Лазерное устройство
Лазерное устройство (1) включает первый и второй лазерные блоки (2, 3), испускающие лучи (5, 6), распространяющиеся в первом и во втором направлениях, и поляризационное соединительное средство, выполненное как поляризационная соединительная призма (8) и расположенное так, что лазерные лучи первого и второго лазерных блоков, поляризованные в первом и втором направлениях, складываются. Поляризационная соединительная призма включает поверхность (80) входа света для входа лазерного луча (5) первого лазерного блока (2); отражающую поверхность (81), на которую лазерный луч (5) падает под углом полного внутреннего отражения; и поверхность (82) выхода света для выхода лазерного луча (5). Лазерный луч (6) второго лазерного блока (3) отражается от отражающей поверхности (82) в направлении, соответствующем направлению распространения лазерного луча (5) первого лазерного устройства (2) так, что за счет коллинеарной суперпозиции обоих лазерных лучей (5, 6) получают результирующий лазерный луч (9). Технический результат – получение результирующего лазерного луча при сохранении его мощности, которая по существу соответствует сумме мощностей поляризованных лазерных лучей первого и второго лазерных блоков. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение относится к лазерному устройству, включающему в себя первый лазерный блок, который во время работы может испускать лазерный луч, распространяющийся в первом направлении, по меньшей мере, один второй лазерный блок, который во время работы может испускать лазерный луч, распространяющийся во втором направлении, отличающемся от первого направления и ориентированном предпочтительно ортогонально по отношению к первому, а также поляризационное соединительное средство, расположенное и выполненное так, что может складывать лазерный луч первого лазерного устройства, который поляризирован в первом направлении, с лазерным лучом второго устройства, который поляризован во втором направлении, таким образом, что с помощью коллинеарной суперпозиции двух этих лазерных лучей может быть получен результирующий лазерный луч.
Лазерные устройства названного типа известны из уровня техники в различных вариантах исполнения, и имеют, например, полупроводниковые элементы, выполненные как лазерные диодные матрицы или столбики лазерных диодных матриц, часто также называемые «стеками». В лазерных устройствах названного типа свет, испускаемый отдельными лазерными диодными матрицами или стеками лазерных диодных матриц, который линейно поляризован различным образом, складывается с помощью поляризационных соединительных средств в результирующий лазерный луч, а затем с помощью соответствующих оптических устройств, например, фокусируется непосредственно на обрабатываемую деталь или вводится в световолокно.
При поляризационном соединении с помощью поляризационного соединительного средства складываются, по меньшей мере, два различных, поляризованных линейно, в частности, перпендикулярно друг другу, лазерных луча, распространяющихся в двух различных, в частности, ортогональных друг другу направлениях, и, тем самым, с помощью коллинеарной суперпозиции получают результирующий лазерный луч. Подобные поляризационные соединительные средства часто выполняют как зеркала с диэлектрическим покрытием, которые, например, имеют в направлении, перпендикулярном плоскости падения, в идеальном случае коэффициент отражения RS = 100%, а в направлении, параллельном плоскости падения, в идеальном случае коэффициент отражения RР = 0%.
Задачей настоящего изобретения является создание такого лазерного устройства вышеназванного типа, обеспечивающего альтернативный способ поляризационного соединения, по меньшей мере, двух линейно поляризованных различным образом лазерных лучей.
Для решения этой задачи предлагается лазерное устройство вышеназванного типа с признаками отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным усовершенствованным вариантам изобретения.
Лазерное устройство в соответствии с изобретением характеризуется тем, что поляризационное соединительное средство выполнено как поляризационная соединительная призма, которая включает в себя поверхность для входа света, сквозь которую лазерный луч первого лазерного устройства может проникать в поляризационную соединительную призму; отражающую поверхность, которая расположена таким образом по отношению к поверхности для входа света, что лазерный луч первого лазерного устройства попадает на отражающую поверхность под таким углом, который больше предельного угла полного внутреннего отражения; и поверхность для выхода света, сквозь которую лазерный луч первого лазерного блока после полного внутреннего отражения выходит из поляризационной соединительной призмы и может на ней преломляться; причем второй лазерный блок расположен по отношению к поляризационной соединительной призме таким образом, что лазерный луч второго лазерного блока таким образом падает на поверхность для выхода света, что отражается от нее в направлении, соответствующем направлению распространения отраженного от поверхности для выхода света лазерного луча первого лазерного устройства, что позволяет с помощью коллинеарной суперпозиции этих двух лазерных лучей получить первый результирующий лазерный луч. Лазерное устройство в соответствии с изобретением позволяет альтернативным способом получить, по меньшей мере, два различно линейно поляризованных лазерных луча с помощью созданного им первого результирующего лазерного луча при сохранении качества луча, мощность которых по существу соответствует сумме мощностей поляризованных лазерных лучей первого и второго лазерных блоков.
