DE102007002498A1

DE102007002498A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlen

Info

Publication number: DE102007002498A1
Application number: DE102007002498A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hafner
Original assignee: Arctos Showlasertechnik GmbH
Current assignee: Arctos Showlasertechnik GmbH
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2008-01-31

Abstract

Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Laserlicht soll möglichst preiswert herstellbar und betreibbar, technisch möglichst einfach und zudem flexibel nutzbar und ihr Laserstrahl für Showzwecke geeignet sein. Dazu weist sie eine Mehrzahl von Laserdioden (2) auf, die jeweils einen Einzelstrahl (4) erzeugen und die zu einer Anzahl von Laserdiodengruppen (3) zusammengefasst sind. Sie weist weiter Umlenkspiegel (5) auf, wobei innerhalb einer Laserdiodengruppe (3) die Umlenkspiegel (5) derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass die umgelenkten Einzelstrahlen (4) der Laserdiodengruppe (3) parallel und so eng zueinander geführt sind, dass sie einen Gruppenstrahl (7) bilden. Ferner weist sie Vorrichtungen zur Kombination von Gruppenstrahlen (7) zu einem ersten und einem zweiten Teilstrahl (8, 12) auf, wobei der erste und der zweite Teilstrahl (8, 12) linear polarisiert sind und die gleiche Polarisationsrichtung aufweisen, und eine Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsrichtung des zweiten Teilstrahls (12) um 90° sowie einen Polwürfel zur Zusammenführung des ersten Teilstrahls (8) mit dem zweiten Teilstrahl (12) zu einem Gesamtstrahl (16).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls mit der mehrfachen Leistung einer Halbleiterlaserdiode, insbesondere eines zu Showzwecken eingesetzten Laserstrahls. Sie betrifft weiter ein Verfahren zur Erzeugung eines solchen Laserstrahls.
Im Stand der Technik sind so genannte DPSS-Laser bekannt, die einen hohen Energieverbrauch aufweisen. Diese Laser haben ein Strahlungsmaximum bei einer Wellenlänge von ca. 671 Nanometern. Diese Wellenlänge befindet sich nahe am Infrarotbereich des Lichtspektrums, so dass für das Auge sichtbares Licht mit einem solchen Laser nur mit einer hohen Leistung erzeugt werden kann. Die US 6 687 271 veranschaulicht, wie man einen solchen Laser mit hoher Leistungsdichte betreiben kann.
Die DE 200 10 309 U1 , die WO 03/098758 A1 und die WO 98/13910 beschreiben Diodenlaseranordnungen, mit der die Laserstrahlen aus mehreren Diodenlasern koaxial überlagert werden können. Dabei ist nachteilig, dass bei der koaxialen Überlagerung der Laserstrahlen durch dichroitische Spiegel Leistung verloren geht, insbesondere, wenn die Laserstrahlen durch Mischung schon nicht mehr monochromatisch sind.
In der US 5 463 534 wird ein optisches System zur Erzeugung einer Lichtquelle beschrieben, bei dem mehrere Laserstrahlen kombiniert werden. Dazu wird eine verhältnismäßig aufwendige Optik mit mehreren anamorphen Prismen verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine technisch möglichst einfache Vorrichtung zur Erzeugung von Laserlicht bereitzustellen, die preiswert herstellbar und betreibbar und zudem flexibel nutzbar ist und deren Laserstrahl speziell für Showzwecke geeignet ist.
Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung eines Laserstrahls bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls weist eine Mehrzahl von Laserdioden, die jeweils einen Einzelstrahl erzeugen und die zu einer Anzahl von Laserdiodengruppen zusammengefasst sind, auf. Die Vorrichtung umfasst mindestens zwei solche Laserdiodengruppen. Jeder Laserdiode ist ein Umlenkspiegel zugeordnet, wobei innerhalb einer Laserdiodengruppe die Umlenkspiegel derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass die umgelenkten Einzelstrahlen der Laserdiodengruppe parallel und so eng zueinander geführt sind, dass sie einen Gruppenstrahl bilden.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens zwei Laserdiodengruppen umfasst, erzeugt sie auch mindestens zwei Gruppenstrahlen. Die Gruppenstrahlen können mit einer dafür vorgesehenen Vorrichtung zu einem ersten und einem zweiten Teilstrahl kombiniert werden. Falls die Vorrichtung nur zwei Laserdioden gruppen umfasst, entsprechen die beiden Gruppenstrahlen bereits den beiden Teilstrahlen.
