用于组合相干激光射束的设备、激光系统和方法与流程

1.本发明涉及一种用于组合多个相干激光射束的设备，所述设备包括：分离装置，所述分离装置用于将输入激光射束分离成多个相干激光射束，多个相位调整装置，所述相位调整装置用于调整所述相干激光射束中的一个相干激光射束的相应的相位，以及射束组合装置，所述射束组合装置用于将所述相干激光射束组合成至少一个组合激光射束，所述相干激光射束从网格布置中的多个网格位置出发。本发明还涉及一种用于尤其借助这样的设备组合多个相干激光射束的方法。


背景技术：

2.在本技术的意义下，“相干激光射束”理解为激光射束彼此间的时间相干性。通常，激光射束空间相干性可能降低，即激光射束在空间上可能部分相干，即不一定涉及单模激光射束。例如，激光射束可以由多模源产生并且形成例如较高模的高斯模、例如拉盖尔-高斯模、厄密高斯模或者它们的叠加。然而，优选地，激光射束不仅在时间上而且在空间上相干。
3.在相干射束组合的情况下，从网格布置的多个网格位置出发的多个激光射束叠加成组合激光射束，该组合激光射束具有相应较高的功率。这样的射束组合可以(几乎没有射束质量的损耗地)衍射地、反射地(例如通过分节镜)、干涉测量地(interferometrisch)或者通过偏振耦合进行。
4.在us 2013 010 7343 a1中说明了一种激光系统，该激光系统具有呈种子激光器形式的激光源以及光学放大系统，该光学放大系统产生经放大的激光输出。激光系统可以具有用于多个光学放大器的带有相位调制功能的相位控制电路，该相位控制电路包括用于测量所述光学放大器的总输出强度的传感器。相位控制电路可以改变多个光学放大器中的各个光学放大器之间的相位或相对相位关系，以便使光学放大器的总输出强度最大化。激光系统可以包括相干远场组合器，该相干远场组合器用于组合光学放大器的输出，该相干远场组合器包括一对微透镜阵列。
5.由us 2013 010 7343 a1因此已知，将具有一对微透镜阵列的(微)透镜组件用作用于将多个相干激光射束相干地组合成组合激光射束的射束组合装置。也在de 10 2018 211 971 a1中或在wo 2020/016336 a1中说明了一种用于形成至少一个组合激光射束的射束组合装置，该射束组合装置具有微透镜组件，该微透镜组件具有至少两个微透镜阵列。借助至少两个微透镜阵列进行的射束组合基于(两级式)成像均化器的原理。在那里也给出，应如何在微透镜布置的参数(微透镜的网格间距(节距)、微透镜的焦距或微透镜布置的焦距、微透镜阵列的间距、...)方面优化这种微透镜布置，以便产生具有经优化的高射束质量(》90％)的组合激光射束。在倒转射束路径时，该原理能够实现所生成的强度峰值的均匀分布并且因此能够实现高的分束效率。
6.各种各样的激光应用过程，例如增材生产、标记以及焊接(不仅在微观上而且在宏观上)或者激光网络中的激光切换过程，都需要快速偏转激光射束的焦点位置(扫描)或者
分离激光射束以定向至多个焦点位置(分束)。在一些激光材料加工工艺中，例如在分割透明材料时，可能需要高的平均激光功率(在kw范围中)和高的脉冲能量(在mj范围中)。


技术实现要素：

7.本发明所基于的任务在于，提供一种设备、一种激光系统和一种相关的用于组合相干激光射束的方法，所述设备、所述激光系统和所述方法使得在高激光功率的情况下也能够在组合时几乎完全地保持射束质量并且附加地使得能够对组合激光射束进行快速偏转和/或以输入功率的预给定的分离对组合激光射束进行射束分离。
8.根据本发明，通过一种开头提及类型的设备来解决该任务，在该设备中，射束组合装置具有微透镜布置，该微透镜布置具有恰好一个微透镜阵列。
9.发明人已认识到，当在具有(至少)两个微透镜阵列的成像均化器中组合相干激光射束时，(至少)一个微透镜阵列位于另一个微透镜阵列的焦点中或焦平面中。由此可能导致微透镜阵列中的烧穿这造成功率损失并且妨碍在高的平均激光功率和平均脉冲能量的情况下的材料加工。在最坏的情况下，可能毁坏处在另一个微透镜阵列的焦平面中的微透镜阵列。
10.因此，在本发明中提出，仅使用唯一的微透镜阵列来组合相干激光射束，以定义的参数(微透镜的网格间距(节距)、微透镜的焦距、...)使用该唯一的微透镜阵列来组合相干激光射束。借助这样的射束组合装置使用非成像的、单级的均化器的原理，即仍仅使用唯一的微透镜阵列来进行组合。由此降低均质性，从而不再能够发生具有足够均质性的分束。
11.发明人已认识到，虽然在分束时不能够实现足够的分束效率，但是借助适合地选择的参数以及借助单级的均化器可以实现具有足够高的组合效率的射束组合，该组合效率例如大于大约65％(在三个相干激光射束的情况下)、大于大约85％(在五个相干激光射束的情况下)或者以上。这尤其由于下述原因是可能的：可以适合地(例如均匀地)选择网格位置上的相干激光射束的强度。此外，如果相干激光射束的数量增加，例如增加微大于十的数量，则甚至可以实现大于90％的组合效率。
12.在本技术的意义上，具有恰好一个微透镜阵列的微透镜布置应理解为，在进行射束组合的相应的方向上(例如在x方向上或者在y方向上)仅唯一的微透镜阵列的微透镜实现该射束组合。对于在两个方向上(例如在x方向和y方向上)进行射束组合的情况，在该定义的意义上，恰好一个微透镜阵列可以具有两个交叉的圆柱透镜阵列，其中，相应的圆柱透镜阵列的微透镜仅在一个方向(x方向或者y方向)上起作用。在这种情况下，两个圆柱透镜阵列典型地直接相邻地布置，即这些圆柱透镜阵列(几乎)位于一个共同的平面中。对于二维的射束组合，替代两个交叉的圆柱透镜阵列地，可以使用唯一的微透镜阵列，该唯一的微透镜阵列例如具有正方形的或者矩形的微透镜。
13.在de 10 2018 211 971 a1中或在wo 2020/016336 a1中描述的、用于这样的微透镜布置的优化的参数的条件相应地也适用于在此描述的单级的均化器。然而，具有至少两个微透镜阵列的微透镜布置的(有效)焦距被恰好一个微透镜阵列的焦距替代。de 10 2018 211 971 a1或wo 2020/016336 a1通过引用而以其整体变成本技术的内容。
14.用于分离输入激光射束的分离装置例如可以是例如呈单个或者多个微透镜阵列形式的常规1至n耦合装置、光纤分路器、多个串联连接的分束器立方体、偏振分束器、用于
分束的衍射晶格(beugungsgitter)等。输入激光射束可以是由激光源产生的种子激光射束，或者输入激光射束例如可以由激光源的种子激光射束通过分离和相干的组合来产生。
15.替代地，例如呈光纤振荡器、激光二极管等形式的多个激光源也可以用于产生多个相干激光射束，从而可以省去分离装置。在这种情况下，包含至少一个激光源的激光系统具有用于操控激光二极管或激光源的控制装置，以便产生相干激光射束。(一个或者多个)激光源可以构造用于产生超短脉冲激光射束，即用于产生具有小于例如10-12
s的脉冲持续时间的相干激光射束。
16.原则上，网格布置的网格位置可以沿着直线或者曲线(一维网格布置)或者沿着平面或者弯曲的面(二维网格布置)形成。相干激光射束沿着网格布置如此远地分离或彼此间隔开，使得实现期望的填充系数。网格布置的网格位置可以形成在光纤的端面侧(发射面)或者别的发射器的端面侧上，在所述端面侧上发射相应的相干激光射束。在这种情况下，光纤、更准确地说所述光纤的端面侧布置在网格布置中，并且网格位置相应于在光纤的端面侧上的发射面。但是，网格位置或网格布置也可以相应于发射面的近场或远场，即网格位置可以沿着空间中的曲线或面布置，发射面成像或者聚焦到该面上，从而网格位置的位置分布相应于发射面的(可能经缩放的)位置分布。
17.因此，网格布置形成空间中的曲线或面，沿着该曲线或面存在网格位置之间的或相干激光射束之间的期望间距。在将傅立叶透镜用于耦合输入相干激光射束的情况下(见下文)，该期望间距例如存在于傅立叶透镜的焦平面中。
18.在一种实施方式中，相干激光射束从多个网格位置出发，所述多个网格位置沿着第一方向布置，其中，所述相干激光射束和所述微透镜阵列满足下述条件：
19.n＝p
x2
/(λ
l f
ml
)，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
20.其中，n表示沿着第一方向布置的网格位置的数量，p
x
表示微透镜阵列的微透镜在第一方向上的网格间距，λ
l
表示激光波长，f
ml
表示微透镜阵列的焦距。
21.对于网格布置中的网格位置附加地沿着优选垂直于第一方向的第二方向布置的情况，相干激光射束和微透镜布置典型地附加地满足下述条件：
22.m＝p
y2
/(λ
lfml
)，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
23.其中，m表示沿着第二方向布置的网格位置的数量，py表示相应的微透镜阵列的微透镜在第二方向上的网格间距。
24.发明人已认识到，在组合成组合激光射束的情况下，当满足上述等式(1)或(2)时，即使在单级的均化器的情况下，单个相干激光射束的射束质量也几乎完全地保持。
25.应当理解，在实践中无法精确地遵守等式(1)。对于偏离等式(1)的情况，叠加的激光射束的射束质量变差。在本技术的意义下，当等式(1)的右侧与等式(1)的左侧上的(整数的)值n相差不多于20％、优选不多于10％、尤其不多于5％时，即当适用：|n
–
p
x2
/(λ
l f
ml
)|《0.2、优选《0.1、尤其《0.05时，视为满足上述等式(1)。相应内容也适用于等式(2)，即|m
–
p
y2
/(λ
l fe)|《0.2、优选《0.1、尤其《0.05。
26.在另一种实施方式中，该设备构造用于将在第一方向上相邻的相干激光射束以预给定的角度差δθ
x
耦合输入到微透镜布置中，对于所述角度差适用：
27.δθ
x
＝λ
l
/p
x
，