Чтобы предупредить или, по меньшей мере, сократить возможные потери за счет отражения при попадании лазерного луча первого лазерного блока на поверхность для входа света, в первом предпочтительном варианте исполнения предложено наличие у поверхности для входа света поляризационной соединительной призмы антиотражающего покрытия. Предпочтительно речь может идти о диэлектрическом антиотражающем покрытии.
В особенно предпочтительном варианте исполнения может быть предусмотрено, что поверхность для выхода света поляризационной соединительной призмы имеет диэлектрическое покрытие, которое для поляризованного в первом направлении лазерного луча первого лазерного блока имеет коэффициент отражения RР = 0% и коэффициент пропускания TР = 100%. Благодаря этому благоприятным образом можно избежать потерь за счет отражения при попадании на поверхность для выхода света полностью отраженного от отражающей поверхности лазерного луча первого лазерного блока.
В одном из предпочтительных вариантов исполнения существует возможность нанести диэлектрическое покрытие для лазерного луча второго лазерного блока, поляризованного во втором направлении с коэффициентом отражения RS = 100% и коэффициентом пропускания TS = 0%. Тем самым, можно благоприятным образом избежать потерь от пропускания при попадании лазерного луча второго лазерного блока на поверхность для выхода света.
Предпочтительно поляризационная соединительная призма таким образом расположена относительно первого лазерного блока, что лазерный луч первого лазерного блока падает на поверхность для входа света параллельно нормали к ней. За счет этого перпендикулярного попадания поляризованного лазерного луча первого лазерного блока на поверхность для входа света достигается высокий коэффициент пропускания хода поляризованного лазерного луча первого лазерного блока.
В одном из предпочтительных вариантов исполнения изобретения предлагается, чтобы лазерный луч первого лазерного блока был поляризован в направлении параллельном плоскости падения лазерного луча на поляризационную соединительную призму. Предпочтительно лазерный луч второго лазерного блока может быть поляризован в направлении перпендикулярном плоскости падения, на которую лазерный луч попадает на поляризационную соединительную призму. В частности, оба лазерных луча могут быть поляризованы ортогонально друг другу.
В предпочтительном варианте исполнения изобретения существует возможность сделать так, чтобы лазерный луч первого лазерного блока имел центральную длину λ1 волны, которая идентична центральной длине λ1 волны лазерного луча второго лазерного блока.
В особенно предпочтительном усовершенствованном варианте исполнения изобретения предложено, чтобы лазерное устройство включало в себя, по меньшей мере, один третий лазерный блок, который при работе может испускать лазерный луч, а также средство для сложения длин волн, расположенное в направлении траектории луча таким образом, что может создавать коллинеарную суперпозицию первого полученного с помощью поляризационного сложения результирующего лазерного луча и лазерного луча третьего лазерного блока таким образом, что может быть получен второй результирующий лазерный луч. С помощью такого сложения длин волн можно дополнительно увеличить мощность лазерного устройства.
Предпочтительно средство для сложения длин волн может быть выполнено в виде зеркала, имеющего многослойное диэлектрическое покрытие. Тем самым можно достичь эффективного сложения длин волн.
В предпочтительном варианте исполнения изобретения предлагается, чтобы средство для сложения длин волн, в частности, зеркало, было расположено в направлении траектории луча таким образом, что первый результирующий лазерный луч и луч третьего лазерного блока при попадании на средства для сложения волн образовывали угол > 90° между собой.
В предпочтительном варианте исполнения изобретения предлагается, чтобы лазерный луч третьего лазерного блока имел центральную длину λ2 волны, отличную от центральных длин λ1 волн первого лазерного блока и второго лазерного блока.
В предпочтительном варианте исполнения изобретения может быть предусмотрено, чтобы диэлектрическое покрытие зеркала было выполнено так, что под углом падения на зеркало лазерного луча, испускаемого третьем лазерным блоком, коэффициент пропускания Tλ2 = 100%, а коэффициент отражения Rλ2 = 0%. Таким образом можно обеспечить максимальное пропускание лазерного луча, испускаемого третьим лазерным блоком.
Наиболее предпочтительный вариант исполнения изобретения обеспечивает возможность, что диэлектрическое покрытие зеркала выполнено таким образом, что под углом падения на зеркало первого результирующего лазерного луча, получено с помощью поляризационного соединения, коэффициент отражения Rλ1 = 100%, а коэффициент пропускания Tλ1 = 0%. Тем самым благоприятным образом можно избежать потерь при пропускании.
