器）可以安 裝在一個(gè)或多個(gè)梯形熱沉的不同級(jí)上，其中，給每個(gè)單個(gè)發(fā)射器通常沿SA方向以及沿FA方 向分別配置一個(gè)自己的準(zhǔn)直透鏡。光束偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以具有例如多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡，這多個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡 必要時(shí)在其相對(duì)位置上如此相對(duì)傾斜，使得這些偏轉(zhuǎn)鏡可以用于將光學(xué)模塊的激光束定向 到一個(gè)共同的疊加區(qū)域上，如上所述。
[0067] 在一種改進(jìn)中，至少兩個(gè)光學(xué)模塊，特別是呈梯形支撐結(jié)構(gòu)例如梯形熱沉的形式， 相疊地堆置。在這樣形成垂直堆時(shí)，一個(gè)熱沉的最上面的梯級(jí)可以直接銜接緊隨的熱沉的 下側(cè)面。但也可能的是，兩個(gè)或多個(gè)熱沉固定在一個(gè)共同的支架上，從而相疊地堆置的熱沉 可以相互隔開(kāi)間距地設(shè)置。
[0068] 在另一實(shí)施方式中，光學(xué)模塊中的至少兩個(gè)例如以梯形熱沉的形式布置在一共同 的圓弧上。熱沉布置在圓弧上簡(jiǎn)化了相應(yīng)熱沉的激光束的光束向疊加機(jī)構(gòu)上的共同的疊加 區(qū)域上的定向。當(dāng)然，多個(gè)激光棒布置在一個(gè)圓弧上也是可能的，以便簡(jiǎn)化由這些激光棒產(chǎn) 生的激光束的疊加或者以便將由這些激光棒產(chǎn)生的激光束定向到共同的疊加區(qū)域上。
[0069] 在一個(gè)進(jìn)一步改進(jìn)中，該裝置具有光學(xué)機(jī)構(gòu)，用于提高由兩個(gè)或更多不同光學(xué)模 塊產(chǎn)生的激光束的填充系數(shù)。該光學(xué)機(jī)構(gòu)可以通過(guò)不同方式構(gòu)成：
[0070] 例如光學(xué)機(jī)構(gòu)可以包括至少一個(gè)狹縫鏡。這是特別有利的，如果由兩個(gè)或更多個(gè) 垂直堆光學(xué)模塊、特別是具有梯形熱沉的光學(xué)模塊產(chǎn)生的激光束應(yīng)被相互梳狀交疊。對(duì)于 由兩個(gè)垂直堆的梯形熱沉產(chǎn)生的激光束的梳狀交疊有利的是，由一個(gè)相應(yīng)的堆產(chǎn)生的激光 束或激光射束分別具有近似50 %的填充系數(shù)，從而梳狀交疊可以通過(guò)這樣的方式實(shí)現(xiàn)，使 得由一個(gè)堆的激光束產(chǎn)生的空隙被另一個(gè)堆的激光束填充。梳狀交疊也可以借助于相疊堆 置的、呈板式單鏡形式的光學(xué)元件進(jìn)行，這些單鏡分別相對(duì)于相鄰單鏡扭轉(zhuǎn)一個(gè)（通常不 變的）角度地布置，如同例如在文獻(xiàn)EP 2 342 597 Bl中所述。
[0071] 為了提高填充系數(shù)，光學(xué)機(jī)構(gòu)可以具有至少一個(gè)特別是呈棱鏡裝置形式的偏轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)。除了提高填充系數(shù)，附加地也可能的是，使用偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以便將多個(gè)光學(xué)模塊的激光束 或射束定向到疊加機(jī)構(gòu)或反饋機(jī)構(gòu)的共同疊加區(qū)域上。
