DE102008056128B4 - Optics for focusing diode laser radiation - Google Patents
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Abstract
Fokussieroptik (1) zum Fokussieren der Laserstrahlung (2) eines Diodenlasers (3), die sich in einer FA-Achse, in welcher die Laserstrahlung (2) schneller divergiert, und in einer dazu rechtwinkligen SA-Achse, in welcher die Laserstrahlung (2) langsamer divergiert, ausbreitet, umfassend:
– im Strahlengang der FA-Achse eine FA-Kollimationslinse (5) zum Kollimieren der von dem Diodenlaser (3) abgestrahlten Laserstrahlung (2) und eine FA-Fokussierlinse (6) zum Fokussieren der Laserstrahlung (2), und
– im Strahlengang der SA-Achse eine SA-Kollimationslinse (7) zum Kollimieren der von dem Diodenlaser (3) abgestrahlten Laserstrahlung (2) und eine SA-Fokussierlinse (8; 8') zum Fokussieren der Laserstrahlung (2), wobei der Abstand (d) zwischen der SA-Kollimationslinse (7) und der SA-Fokussierlinse (8; 8') um ein Mehrfaches größer als die Summe ihrer Brennweiten (F1, F3) ist,
– eine zwischen der SA-Kollimationslinse (7) und der SA-Fokussierlinse (8; 8') angeordnete Kreuzzylinderlinse (10), deren eine Zylinderlinse durch die FA-Fokussierlinse (6) gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die...Focusing optics (1) for focusing the laser radiation (2) of a diode laser (3) which diverges more rapidly in an FA axis in which the laser radiation (2) diverges, and in a SA axis perpendicular thereto, in which the laser radiation (2 ) diverges more slowly, propagates, comprising:
In the beam path of the FA axis, an FA collimating lens (5) for collimating the laser radiation (2) emitted by the diode laser (3) and an FA focusing lens (6) for focusing the laser radiation (2), and
In the beam path of the SA axis, an SA collimating lens (7) for collimating the laser radiation (2) emitted by the diode laser (3) and an SA focusing lens (8; 8 ') for focusing the laser radiation (2), the distance (d) between the SA collimating lens (7) and the SA focusing lens (8; 8 ') is several times larger than the sum of their focal lengths (F1, F3),
A cross cylindrical lens (10) disposed between said SA collimating lens (7) and said SA focusing lens (8; 8 '), one cylinder lens of which is formed by said FA focusing lens (6),
characterized,
that the...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fokussieroptik zum Fokussieren der Laserstrahlung eines Diodenlasers gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The The present invention relates to a focusing optics for focusing the laser radiation of a diode laser according to the preamble of claim 1.
Eine
derartige Fokussieroptik zum Fokussieren der Laserstrahlung eines
Diodenlasers ist beispielsweise aus der
Die Fokussierung der Laserstrahlung von Diodenlasern hoher Brillanz mit Polarisationskopplung auf Basis kurzbrennweitiger Mikrooptiken z. B. bei der Faserkopplung erfordert Propagationswege zwischen Kollimation und Fokussierung, die die Telezentriebedingung, also die 2F-Bedingung der idealen optischen Abbildung, um ein Mehrfaches überschreiten. Daher kommt es zu einem nicht eindeutig definierten Zusammenhang zwischen Objekt- und Bildgröße sowie der numerischen Apertur (NA) des Objekts und des Bildes und aufgrund der für Breitstreifenemitter typischen stark unterschiedlichen Strahlqualität von FA und SA-Achse zu einer Abweichung der Strahltaillenlage und der Brennebene.The Focusing the laser radiation of diode lasers of high brilliance with polarization coupling based on short-focal length micro-optics z. B. in the fiber coupling requires propagation paths between Collimation and focusing, the telecentricity condition, ie exceed the 2F condition of the ideal optical image by a multiple. Therefore there is an ambiguity between Object and image size as well the numerical aperture (NA) of the object and the image and due the for Wide strip emitter typical of very different beam quality from FA and SA axis too a deviation of the Strahltaillenlage and the focal plane.