Описываемое здесь лазерное устройство, в котором первый результирующий лазерный луч с центральной длиной λ1 волны, полученный с помощью поляризационного соединения, и лазерный луч третьего лазерного блока с центральной длиной λ2 волны при попадании на средство для сложения длин волн предпочтительно образуют друг с другом угол > 90°, позволяет, в частности, упростить конструкцию средства для сложения длин волн, предпочтительно изготовляемого как зеркало, диэлектрическое покрытие которого может иметь значительно меньше слоев, чем это имеет место в случае традиционных средств для сложения длин волн. Таким образом могут быть сокращены затраты на изготовление средства для сложения волн. Кроме того, благоприятным образом может быть снижен эффект поглощения. Если количество слоев диэлектрического покрытия зеркала не сокращать по сравнению с традиционными зеркалами, используемыми в качестве средств для сложения длин волн, то можно сложить полученный с помощью поляризационного соединения первый результирующей лазерный луч с лазерным лучом третьего лазерного блока, причем разница длин волн Δλ = λ2 – λ1 будет меньше, чем в состоянии техники. Таким образом, благоприятным способом можно соединять более узкие длины λ1, λ2 волн.
С другой точки зрения настоящее изобретение относится к лазерному устройству, включающему в себя первый лазерный блок, который при работе может испускать поляризованный в первом поляризационном направлении лазерный луч с центральной длиной волны, распространяющийся в первом направлении; по меньшей мере, один второй лазерный блок, испускающий при работе поляризованный в первом направлении лазерный луч с центральной длиной волны, отличной от центральной длины волны лазерного луча первого лазерного блока, и распространяющийся во втором направлении, отличном от первого направления и предпочтительно ориентированном ортогонально по отношению к первому направлению; а также средство для сложения длин волн, расположенное и выполненное таким образом, что лазерный луч первого лазерного блока можно таким образом совместить с лазерным лучом второго лазерного блока, что с помощью коллинеарной суперпозиции обоих лучей можно получить первый результирующий лазерный луч.
Для сложения длин волн лазерных лучей в уровне техники, как правило, применяют средства для сложения длин волн, выполненные в виде зеркал с диэлектрическим покрытием.
Дополнительно задача изобретения состоит в создании такого лазерного устройства в соответствии с родовым понятием, которое обеспечивает сложение длин волн двух лазерных лучей альтернативным образом.
Согласно пункту 14 формулы изобретения лазерное устройство в соответствии с изобретением отличается тем, что средство для сложения длин волн выполнено в виде призмы для сложения длин волн, включающей в себя поверхность для входа света, сквозь которую в призму для сложения длин волн может проникать лазерный луч первого лазерного блока; отражающую поверхность, таким образом расположенную относительно поверхности для входа света, что лазерный луч первого лазерного устройства падает на нее под таким углом, которой больше чем предельный угол полного внутреннего отражения; а также поверхность для выхода света, сквозь которую лазерный луч первого лазерного устройства после полного внутреннего отражения может выходить из призмы для сложения длин волн, преломляясь на этой поверхности; причем второй лазерный блок таким образом расположен относительно призмы для сложения длин волн, что лазерный луч второго лазерного блока может падать на поверхность для выхода света таким образом, что отражается в направлении, соответствующем направлению распространения преломленного на поверхности для выхода света лазерного луча, что дает возможность с помощью коллинеарной суперпозиции обоих лазерных лучей получить результирующий лазерный луч.
Лазерное устройство в соответствии с изобретением позволяет альтернативным способом с помощью сложения длин волн, по меньшей мере, двух идентично поляризованных лазерных лучей получить первый результирующий лазерный луч с сохранением качества луча, мощность которого по существу соответствует сумме мощностей лазерного луча первого лазерного блока и лазерного луча второго лазерного блока. Общая идея независимых пунктов 1 и 14 состоит в том, чтобы использовать призму, которая в соответствии с пунктом 1 служит для поляризационного сложения двух лазерных лучей и в соответствии с пунктом 14 для сложения длин волн двух лазерных лучей.
В предпочтительном усовершенствованном варианте исполнения предлагается, чтобы лазерное устройство включало в себя, по меньшей мере, один третий лазерный блок, который при работе может испускать лазерный луч, поляризованный во втором поляризационном направлении, отличном от первого поляризационного направления; а также соединительное поляризационное средства, расположенное по ходу траектории луча лазерного устройства таким образом, что с помощью коллинеарной суперпозиции первого результирующего лазерного луча с лазерным лучом третьего лазерного блока можно получить второй результирующий лазерный луч, причем поляризационное соединительное средства выполнено предпочтительно как зеркало, имеющее многослойное диэлектрическое покрытие. В отличие от варианта исполнения в соответствии с пунктом 9 в данном случае для поляризационного соединения применяют зеркало с диэлектрическим покрытием. Предпочтительно, когда оба поляризационных направления ориентированы ортогонально друг относительно друга. Посредством поляризационного соединения возможно еще больше увеличить мощность лазерного устройства. Чтобы предотвратить или, по меньшей мере, снизить возможные потери за счет отражение при попадании лазерного луча первого лазерного блока на поверхность для входа света призмы для сложения длин волн, в предпочтительном варианте исполнения предлагается, что поверхность для входа света имеет антиотражающее покрытие. Предпочтительно имеется в виду диэлектрическое антиотражающее покрытие.
