Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kombinationseinrichtung, umfassend: mindestens zwei Eingänge zum Eintritt jeweils eines Eingangsstrahls, sowie einen oder mehrere Ausgänge zum Austritt jeweils eines Ausgangsstrahls, wobei die Kombinationseinrichtung ausgebildet ist, jeweils einen (bzw. den) Ausgangsstrahl durch eine kohärente Kombination aus zwei der Eingangsstrahlen zu bilden.

Bei den in der Regel zueinander kohärenten Eingangsstrahlen und bei dem bzw. bei den bei der kohärenten Kombination gebildeten Ausgangsstrahl(en) handelt es sich typischerweise um Laserstrahlen. Die hier beschriebene Kombinationseinrichtung ist bevorzugt ausgebildet, die Eingangsstrahlen kollinear zu überlagern, wobei insbesondere eine deckungsgleiche Überlagerung zu dem bzw. zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl erfolgen kann.

Die Wechselwirkung von Laserstrahlung mit einem zu bearbeitenden Objekt (Werkstück, Target, Substrat, ...) hängt von vielen Laserparametern ab, beispielsweise von der Wellenlänge, von der Intensität oder Leistung, von der Pulsdauer, von der Repetitionsrate, von der Pulsform oder auch von weiteren Parametern wie der Strahlform. Je nach Art des zu bearbeitenden Objekts kann auch die Polarisation der Laserstrahlung einen Einfluss auf die Wechselwirkung haben. Daher kann es für manche Anwendungen wichtig sein, die Polarisation gezielt einzustellen. Zur Erhöhung der Produktivität wird in diesem Fall in der Regel ein schnelles Polarisationsschalten benötigt. So können beispielsweise Anwendungen wie die Datenspeicherung in einem Medium produktiv umgesetzt werden.

Eine schnelle Polarisationsmodulation kann generell durch interferometrische Systeme realisiert werden, in die ein einzelner Eingangsstrahl eingekoppelt wird und bei denen die Manipulation der Phase durch in das Interferometer integrierte Phasenschieber erfolgt, vgl. beispielsweise den Artikel „The rotating linerarly polarized light from a polarizing Mach-Zehnder Interferometer: Production and applications“, C. Pawong et al., Opt. Lasers Tee. 43, 461-468 (2011), oder den Artikel „Investigation of the use of rotating linearly polarized light for characterizing S1O2 thin-film on Si Substrate“, C. Pawong et al., in: Optoelectronic Materials and Devices, G. Duan, ed., Vol. 8308 of Proceedings of SPIE (2011 ), paper 830811, oder die DE 102017 104392 A1.

In der US 2009/0219960 A1 ist eine Vorrichtung zur Überlagerung von Laserstrahlen beschrieben, die ein Phasen- und Polarisationsmodul aufweist, das zur Bereitstellung einer Mehrzahl von Laserstrahlen ausgebildet ist, die phasenstarr und paarweise orthogonal polarisiert sind. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit, die zur Steuerung der Phase und der Polarisation jedes Laserstrahls ausgebildet ist, sowie einen Strahlkombinierer zur Kombination eines ersten und eines zweiten der Laserstrahlen zur Erzeugung eines Ausgangslaserstrahls.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kombinationseinrichtung und ein optisches System mit mindestens einer solchen Kombinationseinrichtung bereitzustellen, die eine schnelle Einstellung des Polarisationszustandes mindestens eines Ausgangsstrahls ermöglichen.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kombinationseinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die ausgebildet ist, einen Polarisationszustand, insbesondere eine Polarisationsrichtung, des jeweiligen (bzw. des) Ausgangsstrahls in Abhängigkeit von einer relativen Phasenlage der einzelnen Phasen der zwei Eingangsstrahlen einzustellen, aus denen der jeweilige Ausgangsstrahl durch die kohärente Kombination gebildet wird.

Die kohärente Kombination von (jeweils) zwei der Eingangsstrahlen ermöglicht es in diesem Fall, durch eine schnelle Manipulation der relativen Phasenlage der Eingangsstrahlen die Eigenschaften des bzw. eines jeweiligen Ausgangsstrahls schnell zu modulieren bzw. zu manipulieren. Die erfindungsgemäße Kombinationseinrichtung weist im einfachsten Fall zwei Eingänge und einen Ausgang auf und ist ausgebildet, die beiden an den Eingängen eintretenden Eingangsstrahlen kohärent zu (genau) einem an dem (genau einen) Ausgang austretenden Ausgangsstrahl zu kombinieren.

Alternativ weist die Kombinationseinrichtung mehr als zwei Eingänge und mehr als einen Ausgang auf. In diesem Fall ist die Kombinationseinrichtung ausgebildet, einen jeweiligen Ausgangsstrahl durch eine kohärente Kombination aus jeweils zwei der an den mehr als zwei Eingängen eintretenden Eingangsstrahlen zu bilden. Der Polarisationszustand, insbesondere die Polarisationsrichtung, des jeweiligen Ausgangsstrahls wird auch in diesem Fall (nur) von der relativen Phasenlage der beiden Eingangsstrahlen bestimmt, aus denen der Ausgangsstrahl bei der kohärenten Kombination gebildet wird, d.h. die relative Phasenlage der anderen Eingangsstrahlen hat keinen Einfluss auf den Polarisationszustand dieses Ausgangsstrahls. Auf diese Weise kann der Polarisationszustand eines jeweiligen Ausgangsstrahls, der an einem der Ausgänge austritt, unabhängig vom Polarisationszustand der Ausgangsstrahlen eingestellt werden, die an den anderen Ausgängen austreten.

Bei der Kombinationseinrichtung kann es sich um eine passive Einrichtung handeln, die keine optischen Elemente aufweist, deren optische Eigenschaften eingestellt werden können. Für den Fall, dass die Kombinationseinrichtung optische Elemente aufweist, deren optische Eigenschaften eingestellt werden können, z.B. Phasenschieber, optische Rotatoren, etc. dient eine solche Einstellung in der Regel nicht dazu, den Polarisationszustand und ggf. die Leistung des Ausgangsstrahls dynamisch einzustellen bzw. zu modulieren, sondern typischerweise lediglich dazu, um unerwünschte, z.B. temperaturbedingte Veränderungen der optischen Eigenschaften der optischen Bauteile der Kombinationseinrichtung zu korrigieren, um auf diese Weise z.B. eine vollständige konstruktive Interferenz der Eingangsstrahlen zu ermöglichen. Die Kombinationseinrichtung kann für die kohärente Kombination konventionelle optische Bauteile aufweisen. Eine Umsetzung auf PIC(„Photo Integrated Circuit“)-Basis ist aber ebenfalls möglich. Die Einstellung des Polarisationszustandes des (jeweiligen) Ausgangslaserstrahls erfolgt typischerweise allein durch die Einstellung bzw. die Vorgabe der relativen Phasenlage der einzelnen Phasen der jeweils zwei kohärent kombinierten Eingangsstrahlen zueinander. Die absolute Phase der Eingangsstrahlen spielt keine Rolle für die Überlagerung, so dass zur Einstellung der relativen Phasenlage in der Regel eine Phasen-Modulationseinheit für jedes Paar von überlagerten Eingangsstrahlen ausreichend ist. Die Einstellung des Polarisationszustands des (jeweiligen) Ausgangsstrahls durch die Vorgabe bzw. die Einstellung der (relativen) Phasenlagen der Eingangsstrahlen mit Hilfe der Phasen-Modulationseinheit kann hochdynamisch mit Schaltdauern z.B. im MHz-Bereich erfolgen.

Durch die Anordnung einer Phasen-Modulationseinheit vor der Kombinationseinrichtung ist es nicht erforderlich, dass die Phasen- Modulationseinheit direkt aus einem Eingangsstrahl den Ausgangsstrahl mit den geforderten Ausgangsparametern bereitstellt. Dies erlaubt beispielsweise den Einsatz von weniger leistungstauglichen Komponenten für die Modulation der relativen Phasenlagen, indem die für die Kombinationseinrichtung geforderte Leistung durch eine der Phasen-Modulationseinheit nachgeschaltete Verstärkung erzielt wird. Zusätzlich kann bei Eingangsstrahlen, die von einem Ultrakurzpulslaser erzeugt werden, die Leistung in der Phasen-Modulationseinheit durch das Schalten von zeitlich gedehnten Pulsen herabgesetzt werden. Auch können optische Komponenten mit erhöhten Verlusten eingesetzt werden, ohne dass sich dies stark negativ auf die Effizienz des Gesamtsystems auswirkt. Die Modulation der relativen Phasenlagen der Eingangsstrahlen kann zudem bei einer anderen Wellenlänge erfolgen als bei der Wellenlänge des Ausgangsstrahls.

Bei einer Ausführungsform weist die Kombinationseinrichtung genau zwei Eingänge und einen Ausgang auf und umfasst einen Polarisationsstrahlteiler zur kohärenten Kombination der zwei an den Eingängen eintretenden Eingangsstrahlen zu dem Ausgangsstahl, sowie ein im Strahlweg nach dem Polarisationsstrahlteiler angeordnetes Phasenschiebeelement, insbesondere eine l/4- Verzögerungseinrichtung, zur Erzeugung einer linearen Polarisation des Ausgangsstrahls. Bei dieser Ausführungsform wird die Polarisation der beiden Eingangsstrahlen so gewählt, dass jeweils das Maximum der Leistung (im Idealfall die gesamte Leistung) in den Ausgangsstrahl überführt wird. Zu diesem Zweck wird die Polarisation des ersten Eingangsstrahls typischerweise so gewählt, dass dessen Transmission an dem Polarisationsstrahlteiler maximal ist und die Polarisation des zweiten Eingangsstrahls wird so gewählt, dass dessen Reflexion an dem Polarisationsstrahlteiler maximal ist (oder umgekehrt). Dies kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Eingangsstrahlen jeweils linear und senkrecht zueinander polarisiert sind und die Polarisatorachse(n) parallel zu den beiden zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen der Eingangsstrahlen ausgerichtet sind. Die Summe der Ausgangsleistungen der beiden Eingangsstrahlen kann im verlustfreien Fall in die Leistung des Ausgangsstrahls überführt werden (s.o.). Die Leistung / Energie des Ausgangsstrahls kann optional durch die zusätzliche synchrone Anpassung der Leistung / Energie der beiden Eingangsstrahlen eingestellt werden.

