Laserstrahlen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kombination einer Mehrzahl N von kohärenten Laserstrahlen, umfassend: mindestens N-1 Phasen-Einstelleinrichtungen zur Einstellung einer jeweiligen Phase eines der kohärenten Laserstrahlen, sowie eine Strah I kom bi nationsei nrichtu ng zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen zur Bildung mindestens eines, insbesondere genau eines kombinierten Laserstrahls. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Lasersystem, umfassend: mindestens eine Laserquelle zur Erzeugung der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, insbesondere von Ultrakurzpuls-Laserstrahlen, eine Mehrzahl von Emissionsflächen zur Emission der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, sowie eine Vorrichtung wie weiter oben beschrieben zur Kombination der Mehrzahl von kohärenten

Laserstrahlen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kombinieren von kohärenten Laserstrahlen. Unter„kohärenten Laserstrahlen“ wird im Sinne dieser Anmeldung eine zeitliche Kohärenz der Laserstrahlen zueinander verstanden. Im Allgemeinen können die Laserstrahlen einen verminderten Grad an räumlicher Kohärenz aufweisen, d.h. die Laserstrahlen können räumlich partiell kohärent sein, d.h. es handelt sich nicht zwingend um Single-Mode-Laserstrahlen. Beispielsweise können die Laserstahlen von Multimode-Quellen erzeugt werden und z.B. einen höhermodigen Gauß-Mode, z.B. ein Laguerre-Gauß-Mode, eine Hermite-Gauß-Mode oder Superpositionen davon bilden. Bevorzugt sind die Laserstrahlen jedoch sowohl zeitlich als auch räumlich kohärent.

Bei der Strahlkombination wird eine Mehrzahl von Laserstrahlen zu einem

kombinierten Laserstrahl überlagert, der eine entsprechend höhere Leistung aufweist. Bei der kohärenten„tiled aperture'-Strahlkombination, auch Seite-an-Seite- Strahlkombination genannt, wird der Strahlquerschnitt des kombinierten Laserstrahls vergrößert, aber die Divergenz reduziert, was in der Regel nicht ohne einen Verlust an Leistung oder Strahlqualität möglich ist. Bei der kohärenten„filled aperture'- Strahlkombination wird eine Mehrzahl von Laserstrahlen zu einem kombinierten Laserstrahl überlagert, der typischerweise denselben Strahlquerschnitt und idealerweise dieselbe Divergenz wie ein einzelner Laserstrahl aufweist. Eine solche Strahlkombination kann - annähernd ohne Verlust an Strahlqualität - diffraktiv, interferometrisch oder über eine Polarisationskopplung erfolgen.

In der US 2017/0201063 A1 ist ein System zur Phasenanpassung einer Anzahl M von Laserquellen beschrieben, die in einer periodischen räumlichen Konfiguration angeordnet sind. Das System weist Mittel zum Kollimieren und zum Ausrichten der Anzahl M von Laserstrahlen auf ein kombinierendes diffraktives optisches Element auf, das ein Phasengitter umfasst. Das diffraktive optische Element ist in einer Objektebene einer Fourier-Linse angeordnet. Das System weist auch Mittel zur Phasenanpassung der Laserquellen auf Grundlage eines negativen Feedback- Signals auf, das von den kombinierten Laserstrahlen herrührt.

Aus der US 7,924,894 B2 ist ein Hochleistungs-Lasersystem bekannt geworden, welches einen Master-Oszillator sowie eine Mehrzahl von Faserlaser-Verstärkern zur Erzeugung von Ausgangs-Beamlets aufweist. Ein diffraktives optisches Element kombiniert die Ausgangs-Beamlets zu einem kombinierten Ausgangsstrahl. Eine Regelungseinrichtung dient dazu, auf die Kombination der Ausgangs-Beamlets zurückzuführende Fehler zu minimieren, welche die Qualität des kombinierten Ausgangsstrahls reduzieren. Die Phase der Beamlets wird mit Hilfe von Phasen- Modulatoren in Abhängigkeit von einem Fehlersignal eingestellt.

In der US 8,248,700 B1 sind Systeme und Verfahren zur kohärenten

Strahlkombination beschrieben. Das System weist ein Array von kohärenten Laser- Emittern auf, die ein Array von Ausgangs-Strahlen erzeugen, die von einem Array von Kollimations-Linsen kollimiert werden. Die kollimierten Ausgangs-Strahlen werden von einer Linse in eine Fokusebene fokussiert, in der ein Phasen-Schirm angeordnet ist, um aus dem Array von Ausgangs-Strahlen einen oder mehrere kohärent überlagerte Strahlen zu erzeugen, die einer Phasen-Kombination des Arrays von Ausgangs-Strahlen entsprechen. Bei dem Phasen-Schirm kann es sich um ein diffraktives optisches Element handeln.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kombination einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, ein Lasersystem mit einer solchen

Vorrichtung und ein zugehöriges Verfahren bereitzustellen, welche es ermöglichen, die Strahlqualität eines jeweiligen einzelnen Laserstrahls in dem mindestens einen kombinierten kohärenten Laserstrahl nahezu vollständig zu erhalten.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher die Strahlkombinationseinrichtung eine

Mikrolinsenanordnung mit mindestens zwei Mikrolinsen-Arrays zur Bildung des mindestens einen kombinierten Laserstrahls aufweist.

Die Erfinder haben erkannt, dass bei einer geeigneten Festlegung der (relativen) Phase bzw. der Phasenunterschiede zwischen den kohärenten Laserstrahlen eine Mikrolinsenanordnung als Strahlkombinationseinrichtung zur kohärenten Kombination der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen zu mindestens einem kombinierten Laserstrahl mit hoher Strahlqualität verwendet werden kann. Zwar ist es grundsätzlich bekannt, eine Mikrolinsenanordnung bzw. einen abbildenden

Homogenisierer zur Homogenisierung von Strahlung, insbesondere zur

Homogenisierung eines Laser-Strahls, zu verwenden, erfindungsgemäß wird die Mikrolinsenanordnung jedoch zur kohärenten Kombination einer Mehrzahl von Laserstrahlen verwendet. Bei einer geeigneten Auslegung der

Mikrolinsenanordnung, beispielsweise einer geeigneten Wahl der Brennweiten der Mikrolinsen der Mikrolinsen-Arrays, sowie einer geeigneten Anpassung der

Phasenfront der Laserstrahlen, die auf die Mikrolinsenanordnung eingestrahlt werden, insbesondere durch eine geeignete Wahl der (relativen) Phasen df _h der kohärenten Laserstrahlen kann zudem eine hohe Effizienz bei der Kopplung realisiert werden.

Es ist zwar grundsätzlich möglich, die Phasenanpassung ausschließlich durch eine geeignete Einkoppeloptik zur Einkopplung der kohärenten Laserstrahlen in die Mikrolinsenanordnung, d.h. durch eines oder mehrere geeignet ausgelegte optische Elemente zu realisieren. In der Praxis werden typischerweise die Phasen- Einstelleinrichtungen zur individuellen Einstellung der (relativen) Phasen df _h der kohärenten Laserstrahlen verwendet. Zusätzlich kann in Kombination eine geeignete Einkoppeloptik verwendet werden, um die Phasenanpassung vorzunehmen. Dies ist günstig, da die Phasen-Einstelleinrichtungen in der Regel ohnehin benötigt werden, um die Phasen der kohärenten Laserstrahlen zu korrigieren bzw. zu regeln, beispielsweise um temperaturbedingte Einflüsse auf die Vorrichtung zu

kompensieren.

Die Phasen-Einstelleinrichtungen dienen zur Einstellung der jeweiligen Phase der kohärenten Laserstrahlen typischerweise vor deren Austritt an einer Emissionsfläche, d.h. bevor diese in Freistrahlpropagation auf die Mikrolinsenanordnung treffen. Für die Realisierung der Phasen-Einstelleinrichtungen, die typischerweise zur Einstellung einer variablen Phasenverzögerung ausgebildet sind, besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten: Beispielsweise kann es sich bei den Phasen-Einstelleinrichtungen um Modulatoren in Form von EOMs (elektro-optische Modulatoren), SLMs (Spatial Light Modulators), optische Verzögerungsstrecken in Form von Spiegelanordnungen, oder dergleichen handeln. Für den Fall, dass die kohärenten Laserstrahlen vor der Emission an einer Emissionsfläche in einer Faser geführt werden, kann für die Phasen-Einsteliung z.B. mittels Piezo-Stelielementen eine Zugspannung auf die Faser aufgebracht werden, eine Temperatur-Beeinflussung der Faser vorgenommen werden, etc.

Für den Fall, dass die kohärenten Laserstrahlen vor der Emission an einer

Emissionsfläche in einem Verstärkungsmedium geführt und optisch verstärkt werden, kann die spezifische Verstärkungscharakteristik des jeweiligen optischen Verstärkers angepasst werden und somit eine Phasenbeziehung zwischen den einzelnen

Kanälen bzw. den einzelnen Laserstrahlen eingestellt werden. Die

Verstärkungscharakteristik kann dabei die erzielte Gesamtverstärkung (Gain) und/oder erzielte absolute Ausgangsleistung der kohärenten Einzelstrahlen darstellen. Der Grund für eine unterschiedliche Phasenbeziehung kann dabei die unterschiedliche Anzahl von angeregten laseraktiven Ionen im Verstärkungsmedium sein oder aber unterschiedliche optische Intensitätsverläufe, welche durch optische Nichtlinearität entweder im Verstärkermedium selber oder in einem weiteren optischen Element zu einer Änderung der Phasenlage führen.

Bevorzugt erfüllen die kohärenten Laserstrahlen und die Mikrolinsenanordnung die folgende Gleichung:

N = p ² / (AL f _E ) (1 ) wobei N die Anzahl der kohärenten Laserstrahlen für die Kombination, p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays, AL die (in der Regel identische) Laserwellenlänge der kohärenten Laserstrahlen und ίe die

(effektive) Brennweite der Mikrolinsenanordnung bezeichnen. Im einfachsten Fall weist die Mikrolinsenanordnung zwei Mikrolinsenarrays mit identischer Brennweite auf, die im Abstand ihrer Brennweiten zueinander angeordnet sind. In diesem Fall stimmt die Brennweite der Mikrolinsenanordnung mit der (gemeinsamen) Brennweite der beiden Mikrolinsen-Arrays überein. Die Erfinder haben erkannt, dass bei der Kombination zu dem kombinierten

Laserstrahl die Strahlqualität eines einzelnen kohärenten Laserstrahls nahezu vollständig erhalten bleibt, wenn obige Gleichung (1 ) erfüllt ist. Hierbei wird

ausgenutzt, dass eine Mikrolinsenanordnung bzw. ein abbildender Homogenisierer, der mit einem kohärenten, kollimierten Laserstrahl bestrahlt wird, für den Fall, dass die Gleichung (1 ) erfüllt ist, ein Beugungsmuster mit N Beugungs-Spots gleicher Intensität erzeugt, vgl. den Artikel von M. Zimmermann et al.„Refractive Micro-optics for Multi-spot and Multi-Iine Generation“, Proceedings of LPM2008-the 9th

International Symposium on Laser Precision Microfabrication. Die Erfinder schlagen vor, den Strahlweg durch den abbildenden Homogenisierer umzukehren und an den Positionen, an denen in dem zitierten Artikel die Beugungs-Spots erzeugt werden, die Emissionsflächen für die Emission der kohärenten Laserstrahlen anzuordnen bzw. die kohärenten Laserstrahlen in Richtung auf die Mikrolinsenanordnung auszusenden. Weisen die kohärenten Laserstrahlen eine (annähernd) gleiche

Intensität auf, wird bei der Umkehrung der Strahlrichtung ein kombinierter,

kohärenter Laserstrahl hoher Strahlqualität erzeugt.

Es versteht sich, dass die Gleichung (1 ) in der Praxis nicht exakt eingehalten werden kann. Für den Fall, dass von der Gleichung (1 ) abgewichen wird, verschlechtert sich die Strahlqualität des überlagerten Laserstrahls. Im Sinne dieser Anmeldung wird die obige Gleichung (1 ) als erfüllt angesehen, wenn die rechte Seite der Gleichung (1 ) um nicht mehr als 20%, bevorzugt um nicht mehr als 10%, insbesondere um nicht mehr als 5% vom (ganzzahligen) Wert N auf der linken Seite der Gleichung (1) abweicht, d.h. wenn gilt: |N - p ² / (AL ίe)| < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05.

Bei einer Ausführungsform weist die Mikrolinsenanordnung mindestens drei

Mikrolinsen-Arrays auf und ist zur Einstellung ihrer (effektiven) Brennweite fe ausgebildet. Die Einstellung der Brennweite der Mikrolinsenanordnung ist

erforderlich, wenn die Anzahl N der kohärenten Laserstrahlen, die für die

Kombination verwendet werden, verändert wird und weiterhin die Gleichung (1 ) erfüllt sein soll, da die anderen Parameter in Gleichung (1 ), d.h. die Laserwellenlänge AL und der Rasterabstand p der Mikrolinsen, nicht ohne weiteres verändert werden können. Die effektive Brennweite fe der Mikrolinsenanordnung bezieht sich auf ein Strahlbündel, welches jeweils eine Mikrolinse je Mikrolinsen-Array im Strahlpfad (entsprechend einer Sub-Apertur) durchläuft. Eine Mikrolinsenanordnung, die als Strahlkombinationseinrichtung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden kann, weist bezogen auf ein Strahlbündel zu jeweils einer Mikrolinse je Mikrolinsen-Array in der Schreibweise der Matrizenoptik, also als Abbildungsmatrix

(c D) ' tyP ^{isc erwe} ' ^se folgende Eigenschaften auf: A=0; |B|=fE. Weiterhin gilt meist auch D<1 (für einen im Wesentlichen kollimierten Austrittsstrahl); C ergibt sich dann abhängig von A, B, und D. Die Verwendung von mindestens drei Mikrolinsen-Arrays ist erforderlich, um die zweite Bedingung |B|= ίe für variables fe zu erfüllen.

