CN1672303A - 产生高光功率密度的方法和激光设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种产生高光功率密度的方法和激光设备，其通过按以下方式来形成二极管激光器(E)的激光棒(LB)：在单个激光棒(LB)中，邻近的二极管激光器(E)的慢轴(x)相对于彼此放置在同一直线，且所述二极管激光器(E)大致发射至同一方向(z)，由所述多个激光棒(LB)发射的辐射进一步汇集到与光轴(A)平行的汇集且明亮的光束中。根据本发明，为了汇集所述光束，以转动从不同扇区发出的光束方向(DE)的方式，激光棒(LB)放置于相对于光轴(A)成轴对称结构的扇区内。通过使用空间、极化和/或波长多路传输，本发明的优选实施例能够实现激光棒(LB)的有效逐扇区辐射的汇集。

Description

产生高光功率密度的方法和激光设备
根据权利要求1的前序，本发明涉及一种产生大光功率密度的方法。根据后附权利要求17的前序，本发明进一步涉及一种实现上述方法的激光设备。
背景技术
由激光设备产生的亮光如今应用于大量不同的过程中。这些过程包括如：材料标记、表面处理、切割和焊接。例如，高功率激光适用于使用上述过程处理金属材料。激光也广泛应用于医学目的和各种光学测量中。
因为基于半导体的二极管激光器得到发展，由此增加了获得的光功率并且改善了光束质量，所以使用小型半导体激光器的应用在上述应用领域中得到了强有力的扩展，这些应用传统上使用较大尺寸的气体和晶体激光器。通常，通过汇集由若干单激光发射器发射的辐射，半导体激光设备实现了高的光学总功率。
具有大功率密度的半导体激光设备的一般目的是：产生充分强烈和光亮的光束，其能够以需要的方式聚焦到目标上。光源的亮度确定为从一个发射表面区域到某一立体角辐射的光功率。无源光元件不能增加单个光源的亮度。
对于半导体激光器，单个半导体发射器的光功率相当有限，其中，为了获得充足的总光功率，需要很多个单个发射器。为了增加光功率，使用所谓的激光棒，其由若干并排排列的单个发射器组成，若干激光棒能进一步堆起汇集为一体，构成所谓的激光塔。然而，当光源内的发射器数量由此增加时，光源尺寸也增加是必然的。为了增加由光源发射的辐射的功率密度，源于光源的不同位置的光束应该以适当的方式汇集在一起。此光束集合通常称为多路传输。用于与半导体激光器有关的不同的多路传输方法包括波长、极化以及空间多路传输。
在波长多路传输中，利用具有适当波长相关性的光束合并器，将两个或多个(n个)不同波长的光束汇集在一起，以构成一个光束。例如在光学领域中所公知的这样的光束合并器，如分色镜，其已知实例包括如所谓的暖/冷光镜。在使用光束合并器时，可将汇集光束的直径设置成与所汇集的且具有不同波长的每一个光束的直径大致一致。因此，汇集光束的功率密度在无损耗状态下增加到n倍。因为光的立体角可以保持在初态，因此，汇集光束的亮度也以与功率密度一样的关系增加。
在极化多路传输中，具有相同波长的两个光束使用极化光束合并器汇集成一个光束。如果必要，另一部分的光束的极化水平可以用λ/2盘旋转如90度。因为汇集光束的直径与被汇集的部分光束的直径大致相同，在这种情况下，功率密度实际上几乎增加到两倍。因为光的立体角没有改变，所以亮度也几乎增加到两倍。
在空间多路传输中，源于不同光源的光束聚集到空间内同一位置。空间多路传输的目的是尽可能保持原始光源的亮度。能增加功率密度，但因为光的立体角以相同关系增加，仅用空间多路传输不能增加亮度。
在实践中，这是十分困难的：设计和实现这样一种结构，其能将多个半导体激光器光束以有效方式汇集并且同时使用波长、极化和空间多路传输。这是由于如半导体激光器发射的散光性质以及现有技术激光棒的宽度引起的。
通常，用于现有技术的宽激光棒的单发射器的光发射表面的高度(以后称为y方向)小于1微米，在该快速发散方向(快轴，FA)上，源于发射器的光束以高斯方式在30到40度角上传播(FWHM)。单个发射器的光发射表面宽度(以后称为x方向)通常是100微米的量级，在该缓慢发散方向(慢轴，SA)上，往外去的光束在小于10度的角度内发散(FWHM)。在汇集成激光棒的相邻发射器之间，总是存在不发射光的无放射性“空载”空间。通常10mm量级并且包括20到40个相邻发射器的激光棒产生20到50瓦的连续光功率。与激光棒长度成比例，光功率相应是2到5W/mm。在使用脉冲的情况下，瞬时相应功率可超过10W/mm。
美国专利5,825,551披露了一种基于两个平面镜的简单的空间多路传输方法。在此解决方案中，发射器的慢轴在两个玻璃板之间对角线指向，其中光束保持截留，并且它们基于反射朝着玻璃板的出口端传播。光束从玻璃板之间的镜隙发出，比最初更窄。该结构简单，但由于反射损耗，损失了一部分光功率。此外，使用提及的方法同时实现不同的多路传输方法是困难的，其中获得的最大功率密度是有限的。
多个专利建议使用不同类型的波导来汇集激光棒(美国4,820,010)或发射器(美国6,312,166)的光束。基于波导的解决方案去除了发射器以及/或激光棒之间的非放射空载空间，并它们可以用于将光线进一步传递到光导纤维。然而，实践中，波导经常明显降低光源亮度。这是由于在波导的出口端不能实现高填充因数的事实。为了收集所有光功率，波导必须具有足够大的光耦合端，但一部分耦合表面常常是无效的，在其中整个亮度受损。此外，安装精度对于光束质量来说是一个重要因素。极化和波长多路传输也不能直接与波导的使用相连。
