Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kombination einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, umfassend: eine Aufteilungseinrichtung zur Aufteilung eines Eingangs-Laserstrahls auf die Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, eine Mehrzahl von Phasen-Einstelleinrichtungen zur Einstellung einer jeweiligen Phase eines der kohärenten Laserstrahlen, sowie eine Strahlkombinationseinrichtung zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen, die von einer Mehrzahl von Raster- Positionen einer Rasteranordnung ausgehen, zu mindestens einem kombinierten Laserstrahl. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Kombinieren einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, insbesondere mittels einer solchen Vorrichtung.

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 Herrn ite-Gauß-Mode oder Superpositionen davon bilden. Bevorzugt sind die Laserstrahlen jedoch sowohl zeitlich als auch räumlich kohärent.

Bei einer kohärenten Strahlkombination wird eine Mehrzahl von Laserstrahlen, die von einer Mehrzahl von Raster-Positionen einer Rasteranordnung ausgehen, zu einem kombinierten Laserstrahl überlagert, der eine entsprechend höhere Leistung aufweist. Eine solche Strahlkombination kann - annähernd ohne Verlust an Strahlqualität - diffraktiv, reflektiv, beispielsweise über einen Segment-Spiegel, interferometrisch oder über eine Polarisationskopplung erfolgen.

In der US 2013 010 7343 A1 ist ein Lasersystem beschrieben, welches eine Laserquelle in Form eines Seed-Lasers sowie ein optisches Verstärkersystem aufweist, das einen verstärkten Laser-Output erzeugt. Das Lasersystem kann eine Phasen-Steuerungsschaltung mit einer Phasen-Modulations-Funktionalität für eine Mehrzahl von optischen Verstärkern aufweisen, die einen Sensor zur Messung der gesamten Ausgangsintensität der optischen Verstärker umfasst. Die Phasen- Steuerungsschaltung kann eine Phase bzw. eine relative Phasenbeziehung zwischen einzelnen der Anzahl von optischen Verstärkern verändern, um die gesamte Ausgangsintensität der optischen Verstärker zu maximieren. Das Lasersystem kann einen kohärenten Fernfeld-Kombinierer zur Kombination des Outputs der optischen Verstärker aufweisen, der ein Paar von Mikrolinsen-Arrays umfasst.

Aus der US 2013 010 7343 A1 ist es somit bekannt, eine (Mikro-)Linsenanordnung mit einem Paar von Mikrolinsen-Arrays als Strahlkombinationseinrichtung zur kohärenten Kombination einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen zu einem kombinierten Laserstrahl zu verwenden. Auch in der DE 102018 211 971 A1 bzw. in der WO 2020/016336 A1 ist eine Strahlkombinationseinrichtung zur Bildung mindestens einen kombinierten Laserstrahls beschrieben, die eine Mikrolinsenanordnung mit mindestens zwei Mikrolinsen-Arrays aufweist. Die Strahlkombination mit den mindestens zwei Mikrolinsen-Arrays beruht auf dem Prinzip eines abbildenden (zweistufigen) Homogenisierers. Dort ist auch angegeben, wie eine solche Mikrolinsenanordnung im Hinblick auf ihre Parameter (Rasterabstand (pitch) der Mikrolinsen, Brennweite der Mikrolinsen bzw. der Mikrolinsenanordnung, Abstand der Mikrolinsen-Arrays, ... ) optimiert werden sollte, um einen kombinierten Laserstrahl mit optimierter, hoher Strahlqualität (> 90% Kombinationseffizienz) zu erzeugen. Bei der Umkehrung des Strahlwegs ermöglicht dieses Prinzip eine homogene Verteilung der generierten Intensitäts-Peaks und damit eine hohe Strahlteilungseffizienz.

Verschiedenste Laser-Anwendungsprozesse, z.B. additive Fertigung, Markieren, sowie Schweißen (sowohl mikro als auch makro) oder Laserschaltprozesse in Lasernetzwerken benötigen eine schnelle Ablenkung einer Fokusposition eines Laserstrahls (Scannen) und/oder das Aufteilen eines Laserstrahls zur Ausrichtung auf mehrere Fokuspositionen (Strahlteilen). Bei manchen Laser- Materialbearbeitungsprozessen, z.B. beim Trennen von transparenten Materialien, werden ggf. hohe mittlere Laserleistungen (im Bereich von kW) und hohe Pulsenergien (im Bereich von mJ) benötigt.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, ein Lasersystem und ein zugehöriges Verfahren zur Kombination von kohärenten Laserstrahlen bereitzustellen, welche es auch bei hohen Laserleistungen ermöglichen, die Strahlqualität bei der Kombination nahezu vollständig zu erhalten und die es zusätzlich ermöglichen, eine schnelle Ablenkung eines kombinierten Laserstrahls und/oder eine Strahlaufteilung eines kombinierten Laserstrahls mit einer vorgegebenen Aufteilung der Eingangs-Leistung vorzunehmen.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Strahlkombinationseinrichtung eine Mikrolinsenanordnung mit genau einem Mikrolinsen-Array aufweist.

Die Erfinder haben erkannt, dass bei der Kombination der kohärenten Laserstrahlen in einem abbildenden Homogenisierer, der (mindestens) zwei Mikrolinsen-Arrays aufweist, (mindestens) ein Mikrolinsen-Array im Fokus bzw. in der Brennebene eines anderen Mikrolinsen-Arrays steht. Hierdurch kann es zu Einbränden in dem Mikrolinsen-Array kommen, was zu einem Leistungsverlust führt und die Matenalbearbeitung bei hohen mittleren Laserleistungen und mittleren Pulsenergien erschwert. Im schlimmsten Fall kann das Mikrolinsen-Array welches in der Brennebene des anderen Mikrolinsen-Arrays steht, zerstört werden.

In der vorliegenden Anmeldung wird daher vorgeschlagen, zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen nur ein einziges Mikrolinsen-Array zu verwenden, welches mit definierten Parametern (Rasterabstand (pitch) der Mikrolinsen, Brennweite der Mikrolinsen, ... ) zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen verwendet wird. Mit einer solchen Strahlkombinationseinrichtung wird das Prinzip des nicht abbildenden, einstufigen Homogenisierers umgesetzt, d.h. es wird nur noch ein einziges Mikrolinsen-Array zur Kombination verwendet. Hierdurch wird die Homogenität herabgesetzt, so dass eine Strahlteilung mit einer ausreichenden Homogenität nicht mehr stattfinden kann.

Die Erfinder haben erkannt, dass zwar bei der Strahlteilung keine ausreichende Strahlteilungseffizienz erreicht werden kann, dass aber mit geeignet gewählten Parametern auch mit einem einstufigen Homogenisierer eine Strahlkombination mit einer ausreichend hohen Kombinationseffizienz von z.B. mehr als ca. 65 % (bei drei kohärenten Laserstrahlen), mehr als ca. 85% (bei fünf kohärenten Laserstrahlen) oder darüber erreicht werden kann. Dies ist u.a. deshalb möglich, weil die Intensität der kohärenten Laserstrahlen an den Raster-Positionen geeignet (z.B. homogen) gewählt werden kann. Wird zudem die Anzahl der kohärenten Laserstrahlen erhöht, z.B. auf eine Anzahl von mehr als Zehn, kann sogar eine Kombinationseffizienz von mehr als 90% erreicht werden.

Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einer Mikrolinsenanordnung mit genau einem Mikrolinsen-Array verstanden, dass in einer jeweiligen Richtung, in der die Strahlkombination erfolgt (z.B. in X-Richtung oder in Y-Richtung) nur die Mikrolinsen eines einzigen Mikrolinsen-Arrays die Strahlkombination bewirken. Für den Fall, dass eine Strahlkombination in zwei Richtungen (z.B. in X-Richtung und in Y-Richtung) erfolgt, kann im Sinne dieser Definition das genau eine Mikrolinsen-Array zwei gekreuzte Zylinderlinsen-Arrays aufweisen, wobei die Mikrolinsen eines jeweiligen Zylinderlinsen-Arrays nur in einer Richtung (X-Richtung oder Y-Richtung) wirken. Die beiden Zylinderlinsen-Arrays sind in diesem Fall typischerweise unmittelbar benachbart angeordnet, d.h. diese liegen (annähernd) in einer gemeinsamen Ebene. Für die zweidimensionale Strahlkombination kann an Stelle von zwei gekreuzten Zylinderlinsen-Arrays ein einziges Mikrolinsen-Array verwendet werden, welches z.B. quadratische oder rechteckige Mikrolinsen aufweist.

Die in der DE 10 2018211 971 A1 bzw. in der WO 2020/016336 A1 beschriebenen Bedingungen für die optimalen Parameter einer solchen Mikrolinsenanordnung gelten entsprechend auch für den hier beschriebenen einstufigen Homogenisieren Allerdings wird die (effektive) Brennweite der Mikrolinsenanordnung mit den mindestens zwei Mikrolinsen-Arrays durch die Brennweite des genau einen Mikrolinsen-Arrays ersetzt. Die DE 10 2018 211 971 A1 bzw. die WO 2020/016336 A1 werden durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht.

Bei der Aufteilungseinrichtung zur Aufteilung des Eingangs-Laserstrahls kann es sich z.B. um eine herkömmliche 1-zu-N-Kopplungseinrichtung, beispielsweise in Form eines einzelnen oder mehrerer Mikrolinsen-Arrays, um einen Faser-Splitter, mehrere in Reihe geschaltete Strahlteilerwürfel, Polarisationsstrahlteiler, um ein Beugungsgitter zur Strahlteilung, etc. handeln. Bei dem Eingangs-Laserstrahl kann es sich um einen von einer Laserquelle erzeugten Seed-Laserstrahl handeln oder der Eingangs-Laserstrahl kann z.B. durch Aufteilung und kohärente Kombination aus einem Seed-Laserstrahl einer Laserquelle erzeugt werden.

Alternativ können auch mehrere Laserquellen, beispielsweise in Form von Faseroszillatoren, Laserdioden, etc. zur Erzeugung der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen dienen, so dass auf eine Aufteilungseinrichtung verzichtet werden kann. In diesem Fall weist ein Lasersystem, welches die mindestens eine Laserquelle enthält, eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der Laserdioden bzw. der Laserquellen 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.

Grundsätzlich können die Raster-Positionen der Rasteranordnung entlang einer Geraden oder einer Kurve (eindimensionale Rasteranordnung) oder entlang einer Ebene oder einer gekrümmten Fläche (zweidimensionale Rasteranordnung) gebildet sein. Entlang der Rasteranordnung sind die kohärenten Laserstrahlen so weit separiert bzw. voneinander beabstandet, dass der gewünschte Füllfaktor erreicht wird. Die Raster-Positionen der Rasteranordnung können an den Stirnseiten von Fasern (Emissionsflächen) oder von anderen Emittern gebildet sein, an denen ein jeweiliger kohärenter Laserstrahl emittiert wird. In diesem Fall sind die Fasern, genauer gesagt deren Stirnseiten, in einer Rasteranordnung angeordnet und die Raster-Positionen entsprechen den Emissionsflächen an den Stirnseiten der Fasern. Die Raster-Positionen bzw. die Rasteranordnung kann aber auch dem Nahfeld bzw. dem Fernfeld der Emissionsflächen entsprechen, d.h. die Raster-Positionen können entlang einer Kurve bzw. einer Fläche im Raum angeordnet sein, auf welche die Emissionsflächen abgebildet oder fokussiert werden, so dass die Ortsverteilung der Raster-Positionen der - ggf. skalierten - Ortsverteilung der Emissionsflächen entspricht.

Die Rasteranordnung bildet somit eine Kurve bzw. eine Fläche im Raum, entlang derer ein gewünschter Abstand zwischen den Raster-Positionen bzw. zwischen den kohärenten Laserstrahlen vorliegt. Bei der Verwendung einer Fourierlinse zur Einkopplung der kohärenten Laserstrahlen (s.u.) liegt der gewünschte Abstand beispielsweise in der Brennebene der Fourierlinse vor.

Bei einer Ausführungsform gehen die kohärenten Laserstrahlen von einer Mehrzahl von Raster-Positionen aus, die entlang einer ersten Richtung angeordnet sind, wobei die kohärenten Laserstrahlen und das Mikrolinsen-Array folgende Bedingung erfüllen:

N = Px ² / (AL f _M L), (1 ) wobei N eine Anzahl der entlang der ersten Richtung X angeordneten Raster- Positionen, p _x einen Rasterabstand der Mikrolinsen des Mikrolinsen-Arrays in der ersten Richtung, X _L die Laserwellenlänge und f _M L die Brennweite des Mikrolinsen- Arrays bezeichnen.

Für den Fall, das die Raster-Positionen in der Rasteranordnung zusätzlich entlang einer zweiten, bevorzugt zur ersten senkrechten Richtung angeordnet sind, erfüllen die kohärenten Laserstrahlen und die Mikrolinsenanordnung typischerweise zusätzlich folgende Bedingung:

M = _P Y ² / (X _L fML), (2) wobei M eine Anzahl der entlang der zweiten Richtung angeordneten Raster- Positionen und p _Y einen Rasterabstand der Mikrolinsen eines jeweiligen Mikrolinsen- Arrays in der zweiten Richtung bezeichnen.

Die Erfinder haben erkannt, dass bei der Kombination zu dem kombinierten Laserstrahl auch bei einem einstufigen Homogenisierer die Strahlqualität eines einzelnen kohärenten Laserstrahls nahezu vollständig erhalten bleibt, wenn obige Gleichung (1 ) bzw. (2) erfüllt ist.

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 _x ² / (AL W)! < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05. Entsprechendes gilt auch für Gleichung (2), d.h. |M - p _y ² / (X _L f _E )| < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung ausgebildet, in der ersten Richtung benachbarte kohärente Laserstrahlen mit einer vorgegebenen Winkeldifferenz Ö0 _X in die Mikrolinsenanordnung einzukoppeln, für die gilt: öe _x = A _L / Px, wobei X _L die Laserwellenlänge und p _x einen Rasterabstand der Mikrolinsen des Mikrolinsen-Arrays in der ersten Richtung bezeichnen.