28.其中，λ
l
表示激光波长，p
x
表示微透镜阵列的微透镜在第一方向上的网格间距。
29.为了将相干激光射束组合成组合激光射束，典型地需要或有利的是，将相邻的相干激光射束以上文给出的角度差δθ
x
耦合输入到微透镜布置中。为了满足这个条件，如下网格位置可以定向为相对于x彼此成相应的角度差δθ
x
并且例如等距地布置在圆弧上：所述相干激光射束从所述网格位置出发。在这种情况下，相干激光射束的聚焦可以例如借助单个透镜或者借助另外的微透镜阵列进行，所述单个透镜布置在相干激光射束中的一个相干激光射束的相应的射束路径中，但是，必要时也可以省去这种透镜的设置。相应的条件适用于在第二方向y上的相邻的相干激光射束之间的角度差，即适用：δθy＝λ
l
/py。当适用：|δθ
x-λ
l
/p
x
|《0.2、优选《0.1、尤其《0.05时，或当适用：|δθ
y-λ
l
/py|《0.2、优选《0.1、尤其《0.05时，视为满足上文给出的条件。
30.在另一种实施方式中，该设备进一步包括：耦合输入光学器件，所述耦合输入光学器件用于将所述相干激光射束耦合输入到所述微透镜布置中，其中，所述耦合输入光学器件具有至少一个聚焦装置、尤其是至少一个聚焦透镜，用以将多个相干激光射束聚焦到微透镜布置上。在这种情况下使用耦合输入光学器件，该耦合输入光学器件布置在如下网格位置与微透镜布置之间：所述相干激光射束从所述网格位置出发。对于相干激光射束的射束路径太长而无法满足上文给出的条件的情况，耦合输入光学器件可以具有例如呈至少两个透镜形式的望远镜式的光学器件。
31.耦合输入光学器件不是一定必需的，但是例如在设置该激光系统或该设备时可能是有利的。耦合输入光学器件尤其可以用于满足上文给出的对角度差δθ
x
或δθy的条件，而不必为此目的使网格位置上的相干激光射束的射束出射方向定向为相对于彼此成一角度。为此目的，使用以下聚焦透镜(傅立叶透镜)证明是有利的：所述聚焦透镜布置成与微透镜布置的间距基本上为聚焦透镜的焦距。在这种情况下，相干激光射束可以基本上彼此平行定向地照射聚焦透镜并且聚焦到微透镜布置上，更准确地说，聚焦到微透镜阵列上。照射所述一个微透镜阵列的相干激光射束的焦点或射束直径明显大于在使用两个微透镜阵列的情况下会照射第一微透镜阵列上的子焦点(teilfoki)。此外，在所述一个微透镜阵列上形成的组合激光射束的射束直径可以通过网格位置上的相干激光射束的填充系数以及通过微透镜阵列的微透镜的网格间距来调整。
32.例如，在这种情况下，网格位置可以布置在一个线上，即相干激光射束的射束出射方向或者说坡印亭向量彼此平行地定向。耦合输入光学器件的使用或设计和网格位置的布置与框架条件相关，例如与所使用的激光源相关。例如耦合输入光学器件的使用适合于网格位置形成平行延伸的光纤的端面侧的情况。
33.在一种扩展方案中，相干激光射束从多个网格位置出发，所述多个网格位置沿着第一方向布置并且彼此间具有间距δx，所述间距由以下得出：
34.δx＝λ
l f
flin
/p
x
，
35.其中，λ
l
表示激光波长，f
flin
表示聚焦装置的焦距，p
x
表示微透镜阵列的微透镜在第一方向上的网格间距。对于网格位置附加地沿着第二方向(例如y方向)布置的情况，对于第二方向y上的间距δy相应地适用：δy＝λ
l f
flin
/py，其中，py表示微透镜阵列在第二方向y上的网格间距。
36.对于激光射束平行延伸的情况，网格位置典型地沿着共同的方向或共同的线(例如在x方向上)以及可能沿着y方向上的共同的线布置，所述共同的方向或共同的线垂直于
激光射束的共同的射束传播方向延伸。在这种情况下，激光射束或网格位置的间距δx典型地通过上述条件来确定。当适用：|δx-λ
l f
flin
/p
x
|《0.2、优选《0.1、尤其《0.05，或|δy-λ
l f
flin
/py|《0.2、优选《0.1、尤其《0.05时，视为满足上文给出的条件。
37.在一种替代的实施方式中，相干激光射束从多个网格位置出发，所述多个网格位置沿着第一方向布置，其中，所述网格位置布置在该微透镜阵列前方，所述网格位置与所述微透镜阵列的间距为所述微透镜阵列的焦距f
ml
，并且其中，所述网格位置彼此间具有间距δx，所述间距由以下得出：
38.δx＝p
x
，
39.其中，p
x
表示微透镜阵列的微透镜在第一方向上的网格间距。对于相干激光射束附加地还沿着优选垂直于第一方向的第二方向布置的情况，对于第二方向y上的间距δy相应地适用：δy＝py，其中，py表示微透镜阵列在第二方向上的网格间距。当适用：|δx-p
x
|《0.2、优选《0.1、尤其《0.05，或|δy-py|《0.2、优选《0.1、尤其《0.05时，视为满足上文给出的条件。
40.在这里描述的实施方式中，网格位置在微透镜阵列的焦平面中在相干激光射束的射束路径中布置在微透镜阵列的前方。发明人已认识到，微透镜阵列用作衍射晶格，并且在近场衍射的情况下微透镜阵列的亮度分布以确定的塔尔博特间距重复，在所述塔尔博特间距上，亮度分布恰好相应于衍射晶格本身的结构。这在物镜侧的焦平面中的微透镜阵列的情况下是这种情况。因此，在焦平面中的网格位置之间的间距应相应于微透镜阵列的微透镜的网格间距。
41.原则上，在这种实施方式中也应遵守上文给出的、对相邻的相干激光射束之间的角度δθ
x
、δθy的条件。然而，在本实施方式中所得到的角度δθ
x
、δθy是可忽略不计地小，因为焦距相对较小。虽然微透镜阵列的焦距与微透镜的网格间距相关并且随着网格间距的增加而增加，但是，该网格间距通过上文给出的关系δθ
x
＝λ
l
/p
x
或δθy＝λ
l
/py本身与角度δθ
x
、δθy相关。因此，角度δθ
x
、δθy随着网格间距的增加而减小，并且也在大的网格间距的情况下或在较大的焦距的情况下保持可忽略不计。因此，在该实施方式中，相干激光射束可以典型地在不使用耦合输入光学器件的情况下平行定向地射入到微透镜阵列上。微透镜阵列的焦距f
ml
的典型的量级小于大约70-80mm，并且在典型使用的波长的情况下小于相干激光射束的瑞利长度。
42.在一种扩展方案中，网格位置上的相干激光射束具有射束直径2ω
fmlx
，该射束直径由以下得出
43.2ω
fmlx
＝λ
l f
ml
/p
x
，
44.其中，λ
l
表示激光波长。原则上适用：在焦平面中的网格位置上的多个相干激光射束应尽可能准确地复制在倒转射束方向时产生的衍射图样，即适用于在相反的方向上穿越该微透镜阵列的情况。这尤其可以通过下述方式来实现：相干激光射束满足上文给出的、对射束直径2ω
fmlx
的条件。射束直径2ω
fmlx
在此表示在强度分布或功率分布(通常：高斯分布)的如下两个点之间在第一方向上的间距：在所述两个点上，最大强度或峰值功率下降为50％，即射束直径2ω
fmlx
表示半值宽度。
45.对于网格位置附加地还沿着第二方向布置的情况，相应地对于沿着第二方向的射束直径适用：2ω
fmly
＝λ
l f
ml
/py。相应的相干激光射束通常具有旋转对称的射束剖面。在这
种情况下适用：2ω
fmly
＝2ω
fmlx
，并且因此py＝p
x
。当适用：|2ω
fmlx-λ
l f
ml
/p
x
|《0.2、优选《0.1、尤其《0.05，或|2ω
fmly-λ
l f
ml
/py|《0.2、优选《0.1、尤其《0.05时，视为满足上文给出的条件。
46.对于网格位置相应于光导纤维的端面侧的情况，在相应的网格位置上的射束直径基本上通过光导纤维的直径确定，更准确地说，通过光导纤维的端面侧上的射束出射面的直径确定。可能的是，借助适合的射束成形装置改变相干激光射束在从相应的光导纤维中出射之后的射束直径，从而在网格布置的相应的网格位置上调设期望的直径。为此目的，进行射束成形的装置可以具有例如多个(球状的)准直透镜或聚焦透镜，网格布置形成在所述准直透镜或聚焦透镜的焦平面中。
47.已证明，相应网格位置上的相干激光射束的强度对组合效率具有相对较小的影响。在本实施方式中，相干激光射束的最大强度可以是与在上文所描述的实施方式中的情况下一样大的。然而，相干激光射束在网格位置上优选具有相应的最大强度，所述最大强度的包络线相应于微透镜阵列上的组合激光射束的强度分布。微透镜阵列的组合激光射束的强度分布典型地是高斯分布，该高斯分布形成最大强度的包络线。
48.在一种扩展方案中，相干激光射束具有第一方向上的填充系数ff
x
，对于该填充系数适用：ff
x
《0.4，优选ff
x
《0.3。相应地，有利的是，对于第二方向y上的填充系数ffy适用：ffy《0.4，优选ffy《0.3。
49.第一方向x上的填充系数ff
x
定义为ff
x
＝2ω
fmlx
/δx。相应地，第二方向y上的填充系数ffy定义为ffy＝2ω
fmly
/δy。网格位置之间在x方向上或在y方向上的间距δx或δy表示相邻的相干激光射束的射束剖面的中心之间的间距。已表明，在本实施方式中，填充系数ff
x
或ffy不应选择得太大，因为填充系数ff
x
、ffy影响射束直径2ω
mlax
或2ω
mlay
，如下文将解释的那样。
50.对于微透镜阵列上的组合激光射束的强度分布在第一方向x上的射束直径2ω
mlax
，适用：
51.2ω
mlax
＝4p
x
/(πff
x
)。
52.与在相干激光射束的射束直径2ω
fmlx
的情况下不同地，射束直径2ω
mlax
表示1/e2宽度，即如下两个点之间的间距：在所述两个点上，峰值功率下降为1/e2倍，即是峰值功率的大约13.5％。相应地，对于微透镜阵列上的组合激光射束在第二方向y上的射束直径2ω
mlay
，适用：2ω
mlay
＝4py/(πffy)。当|2ω
mlax-4p
x
/(πff
x
)|《0.2、优选《0.1、尤其《0.05，或|2ω
mlax-4p
x
/(πff
x