Unter der Annahme von für die kohärenter Kopplung mit hohem Interferenzkontrast gewählten Eingangsparametern, wird bei der kohärenten Kombination der in den Polarisationsstrahlteiler eintretenden Eingangsstrahlen im allgemeinen Fall ein elliptisch polarisierter austretender Strahl gebildet, bei dem die Halbachsen (Vorzugsachsen bzw. -richtungen) der elliptischen Polarisation unter 45° zur den beiden zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen der Eingangsstrahlen ausgerichtet ist (wenn diese linear polarisiert sind). Durch eine mit der45°- Vorzugsrichtung übereinstimmende Ausrichtung der Vorzugsachse einer l/4- Verzögerungseinrichtung wird die elliptische Polarisation in eine lineare Polarisation konvertiert, deren Polarisationsrichtung durch das Hauptachsenverhältnis und den Drehsinn der elliptischen Polarisation bestimmt ist. Die Einstellung der relativen Phasenlage zwischen den in den Polarisationsstrahlteiler eintretenden Eingangsstrahlen verändert das Aspektverhältnis zwischen den Halbachsen der elliptischen Polarisation, aber nicht die Ausrichtung der Halbachsen unter 45° zu den beiden zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen. Durch die Einstellung der relativen Phasenlage der Eingangsstrahlen kann daher die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Ausgangsstrahls eingestellt werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Kombinationseinrichtung zwei Eingänge und einen Ausgang auf und umfasst ein Interferometer, insbesondere ein Mach-Zehnder-Interferometer, mit einem ersten Strahlkanal zur Propagation eines ersten Teilstrahls und mit einem zweiten Strahlkanal zur Propagation eines zweiten Teilstrahls, wobei das Interferometer ein Aufteilungselement zur Aufteilung der beiden Eingangsstrahlen auf die beiden Teilstrahlen sowie ein Kombinationselement zur kohärenten Kombination der beiden Teilstrahlen zu dem Ausgangsstrahl und bevorzugt mindestens eine Polarisations-Beeinflussungseinrichtung zur bevorzugt fest vorgegebenen Beeinflussung eines Polarisationszustands, insbesondere einer Polarisationsrichtung, mindestens eines der Teilstrahlen aufweist.

Mit Hilfe eines Interferometers, insbesondere eines Mach-Zehnder-Interferometers, kann durch eine kontrollierte Anpassung der Phasen der einzelnen Eingangsstrahlen der Polarisationszustand bzw. die Polarisationsrichtung des Ausgangsstrahls eingestellt werden. Das Interferometer weist in der Regel mindestens ein optisches Bauteil oder eine Kombination von optischen Bauteilen zur Phasen- und/oder Polarisationsanpassung zwischen den beiden Teilstrahlen bzw. zwischen den beiden Strahlkanälen auf, um sicherzustellen, dass bei geeigneter Wahl der relativen Phasenlage der beiden Teilstrahlen zueinander maximale konstruktive Interferenz an dem Kombinationselement auftritt, an dem die kohärente Überlagerung der beiden Teilstrahlen erfolgt. Die Weglängendifferenz der beiden Teilstrahlen in dem Interferometer wird bei dieser Ausführungsform so angepasst, dass eine maximale konstruktive Interferenz auftritt, d.h. dass die Summe der Leistungen der beiden Eingangsstrahlen im verlustfreien Fall der Leistung des Ausgangsstrahls entspricht. Um jeden beliebigen Winkel der Polarisationsrichtung einstellen zu können, wird die Leistung der beiden überlagerten Teilstrahlen gleich gewählt, und es werden abweichende Verluste in der Kombinationseinrichtung, wie auch bei anderen Ausführungsformen, durch entsprechende Anpassung der Leistung der Eingangsteilstrahlen vorkompensiert.

Das Interferometer weist bei der hier beschriebenen Ausführungsform bevorzugt mindestens eine Polarisations-Beeinflussungseinrichtung zur insbesondere fest vorgegebenen Beeinflussung eines Polarisationszustands, insbesondere einer Polarisationsrichtung, mindestens eines der Teilstrahlen auf. Durch eine geeignete Polarisations-Beeinflussungseinrichtung kann der Polarisationszustand eines oder beider Teilstrahlen so beeinflusst werden, dass bei mindestens einer Phasenlage der beiden Teilstrahlen relativ zueinander an dem Kombinationselement maximale konstruktive Interferenz auftritt. Unter einer fest vorgegebenen Beeinflussung des Polarisationszustands wird verstanden, dass keine dynamische Beeinflussung des Polarisationszustands erfolgt, da die dynamische Einstellung des Polarisationszustands des Ausgangsstrahls allein durch die Einstellung der relativen Phasenlagen der Eingangsstrahlen erfolgt. Die Polarisations- Beeinflussungseinrichtung kann aber grundsätzlich steuerbar ausgebildet sein, um unterschiedliche parasitäre Verluste in den beiden Strahlkanälen, thermische Effekte, etc. auszugleichen.

Die Polarisations-Beeinflussungseinrichtung(en) sind bevorzugt als polarisationsdrehende optische Einrichtungen bzw. Elemente (Polarisations- Rotatoren) ausgebildet, insbesondere in Form von optischen Rotatoren, beispielsweise in Form von optischen Kristallen, die aufgrund ihrer kristallinen Struktur bei geeigneter Ausrichtung eine intrinsische Polarisationsrotation aufweisen, z.B. kristalliner Quarz, das in einem breiten Wellenlängenbereich von UV bis NIR eine hohe Transparenz und Leistungstauglichkeit aufweist. Grundsätzlich können auch Faraday-Rotatoren als Polarisationsbeeinflussungseinrichtung zum Einsatz kommen. Faraday-Rotatoren benötigen für die Polarisationsrotation jedoch ein externes Magnetfeld und sind daher in Herstellung und Betrieb aufwändiger als optische Kristalle. Für die vorliegende Anwendung ist es günstig bzw. notwendig, dass eine Polarisationsdrehung des bzw. der Teilstrahlen unabhängig von der Polarisationsrichtung des jeweiligen Teilstrahls erfolgt. Eine solche Polarisationsdrehung ist mit doppelbrechenden Verzögerungseinrichtungen, z.B. mit l/2-Verzögerungselementen, typischerweise nicht möglich, da diese eine Drehung der Polarisationsrichtung nur bei einer vorgegebenen Polarisationsrichtung des jeweiligen Teilstrahls ermöglichen.

Das Aufteilungselement und das Kombinationselement können beispielsweise als Intensitätsstrahlteiler ausgebildet sein und das Interferometer kann als Polarisations- Beeinflussungseinrichtung mindestens eine polarisationsdrehende optische Einrichtung, insbesondere einen optischen Rotator, zur senkrechten Ausrichtung der Polarisationsrichtungen der beiden Teilstrahlen relativ zueinander aufweisen. Unter einem Intensitätsstrahlteiler wird im Sinne dieser Anmeldung ein Strahlteiler verstanden, der eine Aufteilung oder Kombination von zwei oder mehr Teilstrahlen im Wesentlichen unabhängig von deren Polarisationszustand ermöglicht. Die hier beschriebenen Intensitätsstrahlteiler sind in der Regel als 50% -Strahlteiler ausgebildet, d.h. diese kombinieren zwei in den Intensitätsstrahlteiler eintretende Strahlen mit gleicher Gewichtung zu einem austretenden Strahl. Der Intensitätsstrahlteiler kann beispielsweise in Form eines dielektrischen Schichtsystems auf der Oberfläche eines transparenten Substrats ausgeführt sein. Bei einer geeigneten Ausrichtung der Oberfläche zur Strahleinfallsrichtung kann die angestrebte polarisationsunabhängige Reflektivität und Transmission von im Wesentlichen jeweils 50% erreicht werden.

Im einfachsten Fall kann zur Ausrichtung der Polarisationsrichtungen der beiden Teilstrahlen ein optischer Rotator in einem der beiden Strahlkanäle des Interferometers angeordnet sein, der eine Drehung der Polarisationsrichtung des in diesem Strahlkanal propagierenden Teilstrahls um 90° bewirkt. Es versteht sich aber, dass auch zwei oder ggf. mehr als zwei polarisationsdrehende optische Einrichtungen bzw. Elemente in den Strahlkanälen des Interferometers angeordnet sein können, um die Polarisationsrichtungen der beiden Teilstrahlen unter einem Winkel von 90° relativ zueinander auszurichten.

Für die Bildung eines linear polarisierten Ausgangsstrahls in dem Interferometer ist es typischerweise erforderlich, dass dem Aufteilungselement des Interferometers die beiden Eingangsstrahlen mit zirkularer Polarisation und jeweils entgegengesetzter Drehrichtung zugeführt werden. In diesem Fall weisen die beiden Teilstrahlen in den Strahlkanälen jeweils eine lineare Polarisation mit zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Polarisationsrichtungen auf. Durch die Drehung der Polarisationsrichtung eines der beiden Teilstrahlen um 90° in dem optischen Rotator werden die Polarisationsrichtungen der beiden Teilstrahlen, die von dem Kombinationselement kohärent kombiniert werden, parallel ausgerichtet. Die relative Phasenlage der beiden Eingangsstrahlen kann in diesem Fall zur Einstellung der Polarisationsrichtung dieses linear polarisierten Ausgangsstrahls genutzt werden.

