Da die Prismenplatten 1, 3 und die Rechteckplatte 2 untereinander jeweils gleiche Abmessungen bzw. Kantenlängen aufweisen, können mehrere dieser Anordnungen gemeinsam bearbeitet werden, wie beispielsweise durch optisches Polieren der Pris menkanten bzw. der Umlenkflächen. Beim Aufbau des Plattenstapels können in den Ebenen der Prismenplatten geeignete Abstandselemente, die nicht dargestellt sind, eingefügt werden, die dann als Auflage für die darüber- oder darunterliegende Platte dienen. Beispielsweise können zwei Prismenplatten auch mit der Prismenkante an einander gekittet werden, wobei dann eine Platte als diejenige Prismenplatte dient, die die Umlenkfläche 6 aufweist, während die andere Prismenplatte als Abstandsele ment verwendet wird. In dieser Anordnung wird, im Gegensatz zu den Anordnungen der Fig. 1 und 2, in die eine Prismenplatte jeweils seitlich eingestrahlt und die Strahlung in dieser Prismenplatte bis zu der entsprechenden Umlenkfläche geführt. Hierbei könnte durch eine geeignete dünne Beschichtung der Deckflächen der Plattenelemente, zum Beispiel mit einem Medium mit einem niedrigeren Brechungsin dex als der des Plattenmediums, vermieden werden, daß Strahlung in die benach barten Plattenelemente eindringt.Since the prism plates 1 , 3 and the rectangular plate 2 each have the same dimensions or edge lengths, several of these arrangements can be processed together, such as by optical polishing of the prism or the deflecting surfaces. When building up the plate stack, suitable spacing elements (not shown) can be inserted in the planes of the prism plates, which then serve as a support for the plate above or below. For example, two prismatic plates can also be cemented to one another with the prismatic edge, one plate then serving as the prismatic plate that has the deflection surface 6 , while the other prismatic plate is used as a spacing element. In this arrangement, in contrast to the arrangements of FIGS. 1 and 2, a prism plate is irradiated into each side and the radiation in this prism plate is guided up to the corresponding deflection surface. A suitable thin coating of the top surfaces of the plate elements, for example with a medium with a lower refractive index than that of the plate medium, could prevent radiation from penetrating into the neighboring plate elements.

Die Rechteckplatten 2, wie sie vorstehend anhand der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 erläutert sind, können entfallen, wenn in anderer Weise die parallele Aus richtung durch geeignete Abstandselemente zwischen den Prismenplatten 1, 2 ge währleistet werden kann. In einem solchen Fall wäre, anstelle der Rechteckplatte 2, ein Freiraum bzw. Zwischenraum belassen, den die Laserstrahlung des dieser Ebe ne zugeordneten Laserdiodenarrays, beispielsweise des Laserdiodenarrays 9.2, im Umgebungsmedium (z. B. Luft) durchläuft, ohne daß in diesem Strahlungsbereich ein weiteres optisches Element angeordnet werden müßte.The rectangular plates 2 , as explained above with reference to the embodiment of FIGS. 1 and 2, can be omitted if, in another way, the parallel direction can be ensured by suitable spacing elements between the prism plates 1 , 2 . In such a case, instead of the rectangular plate 2 , a space or space would be left which the laser radiation of the laser diode array associated with this plane, for example the laser diode array 9.2 , passes through in the ambient medium (for example air) without one in this radiation area further optical element would have to be arranged.

In einer weiteren, zweiten Ausführungsform, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, kann anstelle eines Stapels aus den einzelnen Prismenplatten 1, 3 sowie gege benenfalls der Rechteckplatte 2 ein einzelnes Prisma 15 verwendet werden, in dem Fall der Fig. 3 ein rechtwinkliges Prisma mit zwei gleich langen Katheten 16, 17. Die Katheten 16, 17 sind in Bezug auf die einzelnen Ebenen in abwechselnder Fol ge antireflektierend (in Fig. 4 mit AR bezeichnet bzw. unschraffiert dargestellt) und hochreflektierend (in den Figuren mit HR bezeichnet schraffiert dargestellt) be schichtet sind.In a further, second embodiment, which is shown in FIGS. 3 and 4, instead of a stack of the individual prism plates 1 , 3 and, if appropriate, the rectangular plate 2, a single prism 15 can be used, in the case of FIG. 3, a right-angled prism with two equally long cathets 16 , 17 . The cathets 16 , 17 are with respect to the individual levels in alternating ge antireflective (in Fig. 4 denoted by AR or hatched) and highly reflective (hatched in the figures labeled HR) are coated.