Da Laserdioden Licht erzeugen, das weitgehend linear, und zwar parallel zur aktiven Zone der Diode, polarisiert ist, sind der erste und der zweite Teilstrahl jeweils beide horizontal oder beide vertikal polarisiert.
Es ist daher weiter eine Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsrichtung des zweiten Teilstrahls um 90 Grad vorgesehen, so dass ein gedrehter Teilstrahl entsteht. Da die beiden Teilstrahlen, der erste Teilstrahl und der zweite, nunmehr in seiner Polarisation gedrehte Teilstrahl unterschiedliche Polarisationen aufweisen, wobei ein Teilstrahl beispielsweise vertikal und der andere horizontal polarisiert ist, ist ein Polwürfel zur Zusammenführung des ersten Teilstrahls mit dem gedrehten zweiten Teilstrahl zu einem Gesamtstrahl vorgesehen.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine besonders preiswert herstellbare und betreibbare und gleichzeitig besonders flexible Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls die Strahlung einer Mehrzahl von Laserdioden kombinieren sollte. Durch die Kombination der Strahlung vieler Laserdioden lässt sich ein Laserstrahl hoher Leistung einfach und preiswert erzeugen. Bei Ausfall einer oder mehrere Laserdioden können diese schnell und einfach ersetzt werden. Die Vorrichtung ist somit einfach wart- und reparierbar. Zudem lassen sich durch die Mischung von Laserstrahlen verschiedener Wellenlänge Strahlen mit ganz unterschiedlicher Farbwirkung für das menschliche Auge erzeugen. Dies ist insbesondere für Vorrichtungen zur Erzeugung von Laserstrahlen für Showzwecke wie beispielsweise in Diskotheken wichtig, wo Strahlen oder Bilder auf Oberflächen oder in einen mit Rauch oder Dampf gefüllten Raum projiziert werden.
Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung sollten also möglichst nicht technisch aufwendig und somit teuer sein. Laserdioden können in verschiedenen Farben und Leistungsklassen erworben und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden.
Dabei kommt der Kombination ihrer Einzelstrahlen zu einem Gesamtlaserstrahl eine für die Strahlleistung der Vorrichtung wichtige Bedeutung zu. Da bei der Verwendung teildurchlässiger Spiegel zur koaxialen Überlagerung von Strahlen Leistung verloren geht und solche Spiegel zudem teuer sind, geht die Erfindung einen anderen Weg. Zunächst werden die Einzelstrahlen der Laserdioden einer Laserdiodengruppe nebeneinander gelegt und somit einander höchstens teilweise überlagert. Dazu sind lediglich Umlenkspiegel erforderlich, die in geschickter Weise so aufgebaut werden, dass die umgelenkten Einzelstrahlen parallel und dicht beieinander liegen und einen Gruppenstrahl bilden.
Sollte dies erforderlich sein, können jedoch mehrere Gruppenstrahlen mit Hilfe eines Spiegels zu einem ersten und einem zweiten Teilstrahl kombiniert werden. Dazu wird dann nur eine geringe Anzahl solcher Spiegel benötigt. Sind nur zwei Laserdiodengruppen vorhanden, entsprechen die beiden resultierenden Gruppenstrahlen ohnehin den beiden erforderlichen Teilstrahlen.
Zur Überlagerung der beiden Teilstrahlen wird ein Polarisationswürfel, auch Polwürfel genannt, eingesetzt, der aus zwei miteinander verkitteten Rechtwinkelprismen mit einer dielektrischen Vielfachschicht besteht. Er kombiniert zwei linear polarisierte Teilstrahlen mit gegeneinander um 90 Grad verdrehten Polarisationsrichtungen zu einem unpolarisierten Gesamtstrahl. Ein solcher Polwürfel hat den Vorteil, dass er im Gegensatz zu einem dichroitischen Spiegel breitbandig eingesetzt werden kann, so dass die Teilstrahlen nicht monochromatisch und auch nicht näherungsweise monochromatisch sein müssen.