Bei einerweiteren Ausführungsform weist die Kombinationseinrichtung mehr als zwei Eingänge und mehr als einen Ausgang auf und ist ausgebildet, einen jeweiligen an einem Ausgang austretenden Ausgangsstrahl durch eine kohärente Kombination aus jeweils zwei der an den mehr als zwei Eingängen eintretenden Eingangsstrahlen zu bilden. Die weiter oben beschriebenen Grundtypen der Kombinationseinrichtung mit zwei Eingängen und einem Ausgang, bei denen die kohärente Kombination der beiden Eingangsstrahlen zu dem Ausgangsstrahl mittels eines Polarisationsstrahlteilers bzw. mittels eines Interferometers erfolgt, können - geeignet modifiziert - auch bei einer Kombinationseinrichtung verwendet werden, die mehr als zwei Eingänge und mehr als einen Ausgang aufweist („Multikanal- Kopplungseinrichtung“), wie dies weiter unten näher beschrieben ist.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die Kombinationseinrichtung eine Anzahl von Eingängen auf, die doppelt so groß ist wie die Anzahl von Ausgängen. Bei dieser Weiterbildung stellt die Kombinationseinrichtung im einfachsten Fall eine parallele Anordnung von Kopplungseinrichtungen dar, die einer der beiden oben beschriebenen Grundformen mit den beiden Eingängen und dem einen Ausgang entsprechen. Es ist aber auch möglich, dass bei der Kopplungseinrichtung der grundsätzliche Aufbau der jeweiligen Grundform, d.h. deren optische Bauteile (ggf. bis auf deren Dimensionierung) erhalten bleiben und lediglich die Anzahl der Eingänge bzw. der Eingangsstrahlen und die Anzahl der Ausgänge bzw. der Ausgangsstrahlen um einen Faktor N skaliert wird. Im einfachsten Fall wird der erste Eingang der oben beschriebenen Kombinationseinrichtung durch eine Gruppe von N ersten Eingängen ersetzt, durch die N parallel ausgerichtete Eingangsstrahlen in die Kombinationseinrichtung eintreten. Entsprechend wird der zweite Eingang durch eine Gruppe von N zweiten Eingängen ersetzt, durch die N weitere parallel ausgerichtete Eingangsstrahlen in die Kombinationseinrichtung eintreten. Die jeweiligen Paare von Eingangsstrahlen, die zu einem der Ausgangsstrahlen kombiniert werden, durchlaufen in diesem Fall mit einem lateralen Versatz die optischen Bauteile der Kombinationseinrichtung und treten an einem von N Ausgängen aus der Kopplungseinrichtung aus.

Bei dieser Weiterbildung kann ebenfalls aus jeweils zwei überlagerten Eingangsstrahlen ein Ausgangsstrahl erzeugt werden, der - abgesehen von parasitären Verlusten beim Durchtritt durch die optischen Bauteile der Kombinationseinrichtung - der Summe der Leistungen der beiden Eingangsstrahlen entspricht. Die Kombinationseinrichtung ermöglicht es somit am jeweiligen Ausgang eine vollständige konstruktive Interferenz der Eingangsstrahlen zu erzeugen, so dass der Ausgangsstrahl die maximal mögliche Leistung aufweist (100% der Summe der Leistungen der Eingangsstrahlen).

Die Leistung der Eingangsstrahlen, die an den jeweiligen Eingängen in Kombinationseinrichtung eintreten, ist typischerweise bei allen Eingangsstrahlen im Wesentlichen gleich groß, d.h. die Leistung eines jeweiligen Eingangsstrahls dient nicht zur dynamischen Einstellung des Polarisationszustandes oder ggf. der Leistung des Ausgangsstrahls. Grundsätzlich kann jedoch von einer identischen Intensität der Eingangsstrahlen (in der Regel geringfügig) abgewichen werden, um die oben beschriebene vollständige konstruktive Interferenz der Eingangsstrahlen bei der Überlagerung zu dem Ausgangsstrahl zu gewährleisten. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn die Verluste der Eingangsstrahlen beim Durchlaufen der Kombinationseinrichtung unterschiedlich groß sind.

Bei einer Weiterbildung weist die Kombinationseinrichtung zur kohärenten Kombination von jeweils zwei der an den Eingängen eintretenden Eingangsstrahlen zu einem jeweiligen Ausgangsstahl einen bevorzugt allen Eingangsstrahlen gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler und zur Erzeugung einer linearen Polarisation des jeweiligen Ausgangsstrahls ein im Strahlweg nach dem Polarisationsstrahlteiler angeordnetes, bevorzugt allen Ausgangsstrahlen gemeinsames Phasenschiebeelement, insbesondere eine l/4-Verzögerungseinrichtung, auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, durchlaufen für den Fall, dass ein gemeinsamer Polarisationsstrahlteiler für alle Eingangsstrahlen vorhanden ist, die Eingangsstrahlen einer jeweiligen Gruppe den Polarisationsstrahlteiler lateral versetzt und die Ausgangsstrahlen durchlaufen das gemeinsame Phasenschiebeelement lateral versetzt. Es versteht sich, dass alternativ mehrere Polarisationsstrahlteiler und mehrere Phasenschiebeelemente in der Kombinationseinrichtung verwendet werden können, um die jeweiligen Paare von Eingangsstrahlen kohärent zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl zu kombinieren bzw. um eine lineare Polarisation für einen jeweiligen Ausgangsstrahl zu erzeugen.

Bei einer Weiterbildung ist die Kombinationseinrichtung ausgebildet dem Polarisationsstrahlteiler jeweils zwei zu kombinierende Eingangsstrahlen zuzuführen, die zwei zueinander senkrechte Polarisationsrichtungen aufweisen, wobei die Kombinationseinrichtung bevorzugt im Strahlweg vor dem Polarisationsstrahlteiler eine polarisationsdrehende Einrichtung zur Drehung einer Polarisationsrichtung jeweils eines der beiden Eingangsstrahlen aufweist, die an dem Polarisationsstrahlteiler zu dem jeweiligen Ausgangsstrahl kombiniert werden. Die polarisationsdrehende Einrichtung kann eingesetzt werden, wenn der Kombinationseinrichtung die Eingangsstrahlen mit jeweils gleicher linearer Polarisationsrichtung zugeführt werden, um die Polarisationsrichtung eines der Eingangsstrahlen zu drehen und dem Polarisationsstrahlteiler die beiden Eingangsstrahlen mit zueinander senkrechter Polarisationsrichtung zuzuführen. Da die Polarisationsrichtung der Eingangsstrahlen vorgegeben ist, kann in diesem Fall eine Polarisationsdrehung mittels einer polarisationsdrehenden Einrichtung in Form einer doppelbrechenden Verzögerungseinrichtung, z.B. in Form eines l/2- Verzögerungselements, erfolgen. Die Drehung der Polarisationsrichtung einer der beiden Gruppen von N Eingangsstrahlen kann mit Hilfe einer gemeinsamen polarisationsdrehenden Einrichtung erfolgen.

Entsprechend kann auch eine alternative Ausführungsform der Kombinationseinrichtung mit Gruppen von N ersten Eingangsstrahlen und N zweiten Eingangsstrahlen zur Erzeugung eine Gruppe von N Ausgangsstrahlen mit einem Interferometer oder bis zu N Interferometern bereitgestellt werden.

Bei einer alternativen Weiterbildung der weiter oben beschriebenen Ausführungsform weist die Kombinationseinrichtung mindestens ein Aufteilungselement zur Aufteilung eines jeweiligen Eingangsstrahls auf zwei Teilstrahlen und bevorzugt mindestens ein Kombinationselement zur kohärenten Kombination von zwei der Teilstrahlen zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl auf. Bei dieser Ausführungsform wird die Leistung eines jeweiligen Eingangsstrahls vor der kohärenten Kombination auf zwei Teilstrahlen aufgeteilt (in der Regel bevorzugt zu gleichen Teilen, d.h. 50 : 50), von denen jeweils einer mit einem jeweiligen Teilstrahl eines anderen Eingangsstrahls zu einem der Ausgangsstrahlen kombiniert wird. Im hier beschriebenen Fall ist es daher typischerweise erforderlich, dass alle Eingangsstrahlen oder wenigstens jeder Eingangsstrahl und zwei diesem zu überlagernde kohärent zueinander sind, während dies bei der weiter oben beschriebenen alternativen Ausführungsform nur für jeweils zwei der Eingangsstrahlen erforderlich ist, die kohärent zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl kombiniert werden. Die relative Phasenlage der beiden Eingangsstrahlen, deren Teilstrahlen kohärent zu einem Ausgangsstrahl kombiniert werden, kann in diesem Fall zur Einstellung des Polarisationszustandes des jeweiligen Ausgangsstrahls genutzt werden, d.h. der Polarisationszustand eines jeweiligen Ausgangsstrahls kann individuell eingestellt werden. Typischerweise weisen in diesem Fall alle Eingangsstrahlen die gleiche Amplitude und denselben Polarisationszustand auf.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die Kombinationseinrichtung eine Anzahl von Eingängen auf, die um Eins größer ist als eine Anzahl von Ausgängen. Da bei der Aufteilung der N + 1 Eingangsstrahlen an dem Aufteilungselement eine Anzahl von 2 N + 2 Teilstrahlen erzeugt werden, aber nur N Ausgänge vorhanden sind, geht bei dieser Weiterbildung die Leistung eines Eingangsstrahls (genauer gesagt die Summe der Leistungen zweier Teilstrahlen) verloren. Im hier beschriebenen Fall wird somit nicht die gesamte Leistung der Eingangsstrahlen in die Leistung der (zwei oder mehr) Ausgangsstrahlen überführt, d.h. die Leistung der Ausgangsstrahlen entspricht nicht 100% der Summe der Leistungen der Eingangsstrahlen. Diese Leistung der beiden Teilstrahlen, die nicht für die kohärente Kombination verwendet werden, können als Diagnosestrahlen genutzt werden. Wie weiter oben beschrieben wurde, treten die Eingangsstrahlen typischerweise lateral versetzt zueinander an den Eingängen in die Kombinationseinrichtung ein und die Eingänge sind typischerweise ebenfalls lateral zueinander versetzt. Bei den beiden Teilstrahlen, die nicht kohärent kombiniert werden und die als Diagnosestrahlen genutzt werden, handelt es sich typischerweise um Teilstrahlen von zwei Eingangsstrahlen, die am ersten Eingang und am letzten Eingang (N + 1) in die Kombinationseinrichtung eintreten. Die Diagnosestrahlen können für Diagnosezwecke direkt oder überlagert ausgewertet werden. Die hier beschriebene Weiterbildung ist günstig, wenn eine große Anzahl an Ausgangsstrahlen angestrebt wird, da diese mit einer geringen Anzahl an Eingangsstrahlen erzeugt werden können.