Die Hypothenusenseite 18 der einzelnen Prismenplatten 15 sind in allen Ebenen an tireflektierend (AR) beschichtet. Einkoppel-Prismenplatten 19 und 20, die den Kathe tenseiten 16 und 17 des einzelnen Prismas 15 jeweils zugeordnet sind, dienen dazu, die Strahlung des jeweiligen Laserdiodenarrays 29.2 und 29.1 ohne Strahlablenkung in das Prisma 15 einzukoppeln. Der Strahlenverlauf dieser Anordnung nach den Fig. 3 und 4 in Bezug auf die Laserdiodenarrays 29.1, 29.2 und 29.3 ist wie folgt. Die Strahlung des in Fig. 3 oberen Laserdiodenarrays 29.1 durchläuft zunächst die Ein koppel-Prismenplatten 20 ablenkungsfrei, tritt dann durch einen antireflektierend be schichteten Streifen der Kathetenseite 16 des Prismas 15 ein und wird durch einen hochreflektierend beschichteten Streifen der gegenüberliegenden Kathetenseite 17 zu der Hypothenusenseite 18 hin umgelenkt, wo die Laserstrahlung 4 austritt. Die Strahlung des zweiten Laserdiodenstapels 29.2, der in Fig. 3 unten links dargestellt ist, der in der nächsten, folgenden Ebene angeordnet ist, durchläuft zunächst das Einkoppel-Prisma 19 und tritt dann in die antireflektierend beschichtete Kathetensei te 17 ein, und durchläuft das Prisma 15 ohne Umlenkung, so daß die Strahlung aus der Hypothenusenseite 18 austritt. Die Strahlung des dritten Laserdiodenarrays 29.3, das in Fig. 3 der Hypothenusenseite 18 des Prismas 15 zugeordnet ist, das in der Ebene angeordnet ist, die der Ebene mit dem oberen Prisma 10 entspricht, folgt, tritt in die Hypothenusenseite 18 des Prismas 15 dieser Ebene ein, wird dann an der hochreflektierend beschichteten Kathetenseite 16 dieses Prismas 15 umgelenkt, so daß sie auf die zweite Kathetenseite 17 auftrifft, die ebenfalls hochreflektierend be schichtet ist, so daß die Strahlung dann wieder zu der Hypothenusenseite 18 hin ge richtet wird und dort in der Hauptstrahlrichtung austritt.The hypothenus side 18 of the individual prism plates 15 are coated on all levels with a tireflective (AR) coating. Coupling prism plates 19 and 20 , which are each assigned to the side surfaces 16 and 17 of the individual prism 15 , serve to couple the radiation from the respective laser diode array 29.2 and 29.1 into the prism 15 without beam deflection. The beam path of this arrangement according to FIGS. 3 and 4 with respect to the laser diode arrays 29.1 , 29.2 and 29.3 is as follows. The radiation of the upper laser diode array 29.1 in FIG. 3 first passes through a coupling prism plates 20 without deflection, then passes through an antireflection-coated strip of the catheter side 16 of the prism 15 and becomes through a highly reflective coated strip of the opposite cathetus side 17 to the hypothenus side 18 deflected towards where the laser radiation 4 emerges. The radiation from the second laser diode stack 29.2 , which is shown in Fig. 3 bottom left, which is arranged in the next, following level, first passes through the coupling prism 19 and then enters the anti-reflective coated catheter side 17 , and passes through the prism 15 without deflection, so that the radiation emerges from the hypothenus side 18 . The radiation from the third laser diode array 29.3 , which in FIG. 3 is assigned to the hypothenus side 18 of the prism 15, which is arranged in the plane which corresponds to the plane with the upper prism 10 , enters the hypothenus side 18 of the prism 15 of this plane one, is then deflected on the highly reflective coated catheter side 16 of this prism 15 , so that it strikes the second catheter side 17 , which is also highly reflective, so that the radiation is then directed back to the hypothenus side 18 and there in the Main beam direction emerges.