保持慢轴方向上的激光亮度可能是汇集亮二极管激光光束中最常见的问题，在多个专利出版物中披露了此问题的解决方案。在激光干胶片上加工处理发射器，使得发射器处于彼此充分远离的位置，利用这种方法能够简单解决此问题。因此，在单个发射器前面，可以放置相对于每个发射器尺寸具有足够大的尺寸的慢轴校准光学元件(美国5,793,783)。然而，这样的解决方案在实践中并不有利，由于大多数干胶片包括发射器之间的空载空间，所以激光干胶片的利用程度差。
多个解决方案倾向于通过使用光学方法使慢轴方向的光场变窄，同时可能除去发射器之间的空载空间。一般来说，通过增加光源影像高度来使慢轴变窄，这将不可避免地涉及到：当通过一个个地堆叠将激光棒汇集时，将增大激光棒之间的物理距离。此外，变窄和堆叠光学元件所需的物理空间使得组合不同多路传输的方法变得困难。以下将对已知的变窄光学元件的主要特性进行更详细的描述。
在美国专利5,784,203中，使用透镜光学元件实现慢轴变窄，利用玻璃板堆叠成的塔实现平行偏转。塔的玻璃板的平面是平行的，但以使得结构类似于风扇的方式，玻璃板相对于彼此适当旋转。来自宽激光棒的光束在慢轴方向上分成部分光束，这些光束在快轴方向上偏转，其中源于不同发射器的光射到玻璃板塔的不同层面。在堆叠以形成风扇结构的玻璃板上发生平行移位，其中源于不同发射器的光束在慢轴方向上一个在一个之上地排列。光线在玻璃板塔内依靠全反射传播，其中在玻璃板和/或玻璃板表面之间需要具有比玻璃板本身低的反射系数的介质。由于慢轴的发散，趋于不同玻璃板的光部分地混合，失去了此部分。在此方法中，需要若干柱面透镜、球状透镜和玻璃透镜，这就增加了结构尺寸，并且使得同时利用不同多路传输方法变得困难。也可以使用玻璃板堆叠的两个塔(美国5,805,784和美国5,986,794)来实现变窄和堆叠。在此解决方案中，激光棒同样彼此保持相互间隔，因此此方法最适合源自单个激光棒的光功率的基于纤维的耦合。
提出了许多基于微型镜片的不同的变窄和堆叠结构。例如，通过半导体技术由半导体制造的两排偏置镜片(美国5,887,096)或偏转镜片系统(美国5,808,323)能够用于此目的。美国专利5,592,333披露了基于单片镜片技术的变窄光学元件，该元件同时除去了发射器之间的空载空间。源于每个发射器或发射器群的光束从“V”型槽的两边缘反射，其中传播方向改变90度，并且局部光束以新的方式彼此堆叠。这导致了原始长光束的分离，以及在快轴方向上各个光束顶部上分离的局部光束的形成，其中，这些光束可以用一个透镜校准。然而，根据此方法的设备结构是“L”型，其需要大的空间。因此，汇集众多激光棒的光束就不是十分有利了。涉及微型镜片制造技术的问题常常也是限制因素。在以上解决方案也提到过的基于镜反射的光学元件中，产生了由吸收所导致的作用效果的损失，以及必须尽可能冷却镜片。
以符合阶梯镜片的方式，同时通过使用合适形状的玻璃棒(美国5,877,898)，能够实现变窄和压缩慢轴。每个玻璃棒的入口表面与光的进入方向垂直，而出口表面相对于光进入方向呈45度。由于倾斜出口表面导致的全反射，光的方向改变了90度。基于全反射的解决方案仅有很少的功率损失。然而，与玻璃棒集成的小镜片结构很难制造，并且在此解决方案中，激光棒也不能彼此接近。
变窄和校准慢轴的一个实际解决方案是基于偏移棱镜(美国5,808,803)。通过使用棱镜，发射器或发射器群的光束在快轴方向上偏移，其中，比最初激光棒窄的这些光束，可以用其自身的柱面透镜更准确的进行校准。必要的校准透镜的数目取决于最初的激光棒将分成多少部分。此结构简单，但因为必须在快轴方向上实现偏移，激光棒不能彼此接近。如果目标是分别校准20个激光棒的发射器，就需要20个棱镜结构，进一步需要20层的校准透镜塔。同时整体亮度将降低，这是不必要的，因为从不同发射器发出的光束在慢轴方向上没有位于彼此的顶部。
在汇集光束之前，也可以除去发射器之间的空载空间，如在基于阶梯镜片结构的美国专利6,240,116中所实现的那样。
作为上述现有技术解决方案的总结，可以说，这些解决方案倾向于解决涉及控制发射器慢轴的光学问题，这些问题主要是由于目前使用的宽激光棒的性质导致的。上述解决方案以技术方案的更复杂的结构和增大的物理尺寸为代价，促进了慢轴的操作，其又使得同时使用不同多路传输方法变得困难，从而限制了亮度和功率密度。
发明内容
本发明的主要目的是对此情况提出新的全面解决方案，其中通过将由若干半导体激光器发射的辐射汇集在一起，来产生高光功率密度。
在本申请中介绍的方法和激光设备主要是首先基于所谓的窄激光棒的使用，这些激光棒在慢轴方向上比现有技术的激光棒短，其次是当将排列在不同扇区的激光棒的辐射聚集在一起时，基于特殊轴对称结构的利用。
根据本发明，比激光棒的传统结构窄的结构，相比现有技术的宽激光棒，提供了简捷的或更有效的冷却。激光棒窄这一事实也涉及到可能避免现有技术的不便以及在慢轴方向上限制光束的变窄光学元件。这又允许非常紧凑的轴对称结构解决方案，其能够同时有效利用空间、波长和极化多路传输。
因此，本发明的解决方案能够增加包括不同激光棒的辐射的功率密度，使其更接近理想状况下可获得的理论最大值，在理想状况中，可以无损耗地汇集不同发射器的光效率，并且指向需要的点。因此，本发明的解决方案使得实现比现有技术高的功率密度成为可能，同时实现更好的汇集光束质量。