)|《0.2、优选《0.1、尤其《0.05时，视为满足上述等式。
53.如由上述关系得出的那样，随着第一方向x上的填充系数ff
x
的增加，组合激光射束12的直径2ω
mlax
减小并且因此微透镜阵列17的照明减少。填充系数ff
x
越大，则组合效率越低。原则上适用：相应方向上的相干激光射束的数量越大，则填充系数ff
x
、ffy应越小。
54.在另一种实施方式中，该设备包括控制装置，该控制装置构造用于：根据在网格布置内的相应的网格位置的布置来调整所述相干激光射束中的一个相干激光射束的相应的相位，以便将相干激光射束组合成衍射到至少一个衍射级中的至少一个激光射束。衍射级可以涉及第零衍射级或者不同于第零衍射级的衍射级。
55.可以如此选择相位，使得实现在射束质量方面经优化的、到第零衍射级中的组合。也可以如此选择相干激光射束的相位或相位差，使得组合激光射束衍射到至少一个较高的
衍射级中，以便进行受控的射束偏转或受控的分束。对于偶数个相干激光射束被组合的情况，不存在第零衍射级，即在这种情况下，组合激光射束始终衍射到至少一个(半整数的)衍射级中。
56.可以根据网格布置的分配给相应的相干激光射束的网格位置的布置借助控制装置个体化地如此调整相应的相干激光射束的相位，使得相干激光射束不再组合成唯一的或单个的激光射束，而是组合成两个或者更多个明确定义的束或组合成两个或者更多个组合激光射束，所述激光射束以定义的功率分布或功率分离衍射到不同衍射级中(分束)，或者组合成唯一的激光射束，该唯一的激光射束衍射到不同于第零衍射级的衍射级中(射束偏转)。
57.所建议的方案基于光学相位阵列(opa)的概念，其中，如此选择相干激光射束的一维或者二维网格布置的一组绝对相位，使得在明确定义的衍射级上发生结构干涉。在一维或者二维网格布置(阵列)中，可以如此选择待组合的相干激光射束的相位，使得能够有针对性地关闭或者打开单个的组合激光射束、组合激光射束的组或者组合激光射束的整个阵列，该阵列相应于一组衍射级。对于应借助该设备产生的、组合激光射束的相应期望的组，可以例如借助迭代优化算法选择适合的一组(绝对)相位，以便有针对性地打开或者关闭到确定的衍射级中的衍射。通过这种方式可以实现可变的分束或偏转和功率分离。该迭代优化算法可以是随机的(stochastisch)或随机化的算法，为该算法预给定例如均匀的功率分离或强度分布作为起始值。
58.相位调整装置用于调整相干激光射束的相应的相位并且可以布置在微透镜布置前方的任意位置上，在该位置上，所述相干激光射束是彼此分开的并且不再重叠。因此，这些相位调整装置主要是必需的，因为例如热效应、振动或者空气湍流导致各个通道中的光学波长差。为了实现典型地构造用于调整可变的相位延迟的相位调整装置，存在许多可能性：例如，相位调整装置可以是呈eom(电光调制器，elektro-optische modulatoren，例如呈液晶形式)、slm(空间光调制器，spatial light modulators)形式的调制器、呈镜组件形式的光学延迟区段、例如呈压电镜形式的电机械调制器或者类似物。对于相干激光射束在射束路径中在网格布置前方在光纤中被引导的情况下，对于相位调整，(例如借助压电调节元件)对光纤施加拉应力、进行光纤的温度影响等。控制装置可以实现为硬件和/或软件，例如呈微控制器、fpga、asic等形式。控制装置构造用于通过适合的方式、例如通过适合的电子(控制)信号作用到相位调整装置上。由于对于所有相干激光射束来说都相同的相位系数的相加不改变相干的射束组合的结果，因此，在一个方向上待组合的相干激光射束的数量为n的情况下，数量n-1的相位调整装置是足够的。
59.在一个或多个激光源中产生的相干激光射束可以借助多个例如呈光纤形式的射束引导装置被引导至网格布置。激光射束的个体化的射束引导使得能够单个地作用到这些激光射束上，以便借助相位调整装置适合地调整相对相位。射束引导装置可以具有例如呈光纤放大器形式的相应数量的放大器或放大器链，以便在网格位置上朝向微透镜布置发射激光射束之前放大这些激光射束。相位调整装置可以在射束路径中布置在射束引导装置前方或者射束引导装置后方和/或作用到例如呈光纤形式的射束引导装置上。替代地，相干激光射束可以在分离装置上分离之后在自由射束传播中到达网格布置，该网格布置例如可以位于傅立叶透镜的焦平面中或者位于别的位置上，在该别的位置上，相干激光射束彼此间
隔开得足够远。在这样的傅立叶透镜的焦平面中或在别的位置上，相干激光射束——可能在适合的转向之后——具有期望的填充系数，即具有相应的激光射束在相应的空间方向上的延伸或射束直径与相邻的激光射束的中心点之间的间距之间的期望的比例，如上所述。
60.在一种扩展方案中，所述控制装置构造用于调整所述相干激光射束中的一个相干激光射束的相应的基本相位，其中，所述射束组合装置将相干激光射束组合成衍射到恰好一个衍射级中的激光射束。因此，在基本相位的情况下，产生恰好一个组合激光射束，该组合激光射束衍射到第零衍射级(如有)中或者衍射到不同于第零衍射级的衍射级中，以便使该组合激光射束偏转。
61.在一种扩展方案中，网格位置沿着第一方向布置，并且所述控制装置构造用于调整在第一方向上的第a个网格位置上的相干激光射束的相应的基本相位用以将相干激光射束组合成衍射到在第一方向上的恰好一个衍射级b
k,x
中的恰好一个组合激光射束，该相应的基本相位由以下得出：
[0062][0063]
其中适用：其中，a＝1、...、n，其中，n表示沿着第一方向布置的网格位置的数量，并且其中，b
k,x
表示整数或者半整数，对于该整数或者半整数适用：对于相干激光射束的数量n是奇数的情况，衍射级b
k,x
采用整数值。对于相干激光射束的数量n是偶数的情况，衍射级b
k,x
采用半整数值。
[0064]
在一种扩展方案中，网格布置中的网格位置附加地沿着优选垂直于第一方向的第二方向布置，其中，所述控制装置构造用于：调整在沿着第一方向的第a个网格位置、沿着第二方向的第b个网格位置上的相干激光射束的相应的基本相位用以将相干激光射束组合成衍射到在第一方向上的恰好一个衍射级b
k,x
、在第二方向上的恰好一个衍射级b
j,y
中的恰好一个组合激光射束，相应的基本相位由以下得出：
[0065][0066]
其中适用：其中，b＝1，...，m，其中，m表示沿着第二方向布置的网格位置的数量，并且其中，b
j,y
表示整数或者半整数，对于该整数或者半整数适用：
[0067]
在另一种扩展方式中，用于将输入激光射束分离成多个相干激光射束的分离装置构造为另外的微透镜布置，所述另外的微透镜布置具有至少两个另外的微透镜阵列，并且所述控制装置构造用于调整基本相位的二倍(doppelte)，用以将相干激光射束组合成衍射到在第一方向上的恰好一个衍射级b
k,x
、优选在第二方向上的恰好一个衍射级b
k,y
中的恰好一个组合激光射束。
[0068]
已表明，对于特殊情况，即为了不仅将输入激光射束分离成多个相干激光射束、而且组合相干激光射束分别使用一个微透镜布置的情况，需要将在上述等式中给出的、用于基本相位的值变成两倍。原则上适用的是，对于必要时可以构造得相同的两个微透镜布置的特殊情况，与使用光纤分路器或者别的光学装置以进行组合的情况相比，需要基本相位的变成两倍。因此，基本相位的变成两倍不局限于上述等式，而是普遍适用。
[0069]
在另一种扩展方案中，所述控制装置构造用于调整相干激光射束中的一个相干激光射束的相应的相位，所述相位由相应的基本相位以及由附加相位组成。附加相位使得能
够将组合激光射束分离成两个或者更多个衍射级，或使得能够快速改变如下衍射级：组合激光射束衍射到该衍射级中。优选地，在这里描述的情况下，如此选择基本相位，使得射束组合装置——在无附加相位的情况下——将相干激光射束组合到第零衍射级中。原则上假定，如此选择基本相位，使得通过基本相位实现激光射束到第零衍射级中的组合。
[0070]
已表明，对于相干激光射束的相位的选择或确定，在离散的扫描的情况下在特殊情况中能够找到分析关联，所述分析关联在下文说明。
[0071]
在一种扩展方案中，网格位置沿着第一方向彼此间隔开地(等距地)布置，并且所述控制装置构造用于调整在第一方向上的第a个网格位置上的相干激光射束的相应的附加相位用以将相干激光射束组合成单个的、衍射到不同于第零衍射级的衍射级b
k,x
中的组合激光射束，所述相应的附加相位由以下得出：
[0072][0073]
其中，n表示沿着第一方向上布置的网格位置的数量，b
k,x
表示整数或者半整数，对于该整数或者半整数适用：
[0074]
网格位置在第一方向上以相同的彼此间间距(等距地)布置。在这种情况下，网格位置可以布置在一条线上，该线沿着第一方向延伸，即射束出射方向或者说相干激光射束的坡印亭向量(poynting-vektoren)彼此平行地定向。替代地，网格位置也可以以相同的彼此间间距例如布置在圆弧上，该圆弧在第一方向上或者说沿着第一方向延伸。
[0075]
在该实施方式的一种扩展方案中，网格布置中的网格位置附加地沿着垂直于第一方向的第二方向布置，并且控制装置构造用于调整在第一方向上的第a个网格位置和第二方向上的第b个网格位置上的相干激光射束的附加相位用以将相干激光射束组合成唯一的、衍射到在第一方向上不同于第零衍射级的衍射级b
k,x
、在第二方向上不同于第零衍射级的衍射级b
k,y
中的组合激光射束，所述附加相位由以下得出：
[0076][0077]
其中，m表示在第二方向上的网格位置的数量，b
k,y
表示整数或者半整数，对于该整数或者半整数适用：
[0078]