В особенно предпочтительном усовершенствованном варианте исполнения может быть предусмотрено, что поверхность для выхода света призмы для сложения длин волн имеет диэлектрическое покрытие, которое имеет для лазерного луча коэффициент отражения Rλ1 = 0% и коэффициент пропускания Tλ1 = 100%. Таким образом благоприятным способом можно предотвратить потери за счет отражения при попадании на поверхность для выхода света полностью отраженного внутри лазерного луча первого лазерного блока.
В предпочтительном варианте исполнения предлагается возможность, что диэлектрическое покрытие поверхности для выхода света имеет для лазерного луча второго лазерного блока коэффициент отражения Rλ2 = 100% и коэффициент пропускания Tλ2 = 0%. Тем самым благоприятным образом можно также избежать потерь при пропускании при попадании лазерного луча второго лазерного блока на поверхность для выхода света.
Предпочтительно призма для сложения длин волн может быть таким образом расположена по отношению к первому лазерному блока, что лазерный луч первого лазерного блока попадает на поверхность для выхода света параллельно нормали к поверхности. Благодаря такому перпендикулярному падению лазерного луча первого лазерного блока на поверхность для выхода света можно обеспечить более высокий коэффициент пропускания траектории лазерного луча первого лазерного блока.
В предпочтительном варианте исполнения предлагается, что средство для поляризационного соединения, в частности, зеркало, таким образом расположено по ходу траектории луча лазерного устройства, что первый результирующий лазерный луч и лазерный луч третьего лазерного блока при попадании на средства для поляризационного соединения образуют друг с другом угол > 90°.
В предпочтительном варианте исполнения может быть предусмотрено, что диэлектрическое покрытие зеркала выполнено так, что угол падения, под которым испускаемый (поляризованный) третьим лазерным блоком падает на зеркало, имеет для этого лазерного луча коэффициент пропускания T = 100% и коэффициент отражения R = 0%. Тем самым можно обеспечить максимальное пропускание лазерного луча, испускаемого третьим лазерным блоком.
В наиболее предпочтительном варианте исполнения обеспечивается возможность, что диэлектрическое покрытие зеркала выполнено так, что угол падения, под которым поляризованный, полученный с помощью поляризационного соединения первый результирующий лазерный луч падает на зеркало, имеет коэффициент отражения R = 100% и коэффициент пропускания T = 0%. Тем самым благоприятным способом можно избежать потерь при пропускании.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения раскрываются с помощью приведенного ниже описания предпочтительного варианта исполнения с использованием фиг. 1, на которой изображена оптическая траектория луча лазерного устройства 1. Кроме того, на фиг. 1 показана декартова система координат, описывающая первое направление в пространстве (по оси х) и второе направление в пространстве (по оси z), расположенное перпендикулярно первому направлению.
В данном примере исполнения лазерное устройство 1 включает в себя в целом три лазерных блока 2, 3, 4, включающих в себя соответственно полупроводниковый элемент 20, 30, 40, а также соответствующее ему оптическое средство 21, 31, 41. Полупроводниковые элементы 20, 30, 40 могут быть выполнены предпочтительно в виде лазерных диодных матриц или столбиков лазерных диодных матриц (так называемые «стеки»). Оптические средства 21, 31, 41, расположенные позади полупроводниковых элементов 20, 30, 40 относительно направления распространения испускаемых полупроводниковыми элементами 20, 30, 40 лазерных лучей 5, 6, 7, схематически представлены на фиг. 1 как линзы. Оптические средства 21, 31, 41 могут, в частности, включать в себя коллимационную линзу с осью наибольшей скорости распространения света, или с осью наименьшей скорости распространения света. Коллимационные линзы с осью наибольшей скорости распространения света служат для, по меньшей мере, частичной коллимации испускаемых полупроводниковыми элементами 20, 30, 40 лазерных лучей 5, 6, 7 по так называемой оси наибольшей скорости распространения света, для которой расходимость луча больше, чем в направлении, перпендикулярном оси наибольшей скорости распространения света, которое также называют направлением с осью наименьшей скорости распространения света. Соответственно коллимационные линзы служат для, по меньшей мере, частичной коллимации лазерных лучей 5, 6, 7, испускаемых полупроводниковыми элементами 20, 30, 40 в направлении с осью наименьшей скорости распространения света. Дополнительными средствами для формирования луча оптических средств 21, 31, 41 лазерных блоков 2, 3, 4 могут служить, например, гомогенизаторы или комбинации линз для сложения отдельных частей результирующих, испускаемых полупроводниковыми элементами 20, 30, 40 лазерных лучей 5, 6, 7. Следовательно, каждый из лазерных блоков 2, 3, 4 может быть выполнен таким образом, что может испускать достаточно хорошо коллимированые, в частности, гомогенные и хорошо сфокусированные лазерные лучи 5, 6, 7.