本发明的方法和设备显示了许多其他的有利特性，从以下提供的本发明详细描述中，对本领域的专业人员来说，这些特性将是显然的。
为了实现上述目的，本发明方法的主要特征在于后附权利要求1的特征部分所披露的内容。本发明激光设备的主要特征又在于后附权利要求17的特征部分所披露的内容。
以下参考附图对本发明进行描述，其中
图1显示与本发明的窄激光棒有关的图形和描述中使用的xyz坐标，
图2a以原理方式显示了从x轴方向所观察到的接附在冷却的底板上的窄激光棒，
图2b显示从y轴方向所观察到的图2a的整体，
图3以原理方式显示从z轴方向所观察到的位于两个上下放置的底板之间的激光棒的一个线路结构，
图4a以原理方式描述了如从x轴方向(从侧面)所看到的由窄激光棒组成的激光塔，
图4b显示了如从y轴方向所看到的(从上边)图4a的激光塔，
图4c显示了从z轴方向以及逆光方向(从前边)的图4a的激光塔，
图4d显示了从z轴方向以及沿着光方向(从后边)的图4a的激光塔，
图5以原理方式显示了本发明的一个基本实施例，以及随后用于附图的附图标记，
图6以原理方式显示了本发明的另一个实施例，
图7a以原理方式从侧面显示了本发明的第三个实施例，
图7b以原理方式从后面显示了本发明的第三个实施例，
图8a说明了如从慢轴方向上所看到的慢轴校准光学元件的一个结构，
图8b说明了从快轴方向上所看到的图8a的结构，
图8c说明了从z轴(光轴)方向上所看到的图8a的结构，
图9a-9e以原理方式显示了不同类型的聚焦光学器件，
图10以原理方式显示了本发明的第四个实施例，
图11以原理方式显示了本发明的第五个实施例，
图12以原理方式显示了本发明的第六个实施例，
图13以原理方式显示了本发明的第七个实施例，
具体实施方式
根据图1，在由并排排列的半导体发射器E组成的窄激光棒LB的坐标内，首先确定y方向为快轴方向，x方向为慢轴方向。从激光棒LB发出的所有光束首先大致沿相同的z方向传播。在激光棒LB内，邻近的发射器E的慢轴x相对于彼此位于同一直线上，而所述二极管激光器E大致发射到同一方向z上。
本发明的窄激光棒LB涉及一种结构，其中在一个比现有技术的激光棒充分狭窄的区域L(近场的宽度)中，发射器E在x方向并排排列成激光棒。通常，例如仅5个发射器E并排位于窄激光棒LB内，而在现有技术激光棒内，其数量通常为20到40个。
单个半导体发射器E后面也称为半导体激光器或二极管激光器。
在本发明的轴向对称结构中，由窄激光棒LB制成的基本部分以及可能的光学元件位于扇区内，以形成圆环，其中扇区的结构自身以规则或不规则的角间隔重复，该基本部分如为由激光棒一个在另一个上堆叠而成的激光塔和/或激光塔堆。
具有大功率密度并基于窄激光棒LB的激光设备随之通过跟随以下顺序的光传播路径进行检测：窄激光棒-在底板上安装激光棒-堆叠激光棒-校准快轴(FAC)-汇集光束-校准慢轴(SAC)-聚焦-最终结果。
考虑到本发明的主要原理，以下描述主要涉及本发明的基本原理，如在图5中所说明的。此后也对本发明的一些其他可能的实施例进行更详细地观测。
1、窄激光棒的特性和制造
根据图1，本发明的基本起点是单个窄激光棒LB，其涉及激光干胶片处理的单个部件，并包含一个或多个激光发射器E。所述激光发射器E一起形成近场L，其与所述部件的慢轴平行，该近场充分狭窄，使得由激光棒LB传输的光束能够进行精确的直接校准和聚焦，该精度足够实现本使用目的，其中不需要现有技术的特殊变窄光学元件。
可以这样来实现激光棒LB的窄小：通过在同一个激光棒内使用总数更少的平行发射器E，和/或通过比现有技术激光棒更密集地间隔发射器E。
与窄激光棒LB的慢轴平行的近场的宽度L最好为0.5mm的量级。在激光棒LB内，发射器E电并联连接。
窄激光棒LB的发射器E可具有现有技术的结构或者为此目的对这些发射器进行更好的优化。因此比起现有的实践，发射器E能够更密集地并排间隔，其中，由于从同一区域获得的更大的光功率，激光棒LB的总亮度增加了。由于激光棒冷却特性优于现有技术的冷却特性，相比传统间隔，在窄激光棒LB内更密集的发射器E的间隔成为可能。原因之一是由于这个事实：在窄激光棒LB内，部分热量也能够在x方向上从中心定位的发射器E导出。因为窄激光棒LB通常包含比宽激光棒明显少量的发射器，在此产生的热能总量较低，这同样减少了针对冷却的需要。
可以估计，目前使用的半导体处理方法能够生产出宽度为0.5mm的窄激光棒LB，每个都能提供10W量级的光功率。与激光棒LB的长度成比例，这相当于20W/mm，这比起现有技术的宽激光棒要大得多。此差别主要是由这一事实引起的：比起传统解决方案，由于上述窄激光棒LB具有更良好的冷却特性，所以能够更密集地间隔发射器E。
当发射器E的密度增加时，和现有情况相比，可以以每单位面积获得更多光功率的方式，在激光器的制造阶段形成和加工激光干胶片。这将部分地降低激光器的制造成本。
2、在底座上安装窄激光棒以及冷却激光棒
根据图2，在底板M上安装窄激光棒LB，为了使冷却更有效，以以下方式来实现：激光棒LB结构的产生激光的半导体层尽可能靠近冷却的底板M。已知的使用的固定方法可以是例如不同的胶、焊料、汽化焊料和/或其组合，其均具有良好的导电性和导热性。