Für die Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu einem kombinierten Laserstrahl ist es typischerweise erforderlich bzw. günstig, wenn benachbarte kohärente Laserstrahlen mit der weiter oben angegebenen Winkeldifferenz Ö0 _X in die Mikrolinsenanordnung eingekoppelt werden. Um diese Bedingung zu erfüllen, können die Raster-Positionen, von denen die kohärenten Laserstrahlen ausgehen, unter der jeweiligen Winkeldifferenz Ö0 _X zueinander ausgerichtet werden und beispielsweise äquidistant auf einem Kreisbogen angeordnet sein. Eine Fokussierung der kohärenten Laserstrahlen kann in diesem Fall beispielsweise mit Hilfe von Einzellinsen oder mit einem weiteren Mikrolinsen-Array erfolgen, die im jeweiligen Strahlweg eines der kohärenten Laserstrahlen angeordnet sind, es kann ggf. aber auch auf das Vorsehen solcher Linsen verzichtet werden. Eine entsprechende Bedingung gilt für die Winkeldifferenz zwischen benachbarten kohärenten Laserstrahlen in der zweiten Richtung Y, d.h. es gilt: Ö0 _y = A _L / p _y . Die oben angegebene Bedingung gilt als erfüllt, wenn gilt: | Ö0 _X - A _L / p _x | < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05, bzw. wenn gilt: | Ö0 _y - A _L / p _y | < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Einkoppeloptik zur Einkopplung der kohärenten Laserstrahlen in die Mikrolinsenanordnung auf, wobei die Einkoppeloptik mindestens eine Fokussiereinrichtung, insbesondere mindestens eine Fokussierlinse, zur Fokussierung der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen auf die Mikrolinsenanordnung aufweist. In diesem Fall wird eine Einkoppeloptik verwendet, die zwischen den Raster-Positionen, von denen die kohärenten Laserstrahlen ausgehen, und der Mikrolinsenanordnung angeordnet ist. Für den Fall, dass die Strahlwege der kohärenten Laserstrahlen zu lang sind, um die oben angegebenen Bedingungen zu erfüllen, kann die Einkoppeloptik eine teleskopische Optik z.B. in Form von mindestens zwei Linsen aufweisen. Die Einkoppeloptik ist nicht zwingend erforderlich, kann aber z.B. beim Einrichten des Lasersystems bzw. der Vorrichtung günstig sein. Insbesondere kann die Einkoppeloptik dazu verwendet werden, die oben angegebene Bedingung an die Winkeldifferenz Ö0 _X bzw. Ö0 _y zu erfüllen, ohne dass zu diesem Zweck die Strahlaustrittsrichtungen der kohärenten Laserstrahlen an den Raster-Positionen unter einem Winkel zueinander ausgerichtet werden müssen. Die Verwendung einer Fokussierlinse, die im Wesentlichen im Abstand ihrer Brennweite von der Mikrolinsenanordnung angeordnet ist (Fourier-Linse) hat sich zu diesem Zweck als günstig herausgestellt. Die kohärenten Laserstrahlen können in diesem Fall im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet auf die Fokussierlinse treffen und werden auf die Mikrolinsenanordnung, genauer gesagt auf das Mikrolinsen-Array, fokussiert. Der Fokus bzw. der Strahldurchmesser der auf das eine Mikrolinsen-Array treffenden kohärenten Laserstrahlen ist wesentlich größer als die Teilfoki, die bei der Verwendung von zwei Mikrolinsen-Arrays auf das erste Mikrolinsen-Array treffen würden. Zudem ist der Strahldurchmesser des kombinierten Laserstrahls, der an dem einen Mikrolinsen-Array gebildet wird, über den Füllfaktor der kohärenten Laserstrahlen an den Raster-Positionen sowie über den Rasterabstand der Mikrolinsen des Mikrolinsen-Arrays einstellbar.

Beispielsweise können in diesem Fall die Raster-Positionen 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 Raster-Positionen hängen von den Rahmenbedingungen, beispielsweise von der verwendeten Laserquelle ab. Für den Fall, dass die Raster-Positionen die Stirnseiten von parallel verlaufenden Fasern bilden, bietet sich beispielsweise die Verwendung einer Einkoppeloptik an.

Bei einer Weiterbildung gehen die kohärenten Laserstrahlen von einer Mehrzahl von Raster-Positionen aus, die entlang einer ersten Richtung angeordnet sind und die einen Abstand öx voneinander aufweisen, der gegeben ist durch:

ÖX = X _L fFLin / Px, wobei X _L die Laserwellenlänge, f _F i_in die Brennweite der Fokussiereinrichtung und p _x einen Rasterabstand der Mikrolinsen des Mikrolinsen-Arrays in der ersten Richtung bezeichnen. Für den Fall, dass die Raster-Positionen zusätzlich entlang einer zweiten Richtung (z.B. Y-Richtung) angeordnet sind, gilt für die Abstände öy in der zweiten Richtung Y entsprechend: öy = X _L fpun / Py, wobei p _y den Rasterabstand des Mikrolinsen-Arrays in der zweiten Richtung Y bezeichnet.

Für den Fall, dass die Laserstrahlen parallel verlaufen, sind die Raster-Positionen typischerweise entlang einer gemeinsamen Richtung bzw. Linie (z.B. in X-Richtung) sowie ggf. zusätzlich entlang einer gemeinsamen Linie in Y-Richtung angeordnet, die senkrecht zur gemeinsamen Strahlausbreitungsrichtung der Laserstrahlen verläuft. In diesem Fall ist der Abstand öx der Laserstrahlen bzw. der Raster-Positionen typischerweise durch die obige Bedingung festgelegt. Die oben angegebene Bedingung gilt als erfüllt, wenn gilt: | öx - X _L fpun / Px I < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05 bzw. | öy - Ä _L fpijn / Py | < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05.

Bei einer alternativen Ausführungsform gehen die kohärenten Laserstrahlen von einer Mehrzahl von Raster-Positionen aus, die entlang einer ersten Richtung angeordnet sind, wobei die Raster-Positionen im Abstand der Brennweite f _M L des Mikrolinsen-Arrays vor dem Mikrolinsen-Array angeordnet sind, und wobei die Raster-Positionen einen Abstand öx voneinander aufweisen, der gegeben ist durch öx = p _x , wobei p _x einen Rasterabstand der Mikrolinsen des Mikrolinsen-Arrays in der ersten Richtung bezeichnet. Für den Fall, dass die kohärenten Laserstrahlen zusätzlich auch entlang einer zweiten, bevorzugt zur ersten senkrechten Richtung angeordnet sind, gilt für die Abstände öy in der zweiten Richtung entsprechend: öy = p _y , wobei p _y den Rasterabstand der Mikrolinsen des Mikrolinsen-Arrays in der zweiten Richtung bezeichnet. Die oben angegebene Bedingung gilt als erfüllt, wenn gilt: | öx - p _x | < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05 bzw. | öy - p _y | < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform sind die Raster-Positionen in der Brennebene des Mikrolinsen-Arrays im Strahlweg der kohärenten Laserstrahlen vor dem Mikrolinsen-Array angeordnet. Die Erfinder haben erkannt, dass das Mikrolinsen-Array als Beugungsgitter wirkt und dass sich bei der Nahfeld-Beugung die Helligkeitsverteilung des Mikrolinsen-Arrays in bestimmten Talbot-Abständen wiederholt, an denen die Helligkeitsverteilung genau der Struktur des Beugungsgitters selbst entspricht. Dies ist bei dem Mikrolinsen-Array in der objektseitigen Brennebene der Fall. Daher sollte der Abstand zwischen den Raster- Positionen in der Brennebene dem Rasterabstand der Mikrolinsen des Mikrolinsen- Arrays entsprechen.

Grundsätzlich sollte auch bei dieser Ausführungsform die weiter oben angegebene Bedingung an den Winkel Ö0 _X , Ö0 _y zwischen benachbarten kohärenten Laserstrahlen eingehalten werden. Allerdings sind die resultierenden Winkel Ö0 _X , Ö0 _y bei der vorliegenden Ausführungsform vernachlässigbar klein, da die Brennweite vergleichsweise gering ist. Die Brennweite des Mikrolinsen-Arrays hängt zwar vom Rasterabstand der Mikrolinsen ab und nimmt mit zunehmendem Rasterabstand zu, der Rasterabstand hängt aber über die oben angegebene Beziehung Ö0 _X = X _L / Px bzw. Ö0 _y = X _L / Py selbst vom Winkel Ö0 _X , Ö0 _y ab. Der Winkel Ö0 _X , Ö0 _y nimmt daher mit zunehmendem Rasterabstand ab und bleibt auch bei großem Rasterabstand bzw. bei größeren Brennweiten vernachlässigbar. Daher können die kohärenten Laserstrahlen bei dieser Ausführungsform typischerweise ohne die Verwendung einer Einkoppeloptik parallel ausgerichtet auf das Mikrolinsen-Array eingestrahlt werden. Die typische Größenordnung der Brennweite f _M L des Mikrolinsen-Arrays liegt bei weniger als ca. 70-80 mm und ist bei den typischerweise verwendeten Wellenlängen kleiner als die Rayleigh-Länge der kohärenten Laserstrahlen.

Bei einer Weiterbildung weisen die kohärenten Laserstahlen an den Raster- Positionen einen Strahldurchmesser 2 cUfMLx in der ersten Richtung auf, der gegeben ist durch:

2 ÜJfMLx - AL fML I Px, wobei X _L die Laserwellenlänge bezeichnet. Grundsätzlich gilt, dass die Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen an den Raster-Positionen in der Brennebene möglichst genau das Beugungsmuster reproduzieren sollte, welches sich bei einer Umkehrung der Strahlrichtung ergibt, d.h. für den Fall, dass das Mikrolinsen-Array in umgekehrter Richtung durchlaufen wird. Dies kann u.a. dadurch erreicht werden, dass die kohärenten Laserstrahlen die oben angegebene Bedingung an den Strahldurchmesser 2 oUfWLx erfüllen. Der Strahldurchmesser 2 oUfMLx bezeichnet hierbei den Abstand zwischen zwei Punkten der Intensitäts- bzw. der Leistungsverteilung (in der Regel: Gauß-Verteilung) in der ersten Richtung, an denen die maximale Intensität bzw. die Spitzenleistung auf 50% abgefallen ist, d.h. der Strahldurchmesser 2 oUfWLx bezeichnet die Halbwertsbreite.

Für den Fall, dass die Raster-Positionen zusätzlich auch entlang der zweiten Richtung angeordnet sind, gilt entsprechend für den Strahldurchmesser entlang der zweiten Richtung: 2 cufwiy = AL fiviL / Py- In der Regel weist ein jeweiliger kohärenter Laserstrahl ein rotationssymmetrisches Strahlprofil auf. In diesem Fall gilt: 2 oUfWLy = 2 WfMLx und somit p _y = p _x . Die oben angegebene Bedingung gilt als erfüllt, wenn gilt: | 2 WfMLx - A _L fiviL / Px I < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05 bzw. | 2 cutuLy - A _L fML / p _y | < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05.

Für den Fall, dass die Raster-Positionen den Stirnseiten von Lichtleitfasern entsprechen, wird der Strahldurchmesser an der jeweiligen Raster-Position im Wesentlichen durch den Durchmesser der Lichtleitfaser, genauer gesagt den Durchmesser der Strahlaustrittsfläche an der Stirnseite der Lichtleitfaser festgelegt. Es ist möglich, mit Hilfe einer geeigneten Strahlformungseinrichtung den Strahldurchmesser der kohärenten Laserstrahlen nach dem Austritt aus der jeweiligen Lichtleitfaser zu verändern, so dass sich ein gewünschter Durchmesser an der jeweiligen Raster-Position der Rasteranordnung einstellt. Die strahlformende Einrichtung kann zu diesem Zweck beispielsweise eine Mehrzahl von (sphärischen) Kollimations- bzw. Fokussierlinsen aufweisen, in deren Brennebene die Rasteranordnung gebildet wird.

Es hat sich herausgestellt, dass die Intensität der kohärenten Laserstrahlen an der jeweiligen Raster-Position einen vergleichsweise geringen Einfluss auf die Kombinationseffizienz aufweist. Bei der vorliegenden Ausführungsform können die maximalen Intensitäten der kohärenten Laserstrahlen gleich groß sein, wie dies auch bei der weiter oben beschriebenen Ausführungsform der Fall ist. Die kohärenten Laserstrahlen weisen an den Raster-Positionen jedoch bevorzugt eine jeweilige maximale Intensität auf, deren Einhüllende einer Intensitätsverteilung des kombinierten Laserstrahls an dem Mikrolinsen-Array entspricht. Bei der Intensitätsverteilung des kombinierten Laserstrahls an dem Mikrolinsen-Array handelt es sich typischerweise um eine Gauß-Verteilung, welche die Einhüllende der maximalen Intensitäten bildet.

Bei einer Weiterbildung weisen die kohärenten Laserstrahlen einen Füllfaktor FF _X in der ersten Richtung auf, für den gilt: FF _X < 0,4, bevorzugt FF _X < 0,3. Entsprechend ist es günstig, wenn für den Füllfaktor FF _y in der zweiten Richtung Y gilt: FF _y < 0,4, bevorzugt FF _y < 0,3.

Der Füllfaktor FF _X in der ersten Richtung X ist definiert als FF _X = 2 cu _fMLx / öx. Entsprechend ist der Füllfaktor FF _y in der zweiten Richtung Y definiert als FF _y = 2 WfMLy / öy. Der Abstand öx bzw. y zwischen den Raster-Positionen in X-Richtung bzw. in Y-Richtung bezeichnet den Abstand zwischen den Zentren der Strahlprofile von benachbarten kohärenten Laserstrahlen. Es hat sich gezeigt, dass der Füllfaktor FF _X bzw. FF _y bei der vorliegenden Ausführungsform nicht zu groß gewählt werden sollte, da der Füllfaktor FF _X , FF _y den Strahldurchmesser 2 CÜMLAX bzw. 2 CÜMLAY des kombinierten Laserstrahls beeinflusst, wie nachfolgend erklärt wird.

Für den Strahldurchmesser 2 CÜ _M LAX der Intensitätsverteilung des kombinierten Laserstrahls an dem Mikrolinsen-Array in der ersten Richtung X gilt:

2 WMLAX = 4 p _x / ( TT FF _X ).

Anders als beim Strahldurchmesser 2 cUfMLx der kohärenten Laserstrahlen bezeichnet der Strahldurchmesser 2 CÜMLAX die 1/e ² -Breite, d.h. den Abstand zwischen zwei Punkten, an denen die Spitzenleistung auf das 1/e ² -fache abgefallen ist, d.h. ungefähr 13,5% der Spitzenleistung beträgt. Entsprechend gilt für den Strahldurchmesser 2 CÜMLAY des kombinierten Laserstrahls an dem Mikrolinsen-Array in der zweiten Richtung Y: 2 CÜMLAY = 4 p _y / ( TT FF _y ). Die obige Bedingung gilt als erfüllt, wenn gilt: | 2 CÜMLAX - 4 p _x / ( TT FF _X ) | < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05 bzw. | 2 CÜMLAX - 4 p _x / ( TT FF _X ) | < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05.