Кроме того, изображенное на фиг. 1 лазерное устройство 1 включает в себя поляризационное соединительное средство, выполненное как поляризационная соединительная призма 8. Данная поляризационная соединительная призма 8 расположена относительно траектории луча лазерного устройства 1 и выполнена таким образом, что может соединять лазерный луч 5 первого лазерного блока 2 лазерного устройства 1, поляризованного в направлении, параллельном плоскости падения, в которой лазерный луч 5 падает на поляризационную соединительную призму 8, с лазерным лучом 6 второго лазерного блока 3, поляризованного в направлении, перпендикулярном плоскости падения, таким образом, что посредством коллинеарной суперпозиции этих двух лазерных лучей 5, 6 можно получить результирующий лазерный луч 9 с сохранением качества луча. Лазерный луч 5 первого лазерного блока 2 и лазерный луч 6 второго лазерного блока 3 имеют при этом одинаковую центральную длину волны λ1.
Поляризационная соединительная призма 8 в данном случае представляет собой прямолинейную призму, основание которой имеет форму равнобедренного треугольника. Поляризационная соединительная призма 8 имеет поверхность 80 для входа света, сквозь которую в нее в направлении х параллельно к нормали N может проникать поляризованный (р-поляризованный) лазерный луч 5 первого лазерного блока 2. Поляризационная соединительная призма 8 также имеет отражающую поверхность 81, образующую с поверхностью 80 для входа света угол, который выбран так, что распространяющийся в направлении х р-поляризованный лазерный луч 5 первого лазерного блока 2 попадает на отражающую поверхность 81 под углом, который больше предельного угла полного внутреннего отражения. Благодаря этому р-поляризованный лазерный луч 5 первого лазерного блока 2 подвергается полному внутреннему отражению от отражающей поверхности 81 без потерь. Благодаря перпендикулярному падению р-поляризованного лазерного луча 5 первого лазерного блока 2 на поверхность 80 для входа света обеспечивается более высокий коэффициент пропускания для траектории падению р-поляризованного лазерного луча 5 первого лазерного блока 2. Чтобы избежать или, по крайне мере, уменьшить возможные потери при отражении от поверхности 80 для пропускания света, в данном случае предпочтительно, чтобы поверхность 80 для входа света – как предусмотрено в примере варианта исполнения – имела антиотражающее покрытие 800.
Поляризационная соединительная призма 8 также включает в себя поверхность 82 для выхода света, которая включает в себя диэлектрическое покрытие 820, которое для поляризованного параллельно плоскости падения света имеет коэффициент отражения RP = 0% и коэффициент пропускания TP = 100%, а для поляризованного перпендикулярно плоскости падения света имеет коэффициент отражения RS = 100% и коэффициент пропускания TS = 0%. С помощью этого мероприятия получают тот эффект, что полностью отраженный от отражающей поверхности 81 поляризационной соединительной призмы 8, р-поляризованный лазерный луч 5 первого лазерного блока 2 не отражается от поверхности 82 для выхода света, а получает максимальное пропускание и при этом преломляется.
Второй лазерный блок 3 расположен таким образом, что испускаемый им s-поляризованный лазерный луч 6 распространяется в направлении х, попадает в одном положении на поверхность 82 для выхода света, и благодаря коэффициенту отражения RS = 100% получает полное отражение, в которой р-поляризованный лазерный луч 5 первого лазерного блока 2, в свою очередь, выходит через поверхность 82 для выхода света и при этом преломляется. Угол отражения s-поляризованного лазерного луча 6 от поверхности 82 для выхода света соответствует углу преломления р-поляризованного лазерного луча 5 на этой поверхности. Таким образом с помощью коллинеарного наложения р-поляризованного лазерного луча 5 первого лазерного блока 2 и s-полязированного лазерного луча 6 второго лазерного блока 3 можно получить первый результирующий лазерный луч 9 с центральной длиной λ1 волны. Посредством такого поляризационного соединения можно складывать р-поляризованный лазерный луч 5 первого лазерного блока 2 и s-полязированный лазерный луча 6 второго лазерного блока 3 без изменения параметров излучения в результирующий лазерный луч 9, мощность которого соответствует сумме мощностей р-поляризованного лазерного луча 5 и s-полязированного лазерного луча 6.