Im einfachsten Fall wird ein jeweiliges Mikrolinsen-Array der Mikrolinsenanordnung durch ein eigenes Multilinsen-Array-Bauteil realisiert. Es ist aber auch möglich, dass mehrere Mikrolinsen-Arrays im Strahlpfad durch ein einziges Mikrqlinsenarray- Bauteii realisiert werden, indem der Strahlpfad dieses Mikrolinsenarray-Bauteil entsprechend mehrfach durchläuft, beispielsweise weil der Strahlpfad an einem reflektierenden optischen Element umgelenkt wird.

Für die Einstellung der effektiven Brennweite der Mikrolinsenanordnung bestehen verschiedene Möglichkeiten:

Bei einer Weiterbildung ist die Mikrolinsenanordnung ausgebildet, zur Einstellung ihrer (effektiven) Brennweite einen (optischen) Abstand zwischen mindestens einem ersten Mikrolinsen-Array und einem zweiten Mikrolinsen-Array zu verändern. Für zwei (dünne) (Mikro-)Linsen kann beispielsweise eine effektive Brennweite fe aus den Brennweiten der Einzellinsen fia, f2a und dem Abstand ds der Linsen bestimmt werden gemäß dem Grundzusammenhang:

(2).

Aus diesen Grundzusammenhang kann (nötigenfalls iterativ) die effektive Brennweite fE einer Mikrolinsenanordnung mit einer beliebigen Anzahl von Mikrolinsen-Arrays (in der Regel drei oder vier Mikrolinsen-Arrays) bestimmt werden. Da die Veränderung der Anzahl der kohärenten Laserstrahlen, die zur Kombination verwendet werden, in der Regel nicht zeitkritisch ist, kann die Einstellung bzw. die Variation der effektiven Brennweite der Mikrolinsenanordnung ggf. manuell durchgeführt werden, indem die die Mikrolinsen-Arrays an vorgegebene Verstellpositionen bewegt werden.

Gegebenenfalls kann die Vorrichtung eine motorisierte Verstellmechanik und eine elektronische Steuereinrichtung aufweisen, um die verschiedenen Verstellpositionen automatisiert anzufahren. Die Verstellmechanik kann einen Schlitten umfassen, auf dem ein Mikrolinsen-Array bzw. ein Mikrolinsenarray-Bauteil oder wenigstens zwei Mikrolinsenarray-Bauteile in festem Abstand angeordnet sind. Der Schlitten kann gegenüber wenigstens einem weiteren Mikrolinsenarray-Bauteil, insbesondere gegenüber wenigstens zwei Mikrolinsenarray-Bauteilen, entlang der

Strahlausbreitungsrichtung verfahrbar ausgebildet sein. Beispielsweise können ein im Strahlpfad erstes und drittes Mikrolinsen-Array ortsfest und ein im Strahlpfad zweites und viertes Mikrolinsen-Array auf dem verfahrbaren Schlitten angeordnet sein, oder umgekehrt.

Für die Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu einem kombinierten

Laserstrahl ist es typischerweise erforderlich bzw. günstig, dass benachbarte kohärente Laserstrahlen mit einer vorgegebenen Winkeldifferenz dq in die

Mikrolinsenanordnung eingekoppelt werden, für die gilt: dq = li / p, wobei AL die Laserwellenlänge und p einen (identischen) Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays bezeichnen. Um diese Bedingung zu erfüllen, können die Emissionsflächen, aus denen die kohärenten Laserstrahlen austreten, unter der jeweiligen Winkeldifferenz dq zueinander ausgerichtet werden und beispielsweise auf einem Kreisbogen angeordnet sein. Eine Fokussierung der kohärenten Laserstrahlen kann in diesem Fall beispielsweise mit Hilfe von Einzellinsen erfolgen, die im jeweiligen Strahlweg eines der kohärenten Laserstrahlen angeordnet sind, es kann ggf. aber auch auf das Vorsehen solcher Linsen verzichtet werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine

Bewegungseinrichtung zur Erzeugung eines bevorzugt einstellbaren lateralen

Versatzes zwischen mindestens einem ersten Mikrolinsen-Array und mindestens einem zweiten Mikrolinsen-Array der Mikrolinsenanordnung auf. Durch die

Bewegungseinrichtung werden die Raster, in denen die Mikrolinsen der beiden Mikrolinsen-Arrays angeordnet sind, lateral, d.h. senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des kombinierten Laserstrahls bzw. zur optischen Achse verschoben, entlang derer die Mikrolinsen-Arrays zueinander beabstandet angeordnet sind. Die laterale

Verschiebung erfolgt in der Regel um ein nicht ganzzahliges Vielfaches des

Rasterabstands der Mikrolinsen, so dass in Ausbreitungsrichtung aufeinander folgende Mikrolinsen bzw. Sub-Aperturen lateral zueinander versetzt sind. In

Abhängigkeit von der Größe bzw. vom Betrag des lateralen Versatzes kann eine gezielte Ablenkung des kombinierten Laserstrahls oder eine Strahlteilung zur Bildung von zwei oder mehr kombinierten Laserstrahlen erfolgen, die in der Regel dieselbe Leistung aufweisen. Die Laserenergie und die Strahlqualität der einzelnen

kohärenten Laserstrahlen können hierbei im Wesentlichen erhalten bleiben. Durch den lateralen Versatz können die Optikparameter, die zur Bildung eines einzelnen kombinierten Laserstrahls dienen, so verändert werden, dass eine Kombination zu mehreren wohldefinierten Bündeln (Strahlteilung) von Laserstrahlen mit

gleichverteilter Leistung entsteht. Alternativ oder zusätzlich kann bei der Kombination ein einzelner Laserstrahl gebildet werden, der zur optischen Achse parallel versetzt propagiert (Strahlablenkung), sofern die Winkelverteilung des Fernfelds mit einer Linse oder dergleichen abgebildet und hierbei in eine Ortsverteilung umgewandelt wird. Dieses Verfahren zur Strahlteilung und/oder zur Strahlablenkung kann bei Regelraten von « 1 kHz realisiert werden.

Die Bewegungseinrichtung dient typischerweise dazu, eines der Mikrolinsen-Arrays lateral zu verschieben. Die Bewegungseinrichtung kann zur Dejustage bzw. zur Verschiebung des mindestens einen Mikrolinsen-Arrays beispielsweise ein

Piezoelement, eine Voice Coil, eine mechanische Einrichtung ggf. in Form einer Nockenwelle, etc. aufweisen oder aus einem solchen Bauteil gebildet sein.

Bei einer Weiterbildung weisen das erste und das zweite Mikrolinsen-Array zur Bildung von zwei kombinierten Laserstrahlen einen lateralen Versatz D auf, für den gilt:

D = ± p / (2 N), wobei N die Anzahl der kohärenten Laserstrahlen und p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays bezeichnen. Die Mikrolinsen des ersten Mikroiinsen-Arrays sind in diesem Fall um den Betrag D in einer Richtung (z.B. X-Richtung) zu den Mikrolinsen des zweiten Mikroiinsen-Arrays versetzt. Die beiden kombinierten Laserstrahlen bzw. die beiden

Beugungsordnungen, in welche diese gebeugt werden, sind ebenfalls in X-Richtung versetzt.

Bei einer weiteren Weiterbildung weisen das erste und das zweite Mikrolinsen-Array zur Kombination einer geraden Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen zu einem kombinierten Laserstrahl einen lateralen Versatz D auf, für den gilt:

D = ± p / (2 N + 1 ), wobei N die Anzahl der kohärenten Laserstrahlen und p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikroiinsen-Arrays bezeichnen, wobei für einen bevorzugt einstellbaren Abstand d zwischen dem ersten Mikrolinsen-Array und dem zweiten Mikrolinsen-Array gilt: d = p ² / (N AL), wobei AL die Laserwellenlänge bezeichnet. Der Abstand d zwischen den beiden lateral versetzten Mikroiinsen-Arrays kann in der Regel auf die weiter oben in

Zusammenhang mit der Einstellung der effektiven Brennweite fe der

Mikrolinsenanordnung beschriebene Weise mittels einer motorischen

Verstellmechanik eingestellt werden, es ist aber auch möglich, dass der Abstand d zwischen den beiden Mikroiinsen-Arrays konstant ist und nicht verändert werden kann.

Bei einer weiteren Weiterbildung weisen das erste und das zweite Mikrolinsen-Array zur Bildung eines in eine von der Nullten verschiedenen Beugungsordnung B gebeugten kombinierten Laserstrahls einen lateralen Versatz D auf, für den gilt:

D = p / N B, wobei N die Anzahl der kohärenten Laserstrahlen und p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays bezeichnen. Die Beugungsordnung B nimmt ganzzahlige, von Null verschiedene Werte an, d.h. B = ± 1 , ± 2, ... . Durch den lateralen Versatz D kann in diesem Fall eine Ablenkung des kombinierten

Laserstrahls in eine bestimmte Beugungsordnung, d.h. unter einem vorgegebenen, dieser Beugungsordnung entsprechenden Winkel erfolgen. Die Intensität des gebeugten kombinierten Laserstrahls nimmt in Abhängigkeit von der

Beugungsordnung ab, beispielsweise um ca. 3% bei der ±1. Beugungsordnung und um ca. 10% bei der ±2. Beugungsordnung, d.h. auch in diesem Fall ist die Effizienz bei der Strahlkombination hoch.

Für den Fall, dass eine Mehrzahl von Laserstrahlen zweidimensional zu einem gemeinsamen Laserstrahl kombiniert werden soll und die Mikrolinsenanordnung zu diesem Zweck zwei Paare von eindimensionalen, direkt hintereinander angeordneten gekreuzten Mikrolinsen-Arrays aufweist, kann mittels der Bewegungseinrichtung ein getrennt einstellbarer lateraler Versatz der Mikrolinsen eines jeweiligen

eindimensionalen Mikrolinsen-Arrays in zwei unterschiedlichen, beispielsweise senkrechten Richtungen (X, Y) eingestellt werden.

Für den Fall, dass für die zweidimensionale Kombination zweidimensional

strukturierte Mikrolinsen-Arrays verwendet werden, ist keine unabhängige Einstellung des lateralen Versatzes in zwei Richtungen möglich. Wird ein solches

zweidimensional strukturiertes Mikrolinsen-Array in einer Richtung (z.B. X-Richtung) lateral versetzt, wird der kombinierte Laserstrahl auch in der zweiten Richtung (z.B. Y-Richtung) abgelenkt bzw. es werden an Stelle von zwei kombinierten

Laserstrahlen vier kombinierte Laserstrahlen gebildet.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Einkoppeloptik zur Einkopplung der kohärenten Laserstrahlen in die Mikrolinsenanordnung auf, wobei die Einkoppeloptik bevorzugt ausgebildet ist, benachbarte kohärente Laserstrahlen mit einer vorgegebenen Winkeldifferenz dq in die Mikrolinsenanordnung

einzukoppeln, für die gilt: dq = KL / p, wobei KL die Laserwellenlänge und p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays bezeichnen. In diesem Fall wird eine Einkoppeloptik verwendet, die zwischen den Emissionsflächen, aus denen die kohärenten Laserstrahlen austreten, und der Mikrolinsenanordnung angeordnet ist. Die Einkoppeloptik ist nicht zwingend erforderlich, kann aber z.B. beim Einrichten der Vorrichtung günstig sein. Insbesondere kann die Einkoppeloptik dazu verwendet werden, die Bedingung an die Winkeldifferenz dq zu erfüllen, ohne dass zu diesem Zweck die Strahlaustrittsrichtungen der kohärenten Laserstrahlen aus den Emitterflächen unter einem Winkel zueinander ausgerichtet werden müssen. Beispielsweise können in diesem Fall die Emitterflächen auf einer Linie angeordnet sein, d.h. die Strahlaustrittsrichtungen bzw. die Poynting-Vektoren der kohärenten Laserstrahlen sind parallel zueinander ausgerichtet. Die Verwendung bzw. die Auslegung der Einkoppeloptik und die Anordnung der Emitterflächen hängen von den Rahmenbedingungen, beispielsweise von der verwendeten Laserquelle ab. Für den Fall, dass die Emitterflächen die Stirnseiten von parallel verlaufenden Fasern bilden, bietet sich beispielsweise die Verwendung einer Einkoppeloptik an.

Bei einer Weiterbildung weist die Einkoppeloptik mindestens eine

Fokussiereinrichtung, insbesondere mindestens eine Fokussieriinse, zur

Fokussierung der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen auf die

Mikrolinsenanordnung auf. Die Verwendung einer Fokussieriinse, die im

Wesentlichen im Abstand ihrer Brennweite von der Mikrolinsenanordnung

angeordnet ist (Fourier-Linse) hat sich als günstig erwiesen, um die Bedingung an die Winkeldifferenz dq einzuhalten, sofern die Emissionsflächen in einem geeigneten Abstand zueinander angeordnet sind. Die kohärenten Laserstrahlen können in diesem Fall im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet auf die Fokussieriinse treffen und werden auf die Mikrolinsenanordnung fokussiert.