Wie sich aus obiger Beziehung ergibt, nimmt der Durchmesser 2 CÜMLAX des kombinierten Laserstrahls 12 und somit die Ausleuchtung des Mikrolinsen-Arrays 17 mit zunehmendem Füllfaktor FF _X in der ersten Richtung X ab. Je größer der Füllfaktor FF _X , desto geringer ist die Kombinationseffizienz. Grundsätzlich gilt, dass der Füllfaktor FF _X , FF _y umso kleiner sein sollte, je größer die Anzahl der kohärenten Laserstrahlen in der jeweiligen Richtung ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung, die zur Einstellung einer jeweiligen Phase eines der kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position innerhalb der Rasteranordnung ausgebildet bzw. programmiert ist, um die kohärenten Laserstrahlen zu mindestens einem in mindestens eine Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl zu kombinieren. Bei der Beugungsordnung kann es sich um die nullte Beugungsordnung oder um eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung handeln.

Die Phasen können so gewählt werden, dass eine im Hinblick auf die Strahlqualität optimierte Kombination in die nullte Beugungsordnung erfolgt. Die Phasen bzw. die Phasenunterschiede der kohärenten Laserstrahlen können auch so gewählt werden, dass der kombinierte Laserstrahl in mindestens eine höhere Beugungsordnung gebeugt wird, um eine kontrollierte Strahlablenkung bzw. eine kontrollierte Strahlteilung vorzunehmen. Für den Fall, dass eine gerade Anzahl von kohärenten Laserstrahlen kombiniert wird, gibt es keine nullte Beugungsordnung, d.h. in diesem Fall wird der kombinierte Laserstrahl stets in mindestens eine (halbzahlige) Beugungsordnung gebeugt.

Die Phase eines jeweiligen kohärenten Laserstrahls kann individuell in Abhängigkeit von der Anordnung der dem jeweiligen kohärenten Laserstrahl zugeordneten Raster- Position der Rasteranordnung mit Hilfe der Steuerungseinrichtung so eingestellt werden, dass die kohärenten Laserstrahlen nicht mehr zu einem einzigen bzw. einzelnen Laserstrahl kombiniert werden, sondern in zwei oder mehr wohldefinierte Bündel bzw. in zwei oder mehre kombinierte Laserstrahlen, die mit definierter Leistungsverteilung bzw. Leistungs-Aufteilung in unterschiedliche Beugungsordnungen gebeugt werden (Strahlteilung) oder in einen einzigen Laserstrahl, der in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung gebeugt wird (Strahlablenkung).

Der vorgeschlagene Ansatz basiert auf dem Konzept des Optical Phase Array (OPA), bei dem ein Satz von Absolut-Phasen der ein- oder zweidimensionalen Rasteranordnung der kohärenten Laserstrahlen so gewählt wird, dass es zur konstruktiven Interferenz an wohldefinierten Beugungsordnungen kommt. In einer ein- oder zweidimensionalen Rasteranordnung (Array) können die Phasen der zu kombinierenden kohärenten Laserstrahlen so gewählt werden, dass sich gezielt einzelne kombinierte Laserstrahlen, Gruppen von kombinierten Laserstrahlen oder ein gesamtes Array von kombinierten Laserstrahlen, das einem Satz von Beugungsordnungen entspricht, ab- oder zuschalten lässt. Für eine jeweils gewünschte Gruppe von kombinierten Laserstrahlen, die mit der Vorrichtung erzeugt werden soll, kann beispielsweise mit Hilfe eines iterativen Optimierungsalgorithmus ein geeigneter Satz von (Absolut-)Phasen gewählt werden, um gezielt die Beugung in bestimmte Beugungsordnungen an- oder abzuschalten. Auf diese Weise kann eine variable Strahlteilung bzw. Ablenkung und Leistungs-Aufteilung realisiert werden. Bei dem iterativen Optimierungsalgorithmus kann es sich um einen stochastischen bzw. randomisierten Algorithmus handeln, dem als Startwerte beispielsweise eine homogene Leistungs-Aufteilung bzw. Intensitätsverteilung vorgegeben wird.

Die Phasen-Einstelleinrichtungen dienen zur Einstellung der jeweiligen Phase der kohärenten Laserstrahlen und können an einem beliebigen Ort vor der Mikrolinsenanordnung angeordnet sein, an dem die kohärenten Laserstrahlen voneinander getrennt sind und nicht mehr überlappen. Diese Phasen- Einstelleinrichtungen sind u.a. deshalb notwendig, da z.B. thermische Effekte, Vibrationen oder auch Luftturbulenzen zu optischen Weglängenunterschieden in den einzelnen Kanälen führen. 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, z.B. in Form von Flüssigkristallen), SLMs (Spatial Light Modulators), optische Verzögerungsstrecken in Form von Spiegelanordnungen, elektromechanische Modulatoren, z.B. in Form von Piezo-Spiegeln oder dergleichen handeln. Für den Fall, dass die kohärenten Laserstrahlen im Strahlweg vor der Rasteranordnung in einer Faser geführt werden, kann für die Phasen-Einstellung z.B. mittels Piezo-Stellelementen eine Zugspannung auf die Faser aufgebracht werden, eine Temperatur-Beeinflussung der Faser vorgenommen werden, etc. Die Steuerungseinrichtung kann als Hard- und/oder Software realisiert sein, z.B. in Form eines Micro-Controllers, eines FPGAs, eines ASICs, etc. Die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, auf die Phasen-Einstelleinrichtungen auf geeignete Weise, z.B. durch geeignete elektronische (Steuer-)Signale, einzuwirken. Da die Addition eines für alle kohärenten Laserstrahlen identischen Phasenfaktors das Ergebnis der kohärenten Strahlkombination nicht verändert, ist bei einer Anzahl von N zu kombinierenden kohärenten Laserstrahlen in einer Richtung eine Anzahl von N-1 Phasen- Einstelleinrichtungen ausreichend.

Die in der bzw. in den Laserquellen erzeugten kohärenten Laserstrahlen können mit Hilfe einer Mehrzahl von Strahlführungseinrichtungen, beispielsweise in Form von Fasern, zu der Rasteranordnung geführt werden. 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 Anzahl von Verstärkern oder Verstärkerketten, beispielsweise in Form von Faser-Verstärkern, aufweisen, um die Laserstrahlen zu verstärken, bevor diese an den Raster-Positionen 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. Alternativ können die kohärenten Laserstrahlen nach der Aufteilung an der Aufteilungseinrichtung in Freistrahlpropagation zu der Rasteranordnung gelangen, die sich beispielsweise in einer Brennebene einer Fourierlinse oder an einem anderen Ort befinden kann, an dem die kohärenten Laserstrahlen ausreichend weit voneinander beabstandet sind. In der Brennebene einer solchen Fourierlinse bzw. an dem anderen Ort weisen die kohärenten Laserstrahlen - ggf. nach geeigneter Umlenkung - den gewünschten Füllfaktor, d.h. ein gewünschtes Verhältnis zwischen der Erstreckung bzw. dem Strahldurchmesser der jeweiligen Laserstrahlen in einer jeweiligen Raumrichtung und dem Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Laserstrahlen auf, wie weiter oben beschrieben wurde.

Bei einer Weiterbildung ist die Steuerungseinrichtung zur Einstellung einer jeweiligen Grund-Phase eines der kohärenten Laserstrahlen ausgebildet, bei der die Strahlkombinationseinrichtung die kohärenten Laserstrahlen zu einem in genau eine Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl kombiniert. Bei der Grund-Phase wird somit genau ein kombinierter Laserstrahl erzeugt, der in die nullte Beugungsordnung (falls vorhanden) oder in eine von der nullten verschiedene Beugungsordnung gebeugt wird, um den kombinierten Laserstrahl abzulenken.

Bei einer Weiterbildung sind die Raster-Positionen entlang einer ersten Richtung angeordnet sind und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu dem genau einen in die genau eine Beugungsordnung B _{k x} in der ersten Richtung gebeugten kombinierten Laserstrahls die jeweilige Grund- Phase öcpa eines kohärenten Laserstrahls an einer a-ten Raster-Position in der ersten Richtung einzustellen, die gegeben ist durch: ö(p _a = - TT / N (ma + B _{k x} ) ² ,

(N + 1) wobei gilt: m _a = - — — + a mit a = 1 , ... , N, wobei N eine Anzahl der entlang der ersten Richtung angeordneten Raster-Positionen bezeichnet, und wobei B _{k x} eine

(N + 1) QV + 1) ganzzahlige oder halbzahlige Zahl bezeichnet, für die gilt: - — — < B <+ — — .

Für den Fall, dass die Anzahl N der kohärenten Laserstrahlen ungerade ist, nimmt die Beugungsordnung B _{k x} ganzzahlige Werte an. Für den Fall, dass eine gerade Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen kombiniert wird, nimmt die Beugungsordnung B _{k x} halbzahlige Werte an.

Bei einer Weiterbildung sind die Raster-Positionen in der Rasteranordnung zusätzlich entlang einer zweiten, bevorzugt zur ersten senkrechten Richtung angeordnet und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu dem genau einen in die genau eine Beugungsordnung B _{k x} in der ersten Richtung und in genau eine Beugungsordnung Bj _y in der zweiten Richtung gebeugten kombinierten Laserstrahls die jeweilige Grund-Phase δφ _ab eines kohärenten Laserstrahls an einer a-ten Raster-Position entlang der ersten Richtung und einer b-ten Raster-Position entlang der zweiten Richtung einzustellen, die gegeben ist durch: ö(p _a = - TT / N (ma + B _{k x} ) ² - TT / N (mb + Bj y) ² ,

(M + 1) wobei gilt: m _b = - — — + b mit b = 1 , ... , M, wobei M eine Anzahl der entlang der zweiten Richtung angeordneten Raster-Positionen bezeichnet, und wobei B _{j y} eine

(M + 1) (M + 1) ganzzahlige oder halbzahlige Zahl bezeichnet, für die gilt: - — - ₂ — < B _{j y} <+ — ₂ — .

Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Aufteilungseinrichtung zur Aufteilung eines Eingangs-Laserstrahls auf die Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen als weitere Mikrolinsenanordnung mit mindestens zwei weiteren Mikrolinsen-Arrays ausgebildet ist, und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu dem genau einen, in die genau eine Beugungsordnung B _{k x} in der ersten Richtung und bevorzugt in die genau eine Beugungsordnung B _{j y} in der zweiten Richtung gebeugten kombinierten Laserstrahl das Doppelte der Grund- Phasen einzustellen.

Es hat sich gezeigt, dass für den Spezialfall, dass sowohl zum Aufteilen eines Eingangs-Laserstrahls auf die Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen als auch zum Kombinieren der kohärenten Laserstrahlen jeweils eine Mikrolinsenanordnung verwendet wird, erforderlich ist, die in den obigen Gleichungen angegebenen Werte für die Grund-Phasen δφ _a , δφ _{a b} zu verdoppeln. Grundsätzlich gilt, dass für den Spezialfall von zwei Mikrolinsenanordnungen, die ggf. identisch aufgebaut sein können, eine Verdopplung der Grund-Phasen gegenüber dem Fall erforderlich ist, dass zum Kombinieren ein Faser-Splitter oder eine andere optische Einrichtung verwendet wird. Die Verdopplung der Grund-Phasen ist somit nicht auf die weiter oben angegebenen Gleichungen beschränkt, sondern gilt allgemein. Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Steuerungseinrichtung zur Einstellung der jeweiligen Phase eines der kohärenten Laserstrahlen ausgebildet, die sich aus der jeweiligen Grund-Phase sowie aus einer zusätzlichen Phase zusammensetzt. Die zusätzliche Phase ermöglicht eine Aufteilung des kombinierten Laserstrahls auf zwei oder mehr Beugungsordnungen bzw. eine schnelle Veränderung der Beugungsordnung, in die der kombinierte Laserstrahl gebeugt wird. Bevorzugt werden bei dem hier beschriebenen Fall die Grund-Phasen so gewählt, dass die Strahlkombinationseinrichtung die kohärenten Laserstrahlen - ohne die zusätzliche Phase - in die nullte Beugungsordnung kombiniert. Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass die Grund-Phasen so gewählt sind, dass durch die Grund- Phasen eine Kombination des Laserstrahls in die nullte Beugungsordnung erfolgt.

Es hat sich gezeigt, dass sich für die Wahl bzw. für die Festlegung der Phasen der kohärenten Laserstrahlen beim diskreten Scannen in Spezialfällen analytische Zusammenhänge finden lassen, die nachfolgend angegeben sind.

Bei einer Weiterbildung sind die Raster-Positionen entlang einer ersten Richtung voneinander beabstandet (äquidistant) angeordnet und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu einem einzelnen, in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung B _kx gebeugten kombinierten Laserstrahls die jeweilige zusätzliche Phase Δφ _a eines kohärenten Laserstrahls an einer a-ten Raster-Position in der ersten Richtung einzustellen, die gegeben ist durch:

A(p _a = - (2 IT / N) (a - (N+1) / 2) B _k.x , wobei N eine Anzahl der entlang der ersten Richtung angeordneten Raster- Positionen und B _{k x} eine ganzzahlige oder halbzahlige Zahl bezeichnen, für die gilt:

Die Raster-Positionen sind in der ersten Richtung in gleichen Abständen voneinander (äquidistant) angeordnet. Die Raster-Positionen können in diesem Fall auf einer Linie angeordnet sein, die sich entlang der ersten Richtung erstreckt, d.h. die Strahlaustrittsrichtungen bzw. die Poynting-Vektoren der kohärenten Laserstrahlen sind parallel zueinander ausgerichtet. Alternativ können die Raster- Positionen auch in gleichen Abständen voneinander z.B. auf einem Kreisbogen angeordnet sein, der sich in bzw. entlang der ersten Richtung erstreckt.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind die Raster-Positionen der Rasteranordnung zusätzlich entlang einer zweiten, zur ersten senkrechten Richtung angeordnet und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu einem einzigen, in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung B _{k x} in der ersten Richtung und in eine von der Nullten verschiedene Beugungsordnung B _{k y} in der zweiten Richtung gebeugten kombinierten Laserstrahl eine zusätzliche Phase Δφ _a,b eines kohärenten Laserstrahls an einer a-ten Raster-Position in der ersten Richtung und einer b-ten Raster-Position in der zweiten Richtung einzustellen, die gegeben ist durch:

Δφ _a,b = - ((2π / N) (a - (N+1 ) / 2) B _k.x +(2π / M (b - (M+1 ) / 2) B _j,y )) wobei M eine Anzahl der Raster-Positionen in der zweiten Richtung und Bj _y eine ganzzahlige oder halbzahlige Zahl bezeichnen, für die gilt:

Die Einhaltung der weiter oben angegebenen Bedingungen für die zusätzlichen Phasen Δφ _a bzw. Δφ _a,b sowie für die Grund-Phasen δφ _a bzw. δφ _{a b} ermöglicht eine Ablenkung ohne Effizienzverlust. Es versteht sich aber, dass die obigen Bedingungen in der Praxis nicht exakt eingehalten werden können. Für den Fall, dass von den obigen Bedingungen abgewichen wird, verschlechtert sich die Strahlqualität des abgelenkten Laserstrahls. Im Sinne dieser Anmeldung werden die obigen Bedingungen als erfüllt angesehen, wenn die rechte Seite um nicht mehr als 20%, bevorzugt um nicht mehr als 10%, insbesondere um nicht mehr als 5% vom Wert A(p _a bzw. Δφ _a,b auf der linken Seite abweicht, d.h. wenn gilt: | Δφ _a + 2 ( IT / N) (a - (N+1 ) / 2) B _{k x} | < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05. Entsprechendes gilt auch für Δφ _a,b , d.h. | Δφ _a,b + ((2 IT / N) (a - (N+1 ) / 2) B _k.x + (2 IT / M) (b - (M+1 ) / 2)) Bj, _y | < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05. Entsprechendes gilt auch für die Grund-Phasen δφ _a bzw. δφ _{a b} , d.h. | δφ _a + IT / N (m _a + B _{k x} ) ² 1 < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05 bzw. | δφ _{a b} + IT / N (m _a + B _{k x} ) ² + IT / M (mb + B _{j y} ) ² 1 < 0,2, bevorzugt < 0,1 , insbesondere < 0,05. Die zusätzliche Phase Δφ _a,b wird an einer a-ten Raster-Position in der ersten Richtung eingestellt, die gleichzeitig eine b-te Raster-Position in der zweiten Richtung bildet. Für den Fall, dass die Raster-Positionen in der Rasteranordnung nur entlang der ersten Richtung angeordnet sind, werden die kohärenten Laserstrahlen zu einem einzigen Laserstrahl kombiniert, der in der zweiten Richtung in die nullte Beugungsordnung gebeugt wird (d.h. B _{k y} = 0). Für den eindimensionalen Fall ergibt sich somit die weiter oben angegebene Formel für die zusätzliche Phase Δφ _a .