Лазерный луч 7, испускаемый третьим лазерным блоком 4, имеет центральную длину λ2 волны, отличную от (идентичных) центральных длин λ1 волн р-поляризованного лазерного луча 5 первого лазерного блока 2 и s-полязированного лазерного луча 6 второго лазерного блока 3. Как показано на фиг.1, испускаемый третьим лазерным блоком 4 лазерный луч 7 распространяется в направлении z параллельно s-полязированному лазерному лучу 6 второго лазерного блока 3 до его отражения от поверхности 82 для выхода света из поляризационной соединительной призмы 8.
Дополнительно лазерное устройство 1 имеет средство для сложения длин волн, предназначенное для того, чтобы соединять полученный с помощью поляризационного соединения первый результирующий лазерный луч 9 с испускаемым третьим лазерным блоком 4 лазерным лучом 7 и коллинерно объединять их во второй результирующий лазерный луч 11, распространяющийся преимущественно в направлении оси z. Средство для сложения длин волн, с помощью которого можно дополнительно увеличить мощность лазерного устройства 1, выполнено в данном случае в виде зеркала 10 с многослойным диэлектрическим покрытием. Как показано на фиг.1, зеркало 10 расположено под углом относительно направления z, соответствующего как направлению распространения лазерного луча 7, испускаемого третьим лазерным блоком 4, так и направлению распространения второго результирующего луча 11. Многослойное диэлектрическое покрытие зеркала 10 выполнено так, что под углом падения лазерного луча 7, испускаемого третьим лазерным блоком 4, имеет коэффициент пропускания Tλ2 = 100% и коэффициент отражения Rλ2 = 0%. Угол падения первого результирующего луча 9 на зеркало 10 выбирают так, чтобы первый результирующий лазерный луч 9 мог отражаться от зеркала 10 в направлении распространения лазерного луча 7, испускаемого третьим лазерным блоком 4, которое в данном случае соответствует направлению z. Таким образом испускаемый третьим лазерным блоком 4 лазерный луч 7, а также отраженный от средства 10 для сложения длин волн первый результирующий лазерный луч 9 коллинеарно накладываются и образуют второй результирующий лазерный луч 11, распространяющийся в направлении z. Многослойное диэлектрическое покрытие зеркала 10 выполнено так, что под углом падения первого результирующего лазерного луча 9 на зеркало 10 имеет коэффициент отражения Rλ1 = 100% и коэффициент пропускания Tλ1 = 0%.
Оптическая траектория луча лазерного устройства 1 обеспечивает эффективное поляризационное соединение и сложение длин волн лазерных лучей 5, 6, 7, испускаемых тремя лазерными блоками 2, 3, 4, без необходимости 90° отклонения луча для поляризационного соединения, что имеет место в традиционных поляризационных соединительных средствах. Одновременно сохраняется принцип, при котором р-поляризованный лазерный луч 5 первого лазерного блока 2 и s-полязированный лазерный луча 6 второго лазерного блока 3 перед попаданием на поляризационную соединительную призму 8 распространяются ортогонально друг к другу. Тем самым упрощается регулировка первого лазерного блока 2 и второго лазерного блока 3 для получения траектории луча лазерного устройства 1. Преимуществом также является то, что лазерный луч 7 третьего лазерного блока 4 распространяется параллельно лазерному лучу 6 второго лазерного блока 3 до его попадания на поляризационную соединительную призму 8.
Представленное здесь лазерное устройство 1 позволяет в частности упростить изготовление выполненного в виде зеркала 10 средства для сложения длин волн, диэлектрическое покрытие которого может иметь значительно меньше слоев, чем в традиционных средствах для сложения длин волн. Таким образом можно существенно снизить стоимость изготовления зеркала 10. Кроме того, можно обеспечить уменьшение эффекта поглощения.
Если количество слоев диэлектрического покрытия зеркала 10 по сравнению с традиционными зеркалами, используемыми в качестве средств для сложения длин волн, не уменьшать, то можно сложить полученный с помощью поляризационного соединения первый результирующий лазерный луч 9 с лазерным лучом 7 третьего лазерного блока 4, при этом разница Δλ = λ2 – λ1 длин волн будет меньше, чем это известно из уровня техники. Тем самым благоприятным образом можно обеспечить соединение более узких длин λ1, λ2 волн.