Damit der Polwürfel bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden kann, müssen zunächst zwei linear polarisierte Teilstrahlen mit gegeneinander um 90 Grad verdrehten Polarisationsrichtungen vorliegen. Da die Laserdioden alle linear polarisiertes Licht derselben Polarisationsrichtung aussenden, muss die Polarisation eines Teilstrahls vor dem Zusammenführen zu einem Gesamtstrahl um 90 Grad_. gedreht werden. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, einen Teil der Laserdioden um 90 Grad zu drehen, also auf die Seite zu kippen. Um einen solchen Aufbau jedoch stabil zu gestalten, ist ein erheblicher Justageaufwand und Montageaufwand erforderlich.
Daher wird die Polarisationsrichtung des zweiten Teilstrahls vor dem Zusammenführen gedreht. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten: Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird für diese Polarisationsdrehung ein λ/2-Plättchen eingesetzt, das die Eigenschaft hat, die Polarisationsrichtung von linear polarisiertem Licht um 90 Grad zu drehen.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ein Spiegelsystem zur Drehung der Polarisationsrichtung vorgesehen. Dieses Spiegelsystem kann beispielsweise aus zwei Spie geln bestehen, die speziell zueinander ausgerichtet sind, wobei der erste Spiegel den zu drehenden zweiten Teilstrahl beispielsweise senkrecht nach oben ablenkt, während der zweite Spiegel ihn wieder in die Waagerechte nach Z + 90° umlenkt. Mit einer solchen Anordnung lässt sich eine Drehung der Polarisationsrichtung um 90 Grad erzielen.
Die Laserdioden können entweder alle Licht der gleichen Wellenlänge aussenden, wobei mit "der gleichen Wellenlänge" gemeint ist, dass ihr Wellenlängenmaximum bei der gleichen Wellenlänge liegt.
Es können jedoch auch Laserdioden verwendet werden, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen aussenden.
Beispielsweise kann eine Anzahl der Laserdioden als Laserdioden ausgebildet sind, deren Substrat die Elemente P, In, Ga und/oder Al aufweist und die "rotes" Licht mit einer Wellenlänge von ca. 652 nm bis ca. 664 nm, vorzugsweise von ca. 654 nm bis ca. 662 nm mit einem Maximum vorzugsweise bei 658 nm erzeugen.
Es können auch Laserdioden zum Einsatz kommen, die "blaues" Licht mit einer Wellenlänge von ca. 401 nm bis ca. 480 nm mit einem Maximum in der Wellenlänge bei vorzugsweise ca. 445 nm erzeugen, oder die "grünes" Licht mit einer Wellenlänge von ca. 505 nm bis ca. 555 nm, vorzugsweise von ca. 520 nm bis ca. 544 nm mit einem Maximum in der Wellenlänge bei vorzugsweise ca. 532 nm erzeugen.
Typischerweise ist es erforderlich, die Einzel-, Gruppen- und Teilstrahlen oder zumindest den Gesamtstrahl zu kollimieren, also zu sammeln und seinen Strahlquerschnitt zu verringern, um eine größere Leistungsdichte zu erzielen. Zur Kollimation des ersten und zweiten Teilstrahls und/oder des Gesamtstrahls ist daher vorteilhafterweise ein Kollimator vorgesehen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung eines Laserstrahls weist folgende Schritte auf: Zunächst wird eine Mehrzahl von Einzelstrahlen durch eine Mehrzahl von Laserdioden erzeugt. Anschließend werden die Einzelstrahlen mehrerer Laserdioden, die eine Laserdiodengruppe bilden, mit Hilfe von Umlenkspiegeln zu einem Gruppenstrahl zusammengeführt, wobei innerhalb einer Laserdiodengruppe die Umlenkspiegel derart angeordnet und ausgerichtet werden, dass die umgelenkten Einzelstrahlen der Laserdiodengruppe parallel und so eng zueinander geführt sind, dass sie einen Gruppenstrahl bilden.