Die Folge der Anordnung der einzelnen Laserdiodenarrays 29.1, 29.2 und 29.3 in Bezug auf die einzelnen Ebenen und die entsprechende Beschichtung der Katheten seiten 16, 17 sowie der Hypothenusenseite 18 des Prismas 15 jeder Ebene wird so wiederholt, wie dies vorstehend erläutert ist, und in Fig. 4 gezeigt ist, wobei sich die Ebenenfolge der Grundeinheit in der y-Richtung wiederholt. Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist die erhöhte Stabilität und die einfache Herstellung der Prismen, die größere Abmessungen aufweisen im Vergleich zu den einzelnen Prismenplatten, die anhand der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 erläutert wurden, da aufgrund der sich wiederholenden Beschichtungsart, und zwar hochreflektierend, die Prismen platten zweier benachbarter Ebenen zusammengefaßt werden können. Es kann aber auch ein einzelner Prismenblock gefertigt werden, der eine Erstreckung in der y- Richtung besitzt, die der Gesamthöhe aller Ebenen des Stapels entspricht, wobei dann die einzelnen Kathetenseiten 16, 17 sowie die Hypothenusenseite 18 so be schichtet werden, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.The sequence of the arrangement of the individual laser diode arrays 29.1 , 29.2 and 29.3 with respect to the individual levels and the corresponding coating of the catheter sides 16 , 17 and the hypothenus side 18 of the prism 15 of each level is repeated as explained above, and in Fig . 4 is shown, with the layer sequence of the basic unit is repeated in the y-direction. The advantage of this embodiment is the increased stability and the simple manufacture of the prisms, which have larger dimensions in comparison to the individual prism plates, which were explained with the aid of the embodiment of FIGS . 1 and 2, because of the repetitive type of coating, namely highly reflective, the prisms plates of two adjacent levels can be combined. However, it is also possible to produce a single prism block which has an extension in the y direction which corresponds to the total height of all levels of the stack, in which case the individual catheter sides 16 , 17 and the hypothenus side 18 are then coated as shown in FIG . 4 is shown.