Die
meisten Halbleiterstrahlquellen besitzen eine unterschiedliche Divergenz
entlang FA- und SA-Achse und sind astigmatisch. Der Astigmatismus führt vor
allem bei der Einkopplung des Laserlichts in eine optische Faser
aufgrund des „großen” elliptischen
Laserflecks und des kleinen Faserkerns zu einer schlechten Einkopplungseffizienz.
Um diese Einkopplungseffizienz zu steigern, wird in der
Bekannte Fokussier- bzw. Einkoppeloptiken beispielsweise zum Einkoppeln der Laserstrahlung eines Diodenlasers umfassen eine Kollimationslinse mit einer Brennweite in der SA-Richtung und einer Brennweite in der FA-Richtung sowie eine rotationssymmetrische Fokussierlinse mit einer Brennweite. Bei diesem Aufbau überschreiten die erforderlichen Propagationswege zwischen Kollimation und Fokussierung die 2F-Bedingung der idealen optischen Abbildung um ein Mehrfaches, so dass es aufgrund der stark unterschiedlichen Strahlqualität von FA- und SA-Achse zu einer von der Brennebene abweichenden Strahltaillenlage für die SA-Achse kommt. Außerdem besteht kein Zusammenhang zwischen der Objekt- und Bildgröße, sowie Objekt-NA und Bild-NA.Known Focusing or coupling optics, for example for coupling the Laser radiation of a diode laser comprise a collimating lens with a focal length in the SA direction and a focal length in the FA direction and a rotationally symmetrical focusing lens with a focal length. In this construction, the required propagation paths exceed between collimation and focusing the 2F condition of ideal optical figure by a multiple, making it strong due to different beam quality from FA and SA axis comes to a deviating from the focal plane jet waist position for the SA axis. There is also no correlation between the object and image size, as well Object NA and Image NA.
Es
ist bekannt, diese Abweichung der SA-Strahltaillenlage zur Brennebene
mithilfe von zwei zusätzlichen
Linsen, wie es z. B. in der
Aus
der eingangs genannten
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Abweichung der SA-Strahltaillenlage zur Brennebene auf einfache und kostengünstige Weise zu korrigieren und einen eindeutig definierten Zusammenhang zwischen Bildgröße/-NA und Objektgröße/-NA herzustellen.In contrast, is it is the object of the present invention, the deviation of the SA-Strahltaillenlage to rectify the focal plane in a simple and cost-effective manner and a clearly defined relationship between image size / NA and Object size / -NA to produce.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Fokussieroptik zum Fokussieren der Laserstrahlung eines Diodenlasers mit den Merkmalen von Anspruch 1 Bevorzugt entspricht der Abstand zwischen der SA-Kollimationslinse und der Kreuzzylinderlinse zumindest nahezu der Summe ihrer Brennweiten in der SA-Achse und der Abstand zwischen der Kreuzzylinderlinse und der SA-Fokussierlinse zumindest nahezu der Summe ihrer Brennweiten in der SA-Achse.These The object is achieved by a focusing optics for focusing the laser radiation of a diode laser with the features of claim 1 Preferably corresponds to the distance between the SA collimating lens and the Kreuzzylinderlinse at least almost the sum of their focal lengths in the SA axis and the distance between the cross cylinder lens and the SA focusing lens at least nearly the sum of their focal lengths in the SA axis.