Bei einer Weiterbildung umfasst die Einkoppeloptik zur Korrektur einer Krümmung der Phasenfront der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen mindestens eine weitere abbildende Optik, insbesondere mindestens eine weitere Linse. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann zumindest ein Teil der relativen Phase der

kohärenten Laserstrahlen, die für die kohärente Kombination erforderlich ist, mit Hilfe einer Optik eingestellt werden, die eines oder mehrere optische Elemente aufweist. Die Einstellung eines absoluten (d.h. nicht vom jeweiligen Laserstrahl abhängigen) Anteils der Phasenfront der Laserstrahlen kann als Korrektur der

Phasenfrontkrümmung aufgefasst werden. Die Verwendung einer (weiteren) Optik zur Korrektur der Phasenfront ist aber nicht zwingend erforderlich, wenn die

Vorrichtung, insbesondere die Einkoppeloptik, geeignet ausgelegt wird (s.u.). Die weitere Optik ist typischerweise im Strahlengang der kohärenten Laserstrahlen vor der Fokussiereinrichtung angeordnet.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Lasersystem, umfassend: mindestens eine Laserquelle zur Erzeugung der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, eine Mehrzahl von Emissionsflächen zur Emission der Mehrzahl von kohärenten

Laserstrahlen, sowie eine Vorrichtung wie weiter oben beschrieben zur Kombination der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen zu einem kombinierten Laserstrahl. Für die Erzeugung der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen kann die Laserquelle einen einzigen Laser aufweisen, beispielsweise in Form eines (Faser-)Master- Oszillators. Die von dem Laser erzeugte Seed-Laserstrahlung wird z.B. mittels einer herkömmlichen 1 -zu-N-Kopplungseinrichtung, beispielsweise in Form eines einzelnen Mikrolinsen-Arrays in die Mehrzahl N von Laserstrahlen aufgeteilt.

Alternativ können auch mehrere Laserquellen, beispielsweise in Form von

Faseroszillatoren, Laserdioden, etc. zur Erzeugung der Mehrzahl N von kohärenten Laserstrahlen dienen. In diesem Fall weist das Lasersystem eine

Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der Laserdioden auf, um die kohärenten Laserstrahlen zu erzeugen. Die Laserquelle(n) können zur Erzeugung von

Ultrakurzpuls-Laserstrahlen ausgebildet sein, d.h. von kohärenten Laserstrahlen, die eine Pulsdauer von weniger als z.B. 10 ¹² s aufweisen.

Die in der bzw. in den Laserquellen erzeugten kohärenten Laserstrahlen werden typischerweise mit Hilfe einer Mehrzahl N von Strahlführungseinrichtungen, beispielsweise in Form von Fasern, zu den Emissionsflächen geführt. Die individuelle Strahlführung der Laserstrahlen ermöglicht es, auf diese einzeln einzuwirken, um mit Hilfe der Phasen-Einstelleinrichtung die relativen Phasen geeignet einzustellen. Die Strahlführungseinrichtungen können eine entsprechende Mehrzahl N von

Verstärkern oder Verstärkerketten, beispielsweise in Form von Faser-Verstärkem, aufweisen, um die Laserstrahlen zu verstärken, bevor diese an den Emitterflächen in Richtung auf die Mikrolinsenanordnung emittiert werden. Die Phasen- Einstelleinrichtungen können im Strahlweg vor den Strahlführungseinrichtungen oder nach den Strahlführungseinrichtungen angeordnet sein und/oder auf die Strahlführungseinrichtungen, z.B. in Form der Fasern, einwirken. Der Vorteil eines solchen Lasersystems mit individuellen Verstärkern besteht nicht nur darin, höhere Laserleistungen zu erreichen, sondern auch darin, dass die Fehler, die sich in dem Verstärkeraufbau ansammeln, jeden der kohärenten Laserstrahlen unterschiedlich beeinflussen und daher bei der Bildung des kombinierten Laserstrahls ausgemittelt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform weisen die an den Emissionsflächen emittierten kohärenten Laserstrahlen ein Gauß-förmiges Strahlprofil, ein Donought-förmiges Strahlprofil oder ein Top-Hat-Strahlprofil auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die zeitliche Kohärenz der Laserstrahlen für die Überlagerung wichtig, die

Laserstrahlen können aber von räumlich partiell kohärenten Laserquellen, beispielsweise von Multimode-Laserquellen erzeugt werden. Mit anderen Worten handelt es sich bei den kohärenten Laserstrahlen nicht zwingend um Single-Mode- Laserstrahlen, die in der Mikrolinsenanordnung zu einem kombinierten Single-Mode- Laserstrahl mit größerem Strahldurchmesser überlagert werden. Bei dem

Beugungsmuster bzw. bei dem Multi-Spot-Profil, das von der Mikrolinsenanordnung erzeugt wird, wenn diese in umgekehrter Strahlrichtung von einem im Wesentlichen kollimierten Laserstrahl durchlaufen wird, weisen die einzelnen Spots z.B. ein im Wesentlichen Gauß-förmiges Strahlprofil, ein im Wesentlichen Donought-Förmiges oder ein im Wesentlichen Top-Hat-förmiges Strahlprofil auf. Es ist aber in der Regel günstig, wenn es sich bei den kohärenten Laserstrahlen, die für die kohärente Kombination verwendet werden, um Single-Mode-Laserstrahlen handelt, die zu einem Single-Mode-Laserstrahl kombiniert werden. Da bei der Einhaltung der Gleichung (1 ) eine homogene Verteilung von N Einzel-Spots erzeugt wird, sollte auch die Intensität der aus den Emitterflächen austretenden kohärenten

Laserstrahlen möglichst homogen, d.h. gleich groß, sein.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Lasersystem eine

Steuerungseinrichtung auf, die ausgebildet bzw. programmiert ist, die (effektive) Brennweite der Mikrolinsenanordnung in Abhängigkeit von der Anzahl N der emittierten kohärenten Laserstrahlen einzustellen. Die Anzahl der emittierten kohärenten Laserstrahlen kann sich beispielsweise verändern, wenn zusätzliche Laserquellen in das Lasersystem eingebaut oder wenn Laserquellen aus dem Lasersystem entfernt werden. Bei dem hier beschriebenen Lasersystem handelt es sich um ein skalierbares System, d.h. es können prinzipiell beliebig viele kohärente Laserstrahlen überlagert werden. Durch die Anpassung der (effektiven) Brennweite der Mikrolinsenanordnung an die jeweils vorhandene Anzahl N von Laserquellen kann ein modularer Aufbau des Lasersystems erreicht werden.

Gegebenenfalls kann die bzw. eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der mindestens einen Laserquelle zur Festlegung einer Anzahl N von emittierten kohärenten Laserstrahlen ausgebildet sein. In diesem Fall können einzelne

Laserquellen wahlweise ein- oder ausgeschaltet werden, beispielsweise um die Intensität des kombinierten Laserstrahls einzustellen. Zur Veränderung der Anzahl N der emittierten kohärenten Laserstrahlen werden typischerweise die jeweils äußersten Laserquellen des Lasersystems in Bezug auf eine Mittelachse der Mikrolinsenanordnung ein- oder ausgeschaltet. Die Anzahl der Mikrolinsen der Mikrolinsen-Arrays der Mikrolinsenanordnung ist unabhängig von der Anzahl N an kohärenten Laserstrahlen, die zur Kombination verwendet werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Abstand zwischen der

Fokussiereinrichtung der Einkoppeloptik und der Mikrolinsenanordnung einstellbar und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, den Abstand in Abhängigkeit von der Anzahl N der emittierten kohärenten Laserstrahlen einzustellen. In diesem Fall kann eine Anzahl N von parallel ausgerichteten kohärenten Laserstrahlen auf die

Fokussiereinrichtung, beispielsweise auf eine Fokussierlinse, ausgerichtet werden, ohne dass eine weitere Optik für die Phasenkorrektur benötigt wird. Weist die Fokussiereinrichtung eine Brennweite f2 auf, so ist die Mikrolinsenanordnung, genauer gesagt das erste Mikrolinsen-Array der Mikrolinsenanordnung, idealerweise in einem Abstand L2 von der Fokussiereinrichtung angeordnet, der gegeben ist durch: L2 = f2 - p ² / (AL N) bzw L2 = f2 - ίe. Für die Einstellung des Abstands L2 kann die Steuerungseinrichtung beispielsweise auf die weiter oben beschriebene

Verstellmechanik der Mikrolinsenanordnung einwirken. Durch die Abweichung des Abstands L2 der Mikrolinsenanordnung um p ² / (AL N) von der Brennweite f2 der Fokussiereinrichtung wird ein allen Laserstrahlen gemeinsamer Anteil der

Phasenfront bzw. eine gemeinsame Phasenfrontkrümmung der auf die

Mikrolinsenanordnung auftreffenden Laserstrahlen so eingestellt, dass die kohärenten Laserstrahlen beim Durchgang durch die Mikrolinsenanordnung bzw. durch den abbildenden Homogenisierer einen kombinierten, einzelnen Laserstrahl bilden. Die Bedingung an den Abstand L2 gilt auch als erfüllt, wenn die rechte Seite um weniger als 5%, bevorzugt um weniger als 2% von der linken Seite abweicht.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Fokussiereinrichtung im Abstand ihrer Brennweite f2 von der Mikrolinsenanordnung angeordnet und die Brennweite f2 der Fokussiereinrichtung, eine Brennweite fi der weiteren abbildenden Optik und eine Brennweite ίe der Mikrolinsenanordnung erfüllen folgende Bedingung: fi = - f2 ² / !E. Wie weiter oben beschrieben wurde, dient die weitere abbildende Optik, die eines oder mehrere optische Elemente aufweisen kann, zur Korrektur einer

Phasenfrontkrümmung, die allen Laserstrahlen gemeinsam ist Unter der Annahme, dass die weitere abbildende Optik im Abstand ihrer Brennweite f2 vor der

Fokussiereinrichtung angeordnet ist, ist es zu diesem Zweck erforderlich, dass die Brennweiten die obige Bedingung erfüllen. Die Bedingung an die Brennweiten gilt auch als erfüllt, wenn die rechte Seite um weniger als 5%, bevorzugt um weniger als 2% von der linken Seite der obigen Bedingung abweicht.

Bei einer Weiterbildung ist die Brennweite der weiteren abbildenden Optik einstellbar und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, die (effektive) Brennweite der weiteren abbildenden Optik in Abhängigkeit von der Anzahl N der emittierten kohärenten Laserstrahlen einzustellen. Da sich bei einer Veränderung der Anzahl N der emittierten kohärenten Laserstrahlen die effektive Brennweite der

Mikrolinsenanordnung verändert, ist es typischerweise erforderlich, für die Erfüllung der obigen Bedingung an die Brennweiten auch die Brennweite der weiteren

abbildenden Optik anzupassen, sofern nicht der Abstand der Fokussiereinrichtung zur Mikrolinsenanordnung eingestellt wird. Diese Anpassung ist beispielsweise möglich, wenn die weitere abbildende Optik zwei (dünne) Linsen aufweist, deren Abstand ds verändert wird, wobei sich die effektive Brennweite fi bzw. fe gemäß obiger Grundgleichung (2) verändert, wobei in diesem Fall fia, f2a die Brennweiten der dünnen Linsen der weiteren abbildenden Optik bezeichnen. Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Phasen-Einstelleinrichtungen ausgebildet, für den n-ten kohärenten Laserstrahl (n = 1 , .... N) eine (relative) Phase öcpn einzustellen, die gegeben ist durch: dfh = - (2 p / AL) fE (m _n AL / p) ² (3) wobei p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays, fE die Brennweite der Mikrolinsenanordnung und AL die Laserwellenlänge bezeichnen.

Für den Laufindex m _n gilt: m _n = -

+ n . Die relative Phase df _h unterscheidet sich für jeden einzelnen kohärenten Laserstrahl und wird daher in der Regel mit Hilfe der Phasen-Einstelleinrichtungen und nicht mit Hilfe von einem oder mehreren optischen Elementen der Einkoppeloptik eingestellt, auch wenn dies grundsätzlich ebenfalls möglich wäre. Eine individuelle Einstellung der (relativen) Phase der kohärenten Laserstrahlen vor dem Auftreffen auf die Mikrolinsenanordnung ist erforderlich, um eine geeignete Phasenfront für die kohärente Kombination der Laserstrahlen zu erzeugen. Mit Hilfe einer Regelungseinrichtung kann eine Regelung der Phasen-Einstelleinrichtungen erfolgen, um die individuellen (relativen) Phasen in Abhängigkeit von den Eigenschaften des kombinierten Laserstrahls anzupassen.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind benachbarte Emitterflächen äquidistant angeordnet und weisen bevorzugt einen Abstand dc voneinander auf, der gegeben ist durch dc = AL f2 / p, wobei AL die Laserwellenlänge, f2 die Brennweite der

Fokussiereinrichtung und p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays bezeichnen. Die kohärenten Laserstrahlen treten typischerweise aus Emitterflächen aus, die einen identischen Abstand voneinander aufweisen. Für den Fall, dass die Laserstrahlen parallel verlaufen, sind die Emitterflächen

typischerweise entlang einer gemeinsamen Richtung bzw. Linie (z.B. in X-Richtung) angeordnet, die senkrecht zur gemeinsamen Strahlausbreitungsrichtung der

Laserstrahlen verläuft. In diesem Fall ist der Abstand dc der Laserstrahlen bzw. der Emitterflächen typischerweise durch die obige Bedingung festgelegt.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind benachbarte Emissionsflächen äquidistant auf einem Kreisbogen angeordnet und bevorzugt ausgerichtet, benachbarte kohärente Laserstrahlen mit einer vorgegebenen Winkeldifferenz dq in die

Mikrolinsenanordnung einzukoppeln, für die gilt: dq = AL / p, wobei AL die Laserwellenlänge und p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays bezeichnen. Wie weiter oben beschrieben wurde, hat sich die Anordnung der Emissionsflächen auf einem gemeinsamen Kreisbogen und mit einer Winkeldifferenz dq, welche die oben angegebene Bedingung erfüllt, als vorteilhaft erwiesen.