Bei dieser Weiterbildung wird an Stelle einer eindimensionalen kohärenten Kombination von Laserstrahlen eine Mehrzahl von N x M Laserstrahlen zweidimensional zu einem oder zu mehreren Laserstrahlen kombiniert. In diesem Fall sind die Raster-Positionen in einer zweidimensionalen Rasteranordnung angeordnet, wobei die Abstände zwischen benachbarten Raster-Positionen in beiden Richtungen typischerweise gleich sind, wenn die Anzahl der Raster-Positionen in beiden Richtungen gleich ist (d.h. N = M) oder - für den Fall, dass N ungleich M ist - unterschiedlich gewählt werden. Das Raster bzw. die Rasteranordnung mit den Raster-Positionen kann sich hierbei in einer Ebene (z.B. XY-Ebene) oder auf einer gekrümmten Fläche erstrecken, z.B. auf einer Kugelschale. Die von den Raster- Positionen ausgehenden 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 Rasters mit den Raster-Positionen gibt hierbei die Rasterabstände der Mikrolinsen in zwei unterschiedlichen, beispielsweise senkrechten Richtungen (X, Y) vor. In diesem Fall kann ein 2-dimensionales Mikrolinsen-Array verwendet werden, dessen Rasterabstände p _x , p _Y sich ggf. in den beiden zueinander senkrechten Richtungen X, Y in Abhängigkeit von der Periodizität des Rasters 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 2- dimensionales Mikrolinsen-Array durch eine Kombination von zwei 1 -dimensionalen Mikrolinsen-Teilarrays mit Zylinderlinsen zu bilden, wobei die Zylinderlinsen der 1- dimensionalen Mikrolinsen-Teilarrays senkrecht zueinander ausgerichtet und in derselben Ebene angeordnet sind, d.h. auch in diesem Fall weist die Mikrolinsenanordnung nur ein einziges Mikrolinsen-Array auf und wirkt als nicht abbildender Homogenisieren

Der Zusammenhang zwischen dem 2-dimensionalen Raster mit den Raster- Positionen und dem 2-dimensionalen Mikrolinsen-Array ist analog zum Zusammenhang zwischen dem Bravais-Gitter und dem reziproken Gitter. Entsprechend kann die Anordnung der Raster-Positionen auch einer dichtesten Packung, d.h. einem hexagonalen Gitter, entsprechen. Die Mikrolinsen des Mikrolinsen-Arrays sind in diesem Fall ebenfalls in einer hexagonalen Anordnung angeordnet.

Bei einer Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung zur Variation der jeweiligen Phase eines der kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position innerhalb der Rasteranordnung ausgebildet, um eine Beugungsordnung zu verändern, in die der mindestens eine kombinierte Laserstrahl gebeugt wird. Auf diese Weise kann ein extrem schneller, diskreter Scanvorgang realisiert werden, bei dem der mindestens eine gebeugte Laserstrahl zwischen unterschiedlichen Beugungsordnungen hin- und herspringt bzw. hin- und her bewegt wird. Die Vorrichtung kann in diesem Fall als Scannereinrichtung bzw. als Strahlformungseinheit dienen.

Der Scanvorgang kann mit einem in eine einzige Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl durchgeführt werden, es ist aber auch möglich, mit einem auf zwei oder mehr Beugungsordnungen (maximal ±(N-1 )/2 Beugungsordnungen) aufgeteilten Laserstrahl, d.h. mit zwei oder mehr kombinierten Laserstrahlen, einen diskreten Scanvorgang zu realisieren. In diesem Fall kann mit Hilfe der Steuerungseinrichtung die Phasenbeziehung bzw. die Phase eines jeweiligen kohärenten Laserstrahls eingestellt werden, die zur Beugung bzw. zur Aufteilung des kombinierten Laserstrahls auf mindestens zwei unterschiedliche Beugungsordnungen benötigt wird. Durch die Variation der Phase der kohärenten Laserstrahlen kann die Leistungsverteilung auf die verschiedenen Beugungsordnungen verändert werden, in welche die mindestens zwei kombinierten Laserstrahlen gebeugt werden. Auf diese Weise kann ein diskreter Scanvorgang mit einer Anzahl von kombinierten Laserstrahlen erfolgen, wobei das Scanfeld zwischen der -((N-1)/2). Beugungsordnung und der (N-1 )/2. Beugungsordnung liegt und N die Anzahl der kohärenten Laserstrahlen (in der jeweiligen Scan-Richtung) bezeichnet.

Die Steuerungseinrichtung kann die jeweilige Phase der kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer in einer Speichereinrichtung hinterlegten Parameter-Tabelle einstellen bzw. variieren, um den mindestens einen kombinierten Laserstrahl entlang einer vorgegebenen (diskreten) Bewegungsbahn zu bewegen. Der Steuerungseinrichtung können die jeweils einzustellenden Phasen auch von außen, z.B. durch einen Benutzer, vorgegeben werden oder die einzustellenden Phasen können in Abhängigkeit von mindestens einer Messgröße vorgegeben bzw. variiert werden, die beispielsweise mit Hilfe einer Sensor-Anordnung gemessen wird, d.h. es kann eine Regelung der Phasen auf einen jeweiligen Soll-Wert erfolgen. Für den Fall, dass bei der Strahlkombination der mindestens eine kombinierte Laserstrahl bzw. mindestens ein kombinierter Laserstrahl nicht in die nullte Beugungsordnung gebeugt wird, ist es in der Regel erforderlich, für die Phasen-Detektion ein Sensor- Array oder ggf. einen ortsauflösenden Sensor zu verwenden.

Für den Fall, dass der kombinierte Laserstrahl mittels einer Linse bzw. abbildenden Optik abgebildet wird, propagiert der (mindestens eine) kombinierte Laserstrahl nicht mehr entlang der optischen Achse, sondern parallel versetzt zur optischen Achse. Der Betrag des Parallel-Versatzes des kombinierten Laserstrahls hängt von der höheren Beugungsordnung (± 1 , ± 2; ± 0,5, ± 1 ,5 etc.) ab, in die dieser gebeugt wird. Für den Fall, dass die Raster-Positionen in einer zweidimensionalen Rasteranordnung angeordnet sind, kann der (mindestens eine) kombinierte Laserstrahl auf diese Weise in zwei typischerweise zueinander senkrechten Richtungen parallel zur optischen Achse versetzt werden, und zwar innerhalb einer weiteren Rasteranordnung, welche der Rasteranordnung der kohärenten Laserstrahlen entspricht.

Bei einer Weiterbildung ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, die jeweilige zusätzliche Phase der kohärenten Laserstrahlen zur Veränderung einer ersten Beugungsordnung, in die ein erster kombinierter Laserstrahl gebeugt wird, und/oder zur Veränderung einer zweiten Beugungsordnung, in die ein zweiter kombinierter Laserstrahl gebeugt wird, zu variieren. Bei dieser Ausführungsform werden die kohärenten Laserstrahlen von der Strahlkombinationseinrichtung zu mindestens zwei gebeugten Laserstrahlen kombiniert. Um dies zu erreichen, werden die jeweiligen (zusätzlichen) Phasen der kombinierten Laserstrahlen geeignet gewählt, wozu ein iterativer, z.B. stochastischer Optimierungsalgorithmus eingesetzt werden kann, um gezielt die (±(N-1 )/2-te oder nullte) Beugungsordnung des ersten kombinierten Laserstrahls sowie die (±(N-1 )/2-te oder nullte) Beugungsordnung des zweiten kombinierten Laserstrahls zu variieren bzw. einzustellen. Es versteht sich, dass eine variable Strahlteilung nicht auf zwei kombinierte Laserstrahlen beschränkt ist, sondern auch mit mehr als zwei kombinierten Laserstrahlen durchgeführt werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung zur Einstellung einer jeweiligen zusätzlichen Phase der kohärenten Laserstrahlen zur Erzeugung einer vorgegebenen, insbesondere unterschiedlichen Leistung der mindestens zwei in verschiedene Beugungsordnungen gebeugten kombinierten Laserstrahlen ausgebildet. Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung zur Variation der jeweiligen zusätzlichen Phase eines der kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position des kohärenten Laserstrahls innerhalb der Rasteranordnung ausgebildet sein, um die vorgegebene, insbesondere unterschiedliche Leistung bzw. die Leistungs-Verteilung zeitlich zu verändern.

Die Eingangs-Leistung kann auf die jeweiligen kombinierten Laserstrahlen gleich verteilt werden, es ist aber auch möglich, eine vorgegebene, unterschiedliche Aufteilung der Eingangs-Leistung auf die mindestens zwei in unterschiedliche Beugungsordnungen kombinierten Laserstrahlen vorzunehmen sowie diese Aufteilung ggf. zeitlich zu variieren.

Für den Fall der Kombination der kohärenten Laserstrahlen zu einem ersten, in die nullte Beugungsordnung gebeugten kombinierten Laserstrahl und zu einem zweiten, in die ±1. Beugungsordnung in der ersten Richtung gebeugten kombinierten Laserstrahl kann die Aufteilung der Eingangs-Leistung p auf die 0. bzw. auf die ±1 . Beugungsordnung beispielsweise wie folgt erfolgen: p ₀ = C p; p _±1 = (1 - C) p, mit 0 < C < 1. Für die beiden Fälle C = 1 bzw. C = 0 wird nur ein kombinierter, in die 0. bzw. in die ±1 . Beugungsordnung gebeugter kombinierter Laserstrahl erzeugt. Für den Fall C = 0,5 wird die Hälfte der Eingangs-Leistung p in die 0. Beugungsordnung und die andere Hälfte in die ±1. Beugungsordnung gebeugt.

Für die zusätzliche Phase eines jeweiligen kohärenten Laserstrahls an einer a-ten Raster-Position in der ersten Richtung, welche die oben angegebene Leistungs- Aufteilung mit dem Faktor C erzeugt, gilt:

Δφ _a = ± C (2 IT / N) (a - (N+1 ) / 2), wobei für ein positives Vorzeichen in obiger Gleichung ein Anteil der Eingangs- Leistung p in die -1 . Beugungsordnung gebeugt wird und wobei für ein negatives Vorzeichen in obiger Gleichung ein Anteil der Eingangs-Leistung in die +1. Beugungsordnung gebeugt wird. Die obige Gleichung kann analog zu den weiter oben angegebenen Gleichungen für die zusätzliche Phase Δφ _a auf den zweidimensionalen Fall verallgemeinert werden, wobei sich nachfolgende Formel für die zusätzliche Phase Δφ _a,b ergibt:

Δφ _a,b = ± C (2 TT / N) (a - (N+1 ) / 2) ± C (2 TT / M) (b- (M+1 ) / 2).

Der Faktor C kann konstant gewählt oder zeitabhängig verändert werden. In letzterem Fall kann die Vorrichtung in der Art einer akusto-optischen oder elektromechanischen Komponenten in Form von Deflektoren bzw. Modulatoren betrieben werden. Die obigen Formeln für die zusätzliche Phase gelten allgemein für den Fall, dass die Eingangs-Leistung zwischen zwei unmittelbar benachbarten Beugungsordnungen aufgeteilt werden soll. Für den Fall, dass die Grund-Phase so eingestellt wird, dass eine Beugung der kohärenten Laserstrahlen in die +1.

Beugungsordnung erfolgt, erfolgt die Aufteilung der Eingangs-Leistung zwischen der +1. Beugungsordnung und der +2. Beugungsordnung.

Bei einer Anzahl M von mehr als zwei kombinierten Laserstrahlen kann die Aufteilung beispielsweise in Form einer (linearen) Leistungs-Rampe realisiert werden, bei der ein erster kombinierter Laserstrahl mit einer maximalen Leistung Pk max in die k-te Beugungsordnung gebeugt wird und bei der die übrigen M-1 kombinierten Laserstrahlen mit einer in Bezug auf die maximale Leistung Pk.max reduzierten Leistung in die übrigen M-1 Beugungsordnungen gebeugt werden. Für die Leistungs-Verteilung in Form eines Leistungs-Keils kann beispielsweise gelten: a / M Pk.max , mit a = 1 , , M. Für das Beispiel einer Anzahl von fünf gebeugten kombinierten Laserstrahlen ergeben sich Anteile von 100%, 80%, 60%, 40% und 20% der maximalen Leistung p _k ,max-

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Lasersystem, umfassend: eine Seed- Laserquelle zur Erzeugung eines Seed-Laserstrahls, sowie eine Vorrichtung wie weiter oben beschrieben zur Kombination der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, wobei der Seed-Laserstrahl bevorzugt den Eingangs-Laserstrahl der Vorrichtung bildet. Die Seed-Laserquelle ist bevorzugt ausgebildet, den Seed- Laserstrahl mit einer spektralen Bandbreite von weniger als 100 nm, besonders bevorzugt von weniger als 50 nm, insbesondere von weniger als 10 nm sowie bevorzugt mit einem räumlichen Grundmode (Single-Mode-Laserstrahl) zu erzeugen. Der Seed-Laserstahl kann der Vorrichtung direkt bzw. über geeignete strahlführende optische Elemente zugeführt werden. Der Seed-Laserstrahl kann vor dem Eintritt in die weiter oben beschriebene Vorrichtung in mindestens einem optischen Verstärker verstärkt werden. Insbesondere in diesem Fall kann auf das Vorsehen von Verstärkern, z.B. in Form von Verstärker-Fasern, zur Verstärkung der einzelnen kohärenten Laserstrahlen in der Vorrichtung ggf. vollständig verzichtet werden.