Eine dritte Ausführungsform ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Diese Anordnung entspricht prinzipiell derjenigen Anordnung, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, allerdings sind die einzelnen Prismen 15, 19 und 20 durch einen Prismenblock 21 ersetzt, der in seiner Geometrie den beiden weiteren Prismen 19 und 20 der Fig. 3 entspricht. Als Umlenkflächen dienen die jeweiligen lange Seiten, d. h. die Hy pothenusenseiten 22, 23, der Teilprismenblöcke 24, 25 des Prismenblocks 21. Diese Hypothenusenseiten 22, 23 sind hochreflektierend (HR, schraffiert in Fig. 6 darge stellt) ausgebildet. An den Stellen, an denen die Laserdiodenstrahlung der entspre chenden Ebene ablenkungsfrei eingestrahlt wird, sind wiederum Freiräume bzw. Aussparungen 26 belassen (unschraffiert dargestellt), wie die Fig. 6 zeigt. Jede Einheit ist aus drei Laserdiodenarrays 39.1, 39.2 und 39.3 aufgebaut, die jeweils in einer von drei aufeinanderfolgenden Ebenen (x-z-Ebene) orientiert sind. In der er sten Ebene, beispielsweise beginnend mit dem Laserdiodenarray 39.2 in Fig. 5 un ten links, ist ein Freiraum 26 vorhanden, so daß die Strahlung durch diesen Frei raum 26 direkt in die Hauptabstrahlrichtung 13 gerichtet wird. In der nächsten Ebe ne, der das Laserdiodenarray 39.1 an der oberen Kante des Teilprismenblocks 25 zugeordnet ist, führt ebenfalls durch einen Freiraum 26 hindurch, trifft dann auf die verspiegelte Hypothenusenseite 22 des Teilprismenblocks 24 und wird dort, unter einem Winkel von 45° einfallend, in die Hauptabstrahlrichtung 13 umgelenkt. In der darauffolgenden Ebene befindet sich dann das Laserdiodenarray 39.3, das in Fig. 5 an der rechten Seite der Anordnung zu sehen ist, dessen Strahlung dann auf die verspiegelte Fläche bzw. Hypothenusenseite 23 des Teilprismenblocks 25 fällt, von dort auf die Hypothenusenseite 22 des unteren Teilprismenblocks 24 umgelenkt wird, wo sie dann wiederum in die Hauptabstrahlrichtung 13 umgelenkt wird. Die Reihenfolge der Ebenen wiederholt sich entsprechend der vorstehend beschriebe nen Reihenfolge der Einheit in Bezug auf die einzelnen Ebenen, die sich oben oder unten in y-Richtung anschließen. A third embodiment is shown in FIGS. 5 and 6. This arrangement corresponds in principle to the arrangement shown in FIGS. 3 and 4, but the individual prisms 15 , 19 and 20 have been replaced by a prism block 21 , the geometry of which corresponds to the two other prisms 19 and 20 of FIG. 3 . The respective long sides, ie the hy pothenus sides 22 , 23 , of the partial prism blocks 24 , 25 of the prism block 21 serve as deflection surfaces. These hypothenus sides 22 , 23 are highly reflective (HR, hatched in Fig. 6 represents Darge). At the points at which the laser diode radiation of the corresponding plane is radiated in a deflection-free manner, free spaces or recesses 26 are again left (shown without hatching), as shown in FIG. 6. Each unit is made up of three laser diode arrays 39.1 , 39.2 and 39.3 , each of which is oriented in one of three successive levels (xz level). In the first level, for example starting with the laser diode array 39.2 in Fig. 5 un th left, there is a free space 26 so that the radiation through this free space 26 is directed directly into the main emission direction 13 . In the next level, to which the laser diode array 39.1 is assigned at the upper edge of the partial prism block 25 , also leads through a free space 26 , then meets the mirrored hypothenus side 22 of the partial prism block 24 and is incident there, at an angle of 45 °, deflected in the main emission direction 13 . The laser diode array 39.3 , which can be seen in FIG. 5 on the right-hand side of the arrangement, is located in the subsequent level, the radiation of which then falls on the mirrored surface or hypothenus side 23 of the partial prism block 25 , from there onto the hypothenus side 22 of the lower one Part prism block 24 is deflected, where it is in turn deflected in the main emission direction 13 . The order of the levels is repeated in accordance with the above-described order of the unit with respect to the individual levels, which follow up or down in the y direction.

Demzufolge können die Kühlkörper 10 bzw. die darauf montierten Laserdiodenar rays 39.1, 39.2 und 39.3 so gestapelt und damit dimensioniert werden, wie dies im Rahmen der ersten Ausführungsform anhand der Fig. 1 erläutert wurde.Accordingly, the heat sink 10 or the laser diode arrays 39.1 , 39.2 and 39.3 mounted thereon can be stacked and thus dimensioned as was explained in the context of the first embodiment with reference to FIG. 1.