In einer Ausführungsform weist die Einkoppeloptik eine strahlformende Optik zur Formung eines jeweiligen kohärenten Laserstrahls mit einem vorgegebenen, insbesondere einstellbaren Divergenz-Winkel bei der Einkopplung in die

Mikrolinsenanordnung auf. Bei den weiter oben beschriebenen Beispielen werden die kohärenten Laserstrahlen typischerweise kollimiert in die Mikrolinsenanordnung eingekoppelt. Die strahlformende Optik kann beispielsweise zwei oder mehr hintereinander angeordnete Linsen aufweisen, welche alle kohärenten Laserstrahlen aufweitet, oder es können mehrere Linsen oder andere optische Elemente, beispielsweise eine der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen entsprechende Anzahl von Einzellinsen oder ein (weiteres) Mikrolinsen-Array vorgesehen sein, um den (in der Regel für alle kohärenten Laserstrahlen gleichen) Divergenz-Winkel zu erzeugen. Für den Fall, dass die Emissionsflächen auf einem Kreisbogen angeordnet sind, kann auf diese Weise der Abstand D zwischen dem Kreisbogen und der Mikrolinsenanordnung verringert und so eine kompakte Bauweise erreicht werden. Beispielsweise gilt für den Fall, dass die strahlformende Optik durch eine Linse mit einer Brennweite f gebildet ist und die (effektive) Brennweite der

Mikrolinsenanordnung mit fE bezeichnet wird, für den Abstand D = f - fe. Der Abstand D kann hierbei geringer ausfallen als der weiter oben beschriebene Abstand L2 = f2 - ίe zwischen der Fokussiereinrichtung und dem ersten Mikrolinsen-Array, da die Brennweite f der strahlformenden Optik kleiner gewählt werden kann als die

Brennweite f2 der Fokussiereinrichtung.

Bei einer Weiterbildung weist das Lasersystem eine gerade Anzahl N von

Emitterflächen auf und die strahlformende Optik weist eine Brennweite f auf, die folgende Bedingung erfüllt: f = p ² / AL, wobei AL die Laserwellenlänge und p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays bezeichnen. Diese Bedingung gilt allgemein für die Kombination einer geraden Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen, d.h. diese ist unabhängig von der Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen. Diese Bedingung an die Brennweite der strahlformenden Optik definiert zudem den kompaktesten Aufbau der Vorrichtung, d.h. die Brennweite f sollte - unabhängig von der Anzahl N der kohärenten Laserstrahlen - nicht unterschritten werden, d.h. es sollte gelten f > p ² / AL.

Bei den obigen Betrachtungen wurde von einer eindimensionalen Anordnung der Emitterflächen ausgegangen, die z.B. entlang einer gemeinsamen Linie oder auf einem gemeinsamen Kreisbogen angeordnet sein können. Die Emitterflächen liegen hierbei in einer gemeinsamen Ebene mit den Mikrolinsen der Mikrolinsen-Arrays, in der auch die Strahlausbreitungsrichtungen der Laserstrahlen verlaufen. Bei den Mikrolinsen handelt es sich in diesem Fall typischerweise um Zylinderlinsen.

Alternativ zur einer eindimensionalen kohärenten Kombination von Laserstrahlen ist es auch möglich, eine Mehrzahl von N x M Laserstrahlen zweidimensional zu einem gemeinsamen Laserstrahl zu kombinieren. In diesem Fall sind die Emitterflächen typischerweise in einem zweidimensionalen Gitter bzw. in einem Raster angeordnet, wobei die Abstände zwischen benachbarten Emitterflächen in beiden Richtung gleich oder unterschiedlich gewählt werden können. Das Gitter mit den Emissionsflächen kann sich hierbei in einer Ebene (z.B. XY-Ebene) oder auf einer gekrümmten Fläche erstrecken, z.B. auf einer Kugelschale. Die aus den Emitterflächen austretenden Laserstrahlen sind im ersten Fall typischerweise parallel ausgerichtet und können im zweiten Fall beispielsweise in Richtung auf den Mittelpunkt der Kugelschlale hin ausgerichtet sein, an dem die Mikrolinsenanordnung angeordnet ist.

Die Periodizität des Gitters mit den Emitterflächen gibt hierbei die Rasterabstände der Mikrolinsen in zwei unterschiedlichen, beispielsweise senkrechten Richtungen (X, Y) vor. In diesem Fall können 2-dimensionale Mikrolinsen-Arrays verwendet werden, deren Rasterabstände p _x , rg sich ggf. in den beiden zueinander senkrechten Richtungen X, Y in Abhängigkeit von der Periodizität des Gitters unterscheiden. Die Mikrolinsen des 2-dimensionalen Mikrolinsen-Arrays weisen entsprechend eine ggf. unterschiedliche Krümmung in X-Richtung bzw. in Y-Richtung auf, d.h. es handelt sich nicht um Zylinderlinsen. Es ist auch möglich, ein jeweiliges 2-dimensionales Mikrolinsen-Array durch zwei 1 -dimensionale Mikrolinsen-Arrays mit Zylinderlinsen zu ersetzen, wobei die Zylinderlinsen der 1 -dimensionalen Mikrolinsen-Arrays senkrecht zueinander ausgerichtet sind.

Der Zusammenhang zwischen dem 2-dimensionalen Gitter mit den Emitterflächen und den 2-dimensionalen Mikrolinsen-Arrays ist analog zum Zusammenhang zwischen dem Bravais-Gitter und dem reziproken Gitter. Entsprechend kann die Anordnung der Emitterflächen auch einer dichtesten Packung, d.h. einem

hexagonalen Gitter, entsprechen. Die Mikrolinsen der Mikrolinsen-Arrays sind in diesem Fall ebenfalls in einer hexagonalen Anordnung angeordnet. Die Kombination der kohärenten Laserstrahlen in den beiden linear unabhängigen, nicht zwingend senkrechten Gitter-Richtungen ist grundsätzlich unabhängig, d.h. die weiter oben angegebenen Bedingungen bzw. Gleichungen gelten für beide Gitter-Richtungen unabhängig voneinander.

Lediglich bei der Einstellung der relativen Phase der Laserstrahlen addieren sich die Beiträge in den beiden zueinander senkrechten Richtungen, d.h. es gilt für eine Anzahl von N x M Laserstrahlen, die in einem rechteckigen Gitter (in X-Richtung bzw. Y-Richtung) angeordnet sind, für die jeweilige Phase öcp _n,m : df _h,pi = - (2 p / AL) ίe,c (p» AL / px) ² - (2 p / AL) ίe,g (qm AL / rg) ² , wobei p _x den Rasterabstand der Mikrolinsen in X-Richtung und p _y den Rasterabstand der Mikrolinsen in Y-Richtung bezeichnen und wobei ίe,c die effektive Brennweite der Mikrolinsenanordnung in X-Richtung und ίe,g die effektive Brennweite der

Mikrolinsenanordnung in Y-Richtung bezeichnen. Hierbei gilt jeweils: p _n = ~ ^~ +

(N+l)

n mit n = 1, ... , N und q _m = 2 + m mit

Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Lasersystem eine gerade Anzahl N von Emiterflächen auf und die Mikrolinsenanordnung weist eine Phasenschiebe- Einrichtung auf, die zur Erzeugung eines konstanten Phasenversatzes von p zwischen Strahlenbündeln der kohärenten Laserstrahlen ausgebildet ist, die benachbarte Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays durchlaufen. Ein Beugungsmuster weist in der Regel eine 0-te Beugungsordnung sowie symmetrisch dazu eine gerade Anzahl höherer Ordnungen auf, d.h. eine ungerade Gesamtzahl von Beugungs-Ordnungen auf. Um eine gerade Anzahl N von kohärenten

Laserstrahlen entlang einer Richtung (z.B. X-Richtung) zu überlagern, ist es daher typischerweise erforderlich, die 0-te Beugungsordnung zu eliminieren. Zu diesem Zweck kann eine Phasenschiebe-Einrichtung verwendet werden, welche die 0-te Beugungsordnung durch destruktive Interferenz unterdrückt.

Die Phasenschiebe-Einrichtung kann beispielsweise als Phasenschieberelement ausgebildet sein, bei dem in einer Richtung quer zur Strahlausbreitungsrichtung alternierend erste Passierelemente und zweite Passierelemente gebildet sind, wobei das Passieren eines ersten Passierelements gegenüber dem Passieren eines zweiten Passierelements den Phasenversatz von p erzeugt. Ein solches

Phasenschieberelement kann in Abhängigkeit von der (geraden oder ungeraden) Anzahl der kohärenten Laserstrahlen wahlweise in den Strahlengang eingebracht oder aus diesem entfernt werden, wozu beispielsweise die weiter oben beschriebene Verstellmechanik genutzt werden kann.

Alternativ kann die Phasenschiebe-Einrichtung in eines der Mikrolinsen-Arrays integriert sein. In diesem Fall sieht die Profilierung des Mikrolinsen-Arrays am

Übergang zweier benachbarter Mikrolinsen jeweils einen Dickensprung vor, welcher den Phasenversatz von p erzeugt. Bei dieser Bauform kann ein separates

Phasenschieberelement eingespart werden. Über die Breite einer Mikrolinsen- Apertur bzw. eines Rasterabstands ändert sich beispielsweise die Dicke des

Mikrolinsen-Arrays allmählich, so dass über die Breite der Mikrolinsenapertur ein Phasenversatz von p aufgebaut wird; diese Dickenänderung wird vom eigentlichen Linsenprofil überlagert. Ebenso ist es möglich, jede zweite Mikrolinse mit einer einheitlichen zusätzlichen Dicke auszubilden, welche analog zum weiter oben beschriebenen Phasenschieberelement den Phasensprung erzeugt. Das weiter oben beschriebene Lasersystem ermöglicht grundsätzlich auch die kohärente Kombination von Ultrakurzpuls-Laserstrahlen ohne dass zusätzliche

Modifikationen erforderlich sind, För den Fall, dass eine vergleichsweise große Anzahl von kohärenten Laserstrahlen entlang einer Raumrichtung kombiniert werden sollen (beispielsweise in der Größenordnung von zehn oder mehr Laserstrahlen), ist es günstig, eine wellenlängenabhängige Korrektur vorzunehmen.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Lasersystem ein erstes, vor der

Mikrolinsenanordnung angeordnetes wellenlängendispersives Element,

insbesondere ein erstes Beugungsgitter, zur spektralen Aufteilung der kohärenten Laserstrahlen auf mehrere Strahlenbündel, welche die Mikrolinsenanordnung räumlich getrennt durchlaufen, sowie ein zweites, nach der Mikrolinsenanordnung angeordnetes wellenlängendispersives optisches Element, insbesondere ein zweites Beugungsgitter, zur spektralen Zusammenführung der Strahlenbündel zur Bildung des kombinierten Laserstrahls mit einer Wellenlänge.

Bei dieser Ausführungsform werden die Laserstrahlen, die bei der Emission eine einheitliche Wellenlänge AL bzw. ein einheitliches Wellenlängenspektrum aufweisen, mittels eines ersten wellenlängendispersiven optischen Elements spektral in mehrere Strahlenbündel aufgeteilt, die typischerweise unterschiedlichen Beugungsordnungen des wellenlängendispersiven optischen Elements (und somit unterschiedlichen Wellenlängen) entsprechen. Die jeweiligen Strahlenbündel durchlaufen die

Mikrolinsenanordnung räumlich getrennt und im Wesentlichen parallel zueinander. Die Einkoppeloptik kann ein optisches Element beispielsweise in Form einer

Kollimationslinse aufweisen, um die aus dem ersten wellenlängenselektiven Element austretenden Strahlenbündel zu kollimieren bzw. parallel auszurichten. Mitels einer weiteren Optik, beispielsweise einer Fokussierlinse, werden die Strahlenbündel nach dem Durchlaufen der Mikrolinsenanordnung auf das zweite wellenlängendispersive optische Element eingestrahlt bzw. fokussiert, welches die spektrale

Zusammenführung der Strahlenbündel zu dem gemeinsamen Laserstrahl bewirkt.