Представленная на фиг. 1 концепция принципиально также позволяет выполнять сложение длин волн с помощью поляризационной соединительной призмы 8, которая в этом случае используется как призма для сложения длин волн. Кроме того, испускаемый первым лазерным блоком 2 лазерный луч 5 имеет центральную длину λ1 волны, отличную от центральной длины λ2 волны испускаемого вторым лазерным блоком 3 лазерного луча 6. Оба лазерных луча 5, 6 первого лазерного блока 2 и второго лазерного блока 3 поляризованы в первом (общем) направлении. С помощью сложения длин волн, в свою очередь, получают лазерный луч 9. Третий лазерный блок 4 испускает лазерный луч 7, поляризованный во втором поляризационном направлении, отличном от первого поляризационного направления, в частности, ортогонально к нему. В этом варианте зеркало 10 является средством поляризационного соединения, а не средством для сложения волн, как в первом варианте исполнения изобретения. С помощью поляризационного соединения первого результирующего лазерного луча 9 с испускаемым третьим лазерным блоком 4 лазерным лучом 7 получают второй результирующий лазерный луч 11. Диэлектрическое покрытие 820 поверхности 82 для выхода света призмы для сложения длин волн предпочтительно имеет для первой центральной длины λ1 волны коэффициент отражения Rλ1 = 0% и коэффициент пропускания Tλ1 = 100%, а для второй центральной длины λ2 волны коэффициент отражения Rλ2 = 100% и коэффициент пропускания Tλ2 = 0%. Диэлектрическое покрытие зеркала 10 выполнено так, что оно может отражать поляризованный в первом поляризационном направлении первый результирующий лазерный луч 9 и пропускать поляризованный во втором поляризационном направлении лазерный луч 7 третьего лазерного блока 4 так, что можно получить поляризационное соединение.
1. Лазерное устройство (1), включающее в себя
- первый лазерный блок (2), испускающий во время работы лазерный луч (5), распространяющийся в первом направлении (х),
- по меньшей мере, один второй лазерный блок (3), испускающий во время работы лазерный луч (6), распространяющийся во втором направлении (z), отличающемся от первого направления (х), и предпочтительно ориентированном ортогонально к первому направлению (х), а также
- поляризационное соединительное средство, расположенное и выполненное таким образом, что может складывать лазерный луч (5) первого лазерного блока (2), который поляризируется в первом направлении, с лазерным лучом (6) второго лазерного устройства (3), который поляризируется во втором направлении таким образом, что посредством коллинеарной суперпозиции обоих лазерных лучей (5, 6) может быть получен результирующий лазерный луч (9), отличающееся тем, что поляризационное соединительное средство выполнено как поляризационная соединительная призма (8), которая включает в себя поверхность (80) входа света, сквозь которую в поляризационную соединительную призму (8) может входить лазерный луч (5) первого лазерного блока (2); отражающую поверхность (81), таким образом расположенную относительно поверхности (80) входа света, что лазерный луч (5) первого лазерного блока (2) попадает на отражающую поверхность (81) под таким углом, который больше, чем предельный угол полного внутреннего отражения; а также поверхность (82) выхода света, сквозь которую после полного внутреннего отражения от отражающей поверхности (81) лазерный луч (5) первого лазерного блока (2) выходит из поляризационной соединительной призмы (8) и может преломляться на ней, причем второй лазерный блок (3) расположен относительно поляризационной соединительной призмы (8) таким образом, что лазерный луч (6) второго лазерного блока (3) попадает на отражающую поверхность (82) таким образом, что может отражаться в направлении, которое соответствует направлению распространения преломленного отражающей поверхностью (82) лазерного луча (5) первого лазерного устройства (2) так, что за счет коллинеарной суперпозиции обоих лазерных лучей (5, 6) может быть получен результирующий лазерный луч (9).
2. Лазерное устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что поверхность (80) входа света поляризационной соединительной призмы (8) имеет антиотражающее покрытие (800).
3. Лазерное устройство (1) по п. 1 или 2, отличающееся тем, что отражающая поверхность (82) поляризационной соединительной призмы (8) имеет диэлектрическое покрытие (820), имеющее для поляризованного в первом направлении лазерного луча (5) первого лазерного устройства (2) коэффициент отражения RP = 0% и коэффициент пропускания TP = 100%.
4. Лазерное устройство (1) по п. 3, отличающееся тем, что диэлектрическое покрытие (820) для поляризованного во втором направлении лазерного луча (6) второго лазерного блока (3) имеет коэффициент отражения RP = 100% и коэффициент пропускания TP = 0%.
5. Лазерное устройство (1) по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что поляризационная соединительная призма (8) расположена по отношению к первому лазерному блоку (2) таким образом, что лазерный луч (5) первого лазерного блока (2) попадает на поверхность (80) входа света параллельно нормали (N) к этой поверхности.
6. Лазерное устройство (1) по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что лазерный луч (5) первого лазерного блока (2) поляризуется в направлении, параллельном плоскости падения лазерного луча (5) на поляризационную соединительную призму (8).
7. Лазерное устройство (1) по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что лазерный луч (6) второго лазерного блока (3) поляризуется в направлении, перпендикулярном плоскости падения лазерного луча (6) на поляризационную соединительную призму (8).
8. Лазерное устройство (1) по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что лазерный луч (5) первого лазерного блока (2) имеет центральную длину (λ1) волны, идентичную центральной длине (λ1) волны лазерного луча (6) второго лазерного блока (3).