遵守用于附加相位或以及用于基本相位或的上述条件使得能够在无效率损耗的情况下进行偏转。但是应当理解，在实践中无法精确地遵守上述等式。对于偏离上述等式的情况，经偏转的激光射束的射束质量变差。在本技术的意义下，当右侧与左侧上的值或相差不多于20％、优选不多于10％、尤其不多于5％时，即当适用相差不多于20％、优选不多于10％、尤其不多于5％时，即当适用优选《0.1、尤其《0.05时，视为满足上述等式。相应内容也适用于即即优选《0.1、尤其《0.05。相应内容也适用于基本相位或即优选《0.1、尤其《0.05或优选《0.1、尤其《0.05或优选《0.1、尤其《0.05。
[0079]
调整在第一方向上的第a个网格位置上的附加相位该第a个网格位置同时形成第二方向上的第b个网格位置。对于网格布置中的网格位置仅沿着第一方向布置的情况，相干激光射束组合成唯一的激光射束，该唯一的激光射束在第二方向上衍射到第零衍射级中(即b
k,y
＝0)。因此，对于一维的情况，对于附加相位得出上文给出的公式。
[0080]
在这种扩展方案中，代替激光射束的一维相干组合地，将n
×
m的多个激光射束二维地组合成一个或者多个激光射束。在这种情况下，网格位置布置为二维网格布置，其中，当两个方向上的网格位置的数量相同(即n＝m)时，相邻网格位置之间在两个方向上的间距典型地是相同的，或者对于n不等于m的情况，相邻网格位置之间在两个方向上的间距选择得不同。具有网格位置的网格或网格布置在此可以在平面(例如xy平面)中或者在弯曲的面上、例如在球壳上延伸。从网格位置出发的激光射束在第一种情况下典型地平行地定向，并且在第二种情况下可以例如在朝向球壳的中心点的方向上定向，在该中心点上布置有微透镜布置。
[0081]
具有网格位置的网格的周期性在此预给定微透镜在两个不同的、例如垂直的方向(x、y)上的网格间距。在这种情况下，可以使用2维微透镜阵列，所述2维微透镜阵列的网格间距p
x
、py可能在两个彼此垂直的方向x、y上根据网格的周期性而不同。2维微透镜阵列的微透镜相应地在x方向上或在y方向上具有可能不同的曲率，即不是圆柱透镜。也可能的是，通过具有有圆柱透镜的两个1维微透镜子阵列的组合形成2维微透镜阵列，其中，1维微透镜子阵列的圆柱透镜彼此垂直地定向并且布置在同一平面中，即微透镜布置在这种情况下也只具有唯一的微透镜阵列并且用作非成像均化器。
[0082]
具有网格位置的2维网格与2维微透镜阵列之间的关联类似于布拉维晶格和倒易晶格之间的相互关系。相应地，网格位置的布置也可以相应于最紧密的堆积，即六角形晶格。在这种情况下，微透镜阵列的微透镜也布置为六角形布置。
[0083]
在一种实施方式中，所述控制装置构造用于：根据在网格布置内的相应的网格位置的布置来改变所述相干激光射束中的一个相干激光射束的相应的相位，以便改变如下衍射级：至少一个组合激光射束衍射到衍射级中。通过这种方式可以实现极快速的、离散的扫描过程，在该扫描过程中，至少一个经衍射的激光射束在不同衍射级之间往复跳跃或往复运动。在这种情况下，该设备可以用作扫描装置或射束成形单元。
[0084]
扫描过程可以借助衍射到唯一的衍射级中的激光射束执行，但是也可能的是，借助分离成两个或者更多个衍射级(最大
±
(n-1)/2个衍射级)的激光射束、即借助两个或者更多个组合激光射束来实现离散的扫描过程。在这种情况下，可以借助控制装置调整相应的相干激光射束的相位关系或相位，需要该相位关系或该相位用以使组合激光射束衍射或用以将组合激光射束分离成至少两个不同的衍射级。通过改变相干激光射束的相位，可以改变到不同衍射级上的功率分布，至少两个组合激光射束衍射到所述衍射级中。通过这种方式，离散的扫描过程可以借助一定数量的组合激光射束实现，其中，扫描场位于-((n-1)/2)衍射级与(n-1)/2衍射级之间，n表示(在相应的扫描方向上的)相干激光射束的数量。
[0085]
控制装置可以根据保存在存储器装置中的参数表格调整或改变相干激光射束的相应的相位，以便使至少一个组合激光射束沿着预给定的(离散的)运动轨道运动。控制装置也可以从外部、例如通过用户预给定各个待调整的相位，或者待调整的相位可以根据至
少一个测量参量预给定或改变，该测量参量例如借助传感器组件来测量，即可以将相位调节为相应的目标值。对于在射束组合中所述至少一个组合激光射束或至少一个组合激光射束不衍射到第零衍射级中的情况，通常需要使用传感器阵列或者可能需要使用具有地点分辨率的传感器来进行相位探测。
[0086]
对于组合激光射束借助透镜或成像的光学器件成像的情况下，(至少一个)组合激光射束不再沿着光轴传播、而是相对于光轴平行错开地传播。组合激光射束的平行偏移的量值与如下较高的衍射级(
±
1、
±
2；
±
0.5、
±
1.5等)相关：该组合激光射束衍射到该较高的衍射级中。对于网格位置布置为二维网格布置的情况下，(至少一个)组合激光射束可以通过这种方式在两个典型地彼此垂直的方向上平行于光轴错开，更确切地说，在相应于所述相干激光射束的网格布置的另外的网格布置内错开。
[0087]
在一种扩展方案中，所述控制装置构造用于改变相干激光射束的相应的附加相位，用以改变第一衍射级和/或用以改变第二衍射级，第一组合激光射束衍射到所述第一衍射级中，第二组合激光射束衍射到所述第二衍射级中。在这种实施方式中，相干激光射束由射束组合装置组合成至少两个经衍射的激光射束。为了实现这一点，适合地选择组合激光射束的相应的(附加)相位，为此可以使用迭代的、例如随机的优化算法，以便有针对性地改变或调整第一组合激光射束的(第
±
(n-1)/2或者第零)衍射级以及第二组合激光射束的(第
±
(n-1)/2或者第零)衍射级。应当理解，可变的分束不局限于两个组合激光射束，而是也可以借助多于两个的组合激光射束来执行。
[0088]
在另一种实施方式中，控制装置构造用于调整相干激光射束的相应的附加相位，用以产生衍射到不同衍射级中的至少两个组合激光射束的预给定的、尤其是不同的功率。尤其是，所述控制装置构造用于根据相干激光射束在网格布置内的相应的网格位置的布置来改变所述相干激光射束中的一个相干激光射束的相应的附加相位，以便在时间上改变预给定的、尤其是不同的功率或功率分布。
[0089]
输入功率可以均匀分布到相应的组合激光射束上，但是也可能的是，以预给定的、不同的方式将输入功率分离成不同衍射级中的组合的至少两个激光射束以及可能在时间上改变该分离。
[0090]
对于相干激光射束组合成在第一方向上衍射到第零衍射级中的第一组合激光射束且组合成衍射到
±
1衍射级中的第二组合激光射束的情况，可以例如以如下方式将输入功率p分离成第0衍射级或
±
1衍射级：p0＝c p；p
±1＝(1-c)p，其中，0《c《1。对于c＝1或c＝0这两种情况，只产生一个衍射到第0衍射级或衍射到
±
1衍射级中的组合激光射束。对于c＝0.5的情况，输入功率p的一半衍射到第0衍射级中，另一半衍射到
±
1衍射级中。
[0091]
对于在第一方向上的第a个网格位置上的相应的相干激光射束的附加相位，该附加相位产生上文给出的、具有系数c的功率分离，适用：
[0092][0093]
其中，对于上述等式中的正号，输入功率p的一部分衍射到-1衍射级中，其中，对于上述等式中的负号，输入功率的一部分衍射到+1衍射级中。上述等式可以类似于上文给出的用于附加相位的等式套用到二维的情况，其中，对于附加相位得出下述公式：
[0094]
[0095]
系数c可以恒定地选择或者与时间相关地改变。在后一种情况下，设备可以以声光学的或者电机械的部件的形式运行，所述部件呈调制器或偏转器形式。用于附加相位的上述公式一般适用于如下情况：应在两个直接相邻的衍射级之间分离输入功率。对于如此调整基本相位使得相干激光射束衍射到+1衍射级中的情况，在+1衍射级中与+2衍射级中之间分离输入功率。
[0096]
在数量为m的多于两个的组合激光射束的情况下，所述分离例如可以呈(线性的)功率斜坡的形式实现，在该功率斜坡的情况下，具有最大功率p
k.max
的第一组合激光射束衍射到第k衍射级中，并且在该功率斜坡的情况下，具有相对于最大功率p
k.max
减小的功率的其余m-1个组合激光射束衍射到其余的m-1个衍射级中。对于呈功率楔形形式的功率分布，例如可以适用：a/m p
k,max
，其中，a＝1、...、m。对于数量为五的、经衍射的组合激光射束的示例得出最大功率p
k,max
的100％、80％、60％、40％和20％的部分。
[0097]
本发明的另一方面涉及一种激光系统，该激光系统包括：用于产生种子激光射束的种子激光源以及如上所述的用于组合多个相干激光射束的设备，其中，所述种子激光源优选形成该设备的输入激光射束。种子激光源优选构造用于产生具有小于100nm、特别优选小于50nm、尤其小于10nm的光谱带宽以及优选具有空间基模的种子激光射束(单模激光射束)。种子激光射束可以直接地或通过适合的射束引导光学元件提供给所述设备。种子激光射束可以在进入上文所述的设备中之前在至少一个光学放大器中放大。尤其在这种情况下，可能可以完全省去用于在设备中放大单个相干激光射束的放大器的设置，所述放大器例如呈放大器光纤形式。由于种子激光射束在进入设备之前放大，可能可以省去对各个相干激光射束的相位的主动调节。在这种情况下，在相应的相位调整装置上可以调整静态的——或者说为了有针对性地改变相应的衍射级而变化的——相位，所述相位无需被再调节。替代地可能的是，输入激光射束本身是组合激光射束，如下文更详细地描述的那样。
[0098]