[0072] 在另一實(shí)施方式中，至少一個(gè)激光棒具有正好兩個(gè)激光發(fā)射器。在該所謂雙發(fā)射 器中每?jī)蓚€(gè)條形發(fā)射器沿SA方向相互隔開(kāi)間距（亦即具有空間分隔地）地在一個(gè)共同的 激光棒上結(jié)構(gòu)化。由這兩個(gè)發(fā)射器產(chǎn)生的激光束可以借助于共同的FA準(zhǔn)直透鏡并且由兩 個(gè)沿SA方向的SA準(zhǔn)直透鏡分開(kāi)地準(zhǔn)直。激光發(fā)射器之間在SA方向上的間距在這種情況 下例如可以在大約500 μπι與大約2毫米之間。在一個(gè)垂直堆的多個(gè)棒的第一或第二激光 發(fā)射器的波長(zhǎng)耦合之后，可以例如通過(guò)偏振耦合實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的第一或第二激光發(fā)射器的在波 長(zhǎng)方面疊加的激光束的疊加。替換地，也可以借助于SA方向上的一個(gè)共同的SA準(zhǔn)直透鏡 對(duì)激光棒的兩個(gè)發(fā)射器進(jìn)行準(zhǔn)直。在這種情況下兩個(gè)發(fā)射器之間的間距典型地在大約0. 1 毫米與1. 0毫米之間的范圍中。
[0073] 在一個(gè)實(shí)施方式中，至少一個(gè)激光源具有布置在一個(gè)共同的激光棒上的多個(gè)激光 發(fā)射器。上述將轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)用于激光束的定向的轉(zhuǎn)動(dòng)與激光棒結(jié)合已經(jīng)證實(shí)為特別有利，因 為在這種情況下各個(gè)發(fā)射器的疊加或者在水平堆情況下所有棒的各個(gè)發(fā)射器的激光束的 疊加可以在FA方向上進(jìn)行，由此至少理論上可以達(dá)到各個(gè)發(fā)射器的光束質(zhì)量。這些激光發(fā) 射器可以在激光棒上以相互不變的間距布置，但也可能的是，間距是變化的，以避免或至少 降低激光發(fā)射器之間的串?dāng)_"crosstalk"。
[0074] 在一個(gè)改進(jìn)中，激光棒具有大于20%、優(yōu)選大于25%、特別是優(yōu)選大于30 %的填 充系數(shù)。高填充系數(shù)可以實(shí)現(xiàn)，其方式是，在這種情況下與在常規(guī)激光棒中的情況相比例如 在激光棒上安裝具有較小發(fā)射器寬度的較大數(shù)量激光發(fā)射器。填充系數(shù)在此如一般常見(jiàn)的 那樣表不相對(duì)于兩個(gè)相鄰激光發(fā)射器的間距的激光發(fā)射器寬度。如果激光棒的激光發(fā)射器 的發(fā)射器寬度和激光發(fā)射器之間的間距是變化的，則對(duì)于填充系數(shù)的計(jì)算考慮最小填充系 數(shù)，也就是說(shuō)，具有發(fā)射器寬度與相對(duì)于最鄰近發(fā)射器的間距的最小商的那個(gè)激光發(fā)射器 確定填充系數(shù)。
[0075] 由 B. Chann 等的文章 "High-Power Near-Diffraction-Limited Wavelength-Beam-Combined Diode Arrays'，，2005Conference on Lasers&Electro_0ptics(CLE0)第431-433頁(yè)已知所謂"Slab-coupled optical waveguide laser (SCOWL) "二極管陣列的使用，這些二極管陣列達(dá)到M2〈l. 35的衍射因子。然而該所謂 SCOWL二極管陣列利用SA準(zhǔn)直透鏡運(yùn)行，從而僅可實(shí)現(xiàn)小的填充系數(shù)并且相應(yīng)地僅可實(shí)現(xiàn) 每個(gè)棒的小的功率。