Die weiter oben angegebenen Gleichungen bzw. Beziehungen, welche die

Wellenlänge AL beinhalten, gelten entsprechend für die zentrale Wellenlänge der spektralen Verteilung der Strahlenbündel, die nicht zwingend mit der Wellenlänge AL der an den Emitterflächen emittierten Laserstrahlen übereinstimmen muss. Bei einer Weiterbildung weist die Einkoppeloptik eine Kollimationslinse auf, die als asphärische Linse ausgebiidet ist. Die Krümmung der asphärischen Linsenfläche wird hierbei so gewählt, dass eine wellenlängenabhängige Korrektur der Phasenfront der Laserstrahlen, genauer gesagt der jeweiligen Strahlenbündel, erfolgt. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist eine solche wellenlängenabhängige Korrektur in der Regel lediglich erforderlich, wenn eine vergleichsweise große Anzahl von UKP- Laserstrahlen kohärent überlagert werden soll.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kombinieren einer insbesondere einstellbaren Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen zu mindestens einem kombinierten Laserstrahl, insbesondere mittels einer Vorrichtung wie sie weiter oben beschrieben ist, umfassend: Einkoppeln der kohärenten Laserstrahlen in eine Mikrolinsenanordnung, die mindestens zwei Mikrolinsen-Arrays aufweist, sowie Kombinieren der kohärenten Laserstrahlen zu dem mindestens einen kombinierten Laserstrahl in der Mikrolinsenanordnung. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es zu diesem Zweck typischerweise erforderlich, dass benachbarte kohärente

Laserstrahlen mit einer vorgegebenen Winkeldifferenz dq in die

Mikrolinsenanordnung eingekoppelt werden, für die gilt: dq = AL / p, wobei AL die Laserwellenlänge und p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays bezeichnen. Die Winkeldifferenz ist somit unabhängig von der Anzahl N von Laserstrahlen, welche in die Mikrolinsenanordnung eingekoppelt werden, d.h. es ist nicht erforderlich, diese bei der Veränderung der Anzahl N von Laserstrahlen zu variieren.

Bei einer Variante des Verfahrens wird eine Brennweite fE der Mikrolinsenanordnung eingestellt, welche die folgende Bedingung erfüllt: fc = p ² / (AL N), wobei p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays und AL die

Laserwellenlänge bezeichnen. Bei der Veränderung der Anzahl N von kombinierten Laserstrahlen ist es erforderlich, die (effektive) Brennweite der Mikrolinsenanordnung zu verändern. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die weiter oben beschriebene Verstellmechanik verwendet werden. Die Einhaltung dieser Bedingung ist

erforderlich, wenn die kohärenten Laserstrahlen jeweils dieselbe Intensität aufweisen. Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren: Einstellen einer Phase df _h des fiten kohärenten Laserstrahls (n = 1 , . . . , N), die gegeben ist durch: df _h = - (2 p / AL) E (mnAL / p) ² , wobei p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen

Mikrolinsen-Arrays, ίe die Brennweite der Mikrolinsenanordnung und AL die

Laserwellenlänge bezeichnen und wobei gilt: m _n = + n · Wie weiter oben

beschrieben wurde, ist es für das kohärente Kombinieren der Laserstrahlen erforderlich, die relativen Phasenunterschiede zwischen den Laserstrahlen

einzustellen. Die Einstellung kann beispielsweise mit Hilfe der weiter oben

beschriebenen Phasen-Einstelleinrichtungen erfolgen.

Bei einer weiteren Variante erfolgt das Einkoppeln der kohärenten Laserstrahlen mitels einer Einkoppeloptik, die eine Fokussiereinrichtung aufweist, wobei das Verfahren weiter umfasst: Einstellen eines Abstands zwischen der

Fokussiereinrichtung und der Mikrolinsenanordnung, der gegeben ist durch: L2 = h - p ² / (N AL), wobei f2 eine Brennweite der Fokussiereinrichtung, p einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays und AL die Laserwellenlänge bezeichnen. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist typischerweise zusätzlich zur Einstellung der absoluten Phasenunterschiede auch eine Korrektur der (globalen) Phasenfrontkrümmung erforderlich, die von der Anzahl N der kohärenten

Laserstrahlen abhängig ist. In diesem Beispiel wird typischerweise keine zusätzliche abbildende Optik zur Korrektur der Phasenfrontkrümmung benötigt.

Bei einer alternativen Variante erfolgt das Einkoppeln mittels einer Einkoppeloptik, die eine Fokussiereinrichtung und eine weitere abbildende Optik aufweist, wobei das Verfahren weiter umfasst: Einstellen einer Brennweite fi der weiteren abbildenden Optik, die gegeben ist durch: fi = - f2 ² / ίe, wobei f2 eine Brennweite der

Fokussiereinrichtung und fe eine Brennweite der Mikrolinsenanordnung bezeichnen. Die Brennweite der weiteren abbildenden Optik kann beispielsweise eingestellt werden, indem der Abstand zwischen zwei oder mehr optischen Elementen der abbildenden Optik verändert wird. Durch die weitere abbildende Optik kann eine Korrektur der (globalen) Phasenkrümmung der Laserstrahlen vorgenommen werden. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus 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.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lasersystems mit einer Vorrichtung zur Kombination einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen zu einem kombinierten Laserstrahl,

Fig. 2 eine Darstellung der Vorrichtung von Fig. 1 mit einer

Strahlkombinationseinrichtung, die eine Einkoppeloptik und eine Mikrolinsenanordnung mit zwei Mikrolinsen-Arrays umfasst,

Fig. 3a, b eine Darstellung einer Mikroiinsenanordnung mit drei Mikrolinsen-Arrays und mit einer Verstellmechanik sowie des Strahlengangs durch eine Sub- Apertur der Mikrolinsenanordnung,

Fig. 4 eine Darstellung einer Vorrichtung analog zu Fig. 2 mit einer

Einkoppeloptik, die eine abbildende Optik mit einstellbarer Brennweite zur Korrektur einer Phasenfrontkrümmung aufweist,

Fig. 5 eine Darstellung analog zu Fig. 4, bei welcher Emissionsflächen zur

Emission der kohärenten Laserstrahlen zur Korrektur der

Phasenkrümmung jeweils unter einem Winkel zueinander angeordnet sind,

Fig. 6 eine Darstellung analog zu Fig.4, bei welcher die Einkoppeloptik durch eine Fokussierlinse gebildet ist, Fig. 7 eine Darstellung einer Strahlkombinationseinrichtung, bei welcher die Emissionsflächen auf einem Kreisbogen angeordnet sind,

Fig. 8a-c Darstellungen von drei Strahlkombinationseinrichtungen, bei denen die

Emissionsflächen jeweils in einem Gitter angeordnet sind,

Fig. 9a-c Darstellungen von drei Mikrolinsenanordnungen, die jeweils eine

Phasenschiebe-Einrichtung aufweisen,

Fig. 10 Darstellungen einer Strahlkombinationseinrichtung, die zwei

Beugungsgitter und eine asphärische Linse zur wellenlängenabhängigen Korrektur bei der kohärenten Kombination von UKP-Laserstrahlen aufweist,

Fig. 11 eine Darstellung einer Strahlkombinationseinrichtung analog zu Fig. 7, welche eine strahlformende Optik zur Formung von kohärenten Laserstrahlen aufweist, die mit einem jeweiligen vorgegebenen Divergenz- Winkel in die Mikrolinsenanordnung eintreten,

Fig. 12 eine Darstellung einer Strahlkombinationseinrichtung analog zu Fig. 6, welche eine Bewegungseinrichtung zur Erzeugung eines lateralen Versatzes zwischen dem zweiten Mikrolinsen-Array und dem ersten Mikrolinsen-Array aufweist,

Fig. 13a-c Darstellungen des Fernfeldes der Strahlkombinationseinrichtung von Fig.

12 ohne bzw. mit einem lateralen Versatz von zwei Mikrolinsen-Arrays zum Ablenken des kombinierten Laserstrahls, sowie

Fig. 14a-c Darstellungen des Femfeldes der Strahlkombinationseinrichtung von Fig.

12 ohne bzw. mit einem lateralen Versatz von zwei Mikrolinsen-Arrays zum Bilden von zwei kombinierten Laserstrahlen.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw.

funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet. Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Lasersystems 1 , welches eine

Laserquelle 2 zur Erzeugung einer Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen 3.1 , .... 3.N aufweist. Die Laserquelle 2 weist zu diesem Zweck einen modengekoppelten Faser-Master-Oszillator 4 auf, der Seed-Laserstrahlung mit einer Laserwellenlänge AL erzeugt, die in einer herkömmlichen 1 -zu-N-Kopplungseinrichtung 5,

beispielsweise in Form eines Mikrolinsen-Arrays, in die Anzahl N von kohärenten

Laserstrahlen 3.1. 3.N aufgeteilt wird. Die Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N durchlaufen eine entsprechende Anzahl N von Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ..., 6.N., welche die Einstellung einer jeweiligen individuellen Phase df _h der Laserstahlen 3.1 , ..., 3.5

(n = 1. N) ermöglichen, indem sie eine geeignete Phasen-Verzögerung bewirken.

Die Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ..., 6.N können beispielsweise als Elektrooptische Modulatoren, als Akusto-optische Modulatoren, etc. ausgebildet sein.

Nach den Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ..., 6.N durchlaufen die kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N eine entsprechende Anzahl N von Verstärker-Fasern 7.1 , ..., 7.N, um die kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N zu verstärken. Die Stirnseiten der Verstärker-Fasern 7.1 , ..., 7.N dienen als Emissionsflächen 8.1 , ..., 8.N, an denen die kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N emittiert werden. Die Phasen- Einstelleinrichtungen 6.1 , ..., 6.N können auch hinter den Verstärker-Fasern 7.1 , .... 7.N angeordnet sein oder direkt auf die Verstärker-Fasern 7.1 , ..., 7.N einwirken, beispielsweise indem diese eine einstellbare mechanische Spannung auf die

Verstärker-Fasern 7.1 , ..., 7.N erzeugen.

Die kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N werden an einer Umlenkeinrichtung 9, die eine Mehrzahl von Umlenkspiegeln aufweist, umgelenkt, um den Füllfaktor zu erhöhen, d.h. um den Abstand zwischen benachbarten Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N zu verringern. Es versteht sich, dass die Umlenkeinrichtung 9 nicht zwingend

erforderlich ist. Die kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N treten im gezeigten

Beispiel parallel zueinander ausgerichtet in eine Strahlkombinationseinrichtung 10 ein, die eine Mikrolinsenanordnung 11 bzw. einen abbildenden Homogenisierer zur kohärenten Kombination der Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N für die Bildung eines kombinierten Laserstrahls 12 aufweist. Wie in Fig 1 zu erkennen ist, wird ein Anteil 12a des kombinierten Laserstrahls 12 über eine Auskoppeleinrichtung in Form eines teiltransmissiven Spiegels 13 ausgekoppelt und trifft auf einen Detektor 14. Der Detektor 14 steht mit einer

Regelungseinrichtung 15a des Lasersystems 1 in signaltechnischer Verbindung, welche die Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ..., 6.N ansteuert, um die individuellen Phasen df _h der Laserstahlen 3.1 , ..., 3.N in Abhängigkeit von den Eigenschaften des detektierten Anteils 12a des kombinierten Laserstrahls 12 anzupassen. Die

Regelungseinrichtung 15a kann insbesondere eine Regelung der Phasen- Einstelleinrichtungen 6.1 , 6.N zur Erzeugung von gewünschten (Soll-)Phasen df _p der Laserstahlen 3.1 , ..., 3.N ermöglichen. Obgleich im gezeigten Beispiel die Anzahl N von Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ..., 6.N der Mehrzahl N von Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N entspricht, ist in der Regel eine Anzahl von N - 1 Phasen- Einstelleinrichtungen 6.1 , ..., 6.N-1 ausreichend. Bei dem in Fig. 1 gezeigten

Lasersystem 1 kann einerseits eine hohe Strahlqualität von z.B. M = 1 ,3 des kombinierten Laserstrahls 12 erreicht werden, andererseits mittein sich Fehler durch nichtlineare Effekte bei der individuellen Verstärkung der Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N in den Verstärker-Fasern 7.1 , ..., 7.N gegenseitig weg, so dass eine deutliche

Erhöhung der Leistung der Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N erreicht werden kann.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 16 analog zu Fig. 1 zur Kombination einer

(beispielhaften) Anzahl von N = 3 kohärenten Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 unter Verwendung einer Strahlkombinationseinrichtung 10, welche eine

Mikrolinsenanordnung 11 mit zwei Mikrolinsen-Arrays 17a, b sowie eine

Einkoppeloptik 18 aufweist. Die Vorrichtung 16 umfasst auch drei Phasen- Einstelleinrichtungen 6.1 , 6.2, 6.3 zur Einstellung der Phasen df-i, dy2, dy3 der drei Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 derart, dass sich in Kombination mit der Einkoppeloptik 18 eine Phasenfront an der Mikrolinsenanordnung 1 1 ausbildet, welche die kohärente Kombination der Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3. zu dem kombinierten Laserstrahl 12 unter Erhaltung der Strahlqualität ermöglicht. Die Emitterflächen 8.1 , 8.2, 8.3 sind hierbei entlang einer Linie in X-Richtung angeordnet und die Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 treten parallel ausgerichtet entlang einer einheitlichen Ausbreitungsrichtung (Z- Richtung) in die Einkoppeloptik 18 ein. Die Emitterflächen 8.1 , 8.2, 8.3 bzw. die kohärenten Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 sind hierbei äquidistant, d.h. in gleichen Abständen dc, entlang der X-Richtung

angeordnet. Die Einkoppeloptik 18 ist ausgebildet, benachbarte kohärente

Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 mit einer vorgegebenen Winkeldifferenz dq in die

Mikrolinsenanordnung 11 einzukoppeln, für die gilt: dq = AL / p, wobei AL die

(einheitliche) Wellenlänge der Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 und p einen Rasterabstand (pitch) der Mikrolinsen 20a, b eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays 17a, b bezeichnen.