在一种实施方式中，该激光系统附加地包括用于组合多个另外的相干激光射束的另外的设备，所述另外的设备包括：另外的分离装置，所述另外的分离装置用于将种子激光射束或(另外的)输入激光射束分离成多个另外的相干激光射束；多个另外的相位调整装置，所述另外的相位调整装置用于调整所述另外的相干激光射束中的一个另外的相干激光射束的相应的相位；以及另外的射束组合装置，所述另外的射束组合装置用于组合从另外的网格布置的多个另外的网格位置出发的另外的相干激光射束，其中，所述另外的射束组合装置具有另外的微透镜布置以及另外的控制装置，所述另外的微透镜布置具有至少一个另外的微透镜阵列，所述另外的控制装置构造用于：根据在另外的网格布置内的相应的另外的网格位置的布置来调整另外的相干激光射束中的一个另外的相干激光射束的相应的相位，以便将另外的相干激光射束组合成衍射到恰好一个衍射级中的恰好一个激光射束，该激光射束形成设备的分离装置的输入激光射束。为了在高平均激光功率的情况下避免上文描述的问题，已证明为有利的是，另外的微透镜组件也具有恰好一个微透镜阵列，但是这不是一定必需的。尤其是，另外的设备中的相干激光射束的功率可以如此低，使得也能够使用两个(或者更多个)微透镜阵列。
[0099]
在这种情况下，该另外的设备的另外的控制装置构造或编程用于将另外的相干激光射束组合成衍射到第零衍射级或者衍射到不同于第零衍射级的衍射级中的激光射束，其方式是，调整上文结合所述设备描述的基本相位。
[0100]
在这种实施方式中，用于组合多个另外的相干激光射束的另外的设备用于产生用于上文所述的设备的输入激光射束。在这种情况下，另外的设备用于由种子激光射束形成经放大的另外的组合激光射束，该经放大的另外的组合激光射束形成该设备的输入激光射束。在这种情况下也可能可以完全省去在设备内的、尤其是在射束路径中在分离装置之后的放大器的设置。由于经放大的输入激光射束耦合输入到该设备中，可能能够省去设备中的主动相位调整或主动相位调节，从而对设备中的至少一个组合激光射束的偏转不由于相位调节而减慢。在这种情况下，借助调节回路对相位调整进行的主动稳定被简化，因为只需要稳定为第零衍射级，该主动稳定在另外的设备中设置用于组合另外的相干激光射束。
[0101]
本发明的另一方面涉及一种用于尤其借助上文描述的设备来组合多个相干激光射束的方法，所述方法包括：将多个相干激光射束耦合输入到微透镜布置中，所述多个相干激光射束从布置在网格布置中的多个网格位置出发，所述微透镜布置具有恰好一个微透镜阵列，以及在微透镜布置中将相干激光射束组合成至少一个组合激光射束。如上所述，如果适合地选择参数，则激光射束的具有足够组合效率的相干组合也可以借助唯一的微透镜阵列来实现，如上文结合设备描述的那样。
[0102]
在一种变型中，该方法包括：根据在网格布置内的相应的网格位置的布置来调整所述相干激光射束中的一个相干激光射束的相应的相位，以便将所述相干激光射束组合成衍射到至少一个衍射级中的至少一个激光射束，其中，所述方法优选包括：根据在网格布置内的相应的网格位置的布置来改变相干激光射束的相应的相位，以便改变如下衍射级：至少一个组合激光射束衍射到衍射级中。通过相位的改变可以在一个方向上或者在两个方向上进行高动态的、离散的扫描过程。
[0103]
如上文结合设备所描述的那样，在用于组合多个激光射束的方法的情况下，也可以有针对性地偏离如下基本相位或相干激光射束之间的相位差，以便进行受控的射束偏转或受控的分束：所述基本相位或相干激光射束之间的相位差用于在射束质量方面经优化的、在第零衍射级或者在较高的衍射级中的组合。在借助各个相干激光射束的适合地选择的附加相位进行射束偏转或分束时，对于相应的衍射级产生可忽略不计的效率损耗。各个相干激光射束的附加相位尤其可以满足上文结合激光系统或结合设备给出的、用于或用于的等式。基本相位或也典型地满足上文结合设备描述的等式。
[0104]
在另一种变型中，该方法包括：从相应的基本相位出发改变相干激光射束的相应的附加相位，用以改变第一衍射级和/或用以改变第二衍射级，第一组合激光射束衍射到第一衍射级中，第二组合激光射束衍射到第二衍射级中，在所述基本相位的情况下，射束组合装置将相干激光射束组合成唯一的、衍射到恰好一个衍射级中的激光射束。
[0105]
如上所述，通过相位的改变可以实现高动态的分束，在所述高动态的分束的情况下，可以产生两个、三个或者可能更多个(最大n个或n
×
m个)组合激光射束，和/或可以改变最大n-1个或最大(n-1)
×
(m-1)个组合激光射束的位置或定向。应当理解，上文结合唯一的组合激光射束描述的扫描过程也可以与分离成两个或者更多个组合激光射束相结合。
[0106]
在另一种变型中，该方法包括：从相应的基本相位出发，调整相干激光射束的相应的附加相位，用以产生预给定的、衍射到不同衍射级中的至少两个组合激光射束的尤其是不同的功率，在所述基本相位的情况下，射束组合装置将相干激光射束组合成唯一的、衍射
到恰好一个衍射级中的激光射束。如上文结合设备描述的那样，输入功率可以均匀分布到两个或者更多个组合激光射束上，但是也可能的是，有针对性地偏离到多个组合激光射束上的均匀分布。
[0107]
如上所述，有利的是，相干激光射束和微透镜布置满足上文给出的条件n＝p
x2
/(λ
l f
ml
)或m＝p
y2
/(λ
l f
ml
)时(其中，假定相同的焦距f
ml
)。也有利的是，相邻的相干激光射束以预给定的角度差δθ
x
或δθy耦合输入到微透镜阵列中，对于所述角度差适用：δθ
x
＝λ
l
/p
x
或δθy＝λ
l
/py。
附图说明
[0108]
本发明的其他优点从说明书和附图中得出。同样地，上文所提及的特征和还进一步列举的特征可以各自单独使用或以任何组合以多个形式使用。所示出并且所描述的实施方式不应理解为详尽的列举，而是具有用于本发明的叙述的示例性特性。
[0109]
附图示出：
[0110]
图1a示出激光系统的示意图，该激光系统具有用于组合多个相干激光射束的设备，所述相干激光射束在多个放大器光纤中放大，
[0111]
图1b示出与图1a类似的激光系统的示意图，在该激光系统中，向设备提供经放大的种子激光射束，
[0112]
图1c示出与图1b类似的激光系统的示意图，该激光系统具有用于组合相干激光射束的另外的设备，该另外的设备用于放大种子激光射束，
[0113]
图2a示出图1a-c的激光系统的射束组合装置的示意图，该射束组合装置包括耦合输入光学器件和具有唯一的微透镜阵列的微透镜布置，
[0114]
图2b示出图1a-c的激光系统的射束组合装置的示意图，该射束组合装置包括具有一个微透镜阵列的微透镜布置，而不包括耦合输入光学器件，
[0115]
图3示出在图2b的射束组合装置的情况下相干激光射束的强度和相干激光射束的示意图，
[0116]
图4a、b示出四个或五个相干激光射束的一维布置的示意图，所述相干激光射束具有相应分配的基本相位或附加相位，用以产生唯一的经衍射的激光射束，
[0117]
图5a、b示出在使用图4b所示的相位的情况下或在使用如下相位的情况下射束组合装置的远场的示意图：在所述相位中，组合激光射束衍射到两个不同的衍射级中。
[0118]
图6a-c示出三个射束组合装置的示意图，在所述三个射束组合装置中，相干激光的网格位置分别布置为二维网格布置，
[0119]
图7示出5
×
5个相干激光射束的二维布置的示意图，所述相干激光射束具有相应分配的附加相位，用以产生唯一的或者多个经衍射的激光射束，
[0120]
图8示出射束组合装置的远场的示意图，在该远场中，如此选择相位，使得组合激光射束衍射到恰好一个衍射级中，以及
[0121]
图9示出射束组合装置的远场的示意图，在该远场中，如此选择相位，使得两个组合激光射束衍射到两个不同的衍射级中。
具体实施方式
[0122]
在下文对附图的描述中，相同的附图标记用于相同的或功能相同的构件。
[0123]
图1a示出激光系统1的示例性构造，该激光系统具有用于产生种子激光射束2a的激光源2。为此目的，激光源2具有模耦合的光纤主振荡器，该光纤主振荡器产生具有激光波长λ
l
的种子激光射束2a。激光源2的种子激光射束2a作为输入激光射束9被提供给用于组合数量n的相干激光射束3.1、3.2、...、3.n的设备5。设备5具有常规的1至n分离装置4，该1至n分离装置例如呈光纤分路器的形式，以便将相应于种子激光射束2a的输入激光射束9分离成数量n的相干激光射束3.1、...、3.n。相干激光射束3.1、...、3.n穿越相应数量n的相位调整装置6.1、...、6.n，所述相位调整装置可以通过引起适合的相位延迟来调整相干激光射束3.1、...、3.n的相应的个体化相位相位调整装置6.1、...、6.n可以例如构造为电光学调制器或者电光学偏转器(例如在使用液晶的情况下)、声光学调制器或者声光学偏转器、电机械调制器或者电机械偏转器(例如呈可促动的压电镜的形式)等等。
[0124]
在相位调整装置6.1、...、6.n之后，相干激光射束3.1、...、3.n穿越相应数量n的放大器光纤7.1、...、7.n，以便放大相干激光射束3.1、...、3.n。放大器光纤7.1、...、7.n的端面侧用作发射面或这些端面侧形成网格位置8.1、...、8.n，在所述发射面或所述网格位置上发射相干激光射束3.1、...、3.n。相位调整装置6.1、...、6.n也可以布置在放大器光纤7.1、...、7.n后方或者直接作用到放大器光纤7.1、...、7.n上，例如，其方式是，所述相位调整装置产生作用到放大器光纤7.1、...、7.n上的可调整的机械应力。
[0125]
相干激光射束3.1、...、3.n可以在未以图像示出的转向装置(该转向装置具有多个转向镜)上被转向，以便提高填充系数，即以便减小相邻的激光射束3.1、...、3.n或网格位置8.1、...、8.n之间的间距。应当理解，转向装置不是一定必需的。在所示示例中，相干激光射束3.1、...、3.n彼此平行定向地入射到射束组合装置10中，该射束组合装置具有微透镜布置11，该微透镜布置呈非成像均化器的形式，该非成像均化器用于相干地组合用于形成一个组合激光射束12或者多个组合激光射束12a、b的激光射束3.1、...、3.n，该非成像均化器具有微透镜阵列17(非成像均化器在图1a中未示出)。
[0126]