Durch die vorstehend beschriebenen Anordnungen kann der Abstand der Laserdi oden, in Fig. 1 mit h_DL bezeichnet und damit die Höhe der Wärmesenken größer gewählt werden als bei einer linearen Stapelanordnung, bei der die einzelnen Laserdiodenarrays 9 alle in einer gleichbleibenden Orientierung in Bezug auf die x-z-Ebe ne angeordnet sind. Dies ermöglicht die Verwendung von Wärmesenken mit besse ren mechanischen und Kühlungseigenschaften sowie eine einfacherer Fertigung und Montage. Außerdem können die Laserdiodenstapel mit höherer Positionierge nauigkeit der Laserdioden aufgebaut werden, und zwar im Vergleich zur linearen Stapelanordnung. Die Prismen- und Rechteckplatten können sehr dicht übereinan der mit geringem Abstand a (siehe Fig. 1) angeordnet werden. Dadurch verringern sich die Lücken in der Strahlenverteilung in einer Abbildungsebene, wo die Strah lung 4, in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 13 gesehen, zusammengeführt sind. Die zulässigen Toleranzen für die Abmessung der Abbildungsoptik verringern sich, da sich deren Abstand zueinander in einem Laserdiodenstapel etwa um den Faktor 3, entsprechend dem Anteil der Ebenen einer Einheit, vergrößert.Through the arrangements described above, the distance between the laser diodes, denoted in Fig. 1 with h _DL and thus the height of the heat sinks can be chosen larger than in a linear stack arrangement in which the individual laser diode arrays 9 are all in a constant orientation with respect to the xz plane are arranged. This enables the use of heat sinks with better mechanical and cooling properties as well as easier manufacture and assembly. In addition, the laser diode stack can be constructed with higher positioning accuracy of the laser diodes, in comparison to the linear stack arrangement. The prism and rectangular plates can be arranged very close to each other with a small distance a (see Fig. 1). This reduces the gaps in the beam distribution in an imaging plane, where the radiation 4 , viewed in the direction of the main radiation direction 13 , are brought together. The permissible tolerances for the dimensions of the imaging optics decrease because their distance from one another in a laser diode stack increases by a factor of 3, corresponding to the proportion of the levels of a unit.

Der Ausgangsstrahl der Gesamtanordnung weist durch die spezielle Strahladdition, neben der höheren Strahlungsleistung, zusätzlich auch eine höhere Symmetrie auf im Vergleich zu der stark unsymmetrischen Strahlverteilung der einzelnen Laserdi oden oder auch im Vergleich zu der Strahlverteilung linearer Stapelanordnungen. Dies ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine weitgehend symmetrische Geometrie aufweisen. Beispiele sind der Einsatz der Laserdiodenstrahlung zum optischen Pum pen von Festkörperlasern, insbesondere das longitudinale Pumpen entlang der La serstrahlachse und für Anwendungen in der Werkstoffbearbeitung. Die Anpassung der Strahlverteilung ermöglicht zum Beispiel beim optischen Pumpen einen höheren Wirkungsgrad der Laserstrahlerzeugung oder bei der Werkstoffbearbeitung eine hö here Effizienz der eingesetzten Laserleistung. The output beam of the overall arrangement shows through the special beam addition, in addition to the higher radiation power, also a higher symmetry compared to the highly asymmetrical beam distribution of the individual laser di ode or in comparison to the beam distribution of linear stack arrangements. This is advantageous for applications that have a largely symmetrical geometry exhibit. Examples are the use of laser diode radiation for the optical pump Pen of solid-state lasers, in particular the longitudinal pumping along the La axis and for applications in material processing. The adaptation the beam distribution enables a higher one, for example in optical pumps Efficiency of laser beam generation or in material processing a high efficiency of the laser power used.

Die höhere Strahlsymmetrie ist auch von Vorteil bei einer weiteren Strahlformung die dann durch einfachere rotationssymmetrische Elemente (zum Beispiel standardmä ßige Linsen) erfolgen kann. Im Fall der linearen Stapelanordnung sind bei rotations symmetrischen Elementen größere Elementdurchmesser (zum Beispiel Linsendurch messer) erforderlich, die zu größeren Abbildungsfehlern führen und höhere Kosten verursachen.The higher beam symmetry is also advantageous for further beam shaping then by simpler rotationally symmetrical elements (for example standard lenses) can be done. In the case of the linear stacking arrangement are rotations symmetrical elements larger element diameters (e.g. lens diameter knife) required, which lead to larger aberrations and higher costs cause.