Um die Winkeldifferenz dq zu erzeugen, weist die Einkoppeloptik 18 eine

Fokussiereinrichtung in Form einer Fokussierlinse 19, genauer gesagt einer

Zylinderlinse, auf, welche die Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 auf die

Mikrolinsenanordnung 11 , genauer gesagt auf das erste Mikrolinsen-Array 17a der Mikrolinsenanordnung 11 , fokussiert. Um die Bedingung an die Winkeldifferenz dq zu erfüllen, sind bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel die Emitterflächen 8.1 , 8.2, 8.3 in einem Abstand dc angeordnet, der gegeben ist durch dc = AL f2 / p, wobei f2 die Brennweite der Fokussierlinse 19 bezeichnet, die in Fig. 2 in einem Abstand L2 von der Mikrolinsenanordnung 11 angeordnet ist, welcher mit deren Brennweite f2 übereinstimmt, d.h. es gilt: L2 = f2.

Unter der Voraussetzung, dass die Intensitäten der aus den Emissionsflächen 8.1 , 8.2, 8.3 austretenden Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 gleich groß sind, kann mittels der Mikrolinsenanordnung 11 der in Fig. 2 gezeigte kohärent überlagerte Laserstrahl 12 erzeugt werden, wenn die Mikrolinsenanordnung 11 und die kombinierten

Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 folgende Gleichung (1 ) erfüllen:

N = p ² / (AL fe) (1 ) wobei N die Anzahl der kohärenten Laserstrahlen (hier: N = 3) und ίe die Brennweite der Mikrolinsenanordnung 11 bezeichnen. Die Gleichung (1 ) sollte möglichst exakt eingehalten werden, da Abweichungen zu einer Verschlechterung der Strahlqualität des kombinierten Laserstrahls 12 führen.

Im gezeigten Beispiel weisen die Mikrolinsen 20a des ersten Mikrolinsen-Arrays 17a eine erste Brennweite f _a und die Mikrolinsen 20b des zweiten Mikrolinsen-Arrays 17b weisen eine zweite Brennweite fb auf, wobei gilt f _a = fb. Im gezeigten Beispiel sind die beiden Mikrolinsen-Arrays 17a,b in einem Abstand d zueinander angeordnet, welcher der Brennweite fa bzw. fb und der resultierenden Brennweite f _E der

Mikrolinsenanordnung 1 1 entspricht.

Bei den Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3, die aus den Emissionsflächen 8.1 , 8.2, 8.3 austreten, handelt es sich im gezeigten Beispiel um Single-Mode-Strahlen, d.h. diese weisen jeweils ein Gauß-Profil mit einer Halbwerts-Breite WR,O auf. Alternativ können die Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 ein anderes Strahlprofil mit einem ggf. verminderten Grad an räumlicher Kohärenz aufweisen, beispielsweise ein Donought-förmiges Strahlprofil oder ein Top-Hat-Strahlprofil. Um aus den Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 in der Mikrolinsenanordnung 1 1 einen kombinierten Laserstrahl 12 mit einem

entsprechenden Gauß-Profil mit einer größeren Halbwerts-Breite WR > WR,O ZU bilden, ist es erforderlich, dass die Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 mit einer Phasenfront bzw. mit einzelnen (vom Einfallswinkel Q abhängigen) Phasen df _h (q) auf die

Mikrolinsenanordnung 1 1 eingestrahlt werden, für die gilt: df _h (q) = = (2 p / AL) f _E Q ² - (2 p / AL) f _E (AL / p) m„0, wobei im vorliegenden Beispiel gilt: rrin = -1 , 0, +1.

Für die Phasenfront bzw. die einzelnen Phasen df _h (c) im Ortsraum gilt in guter Näherung: df _h (c) = = (2 p / AL) 1 (2 fi) x ² - (2 p / AL) f _E (rrin AL / p) ² , (4) wobei x = 0 die Mittelachse der Strahlkombinationseinrichtung 10 bezeichnet, entlang derer der mittlere Laserstrahl 3.2 propagiert und fi die Brennweite einer weiteren abbildenden Optik 21 in Form einer Zylinderlinse bezeichnet, die zur Korrektur der Phasenkrümmung verwendet wird und die im einfachsten Fall (bei einer

eindimensionalen Kombination) als Zylinderlinse ausgebiidet sein kann. Die weitere abbiidende Optik 21 ist in einem Abstand L1 vor der Fokussierlinse 19 angeordnet, weicher der Brennweite fi der Fokussierlinse 19 entspricht. Der erste Summand der obigen Gleichung (4) für die ortsabhängigen Phasen df _h (c) entspricht einer abbildenden Optik in Form einer (Zylinder-)Linse 21 , wenn deren Brennweite fi bei der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung 16 folgende Bedingung erfüllt: fi = - f2 ² / ίe. Die weitere abbildende Optik 21 dient somit zur Anpassung der

Krümmung der Phasenfront f _h (c) der auf die Mikrolinsenanordnung 11 auftreffenden Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3, um die obige Gleichung (4) hinsichtlich des ersten Summanden zu erfüllen.

Für die Einstellung der (individuellen) Phasen df _h der Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3, welche dem zweiten Summanden in der obigen Gleichung entsprechen, werden die Phasen-Einstelleinrichtungen 8.1 , 8.2, 8.3 mit Hilfe der Regelungseinrichtung 15a so angesteuert, dass diese für den n-ten kohärenen Laserstrahl 3.1 , ... _» 3.N folgende Phase df _h erzeugen: öcpm = - (2 TT7 ÄL) ίe (m _n AL / p) ² .

Im vorliegende Beispiel, d.h. bei einer Anzahl von N = 3 Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 ergibt sich für die drei einzustellenden (relativen) Phasen dfi, dy2, ö<p ₃ : dfi = + (2 p / AL) f _E (AL / p) ²

Die Anzahl N der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... _» 3.N kann verändert werden, indem die Laserquelle 2 bzw. das Lasersystem 1 insgesamt modifiziert wird, beispielsweise indem Emitterflächen 8.1 , ..., 8.N, Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ..., 6.N etc. hinzugefügt oder weggenommen werden. Die Anzahl N der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N, die für die Kombination verwendet werden, kann auch verändert werden, indem die Regelungseinrichtung 15a die Laserquelle 2 ansteuert, um die Intensität bestimmter Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N. zu verändern, beispielsweise um bestimmte Laserstrahlen 3.1. 3.N wahlweise ein- oder auszuschalten.

Bei einer Veränderung der Anzahl N der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N ist es erforderlich, die Strahlkombinationseinrichtung 11 geeignet anzupassen, um die weiter oben beschriebenen Bedingungen, insbesondere die Gleichung (1), zu erfüllen. Zu diesem Zweck ist kann die Mikrolinsenanordnung 1 1 zur Einstellung ihrer (effektiven) Brennweite ίe ausgebildet sein und weist mindestens drei Mikrolinsen- Arrays 1 7a-c mit Brennweiten f _a , fb, fc auf, wie dies beispielhaft für die

Mikrolinsenanordnung 11 von Fig. 3a dargestellt ist.

Die effektive Brennweite ΐe bezieht sich auf ein Strahibündel, welches jeweils eine Mikrolinse 20a-c je Mikrolinsen-Array 17a-c (entsprechend einer Sub-Apertur) durchläuft, vgl. Fig. 3b. Eine Mikrolinsenanordnung 1 1 , die in der

Strahlkombinationseinrichtung 10 verwendet wird, weist bezogen auf ein

Strahlbündel zu jeweils einer Mikroiinse 20a-c je Mikrolinsen-Array 17a-c in der

Schreibweise der Matrizenoptik, also als Abbildungsmatrix , für den

eingangsseitigen Vektor (r,9) und den ausgangsseitigen Vektor (r‘,0‘) typischerweise folgende Eigenschaften auf: A=0; |B|=fE. Weiterhin gilt meist auch D<1 (für einen im Wesentlichen kollimierten Strahl); C ergibt sich dann abhängig von A, B und D. Die Verwendung von mindestens drei Mikrolinsen-Arrays 17a-c ist erforderlich, um die zweite Bedingung jB|= ί für variables ίe zu erfüllen.

Eine motorische Verstellmechanik 22 (beispielsweise mit einem in eine Zahnstange eingreifenden angetriebenen Zahnrad) erlaubt es, die Positionen von Schlitten 23,

24, welche das erste und dritte Mikrolinsen-Array 17a, 17c der Mikrolinsenanordnung 1 1 tragen, motorisch mit Hilfe einer elektronischen (programmierbaren)

Steuerungseinrichtung 15 zu verstellen, und damit einen Abstand d1 zwischen dem ersten und zweiten Mikrolinsen-Array 17a, 17b sowie einen Abstand d2 zwischen dem zweiten und dritten Mikrolinsen-Array 17b, 17c unabhängig voneinander einzustellen. Das zweite Mikrolinsen-Array 17b ist im gezeigten Beispiel ortsfest ausgebildet.

Für eine gewünschte effektive Brennweite ίe entsprechend Gleichung (1 ) können die einzustellenden Abstände di , d2 bei gegebenen Brennweiten f _a , fb, fc wie folgt bestimmt und die Schlitten 23, 24 entlang von Führungen an entsprechende

Verstellpositionen bewegt werden: und

j __ _£ , _£ , fb fa

dl fb + fa +—

Wird die effektive Brennweite ίe der Mikrolinsenanordnung 11 verändert, ist es typischerweise auch erforderlich, die Einkoppeloptik 18 entsprechend anzupassen. Bei der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung 16 kann dies dadurch erreicht werden, dass die Brennweite fi der weiteren abbildenden Optik 21 einstellbar gemacht wird, um die Bedingung fi = -f2 ² / fE zu erfüllen. Zu diesem Zweck kann die weitere abbildende Optik 21 durch zwei (dünne) Linsen 21a, 21 b gebildet werden, deren Abstand d3 einstellbar ist, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Durch die Wahl des Abstandes d3 zwischen den Linsen 21a, 21 b verändert sich die (effektive) Brennweite fi der weiteren abbildenden Optik 21 , so dass die obige Bedingung erfüllt werden kann, beispielsweise wenn die Anzahl N der Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N von N = 3 auf N = 5 erhöht wird, wie dies in Fig. 4 angedeutet ist, bei der zwei zusätzliche, äußere Laserstrahlen 3.4, 3.5 bzw. Emitterflächen 8.4, 8.5 hinzugefügt wurden.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung 16, bei der die Einkoppeloptik 18 keine zusätzliche abbildende Optik 21 zur Korrektur der Phasenfront df _h (c) aufweist. Für die

Anpassung der Phasenfront df _p (c) sind die Emitterflächen 8.1 , 8.2, 8.3 jeweils unter einem Winkel dg zueinander ausgerichtet, der dem Winkel entspricht, unter dem die Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 aus der in Fig. 2 bzw. in Fig. 4 gezeigten abbildenden Optik 21 austreten. Die Anpassung der Phasenfront df _h (c), genauer gesagt des ersten Summanden in obiger Gleichung (4), kann in diesem Fall ohne das Vorsehen einer zusätzlichen abbildenden Optik erreicht werden, d.h. die Einkoppeloptik 18 weist lediglich die Fokussierlinse 19 auf.

Auf eine abbildende Optik 21 zur Anpassung der Phasenfrontkrümmung kann auch verzichtet werden, wenn die Emitterflächen 8.1 , 8.2, 8.3 entlang einer Linie in X- Richtung angeordnet und parallel ausgerichtet sind, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. In diesem Fall ist der Abstand L2 zwischen der Fokussierlinse 19 und der Mikrolinsenanordnung 11 , genauer gesagt dem ersten Mikrolinsen-Array 17a der Mikrolinsenanordnung 11 , geeignet gewählt, und zwar wie folgt: L2 = f2 - p ² / (N AL). Der Abstand L2 hängt bei der Vorrichtung 16 von Fig. 6 somit ebenfalls von der Anzahl N der Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N ab, so dass dieser bei einer Veränderung der Anzahl N von Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N ebenfalls angepasst werden muss. Zu diesem Zweck kann die Steuerungseinrichtung 15 auf die Fokussierlinse 19 und/oder auf die in diesem Fall ohnehin vorhandene Versteilmechanik 22 der

Mikrolinsenanordnung 11 einwirken, um die Fokussierlinse 19 und die

Mikrolinsenanordnung 11 relativ zueinander zu verschieben.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung 16 weist die Strahlkombinationseinrichtung 10 nur die Mikrolinsenanordnung 11 und keine Einkoppeloptik auf. In diesem Beispiel sind die Emitterflächen 8.1 , 8.2, 8.3 auf einem Kreisbogen 29 unter einem jeweiligen Differenzwinkel : dq = AL / p zueinander ausgerichtet. Für den Füllfaktor FF der Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 gilt in diesem Fall:

FF = 2 p / (p w), wobei w den Strahldurchmesser des kombinierten Laserstrahls 12 bezeichnet. Für den Abstand D gilt:

D = w ² p / AL = 4 p ² / (TT FF ² AL).