Mehrere Gruppenstrahlen werden dann zu einem ersten und einem zweiten Teilstrahl kombiniert, wobei der erste und der zweite Teilstrahl jeweils beide horizontal oder beide vertikal polarisiert sind. Bevor der erste und der zweite Teilstrahl mit Hilfe eines Polwürfels zu einem Gesamtstrahl zusammengeführt wird, wird die Polarisationsrichtung des zweiten Teilstrahls um 90 Grad gedreht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren haben den Vorteil, dass sie es erlauben, aus sehr einfachen und preiswerten Komponenten einen Laserstrahl verhältnismäßig hoher Leistung zu erzeugen, dessen Eigenschaften wie Farbe und Strahlquerschnitt flexibel verändert werden können und der deshalb beispielsweise für Showzwecke sehr gut geeignet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlen;
2 zeigt Strahlprofile der Laserstrahlen gemäß 1;
3 zeigt ein Spiegelsystem zur Polarisationsdrehung.
Die Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Laserstrahlen gemäß 1 weist eine Mehrzahl von Laserdioden 2 auf. Sämtliche Laserdioden 2 können Strahlung der gleichen Wellenlänge aussenden, es ist jedoch auch möglich, Laserdioden 2, die Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge aussenden, in der Vorrichtung 1 zu kombinieren und ihre Strahlen zu mischen. Am besten sieht man aber einen dichroitischen Farbfilter vor, um die Qualität des Strahlprofils nicht zu verschlechtern.
Die Laserdioden 2 sind zu mehreren Laserdiodengruppen 3 zusammengefasst. Bei der Ausführungsform gemäß 1 sind insgesamt 16 Laserdioden 2 vorgesehen, die zu vier Laserdiodengruppen 3 zusammengefasst sind. Die vier Laserdiodengruppen 3 wiederum bilden zwei Teilvorrichtungen, nämlich die erste Teilvorrichtung 17 und die zweite Teilvorrichtung 18. Es ist jedoch auch denkbar, mehr oder weniger Laserdioden 2 innerhalb einer Laserdiodengruppe 3 vorzusehzu innerhalb einer Teilvorrichtung zusammenzufassen. Es ist lediglich zweckmäßig bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insgesamt zwei Teilvorrichtungen vorzusehen.
Jede Laserdiode 2 erzeugt einen Laserstrahl, den Einzelstrahl 4. Dieser Einzelstrahl ist aufgrund der Charakteristik der Laserdiode 2 weitgehend linear polarisiert, beispielsweise horizontal polarisiert. Der Einzelstrahl 4 verlässt die Laserdiode und trifft auf einen Umlenkspiegel 5, der ihn umlenkt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die Umlenkspiegel 5 so angeordnet, dass sie die Einzelstrahlen gerade in einem rechten Winkel umlenken. Es ist jedoch selbstverständlich möglich, hierfür je nach vorhandenem Platz für die Vorrichtung 1 auch eine andere Anordnung zu wählen.
Dabei sind benachbarte Umlenkspiegel derart angeordnet, dass ein umgelenkter Einzelstrahl 6 gerade an der Kante des in Strahlrichtung nächsten Umlenkspiegels 5 vorbeistreicht. Auf diese Weise wird erreicht, dass alle Einzelstrahlen 4 einer Laserdiodengruppe 3 parallel und möglichst dicht nebeneinander gelegt werden, um einen Gruppenstrahl 7 zu bilden. Der Gruppenstrahl 7 wird demnach nicht durch koaxiale Kombination der Einzelstrahlen 4, sondern durch Nebeneinanderlegen derselben erzeugt.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind pro Teilvorrichtung zwei Laserdiodengruppen 3 vorgesehen. Somit ergeben sich pro Teilvorrichtung auch zwei Gruppenstrahlen 7. Um diese zu einem Teilstrahl zu kombinieren, ist ein weiterer Umlenkspiegel 19 vorgesehen, der den einen Gruppenstrahl 7 so umlenkt, dass dieser mit dem anderen Gruppenstrahl 7 beispielsweise mit Hilfe eines Spiegels 9 zu einem Teilstrahl kombiniert werden kann. Auf diese Weise erzeugt die erste Teilvorrichtung 17 einen ersten Teilstrahl 8 und die zweite Teilvorrichtung 18 einen zweiten Teilstrahl 12.