Als Aufteilungselement(e) und als Kombinationselement(e) können beispielsweise Polarisationsstrahlteiler verwendet werden. In diesem Fall kann Polarisation eines jeweiligen Eingangsstrahls, der in die Kombinationseinrichtung eintritt, elliptisch sein, wobei eine Vorzugsrichtung der elliptischen Polarisation unter 45° zur s-Komponente bzw. zur p-Komponente des Polarisationsstrahlteilers ausgerichtet ist. Bevorzugt wird die Polarisation eines jeweiligen Eingangsstrahls jedoch entweder linear oder zirkular polarisiert gewählt. Bei einer Ausrichtung der linearen Polarisation unter 45° zur s- bzw. zur p-Komponente des Polarisationsstrahlteilers wird die Leistung eines jeweiligen Eingangsstrahls zu gleichen Teilen auf die Teilstrahlen aufgeteilt. Wie bei den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen kann im Strahlweg nach dem als Kombinationselement dienenden Polarisationsstrahlteiler ein jeweiliges - ggf. allen Ausgangsstrahlen gemeinsames - Phasenschiebeelement, insbesondere eine l/4- Verzögerungseinrichtung, angeordnet sein, um eine lineare Polarisation des jeweiligen Ausgangsstrahls zu erzeugen.

Bei einerweiteren Weiterbildung weist die Kombinationseinrichtung eine der Anzahl N+1 der Eingangsstrahlen entsprechende Anzahl N+1 von Polarisationsstrahlteilern auf, die jeweils als Aufteilungselement dienen und eine um Eins verminderte Anzahl N der Polarisationsstrahlteiler dient jeweils als Kombinationselement. Bei dieser Ausführungsform ist jedem Eingang genau ein Polarisationsstrahlteiler zugeordnet, der den jeweiligen Eingangsstrahl in zwei Teilstrahlen aufteilt. Die Polarisationsstrahlteiler sind so angeordnet, dass bei allen bis auf einen der Polarisationsstrahlteiler jeweils einer der Teilstrahlen in Richtung auf den jeweiligen Ausgang propagiert, während der jeweils andere Teilstrahl zu einem jeweils benachbart angeordneten Polarisationsstrahlteiler umgelenkt wird und mit dem Teilstrahl kohärent überlagert wird, der an diesem transmittiert wird und zu dem jeweiligen Ausgang propagiert. Die Polarisationsstrahlteiler sind bei dieser Ausführungsform in der Regel nebeneinander in einer Reihe angeordnet. Bei den beiden Polarisationsstrahlteilern, die nicht als Kombinationselement dienen, handelt es sich typischerweise um den ersten und den letzten der Polarisationsstrahlteiler in dieser Reihe. Die bei der Kombination der Teilstrahlen an den in der Reihe angeordneten Polarisationsstrahlteilern auftretenden Weglängendifferenzen können für eine gute kohärente Kombination vorkompensiert werden. Für die Unterdrückung von unerwünschten Interferenzeffekten zwischen den einzelnen Ausgangsstrahlen kann es günstig sein, wenn im gepulsten Betrieb zwischen den Ausgangsstrahlen ein zeitlicher Versatz erzeugt wird, was durch die Kompensation der Weglängendifferenz begünstigt wird. Die hier beschriebene Ausführungsform kommt ohne Umlenkelemente aus und ist gut skalierbar.

Bei einer alternativen Weiterbildung weist die Kombinationseinrichtung als allen Eingangsstrahlen gemeinsames Aufteilungselement einen gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler auf und/oder die Kombinationseinrichtung weist als ein allen Ausgangsstrahlen gemeinsames Kombinationselement einen gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler auf. Insbesondere kann ein- und derselbe Polarisationsstrahlteiler als gemeinsames Aufteilungselement und als gemeinsames Kombinationselement dienen. Die Teilstrahlen, die an dem gemeinsamen Aufteilungselement in Form des Polarisationsstrahlteilers erzeugt werden, können an einer jeweiligen Umlenkeinrichtung, beispielsweise in Form eines Umlenkspiegels, zu dem Polarisationsstrahlteiler zurück umgelenkt werden, um die kohärente Kombination der Teilstrahlen vorzunehmen. Diese Weiterbildung ist ebenfalls in einer kompakten Bauform realisierbar.

Es versteht sich, das auch eine Gruppe von Eingangsstrahlen, die nicht alle Eingangsstrahlen umfasst, an einem gemeinsamen Aufteilungselement aufgeteilt und/oder an einem gemeinsamen Kombinationselement kombiniert werden können. Grundsätzlich können die Eingangsstrahlen variabel zu Gruppen zusammengefasst werden, die jeweils an einem gemeinsamen Aufteilungselement aufgeteilt und/oder an einem gemeinsamen Kombinationselement kombiniert werden oder die an einem jeweiligen individuellen Aufteilungselement aufgeteilt und/oder an einem jeweiligen individuellen Kombinationselement kombiniert werden.

Bei einer alternativen Weiterbildung weist die Kombinationseinrichtung ein Interferometer, insbesondere ein Mach-Zehnder-Interferometer, auf, das einen ersten Strahlkanal zur Propagation eines ersten Sub-Teilstrahls und einen zweiten Strahlkanal zur Propagation eines zweiten Sub-Teilstrahls umfasst, wobei das Interferometer ein weiteres Aufteilungselement zur Aufteilung der Teilstrahlen von zwei unterschiedlichen Eingangsstrahlen auf die beiden Strahlkanäle und bevorzugt mindestens eine Polarisations-Beeinflussungseinrichtung zur insbesondere fest vorgegebenen Beeinflussung eines Polarisationszustands, insbesondere einer Polarisationsrichtung, mindestens eines der Sub-Teilstrahlen aufweist. Diese Ausführungsform entspricht grundsätzlich der weiter oben beschriebenen Grundform der Kombinationseinrichtung, die zwei Eingänge und einen Ausgang sowie ein Interferometer für die kohärente Kombination aufweist. Die hier beschriebene Ausführungsform unterscheidet sich von der weiter oben beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass dem Interferometer, genauer gesagt dem weiteren Aufteilungselement, nicht zwei Eingangsstrahlen, sondern zwei Gruppen von Teilstrahlen zugeführt werden, wobei jeder Gruppe jeweils einer der beiden Teilstrahlen eines jeweiligen Eingangsstahls angehört, der an dem (mindestens einen) Aufteilungselement erzeugt wurde. Jeweils ein Teilstrahl aus einer der beiden Gruppen wird dem weiteren Aufteilungselement des Interferometers zugeführt, an dem die Aufteilung auf die beiden Strahlarme erfolgt. Da an dem weiteren Aufteilungselement des Interferometers eine kohärente Kombination der beiden Teilstrahlen erfolgt, werden die in den beiden Strahlarmen propagierenden Teilstrahlen als Sub-Teilstrahlen bezeichnet. Die Kombination der Sub-Teilstrahlen zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl kann wie bei der weiter oben beschriebenen Ausführungsform an einem Kombinationselement erfolgen, das Teil des Interferometers ist.

Der Polarisationszustand eines jeweiligen Ausgangsstrahls kann auch in diesem Fall wie weiter oben beschrieben in Abhängigkeit von der relativen Phasenlage der jeweiligen Eingangsstrahlen eingestellt werden. Die Weglänge der Sub-Teilstrahlen in den beiden Strahlarmen des Interferometers wird so eingestellt, dass am jeweiligen Ausgang maximale konstruktive Interferenz vorliegt. Auf diese Weise kann jeweils die Hälfe der Summe der Leistungen der jeweils überlagerten Teilstrahlen der Eingangsstrahlen in die Leistung des entsprechenden Ausgangsstrahls überführt werden.

Bei einer Weiterbildung ist die Kombinationseinrichtung ausgebildet, dem weiteren Aufteilungselement jeweils zwei Teilstrahlen von unterschiedlichen Eingangsstrahlen zuzuführen, die gegenläufig zirkular polarisiert sind, wobei die Kombinationseinrichtung bevorzugt mindestens ein phasenbeeinflussendes Element zur Phasenbeeinflussung eines der beiden Teilstrahlen aufweist. Bei dem phasenbeeinflussenden Element kann es sich beispielsweise um ein Halbwellenverzögerungselement handeln, durch das der Drehsinn der zirkularen Polarisation umgekehrt wird.

Die Teilstrahlen, die an dem weiteren Aufteilungselement des Interferometers auf die beiden Strahlarme aufgeteilt werden, sind typischerweise zirkular und gegenläufig zueinander polarisiert. Mit Hilfe der polarisationsdrehenden Einrichtung in dem Interferometer kann in diesem Fall die senkrechte Ausrichtung der Polarisationsrichtung der Sub-Teilstrahlen in den beiden Strahlarmen in eine parallele Ausrichtung konvertiert werden, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Um die gegenläufig zirkular polarisierten Teilstrahlen zu erzeugen, können an den Eingängen der Kombinationseinrichtung beispielsweise Eingangsstrahlen mit zirkularer Polarisation gleicher Drehrichtung bereitgestellt werden. Das (mindestens eine) phasenbeeinflussende Element kann dazu verwendet werden, um die Phase eines der beiden Teilstrahlen, die an dem Aufteilungselement erzeugt werden, so zu beeinflussen, dass die Drehrichtung der zirkularen Polarisation dieses Teilstrahls umgekehrt wird, sodass die beiden Teilstrahlen an dem weiteren Aufteilungselement des Interferometers eine gegenläufig zirkulare Polarisation aufweisen.

Die Erfindung betrifft auch ein optisches System, umfassend: eine Strahlquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls, eine Aufteilungseinrichtung zur Aufteilung des Laserstrahls auf mindestens zwei kohärente Eingangsstrahlen, eine Phasen- Modulationseinrichtung zur Modulation der relativen Phasenlagen der Eingangsstrahlen, sowie eine Kombinationseinrichtung, die wie weiter oben ausgebildet ist, zur Bildung von mindestens einem Ausgangsstahl durch kohärente Kombination aus den mindestens zwei Eingangsstrahlen. Das optische System und auch die Kombinationseinrichtung können mit diskreten optischen Bauteilen, faseroptisch, integriert-optisch oder auch als Hybrid-System realisiert werden.