Durch die Verstärkung des Seed-Laserstrahls vor dem Eintritt in die Vorrichtung kann ggf. auf eine aktive Regelung der Phasen der einzelnen kohärenten Laserstrahlen verzichtet werden. In diesem Fall kann an den jeweiligen Phasen- Einstelleinrichtungen eine statische - bzw. zur gezielten Veränderung der jeweiligen Beugungsordnung variierende - Phase eingestellt werden, die nicht nachgeregelt werden muss. Alternativ ist es möglich, dass es sich bei dem Eingangs-Laserstrahl selbst um einen kombinierten Laserstrahl handelt, wie nachfolgend näher beschrieben ist.

Bei einer Ausführungsform umfasst das Lasersystem zusätzlich eine weitere Vorrichtung zur Kombination einer Mehrzahl von weiteren kohärenten Laserstrahlen, umfassend: eine weitere Aufteilungseinrichtung zur Aufteilung des Seed-Laserstrahls bzw. des (weiteren) Eingangs-Laserstrahls auf die Mehrzahl von weiteren kohärenten Laserstrahlen, eine Mehrzahl von weiteren Phasen-Einstelleinrichtungen zur Einstellung einer jeweiligen Phase eines der weiteren kohärenten Laserstrahlen, sowie eine weitere Strahlkombinationseinrichtung zur Kombination der weiteren kohärenten Laserstrahlen, die von einer Mehrzahl von weiteren Raster-Positionen einer weiteren Rasteranordnung ausgehen, wobei die weitere Strahlkombinationseinrichtung eine weitere Mikrolinsenanordnung mit mindestens einem weiteren Mikrolinsen-Array aufweist, sowie eine weitere Steuerungseinrichtung, die zur Einstellung der jeweiligen Phase eines der weiteren kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen weiteren Raster-Position innerhalb der weiteren Rasteranordnung ausgebildet ist, um die kohärenten weiteren Laserstrahlen zu genau einem in genau eine Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl zu kombinieren, welcher den Eingangs- Laserstrahl der Aufteilungseinrichtung der Vorrichtung bildet. Um die weiter oben beschriebenen Probleme bei hohen mittleren Laserleistungen zu vermeiden, hat es sich als günstig erwiesen, wenn auch die weitere Mikrolinsenanordnung genau ein Mikrolinsen-Array aufweist, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Insbesondere kann die Leistung der kohärenten Laserstrahlen in weiteren Vorrichtung so gering sein, dass auch die Verwendung von zwei (oder mehr) Mikrolinsen-Arrays möglich ist.

Die weitere Steuerungseinrichtung der weiteren Vorrichtung ist in diesem Fall ausgebildet bzw. programmiert, die weiteren kohärenten Laserstrahlen zu einem in die nullte Beugungsordnung oder in eine von der nullten verschiedene Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl zu kombinieren, indem die weiter oben in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen Grund-Phasen eingestellt werden.

Bei dieser Ausführungsform wird eine weitere Vorrichtung zur Kombination einer Mehrzahl von weiteren kohärenten Laserstrahlen dazu verwendet, um den Eingangs- Laserstrahl für die weiter oben beschriebene Vorrichtung zu erzeugen. Die weitere Vorrichtung bildet in diesem Fall aus dem Seed-Laserstrahl einen verstärkten kombinierten weiteren Laserstrahl, der den Eingangs-Laserstrahl der Vorrichtung bildet. Auch in diesem Fall kann auf das Vorsehen von Verstärkern innerhalb der Vorrichtung, insbesondere im Strahlweg nach der Aufteilungseinrichtung, ggf. vollständig verzichtet werden. Da in die Vorrichtung ein verstärkter Eingangs- Laserstrahl eingekoppelt wird, kann ggf. auf eine aktive Phasen-Einstellung bzw. Phasen-Regelung in der Vorrichtung verzichtet werden, so dass die Ablenkung des mindestens einen kombinierten Laserstrahls in der Vorrichtung nicht durch eine Phasen-Regelung verlangsamt wird. Eine in der weiteren Vorrichtung zur Kombination der weiteren kohärenten Laserstrahlen vorgesehene aktive Stabilisierung der Phasen-Einstellungen mittels eines Regelkreises vereinfacht sich in diesem Fall, da nur auf die nullte Beugungsordnung stabilisiert werden muss.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kombinieren einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, insbesondere mittels der weiter oben beschriebenen Vorrichtung, das Verfahren umfassend: Einkoppeln der Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, die von einer Mehrzahl von in einer Rasteranordnung angeordneten Raster-Positionen ausgehen, in eine Mikrolinsenanordnung, die genau ein Mikrolinsen-Array aufweist, sowie Kombinieren der kohärenten Laserstrahlen in der Mikrolinsenanordnung zu mindestens einem kombinierten Laserstrahl. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die kohärente Kombination der Laserstrahlen mit ausreichender Kombinationseffizienz auch mit Hilfe eines einzigen Mikrolinsen- Arrays erreicht werden, wenn die Parameter geeignet gewählt werden, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben ist.

Bei einer Variante umfasst das Verfahren: Einstellen einer jeweiligen Phase eines der kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position in der Rasteranordnung zum Kombinieren der kohärenten Laserstrahlen zu mindestens einem in mindestens eine Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl, wobei das Verfahren bevorzugt umfasst: Variieren der jeweiligen Phase der kohärenten Laserstrahlen in Abhängigkeit von einer Anordnung der jeweiligen Raster-Position innerhalb der Rasteranordnung, um eine Beugungsordnung zu verändern, in die der mindestens eine kombinierte Laserstrahl gebeugt wird. Durch die Variation der Phasen kann ein hochdynamischer, diskreter Scanprozess in einer oder in zwei Richtungen erfolgen. Wie weiter oben in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurde, kann auch bei dem Verfahren zum Kombinieren der Mehrzahl von Laserstrahlen gezielt von den Grund-Phasen bzw. von Phasenunterschieden zwischen den kohärenten Laserstrahlen für eine im Hinblick auf die Strahlqualität optimierte Kombination in der nullten oder in einer höheren Beugungsordnung abgewichen werden, um eine kontrollierte, schnelle Strahlablenkung bzw. eine kontrollierte Strahlteilung vorzunehmen. Bei einer Strahlablenkung bzw. der Strahlteilung mit geeignet gewählten zusätzlichen Phasen der einzelnen kohärenten Laserstrahlen resultiert ein vernachlässigbarer Effizienzverlust für die jeweilige Beugungsordnung. Die zusätzlichen Phasen der einzelnen kohärenten Laserstrahlen können insbesondere die weiter oben in Zusammenhang mit dem Lasersystem bzw. mit der Vorrichtung angegebenen Gleichungen für Δφ _a bzw. für Δφ _a,b erfüllen. Auch die Grund-Phasen ö(p _a bzw. ö(p _a b erfüllen typischerweise die weiter oben in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen Gleichungen.

Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren: Variieren der jeweiligen zusätzlichen Phasen der kohärenten Laserstrahlen zur Veränderung einer ersten Beugungsordnung, in die ein erster kombinierter Laserstrahl gebeugt wird, und/oder zur Veränderung einer zweiten Beugungsordnung, in die ein zweiter kombinierter Laserstrahl gebeugt wird ausgehend von einer jeweiligen Grund-Phase, bei der die Strahlkombinationseinrichtung die kohärenten Laserstrahlen zu einem einzigen in genau eine Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl kombiniert.

Wie weiter oben beschrieben wurde, kann durch die Variation der Phasen eine hochdynamische Strahlteilung realisiert werden, bei welcher zwei, drei oder ggf. mehr (maximal N bzw. N x M) kombinierte Laserstrahlen erzeugt und/oder die Position bzw. die Ausrichtung von maximal N-1 bzw. maximal (N-1 ) x (M -1) kombinierten Laserstrahlen verändert werden können. Es versteht sich, dass der weiter oben in Zusammenhang mit einem einzigen kombinierten Laserstrahl beschriebene Scanprozess auch mit der Aufteilung auf zwei oder mehr kombinierte Laserstrahlen kombiniert werden kann.

Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren: Einstellen einer jeweiligen zusätzlichen Phase der kohärenten Laserstrahlen zur Erzeugung einer vorgegebenen, insbesondere unterschiedlichen Leistung der mindestens zwei in verschiedene Beugungsordnungen gebeugten kombinierten Laserstrahlen ausgehend von einer jeweiligen Grund-Phase, bei der die Strahlkombinationseinrichtung die kohärenten Laserstrahlen zu einem einzigen in genau eine Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl kombiniert. Wie weiter oben in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurde, kann die Eingangs-Leistung auf die zwei oder mehr kombinierten Laserstrahlen gleich verteilt werden, es ist aber auch möglich, gezielt von einer Gleichverteilung auf die Mehrzahl von kombinierten Laserstrahlen abzuweichen.

Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es günstig, wenn die kohärenten Laserstrahlen und die Mikrolinsenanordnung die oben angegebenen Bedingungen N = p _x ² / (AL fML) bzw. M = py ² / (AL fML) erfüllen (wobei von einer identischen Brennweite fML ausgegangen wird). Auch ist es vorteilhaft, wenn benachbarte kohärente Laserstrahlen mit einer vorgegebenen Winkeldifferenz Ö0 _X bzw. Ö0 _y in das Mikrolinsen-Array eingekoppelt werden, für die gilt: Ö0 _X = AL / p _x bzw. Ö0 _y = AL / p _y .

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 a eine schematische Darstellung eines Lasersystems mit einer Vorrichtung zur Kombination einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen, die in einer Mehrzahl von Verstärker-Fasern verstärkt werden,

Fig. 1 b eine schematische Darstellung eines Lasersystems analog zu Fig. 1 a, bei dem der Vorrichtung ein verstärkter Seed-Laserstrahl zugeführt wird,

BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP Fig. 1c eine schematische Darstellung eines Lasersystems analog zu Fig. 1 b mit einer weiteren Vorrichtung zur Kombination von kohärenten Laserstrahlen, die zur Verstärkung des Seed-Laserstrahls dient,

Fig. 2a eine Darstellung einer Strahlkombinationseinrichtung des Lasersystems von Fig. 1a-c, die eine Einkoppeloptik und eine Mikrolinsenanordnung mit einem einzigen Mikrolinsen-Array umfasst,

Fig. 2b eine Darstellung einer Strahlkombinationseinrichtung des Lasersystems von Fig. 1a-c, die eine Mikrolinsenanordnung mit einem Mikrolinsen-Array ohne Einkoppeloptik umfasst,

Fig. 3 eine Darstellung der Intensitäten der kohärenten Laserstrahlen und des kombinierten Laserstrahls bei der Strahlkombinationseinrichtung von Fig. 2b,

Fig. 4a, b Darstellungen einer eindimensionalen Anordnung von vier bzw. fünf kohärenten Laserstrahlen mit einer jeweils zugeordneten Grund-Phase bzw. einer zusätzlichen Phase zur Erzeugung eines einzigen gebeugten Laserstrahls,

Fig. 5a, b Darstellungen des Fernfeldes der Strahlkombinationseinrichtung bei Verwendung der in Fig. 4b gezeigten Phasen bzw. bei der Verwendung von Phasen, bei denen der kombinierte Laserstrahl in zwei unterschiedliche Beugungsordnungen gebeugt wird,

Fig. 6a-c Darstellungen von drei Strahlkombinationseinrichtungen, bei denen Raster-Positionen der kohärenten Laserstrahlen jeweils in einer zweidimensionalen Rasteranordnung angeordnet sind,

Fig. 7 eine Darstellung einer zweidimensionalen Anordnung von 5 x 5 kohärenten Laserstrahlen mit einer jeweils zugeordneten zusätzlichen Phase zur Erzeugung eines einzigen oder mehrerer gebeugter Laserstrahlen, Fig. 8 eine Darstellung des Fernfeldes der Strahlkombinationseinrichtung, bei dem die Phasen so gewählt sind, dass der kombinierten Laserstrahl in genau eine Beugungsordnung gebeugt wird, sowie

Fig. 9 eine Darstellung des Fernfeldes der Strahlkombinationseinrichtung, bei dem die Phasen so gewählt sind, dass zwei kombinierte Laserstrahlen in zwei unterschiedliche Beugungsordnungen gebeugt werden.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1a zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Lasersystems 1 , welches eine Laserquelle 2 zur Erzeugung eines Seed-Laserstrahls 2a aufweist. Die Laserquelle 2 weist zu diesem Zweck einen modengekoppelten Faser-Master-Oszillator auf, der den Seed-Laserstrahl 2a mit einer Laserwellenlänge X _L erzeugt. Der Seed- Laserstrahl 2a der Laserquelle 2 wird als Eingangs-Laserstrahl 9 einer Vorrichtung 5 zur Kombination einer Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen 3.1 , 3.2, ... , 3.N zugeführt. Die Vorrichtung 5 weist eine herkömmliche 1-zu-N-Aufteilungseinrichtung 4, beispielsweise in Form eines Faser-Splitters, auf, um den Eingangs-Laserstrahl 9, welcher dem Seed-Laserstrahl 2a entspricht, in die Anzahl N von kohärenten Laserstrahlen 3.1 ,... , 3. N aufzuteilen. Die kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.N durchlaufen eine entsprechende Anzahl N von Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ... , 6.N, welche die Einstellung einer jeweiligen individuellen Phase δφ _a + Δφ _a der kohärenten Laserstahlen 3.1 , ... , 3.N (a = 1 , , A/) ermöglichen, indem sie eine geeignete Phasen-Verzögerung bewirken. Die Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ... , 6.N können beispielsweise als Elektro-optische Modulatoren oder Deflektoren, z.B. unter Verwendung von Flüssigkristallen, als akusto-optische Modulatoren oder Deflektoren, als elektro-mechanische Modulatoren oder Deflektoren, z.B. in Form von aktuierbaren Piezo-Spiegeln, 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 bzw. diese bilden

Raster-Positionen 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 können an einer nicht bildlich dargestellten Umlenkeinrichtung, die eine Mehrzahl von Umlenkspiegeln aufweist, umgelenkt werden, um den Füllfaktor zu erhöhen, d.h. um den Abstand zwischen benachbarten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.N bzw. Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.N zu verringern. Es versteht sich, dass die Umlenkeinrichtung 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 in Form eines nicht abbildenden Homogenisierers mit einem Mikrolinsen-Array 17 zur kohärenten Kombination der Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.N für die Bildung eines kombinierten Laserstrahls 12 oder von mehreren kombinierten Laserstrahlen 12a,b aufweist (letzteres ist in Fig. 1a nicht gezeigt).