Die beiden Laserdiodengruppen 3 der Teilvorrichtungen 17, 18 sind jeweils zueinander höhenversetzt. Das hat den Vorteil, dass die beiden Gruppenstrahlen 7 auf sehr einfache Weise miteinander zu einem Teilstrahl kombiniert werden können, ohne das Leistung verloren geht. Vorteilhafterweise sind die Laserdiodengruppen einer Teilvorrichtung höhenversetzt zueinander angeordnet, so dass die durch sie erzeugten Laserstrahlen zwar in zueinander parallelen Ebenen liegen, jedoch um eine Versatzstrecke höhenversetzt gegeneinander sind. Dadurch können die Gruppenstrahlen sehr einfach kombiniert werden: es ist ein Spiegel 9 vorgesehen, der einen der Gruppenstrahlen 7 umlenkt, während der andere gerade über den Spiegel 9 hinwegstreicht. Die Versatzstrecke bzw. die Anordnung des Spiegels 9 müssen also so gewählt sein, dass ein knappes Hinwegstreichen des einen Gruppenstrahls über den Spiegel 9 gerade möglich ist. Bei dieser Art der Kombination der Gruppenstrahlen zu einem Teilstrahl geht im Gegensatz zur Verwendung von Strahlteilern keine Leistung verloren.
Meist ist es wünschenswert, eine Laserstrahl hoher Intensität und mit geringem Strahlquerschnitt und insbesondere mit geringer Divergenz zu erzeugen. Dazu sind Kollimatoren 10 als Sammel- und Bündeleinheiten vorgesehen. Dabei kann entweder nur ein einziger Kollimator so angeordnet sein, dass er den endgültigen Laserstahl 16 kollimiert, es können jedoch auch die Einzel-, Gruppen- und/oder Teilstrahlen kollimiert werden.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind zwei Kollimatoren 10 jeweils für die beiden Teilstrahlen vorgesehen. Auf diese Weise sind bereits die beiden Teilstrahlen kollimiert, so dass zur Nutzung des Polwürfels 15 kein zu großer Justageaufwand notwendig ist. Andererseits werden aber lediglich zwei Kollimatoren 10 benötigt und nicht mehr, wie es der Fall wäre, wenn bereits die Einzel- oder Gruppenstrahlen kollimiert würden. Somit ist ein verhältnismäßig kompakter Aufbau der Vorrichtung 1 ohne überflüssige Komponenten möglich.
Dies wäre auch mit einem einzigen Kollimator möglich, der sich nach dem Polwürfel 15 befindet. Allerdings ist ein großer Polwürfel 15 teurer als zwei Kollimatoren. Der in 1 dargestellte Polwürfel 15 kann auch sehr viel kleiner ausfallen als dort gezeigt.
Die beiden kollimierten Teilstrahlen 8, 12 werden mit Hilfe eines Polwürfels 15 zu einem Gesamtstrahl 16 kombiniert. Der Polwürfel 15 ermöglicht eine einfache koaxiale Kombination der beiden Teilstrahlen und erzeugt zudem bei gleich intensiven Teilstrahlen einen Gesamtstrahl mit gleichen Anteilen an horizontaler und vertikaler Polarisation.
Um jedoch die Eigenschaften des Polwürfels 15 nutzen zu können, müssen die beiden Teilstrahlen 8, 12 unterschiedliche Polarisationsrichtungen aufweisen. Da alle Einzelstrahlen in diesem Ausführungsbeispiel horizontal polarisiert sind, sind auch die Teilstrahlen 8, 12 horizontal polarisiert. Es ist daher notwendig, die Polarisation eines der Teilstrahlen 8, 12 vor der Kombination um 90 Grad zu drehen.