Bei der Strahlquelle handelt es sich bevorzugt um einen Seed-Laser eines MOPA (Master Oscillator Power Amplifier)-Systems. In diesem Fall werden die Eingangsstrahlen durch Verstärkung des Seed-Laserstrahls erzeugt. Grundsätzlich ist es möglich, die Phasen-Modulationseinrichtung im Strahlweg direkt vor den Eingängen der Kombinationseinrichtung anzuordnen. Für den Fall, dass es sich um ein MOPA-System handelt, ist es jedoch günstig, wenn die Einstellung der relativen Phasenlagen der Eingangsstrahlen mit Hilfe einer Phasen-Modulationseinrichtung erfolgt, die vor dem Endverstärker des MOPA-Systems angeordnet ist. Auf diese Weise können in der Phasen-Modulationseinrichtung optische Elemente verwendet werden, die weder eine hohe Leistungstauglichkeit noch eine hohe Effizienz aufweisen müssen. Die mittlere Leistung und/oder die Spitzen-Leistung des mindestens einen Ausgangstrahls kann bei einem solchen MOPA-System hoch sein und beispielsweise bei mehr als 1 W, 10 W, 1 kW, 10 kW oder auch 1 MW. liegen.

Der mindestens eine Ausgangsstrahl wird typischerweise einer Applikationseinrichtung des optischen Systems zugeführt, bei der es sich in der Regel um eine Bearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung, z.B. um einen Bearbeitungskopf, zur Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe des Ausgangsstrahls handelt. Für die Positionierung des bzw. der Ausgangsstrahlen relativ zum Werkstück können auch Translationseinheiten zur Bewegung des Bearbeitungskopfs und/oder des Werkstücks vorgesehen sein. Auch kann eine dynamische Strahlpositionierung (2 D, 2,5 D), eine räumlich-zeitliche Strahlformung, eine Lageerkennung (vor dem Prozess) und eine Prozesskontrolle (in-situ, ex-situ) erfolgen.

Bei der Zuführung des mindestens einen Ausgangsstrahls zum Werkstück kann in der Applikationseinrichtung auch eine Polarisationsbeeinflussung erfolgen. Beispielsweise kann die Applikationseinrichtung für die Zuführung des Ausgangsstrahls zu dem Werkstück eine doppelbrechende Komponente, z.B. eine optische Faser, insbesondere einen faserbasierten Verstärker, aufweisen. In diesem Fall kann die Kombinationseinrichtung eine Vor-Kompensation der bei der Zuführung des Ausgangsstrahls zu dem Werkstück erzeugten Doppelbrechung vornehmen. Typischerweise wird die Vor-Kompensation vorgenommen, indem die relativen Phasenlagen, die durch die Phasen-Modulationseinrichtung eingestellt werden, geeignet angepasst werden, so dass sich am Werkstück die zu erzielende Kombination aus Polarisationszustand und Leistung des Ausgangsstrahls einstellt. Auf diese Weise können auch nicht polarisationserhaltende Transportfasern eingesetzt werden oder das MOPA-Konzept kann modifiziert werden, indem die Überlagerung vor dem (typischerweise faserbasieren) Endverstärker erfolgt, der in diesem Fall in die Applikationseinrichtung integriert ist. Neben der Anwendung des optischen Systems für das Schreiben von Voxeln für die Datenspeicherung in transparenten Materialien kann das optische System u.a. auch für die Herstellung von optischen Komponenten basierend auf einer räumlich abhängigen Polarisationsmanipulation eingesetzt werden. Die schnelle Polarisationsänderung, die mit dem optischen System erzeugt wird, kann auch für andere Anwendungen, z.B. für Analyseverfahren, vorteilhaft eingesetzt werden.

Das optische System kann auch eine Konversionseinrichtung aufweisen, die zwischen der Phasen-Modulationseinrichtung und der Kombinationseinrichtung angeordnet ist. Bei der Konversionseinrichtung kann es sich um eine optische Verstärkereinrichtung handeln, beispielsweise um den bzw. die Endverstärker des weiter oben beschriebenen MOPA-Systems. Die Konversionseinrichtung kann auch eine andere Funktion erfüllen.

Die Konversionseinrichtung kann beispielsweise zur Frequenzkonversion der Eingangsstrahlen ausgebildet sein. Dies ist günstig, da für den (jeweiligen) Ausgangsstrahl bzw. für die Applikation, für die der (jeweilige) Ausgangsstrahl verwendet wird, häufig Wellenlängen interessant sind, für die kein leistungstaugliches Verstärkersystem, keine leistungstaugliche Phasen- Modulationseinrichtung oder andere optische Komponenten verfügbar sind. In diesem Fall kann die kohärente Kopplung in der Kombinationseinrichtung mit einer in der Regel im Strahlweg vor der Kombinationseinrichtung stattfindenden Frequenzkonversion kombiniert werden. Das hier beschriebene optische System, insbesondere in Form eines MOPA-Systems, ist mit einer zwischen dem Strahlquelle und der Kombinationsanordnung angeordneten Frequenzkonversionseinrichtung kompatibel.

Die Strahlquelle zur Erzeugung des Laserstrahls kann zur Erzeugung eines cw- Laserstrahls und/oder eines gepulsten Laserstrahls ausgebildet sein. Die Strahlquelle kann insbesondere ausgebildet sein, einen Ultrakurzpuls-Laserstrahl mit Laserpulsen zu erzeugen, deren Pulsdauern in der Größenordnung von ps oder von fs liegen. Bei Ultrakurzpulslasern wird häufig die so genannte Chirped Pulse Amplification (CPA) eingesetzt, bei der zeitlich gestreckte Pulse verstärkt und nachfolgend komprimiert werden. Die CPA-Technologie kann mit der hier beschriebenen kohärenten Kopplung der vier Eingangsstrahlen zu dem Ausgangsstrahl und insbesondere mit der unabhängigen Einstellung des Polarisationszustands und der Leistung des Ausgangsstrahls kombiniert werden. In diesem Fall kann die Konversionseinrichtung beispielsweise einen Pulskompressor des CPA-Systems beinhalten. Die Konversionseinrichtung kann aber auch generell zur Pulsformung der in diesem Fall gepulsten Eingangsstrahlen ausgebildet sein.

Es versteht sich, dass die Konversionseinrichtung auch ausgebildet sein kann, mehrere der weiter oben beschriebenen Funktionen zu erfüllen bzw. dass das optische System mehrere Konversionseinrichtungen aufweisen kann, um an die jeweilige Anwendung angepasste Strahlparameter einzustellen.

Im Strahlweg zwischen der Strahlquelle und der Kombinationseinrichtung, insbesondere im Strahlweg zwischen der Konversionseinrichtung und der Kombinationseinrichtung, sowie im Strahlweg des bzw. der Ausgangstrahl(en) hinter der Kombinationseinrichtung kann eine geeignete Strahlführung vorgesehen sein, die beispielsweise eine Scanneroptik umfassen kann.

Bei einer Ausführungsform ist das optische System ausgebildet, die Eingangsstrahlen den Eingängen der Kombinationseinrichtung mit im Wesentlichen gleicher Leistung zuzuführen. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es für die kohärente Kombination günstig, wenn die zueinander kohärenten Eingangsstrahlen im Wesentlichen dieselbe Leistung bzw. Intensität aufweisen. Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Leistung eines Laserstrahls, der von der Strahlquelle erzeugt wird, in der Aufteilungseinrichtung zu gleichen Teilen auf die zueinander kohärenten Eingangsstrahlen aufgeteilt wird. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann von einer identischen Leistung der Eingangsstrahlen abgewichen werden, wenn diese Durchlaufen der Kombinationseinrichtung unterschiedliche Verluste erfahren. Die Leistung der einzelnen Eingangsstrahlen kann angepasst werden, um die unterschiedlichen Verluste beim Durchlaufen der Kombinationseinrichtung zu kompensieren, sodass bei der kohärenten Kombination ein optimaler Interferenzkontrast erzeugt wird. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das optische System ausgebildet, Eingangsstrahlen den Eingängen der Kombinationseinrichtung mit linearer Polarisation mit einer vorgegebenen Polarisationsrichtung oder mit zirkularer Polarisation zuzuführen. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist es günstig, wenn die Eingangsstrahlen der Kombinationseinrichtung mit einem definierten Polarisationszustand zugeführt werden, der von der jeweiligen Ausgestaltung der Kombinationseinrichtung abhängig ist.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeich nung. 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 abschlie ßende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1a eine schematische Darstellung einer Kombinationseinrichtung, die zur kohärenten Kombination von zwei zueinander kohärenten Eingangsstrahlen zu einem Ausgangsstrahl einen Polarisationsstrahlteiler und eine l/4-Verzögerungseinrichtung aufweist,

Fig. 1 b eine schematische Darstellung analog zu Fig. 1a, die zur kohärenten

Kombination von jeweils zwei einer Anzahl von 2N Eingangsstrahlen zu einem von N Ausgangsstrahlen ausgebildet ist,

Fig. 2a, b schematische Darstellungen von zwei Kombinationseinrichtungen, die zur Aufteilung von N + 1 Eingangsstrahlen auf jeweils zwei Teilstrahlen und zur kohärenten Kombination von jeweils zwei Teilstrahlen unterschiedlicher Eingangsstrahlen zu einem von N Ausgangsstrahlen ausgebildet sind,

Fig. 3a eine schematische Darstellung einer Kombinationseinrichtung, die zur kohärenten Kombination von zwei zueinander kohärenten Eingangsstrahlen zu einem Ausgangsstrahl ein Mach-Zehnder- Interferometer aufweist,

Fig. 3b eine schematische Darstellung einer Kombinationseinrichtung analog zu Fig. 3a, die zur Aufteilung von N + 1 Eingangsstrahlen auf jeweils zwei Teilstrahlen und zur kohärenten Kombination von jeweils zwei Teilstrahlen unterschiedlicher Eingangsstrahlen zu einem von N Ausgangsstrahlen ausgebildet ist, sowie

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines optischen Systems, das eine Kombinationseinrichtung gemäß Fig. 1a aufweist.

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

Fig. 1a zeigt eine Kombinationseinrichtung 3 zur kohärenten Kombination von zwei zueinander kohärenten Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 zu einem kombinierten Ausgangsstrahl 2.1. Die Kombinationseinrichtung 3 weist zwei Eingänge Ei, E2 auf, die zum Eintritt jeweils eines der Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 dienen. Die Kombinationseinrichtung 3 weist auch einen Ausgang Ai auf, der zum Austritt des bei der kohärenten Überlagerung gebildeten Ausgangsstrahls 2.1 dient. Die Kombinationseinrichtung 3 ist ausgebildet, die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 kollinear zu überlagern, wobei im gezeigten Beispiel eine deckungsgleiche Überlagerung zu dem Ausgangsstrahl 2.1 erfolgt.