如在图1a中可看到的那样，组合激光射束12的部分12c通过呈部分透射的镜13形式的耦合输出装置耦合输出并且照射到地点分辨式探测器14上，该地点分辨式探测器例如呈传感器阵列或者摄像机形式。探测器14与激光系统1的控制装置15在信号技术方面连接，该控制装置操控相位调整装置6.1、...、6.n，以便根据组合激光射束12的探测到的部分12a的特性来匹配激光射束3.1、...、3.n的个体化相位控制装置15尤其能够根据组合激光射束12的探测到的部分12a的特性来调节相位调整装置6.1、...、6.n，用以产生激光射束3.1、...、3.n的期望的(目标)相位
[0127]
在所示示例中，尽管数量n的相位调整装置6.1、...、6.n相应于多数n个激光射束3.1、...、3.n，但是通常数量n-1的相位调整装置6.1、...、6.n-1是足够的。在图1a所示的激光系统1中，一方面可以实现组合激光射束12的例如m＝1.3的高射束质量，另一方面可以通过在放大器光纤7.1、...、7.n中的放大来实现激光射束3.1、...、3.n的功率的明显提高。
[0128]
图1b示出激光系统1，该激光系统与图1a中示出的激光系统1的区别基本上在于，
不借助多个放大器光纤7.1、...、7.n或者不借助别的光学放大器来放大设备5中的相干激光射束3.1、...、3.n。相反，在图1b所示的激光系统1中，在放大器光纤7中放大种子激光射束2a。经放大的种子激光射束2a作为输入激光射束9被提供给设备5。图1b的设备5构造得与图1a所示的设备5类似。分离装置4可以通过不同方式来构造，例如构造为分束器、例如呈多个串联的分束器立方体形式的分束器、构造为偏振分束器、构造为分段镜(segmentspiegel)或者构造为具有(至少)两个微透镜阵列的微透镜布置。如果适合地选择系统参数(低的形状系数、大的网格间距)，从而第二微透镜阵列不布置在第一微透镜阵列的焦平面中，则在较高的功率的情况下也能够使用两个微透镜阵列以进行射束分离。
[0129]
在呈微透镜阵列形式的分离装置的情况下，相干激光射束3.1、...、3.n的网格位置8.1、...、8.n不是形成在放大器光纤7.1、...、7.n的端面侧上，而是这些网格位置位于分离装置4的在射束路径中的第二微透镜阵列的焦平面中，即在分离装置4的第二微透镜阵列的远场中或焦平面中。相干激光射束3.1、...、3.n在焦平面中的网格位置8.1、...、8.n形成网格布置16，在该网格布置的情况下，相邻的网格位置8.1、...、8.n彼此间具有相同的间距、即等距地布置。
[0130]
在图1b所示的设备1中，相位调整装置6.1、...、6.n构造用于调整激光射束3.1、...、3.n在自由射束传播中的相位相位调整装置6.1、...、6.n可以是例如电光学调制器或者电光学偏转器或者声光学调制器或者声光学偏转器。在图1b所示的设备5中，控制装置15同样用于操控相位调整装置6.1、...、6.n。在图1b所示的设备5中，至少在激光射束3.1、...、3.n的辐射功率不太大的情况下可以省去结合图1a所描述的对激光射束3.1、...、3.n的相位的主动调节，即控制装置15可以在相位调整装置6.1、...、6.n上调整(静态的)目标相位而无需进行再调节。由于不需要主动相位匹配或主动调节，在设备5的情况下可以实现一个或多个组合激光射束12、12a、b的比在图1a所示的设备5的情况下更快速的偏转。
[0131]
图1c示出激光系统1，该激光系统构造得与图1b中一样，其中，代替图1b所示的放大器7，图1c的激光系统1具有另外的设备5
‘
来放大种子激光射束2a，该另外的设备用于组合n多个另外的激光射束3.1
‘
、...、3.n
‘
，该另外的设备构造得与图1a所示的设备5类似。种子激光射束2a作为输入激光射束9
‘
被提供给另外的设备5
‘
，并且借助另外的1至n分离装置4
‘
分离成数量n的另外的相干激光射束3.1
‘
、...、3.n
‘
。数量n的另外的相干激光射束3.1、...、3.n穿越相应数量n的另外的相位调整装置6.1
‘
、...、6.n
‘
，所述另外的相位调整装置可以通过引起适合的相位延迟来调整所述另外的相干激光射束3.1
‘
、...、3.n
‘
的相应的个体化(基本)相位的个体化(基本)相位
[0132]
在另外的相位调整装置6.1
‘
，...，6.n
‘
之后，另外的相干激光射束3.1
‘
、...、3.n
‘
穿越相应数量n的另外的放大器光纤7.1
‘
，...，7.n
‘
，以便放大另外的相干激光射束3.1
‘
、...、3.n
‘
。另外的放大器光纤7.1
‘
，...，7.n
‘
的端面侧用作发射面或这些端面侧形成另外的网格位置8.1
‘
，...，8.n
‘
，在所述另外的发射面或所述另外的网格位置上发射另外的相干激光射束3.1
‘
、...、3.n
‘
。另外的相干激光射束3.1
‘
、...、3.n
‘
的个体化相位借助另外的控制装置15
‘
来控制或根据另外的探测器14
‘
的探测器信号来调节，该另外的探测器探测借助另外的设备5
‘
组合的另外的激光射束12
‘
的部分12a
‘
，该部分在另外的耦合输出
装置13
‘
上耦合输出。
[0133]
图1c所示的另外的设备5
‘
的控制装置15
‘
构造为或编程为，根据分配给相应的另外的激光射束3.1
‘
、...、3.n
‘
的另外的网格位置8.1
‘
，...，8.n
‘
的布置如此调整另外的相干激光射束3.1
‘
、...、3.n
‘
的个体化(基本)相位使得另外的相干激光射束3.1
‘
、...、3.n
‘
组合成衍射到第零衍射级中的激光射束12
‘
。组合激光射束12
‘
形成用于组合相干激光射束3.1、...、3.n的设备5的输入激光射束9，该设备以如图1b所示的方式构造。通过在另外的设备5
‘
中放大种子激光射束5，可以与图1b中一样省去输入激光射束9在设备5中的放大。
[0134]
图1a-c所示的设备1适合用于kw数量级的高平均激光功率和mj数量级的高脉冲能量，因为射束组合装置10或微透镜布置11分别仅具有一个微透镜阵列17、17
‘
。
[0135]
图2a示出与图1a-c的设备5类似的射束组合装置10，该射束组合装置用于组合(示例性的)数量n＝5的相干激光射束3.1、...、3.5。射束组合装置10具有微透镜布置11以及耦合输入光学器件18，该微透镜布置具有恰好一个微透镜阵列17。在图2a中未以图像示出的五个相位调整装置用于如此调整五个激光射束3.1、...、3.5的相位使得以与耦合输入光学器件18相结合的方式在微透镜布置11上构造出相位波前，该微透镜布置使得能够尽可能在完全保持射束质量的情况下将激光射束3.1、...、3.5相干地组合成组合激光射束12。在此，网格位置8.1、...、8.5沿着x方向上的线布置，并且激光射束3.1、...、3.5平行定向地沿着统一的传播方向(z方向)入射到耦合输入光学器件18中。
[0136]
在此，网格位置8.1、...、8.5或相干激光射束3.1、...、3.5沿着x方向等距地、即以相同的间距δx布置。耦合输入光学器件18构造用于使相邻的相干激光射束3.1、...、3.5以预给定的角度差δθ
x
耦合输入到微透镜布置11或微透镜阵列17中，对于该角度差适用：δθ
x
＝λ
l
/p
x
，其中，λ
l
表示激光射束3.1、...、3.5的(统一的)波长，p
x
表示微透镜阵列17的微透镜20在x方向上的网格间距(节距)。
[0137]
为了产生角度差δθ
x
，耦合输入光学器件18具有呈聚焦透镜19(更准确地说圆柱透镜)形式的聚焦装置，该聚焦装置将激光射束3.1、...、3.5聚焦到微透镜布置11上，更准确地说，聚焦到微透镜布置11的第一微透镜阵列17上。为了满足对角度差δθ
x
的条件，在图2所示示例中，网格位置8.1、...、8.5在一维的网格布置16中以间距δx布置，该间距由δx＝λ
l f
flin
/p
x
得出，其中，f
flin
表示聚焦透镜19的焦距，该聚焦透镜在图2中布置为与微透镜布置17的间距为该聚焦透镜的焦距f
flin
。
[0138]
替代于在共同的线上的布置，网格位置8.1、...、8.5也可以在一维的网格布置16中布置在沿x方向延伸的圆弧上。在此，相干激光射束3.1、...、3.5在相应的网格位置8.1、...、8.5上以相对于彼此成相应的角度差δθ
x
＝λ
l
/p
x
的方式定向。
[0139]
假定从网格位置8.1、...、8.5射出的激光射束3.1、...、3.5的强度同样大，当微透镜阵列17和组合激光射束3.1、...、3.5满足下述等式(1)时：
[0140]
n＝p
x2
/(λ
lfml
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0141]
可以借助微透镜布置11产生在图2中示出的相干地叠加的激光射束12，其中，n表示相干激光射束的数量(在此：n＝5)，f
ml
表示微透镜阵列17的焦距。应尽可能精确地遵守等式(1)，因为偏差会导致组合激光射束12的射束质量变差。
[0142]
在所示示例中，从网格位置8.1、...、8.5射出的激光射束3.1、...、3.5是单模射束，即所述激光射束分别具有高斯剖面。替代地，激光射束3.1、...、3.5可以具有带有可能
减小的空间相干性的别的射束剖面，例如甜甜圈形射束剖面或者高帽射束剖面。相干激光射束3.1、...、3.5的射束直径、更准确地说相干激光射束3.1、...、3.5的在所示示例中高斯形射束剖面的半值宽度在图2a中用2ω
flmlx
表示。相干激光射束3.1、...、3.n在x方向上的填充系数ff
x
定义为射束直径2ω
flmlx
与相邻的相干激光射束3.1、...、3.n的间距δx之间的比例：ff
x
＝2ω
flmlx