Wie in Fig. 1a zu erkennen ist, wird ein Anteil 12c des kombinierten Laserstrahls 12 über eine Auskoppeleinrichtung in Form eines teiltransmissiven Spiegels 13 ausgekoppelt und trifft auf einen ortsauflösenden Detektor 14, z.B. in Form eines Sensor-Arrays oder einer Kamera. Der Detektor 14 steht mit einer Steuerungseinrichtung 15 des Lasersystems 1 in signaltechnischer Verbindung, welche die Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ... , 6.N ansteuert, um die individuellen Phasen δφ _a + Δφ _a der Laserstahlen 3.1 , ... , 3. N in Abhängigkeit von den Eigenschaften des detektierten Anteils 12a des kombinierten Laserstrahls 12 anzupassen. Die Steuerungseinrichtung 15 kann insbesondere eine Regelung der Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ... , 6.N zur Erzeugung von gewünschten (Sollphasen ö(p _a + Δφ _a der Laserstahlen 3.1 , ... , 3. N in Abhängigkeit von den Eigenschaften des detektierten Anteils 12a des kombinierten Laserstrahls 12 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. 1a gezeigten Lasersystem 1 kann einerseits eine hohe Strahlqualität von z.B. M = 1 ,3 des kombinierten Laserstrahls 12 erreicht werden, andererseits kann durch die Verstärkung in den Verstärker-Fasern 7.1 , ... , 7.N eine deutliche Erhöhung der Leistung der Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.N erreicht werden.

Fig. 1b zeigt ein Lasersystem 1 , welches sich von dem in Fig. 1a gezeigten Lasersystem 1 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.N in der Vorrichtung 5 nicht mit Hilfe einer Mehrzahl von Verstärker-Fasern 7.1 , ... , 7.N. oder mit Hilfe von anderen optischen Verstärkern verstärkt werden. Bei dem in Fig. 1 b gezeigten Lasersystem 1 wird vielmehr der Seed-Laserstrahl 2a in einer Verstärker-Faser 7 verstärkt. Der verstärkte Seed- Laserstrahl 2a wird der Vorrichtung 5 als Eingangs-Laserstrahl 9 zugeführt. Die Vorrichtung 5 von Fig. 1 b ist analog zu der in Fig. 1a gezeigten Vorrichtung 5 ausgebildet. Die Aufteilungseinrichtung 4 kann auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Strahlteiler, z.B. in Form von mehreren in Reihe geschaltete Strahlteilerwürfeln, als Polarisationsstrahlteiler, als Segmentspiegel oder als Mikrolinsenanordnung mit (mindestens) zwei Mikrolinsen-Arrays. Die Verwendung von zwei Mikrolinsen-Arrays zur Strahlaufteilung ist auch bei höheren Leistungen möglich, wenn die System parameter geeignet gewählt werden (geringer Formfaktor, großer Rasterabstand), so dass das zweite Mikrolinsen-Array nicht in der Brennebene des ersten Mikrolinsen-Arrays angeordnet ist.

Im Fall einer Aufteilungseinrichtung in Form eines Mikrolinsenarrays sind die Raster- Positionen 8.1 , ... , 8. N der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3. N nicht an den Stirnseiten der Verstärker-Fasern 7.1 , ... , 7.N gebildet, sondern diese befinden sich in einer Brennebene eines im Strahlengang zweiten Mikrolinsen-Arrays der Aufteilungseinrichtung 4, d.h. im Fernfeld bzw. in der Brennebene des zweiten Mikrolinsen-Arrays der Aufteilungseinrichtung 4. Die Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.N der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.N in der Brennebene bilden eine Rasteranordnung 16, bei der benachbarte Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.N denselben Abstand voneinander aufweisen, d.h. äquidistant angeordnet sind. Die Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , 6.N sind bei der in Fig. 1 b gezeigten

Vorrichtung 1 ausgebildet, die Phasen δφ _a + Δφ _a der Laserstahlen 3.1 , ... , 3.N in Freistrahl-Propagation einzustellen. Bei den Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ... , 6.N kann es sich beispielsweise um elektro-optische oder um akusto-optische Modulatoren oder Deflektoren handeln. Bei der in Fig. 1 b gezeigten Vorrichtung 5 dient die Steuerungseinrichtung 15 ebenfalls dazu, die Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ... , 6.N anzusteuern. Auf die in Zusammenhang mit Fig. 1 a beschriebene aktive Regelung der Phasen δφ _a + Δφ _a der Laserstahlen 3.1 , ... , 3. N kann bei der in Fig. 1 b gezeigten Vorrichtung 5 zumindest bei nicht zu großen Strahlungsleistungen der Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.N verzichtet werden, d.h. die Steuerungseinrichtung 15 kann die (statischen) Soll-Phasen δφ _a + Δφ _a an den Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ... , 6.N einstellen, ohne dass eine Nachregelung erforderlich ist. Aufgrund der nicht benötigten aktiven Phasenanpassung bzw. Regelung kann bei der Vorrichtung 5 ein schnelleres Ablenken des bzw. der kombinierten Laserstrahlen 12, 12a,b erfolgen als dies bei der in Fig. 1 a gezeigten Vorrichtung 5 der Fall ist.

Fig. 1 c zeigt ein Lasersystem 1 , welches wie in Fig. 1 b ausgebildet ist, wobei das Lasersystem 1 von Fig. 1 c zur Verstärkung des Seed-Laserstrahls 2a an Stelle des in Fig. 1 b gezeigten Verstärkers 7 eine weitere Vorrichtung 5‘ zur Kombination einer Mehrzahl N von weiteren Laserstrahlen 3.1 ', ... , 3.N' aufweist, die analog zu der in Fig. 1a gezeigten Vorrichtung 5 ausgebildet ist. Der weiteren Vorrichtung 5‘ wird der Seed-Laserstrahl 2a als Eingangs-Laserstrahl 9‘ zugeführt und mittels einer weiteren 1 -zu-N-Aufteilungseinrichtung 4‘ auf eine Anzahl N von weiteren kohärenten Laserstrahlen 3.1 ', ... , 3.N' aufgeteilt. Die Anzahl N von weiteren kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3. N durchläuft eine entsprechende Anzahl N von weiteren Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 ‘, ... , 6.N‘, welche die Einstellung einer jeweiligen individuellen (Grund-)Phase δφ _a der weiteren kohärenten Laserstahlen 3.1 ', ... , 3.N' (a = 1 , ... , A/) ermöglichen, indem sie eine geeignete Phasen-Verzögerung bewirken.

Nach den weiteren Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 ', ... , 6.N' durchlaufen die weiteren kohärenten Laserstrahlen 3.1 ', ... , 3.N' eine entsprechende Anzahl N von weiteren Verstärker-Fasern 7.1 ', ... , 7.N‘, um die weiteren kohärenten Laserstrahlen 3.1 ', ... , 3.N' zu verstärken. Die Stirnseiten der weiteren Verstärker-Fasern 7.1 ', ... , 7.N' dienen als Emissionsflächen bzw. diese bilden weitere Raster-Positionen 8.1 ‘, 8.N‘, an denen die weiteren kohärenten Laserstrahlen 3.1 ', ... , 3.N' emittiert werden. Die individuellen Phasen δφ _a der weiteren kohärenten Laserstahlen 3.1 ', ... , 3.N' werden mit Hilfe einer weiteren Steuerungseinrichtung 15' gesteuert bzw. in Abhängigkeit von einem Detektor-Signal eines weiteren Detektors 14' geregelt, welcher einen Anteil 12a' des mit Hilfe der weiteren Vorrichtung 5' kombinierten weiteren Laserstahls 12' detektiert, der an einer weiteren Auskoppeleinrichtung 13' ausgekoppelt wird.

Die Steuerungseinrichtung 15' der in Fig. 1 c gezeigten weiteren Vorrichtung 5' ist ausgebildet bzw. programmiert, die individuellen (Grund-)Phasen δφ _a der weiteren kohärenten Laserstrahlen 3.1 ‘, ... , 3. N' in Abhängigkeit von einer Anordnung der dem jeweiligen weiteren Laserstrahl 3.1 ‘, ... , 3.N' zugeordneten weiteren Raster-Position 8.1 ‘, ... , 8.N‘ so einzustellen, dass die kohärenten weiteren Laserstrahlen 3.1 ‘, ... , 3.N' zu einem in die nullte Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl 12' kombiniert werden. Der kombinierte Laserstrahl 12' bildet den Eingangs-Laserstrahl 9 für die Vorrichtung 5 zur Kombination der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.N, die wie in Fig. 1 b dargestellt ausgebildet ist. Durch die Verstärkung des Seed-Laserstrahls 5 in der weiteren Vorrichtung 5' kann wie in Fig. 1 b auf die Verstärkung des Eingangs- Laserstrahls 9 in der Vorrichtung 5 verzichtet werden.

Die in Fig. 1 a-c gezeigten Lasersysteme 1 sind für hohe mittlere Laserleistungen in der Größenordnung von kW und hohe Pulsenergien in der Größenordnung von mJ geeignet, da die Strahlkombinationseinrichtung 10 bzw. die Mikrolinsenanordnung 11 jeweils nur ein Mikrolinsen-Array 17, 17' aufweisen.

Fig. 2a zeigt eine Strahlkombinationseinrichtung 10 analog zur Vorrichtung 5 von Fig. 1a-c zur Kombination einer (beispielhaften) Anzahl von N = 5 kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5. Die Strahlkombinationseinrichtung 10 weist eine Mikrolinsenanordnung 11 mit genau einem Mikrolinsen-Array 17 sowie eine Einkoppeloptik 18 auf. Fünf in Fig. 2a nicht bildlich dargestellte Phasen- Einstelleinrichtungen dienen zur Einstellung der Phasen Scp-i + Acp-, , ... , öcp ₅ + Acp ₅ der fünf Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 derart, dass sich in Kombination mit der Einkoppeloptik 18 eine Phasenfront an der Mikrolinsenanordnung 11 ausbildet, welche eine kohärente Kombination der Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 zu dem kombinierten Laserstrahl 12 möglichst unter vollständiger Erhaltung der Strahlqualität ermöglicht. Die Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.5 sind hierbei entlang einer Linie in X- Richtung angeordnet und die Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 treten parallel ausgerichtet entlang einer einheitlichen Ausbreitungsrichtung (Z-Richtung) in die Einkoppeloptik 18 ein.

Die Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.5 bzw. die kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 sind hierbei äquidistant, d.h. in gleichen Abständen öx, entlang der X-Richtung angeordnet. Die Einkoppeloptik 18 ist ausgebildet, benachbarte kohärente Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 mit einer vorgegebenen Winkeldifferenz Ö0 _X in die Mikrolinsenanordnung 11 bzw. in das Mikrolinsen-Array 17 einzukoppeln, für die gilt: Ö0 _X = X _L / Px, wobei X _L die (einheitliche) Wellenlänge der Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 und p _x einen Rasterabstand (pitch) der Mikrolinsen 20 des Mikrolinsen-Arrays 17 in X-Richtung bezeichnen.

Um die Winkeldifferenz Ö0 _X zu erzeugen, weist die Einkoppeloptik 18 eine Fokussiereinrichtung in Form einer Fokussierlinse 19, genauer gesagt einer Zylinderlinse, auf, welche die Laserstrahlen 3.1 ,... , 3.5 auf die Mikrolinsenanordnung 11 , genauer gesagt auf das Mikrolinsen-Array 17 der Mikrolinsenanordnung 11 , fokussiert. Um die Bedingung an die Winkeldifferenz Ö0 _X zu erfüllen, sind bei dem in Fig. 2a gezeigten Beispiel die Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.5 in einer eindimensionalen Rasteranordnung 16 in einem Abstand öx angeordnet, der gegeben ist durch öx = X _L fpun / Px, wobei f _F un die Brennweite der Fokussierlinse 19 bezeichnet, die in Fig. 2 im Abstand ihrer Brennweite f _F un von dem Mikrolinsen-Array 17 angeordnet ist.

Alternativ zur Anordnung auf einer gemeinsamen Linie können die Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.5 auch in einer eindimensionalen Rasteranordnung 16 auf einem sich in X- Richtung erstreckenden Kreisbogen angeordnet sein. Hierbei sind kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 an den jeweiligen Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.5 unter einem jeweiligen Differenzwinkel Ö0 _X = X _L I Px zueinander ausgerichtet. Unter der Voraussetzung, dass die Intensitäten der von den Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.5 ausgehenden Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 gleich groß sind, kann mittels der Mikrolinsenanordnung 11 der in Fig. 2a gezeigte kohärent überlagerte Laserstrahl 12 erzeugt werden, wenn das Mikrolinsen-Array 17 und die kombinierten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 folgende Gleichung (1 ) erfüllen:

N = p _x ² / (AL f _ML ) (1 ) wobei N die Anzahl der kohärenten Laserstrahlen (hier: N = 5) und f _M L die Brennweite des Mikrolinsen-Arrays 17 bezeichnen. Die Gleichung (1 ) sollte möglichst exakt eingehalten werden, da Abweichungen zu einer Verschlechterung der Strahlqualität des kombinierten Laserstrahls 12 führen.

Bei den Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5, die von den Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.5 ausgehen, handelt es sich im gezeigten Beispiel um Single-Mode-Strahlen, d.h. diese weisen jeweils ein Gauß-Profil auf. Alternativ können die Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 ein anderes Strahlprofil mit einem ggf. verminderten Grad an räumlicher Kohärenz aufweisen, beispielsweise ein Donought-förmiges Strahlprofil oder ein Top- Hat-Strahlprofil. Der Strahldurchmesser, genauer gesagt die Halbwerts-Breite des im gezeigten Beispiel Gauß-förmigen Strahlprofils der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 ist in Fig. 2a mit 2 CÜFLMLX bezeichnet. Der Füllfaktor FF _X der kohärenten Laserstrahlen 3.1 ,... , 3.N in X-Richtung ist definiert als das Verhältnis zwischen dem Strahldurchmesser 2 CÜFLMLX und dem Abstand öx benachbarter kohärenter Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.N: FF _X = 2 CÜFLMLX / ÖX . Der Strahldurchmesser 2 CÜ _F LAX , genauer gesagt die 1/e ² -Breite, des kombinierten Laserstrahls 12 an dem Mikrolinsen-Array 17 hängt gemäß nachfolgender Formel vom Füllfaktor FF _X ab: 2 WFLAX = 4 p _x / (TT FF _X ) .