在实践中，从侧面发射到z方向的激光棒LB接附于底板M上，一般p侧向下。底板M的尺寸最好比窄激光棒LB长且宽，选择底板M的材料，使其尽可能具有良好的导热性。在激光棒LB和底板M之间可以设置有效传热的层，即所谓的“散热器”(在图中未示出)，如果必要，其能够同时作为电绝缘体(例如多晶金刚石涂层或氮化硼)。在底板的某些位置制造用于冷却的足够数量的通道CH，其中，冷却液体或其他冷却介质通过所述通道流动。另一种选择是仅为由激光棒LB堆叠形成的现成的激光塔加工通道CH。
相对目前使用的宽激光棒，根据本发明的窄激光棒LB受热大约为十分之一，这在很大程度上降低了冷却的要求。
不象宽激光棒，由于窄激光棒的小物理尺寸，连同它们的冷却一起，更容易使用有效的“散热器”底座，其中避免了由热膨胀导致的不同限制问题。此外，比起现有技术的宽激光棒，激光棒LB相对于x轴方向的弯曲要小得多(所谓的“扭曲(smiling)”)。现有技术很难制造在热传导中需要的大尺寸金刚石箔(“散热器”)。此外，相比较宽结构，用窄结构冷却窄激光棒LB更有效，因为热流量也可以在x轴方向传播到底座，并且冷却底板M在此方向上可以比激光棒LB宽很多。
使用现有技术中熟知的所谓微通道冷却也是可能的，用来代替图2a和2b中原则上显示的且基于“宏观”通道CH的冷却。在微通道冷却中，目的是让底板M的微小加工的微通道中的冷却剂尽可能靠近产生热量的激光发射器。然而，使用窄激光棒LB的一个优势是：在大多数情况下，用更简单的结构实现充分有效的冷却是可能的，并且完全不用已知的很难实现的昂贵的微通道冷却。
冷却的激光棒LB的结构可以如下。薄绝缘板IL接附在底板M上(例如铜)，如图2a中所示的绝缘板在激光棒LB的末端要比底板M短，其中激光棒LB可以直接靠着底板M的表面安装。彼此在顶部堆叠的两个底板M之间出现的所述绝缘板IL可以是例如由氮化硼或具有高导热性的一些其他材料制成的。激光棒LB接附在底板M上，P侧向下。激光棒LB可以包括安装就绪的电流导体W，如图3所示，在激光棒LB接附在底板M上以后，导体能够与下一层底板M的底部相连，例如使用混合了环氧胶的导电银。电流导体W可以如图3所示的方式安放，其中导体W的两个自由端接附在上底板M的底部。在一个可替代的方式中，仅导体W的另一端可以接附上底板M。
当激光棒LB安装到底板M时，仅仅使用焊接或胶粘技术来代替电流导体W也是可能的。也可以以这样的方式实现此安装：将接附在底板M上的激光棒LB磨到与绝缘板IL同一水平。随后，可以例如焊接预成形、挥发适当的焊料层或分配导电胶层来接附到表面。也可以立即加热在彼此顶部堆叠的底板M，其中焊料层熔化，在彼此顶部堆叠的底板M和位于底板上的激光棒LB之间产生必要的接触。
3、堆叠激光棒形成激光塔和激光塔堆
为了产生更大的光功率，堆叠接附于底板M上的单个激光棒LB，以形成更高的激光塔，其中激光棒LB串联电连接在一起。在堆叠时，在发射器E侧的激光棒LB的端面受到临时保护，其中在结构中可能保留的空气间隙最好由导热材料填充，例如适当的导电胶。在此情形中，结构的冷却更有效。
图4a到4d以原理方式显示了一个由窄激光棒LB构成的可能的激光塔结构LT，以及快轴的校准光学元件FAC(图4c和4d中未示出)。校准光学元件FAC可以是现有技术的透镜组，根据图4a，其是由分别位于每一个激光棒LB前面的透镜组成的。
图4a到4d也显示了与相对于快轴校准的所述激光塔LT的不同方向对应的附图标记。在以下图中利用了这些附图标记。
当激光棒LB在彼此顶部堆叠以形成激光塔LT时，发射光的结构的区域尺寸在快轴方向上增加，而在慢轴方向上保持不变。做好的激光塔LT可以进一步以相应的方式在彼此顶部堆叠，得到激光塔堆LTP，其中光发射区域的尺寸在快轴方向上进一步增大。激光塔堆LTP可以包括不同波长的激光塔LT，如随后在图5中所示。
塔堆LTP可以以这样的方式堆叠：激光塔LT以足够的精度在彼此顶部对准，使得包含在激光塔堆LTP内的激光塔LT能够串连连接，以便冷却。换句话说，包含在激光棒LB的冷却通道CH在置于彼此顶部的激光棒LB内彼此对着，因此冷却通道CH始终如一地贯穿整个激光塔LT并进一步贯穿激光塔堆LTP。
可以使用例如锡/金交替的焊料层结构涂附到冷却的底板M上，其中，当结构第一次熔化时，涂层熔化温度一般会上升。这使得在堆叠一个冷却的激光棒LB到冷却的激光塔LT的时候，焊接新的冷却的激光棒LB时，不会熔化先前的焊接点。同时确切知道通过汽化制造的锡/金焊料层结构的厚度，其中可高精度地知道激光塔LT的尺寸。
包含例如10个窄的冷却的激光棒LB的一个激光塔LT一般可提供100W的连续光功率。通常在xz平面内，通过边缘发射的明壳的二极管激光器，发出的光被极化。
4、快轴校准(FAC)
一旦光束在几乎覆盖重叠的激光棒LB之间的距离的方向上传播时，每一个激光棒LB的快轴以现有技术已知的典型方式进行校准，例如使用快轴校准光学元件FAC。可以使用例如非球面柱面透镜、渐变折射率(grin)透镜、衍射光学元件或这些透镜的组合来实现校准。图4a以原理角度显示了实现快轴校准的透镜组FAC。
在激光塔LT内的单个激光棒LB相对于彼此充分精确定位的情况下，最好使用一个光学矩阵单元、透镜组FAC来进行快轴校准，FAC作为单个部件放置于激光塔LT前方。因此，要安装的FAC部件的数量明显减少，并且该步骤可快速实现。根据本发明，当使用窄激光棒LB时，这样的FAC部件在尺寸上也是小的，这使得安装自动化更容易。