Die in Fig. 1a gezeigte Kombinationseinrichtung 3 ermöglicht es, den Polarisationszustand des Ausgangsstrahls 2.1 einzustellen. In den gezeigten Beispielen handelt es sich bei dem Polarisationszustand, der mit Hilfe der Kombinationseinrichtung 3 eingestellt wird, um die Polarisationsrichtung R eines linear polarisierten Ausgangsstrahls 2.1.

Während die Strahlverläufe in Fig. 1a und in den nachfolgenden Figuren in der Zeichenebene dargestellt sind, sind die Polarisationszustände in einer Propagationsrichtung senkrecht zur Zeichenebene dargestellt. Die Y-Richtung der in Fig. 1a gezeigten Polarisationszustände entspricht hierbei der s-Komponente, die X- Richtung der p-Komponente der Polarisation.

Die in Fig. 1a gezeigte Kombinationseinrichtung 3 ermöglicht es, eine Leistung PA des Ausgangsstrahls 2.1 einzustellen, die - abgesehen von parasitären Verlusten beim Durchtritt durch die optischen Elemente der Kombinationseinrichtung 3 - der Summe der Leistungen Pi, P2 der Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 entspricht, die kohärent zu dem Ausgangsstrahl 2.1 kombiniert werden.

Die Einstellung der Polarisationsrichtung R des Ausgangsstrahls 2.1 wird durch die Einstellung einer relativen Phasenlage Df- ₁₂ der in Fig. 1a dargestellten Phasen fi, y2 der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 ermöglicht. Die Einstellung der Polarisationsrichtung R des Ausgangsstrahls 2.1 erfolgt typischerweise ausschließlich durch die Einstellung der relativen Phasenlage Df- ₁₂ der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2, d.h. ohne dass zu diesem Zweck andere Parameter der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 oder Parameter von optischen Bauteilen der Kombinationseinrichtung 3 verändert werden. Die Leistungen Pi, P2 der Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 sind in der Regel gleich groß bzw. diese werden unterschiedlich gewählt, um eine Vorkompensation von parasitäten Verlusten vorzunehmen. Die Leistungen Pi, P2 der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 werden für die Einstellung ebenfalls nicht verändert. Da die relative Phasenlage Df- ₁₂ der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 hoch dynamisch eingestellt werden kann, kann auch die Polarisationsrichtung R des Ausgangsstrahls 2.1 mit Hilfe der Kombinationseinrichtung 3 hoch dynamisch eingestellt werden.

Die in Fig. 1a gezeigte Kombinationseinrichtung 3 weist zur kohärenten Überlagerung des ersten und zweiten Eingangsstrahls 1.1, 1.2 einen Polarisationsstrahlteiler 4 auf. Der Polarisationsstrahlteiler 4 ist Fig. 1a und in den nachfolgenden Figuren mit einem Punkt und einem Doppelfeil gekennzeichnet, um diesen von anderen, nicht polarisationssensitiven Bauteilen, z.B. von Intensitätsstrahlteilern, zu unterscheiden. Wie in Fig. 1a ebenfalls zu erkennen ist, sind die Polarisationsrichtungen R1, R2 der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 senkrecht zueinander ausgerichtet. Die Polarisatorachsen des Polarisationsstrahlteilers 4 sind parallel zu den Polarisationsrichtungen R1, R2 der jeweiligen Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 ausgerichtet, um eine maximale Transmission des ersten Eingangsstrahls 1.1 und eine maximale Reflexion des zweiten Eingangsstrahls 1.2 an dem Polarisationsstrahlteiler 4 zu erzeugen.

Bei der kohärenten Kombination der in den Polarisationsstrahlteiler 4 eintretenden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 wird ein elliptisch polarisierter austretender Strahl gebildet, bei dem die Halbachsen (Vorzugsachsen bzw. -richtungen) der elliptischen Polarisation unter 45° zur den beiden zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen R1, R2 der Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 ausgerichtet sind. Durch eine mit der 45°-Vorzugsrichtung übereinstimmende Ausrichtung der Vorzugsachse eines Phasenschiebeelements in Form einer l/4- Verzögerungseinrichtung 5 wird die elliptische Polarisation in eine lineare Polarisation des Ausgangsstrahls 2.1 konvertiert, deren Polarisationsrichtung R durch das Hauptachsenverhältnis und den Drehsinn der elliptischen Polarisation bestimmt ist. Die Einstellung der relativen Phasenlage Df _ΐ 2 zwischen den in den Polarisationsstrahlteiler 4 eintretenden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 verändert das Aspektverhältnis zwischen den Halbachsen der elliptischen Polarisation, aber nicht die Ausrichtung der Halbachsen unter 45° zu den beiden zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen R1, R2. Durch die Einstellung der relativen Phasenlage Dfΐ2 der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 kann daher die Polarisationsrichtung R des linear polarisierten Ausgangsstrahls 2.1 eingestellt werden. Bei der in Fig. 1a gezeigten Kombinationseinrichtung 3 sind die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 parallel ausgerichtet und der zweite Eingangsstrahl 1.2 wird an einem Umlenkspiegel 6 im Strahlweg vor dem Polarisationsstrahlteiler 4 um 90° umgelenkt, dies ist aber nicht zwingend erforderlich.

Die in Fig. 1b dargestellte Kombinationseinrichtung 3 unterscheidet sich von der in Fig. 1a dargestellten Kombinationseinrichtung 3 dadurch, dass diese ein Anzahl 2N von Eingängen Ei, ..., E2 _N +1 (N > 1 , z.B. N = 2, 3, 4, 5, ...) aufweist, die doppelt so groß ist wie die Anzahl N von Ausgängen A-i, ... , AN. Die Kombinationseinrichtung 3 dient zur kohärenten Kombination von jeweils zwei 1.1, 1.N+1; 1.2, 1.N+2; ... der an den Eingängen Ei, ..., E2N+1 eintretenden Eingangsstrahlen 1.1, ..., 1.N zu einem jeweiligen Ausgangsstahl A-i, ..., AN. Wie in Fig. 1b zu erkennen ist, wird hierbei eine erste Gruppe von N Eingangsstrahlen 1.1 , 1.N direkt auf einen allen Eingangsstrahlen 1.1, ..., 1.2N gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler 4 eingestrahlt und eine zweite Gruppe von N Eingangsstrahlen 1.N+1 , ... , 1 2N wird über einen Umlenkspiegel 6 zu dem Polarisationsstrahlteiler 4 umgelenkt. Die kohärente Kombination jeweils eines der Eingangsstrahlen 1.1 , ..., 1.N der ersten Gruppe mit jeweils einem der Eingangsstrahlen 1. N+1, ..., 1.2N der zweiten Gruppe an dem Polarisationsstrahlteiler 4 erfolgt wie in Zusammenhang mit Fig. 1a beschrieben unter Bildung von N Ausgangsstrahlen 2.1 , ..., 2.N. Die Eingangsstrahlen 1.1 , ..., 1.2N, die zu unterschiedlichen Ausgangsstrahlen 2.1 , ..., 2.N kombiniert werden, treffen hierbei an lateral zueinander versetzten Positionen auf den gemeinsamen Polarisationsstrahlteiler 4. Ein allen Ausgangsstrahlen 2.1 , ..., 2.N gemeinsames Phasenschiebeelement in Form einer l/4-Verzögerungseinrichtung 5 dient zur Erzeugung einer linearen Polarisation des jeweiligen Ausgangsstrahls 2.1, ..., 2.N. Die Polarisationsrichtung eines jeweils linear polarisierten Ausgangsstrahls 2.1 , ... , 2.N kann mit Hilfe der relativen Phase zwischen den jeweiligen Eingangsstrahlen 1.1, 1.N+1 , 1.2, ..., 1.N+2, ... individuell eingestellt werden, wie in Fig. 1b durch unterschiedlich ausgerichtete Pfeile dargestellt ist.

Der in Fig. 1b dargestellten Kombinationseinrichtung 3 werden alle Eingangsstrahlen 1.1, ... , 1 2N an den Eingängen Ei, ... , EN mit der gleichen Polarisationsrichtung R1 zugeführt. Um eine senkrechte Ausrichtung der Polarisationsrichtungen R1, R2 der jeweiligen an dem Polarisationsstrahlteiler 4 kohärent überlagerten Eingangsstrahlen 1.1, 1.N+1 ; 1.2, 1.N+2, ... zu erreichen, durchläuft die zweite Gruppe von Eingangsstrahlen 1.N+1 , ..., 1.2N eine polarisationsdrehende Einrichtung 7, die im gezeigten Beispiel als l/2-Verzögerungselement ausgebildet ist, um die Polarisationsrichtung der zweiten Gruppe von Eingangsstrahlen 1.N+1 , ..., 1.2N um 90° zu drehen, bevor diese auf den Polarisationsstrahlteiler 4 treffen.

Fig. 2a, b zeigen zwei Beispiele von Kombinationseinrichtungen 3, die sich von den in Fig. 1a.b gezeigten Kombinationseinrichtungen 3 dadurch unterscheiden, dass diese eine Anzahl N+1 von Eingängen Ei, ..., EN+I aufweisen, die um Eins größer ist als die Anzahl N von Ausgängen A-i, ... , AN. Die Kombinationseinrichtungen 3 sind ausgebildet, die N+1 Eingangsstrahlen 1.1, ..., 1.N+1 auf jeweils zwei Teilstrahlen 8.1a, 8.1b; 8.2a, 8.2b, ..., 8.N+1a, 8.N+1b aufzuteilen, die - mit Ausnahme von zwei der Teilstrahlen 8.1b, 8.N+1a, die als Diagnosestrahlen Di, D _N+I dienen - kohärent zu einem der N Ausgangsstrahlen 2.1, ... , 2. N kombiniert werden. Als Aufteilungselemente wird bei der in Fig. 2a dargestellten Kombinationseinrichtung 3 eine der Anzahl N+1 der Eingänge Ei, ..., E _N+I entsprechende Anzahl an Polarisationsstrahlteilern 4.1, ..., 4. N+1 verwendet, während in Fig. 2b zu diesem Zweck ein gemeinsamer Polarisationsstrahlteiler 4 dient.