Claims

1. Arrangement for shaping and guiding radiation from at least n straight laser diode arrays, the beam outlet openings of which run in a direction lying in the xz plane and whose beams are emitted by means of imaging optics in the xz plane and guided onto optical elements at a defined angle of incidence , where m optical elements in the y direction are stacked on top of one another, forming a unit, the x, y and z directions defining a rectangular coordinate system and n, m being positive, integers, characterized in that that at least m = (n - l) of the optical elements ( 1 , 3 , 6 ; 15 , 16 , 17 ; 22 , 23 , 24 , 25 ) are provided, where n ≧ 3 and l is the integer part of the quotient n / k is, the deflecting surfaces ( 6 ; 16 , 17 ; 22 , 23 ), projected onto a common plane in the xz plane, are oriented at an angle to one another that the at least three are in successive planes Laser diode arrays stacked in the y direction ( 9.1 , 9.2 , 9.3 ; 29.1 , 29.2 , 29.3 ) are combined to form a unit of k laser diode arrays, where k is a positive integer and 3 ≦ k ≦ n, and where the first laser diode array of the unit ( 9.1 ; 29.1 ; 39.1 ) has the first optical element ( 1 , 6 ; 15 , 17 ; 22 , 24 ) is assigned, the second laser diode array ( 9.3 ; 29.3 ; 39.3 ) the second optical element of the unit ( 3 , 6 ; 15 , 16 , 17 ; 22 , 23 , 24 , 25 ) is assigned and continues until the (k-1) th laser diode array is assigned the (k-1) th optical element and the elements ( 1 , 3 , 6 ; 15 , 16 , 17 ; 22 , 23 , 24 , 25 ) deflect the beams at the deflecting surfaces ( 6 ; 16 , 17 ; 22 , 23 ) in a substantially common beam direction ( 13 ), and the kth laser diode array ( 9.2 ; 29.2 ; 39.2 ) directly or through another optical element deflection-free in the direction of radiation from ( 13 ), so that the radiation components, at least in one of the imaging plane, to a substantially common Direction of radiation to be summarized, and that the sequence of levels with respect to the arrangement of the respective laser diode arrays ( 9.1 , 9.2 , 9.3 ; 29.1 , 29.2 , 29.3 ; 39.1 , 39.2 , 39.3 ) and their associated respective optical elements ( 1 , 3 , 6 ; 15 , 16 , 17 ; 22 , 23 , 24 , 25 ) in the y direction above and / or below the unit at more than k planes accordingly repeated the sequence of levels of unity.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the deflecting surfaces ( 6 ; 16 , 17 ; 23 , 22 ) are formed by the edges of prismatic plates ( 1 , 3 ; 15 ; 24 , 25 ).

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the prism plates ( 1 , 3 ; 15 ; 24 , 25 ) in the xz planes have the shape of a right-angled triangle.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the radiation deflecting surfaces ( 6 ; 16 , 17 ; 22 , 23 ) are formed by mirrored surfaces.

5. Arrangement for shaping and guiding radiation according to one of claims 1 to 4, characterized in that the radiation of the kth laser diode array ( 9.2 ; 29.2 ; 39.2 ) is guided through a free space ( 26 ) between two adjacent optical elements becomes.

6. Arrangement according to claim 1, characterized in that the radiation of the k-th laser diode array ( 9.2 ; 29.2 ; 39.2 ) passes through a rectangular plate ( 2 ).

7. Arrangement according to claim 4, characterized in that the optical elements ( 1 , 3 , 6 ; 15 , 16 , 17 ; 22 , 23 , 24 , 25 ) are formed from a block and the free spaces ( 26 ) by corresponding recesses are formed in the block.

8. Arrangement according to claim 1, characterized in that the optical elements ( 1 , 3 , 6 ; 15 , 16 , 17 ; 22 , 23 , 24 , 25 ) are each formed from one or more blocks and the radiation of the k- leads laser diode arrays ( 9.2 ; 29.2 ; 39.2 ) without deflection through a transmitting area.

9. Arrangement according to claim 1, characterized in that the deflecting surfaces ( 6 ; 16 , 17 ; 22 , 23 ) are oriented at an angle of approximately 90 ° to each other.