Dazu ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 eine Vorrichtung 13 zur Polarisationsdrehung vorgesehen. Diese Vorrichtung 13 kann beispielsweise ein λ/2-Plättchen sein. Es ist jedoch auch möglich, die Polarisationsdrehung durch ein geeignetes Spiegelsystem vorzunehmen. Die Vorrichtung 13 erzeugt aus dem zweiten Teilstrahl 12 mit horizontaler Polarisation einen Teilstrahl 14 mit vertikaler Polarisation. Dieser kann nun problemlos mit dem ersten Teilstrahl 11 im Polwürfel 15 zu einem Gesamtstrahl 16 kombiniert werden.
Die 2A bis 2D zeigen Querschnitte durch Strahlprofile der Laserstrahlen entlang den Schnittlinien A-A, B-B, C-C und D-D aus 1 für den Fall, dass zur Polarisationsdrehung des zweiten Teilstrahls das Spiegelsystem gemäß 3 eingesetzt wird. Die Strahlprofile C-C und D-D für den Fall, dass die Polarisationsrichtung mit Hilfe eines λ/2-Plättchens vorgenommen wird, sind in den 2E und 2F dargestellt.
2A zeigt ein Strahlprofil des Gruppenstrahls 7. Dieser Gruppenstrahl 7 setzt sich aus vier Einzelstrahlen zusammen, die jeweils aufgrund ihrer Erzeugung durch die Laserdioden 2 einen etwa elliptischen Querschnitt aufweisen und die mit Hilfe der Umlenkspiegel 7 parallel und dicht nebeneinander gelegt sind.
2B zeigt das Strahlprofil eines kollimierten Teilstrahls 11, 2C das des kollimierten und durch das Spiegelsystem 25 gedrehten zweiten Teilstrahls 14. Der Gesamtstrahl 16, dessen Strahlprofil die 2D zeigt, entsteht aus der Zusammenführung des ersten und des zweiten Teilstrahls. Sein Strahlprofil ist deshalb im Wesentlichen eine Addition der Strahlprofile aus den 2B und 2C.
2E zeigt das Strahlprofil des kollimierten und durch ein λ/2-Plättchen gedrehten zweiten Teilstrahls 14. Das λ/2-Plättchen dreht dabei im Gegensatz zu dem Spiegelsystem nur die Polarisationsrichtung, nicht aber das Strahlprofil.
Das Spiegelsystem 25 zur Polarisationsdrehung gemäß 3 umfasst einen ersten Spiegel 21 und einen zweiten Spiegel 23. Ein einkommender Strahl 20, der eine horizontale Polarisation aufweist und horizontal in x-Richtung einfällt, wird durch den ersten Spiegel 21 in einem rechten Winkel abgelenkt. Der abgelenkte Strahl 22 fällt in z-Richtung auf den zweiten Spiegel 23 ein und wird von diesem wiederum abgelenkt, so dass der zweifach abgelenkte Strahl 23 in y-Richtung orientiert ist.
An dem ersten Spiegel 21 wird die Polarisationsrichtung des einfallenden Strahls 20 nicht gedreht, an dem zweiten Spiegel 23 jedoch wird sie um 90 Grad gedreht, so dass aus der horizontalen Polarisation eine vertikale wird. Der resultierende Strahl 24 weist also gegenüber dem einfallenden Strahl 20 eine um 90 Grad gedrehte Polarisationsrichtung auf. Zudem wird das Strahlprofil an dem zweiten Spiegel 23 ebenfalls um 90 Grad gedreht.
Bei Einsatz dieses oder eines ähnlichen Spiegelsystems 25 in der Vorrichtung 1 gemäß 1 ist es möglich, die Polarisation des zweiten Teilstrahls 12 um 90 Grad zu drehen, so dass zur Kombination beider Teilstrahlen 8, 12 die Eigenschaften des Polwürfels 15 genutzt werden können. es ist zudem vorteilhaft, dass die Profile der nebeneinandergelegten Einzelstrahlen 4, die letztlich den zweiten Teilstrahl 12 bilden, ebenfalls um 90 Grad gedreht werden, da auf diese Weise ein homogenerer Gesamtstrahl 16 resultiert.