9. Лазерное устройство (1) по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что лазерное устройство (1) включает в себя, по меньшей мере, один третий лазерный блок (4), который во время работы может испускать лазерный луч (7), и средство сложения длин волн, которое ориентировано по траектории луча лазерного устройства (1) таким образом, что может создавать коллинеарную суперпозицию первого результирующего лазерного луча (9) и лазерного луча (7) третьего лазерного блока (4) так, что можно получить второй результирующий лазерный луч (11), причем средство сложения длин волн выполнено предпочтительно в виде зеркала (10), которое имеет многослойное диэлектрическое покрытие.
10. Лазерное устройство (1) по п. 9, отличающееся тем, что средство сложения длин волн, в частности зеркало (10), расположено относительно траектории луча лазерного устройства (1) таким образом, что первый результирующий лазерный луч (9) и лазерный луч (7) третьего лазерного блока (4) при попадании на средство сложения длин волн образуют друг с другом угол >90°.
11. Лазерное устройство (1) по п. 9 или 10, отличающееся тем, что лазерный луч (7) третьего лазерного блока (4) имеет центральную длину (λ2) волны, которая отличается от центральных длин (λ1) волны лазерных лучей (5, 6) первого лазерного блока (2) и второго лазерного блока (3).
12. Лазерное устройство (1) по любому из пп. 9-11, отличающееся тем, что диэлектрическое покрытие зеркала (10) выполнено таким образом, что под углом падения на зеркало (10) испускаемого третьим лазерным блоком (4) лазерного луча (7) имеет коэффициент пропускания Tλ2 = 100% и коэффициент отражения Rλ2 = 0% для лазерного луча (7).
13. Лазерное устройство (1) по любому из пп. 9-12, отличающееся тем, что диэлектрическое покрытие зеркала (10) выполнено таким образом, что под углом падения на зеркало (10) полученного в результате поляризационного сложения первого результирующего лазерного луча (9) имеет коэффициент пропускания Tλ1 = 0% и коэффициент отражения Rλ1 = 100% .
14. Лазерное устройство (1), включающее в себя
- первый лазерный блок (2), который во время работы может испускать лазерный луч (5), поляризованный в первом направлении поляризации с центральной длиной (λ1) волны, распространяющийся в первом направлении (х),
- по меньшей мере, второй лазерный блок (3), который во время работы может испускать лазерный луч (6), поляризованный во втором направлении поляризации с центральной длиной (λ2) волны, отличающейся от центральной длины (λ1) волны лазерного луча (5) первого лазерного блока, и распространяющийся во втором направлении (z), отличающемся от первого направления (x), предпочтительно ортогонально по отношению к первому направлению (x), а также
- средство сложения длин волн, расположенное и выполненное таким образом, что оно может складывать лазерный луч (5) первого лазерного блока (2) с лазерным лучом (6) второго лазерного блока (3) таким образом, что с помощью коллинеарной суперпозиции двух лазерных лучей (5, 6) может быть получен результирующий луч (9), отличающееся тем, что призма (8) для сложения длин волн выполнена так, что включает в себя поверхность (80) для входа света, сквозь которую лазерный луч (5) первого лазерного блока (2) может входить в призму (8) для сложения длин волн; отражающую поверхность (81), которая так расположена относительно поверхности (80) для входа света, что лазерный луч (5) первого лазерного блока (2) падает на отражающую поверхность (81) под углом, который больше предельного угла полного внутреннего отражения; а также поверхность (82) для выхода света, сквозь которую может выходить из призмы (8) для сложения длин волн и преломляться на ней лазерный луч (5) первого лазерного блока (2) после полного внутреннего отражения от отражающей поверхности (81); причем второй лазерный блок (3) расположен относительно призмы (8) для сложения длин волн таким образом, что лазерный луч (6) второго лазерного блока (3) может так попадать на поверхность (82) для выхода света, что может отражаться от нее в направлении, соответствующем направлению распространения преломленного поверхностью (82) для выхода света лазерного луча (5) первого лазерного блока (2) так, что с помощью коллинеарной суперпозиции обоих лазерных лучей (5, 6) можно получить результирующий лазерный луч (9).
15. Лазерное устройство (1) по п. 14, отличающееся тем, что лазерное устройство (1) включает в себя, по меньшей мере, один третий лазерный блок (4), который во время работы может испускать лазерный луч (7), который поляризован во втором поляризующем направлении, отличающемся от первого поляризующего направления, и поляризационное соединительное средство, которое расположено относительно траектории луча лазерного устройства (1) таким образом, что может создавать коллинеарную суперпозицию первого результирующего лазерного луча (9) с лазерным лучом (7) третьего лазерного блока (4) и, таким образом, получать второй результирующий лазерный луч (11), причем поляризационное соединительное средство выполнено предпочтительно в виде зеркала (10), которое имеет многослойное диэлектрическое покрытие.