在二极管激光器的快轴校准中，一个通常的限制因素是在发射器E和校准光学元件FAC之间在z方向上距离的不精确。换句话说，单个发射器E和相应的校准光学元件FAC位置之间的距离，对于适当的光束校准来说不足够精确。在现有技术的宽激光棒的情况下，上述安装的不精确性明显增大，校准光学元件FAC例如在宽激光棒的边缘在x方向上从最佳距离偏离到有害的程度。
此外，与宽激光棒的安装有关，例如使用显微镜实现的监控是不便利的，因为当使用足够的放大率时，宽激光棒边缘在x方向上彼此间隔太远，而不能用成像设备一次性获得精确的图像。本发明的窄激光棒LB对于定位的不精确性不象现有技术的宽激光棒那样敏感。例如依靠仅使用一个成像设备的计算机视觉，窄激光棒LB的两边缘可容易实现高精确性的一次性监控。
5、汇集光束(多路传输)和补偿
图5以原理角度显示了激光塔LT以及激光塔堆LTP，激光塔堆通过在彼此顶部堆叠激光塔而形成，以全部朝着旋转轴线发送径向光的方式，其呈本发明的环形形式放置于扇区内。旋转轴线A以后称为光轴A。
在所述圆环的扇区内，可以采用任何实际可能数量的激光塔堆LTP。根据本发明，通过使用合适的光学元件，源自每个激光塔堆LTP的光束方向被改变了90度，其中，可以使所有光束在距光轴A的某一个距离处沿着同样的方向而轴向传播。这些同方向传播的光束进一步聚焦到一个点，以便产生高光功率密度。
在下文中，根据图5，在一个结构中观察源自不同激光塔LT的光束的传播。图5所示的原理和附图标记将用于下文中图6至13中显示的本发明的其他实施例中。
首先看波长λn的光束，其源自图5的激光塔LT51。以虚线示意性所示的所述光束首先朝着光轴A径向直线传播，穿过极化旋转元件P和光学补偿元件C前进，直到由转向元件DE将光束从其起始传播方向偏转90度。
如下文将要描述的，光学补偿元件C的目的是：修正包括在单个激光塔堆LTP中的激光塔LT的汇集的光束，使得所述激光塔堆LTP的发射器的通过多路传输而汇集的光束的慢轴，能够由慢轴校准光学元件SAC来校准。
补偿元件C一般为由光学材料制成的光学平面，其具有合适的折射率并补偿光束的路径差；是一块介质。对于每个激光塔LT，通过以合适的方式改变材料的折射率以及块的厚度和形式，补偿激光塔LT相对于聚焦光学元件FO的不同距离是可能的。
补偿元件C也可以作为透镜来操作，其中也考虑了激光塔LT不同波长λ1到λn的不同色散和/或其不同的初始散度。因此，补偿元件C可以是或者可以包括例如一个或多个柱面透镜。
也可以不用真正的补偿元件C来全面实现补偿，例如，以这样的方式：当形成激光塔堆LTP时，设定合适的每个激光塔LT到光轴A的距离。
在可以是例如镜面或棱镜的转向元件DE之后，源自激光塔LT51的光束继续轴向前进，至极化光束汇集器PBC，其中，源自激光塔LT51和LT52的光束进行极化多路传输。
极化光束汇集器的操作在原理上类似于极化光束分解器，但相对于光束分解器的操作反向而行。因为极化光束汇集器PBC汇集的光束必须最好相对于彼此垂直极化，如果需要，这是可能的：通过如λ/2板的极化旋转元件P，将待汇集的第二个光束的极化旋转90度。源自激光塔LT的光初始在xz平面极化。
以虚线说明的源自激光塔LT52的光束前进至极化光束汇集器PBC，且穿过所述部件而不改变其方向前进。来自激光塔LT51的光束依次先穿过极化旋转元件P传播，其中其极化面转动了90度。在极化光束汇集器PBC中，该极化面有90度的转变。在极化光束汇集器PBC之后，光束重叠前进。
随后，汇集的光束朝着光轴A前进，直至其通过转向元件DE偏转而轴向前进。
使用合适的分色反射镜和普通镜片和/或棱镜来实现波长多路传输。波长多路传输使得这成为可能：将发射不同波长λ1到λn的每个激光塔堆LTP的激光塔LT的光束汇集成一个光束。
极化多路传输的波长λn的光束在其前进时遇上的分色光束汇集器DBC以这样的方式设计：所述波长λn穿过这些DBC而不改变方向前进。每个分色光束汇集器DBC也设计为使径向来自各个轴向位置的光束偏转成平行于光轴A的方向A，但让来自图5左侧已经平行于光轴A的光束通过。因此，源自激光塔堆LTP的不同激光塔LT的多个不同波长λ1到λn能够彼此重叠接合。
如上所述，由窄激光棒LB堆叠成的激光塔LT和激光塔堆LTP以及本发明的轴向对称结构能够实现非常有效的空间多路传输。空间多路传输适用于汇集位于不同的扇区中每个激光塔堆LTP的光束，并通过波长和极化多路传输汇集到空间中的同一个位置。如果图5的结构包括在从光轴A的方向观察呈一个轴对称形式的m个扇区，即m个激光塔堆LTP(m＝2，3，...)，当没有损失时，将聚焦点的功率密度增加到m倍是可能的。
由于本发明的轴对称结构，设备的外圆周具有很多用于安置激光棒LB冷却的空间。
6.慢轴校准(SAC)
在本发明的解决方案中，激光棒LB的窄度使得慢轴校准大大简化，因为完全避免了复杂的、需要大量空间的现有技术的变窄光学元件和堆叠光学元件。根据本发明，最好在汇集源自不同激光塔LT和激光塔堆LTP的光束之后，当所述光束增长到足够的截面积时进行慢轴校准，所述光束平行于光轴A并且在环绕轴的圆环切线方向缓慢发散。光束的截面积能够使用大的校准部件，这能够精确校准，这是广为公知的光学原理。
根据本发明，慢轴校准可通过显示于图5中的慢轴校准光学元件SAC来实现。所述校准光学元件SAC最好是阶梯透镜堆，从光轴A方向观察的透镜堆的截面类似于相应的圆环扇区的区域。在图8a至8c中更详细地说明了基于透镜堆的慢轴校准光学元件SAC的一个结构。