Insgesamt benötigt das Spiegelsystem 25 zur Polarisationsdrehung typischerweise etwas mehr Platz als der Aufbau bei Verwendung eines λ/2-Plättchens. Es muss zudem der Tatsache Rechnung getragen werden, dass der zweifach umgelenkte Strahl 24 gemäß 3 in einer anderen Ebene liegt als der Ausgangsstrahl, wobei die beiden Ebenen gegeneinander um den Abstand a parallelverschoben sind. Der Ausgleich dieses Höhenunterschieds kann jedoch auf einfache Weise beispielsweise dadurch erfolgen, dass die zweite Teilvorrichtung 18 schon in einer anderen Höhe aufgebaut werden kann als die erste Teilvorrichtung 17. Dies bringt auch den Vorteil mit sich, dass der vorhandene Platz durch die Verteilung der gesamten Vorrichtung auf zwei Ebenen besser genutzt werden kann.
Zur Verdeutlichung der Darstellungen in 2 und in 3 ist noch folgendes hervorzuheben. Die Darstellung in 2C und 2D bezieht sich auf die Verwendung des in 3 gezeigten Spiegelsystems. Wenn statt dessen ein λ/2-Plättchens bzw. Waveplate verwendet wird, dann wird zwar die Polarisationsrichtung geändert, aber nicht das Strahlprofil. Die Einzelstrahlen überlagern sich dann nicht kreuzweise wie in 2D gezeigt, sondern die Einzelstrahlen liegen aufeinander, ggf. etwas zueinander verschoben, so dass sich trotz einer kreuzweisen Polarisation der Einzelstrahlen eine Strahlform ergibt, die denjenigen in den 2A, 2B, 2E oder 2F entspricht.
Schließlich sei noch erwähnt, dass die in 1 gezeigten Laserdioden 2 auch jeweils mit einem integrierten Kollimator ausgeführt sein können. Dann kann man je nach Einsatzzweck auch auf einen Kollimator im weiteren Strahlengang verzichten.

1: Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls
2: Laserdiode
3: Laserdiodengruppe
4: Einzelstrahl
5: Umlenkspiegel
6: umgelenkter Einzelstrahl
7: Gruppenstrahl
8: erster Teilstrahl
9: Spiegel
10: Kollimator
11: kollimierter erster Teilstrahl
12: zweiter Teilstrahl
13: Vorrichtung zur Polarisationsdrehung
14: polarisationsgedrehter zweiter Teilstrahl
15: Polwürfel
16: Gesamtstrahl
17: erste Teilvorrichtung
18: zweite Teilvorrichtung
19: weiterer Umlenkspiegel
20: einfallender Strahl
21: erster Spiegel
22: umgelenkter Strahl
23: zweiter Spiegel
24: zweifach umgelenkter Strahl
25: Spiegelsystem
a: Abstand

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls, die folgende Merkmale aufweist: – eine Mehrzahl von Laserdioden (2), die jeweils einen Einzelstrahl (4) erzeugen und die zu einer Anzahl von Laserdiodengruppen (3) zusammengefasst sind, wobei die Vorrichtung mindestens zwei Laserdiodengruppen (3) aufweist; – eine Anzahl von Umlenkspiegeln (5), wobei zumindest jeder Laserdiode (2) ein Umlenkspiegel (5) zugeordnet ist und wobei innerhalb einer Laserdiodengruppe (3) die Umlenkspiegel (5) derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass die umgelenkten Einzelstrahlen (4) der Laserdiodengruppe (3) parallel und so eng zueinander geführt sind, dass sie einen Gruppenstrahl (7) bilden; – Vorrichtungen zur Kombination von Gruppenstrahlen (7) zu einem ersten und einem zweiten Teilstrahl (8, 12), wobei der erste und der zweite Teilstrahl (8, 12) linear polarisiert sind und die gleiche Polarisationsrichtung aufweisen; – eine Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsrichtung des zweiten Teilstrahls (12) um 90 Grad; – einen Polwürfel zur Zusammenführung des ersten Teilstrahls (8) mit dem zweiten Teilstrahl (12) zu einem Gesamtstrahl (16).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Laserdioden (2) Licht der gleichen Wellenlänge aussenden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdioden (2) Licht unterschiedlicher Wellenlängen aussenden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) als Laserdioden ausgebildet sind, deren Substrat die Elemente P, In, Ga und/oder Al aufweist und die Licht mit einer Wellenlänge von ca. 652 nm bis ca. 664 nm erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einer Wellenlänge von ca. 654 nm bis ca. 662 nm erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einem Maximum in der Wellenlänge bei ca. 658 nm erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einer Wellenlänge von ca. 401 nm bis ca. 480 nm erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einem Maximum in der Wellenlänge bei ca. 445 nm erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einer Wellenlänge von ca. 505 nm bis ca. 555 nm erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einer Wellenlänge von ca. 520 nm bis ca. 544 nm erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einem Maximum in der Wellenlänge bei ca. 532 nm erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kombination der Gruppenstrahlen (7) zum ersten und/oder zweiten Teilstrahl (8, 12) ein Spiegel (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiodengruppen (3) einer Teilvorrichtung (17, 18) höhenversetzt zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Drehung der Polarisationsrichtung des zweiten Teilstrahls (12) ein λ/2-Plättchen vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Drehung der Polarisationsrichtung des zweiten Teilstrahls (12) ein Spiegelsystem (25) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kollimation des ersten und zweiten Teilstrahls (8, 12) und/oder des Gesamtstrahls (16) ein Kollimator (10) vorgesehen ist.
Verfahren zur Erzeugung eines Laserstrahls, das folgende Schritte aufweist: – Erzeugen einer Mehrzahl von Einzelstrahlen (4) durch eine Mehrzahl von Laserdioden (2); – Zusammenführen der Einzelstrahlen (4) mehrerer Laserdioden (2), die eine Laserdiodengruppe (3) bilden, mit Hilfe von Umlenkspiegeln (5) zu einem Gruppenstrahl (7), wobei innerhalb einer Laserdiodengruppe (3) die Umlenk spiegel (5) derart angeordnet und ausgerichtet werden, dass die umgelenkten Einzelstrahlen (6) der Laserdiodengruppe (3) parallel und so eng zueinander geführt sind, dass sie einen Gruppenstrahl (7) bilden; – gegebenenfalls Kombination mehrerer Gruppenstrahlen (7) zu einem ersten und einem zweiten Teilstrahl (8, 12), wobei der erste und der zweite Teilstrahl (8, 12) linear polarisiert sind und die gleiche Polarisationsrichtung aufweisen; – Drehen der Polarisationsrichtung des zweiten Teilstrahls (12) um 90 Grad; – Zusammenführen des ersten Teilstrahls (8) mit dem zweiten Teilstrahl (12) zu einem Gesamtstrahl (16) mit Hilfe eines Polwürfels (15).
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass alle Laserdioden (2) Licht der gleichen Wellenlänge aussenden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdioden (2) Licht unterschiedlicher Wellenlängen aussenden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) als Laserdioden verwendet werden, deren Substrat die Elemente P, In, Ga und/oder Al aufweist und die Licht mit einer Wellenlänge von ca. 652 nm bis ca. 664 nm erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einer Wellenlänge von ca. 654 nm bis ca. 662 nm erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einem Maximum in der Wellenlänge bei ca. 658 nm erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einer Wellenlänge von ca. 401 nm bis ca. 480 nm erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einem Maximum in der Wellenlänge bei ca. 445 nm erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einer Wellenlänge von ca. 505 nm bis ca. 555 nm erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden Licht mit einer Wellenlänge von ca. 520 nm bis ca. 544 nm erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Laserdioden (2) Licht mit einem Maximum in der Wellenlänge bei ca. 532 nm erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kombination der Gruppenstrahlen (7) zum ersten und/oder zweiten Teilstrahl (8, 12) ein Spiegel (9) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsrichtung des zweiten Teilstrahls (12) mit einem λ/2-Plättchen gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsrichtung des zweiten Teilstrahls (12) mit einem Spiegelsystem (25) gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Teilstrahl (8, 12) und/oder der Gesamtstrahl (16) mit einem Kollimator (10) kollimiert wird.
Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zur Projektion von Strahlen und/oder Bildern.