[0076] 在一種改進(jìn)中實(shí)現(xiàn)了激光束的與之前例子不同的在SA方向上的耦入。在此， 激光棒的激光發(fā)射器（或者條狀發(fā)射器）具有IOym或更小、優(yōu)選5 μπι或更小的寬度。 具有這樣小的橫向延伸尺寸的激光發(fā)射器典型地是所謂信號(hào)模發(fā)射器，其光譜帶寬基于 由小寬度引起的光束參數(shù)積而至少理論上可以穩(wěn)定化到皮米范圍中的極其窄的線寬度 上。具有這樣的激光發(fā)射器的激光棒原則上是已知的，參見(jiàn)Ν. Lichtenstein等的文章 ''Singlemode Emitter Array Laser Bars for High-Brightness Applications'，，IEEE 19th International Semiconductor Laser Conference, 2004, Conference Digest,第 45-46頁(yè)。這樣的激光棒至今典型地與SA準(zhǔn)直透鏡陣列相結(jié)合使用，以便盡可能高地驅(qū)動(dòng) 光學(xué)填充系數(shù)。然而在此，由于要遵守約200 μπι的陣列透鏡最小間距，每個(gè)棒的填充系數(shù) 限制在大約3%至5%，這相應(yīng)地限制了每個(gè)棒可實(shí)現(xiàn)的功率。為了達(dá)到上述高填充系數(shù)， 省去設(shè)置各個(gè)SA準(zhǔn)直透鏡。這可以例如由此實(shí)現(xiàn)：使用在SA方向上起作用的光束望遠(yuǎn)裝 置和SA轉(zhuǎn)換透鏡或者僅使用SA轉(zhuǎn)換透鏡，以便將激光束聚焦到分散的元件上并提高反饋 效率。
[0077] 通過(guò)光譜穩(wěn)定化到非常小的線寬度上，每個(gè)激光棒通過(guò)波長(zhǎng)疊加在SA方向上可 耦合的激光發(fā)射器的數(shù)量增加，從而盡管每個(gè)激光發(fā)射器的功率降低而仍可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)波 長(zhǎng)帶的高輸出功率。通過(guò)減小每個(gè)發(fā)射器的發(fā)射面得到的另一積極效果是光束質(zhì)量改善 (如上所述）。在使用SEAL棒的情況下光譜帶寬與通常具有大約0. 3nm至0. 4nm帶寬的常 規(guī)寬條發(fā)射器相比顯著減小，例如減小到大約0.1 nm或更小。
[0078] 在一種改進(jìn)中，激光棒的各個(gè)激光發(fā)射器具有在SA方向上的小于2. 0、優(yōu)選小于 1. 5、特別是小于1. 3的衍射因子M2。在SA方向上具有這樣的衍射因子的激光發(fā)射器涉及 單模發(fā)射器，其中在SA方向上可能的激光模的數(shù)量極其受限，從而這些激光模可以在光譜 上被穩(wěn)定于極其窄的線寬度上，這顯著影響光譜清晰度。對(duì)于單模發(fā)射器可以有利的是，發(fā) 射器長(zhǎng)度比較大（例如4毫米或更大），因?yàn)榭臻g燒孔效應(yīng)引起與發(fā)射器長(zhǎng)度成反比的光譜 擴(kuò)寬。
[0079] 除了上述具有不變的條寬度的單模發(fā)射器外，上面給出的用于衍射因子或光束參 數(shù)積的值也可以借助所謂梯形激光器產(chǎn)生，在這種激光器中，在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上不僅連 接形成單模種子（Seed)區(qū)域的、寬度不變的窄條，而且連接朝光束出射面方向梯形擴(kuò)寬的 放大區(qū)域。具有上述值域中的光束參數(shù)積或衍射因子的發(fā)射器必要時(shí)也能夠以所謂Z激光 器的形式構(gòu)成或者構(gòu)造為表面發(fā)射器（例如VCSEL、VECSEL)。
[0080] 在另一實(shí)施方式中，該裝置附加地包括光束成形機(jī)構(gòu)，用于形成由至少一個(gè)疊加 的激光束形成的光束輪廓。光束輪廓的成形是特別有利或需要的，以便提高由該裝置產(chǎn)生 的激光束耦入到光導(dǎo)纖維中的效率。出于該目的，由于光導(dǎo)纖維的典型圓形的橫截面，通常 對(duì)稱(chēng)的光束質(zhì)量是有利的，亦即光束參數(shù)積在垂直于傳播方向的平面中具有大約1:1的外 觀比例。