根据图8a至8c，源自激光塔LT，并直接在其后利用相对于其快轴的快轴校准光学元件FAC校准的光束，指引到慢轴的校准光学元件SAC(透镜堆)的不同平面L1至LN。校准光学元件SAC的每个单个平面L1至LN距包括在激光塔LT中的激光器的距离由以下事实所确定：在慢轴方向上发散的光束有时间充分增长到放置在其位置(平面L1至LN)的透镜的宽度。在实践中，这意味着总是使用尽可能大的透镜来校准光，根据光学的基本原理，这样可以尽可能高地保持校准质量。
7.聚焦
利用波长、极化和空间多路传输汇集在一起并相对于快、慢轴校准的光场现在能够进一步利用合适的反射或透镜光学元件作为聚焦光学元件FO来进行聚焦。
如图5所示，当使用轴对称抛物面镜片作为聚焦光学元件FO时，能够避免消色差的误差，其中不同的波长同样地聚焦，且产生小的圆聚焦点是可能的。通过抛物面镜片光学元件，可产生聚焦光束的非常大的数值孔径值，其中，得到大功率密度和短范围的聚焦深度。
如图10和11中显示的实施例，当使用透镜光学元件作为聚焦光学元件FO时，当聚焦多个波长时，消色差的误差使得聚焦点在光轴A的方向上更加呈长圆形。在某些情形中，这是一个需要的特征。因此，可以根据应用来选择最佳聚焦光学元件。
图9a至9e中显示了一些适用于聚焦光功率的聚焦光学元件FO。图9a和9b显示了基于透镜光学元件的光学元件，而图9c和9e分别显示了基于镜片光学元件的解决方案。根据使用设备的目的，光轴A可以穿透聚焦元件FO的中心(图9b和9d)。对于抛物面聚焦镜片，在焦点中心处形成球面是可能的，通过该球面，波前平行于球面的法线方向，这样不会引起扭曲(图9c至9e)。球面附近没有光束穿过的旋转轴部分，可以刺穿或形成为平面(图9d和9e)。可以利用例如填充材料来得到该平面，该材料具有合适的光学密度，并能够利用例如粘合或铸造加入到复合的FO中。可以选择抛物面的焦距，以最好地适用于应用。
8.结果
依靠本发明的窄激光棒LB和轴对称扇区结构，实现非常紧凑的技术方案是可能的，其中可以有效地同时利用不同的多路传输方法。通过使用有效的波长和极化多路传输，得到亮度高于单个二极管激光器的原始亮度的光束是可能的。由于该方法，得到足以处理不同材料的功率密度是可能的。
根据本发明，由于轴对称结构，激光设备的焦点是圆形的，这对于例如激光设备的使用自动化是有利的。此外，该结构能够利用光轴A附近保留的自由空间，例如用于可视化、提供不同材料、抽吸或喷吹。由于该紧凑结构，不需要大范围传递光束，其中，激光设备部件的相互定位中的微小不精确不会象大尺寸结构中的那样损害光束质量。窄激光棒LB对于冷却也是有利的。
窄激光塔LT也能够为激光设备提供一定的电能，和当前使用的宽激光塔相比，其具有较高的电压和较低的总功率。这在不同的脉冲应用中是一个特别重要的特征，其中电流脉冲以及相应的光脉冲的升和降的次数是十分重要的。比如在医学应用中，可以以更精确的方式给目标配给光能。由于其优良的波长多路传输特性，本发明的装置能够以例如这样的方式使用：优化不同的波长λ1到λn以进行不同的处理。一个此类型的应用可包括利用一个波长来切割组织并利用另一个波长来凝结血液。第三个波长可用于照亮目标，其中利用和处理目标不同的波长来观察目标。因此，过滤掉处理时使用的波长并得到目标的形态是容易的。
本发明的一些优选实施例
基于本发明的窄激光棒LB和轴对称扇区结构的方案可以以多种方法在技术上实现。下文将描述一些本发明的优选实施例。首先我们考虑一些结构中通常可变动的问题。此后我们仍然考虑一些特定的实施例。
普通实施例的变动
当制造二极管激光器时，以比通常情况更薄的形式来生产半导体材料的激光干胶片是可能的，这样可相应得到比普通更薄的激光棒LB。这将使得冷却更有效，因为热能可以更有效地通过激光棒LB的薄半导体层传递到冷却的底板M。
激光棒LB的底板M的通道CH能够以多种不同方式来实现。底板M可以包括大量的小洞，在由多个底板M组成的堆的顶部和底部，可以用元件在所述堆的端部将通道CH收集在一起，以接附外部的冷却管。如果在激光塔堆LTP的每个激光塔LT中冷却通道准确地位于同一位置，通过把激光塔LT紧密接附在一起来汇集通道CH是可能的。在底板M上形成的冷却通道CH也可以是凹槽。使用现有技术的微通道来冷却激光棒LB也是可能的。
可以以多种不同方式来实现激光塔LT。例如可以按这样的方式以阶梯状来构造激光塔LT：位于彼此顶部的激光棒LB的发射光的前壁位于多个不同层次。这种阶梯状激光塔结构可用于补偿，因为不同激光棒LB位于彼此不同的距离，以及相对于处理光束的光学部件(如DE、DBC、PBC、SAC、FO)和相对于光轴A具有不同距离。
波长多路传输中使用的分色光束汇集器DBC，比如分色镜片，可以具有不同的形式。图6的结构包括分色光束汇集器DBC，和图5中使用的方形元件相比，其具有菱形截面。方形分色光束汇集器DBC可以这样来形成，即，通过例如以这样的方式来接附两个从侧面看时具有三角形截面的90度的棱镜：例如要接附的另一个表面为分色镜片(涂层)。极化多路传输也可以使用不同极化光束汇集器PBC来实现，对于本领域的技术人员来说，其结构和使用是公知的。