Bei der in Fig. 2a gezeigten Kombinationseinrichtung 3 dienen die ersten N Polarisationsstrahlteiler 4.1 , ..., 4.N als Kombinationselement zur kohärenten Kombination eines ersten Teilstrahls 8.1a, ..., 8. Na eines jeweiligen Eingangsstrahls 1.1, ..., 1.N, der von einem zugehörigen Eingang Ei, ..., E _N auf den jeweiligen Polarisationsstrahlteiler 4.1 , ..., 4.N eingestrahlt und von diesem transmittiert wird, mit einem zweiten Teilstrahl 8.2b, ..., 8.N+1b eines jeweils benachbarten Eingangsstrahls 1.2, ..., 1. N+1, der von dem diesem Eingangsstrahl 1.2, ..., 1.N+1 zugeordneten benachbarten Polarisationsstrahlteiler 4.2, ..., 4. N+1 reflektiert wird. Die Ausgangsstrahlen 2.1 , ... , 2.N werden mit H ilfe einer jeweiligen Phasenschiebeeinrichtung 5.1, ..., 5.N linear polarisiert. Die Polarisationsrichtung eines jeweiligen linear polarisierten Ausgangsstrahls 2.1, ..., 2.N kann wie bei den weiter oben beschriebenen Kombinationseinrichtungen 3 durch eine geeignete Festlegung der relativen Phasenlage von jeweils zwei benachbarten Eingangsstrahlen 1.1, ..., 1.N eingestellt werden.

Bei dem in Fig. 2b gezeigten Beispiel dient ein gemeinsamer Polarisationsstrahlteiler 4 sowohl als gemeinsames Aufteilungselement zur Aufteilung aller Eingangsstrahlen 1.1, ..., 1.N+1 auf jeweils zwei Teilstrahlen 8.1a, 8.1b; 8.2a, 8.2b, ... . Der Polarisationsstrahlteiler 4 dient zudem als gemeinsames Kombinationselement zur Kombination von jeweils zwei der Teilstrahlen 8.1a, 8.2b; 8.2a, 8.3b, ... benachbarter Eingangsstrahlen 1.1 , ..., I.N zu einem jeweiligen Ausgangsstrahl 2.1 , ..., 2.N. Um den Polarisationsstrahlteiler 4 sowohl als Aufteilungselement und als Kombinationselement nutzen zu können, wird eine Gruppe von ersten Teilstrahlen 8.1a, ..., 8.1 Na, die von dem Polarisationsstrahlteiler 4 transmittiert werden, an einem ersten Umlenkspiegel 6a um 90° zurück zu dem Polarisationsstrahlteiler 4 umgelenkt und eine Gruppe von zweiten Teilstrahlen 8.1b, ... 8.N+1b wird von einem zweiten Umlenkspiegel 6b zurück zu dem Polarisationsstrahlteiler 4 umgelenkt. Der erste Teilstrahl 8.1a des ersten Eingangsstrahls 1.1 und der zweite Teilstrahl 8.N+1b des N+1-ten Eingangsstrahls 1.N+1 dienen als Diagnosestrahlen Di, DN+I und werden nicht für die kohärente Kombination genutzt. Bei der in Fig. 2b dargestellten Kombinationseinrichtung 3 wird eine gemeinsame Phasenschiebeeinrichtung in Form einer l/4-Verzögerungseinrichtung 5 zur Erzeugung einer linearen Polarisation des jeweiligen Ausgangsstrahls 2.1 , ... , 2. N mit einer einstellbaren Polarisationsrichtung verwendet.

Fig. 3a zeigt eine Kombinationseinrichtung 3, die wie die in Fig. 1a gezeigte Kombinationseinrichtung 3 zwei Eingänge Ei, E2 zum Eintritt eines jeweiligen Eingangsstrahls 1.1, 1.2 und einen Ausgang Ai zum Austritt eines Ausgangsstrahls 2.1 aufweist. Die Kombinationseinrichtung 3 umfasst ein Mach-Zehnder- Interferometer 9, das einen ersten Strahlkanal 12a zur Propagation eines ersten Teilstrahls Ta und einem zweiten Strahlkanal 12b zur Propagation eines zweiten Teilstrahls Tb aufweist. Das Mach-Zehnder-Interferometer 9 umfasst auch ein Aufteilungselement 10 in Form eines Intensitätsstrahlteilers zur Aufteilung der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 auf die beiden Teilstrahlen Ta, Tb und ein Kombinationselement 11 in Form eines Intensitätsstrahlteilers zur kohärenten Kombination der beiden Teilstrahlen Ta, Tb zu dem Ausgangsstrahl 2.1. In dem ersten Strahlkanal 12a ist ein erster Reflektor in Form eines Umlenkspiegels 6a angeordnet, welcher den ersten Teilstrahl Ta um 90° zu dem Kombinationselement 11 um lenkt. Entsprechend ist in dem zweiten Strahlkanal 12b ein zweiter Reflektor 6b in Form eins Umlenkspiegels angeordnet, welcher den zweiten Teilstrahl Tb um 90° zu dem Kombinationselement 11 umlenkt.

Für die kohärente Kombination werden der Kombinationseinrichtung 3 der erste Eingangsstrahl 1.1 und der zweite Eingangsstrahl 1.2 mit zirkularer Polarisation, d.h. mit einem zirkularen Polarisationszustand zugeführt, wobei eine Drehrichtung D1 des zirkularen Polarisationszustands des ersten Eingangsstrahls 1.1 entgegengesetzt zu einer Drehrichtung D2 des zirkularen Polarisationszustands des zweiten Eingangsstrahls 1.2 verläuft. Wie in Fig. 3a ebenfalls zu erkennen ist, wird der zweite Eingangsstrahl 1.2 an einem weiteren Reflektor in Form eines weiteren Umlenkspiegels 6c um 90° zu dem Aufteilungselement 10 des Mach-Zehnder- Interferometers 9 umgelenkt.

Bei der kohärenten Kombination an dem Aufteilungselement 10 des Mach-Zehnder- Interferometers 9 werden aus den beiden gegenläufig zirkular polarisierten Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 die beiden weiter oben beschriebenen Teilstrahlen Ta, Tb gebildet, die linear polarisiert sind und deren Polarisationsrichtungen R1, R2 zunächst um 90° zueinander gedreht sind, aber mit Hilfe einer in dem Mach- Zehnder-Interferometer 9 angeordneten Polarisations-Beeinflussungseinrichtung in Form eines optischen Rotators 13, genauer gesagt eines geeignet ausgerichteten Quarzkristalls, die Polarisationsrichtung R1 des ersten Teilstrahls Ta um 90° gedreht wird, so dass die Polarisationsrichtung R1 des ersten Teilstrahls Ta nach dem Durchlaufen des optischen Rotators 13 parallel zur Polarisationsrichtung R2 des zweiten Teilstrahls Tb ausgerichtet ist.

Es versteht sich, dass eine solche parallele Ausrichtung der Polarisationsrichtungen R1 , R2 der beiden Teilstrahlen Ta, Ta auch erreicht werden kann, wenn an Stelle eines einzigen optischen Rotators 13 zwei oder mehr optische Rotatoren in den jeweiligen Strahlkanälen 12a, 12b angeordnet sind, die eine geeignete Drehung der jeweiligen Polarisationsrichtungen R1, R2 der beiden Teilstrahlen Ta, Tb bewirken. Durch die Einstellung der relativen Phasenlage Df _ΐ 2 zwischen dem ersten Eingangsstrahl 1.1 und dem zweiten Eingangsstrahl 1.2 lässt sich bei der kohärenten Kombination die Polarisationsrichtung R1, R2 der beiden Teilstrahlen Ta, Tb und somit die Polarisationsrichtung R des linear polarisierten Ausgangsstrahls 2.1 der Kombinationseinrichtung 3 einstellen. An Stelle der Intensitätsstrahlteiler können in dem Mach-Zehnder-Interferometer 9 als Aufteilungselement 10 und als Kombinationselement 11 auch Polarisationsstrahlteiler verwendet werden.

Fig. 3b zeigt eine Kombinationseinrichtung 3, die sich von der in Fig. 3a gezeigten Kombinationseinrichtung 3 dadurch unterscheidet, dass diese eine Anzahl von vier Eingängen Ei bis E4 und eine Anzahl von drei Ausgängen Ai bis A3 aufweist. Die Kombinationseinrichtung 3 von Fig. 3b stellt somit einen Spezialfall (N = 3) einer Kombinationseinrichtung 3 mit einer Anzahl von N + 1 Eingängen und N Ausgängen dar. Wie dies weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 2a, b beschrieben wurde, weist die Kombinationseinrichtung 3 ein Aufteilungselement 10 auf, das in Fig. 3b als Intensitätsstrahlteiler ausgebildet ist und die vier Eingangsstrahlen 1.1 bis 1.4, die an den jeweiligen Eingängen Ei bis E ₄ in die Kombinationseinrichtung 3 eintreten, auf jeweils einen ersten Teilstrahl 8.1a bis 8.3a, D ₄ und auf einen zweiten Teilstrahl Di, 8.2b bis 8.4b aufteilt. Wie weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 2a, b beschrieben wurde, dient der zweite Teilstrahl des ersten Eingangsstrahls 1.1 als Diagnosestrahl Di. Entsprechend dient auch der erste Teilstrahl des vierten Eingangsstrahls 1.4 als Diagnosestrahl D _4. Die übrigen ersten Teilstrahlen 8.1a bis 8.3a werden jeweils paarweise mit den zweiten Teilstrahlen 8.2b bis 8.4b zu den drei Ausgangsstrahlen 2.1 bis 2.3 kombiniert, die an den drei Ausgängen A-i, A ₂ , A ₃ austreten.

Die Aufteilung jeweils eines Paars von Teilstrahlen 8.1a, 8.2.b; 8.2a, 8.3b; 8.3a, 8.4b benachbarter Eingangsstrahlen 1.1 bis 1.4 auf einen von drei ersten Sub-Teilstrahlen T1a, T2a, T3a, die den ersten Strahlarm 12a durchlaufen, und auf einen von drei zweiten Sub-Teilstrahlen T1b, T2b, T3b, die den zweiten Strahlarm 12b durchlaufen, erfolgt an einem weiteren Aufteilungselement 14 des Interferometers 9, das in Form eines Intensitätsstrahlteilers ausgebildet ist, der bei dem in Fig. 3b gezeigten Beispiel auch als Aufteilungselement 10 und als Kombinationselement 11 dient.