[0081] 為了使光束質(zhì)量對(duì)稱(chēng)化或者匹配于光導(dǎo)纖維的外觀比例或橫截面，光束成形機(jī)構(gòu) 優(yōu)選具有用于有或沒(méi)有光束旋轉(zhuǎn)的空間重組和/或用于多個(gè)疊加激光束和/或至少兩個(gè)子 光束的疊加的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)可以用于將多個(gè)由疊加機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的疊加激光束和/或多個(gè)由分 束機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的子光束在空間上重組，所述子光束設(shè)置在光束橫截面的不同位置上?？臻g重 組能夠以不同方式實(shí)現(xiàn)。例如可以出于該目的使用梯形鏡，由此可以沒(méi)有光束旋轉(zhuǎn)地實(shí)現(xiàn) 重組。為了重組而使激光束旋轉(zhuǎn)的光束成形機(jī)構(gòu)例如可以具有潛望裝置。
[0082] 在一個(gè)實(shí)施方式中，光束成形機(jī)構(gòu)具有分束機(jī)構(gòu)，以便將疊加激光束分割為至少 兩個(gè)子光束。分束機(jī)構(gòu)可以例如涉及孔鏡或棱邊鏡，其反射或刮掉（因此也稱(chēng)為刮鏡）單 個(gè)激光束的光束橫截面的外部區(qū)域并且發(fā)射光束橫截面的一個(gè)區(qū)域。作為用于將疊加激光 束切為或分為兩個(gè)或更多子光束的分束機(jī)構(gòu)，也可以使用具有多個(gè)扇形地相對(duì)彼此扭轉(zhuǎn)的 板的板堆。
[0083] 替換或附加地也可能的是，使用具有分束機(jī)構(gòu)的光束成形機(jī)構(gòu)，該分束機(jī)構(gòu)為了 分開(kāi)斜射的激光束而具有兩個(gè)平面平行的、以小的相對(duì)間距布置的鏡面，如同例如在文獻(xiàn) US 5, 825, 551中所述。這樣的分束機(jī)構(gòu)適合于在兩個(gè)相互正交的方向X和y上改變（疊加 的）激光束的光束參數(shù)積或衍射因子Mx 2，My2。在此尤其可以使兩個(gè)光束參數(shù)積在兩個(gè)正交 的方向上相互適配，這提高到光導(dǎo)纖維中的耦入效率。平行定向的反射面如此在光路中布 置，使得激光束的光束直徑在一個(gè)方向上通過(guò)板之間的多次反射而減小而在第二方向上增 大提高。分束的這種方式是特別有利的，如果不進(jìn)行路徑長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)脑?，因?yàn)樵谶@種情況下 由各個(gè)激光發(fā)射器出來(lái)的激光束可能不足夠精確地分開(kāi)并且部分重疊，從而不實(shí)現(xiàn)干凈的 成像。使用例如呈梯形鏡形式的分束器在這種情況下可以通過(guò)級(jí)的過(guò)照射導(dǎo)致大的損失， 這在使用平面平行板的情況下可被阻止，因?yàn)樵谶@種情況下不出現(xiàn)棱邊效果。
[0084] 作為用于疊加兩個(gè)或多個(gè)疊加激光束或子光束的機(jī)構(gòu)，例如可以使用以介電鏡或 諸如此類(lèi)形式的偏振耦合機(jī)構(gòu)。例如呈偏振耦合器形式的用于疊加的機(jī)構(gòu)將兩個(gè)疊加后的 激光束或子光束匯合，由此改變光束輪廓。
[0085] 用于改變或旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)疊加的激光束的取向的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)也可以用作光束成 形機(jī)構(gòu)的一部分。例如以此方式可以使疊加激光束或子光束的取定旋轉(zhuǎn)90°，從而使疊加 的激光束或子光束的光束橫截面的水平取向可以被轉(zhuǎn)換為垂直取向或相反。也可以借助上 述裝置進(jìn)行重組，上述裝置使激光束旋轉(zhuǎn)，以便在空間上重組激光束。激光束的取向的旋轉(zhuǎn) 例如可以借助于使光路旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行，如在文獻(xiàn)US 5, 513, 201中描述的那樣。