在汇集从不同激光塔LT得到的光束以及在这些光束经过转向而平行于光轴A之后，慢轴可以以上述方式来校准。在另一种方式中，可以直接在对快轴FAC进行校准后，进行慢轴校准(SAC)。
图10描述了一种结构，其中，在改变光束的方向之前，对于每个激光塔LT使用独立的慢轴校准光学元件SAC(透镜面)来进行慢轴校准。在这个情形中，需要更多的慢轴校准光学元件SAC，但另一方面，可以更精确地进行光束补偿。
直接在快轴之后进行的激光塔LT或激光塔堆LTP的慢轴校准，可以通过包括一个或多个透镜和阶梯的透镜堆来实现。在L1到LN只有一个阶梯(参看图8a至8c)的情况下，那是普通的柱面透镜，那么对于激光塔LT的每个激光棒同样进行校准。如果从L1到LN有多个阶梯，从激光塔LT的不同部分离开的部分光束在校准前经过不相等的路径距离。由于发散，和在校准前经过较短距离的部分光束相比，在校准前经过较长距离的这些部分光束，在到达校准光学元件SAC时具有较大的尺寸。利用这个原理，当远离光轴A时，增加光束尺寸是可能的，并且尽可能有效使用轴对称结构沿光束增长的可自由利用区域是可能的。因此，校准质量也分别提高了。如果部分光束的路径差别以某种其他方式形成，比如先前提及的具有阶梯结构的激光塔LT，或如果光束的质量已足够，可从慢轴校准光学元件中略去阶梯结构。
二极管激光器的制造技术的改进在将来可能产生更短的慢轴发散(即所谓的锥形激光器)，其中光束的质量可以进一步提高。另一个选择是简化慢轴的校准光学元件SAC，其中缩小设备的尺寸，简化结构。如果需要，也可以使用合适的透镜来缩小设备的尺寸，该透镜放置于慢轴校准光学元件SAC的前方，并分割慢轴，其中慢轴校准光学元件SAC可以放置得离激光器更近。
如果使用的目的允许较低的光束质量，也可以不用慢轴校准光学元件SAC。对于快轴校准光学元件FAC的要求也可以降低。
如果最大功率和/或必需的功率密度不是十分重要的因素，可以通过略去极化和/或波长多路传输来简化现有技术发明的结构。因此，在最简化的形式中，该设备可以包括以环形发射相同波长(波长段)的激光塔KT。
图6的实施例
图6描述了一个本发明的实施例，其中同时使用了上述所有的多路传输方法。在每个扇区中，由激光塔LT制成的激光塔堆LTP61和LTP62放置在两个彼此垂直的方向，所述激光塔堆可以彼此相同。激光塔堆LTP61和LTP62可以串联连接以进行冷却，且它们包括用于补偿的合适光学元件。第二个激光塔堆LTP61的极化平面转动了90度，随后可以利用极化光束汇集器汇集光束。在汇集光束后，可以使用一个阶梯状透镜堆SAC来校准慢轴。另一个选择是为每个激光塔或激光塔堆提供单独的慢轴校准光学元件SAC。
在该方案中，结构也可以根据使用目的允许的方式进行简化。例如，可以略去极化多路传输(元件P和PBC)，或另一个选择是结合新的波长，其中分色光束汇集器DBC，即适合于该目的的分色镜，代替极化光束汇集器PBC。当然可以有两个或多个扇区。
图7a和7b的实施例
对于显示于图7a和7b中的实施例，其中具有相同的波长，并且在每个扇区中，置于极化光束汇集器PBC的侧面上的激光塔LT71和LT72一起形成大致为90度的角。此外，图形描述了一种新的实现波长多路传输的方式。出于清楚的目的，图7a中略去了极化光束汇集器PBC和极化旋转元件P，其中更清楚地显示了激光塔LT的附图标记。同样的做法后面也运用于图10中。
当来自第二个激光塔LT71的光束的极化平面首先在90度极化旋转元件P(λ/2板)中旋转后，来自不同侧的激光塔LT71和LT72的光束在极化光束汇集器PBC中汇集。经极化光束汇集器PBC中汇集后的光束前进至补偿元件C并进一步前进至镜片元件71，该镜片元件包括转向元件DE和分色光束汇集器DBC。镜片元件71最好与光轴A形成45度的角。
光束从转向元件DE继续朝着分色光束汇集器DBC轴向前进，其方向在DBC处改变为朝着光轴A。在分色光束汇集器DBC和转向元件DE的方向中偏转后，光束从镜片元件71的右侧出来。镜片元件71的分色光束汇集器DBC以这样的方式操作：其让径向传播的光束穿过，而偏转轴向传播的光束。汇集的不同波长的光束从镜片元件71右侧出来，并朝着可能的慢轴校准光学元件SAC和聚焦FO继续前进。
镜片元件71的分色表面可以这样来制成：例如可以对不同区域进行多重汽化，或以另一种可选择的方式，可以通过合并单独元件(元件71中的虚线)来制成该元件。
根据图7a，极化光束汇集器PBC之后的补偿元件C可以是三角形的。另一种选择是：对于每个补偿元件C，分别实现最佳形状。也可以通过改变激光塔LT的位置来进行补偿。
在该方案中，也可以具有一个或多个波长，此外，以效率为代价，可以略去极化多路传输以简化结构。例如通过使用所谓的Thompson棱镜作为极化光束汇集器，可以略去极化旋转元件P。
其他可能结构
图10显示了激光塔LT的波长多路传输的一种可能的方法。使用根据图7a和7b的结构来进行极化多路传输，但是波长多路传输通过具有不同形状的分色光束汇集器DBC来实现。
慢轴校准光学元件SAC直接放置在激光塔堆LTP之后，这能够进行最佳的补偿。如前所述，根据图8a至8c，慢轴校准光学元件SAC可以使用一个柱面透镜或柱面透镜堆。为了缩小结构，可以在激光塔LT和柱面透镜堆之间放置发散慢轴的透镜。在该结构中，慢轴校准光学元件SAC也可以合并并且置于聚焦光学元件FO之前。