Die Eingangsstrahlen 1.1 bis 1.4 treten an den Eingängen Ei bis E ₄ zirkular polarisiert in die Kombinationseinrichtung 3 ein und weisen eine erste Drehrichtung D1 auf. Die zweiten Teilstrahlen Di, 8.2b bis 8.4b der vier Eingangsstrahlen 1.1 bis 1.4 durchlaufen im Strahlweg vor dem weiteren Aufteilungselement 14 ein phasenbeeinflussendes Element 15, das zur Umkehrung der Drehrichtung D1 der zirkularen Polarisation der zweiten Teilstrahlen Di, 8.2b bis 8.4b dient. Die ersten Teilstrahlen 8.1a bis 8.3a, D ₄ und die zweiten Teilstrahlen Di, 8.2b bis 8.4b treffen daher auf die weitere Aufteilungseinrichtung 14 zirkular polarisiert und mit gegenläufiger Drehrichtung D1, D2. Die kohärente Kombination in dem Interferometer 9 erfolgt unter Verwendung eines optischen Rotators 13, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 3a beschrieben wurde. Die Kombinationseinrichtung 3 weist auch drei Reflektoren in Form von Umlenkspiegeln 6a, c, 6a, 6d auf.

Fig. 4 zeigt ein optisches System 30, das eine Strahlquelle 31 zur Erzeugung eines Laserstrahls E sowie eine Aufteilungseinrichtung 32 zur Aufteilung des Laserstrahls E (genauer gesagt der Leistung des Laserstrahls E) zu gleichen Teilen auf die zwei zueinander kohärente Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 aufweist, so dass die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 nach der Aufteilung identische Leistungen aufweisen. Das optische System 30 umfasst weiterhin eine Phasen-Modulationseinrichtung 33, die zur schnellen Modulation der relativen Phasenlage Df _ΐ 2 (vgl. Fig. 1a) der beiden Laserstrahlen 1, 2 ausgebildet ist, die nach einer (optionalen) Konversion (s.u.) die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 der Kombinationseinrichtung 3 bilden, die im Strahlweg nach der Phasen-Modulationseinrichtung 33 angeordnet ist. Bei dem in Fig. 4 gezeigten optischen System 30 ist die Aufteilungseinrichtung 32 in der Strahlquelle 31 angeordnet und die Strahlquelle 31 koppelt die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 in die Phasen-Modulationseinrichtung 33 ein.

Die Kombinationseinrichtung 3 ist im gezeigten Beispiel wie in Fig. 1a gezeigt ausgebildet und überlagert die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 kohärent zu dem Ausgangsstrahl 2.1. Die Kombinationseinrichtung 3 kann auch wie in Fig. 1b, Fig.

2a, b oder wie in Fig. 3a, b dargestellt ausgebildet sein und weist in diesem Fall eine entsprechend angepasste Anzahl von Eingängen und Ausgängen auf.

Das optische System 30 weist eine Applikationseinrichtung 34 auf, bei der es sich im gezeigten Beispiel um eine Bearbeitungseinrichtung in Form eines Bearbeitungskopfs handelt, der zur Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe des Ausgangsstrahls 2.1 dient. Für die Positionierung des Ausgangsstrahls 2.1 bzw. mehrerer Ausgangsstrahlen 2.1, 2.2, ... relativ zum Werkstück kann die Applikationseinrichtung 34 Translationseinheiten zur Bewegung des Bearbeitungskopfs und/oder des Werkstücks aufweisen. Die Applikationseinrichtung kann auch eine Scannereinrichtung zur dynamischen Strahlpositionierung (2 D, 2,5 D) aufweisen und/oder ausgebildet sein eine räumlich-zeitliche Strahlformung, eine Lageerkennung (vor dem Prozess) und/oder eine Prozesskontrolle (in-situ, ex-situ) durchzuführen.

Bei dem optischen System 30 ist zwischen der Phasen-Modulationseinrichtung 33 und der Kombinationseinrichtung 3 eine Konversionseinrichtung 35 angeordnet. Die Konversionseinrichtung 35 kann eine oder mehrere Funktionen erfüllen und auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein, wie nachfolgend näher beschreiben wird. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Strahlquelle 31 um einen Seed-Laser eines MOPA (Master Oscillator Power Amplifier)-Systems. Die Konversionseinrichtung 35 beinhaltet in diesem Fall mindestens einen Endverstärker des MOPA-Systems, in dem die beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 vor der Zuführung zur Kombinationseinrichtung 3 verstärkt werden. Die Phasen-Modulationseinrichtung 33 ist in diesem Fall im Strahlweg vor dem Endverstärker bzw. der Konversionseinrichtung 35 angeordnet. Dies ist günstig, da in der Phasen- Modulationseinrichtung 33 in diesem Fall optische Komponenten verwendet werden können, die weder eine hohe Leistungstauglichkeit noch eine hohe Effizienz aufweisen müssen. Im Sinne einer geeigneten Gesamtsystemauslegung weist der Seedlaser typisch eine geringe jedoch passende Leistung auf, indem bei Bedarf bereits im Seed-Laser eine Vorverstärkung erfolgt. Die mittlere Leistung und/oder die Spitzen-Leistung des Ausgangstrahls 2.1 ist bei einem optischen System 30 in Form eines MOPA-Systems aufgrund der Verwendung des Endverstärkers hingegen groß. Bei der Konversionseinrichtung 35 des optischen Systems 30 kann es sich aber auch um eine andere Art von optischem Verstärker handeln.

Die Strahlquelle 31 kann zur Erzeugung eines c/w-Laserstrahls und/oder eines gepulsten Laserstrahls E ausgebildet sein. Die Strahlquelle 31 kann beispielsweise einen Ultrakurzpuls-Laserstrahl mit Laserpulsen erzeugen, deren Pulsdauern in der Größenordnung von ps oder von fs liegen. Bei Ultrakurzpulslasern wird häufig die so genannte Chirped Pulse Amplification (CPA) eingesetzt, bei der zeitlich gestreckte Pulse verstärkt und nachfolgend komprimiert werden. Typisch stellt die Strahlquelle in diesem Fall zeitlich gestreckte Pulse bereit, wobei die Streckung vor der Aufteilungseinrichtung 32 erfolgt. Die CPA-Technologie kann mit der hier beschriebenen kohärenten Kopplung der beiden Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 zu dem Ausgangsstrahl 2.1 in der Kombinationseinrichtung 3 kombiniert werden. In diesem Fall kann die Konversionseinrichtung 35 beispielsweise einen Pulskompressor des CPA-Systems bilden oder beinhalten. Die Konversionseinrichtung 35 kann aber auch generell zur Pulsformung der in diesem Fall gepulsten Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 ausgebildet sein. Die Konversionseinrichtung 35 kann auch zur Frequenzkonversion der Eingangsstrahlen 1.1, 1.2 dienen. In diesem Fall wird die kohärente Überlagerung in der Kombinationseinrichtung 3 mit einer in der Konversionseinrichtung 35 im Strahlweg vor der Kombinationseinrichtung 3 stattfindenden Frequenzkonversion kombiniert. Das optische System 30, auch in Form eines MOPA-Systems, ist mit einerzwischen der Strahlquelle 31 und der Kombinationseinrichtung 3 angeordneten Frequenzkonversionseinrichtung kompatibel.

Es versteht sich, dass die Konversionseinrichtung 35 auch ausgebildet sein kann, mehrere der weiter oben beschriebenen Funktionen oder andere Funktionen zu erfüllen. Beispielsweise kann die Konversionseinrichtung 35 zur Einstellung bzw. zur Anpassung der für die jeweilige Applikation erforderlichen Strahl- bzw. Puls- Parameter wie Pulsenergie, Pulsdauer, etc. dienen. Die Konversionseinrichtung 35 kann auch für den Strahltransport bzw. für eine flexible Strahlführung verwendet werden. Das optische System 30 kann auch mehrere Konversionseinrichtungen 35 aufweisen.

Beispielsweise kann eine Konversionseinrichtung 35 in die Applikationseinrichtung 34 integriert sein und zur Polarisationsbeeinflussung des Ausgangsstrahls 2.1 dienen. Beispielsweise kann die Applikationseinrichtung 34 bzw. die Konversionseinrichtung 35 für die Zuführung des Ausgangsstrahls 2.1 zu dem Werkstück eine doppelbrechende Komponente, z.B. eine optische Faser, insbesondere einen faserbasierten Verstärker, aufweisen. In diesem Fall kann die Kombinationseinrichtung 3 eine Vor-Kompensation der bei der Zuführung des Ausgangsstrahls 6 zu dem Werkstück erzeugten Doppelbrechung vornehmen. Typischerweise wird die Vor-Kompensation vorgenommen, indem die relative Phasenlage Df _ΐ 2, die durch die Phasen-Modulationseinrichtung 33 eingestellt wird, geeignet angepasst wird, so dass sich am Werkstück der zu erzielende Polarisationszustand bzw. die Polarisationsrichtung R des Ausgangsstrahls 2.1 einstellt. Auf diese Weise können in dem optischen System 30 auch nicht polarisationserhaltende Transportfasern eingesetzt werden oder das MOPA-Konzept kann modifiziert werden, indem die Überlagerung vor dem (typischerweise faserbasieren) Endverstärker erfolgt, der in diesem Fall in die Applikationseinrichtung 34 integriert ist. Das weiter oben beschriebene optische System 30 kann beispielsweise für das Einschreiben von Voxeln in transparente Materialien für die Datenspeicherung dienen. Das optische System 30 kann auch für die Herstellung von optischen Komponenten basierend auf einer räumlich abhängigen Polarisationsmanipulation eingesetzt werden. Die schnelle Polarisationsänderung, die mit dem optischen System 30 erzeugt wird, kann auch für andere Anwendungen, z.B. für Analyseverfahren, vorteilhaft eingesetzt werden. Es versteht sich, dass die Funktionalitäten, die mit Hilfe der weiter oben beschriebenen optischen Bauteile bzw. Komponenten des optischen Systems 30 realisiert werden, auch mit Hilfe von auf andere Weise ausgebildeten optischen Bauteilen realisiert werden können, welche dieselbe Funktionalität erfüllen.