[0086] 如上所述，疊加的激光束可以耦入到光導(dǎo)纖維中并且疊加的激光束可以直接或通 過(guò)適合的光束引導(dǎo)裝置而用于材料加工。必要時(shí)激光束也可以被用于栗浦另外的激光器例 如固體激光器，該激光器例如也可以被用于材料加工。栗浦射線的射線引導(dǎo)裝置可以通過(guò) 吸收器、光束轉(zhuǎn)接器、分束器等實(shí)現(xiàn)。也可能的是，測(cè)量并且必要時(shí)調(diào)節(jié)由該裝置提供的激 光束的功率。
【附圖說(shuō)明】
[0087] 本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)由說(shuō)明書(shū)及附圖得出。上述的和還將進(jìn)一步列舉的特征也可以 各個(gè)單獨(dú)地或者多個(gè)任意組合地得以使用。示出的和所述的實(shí)施方式不應(yīng)理解為封閉式列 舉，而是具有用于描述本發(fā)明的示例性特點(diǎn)。
[0088] 附圖示出：
[0089] 圖1用于激光束的波長(zhǎng)耦合的裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，該裝置具有作為反饋 機(jī)構(gòu)的部分發(fā)射的第一衍射柵和用于激光束的無(wú)分散疊加的、發(fā)射的第二衍射柵；
[0090] 圖2類(lèi)似于圖1的視圖，其中，在第一與第二衍射柵之間安裝光束望遠(yuǎn)裝置；
[0091] 圖3類(lèi)似于圖1的視圖，其中，第一和第二衍射柵安裝在一個(gè)共同的發(fā)射基體上；
[0092] 圖4a、b用于波長(zhǎng)耦合的裝置的示意圖，該裝置具有呈耦出元件形式的反饋機(jī)構(gòu)， 該耦出元件的部分反射的表面圓柱形地成形，用于反射回到激光源的照射分量的相位校 正；
[0093] 圖5a_c類(lèi)似于圖4a、b的視圖，其中，設(shè)有在光路中在第二衍射柵之前設(shè)置的光束 望遠(yuǎn)裝置用于提高反饋效率；
[0094] 圖6a、b類(lèi)似于圖4a、b的視圖，其中，圓柱形透鏡用作相位校正機(jī)構(gòu)并且光束望遠(yuǎn) 裝置設(shè)定用于優(yōu)化反射的照射分量向激光源中的反饋；
[0095] 圖7a、b類(lèi)似于圖4a、b的視圖，其中，耦出元件具有球形彎曲的部分反射表面并且 設(shè)有偏振濾波器用于過(guò)濾在反饋時(shí)不期望的照射分量；
[0096] 圖8用于波長(zhǎng)耦合的裝置的視圖，其中，用作疊加機(jī)構(gòu)的衍射柵和呈部分反射的 耦出元件形式的反饋機(jī)構(gòu)設(shè)定在一個(gè)共同的基體上；
[0097] 圖9呈角形小平面元件形式的光束偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用于將各對(duì)應(yīng)激光束對(duì)準(zhǔn)到疊加機(jī) 構(gòu)上的一個(gè)共同的疊加區(qū)域上；
[0098] 圖10光束偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，為了將對(duì)應(yīng)的激光束對(duì)準(zhǔn)打到共同的疊加區(qū)域上而具有多 個(gè)偏轉(zhuǎn)鏡；
[0099] 圖11a、b光束偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的俯視圖和側(cè)視圖，其中，光學(xué)模塊的多個(gè)激光束通過(guò)偏 轉(zhuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)到共同的疊加區(qū)域上；