Durch eine minimale Anzahl optischer Elemente und die Einhaltung der Telezentriebedingung der optischen Abbildung ermöglicht die erfindungsgemäße Fokussieroptik eine verbesserte Faserkopplung oder Fokussierung auf weitere Elemente zur Strahlpropagation sowie eine Verringerung von Produktionskosten durch Verwendung einer Kreuzzylinderlinse anstelle von zwei separaten Linsen. Bei diesem Dreilinsenansatz wird mittels der weiteren SA-Kollimationslinse die Winkelverteilung der SA-Achse auf die Fokussierebene abgebildet.By a minimum number of optical elements and compliance with the telecentricity condition of the optical picture allows the focusing optics according to the invention improved fiber coupling or focusing on other elements for beam propagation as well as a reduction of production costs by using a cross cylinder lens instead of two separate ones Lenses. In this three-lens approach is by means of another SA collimating lens the angular distribution of the SA axis is shown on the focusing plane.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fokussieroptik ist die SA-Fokussierlinse durch eine Zylinderlinse gebildet. Die weitere SA-Kollimationslinse ist direkt in die Fokussierung der FA-Achse integriert und als Kreuzzylinderlinse mit unterschiedlicher optischen Wirkung in der Fa- und SA-Achse ausgebildet.In a preferred embodiment the focusing optics invention the SA focusing lens is formed by a cylindrical lens. The Another SA collimating lens is directly in the focus of FA axis integrated and as a cross cylinder lens with different formed optical effect in the Fa- and SA-axis.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fokussieroptik ist die SA-Fokussierlinse durch eine rotationssymmetrische Fokussierlinse gebildet und im FA-Strahlengang zwischen der FA-Fokussierlinse und der rotationssymmetrischen Fokussierlinse eine FA-Zerstreuungslinse vorgesehen. In diesem Fall ist die weitere SA-Kollimationslinse in die erste Zylinderlinse des FA-Teleskops, nämlich in die FA-Fokussierlinse, integriert, welche als Kreuzzylinderlinse ausgebildet ist In another preferred embodiment of the focusing optics according to the invention, the SA focusing lens is formed by a rotationally symmetrical focusing lens and an FA diverging lens is provided in the FA beam path between the FA focusing lens and the rotationally symmetrical focusing lens. In this case, the further SA-col limational lens in the first cylindrical lens of the FA telescope, namely in the FA focusing lens, integrated, which is designed as a cross cylinder lens
Die erfindungsgemäße Fokussieroptik dient vorzugsweise als Einkoppeloptik zum Einkoppeln der Laserstrahlung des Diodenlasers in eine Faser, wobei in diesem Fall die FA-Fokussierlinse und die SA-Fokussierlinse zum Einkoppeln der Laserstrahlung in die Faser ausgebildet sind.The Focusing optics according to the invention preferably serves as a coupling optics for coupling the laser radiation of the diode laser into a fiber, in which case the FA focusing lens and the SA focusing lens for coupling the laser radiation into the Fiber are formed.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further Advantages of the invention will become apparent from the claims, the Description and the drawing. Likewise, the above and the ones listed further below Characteristics each for themselves or to several in any combination use. The embodiments shown and described are not as final list too but rather have an exemplary character for the description the invention.
Es zeigen:It demonstrate:
Einkoppeloptik zum Einkoppeln der Laserstrahlung eines Diodenlasers in eine Faser, wobei oben der FA-Strahlengang und unten der SA-Strahlengang gezeigt ist; undcoupling optics for coupling the laser radiation of a diode laser into a fiber, wherein the top of the FA beam path and below the SA beam path is shown; and
Die
in
Im
Strahlengang der FA-Achse sind eine FA-Kollimationszylinderlinse
Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
weist der Diodenlaser
Im
SA-Strahlengang ist zwischen SA-Kollimationszylinderlinse
Die
Position der Kreuzzylinderlinse
Weiterhin
liegt in der SA-Achse die Strahltaille der Laserstrahlung
Von
der Einkoppeloptik der
Aufgrund
der eindeutig definierten Winkelverteilung bei bestimmter Emittergröße wird
auch bei mehreren Emittern eine Berechnung der jeweiligen Emitterbreiten
bzw. Emitterbreitenverteilung zur idealen Einkopplung in eine Faser
Claims (6)
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