/δx。微透镜阵列17上的组合激光射束12的射束直径2ω
flmlx
、更准确地说1/e2宽度，根据下述公式与填充系数ff
x
相关：2ω
flax
＝4p
x
/(πff
x
)。
[0143]
图2b所示的射束组合装置10与图2a所示的射束组合装置10的区别在于，不存在耦合输入光学器件18、尤其不存在傅里叶透镜19。在图2b所示的射束组合装置10中，具有以等距的间距δx布置的网格位置8.1、...、8.5的网格布置16在微透镜阵列17的焦平面中布置在微透镜阵列17前方，即以间距为焦距f
ml
的方式布置在微透镜阵列17前方。在此充分利用：微透镜阵列17的亮度分布由于塔尔博特效应在焦平面中重复，在该焦平面中布置有网格布置16。相应地，在图2b所示的射束组合装置10的情况下，网格位置8.1、...、8.n需要以彼此间具有间距δx的方式布置，该间距相应于微透镜阵列17的微透镜20在x方向上的网格间距p
x
，即适用：δx＝p
x
。
[0144]
微透镜阵列17的焦距f
ml
典型地小于大约70-80mm，并且小于激光射束3.1、...、3.5的瑞利长度，从而不必遵守对相邻的相干激光射束3.1、...、3.5之间的角度差δθ
x
的条件。相应地，在图2b所示的射束组合装置10的情况下，相干激光射束3.1、...、3.5可以彼此平行定向地射入到微透镜阵列17上。
[0145]
网格位置8.1、...、8.5上的激光射束3.1、...、3.5的散度(divergenz)，由于与微透镜阵列17的小的间距f
ml
也对组合效率具有可忽略不计的影响，所述网格位置可以相应于例如放大器光纤的作为发射面的端面侧，相应的激光射束3.1、...、3.5从所述发射面出发。必要时，可以借助适合的射束成形装置来匹配激光射束3.1、...、3.n的射束剖面，例如其中准直或聚焦所述激光射束，即网格位置8.1、...、8.5不必一定与光纤的端面侧上的发射面一致，而是可以例如位于多个(例如球状的)聚焦透镜的焦平面中。
[0146]
如果该条件未被光纤端部上的发射面满足的话，设置这样的射束成形装置的可以是有意义的，以便匹配相应的相干激光射束3.1、...、3.5的射束直径2ω
flmlx
，对于该射束直径应适用：2ω
flmlx
＝λ
l f
ml
/p
x
。
[0147]
相干激光射束3.1、...、3.5的强度可以选择得相同，如在图2a中所描述的射束成形装置10的情况下典型的那样。但是也可能或有利的是，在图2b所示的射束成形装置10的情况下相干激光射束3.1、...、3.5的最大强度在网格位置8.1、...、8.5上具有相应的最大强度，所述相应的最大强度的包络线相应于微透镜阵列17上的或紧接在微透镜阵列17后方的组合激光射束12的强度分布i，如图3所示。如在相干激光射束3.1、...、3.5的强度分布的情况下那样，微透镜阵列17上的组合激光射束12的强度分布i在所示示例中是高斯分布。
[0148]
如上所示，对于微透镜阵列17上的组合激光射束12的射束直径2ω
flax
适用：2ω
flax
＝4p
x
/(πff
x
)。因此，组合激光射束12的射束直径2ω
flax
并且因此组合效率随着填充系数ff
x
的增加而减小。在图2b所示的射束成形装置10的情况下，对于第一方向x上的填充系数ff
x
应适用：ff
x
《0.4，优选ff
x
《0.3。原则上适用：经组合的相干激光射束3.1、...、3.5的数量n越大，则填充系数ff
x
应越小。对于附加地在第二方向y上组合相干激光射束的情况(见下文)，对于第二方向y上的填充系数ffy应适用：ffy《0.4，优选ffy《0.3。
[0149]
为了在微透镜布置11中由具有射束直径2ω
flmlx
的激光射束3.1、...、3.5形成具有相应高斯剖面的组合激光射束12，该高斯剖面带有较大射束直径，该组合激光射束衍射到第零衍射级b
0,x
中或者衍射到较高的衍射级b
k,x
中，在图2a、b的两个射束成形装置10的情况下，需要将具有相位波前或具有单个(与入射角θ相关的)基本相位的激光射束3.1、...、3.5射入到微透镜阵列17上，所述基本相位如下文给出：
[0150][0151]
其中适用：其中，a＝1，...，n，其中，n表示在第一方向上布置的网格位置的数量(在此：n＝5)，并且其中，b
k,x
表示整数或者半整数，对于该整数或者半整数适用：对于相干激光射束的数量n是奇数的情况，衍射级b
k,x
采用整数值。对于相干激光射束的数量n是偶数的情况，衍射级b
k,x
采用半整数值。
[0152]
基本相位对于每个单个的相干激光射束3.1、...、3.5不同，并且因此借助相位调整装置6.1、...、6.n、而非借助耦合输入光学器件18的一个或者多个光学元件来调整，即使这原则上同样是可能的。
[0153]
借助上文给出的用于基本相位的条件，组合激光射束12可以有针对性地衍射到第零衍射级b
0,x
中，在该第零衍射级的情况下激光射束12沿着z方向传播，如图2a、b所示。通过将b
k,x
确定为奇数或者不等于零的偶数，组合激光射束12可以衍射到相应的(在x方向上的)不同于第零衍射级的衍射级b
k,x
中，在该衍射级的情况下激光射束12与z方向成一角度地传播。
[0154]
在图2a、b所示示例中，衍射到第零衍射级或者较高的衍射级b
k,x
中的组合激光射束12借助另外的傅里叶透镜21在另外的傅里叶透镜21的图像侧焦平面中成像为另外的网格布置16
‘
，该另外的傅里叶透镜在射束路径中布置在微透镜阵列17后方，所述另外的傅里叶透镜与所述微透镜阵列的间距为所述傅里叶透镜的物镜侧焦距f
flout
。对于另外的网格16
‘
布置的另外的网格位置8.1
‘
、...、8.5
‘
之间的间距δx
‘
适用：δx
‘
＝δx f
flout
/f
flin
。对于衍射到相应的衍射级b
k,x
中的组合激光射束12在另外的傅里叶透镜21的焦平面中的射束直径2ω
flx
‘
，相应地适用：2ω
flmlx
‘
＝2ω
flmlx f
flout
/f
flin
。衍射到第b
k,x
衍射级中的组合激光射束12成像到第ba个另外的网格位置8.1
‘
、...、8.n
‘
上，其中适用：
[0155]
其中，ba＝1、...、n。
[0156]
对于在图4a中示例性示出的、四个相干激光射束3.1、...、3.4(n＝4)的情况，对于激光射束12能够衍射到其中的四个衍射级b
k,x
适用：b-1.5,x
＝-1.5，b-0.5,x
＝-0.5，b
+0.5,x
＝+0.5和b
+1.5,x
＝+1.5。对于组合激光射束12衍射到第+0.5衍射级b
+0.5,x
中的情况，对于四个待调整的基本相位适用调整的基本相位适用
[0157][0158][0159]
[0160]
在下文中假定，在图1a-c所示的设备5的情况下或在另外的设备5
‘
的情况下，根据上文给出的条件(其中k＝0)调整激光射束3.1、...、3.n或另外的激光射束3.1
‘
、...、3.n
‘
的基本相位以便使组合激光射束12或另外的组合激光射束12
‘
衍射到第零衍射级b
0,x
中。
[0161]
对于激光射束12衍射到在x方向上不同于第零衍射级的衍射级b
k,x
中的情况，有利的是，从通过这种方式调整的基本相位出发调整第a个网格位置8.1、...、8.n上的相干激光射束3.1、...、3.n的相应的附加相位(a＝1、...、n)，该附加相位由以下得出：
[0162][0163]
在此，如上所示，n表示在x方向上在一维的网格布置16中布置在共同的线上的网格位置8.1、...、8.n的数量，b
k,x
表示整数或者半整数，对于该整数或者半整数适用：
[0164][0165]
相应的附加相位与上文给出的基本相位相加，用于相干地叠加到第0衍射级b
0,x
。尤其对于在下文描述的扫描过程，在该扫描过程中衍射级b
0,x
被改变，被证明为有利的是，从用于衍射到第0衍射级b
0,x
中的基本相位出发，使用附加相位以衍射到(至少一个)较高的衍射级b
k,x
中，而不是相应地调整基本相位即以便衍射到较高的衍射级b
k,x
中。
[0166]
对于在图2a、b中示例性描述的、五个相干激光射束3.1、...、3.5的情况，对于激光射束12能够衍射到其中的、不同于第零衍射级b
0,x
的衍射级b
k,x
适用：b-2,x
＝-2，b-1,x
＝-1，b
+1,x
＝+1和b
+2,x
＝+2。在图4b中，对于五个激光射束3.1、...、3.5给出相应的个体化的附加相位该附加相位引起组合激光射束12衍射到-1衍射级b-1,x
中。借助射束组合装置10产生的、相关的远场(角度分布)在图5a中示出。
[0167]
为了调整激光射束3.1、...、3.5的(个体化的)附加相位借助控制装置15如此操控相位调整装置8.1、
…
,8.5，使得这些相位调整装置对于第a个相干激光射束3.1、...、3.n分别产生相应正确的附加相位
[0168]
在图4b所示示例中，即在数量n＝5的激光射束3.1、...、3.5和衍射到在x方向上的-1衍射级b-1,x
中的激光射束12的情况下，对于五个待调整的附加相位适用：
[0169][0170][0171][0172][0173][0174]
为了实现离散的扫描过程，在该离散的扫描过程中组合激光射束12在不同的衍射
级b
k,x
之间往复切换，控制装置15可以改变相干激光射束3.1、...、3.n的相应的附加相位其方式是，该控制装置作用到(能够快速切换的)相位调整装置6.1、...、6.n上。例如，激光射束12可以从在x方向上的-1衍射级b-1,x
移动到在x方向上的+2衍射级b
+2,x
，其方式是，代替调整图3a所示的附加相位地，调整图3b所示的附加相位地，调整图3b所示的附加相位
[0175]