Um mit der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung 16 einen Füllfaktor FF von z.B. ca. 35% bei einem Rasterabstand p von ca. 500 pm zu erreichen, ist ein vergleichsweise großer Abstand D von ca. 2,5 m erforderlich.

Bei den in Zusammenhang mit Fig. 2 bis Fig. 7 beschriebenen Vorrichtungen 16 wurden die Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N eindimensional kombiniert. Fig. 8a-c zeigen jeweils eine Vorrichtung 16, bei der eine Anzahl N (hier: N = 3) x M (hier: M = 3) von Emissionsflächen 8.1.1 , ..., 8.N.M in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet ist. Bei dem in Fig. 8a gezeigten Beispiel sind die Emissionsflächen 8.1.1 , ... 8.N.M in einem rechteckigen Gitter in einer gemeinsamen Ebene (XY-Ebene) angeordnet und die Strahlausbreitungsrichtungen aller Laserstrahlen 3.1.1 , .... 3.N.M verlaufen parallel (in Z-Richtung). Analog zu Fig. 6 weist die Einkoppeloptik 18 bei der

Vorrichtung 16 von Fig. 8a lediglich eine Fokussiereinrichtung in Form einer

Fokussierlinse 19 auf, die in Fig. 8a als Quadrat dargestellt ist. Die Mikrolinsen 20a, b der Mikrolinsen-Arrays 17a,b der Mikrolinsenanordnung 1 1 sind jeweils in einem entsprechenden, rechteckigen Gitter angeordnet und parallel zur XY-Ebene ausgerichtet.

In Abhängigkeit von den Abständen der Emitterflächen 8.1 .1 , ... 8.N.M bzw. von der Periodizität des Gitters in X-Richtung bzw. in Y-Richtung können sich auch die Rasterabstände p _x , rg der Mikrolinsen 20a, b in den beiden zueinander senkrechten Richtungen X, Y voneinander unterscheiden. Die Mikrolinsen 20a, b weisen entsprechend eine ggf. unterschiedliche Krümmung in X-Richtung und in Y-Richtung auf, d.h. es handelt sich nicht um Zylinderlinsen. Die Kombination der kohärenten Laserstrahlen 3.1 .1 , ... 3.N.M in den beiden linear unabhängigen, im gezeigten Beispiel senkrechten Richtungen X, Y ist grundsätzlich unabhängig, d.h. die weiter oben angegebenen Bedingungen bzw. Gleichungen gelten für beide Richtungen X, Y unabhängig voneinander.

Lediglich bei der Einstellung der relativen Phase der Laserstrahlen 3.1 .1 , ... 3.N.M addieren sich die Beiträge in den beiden zueinander senkrechten Richtungen, d.h. es gilt für eine Anzahl von N x M Laserstrahlen, die in einem rechteckigen Gitter (in X- Richtung bzw. Y-Richtung) angeordnet sind, für die jeweilige Phase 5<pn,m: dfh,GP = - (2 p / AL) fE,X (pn Kl l Px) ² - (2 TT / ÄL) fE,Y (qmAL / rg) ² wobei p _x den Rasterabstand der Mikrolinsen in X-Richtung und p _y den Rasterabstand der Mikrolinsen in Y-Richtung bezeichnet und wobei ίe,c die effektive Brennweite der Mikrolinsenanordnung 11 in X-Richtung und fe.Y die effektive Brennweite der

Mikrolinsenanordnung 1 1 in Y-Richtung bezeichnet, wobei gilt: p _n = + n mit

(N+ 1)

n = I, ... , / und q _m = F m mit m = 1, , N.

2

Bei der in Fig. 8b gezeigten Vorrichtung 16 sind die Emitterflächen 8.1 .1 , .... 8.N.M ebenfalls in einem Gitter angeordnet, das aber entlang einer gekrümmten Fläche, genauer gesagt entlang einer Kugelschale, verläuft, wobei die Strahlausbreitungsrichtungen der Laserstahlen 3.1.1 , ..., 3.N.M senkrecht zur Kugelschale ausgerichtet sind und die Mikrolinsenanordnung 11 in der Nähe des Mittelpunkts der Kugelschale angeordnet ist. Auch eine Anordnung der

Emitterflächen 8.1.1 , ..., 8.N.M in einem Giter, welches entlang einer anderen gekrümmten Fläche, beispielweise entlang eines Ellipsoids, verläuft, ist möglich. Analog zu der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung 16 kann in diesem Fall auf eine Einkoppeloptik 18 verzichtet werden.

Fig. 8c zeigt eine Vorrichtung 16 analog zu Fig. 8a, bei der die beiden

zweidimensionalen Mikrolinsen-Arrays 17a, b der Mikrolinsenanordnung 11 durch vier eindimensionale Mikrolinsen-Arrays 17a-d ersetzt sind. Die Mikrolinsen-Arrays 17a-d weisen jeweils eine Mehrzahl von Mikrolinsen 20a-d in Form von Zylinderlinsen auf, wobei die Mikrolinsen 20a, c des ersten und dritten Mikrolinsen-Arrays 17a,c und die Mikrolinsen 20b, d des zweiten und vierten Mikrolinsen-Arrays 17b,d senkrecht zueinander, und zwar in X-Richtung bzw. in Y-Richtung, ausgerichtet sind.

Bei den weiter oben beschriebenen Beispielen wurde eine ungerade Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen 3.1 , 3.3 überlagert. Für den Fall, dass eine gerade

Anzahl N von Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N überlagert werden soll, kann eine

Phasenschiebe-Einrichtung 25 verwendet werden, wie nachfolgend anhand von Fig. 9a-c beschrieben wird. Die Phasenschiebe-Einrichtung 25 ist hierbei in ein jeweiliges erstes bzw. zweites Mikrolinsen-Array 17a,b der Mikrolinsenanordnung 11 integriert und erzeugt an einem Übergang 27 zwischen Strahlenbündeln 26, die benachbarte Mikrolinsen 20b des zweiten Mikrolinsen-Arrays 17b (vgl. Fig. 9a) bzw. benachbarte Mikrolinsen 20a des ersten Mikrolinsen-Arrays 17a (vgl. Fig. 9b, c) durchlaufen, jeweils einen Phasenversatz von TT. Dadurch kann die 0-te Beugungsordnung durch destruktive Interferenz eliminiert werden, so dass eine gerade Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N zu dem kombinierten Laserstrahl 12 kombiniert werden kann.

Bei der in Fig. 9a gezeigten Mikrolinsenanordnung 11 ist ein Dickensprung 28 am Übergang zwischen benachbarten Mikrolinsen 20b des zweiten Mikrolinsen-Arrays 17b vorgesehen. Die zusätzliche Dicke einer jeweiligen Mikrolinse 20b entlang der X- Richtung nimmt hier linear zu von einem Ausgangswert zO zusätzlicher Dicke bis zu einer zusätzlichen Dicke entsprechend zO plus der Dicke entsprechend der

Phasendifferenz p über die Breite bzw. den Rasterabstand p der jeweiligen

Mikrolinse 20b. Der Ausgangswert zO dient dazu, den Ort des Phasensprungs bezüglich der X-Richtung näherungsweise an die Fokusebene hinter dem dritten Mikrolinsen-Array 17c zu bringen. Die Sägezahn-Profilierung ist bei allen Mikrolinsen 20b des zweiten Mikrolinsen-Arrays 17b vorgesehen.

Bei der Mikrolinsenanordnung 11 von Fig. 9b ist die Phasenschiebe-Einrichtung 25 in das erste Mikrolinsen-Array 17a integriert und es findet am Übergang 27

benachbarter Mikrolinsen 20a ebenfalls ein Dickensprung 28 statt. Die zusätzliche Dicke einer jeweiligen Mikrolinse 20a entlang der X-Richtung nimmt linear von 0 (null) zusätzlicher Dicke bis zu einer zusätzlichen Dicke entsprechend der

Phasendifferenz p über die Breite der Mikrolinse 20a zu. Diese Sägezahn- Profilierung ist bei allen Mikrolinsen 20a des ersten Mikrolinsen-Arrays 17a

vorgesehen.

Bei der in Fig. 9c gezeigten Variante ist ebenfalls das erste Mikrolinsen-Array 17a mit einer integrierten Phasenschiebe-Einrichtung 25 versehen. Am Übergang 27 zwischen benachbarten Mikrolinsen 20a findet hier ein Dickensprung 28 statt, der den Phasenversatz von p erzeugt. Die durch die integrierte Phasenschiebe- Einrichtung 25 vorgesehene zusätzliche Dicke wird über die ganze Breite einer jeweiligen Mikrolinse 20a gleichmäßig beibehalten, und bei alternierenden

Mikrolinsen 20a‘ des ersten Mikrolinsen-Arrays 17a fehlt diese zusätzliche Dicke.

Alternativ zu der in Fig. 9a-c gezeigten Phasenschiebe-Einrichtung 25, welche in ein jeweiliges Mikrolinsen-Array 17a, b integriert ist, kann die Phasenschiebe-Einrichtung 25 als separates Bauteil z.B. in Form einer Phasenschieber-Platte ausgebildet sein. Eine solche (nicht bildlich dargestellte) Phasenschieber-Platte weist alternierend erste und zweite Passierelemente auf, die mit den Mikrolinsen 20a-c bzw. den zugehörigen Strahlenbündeln 26 fluchten. Die Passierelemente weisen somit eine Breite in X-Richtung entsprechend der Apertur bzw. des Rasterabstands p auf. Die ersten Passierelemente erzeugen hier einen Phasenversatz von 0 (null) über ihre gesamte Breite in X-Richtung und die zweiten Passierelemente erzeugen hier einen Phasenversatz von p über ihre gesamte Breite in X-Richtung. Das Phasenschiebe-Einrichtung 25 kann in diesem Fall bei Bedarf aus dem

Strahlengang herausgenommen werden (etwa in X-Richtung herausgezogen werden) oder wieder in den Strahlengang eingefahren werden, je nachdem ob eine ungerade oder gerade Zahl N von Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N kohärent kombiniert werden soll. Hierfür kann auch eine motorisierte Verstellmechanik vorgesehen werden, die mit Hilfe der elektronischen Steuerungseinrichtung 15 angesteuert wird. Allgemein wird die Phasenschiebe-Einrichtung 25 bevorzugt näherungsweise in die Fokusebene eines jeweiligen Mikrolinsen-Arrays 17a-c (bzw. einer jeweiligen

Subapertur) gelegt, oder aber direkt hinter das erste Mikrolinsen-Array 17c des von den Emissionsflächen 8.1 , ..., 8.N ausgehenden Strahlengangs.

Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung 16, welche zur wellenlängenabhängigen Korrektur bei der Überlagerung von Ultrakurzpuls-Laserstrahlen 3.1 , ... 3.N ausgebildet ist. Die Vorrichtung 16 weist eine Anzahl von Emissionsflächen 8.1 , .... 8.N zur Emission der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N auf, von denen in Fig. 10 zur Vereinfachung lediglich drei Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 dargestellt sind, die auf ein erstes

wellenlängendispersives Element in Form eines ersten Beugungsgitters 30 treffen.

An dem ersten Beugungsgitter 30 werden die Laserstahlen 3.1 , 3.2, 3.3 spektral aufgespalten und bilden im gezeigten Beispiel drei Strahlenbündel 26a-c mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen li, hi, kz. Die drei Strahienbündel 26a-c durchlaufen eine Kollimationslinse 31 und treten nachfolgend parallel ausgerichtet durch die Mikrolinsenanordnung 11 hindurch. Die drei Strahlenbündel 26a-c durchlaufen hierbei die beiden Mikrolinsen-Arrays 17a, b der Mikrolinsenanordnung 11 durch jeweils unterschiedliche Mikrolinsen 20a, 20b des jeweiligen Mikrolinsen-Arrays 17a, b und somit getrennt. Eine im Strahlengang hinter der Mikrolinsenanordnung 11 positionierte Fokussierlinse 32 fokussiert die Strahlenbündel 26a-c auf ein zweites wellenlängendispersives optisches Element in Form eines zweiten Beugungsgitters 33, welches die Strahlenbündel 26a-c spektral zusammenführt und den kombinierten Laserstrahl 12 erzeugt, dessen Wellenlängen-Spektrum mit dem der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 vor der Überlagerung übereinstimmt.

Im gezeigten Beispiel wird die Einkoppeloptik 18 durch die Kollimationslinse 31 gebildet, die als asphärische Linse ausgebildet ist und eine in X-Richtung, d.h. quer zur Ausbreitungsrichtung der Strahlenbündel 26a-c, lokal veränderliche Krümmung aufweist. Die Krümmung der asphärischen Kollimationslinse 31 ist hierbei

ortsabhängig derart gewählt, dass eine wellenlängenabhängige Korrektur der Phasenfront bei der Kombination der UKP-Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 erfolgen kann. Eine solche wellenlängenabhängige Korrektur ist in der Regel jedoch lediglich für den Fall erforderlich, dass eine vergleichsweise große Anzahl von UKP- Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N (z.B. mit N >10) kohärent überlagert werden soll.