Die in Fig. 2b dargestellte Strahlkombinationseinrichtung 10 unterscheidet sich von der in Fig. 2a dargestellten Strahlkombinationseinrichtung 10 dadurch, dass keine Einkoppeloptik 18, insbesondere keine Fourierlinse 19, vorhanden ist. Die Rasteranordnung 16 mit den in äquidistanten Abständen öx angeordneten Raster- Positionen 8.1 , ... , 8.5 sind bei der in Fig. 2b dargestellten Strahlkombinationseinrichtung 10 in der Brennebene des Mikrolinsen-Arrays 17 vor dem Mikrolinsen-Array 17 angeordnet, d.h. im Abstand der Brennweite f _M L vor dem Mikrolinsen-Array 17. Hierbei wird ausgenutzt, dass sich aufgrund des Talbot-Effekts die Helligkeitsverteilung des Mikrolinsen-Arrays 17 in der Brennebene wiederholt, in der die Rasteranordnung 16 angeordnet ist. Entsprechend ist es bei der in Fig. 2b gezeigten Strahlkombinationseinrichtung 10 erforderlich, dass die Raster-Positionen

8.1 , ... , 8. N in einem Abstand öx voneinander angeordnet sind, der dem Rasterabstand p _x der Mikrolinsen 20 des Mikrolinsen-Arrays 17 in X-Richtung entspricht, d.h. es gilt: Öx = p _x .

Die Brennweite f _M L des Mikrolinsen-Arrays 17 liegt typischerweise bei weniger als ca. 70-80 mm und ist kleiner als die Rayleigh-Länge der Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5, so dass die Bedingung an die Winkeldifferenz Ö0 _X zwischen benachbarten kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 nicht eingehalten werden muss. Entsprechend können die kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 bei der in Fig. 2b dargestellten Strahlkombinationseinrichtung 10 parallel zueinander ausgerichtet auf das Mikrolinsen-Array 17 eingestrahlt werden.

Auch die Divergenz der Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 an den Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.5, die beispielsweise den Stirnseiten von Verstärker-Fasern als Emissionsflächen entsprechen können, von denen ein jeweiliger Laserstrahl 3.1 , ... , 3.5 ausgeht, hat aufgrund des geringen Abstands f _M L zu dem Mikrolinsen-Array 17 einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Kombinationseffizienz. Gegebenenfalls kann mit Hilfe einer geeigneten Strahlformungseinrichtung das Strahlprofil der Laserstrahlen

3.1 , ... , 3.N angepasst werden, beispielsweise in dem diese kollimiert bzw. fokussiert werden, d.h. die Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.5 müssen nicht zwingend mit den Emissionsflächen an den Stirnseiten der Fasern übereinstimmen, sondern können beispielsweise in der Brennebene einer Mehrzahl von (z.B. sphärischen) Fokussierlinsen liegen.

Das Vorsehen einer solchen Strahlformungseinrichtung kann sinnvoll sein, um den Strahldurchmesser 2 CÜ _FLM LX eines jeweiligen kohärenten Laserstrahls 3.1 , ... , 3.5 anzupassen, für den gelten sollte: 2 CÜFLMLX = AL fML / Px, sofern diese Bedingung nicht durch die Emissionsflächen an den Faserenden erfüllt wird. Die Intensität der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , 3.5 kann identisch gewählt werden, wie dies bei der in Fig. 2a beschriebenen Strahlformungseinrichtung 10 typischerweise der Fall ist. Es ist aber auch möglich bzw. günstig, wenn die maximalen Intensitäten der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 bei der in Fig. 2b gezeigten Strahlformungseinrichtung 10 an den Raster-Positionen 8.1 , ... , 8.5 eine jeweilige maximale Intensität aufweisen, deren Einhüllende einer Intensitätsverteilung I des kombinierten Laserstrahls 12 an bzw. unmittelbar nach dem Mikrolinsen-Array 17 entspricht, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Bei der Intensitätsverteilung I des kombinierten Laserstrahls 12 an dem Mikrolinsen-Array 17 handelt es sich wie bei den Intensitätsverteilungen der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 im gezeigten Beispiel um eine Gauß-Verteilung.

Wie weiter oben beschrieben wurde, gilt für den Strahldurchmesser 2 CÜFLAX des kombinierten Laserstrahls 12 an dem Mikrolinsen-Array 17: 2 CÜFLAX = 4 p _x / (TT FF _X ). Der Strahldurchmesser 2 CÜFLAX des kombinierten Laserstrahls 12 und damit die Kombinationseffizienz nimmt daher mit zunehmendem Füllfaktor FF _X ab. Bei der in Fig. 2b gezeigten Strahlformungseinrichtung 10 sollte für den Füllfaktor FF _X in der ersten Richtung X gelten: FF _X < 0,4, bevorzugt FF _X < 0,3. Grundsätzlich gilt, dass der Füllfaktor FF _X umso geringer sein sollte, je größer die Anzahl N an kombinierten kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 ist. Für den Fall, dass die kohärenten Laserstrahlen zusätzlich in einer zweiten Richtung Y kombiniert werden (s.u.), sollte für den Füllfaktor FF _y in der zweiten Richtung Y gelten: FF _y < 0,4, bevorzugt FF _y < 0,3.

Um aus den Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 mit dem Strahldurchmesser 2 CÜFLMLX in der Mikrolinsenanordnung 11 einen kombinierten Laserstrahl 12 mit einem entsprechenden Gauß-Profil mit einem größeren Strahldurchmesser 2 CÜ _F LAX ZU bilden, der in die nullte Beugungsordnung B ₀ , _x oder in eine höhere Beugungsordnung B _{k x} gebeugt wird, ist es bei den beiden Strahlformungseinrichtungen 10 von Fig. 2a, b erforderlich, dass die Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 mit einer Phasenfront bzw. mit einzelnen (vom Einfallswinkel 0 abhängigen) Grund-Phasen δφ _a auf das Mikrolinsen- Array 17 eingestrahlt werden, wie sie nachfolgend angegeben ist: ö(p _a = - TT / N (ma + B _{k x} ) ² , wobei gilt: m _a = - — — + a mit a = 1 N, wobei N die Anzahl der entlang der ersten Richtung angeordneten Raster-Positionen bezeichnet (hier: N = 5) und wobei

(N + 1)

B _{k x} eine ganzzahlige oder halbzahlige Zahl bezeichnet, für die gilt: - — - ₂ — < B _{k x} <+ (N + 1)

— ₂ — . Für den Fall, dass die Anzahl N der kohärenten Laserstrahlen ungerade ist, nimmt die Beugungsordnung B _{k x} ganzzahlige Werte an. Für den Fall, dass die Anzahl N der kohärenten Laserstrahlen gerade ist, nimmt die Beugungsordnung B _{k x} halbzahlige Werte an.

Die Grund-Phase δφ _a unterscheidet sich für jeden einzelnen kohärenten Laserstrahl 3.1 , ... , 3.5 und wird daher mit Hilfe der Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ... , 6.N und nicht mit Hilfe von einem oder mehreren optischen Elementen der Einkoppeloptik 18 eingestellt, auch wenn dies grundsätzlich ebenfalls möglich wäre.

Mit Hilfe der oben angegebenen Bedingung für die Grund-Phasen δφ _a kann der kombinierte Laserstrahl 12 gezielt in die nullte Beugungsordnung B ₀ , _x gebeugt werden, bei welcher der Laserstrahl 12 entlang der Z-Richtung propagiert, wie dies in Fig. 2a, b dargestellt ist. Durch die Festlegung von B _{k x} als ungerade oder gerade von Null verschiedene Zahl kann der kombinierte Laserstrahl 12 in die entsprechende von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung B _{k x} (in X- Richtung) gebeugt werden, bei welcher der Laserstrahl 12 unter einem Winkel zur Z- Richtung propagiert.

Der in die nullte oder in eine höhere Beugungsordnung B _{k x} gebeugte kombinierte Laserstrahl 12 wird bei dem in Fig. 2a, b gezeigten Beispiel mit Hilfe einer weiteren Fourierlinse 21 , die im Abstand ihrer objektseitigen Brennweite f _FLou t im Strahlweg hinter dem Mikrolinsen-Array 17 angeordnet ist, in eine weitere Rasteranordnung 16' in einer bildseitigen Brennebene der weiteren Fourierlinse 21 abgebildet. Für die Abstände öx' zwischen den weiteren Rasterpositionen 8.1 ‘, ... , 8.5' der weiteren Rasteranordnung 16' gilt: öx' = öx f _FLou t / fpun ■ Für den Strahldurchmesser 2 CÜ _FLX ‘ des in die jeweilige Beugungsordnung B _{k x} gebeugten kombinierten Laserstrahls 12 in der Brennebene der weiteren Fourierlinse 21 gilt entsprechend: 2 CÜ _FL MLX‘ = 2 CÜ _F LMLX fFLout I f _F i_in ■ Der in die B _{k x} -te Beugungsordnung gebeugte kombinierte Laserstrahl 12 wird auf die B _a -te weitere Raster-Position 8.1 ', 8.N' abgebildet, wobei gilt: B _{k x} = -

(N + 1)

~2~ + B _a , mit B _a = 1 , N.

Für den in Fig. 4a beispielhaft dargestellten Fall von vier kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.4 (N = 4) gilt für die vier Beugungsordnungen B _{k x} , in welche der kombinierte Laserstrahl 12 gebeugt werden kann, B.-, _{5 x} = - 1 ,5 , B. _0i 5, _x = - 0,5, B _+0i 5, _x = +0,5 und B ₊₁ ,5, _X = + 1 ,5. Für den Fall, dass die Beugung des kombinierten Laserstrahls 12 in die +0,5. Beugungsordnung B ₊₀ ,5, _x erfolgt, gilt für die vier einzustellenden Grund-Phasen öcp-i, ... , öcp ₄ :

Ö(P1 = - (TT / 4) (-1 ,5 + 0,5) ² = - TT / 4 ö(p ₂ = - (TT / 4) (-0,5 +0,5) ² = 0 ö(p ₃ = - (TT / 4) (0,5 + 0,5) ² = - TT / 4 ö(p ₄ = - (TT / 4) (1 ,5 + 0,5) ² = - TT

Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass bei den in Fig. 1 a-c gezeigten Vorrichtungen 5 bzw. bei der weiteren Vorrichtung 5‘ die Grund-Phasen δφ _a der Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.N bzw. der weiteren Laserstrahlen 3.1 ‘, ... , 3.N' gemäß der oben angegebenen Bedingung (mit k = 0) eingestellt werden, um den kombinierten Laserstrahl 12 bzw. den weiteren kombinierten Laserstrahl 12' in die nullte Beugungsordnung B ₀ , _x zu beugen.

Für die Beugung des Laserstrahls 12 in eine von der nullten Beugungsordnung verschiedene Beugungsordnung B _{k x} in X-Richtung ist es günstig, ausgehend von der auf diese Weise eingestellten Grund-Phase δφ _a eine jeweilige zusätzliche Phase Δφ _a eines kohärenten Laserstrahls 3.1 , ... , 3.N an einer a-ten Raster-Position 8.1 , ... , 8.N (a = 1 , ... , N) einzustellen, die gegeben ist durch:

A(p _a = - (2 TT / N) (a - (N+1 ) / 2) B _k , _x .

Hierbei bezeichnet N wie weiter oben die Anzahl der in X-Richtung in einer eindimensionalen Rasteranordnung 16 auf einer gemeinsamen Linie angeordneten Raster-Positionen 8.1 , ... , 8. N und B _{k x} eine ganzzahlige oder halbzahlige Zahl, für

Die jeweilige zusätzliche Phase Δφ _a addiert sich zur der oben angegebenen Grund- Phase ö(p _a für die kohärente Überlagerung in die nullte Beugungsordnung B ₀ , _x . Insbesondere für den weiter unten beschriebenen Scan-Vorgang, bei welcher die Beugungsordnung B _{k x} verändert wird, hat es sich als günstig erwiesen, ausgehend von der Grund-Phase δφ _a zur Beugung in die nullte Beugungsordnung B ₀ , _x für die Beugung in (mindestens) eine höhere Beugungsordnung B _{k x} die zusätzliche Phase

Δφ _a zu verwenden und nicht die Grund-Phase δφ _a entsprechend, d.h. zur Beugung in eine höhere Beugungsordnung B _{k x} einzustellen.

Für den in Fig. 2a, b beispielhaft beschriebenen Fall von fünf kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 gilt für die von der nullten Beugungsordnung B ₀ , _x verschiedenen Beugungsordnungen B _{k x} , in welche der Laserstrahl 12 gebeugt werden kann, B. ₂ , _x = - 2, B. _{1 X} = -1 , B _{+1 x} = +1 und B ₊₂ , _x = +2. In Fig. 4b ist für die fünf Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 eine jeweilige individuelle zusätzliche Phase Acp-i, ... , Acp ₅ angegeben, welche die Beugung des kombinierten Laserstrahls 12 in die -1.

Beugungsordnung B.-, _x bewirkt. Das mittels der Strahlkombinationseinrichtung 10 erzeugte, zugehörige Fernfeld (Winkelverteilung) ist in Fig. 5a dargestellt.

Für die Einstellung der (individuellen) zusätzlichen Phasen Δφ _a der Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5, werden die Phasen-Einstelleinrichtungen 8.1 , ... , 8.5 mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 15 so angesteuert, dass diese für den a-ten kohärenten Laserstrahl 3.1 , ... , 3.N die jeweils korrekte zusätzliche Phase Δφ _a erzeugen.

Bei dem in Fig. 4b gezeigten Beispiel, d.h. bei einer Anzahl von N = 5 Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 und einem in die -1 . Beugungsordnung B. _{1 x} in X-Richtung gebeugten Laserstrahl 12 gilt für die fünf einzustellenden zusätzlichen Phasen Acp-i, ... , Acp ₅ :

Acp-, = - (2 TT / 5) (-2) (-1 ) = - 4 / 5 TT

Acp ₂ = - (2 TT / 5) (-1 ) (-1 ) = - 2 / 5 TT

Acp ₃ = 0

A<P4 = - (2 TT / 5) (1 ) (-1 ) = + 2 / 5 TT

Acp ₅ = - (2 TT / 5) (2) (-1 ) = + 4/ 5 TT Um einen diskreten Scanvorgang zu realisieren, bei welchem der kombinierte Laserstrahl 12 zwischen unterschiedlichen Beugungsordnungen B _{k x} hin- und her geschaltet wird, kann die Steuerungseinrichtung 15 die jeweilige zusätzliche Phase A(p _a der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.N variieren, indem sie auf die (schnell schaltbaren) Phasen-Einstelleinrichtungen 6.1 , ... , 6.N einwirkt. Beispielsweise kann der Laserstrahl 12 von der -1. Beugungsordnung B.-, _x in X-Richtung in die +2. Beugungsordnung B ₊₂ , _x in X-Richtung bewegt werden, indem an Stelle der in Fig. 3a gezeigten zusätzlichen Phasen Acp-i, ... , Acp ₅ die in Fig. 3b gezeigten zusätzlichen Phasen Acp-i , ... , Acp ₅ eingestellt werden.