如果借助成像的光学器件(例如图2a、b所示的另外的傅里叶透镜21)对图5a所示的远场进行成像，则角度分布转换成位置分布。通过这种方式可以产生组合激光射束12的可调整的射束偏移，即激光射束12可以相对于光轴在x方向上以相距期望的、与衍射级b
k,x
相关的间距的方式错开，该光轴在射束成形装置10的中心在z方向上延伸。组合激光射束12在此尤其可以在焦点平面中的(变化的)焦点位置上聚焦，如在图2a、b中示例性对于另外的傅里叶透镜21的焦平面示出的那样。
[0176]
图5b示出射束组合装置10的远场，其中，五个相干激光射束3.1、...、3.5组合成衍射到第一衍射级b-1,x,1
中的第一激光射束12a和衍射到第二衍射级b
0,x,2
中的第二激光射束12b。为此目的，同样适合地调整相干激光射束3.1、...、3.5的附加相位为了调整附加的(绝对)相位调整附加的(绝对)相位可以应用迭代优化算法，该迭代优化算法在控制装置15中运行或者已经预先执行。通常，适合用于确定的加工过程(例如激光切割过程、激光焊接过程、激光标记过程、增材生产等)的相位以数据组或表格的形式保存在控制装置15本身中或保存在与该控制装置连接的电子存储器中，或这些相位由操作者预给定。
[0177]
在图5b所示示例中，如此选择附加相位使得第一激光射束12a与在图5a中一样衍射到-1衍射级b-1,x,1
中，并且附加地第二激光射束12b衍射到第零衍射级b0中。
[0178]
在所示示例中，第一和第二激光射束12a、12b的强度或功率可以是同样大的，即由种子激光源产生的功率均匀分布到两个激光射束12a、b上。在图5b中，在遵守上文给出的用于附加相位的条件时，耦合输入到射束组合装置10中的输入功率p等分地(50:50)分离成衍射到第0衍射级中的激光射束12b和衍射到-1衍射级中的激光射束12a，即适用：p-1
＝p0＝p/2。
[0179]
但是也可能的是，有针对性地偏离均匀分布地调整输入功率p的衍射到相应的衍射级b
k,x,1
、b
k,x,2
中的部分。例如，在图5b所示示例中，输入功率p的80％的部分可以衍射到-1衍射级中，并且输入功率p的20％的部分可以衍射到第0衍射级中，即适用：p-1
＝0.8p，p0＝0.2p。通常，例如以如下方式将输入功率p分离成第零衍射级或
±
1衍射级：p0＝cp；p
±1＝(1
–
c)p，其中，0《c《1。
[0180]
对于在x方向上在第a个网格位置8.1、...、8.n上的相应的相干激光射束3.1、...、3.n的附加相位该附加相位产生上文给出的具有系数c的功率分离，适用：
[0181][0182]
分离系数c可以由控制装置15恒定地选择或者与时间相关地改变。在后一种情况下，设备5可以以(声光学的或者电光学的)调制器或偏转器的形式运行。
[0183]
在数量为m的、多于两个的组合激光射束12a、12b、...的情况下，该分离可以例如以(例如线性的)功率斜坡的形式实现，在该功率斜坡的情况下，具有最大功率p
k,max
的第一
组合激光射束衍射到第k衍射级中，并且在该功率斜坡的情况下，具有相对于最大功率p
k,max
减小的功率的其余m-1个组合激光射束衍射到其余的m-1个衍射级中。对于呈功率楔形(leistungs-keils)形式的功率分布，例如可以适用：a/m p
k,max
，其中，a＝1、...、m。对于数量为5的、经衍射的组合激光射束的示例得出最大功率p
k,max
的100％、80％、60％、40％和20％的部分。
[0184]
原则上适用的是，通过适合地选择附加相位相干激光射束3.1、...、3.5可以组合成两个或者多于两个的激光射束12a、12b、...，所述激光射束——以均匀分布的功率或者以不同功率——衍射到相应的衍射级b
k,x,1
、b
k,x,2
、...中。
[0185]
在结合图1a-c至图5a、b描述的激光系统1中，激光射束3.1、...、3.n被一维地组合。图6a-c分别示出光学组件，在该光学组件中，数量n(在此：n＝3)
×
m(在此：m＝3)的网格位置8.1.1、...、8.n.m布置为二维网格布置16。在图6a所示示例中，网格位置8.1.1、...、8.n.m在共同的平面(xy平面)中布置为矩形网格布置16，并且所有激光射束3.1.1、...、3.n.m的射束传播方向平行地(沿z方向)延伸。与图2a类似，在图6a的光学组件中，耦合输入光学器件18仅具有呈聚焦透镜19形式的聚焦装置，该聚焦透镜在图6a中作为正方形示出。微透镜布置11的微透镜阵17的微透镜20布置为相应的矩形网格布置并且平行于xy平面地定向。微透镜20是正方形透镜，所述正方形透镜在两个方向x、y上像圆柱透镜一样起作用。
[0186]
在图6b所示的光学组件中，网格位置8.1.1、...、8.n.m同样布置为网格布置16或阵列，但是该阵列沿着弯曲的面延伸，更准确地说沿着球壳延伸，其中，激光射束3.1.1、...、3.n.m的射束传播方向垂直于球壳地定向，并且微透镜布置11布置在球壳的中心点附近。网格位置8.1.1、...、8.n.m也可以布置为沿着别的弯曲的面、例如沿着椭圆面延伸的网格布置16。在这种情况下，可以省去耦合输入光学器件18。
[0187]
图6c示出类似于图6a的光学组件，在该光学组件中，微透镜布置11的二维微透镜阵列17被两个一维的部分微透镜阵列(teil-mikrolinsen-array)22a、22b替代。部分微透镜阵列22a、22b分别具有多个呈圆柱透镜形式的微透镜20a、b，其中，第一部分微透镜阵列22a的微透镜20a和第二部分微透镜阵列22b的微透镜20b彼此垂直地定向，更确切地说在x方向上或在y方向上定向。与图6c所示内容不同，两个一维的部分微透镜阵列22a、b可以直接彼此邻接地布置在共同的平面中并且相应于图6a所示情况。
[0188]
应当理解，在图2b所示的射束组合装置10中，相干激光射束8.1.1、...、8.n.m的二维组合类似地也是可能的，其中，在这种情况下可以省去傅里叶透镜19，并且矩形的或者正方形的网格布置16布置在微透镜阵列17前方，所述网格布置与所述微透镜阵列的间距为焦距f
ml
，并且相干激光射束3.1.1、...、3.n.m彼此平行定向地射入到微透镜阵列17上。
[0189]
根据网格位置8.1.1、...、8.n.m的间距或根据网格布置16在x方向上或在y方向上的周期性，微透镜20a、b在两个彼此垂直的方向x，y上的网格间距p
x
、py也可能彼此不同。相应地，图6a的微透镜20在x方向上和在y方向上可能具有不同的曲率，即不是圆柱透镜。相干激光射束3.1.1、...、3.n.m在两个线性独立的、在所示示例中垂直的方向x、y上的组合原则上是独立的，即上文给出的条件或等式彼此独立地适用于两个方向x、y。
[0190]
仅在调整激光射束3.1.1、...、3.n.m的相位时，两个彼此垂直的方向上的量值才相加，即对于布置为矩形网格布置16(在x方向或y方向上)的数量n
×
m的激光射束3.1.1、...、3.n.m，对于相应的附加相位适用：
[0191][0192]
其中，m表示在第二方向y上的网格位置的数量，b
j,y
表示整数或者半整数，对于该整数或者半整数适用：
[0193]
相应地，两个彼此垂直的方向x、y上的基本相位的量值也相加，即适用：
[0194][0195]
其中适用：其中，b＝1、...、m，其中，m表示沿着第二方向布置的网格位置的数量，并且其中，b
j,y
表示整数或者半整数，对于该整数或者半整数适用：
[0196]
类似于图4b地，图7示出n＝5
×
m＝5个相干激光射束3.1.1、...、3.5.5的二维布置，所述相干激光射束分别具有所分配的附加相位光射束分别具有所分配的附加相位用以产生衍射到在x方向上的衍射级b-2,x
、在y方向上的衍射级b
+1,y
中的唯一的激光射束12(参见图8)，或者，用以产生衍射到第一衍射级b-2,x,1
(在x方向上)、b
+1,y,1
(在y方向上)中的第一激光射束12a以及衍射到第二衍射级b
+1,x,2
(在x方向上)、b-1,y,2
(在y方向上)中的第二激光射束12b(图9)。
[0197]
为了产生唯一的衍射到(二维的)衍射级b
k,x
、b
k,y
中的激光射束12，对于二维网格布置16中的第(a，b)个网格位置8.a.b(参见图6a)，即对于同时构成在y方向上的第b个网格位置的在x方向上的第a个网格位置或者说对于第(a，b)个相干激光射束3.a.b(参见图7)，调整附加相位该附加相位通过上述等式(3)得出。
[0198]
相应地，在图9所示的远场中，相应的附加相位也借助迭代的、随机的优化算法来调整，以便产生衍射到第一衍射级b-2,x,1
(x方向)、b
+1,y,1
(y方向)中的第一激光射束12a以及衍射到第二衍射级b
+1,x,2
(x方向)、b-1,y,2
(y方向)中的第二激光射束12b。
[0199]
如上所述，经衍射的激光射束12a、12b、...的衍射级b
k,x,1
、b
k,y,1
；b
k,x,2
、b
k,y,2
、...的数量和布置原则上是任意的，并且仅通过用于组合的相干激光射束3.a.b的数量n或m来限制。通过适合地选择或改变一维网格布置16中的附加相位或二维网格布置16中的附加相位可以有针对性地打开或者关闭单个的组合激光射束、组合激光射束组或者组合激光射束的整个阵列，该阵列相应于一组衍射级。
[0200]
因此，借助上文描述的激光系统1可以实现(离散的)一维的或者二维的扫描过程、或对组合激光射束12的有针对性的射束偏转、和/或有针对性的分离成两个或者更多个激光射束12a、12b。一个或多个组合激光射束12、12a、b可以借助附加的光学器件(例如在图2a、b中示出的傅里叶透镜19)成像或聚焦到焦点平面中的(变化的)焦点位置上。