Fig. 11 zeigt eine Vorrichtung 16 analog zu Fig. 7, bei welcher die Emissionsflächen

8.1. 8.2, 8.3 auf einem Kreisbogen 29 angeordnet sind. Wie weiter oben in

Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben wurde, sind die Emissionsflächen 8.1 , 8.2,

8.3 unter einem jeweiligen Differenzwinkel dq = AL / p zueinander ausgerichtet. Die Einkoppeloptik 18 weist drei strahlformende Optiken in Form von drei Linsen 18a-c auf, die an der Auskoppeleinheit der Emitterflächen 8.1 , 8.2, 8.3 angebracht sind. Die Linsen 18a-c dienen zur Erzeugung eines vorgegebenen Divergenz-Winkels OD mit dem der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 in die Mikrolinsenanordnung 11 eintreten. Für den Fall, dass Linsen 18a-c jeweils dieselbe Brennweite f aufweisen, gilt für den Abstand D zwischen dem Kreisbogen 29 und der Mikrolinsenanordnung

11 die Bedingung D = f - fs, wobei ίe die effektive Brennweite der

Mikrolinsenanordnung 11 bezeichnet. Durch die Strahlaufweitung mit Hilfe der Linsen 18a-c oder mit Hilfe einer anderen stahlformenden Optik, beispielsweise mit Hilfe von zwei oder mehr hintereinander angeordneten Linsen, kann der Abstand D gegenüber dem Fall, dass eine Fourier-Linse bzw. Fokussiereinrichtung 19 (vgl. Fig. 6) mit (größerer) Brennweite f2 verwendet wird (L2 = f2 -†E = f2 - p ² / (AL N)) reduziert werden und der Aufbau der Vorrichtung 16 insgesamt kompakter realisiert werden, was die Störanfälligkeit senkt.

Durch gezieltes Vorgeben der Divergenz-Winkel QD der kohärenten Laserstrahlen

3.1. 3.2, 3.3 kann die Interferenzbedingung nicht nur so verändert werden, dass kürzere Bauabstände realisiert werden, es kann vielmehr auch eine gerade bzw. beliebige Anzahl von kohärenten Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3, ... kombiniert werden, ohne dass zu diesem Zweck die weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 9a-c beschriebene Phasenschiebe-Einrichtung 25 benötigt wird. Für die Kombination einer geraden Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3, ... ist es erforderlich, dass die strahlformende Optik 18a-c, genauer gesagt die Linsen 18a-c, eine Brennweite f aufweisen, die folgende Bedingung erfüllt: f = p ² / AL, und zwar unabhängig davon, wie groß die (gerade) Anzahl N an kohärenten

Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3,... ist. Die obige Bedingung an die Brennweite f stellt auch eine untere Grenze dar, die bei dem in Fig. 11 gezeigten Aufbau nicht unterschritten werden darf, d.h. für die Brennweite f sollte allgemein (d.h. unabhängig von der Anzahl N) gelten: f = p ² / AL.

Für den Fall, dass die Anzahl der zu kombinierenden Laserstrahlen 3.1 , 3.2, ...

variiert werden soll, kann die Einkoppeloptik 18 in Form der strahlformenden Optik zur Einstellung eines variablen Divergenz-Winkels OD ausgebildet sein und zu diesem Zweck beispielsweise eine einstellbare Brennweite f aufweisen.

Die Kombination einer geraden Anzahl von kohärenten Laserstrahlen 3.1 , 3.2, ... zu einem kombinierten Laserstrahl 12 ist nicht nur bei der in Fig. 11 gezeigten

Vorrichtung 16 möglich, sondern auch bei der in Fig. 12 gezeigten Vorrichtung 16, die im Wesentlichen der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung 16 entspricht. Die in Fig. 12 gezeigte Vorrichtung 16 weist eine Bewegungseinrichtung 35 auf, um das zweite Mikrolinsen-Array 17b in X-Richtung, d.h. lateral bzw. quer zur Propagationsrichtung Z des kombinierten Laserstrahls 12 zu verschieben, wodurch ein einstellbarer lateraler Versatz D zwischen den Mikrolinsen des ersten Mikrolinsen-Arrays 17a und den Mikrolinsen des zweiten Mikrolinsen-Arrays 17b erzeugt wird, wie dies in Fig. 12 zu erkennen ist.

Die Bewegungseinrichtung 35 kann zu diesem Zweck beispielsweise ein mittels der Steuerungseinrichtung 15 ansteuerbares Piezoelement, eine Voice Coil, einen mechanischen Antrieb einschließlich einer Nockenwelle, etc. aufweisen. Die

Steuerungseinrichtung 15 kann in Form eines Steuerungs-Computers oder in Form von anderer geeigneter Hard- und/oder Software ausgebildet sein und steuert die Bewegungseinrichtung 25 an, um das zweite Mikrolinsen-Array 17b lateral zu verschieben.

Die in Fig. 12 gezeigte Vorrichtung 16 kann auch dazu verwendet werden, um den kombinierten Laserstrahl 12 in seiner Position zu verschieben bzw. seinen Winkel zu verändern oder um bei der Kombination zwei oder ggf. mehr als zwei kombinierte Laserstrahlen 12a, 12b zu erzeugen, wie dies nachfolgend in Zusammenhang mit Fig. 13a-c und Fig. 14a-c beschrieben wird, in denen jeweils die Winkelverteilung des Fernfeldes in einer Ebene X, Y senkrecht zur Propagationsrichtung Z des

kombinierten Laserstrahls 12 dargestellt ist.

Fig. 13a zeigt den Fall, dass kein lateraler Versatz D zwischen den beiden

Mikrolinsen-Arrays 17a,b erzeugt wird, d.h. dass gilt: D = 0 mm. In diesem Fall wird der kombinierte Laserstrahl 12 in die 0. Beugungsordnung gebeugt, so dass dieser nicht abgeienkt wird und entlang der optischen Achse in Z-Richtung propagiert. Fig. 13b zeigt den Fall, dass mit Hilfe der Bewegungseinrichtung 35 ein positiver lateraler Versatz D (Verschiebung in positive X-Richtung, vgl. Fig. 12) eingestellt wird, für den im vorliegend beschriebenen Fall von drei Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 gilt: D = p / N x B = p / 3 (hier: N = 3, B = +1). Der kombinierte Laserstrahl 12 wird in die +1.

Beugungsordnung abgelenkt und propagiert somit nicht entlang der optischen Achse in Z-Richtung, sondern wird unter einem Winkel qc von ca. +2 mrad in die positive X- Richtung abgelenkt. Fig. 13c zeigt den analogen Fall, wenn ein lateraler Versatz D mit negativem Vorzeichen (D = - p / N x B = - p /3 (hier: N = 3, B = - 1 )) erzeugt wird, um den kombinierten Laserstrahl 12 in die -1. Beugungsordnung abzulenken, so dass dieser unter einem Winkel qc von ca. -2 mrad in die negative X-Richtung abgelenkt wird.

Fig. 14a zeigt den zu Fig. 13a analogen Fall, dass kein lateraler Versatz D zwischen den beiden Mikrolinsen-Arrays 17a, b erzeugt wird, d.h. dass gilt: D = 0 mm, so dass der kombinierte Laserstrahl 12 nicht abgelenkt wird und entlang der optischen Achse in Z-Richtung propagiert. Fig. 14b zeigt den Fall, dass mit Hilfe der

Bewegungseinrichtung 35 ein positiver lateraler Versatz D (Verschiebung in positive X-Richtung, vgl. Fig. 12) eingestellt wird, für den im vorliegend beschriebenen Fall von drei Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 gilt: D = + r / (2 N) = r / 6 (hier: N = 3). Bei einer solchen Wahl des lateralen Versatzes D wird der kombinierte Laserstrahl 12 geteilt, genauer gesagt werden zwei kombinierte Laserstrahlen 12a, 12b mit gleicher Leistung erzeugt, von denen der erste Laserstrahl 12a wie in Fig. 14a in Z-Richtung propagiert, während der zweite Laserstrahl 12b in die -1. Beugungsordnung gebeugt wird. Entsprechend wird bei dem in Fig. 14c gezeigten Beispiel ein negativer lateraler Versatz D (Verschiebung in negative X-Richtung) eingestellt, für den im vorliegend beschriebenen Fall von drei Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 gilt: D = - r / (2 N) = - r / 6 (hier: N = 3). Auch in diesem Fall werden zwei kombinierte Laserstrahlen 12a, 12b mit gleicher Leistung erzeugt, von denen der erste Laserstrahl 12a wie in Fig. 14a in Z-Richtung propagiert, während der zweite Laserstrahl 12b in die +1.

Beugungsordnung gebeugt wird.

Bei geeigneter Wahl des Betrags des lateralen Versatzes D kann die in Fig. 13b,c gezeigte Ablenkung auch mit der in Fig. 14b,c gezeigten Aufteilung bzw. Bildung von zwei oder ggf. mehr als zwei kombinierten Laserstrahlen 12a, 12b,... kombiniert werden. Auch in diesem Fall kann die Laserenergie und die Strahlqualität der kohärenten Laserstrahlen 8.1 , 8.2, 8.3 weitgehend erhalten bleiben, d.h. die Verluste liegen selbst bei einer Beugung in die 2. Beugungsordnung lediglich bei ca. 10%. Es versteht sich, dass auch mehr als drei Laserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.3 auf die weiter oben beschriebene Weise abgelenkt bzw, aufgeteilt werden können, die von einer

Laserquelle 2 oder ggf. von mehreren kohärenten Laserquellen 2 stammen.

Mit Hilfe der in Fig. 12 gezeigten Vorrichtung 16 kann auch eine gerade Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen 3.1, 3.2, ... zu einem kombinierten Laserstrahl 12 kombiniert werden, ohne dass zu diesem Zweck die weiter oben beschriebene

Phasenschiebe-Einrichtung 25 eingesetzt werden muss. Zu diesem Zweck wird ein lateraler Versatz D eingestellt, für den gilt:

D = ± r / (2 N + 1 ), wobei N + 1 die (ungerade) Anzahl der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , 3.2, ...

bezeichnet, die mittels der Vorrichtung 16 zu einem kombinierten Laserstrahl 12 kombiniert werden kann. Für den in Fig. 12 gezeigten Abstand d zwischen dem ersten Mikrolinsen-Array 17a und dem zweiten Mikroiinsen-Array 17b gilt in diesem

Fall: d = p ² / (N AL).

Der Abstand d zwischen dem ersten und dem zweiten Mikrolinsen-Array 17a, 17b kann konstant sein. Alternativ kann der Abstand d einstellbar sein. Zu diesem Zweck kann z.B. das zweite Mikrolinsen-Array 17b von einem Schlitten getragen werden, dessen Position in Z-Richtung über eine motorische Verstellmechanik mit Hilfe der programmierbaren Steuerungseinrichtung 15 eingestellt wird, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 3a, b dargestellt ist.

Für den Fall, dass eine Mehrzahl von Laserstrahlen 3.1.1 bis 3.N.M zweidimensional kombiniert wird, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 8a-c beschrieben ist, kann bei der in Fig. 8c dargestellten Mikrolinsenanordnung 11 , die zwei Paare von gekreuzten, eindimensionalen Mikrolinsenarrays 17a-d aufweist, die

Bewegungseinrichtung 35 ausgebildet sein, einen lateralen Versatz Dc in X-Richtung und unabhängig davon einen lateralen Versatz Dg in Y-Richtung einzustellen. Zu diesem Zweck kann die Bewegungseinrichtung 35 beispielsweise auf das erste Mikrolinsen-Array 17a einwirken, um dieses in X-Richtung lateral zu versetzen und entsprechend auf das zweite Mikrolinsen-Array 17b, um dieses in Y-Richtung lateral zu versetzen. Auf diese Weise kann die Ablenkung bzw. die Kombination zu zwei Laserstrahlen 12a,b in beiden Richtungen (X, Y) unabhängig voneinander erfolgen.

Für den Fall, dass für die zweidimensionale Kombination der kohärenten

Laserstrahlen 3.1.1 bis 3.N.M zweidimensional strukturierte Mikrolinsen-Arrays 17a, 17b verwendet werden, wie dies in Fig. 8a, b gezeigt ist, ist hingegen keine

unabhängige Einstellung in zwei Richtungen möglich. Wird ein solches

zweidimensional strukturiertes Mikrolinsen-Array, z.B. das erste Mikrolinsen-Array 17a, in einer Richtung (z.B. X-Richtung) lateral versetzt, wird der kombinierte

Laserstrahl 12 auch in der zweiten Richtung (z.B. Y-Richtung) abgelenkt bzw. es werden an Stelle von zwei kombinierten Laserstrahlen 12a,b vier kombinierte

Laserstrahlen gebildet. Zusammenfassend kann auf die weiter oben beschriebene Weise eine kohärente Kombination einer Mehrzahl N von Laserstrahlen 3.1 , .... 3.N mit Hilfe von Standard- Optiken, d.h. - mit Ausnahme des in Fig. 10 gezeigten Beispiels - ohne die

Verwendung von diffraktiven optischen Elementen oder dergleichen erfolgen. Durch eine geeignete Wahl der Brennweiten f _a , ft _> , fc der Mikrolinsen 20a-c der Mikrolinsen- Arrays 17a-c, ggf. in Kombination mit einer geeigneten Wahl der Brennweite(n) f2, fi von optischen Elementen 19, 21 der Einkoppeloptik 18, sowie durch eine geeignete Wahl der relativen Phasen df _h (c) der Laserstrahlen 3.1 , ..., 3.N kann eine hohe Effizienz bei der kohärenten Kombination zu dem kombinierten Laserstrahl 12 unter gleichzeitiger Erhaltung der Strahlqualität erreicht werden.