Wird das in Fig. 5a gezeigte Fernfeld mittels einer abbildenden Optik, z.B. der in Fig. 2a, b gezeigten weiteren Fourierlinse 21 abgebildet, wird die Winkelverteilung in eine Ortsverteilung umgewandelt. Auf diese Weise kann ein einstellbarer Strahlversatz des kombinierten Laserstrahls 12 erzeugt werden, d.h. der Laserstrahl 12 kann in einem gewünschten, von der Beugungsordnung B _{k x} abhängigen Abstand in X- Richtung zur optischen Achse versetzt werden, die in Z-Richtung im Zentrum der Strahlkombinationseinrichtung 10 verläuft. Der kombinierte Laserstrahl 12 kann hierbei insbesondere an einer (variierenden) Fokusposition in einer Fokusebene fokussiert werden, wie dies in Fig. 2a, b beispielhaft für die Brennebene der weiteren Fourierlinse 21 gezeigt ist.

Fig. 5b zeigt das Fernfeld der Strahlkombinationseinrichtung 10, bei dem die fünf kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 zu einem ersten, in eine erste Beugungsordnung B. _{1 iX} gebeugten Laserstrahl 12a und einen zweiten, in eine zweite Beugungsordnung B ₀ , _x ,2 gebeugten Laserstrahl 12b kombiniert werden. Zu diesem Zweck werden ebenfalls die zusätzlichen Phasen Acp^ ... , Acp ₅ der kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 geeignet eingestellt. Für die Einstellung der zusätzlichen (Absolut-)Phasen Aq> ₁ , ... , Acp ₅ kann ein iterativer Optimierungsalgorithmus angewendet werden, der in der Steuerungseinrichtung 15 abläuft oder der bereits vorab durchgeführt wurde. In der Regel sind die für einen bestimmten Bearbeitungsprozess, beispielsweise einen Laser-Schneidprozess, einen Laser-Schweißprozess, einen Laser-Markierprozess, die additive Fertigung, etc. geeignete Phasen in Form von Datensätzen bzw. Tabellen in der Steuerungseinrichtung 15 selbst bzw. in einem mit dieser in Verbindung stehenden elektronischen Speicher hinterlegt bzw. diese werden von einem Bediener vorgegeben.

Bei dem in Fig. 5b gezeigten Beispiel sind die zusätzlichen Phasen ... , Acp ₅ so gewählt, dass ein erster Laserstrahl 12a wie in Fig. 5a in die -1. Beugungsordnung B-W gebeugt wird und zusätzlich ein zweiter Laserstrahl 12b in die nullte Beugungsordnung B _o gebeugt wird.

Die Intensität bzw. die Leistung des ersten und zweiten Laserstrahls 12a, 12b kann bei den gezeigten Beispielen gleich groß sein, d.h. die von der Seed-Laserquelle erzeugte Leistung wird auf beide Laserstrahlen 12a,b gleich verteilt. In Fig. 5b wird bei Einhaltung der oben angegebenen Bedingung für die zusätzliche Phase Δφ _a die Eingangs-Leistung p, die in die Strahlkombinationseinrichtung 10 eingekoppelt wird, zu gleichen Teilen (50 : 50) auf den in die 0. Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl 12b und auf den in die -1. Beugungsordnung gebeugten Laserstrahl 12a aufgeteilt, d.h. es gilt p.-i = p ₀ = p / 2.

Es ist aber auch möglich, den Anteil der Eingangs-Leistung p, der in die jeweilige Beugungsordnung B _{k x} , B _{k x 2} gebeugt wird, gezielt abweichend von einer Gleichverteilung einzustellen. Beispielsweise kann bei dem in Fig. 5b gezeigten Beispiel ein Anteil von 80 % der Eingangs-Leistung p in die -1. Beugungsordnung gebeugt werden und ein Anteil von 20 % der Eingangs-Leistung p kann in die 0. Beugungsordnung gebeugt werden, d.h. es gilt p.-i = 0,8 p, p ₀ = 0,2 p. Allgemein kann die Aufteilung der Eingangs-Leistung p auf die 0. bzw. auf die ±1 . Beugungsordnung beispielsweise wie folgt erfolgen: p ₀ = C p; p _±1 = (1 - C) p, mit 0 < C < 1.

Für die zusätzliche Phase Δφ _a eines jeweiligen kohärenten Laserstrahls 3.1 , ... , 3.N an einer a-ten Raster-Position 8.1 , ... , 8. N in X-Richtung, welche die oben angegebene Leistungs-Aufteilung mit dem Faktor C erzeugt, gilt:

Δφ _a = C (2 TT / N) (a - (N+1 ) / 2). Der Aufteilungs-Faktor C kann von der Steuerungseinrichtung 15 konstant gewählt oder zeitabhängig verändert werden. In letzterem Fall kann die Vorrichtung 5 in der Art eines (akusto-optischen oder elektro-optischen) Modulators bzw. Deflektors betrieben werden.

Bei einer Anzahl M von mehr als zwei kombinierten Laserstrahlen 12a, 12b, ... kann die Aufteilung beispielsweise in Form einer (z.B. linearen) Leistungs-Rampe realisiert werden, bei der ein erster kombinierter Laserstrahl mit einer maximalen Leistung Pk.max in die k-te Beugungsordnung gebeugt wird und bei der die übrigen M - 1 kombinierten Laserstrahlen mit einer in Bezug auf die maximale Leistung Pk.max reduzierten Leistung in die übrigen M-1 Beugungsordnungen gebeugt werden. Für die Leistungs-Verteilung in Form eines Leistungs-Keils kann beispielsweise gelten: a / M Pk.max , mit a = 1 , ... , M. Für das Beispiel einer Anzahl von 5 gebeugten kombinierten Laserstrahlen ergeben sich Anteile von 100%, 80%, 60%, 40% und 20% der maximalen Leistung Pk.max-

Grundsätzlich gilt, dass durch eine geeignete Wahl der zusätzlichen Phasen Acp-i , ... , Acp ₅ die kohärenten Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.5 in zwei oder mehr als zwei Laserstrahlen 12a, 12b, ... kombiniert werden können, die - mit gleich verteilter Leistung oder unterschiedlicher Leistung - in entsprechende Beugungsordnungen B _k ,x, 1 , Bk,x,2, ■ ■ ■ gebeugt werden.

Bei dem in Zusammenhang mit Fig. 1 a-c bis Fig. 5a, b beschriebenen Lasersystem 1 wurden die Laserstrahlen 3.1 , ... , 3.N eindimensional kombiniert. Fig. 6a-c zeigen jeweils eine optische Anordnung, bei der eine Anzahl N (hier: N = 3) x M (hier: M = 3) von Raster-Positionen 8.1.1 , ... , 8.N.M in einer zweidimensionalen Rasteranordnung 16 angeordnet ist. Bei dem in Fig. 6a gezeigten Beispiel sind die Raster-Positionen 8.1.1 , ... 8.N.M in einer rechteckigen Rasteranordnung 16 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. 2a weist die Einkoppeloptik 18 bei der optischen Anordnung von Fig. 6a lediglich eine Fokussiereinrichtung in Form einer Fokussierlinse 19 auf, die in Fig. 6a als Quadrat dargestellt ist. Die Mikrolinsen 20 des Mikrolinsen-Arrays 17 der Mikrolinsenanordnung 11 sind in einer entsprechenden, rechteckigen Rasteranordnung angeordnet und parallel zur XY-Ebene ausgerichtet. Bei den Mikrolinsen 20 handelt es sich um quadratische Linsen, die in beiden Richtungen X,Y wie Zylinderlinsen wirken.

Bei der in Fig. 6b gezeigten optischen Anordnung sind die Raster-Positionen 8.1.1 , ... , 8.N.M ebenfalls in einer Rasteranordnung 16 bzw. in einem Array 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 Raster-Positionen 8.1.1 , ... , 8.N.M in einer Rasteranordnung 16, welche entlang einer anderen gekrümmten Fläche, beispielweise entlang eines Ellipsoids, verläuft, ist möglich. In diesem Fall kann auf eine Einkoppeloptik 18 verzichtet werden.

Fig. 6c zeigt eine optische Anordnung analog zu Fig. 6a, bei der das zweidimensionale Mikrolinsen-Array 17 der Mikrolinsenanordnung 11 durch zwei eindimensionale Teil-Mikrolinsen-Arrays 22a, 22b ersetzt ist. Die Teil-Mikrolinsen- Arrays 22a, 22b weisen jeweils eine Mehrzahl von Mikrolinsen 20a, b in Form von Zylinderlinsen auf, wobei die Mikrolinsen 20a des ersten Teil-Mikrolinsen-Arrays 22a und die Mikrolinsen 20b des zweiten Teil-Mikrolinsen-Arrays 22b senkrecht zueinander, und zwar in X-Richtung bzw. in Y-Richtung, ausgerichtet sind. Anders als in Fig. 6c dargestellt ist, können die beiden eindimensionalen Teil-Mikrolinsen- Arrays 22a, b unmittelbar aneinander angrenzend in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein und entsprechen dem in Fig. 6a dargestellten Fall.

Es versteht sich, dass die zweidimensionale Kombination der kohärenten Laserstrahlen 8.1.1 , ... , 8.N.M analog auch bei der in Fig. 2b dargestellten Strahlkombinationseinrichtung 10 möglich ist, wobei in diesem Fall auf die Fourierlinse 19 verzichtet werden kann und die rechteckige oder quadratische Rasteranordnung 16 im Abstand der Brennweite f _M i_ vor dem Mikrolinsen-Array 17 angeordnet ist und die kohärenten Laserstrahlen 3.1.1 , ... , 3.N.M parallel zueinander ausgerichtet auf das Mikrolinsen-Array 17 eingestrahlt werden. In Abhängigkeit von den Abständen der Raster-Positionen 8.1.1 , ... 8.N.M bzw. von der Periodizität der Rasteranordnung 16 in X-Richtung bzw. in Y-Richtung können sich auch die Rasterabstände p _x , p _Y der Mikrolinsen 20a, b in den beiden zueinander senkrechten Richtungen X, Y voneinander unterscheiden. Die Mikrolinsen 20 von Fig. 6a 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 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 3.1.1 , ... 3.N.M, die in einer rechteckigen Rasteranordnung 16 (in X-Richtung bzw. Y-Richtung) angeordnet sind, für die jeweilige zusätzliche Phase:

Acpa.b = - ((2 IT / N) (a - (N+1 ) / 2) B _k.x + (2 TT / M) (b - (M+1 ) / 2) B _jiy ) (3) wobei M eine Anzahl der Raster-Positionen in der zweiten Richtung Y und Bj _y eine ganzzahlige oder halbzahlige Zahl bezeichnen, für die gilt: -

Entsprechend addieren sich auch die Beiträge der Grund-Phasen ö(p _a in den beiden zueinander senkrechten Richtungen X, Y, d.h. es gilt: δφ _a = - TT / N (ma + B _{k x} ) ² - TT / N (m _b + Bj.y) ² , (4)

(M + 1) wobei gilt: m _b = - — — + b mit b = 1 , ... , M, wobei M eine Anzahl der entlang der zweiten Richtung angeordneten Raster-Positionen bezeichnet, und wobei B _{j y} eine

(M + 1) (M + 1) ganzzahlige oder halbzahlige Zahl bezeichnet, für die gilt: - — — < B _{j y} <+ — — .

Fig. 7 zeigt analog zu Fig. 4b eine zweidimensionale Anordnung von N = 5 x M = 5 kohärenten Laserstrahlen 3.1.1 , ... , 3.5.5 mit einer jeweils zugeordneten zusätzlichen Phase Acpa b (a = 1 , ... , N; b = 1 , ... , M) zur Erzeugung eines einzigen in eine Beugungsordnung B. _{2 x} in X-Richtung und in eine Beugungsordnung B _{+1 Y} in Y- Richtung gebeugten Laserstrahls 12 (vgl. Fig. 8) bzw. eines ersten, in eine erste Beugungsordnung B_ ₂ , _X ,I (in X-Richtung), B _{+1 y 1} (in Y-Richtung) gebeugten Laserstrahls 12a sowie eines zweiten, in eine zweite Beugungsordnung B ₊₁ , _x , ₂ (in X- Richtung), B.i, _y , ₂ (in Y-Richtung) gebeugten Laserstrahls 12b (Fig. 9).

Um einen einzigen in eine (zweidimensionale) Beugungsordnung B _{k x} , B _{k y} gebeugten Laserstrahl 12 zu erzeugen, wird für eine (a,b)-te Raster-Position 8.a.b in der zweidimensionalen Rasteranordnung 16 (vgl. Fig. 6a), d.h. eine a-te Raster-Position in X-Richtung, die gleichzeitig eine b-te Raster-Position in Y-Richtung bildet, bzw. einen (a, b)-ten kohärenten Laserstrahl 3.a.b (vgl. Fig. 7) eine zusätzliche Phase Acpa b eingestellt, die gegeben ist durch obige Gleichung (3).

Entsprechend werden auch bei dem in Fig. 9 dargestellten Fernfeld die jeweiligen zusätzlichen Phasen Δφ _a,b mit Hilfe eines iterativen, stochastischen Optimierungsalgorithmus eingestellt, um den ersten, in eine erste Beugungsordnung B-2, _X ,I (X-Richtung), B _{+1 y 1} (Y-Richtung) gebeugten Laserstrahl 12a sowie den zweiten, in die zweite Beugungsordnung B ₊₁ , _x , ₂ (X-Richtung), B. _{1 y 2} (Y-Richtung) gebeugten Laserstrahl 12b zu erzeugen.

Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die Anzahl und die Anordnung der Beugungsordnungen B _{k x 1} , B _{k y 1} ; B _{k x 2} , B _{k y 2} , ... gebeugten Laserstrahlen 12a, 12b, ... grundsätzlich beliebig und wird nur durch die Anzahl N bzw. M der für die Kombination verwendeten kohärenten Laserstrahlen 3.a.b begrenzt. Durch eine geeignete Wahl bzw. Variation der zusätzlichen Phasen Δφ _a in einer eindimensionalen Rasteranordnung 16 bzw. der zusätzlichen Phasen Δφ _a,b in einer zweidimensionalen Rasteranordnung 16 können gezielt einzelne kombinierte Laserstrahlen, Gruppen von kombinierten Laserstrahlen oder ein gesamtes Array von kombinierten Laserstrahlen, das einem Satz von Beugungsordnungen entspricht, an- oder abgeschaltet werden.

Mit dem oben beschriebenen Lasersystem 1 kann daher ein (diskreter) ein- oder zweidimensionaler Scanvorgang bzw. eine gezielte Strahlablenkung und/oder eine gezielte Aufteilung des kombinierten Laserstrahls 12 auf zwei oder mehr Laserstrahlen 12a, 12b erreicht werden. Der bzw. die kombinierten Laserstrahlen 12, 12a, b können mit Hilfe einer zusätzlichen Optik, z.B. der in Fig. 2a, b dargestellten Fourierlinse 19, auf (variierende) Fokusposition(en) in einer Fokusebene abgebildet bzw. fokussiert werden.