[0100] 圖12a、b光束偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，具有多個(gè)光學(xué)模塊，它們?cè)O(shè)置在一個(gè)圓弧上，用于將由這 些光學(xué)模塊產(chǎn)生的激光束對(duì)準(zhǔn)到疊加區(qū)域上；
[0101] 圖13多個(gè)光學(xué)模塊，具有用于在提高填充系數(shù)的情況下平行定向這些發(fā)射的激 光束的棱鏡裝置；
[0102] 圖14具有狹縫鏡的光學(xué)機(jī)構(gòu)的示意圖，該狹縫鏡用于由兩堆光學(xué)模塊產(chǎn)生的激 光束的梳狀交疊；
[0103] 圖15a、b用于旋轉(zhuǎn)多個(gè)激光束的定向的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，該轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)與準(zhǔn)直透鏡協(xié)同作 用用于將激光束定向到一個(gè)共同的疊加區(qū)域上；
[0104] 圖16a、b兩個(gè)激光發(fā)射器的視圖，這兩個(gè)激光發(fā)射器以小的相互間距設(shè)置在一個(gè) 共同的棒上；
[0105] 圖17具有多個(gè)條形激光發(fā)射器的激光棒的視圖；
[0106] 圖18a-c條形激光發(fā)射器的不同實(shí)施例的視圖，這些條形激光發(fā)射器具有不同的 衍射因子；
[0107] 圖19用于形成由疊加的激光束成形的光束輪廓的光束成形機(jī)構(gòu)的視圖；
[0108] 在下面的【附圖說(shuō)明】中，對(duì)于相同或功能相同的構(gòu)件使用相同的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0109] 圖1示出用于分別具有不同波長(zhǎng)λ i，. . .，λ，激光束2a，. . .，2n的波長(zhǎng)耦合的 裝置1，這些激光束由激光源3產(chǎn)生。激光源3為了產(chǎn)生激光束2a，. . .，2n而具有相應(yīng)數(shù) 量的激光棒4a，. ..，4n，這些激光棒形成一個(gè)垂直堆并且通過(guò)（未示出的）在其背面的DCB 熱沉冷卻。當(dāng)然，代替由不同激光棒產(chǎn)生的激光束2a，. ..，2n，也可以將由設(shè)置在一單個(gè)激 光棒上的多個(gè)發(fā)射器產(chǎn)生的激光束2a，...，2n疊加，其中，必要時(shí)可以使用未示出的轉(zhuǎn)換 光學(xué)裝置，以改變激光束2a，...，2n的定向。激光束2a，...，2n也可以由多個(gè)單發(fā)射器或 雙發(fā)射器產(chǎn)生，如在后面詳細(xì)描述的那樣。
[0110] 待疊加的準(zhǔn)直的激光束2a，...，2n照射到透鏡5上，該透鏡可以構(gòu)造為圓柱形 透鏡或球形透鏡。激光棒4a，...，4n的激光發(fā)射器的光出射面位于一個(gè)共同的平面中， 該平面垂直于圖平面延伸。該共同的平面形成透鏡5的第一焦平面，亦即透鏡5與激光棒 4a，...，4n的光出射面隔開(kāi)間距地設(shè)置，該間距相當(dāng)于透鏡5的焦距f A。呈部分反射的角 分散光學(xué)元件--該光學(xué)元件在本例子中構(gòu)造為第一部分反射衍射柵6--的形式的反饋 機(jī)構(gòu)與透鏡5隔開(kāi)間距地設(shè)置，該間距基本上相當(dāng)于透鏡5的焦距fA。在使用圓柱形透鏡 形式的透鏡5的情況下典型地設(shè)有（未示出的）光束望遠(yuǎn)裝置用于提高反饋效率。在使用 球形透鏡5的情況下必要時(shí)可以省去用于反饋的光束望遠(yuǎn)裝置。
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