图11显示了一种结构，其中使用不带极化多路传输的紧凑结构汇集了4种不同波长。作为另一种选择，如果λ1＝λ2且λ3＝λ4，依靠极化旋转元件P和极化光束汇集器PBC来一起汇集λ1和λ2以及λ3和λ4是可能的。极化多路传输汇集的光束可以进一步利用分色光束汇集器DBC进行汇集。对于慢轴校准SAC，使用两个根据图8a至8c的校准元件或单个柱面透镜。另一种选择是直接在激光塔LT和第一个分色元件DBC之间的光束的方向实现慢轴校准SAC。
图12显示了波长多路传输的另一种实现，其中彼此堆叠的激光塔的堆LTP的光束径向汇集。平行四边形121相应于图7a的镜片元件71。作为另一种选择，分色镜面可以位于三角形光学元件内，其中平行四边形121可以是使用全内反射的普通波导。在该替代实现中，增加合适的光学元件以用于补偿是可能的。
图13说明了4种波长多路传输的紧凑结构。作为另一种选择，如果λ1＝λ2且λ3＝λ4，依靠极化旋转元件P和极化光束汇集器PBC来一起汇集λ1和λ2以及λ3和λ4是可能的。极化多路传输汇集的光束可以进一步利用分色光束汇集器DBC进行汇集。
通过综合结合上述本发明实施例所描述的实践和不同方式的系统的结构，在本发明的精神范围内实现不同的本发明实施例是可能的。因此，上述例子不应该理解为对本发明的限制，在后附的权利要求所确定的发明特征的范围内，本发明的实施例可以自由变动。
例如，很显然，考虑到补偿，发射不同波长λ1至λn至特定扇区的激光塔堆LTP的激光塔LT可以以一个最佳次序放置。比如，比起较快发散波长的激光器，在慢轴方向发散较慢的波长的激光器可以放置于远离聚焦光学元件FO的地方。通过激光塔堆LTP中的激光塔的放置，补偿不同波长的不同色散特性也是可能的。

Claims (33)

1.一种产生高光功率密度的方法，在该方法中，二极管激光器(E)以这样的方式形成多个激光棒(LB)：在单个激光棒(LB)中，邻近的二极管激光器(E)的慢轴相对于彼此放置在平行线上，且所述二极管激光器(E)发射至大致相同的方向(z)，由所述多个激光棒(LB)发射的辐射一起汇集成在与光轴(A)平行的方向上前进的汇集的光束，其特征在于，激光棒(LB)位于相对于光轴(A)成轴对称结构的扇区内，为了利用空间多路传输来汇集所述光束，转动(DE)从不同扇区发出的光束方向，以变得大致平行于光轴(A)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在单个扇区内，激光棒(LB)按以下方式放置：其慢轴(X)相对于光轴(A)和光轴(A)的法向基本呈直角。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在单个扇区内，激光棒(LB)彼此上下堆叠，以形成一个或多个激光塔(LT)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在单个扇区内，激光塔(LT)彼此上下堆叠，以形成一个或多个激光塔堆(LTP)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在单个扇区内，使用多个不同波长(λ1至λn)的二极管激光器(E)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，以这样的方式在窄的慢轴方向(x)上形成激光棒(LB)：在所述慢轴方向上，辐射可以不经过光束在慢轴方向上变窄、堆叠或类似操作而引导到目标。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在单个扇区内，激光棒(LB)的辐射进一步通过极化多路传输(P，PBC)来汇集。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在单个扇区内，激光棒(LB)的辐射进一步通过极化多路传输(P，DBC)来汇集。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在光束通过空间、极化或波长多路传输进行汇集之前，激光棒(LB)的辐射在快轴方向(y)上进行校准(FAC)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在单个扇区内，考虑到路径长度差别、发散或波长的作用，对从相对于光轴(A)的不同位置离开的光束的特性进行补偿(C)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在光束汇集到平行于光轴(A)的汇集光束之前，进行所述补偿(C)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过轴对称透镜、镜片或衍射光学元件，对平行于光轴(A)的汇集光束进行聚焦(FO)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，使用轴对称抛物面镜片光学元件进行聚焦(FO)。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，在汇集光束聚焦(FO)前，辐射在慢轴方向(x)上进行校准(SAC)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，环绕光轴(A)、保留在轴对称结构中心的自由区域用于目标的光学或相应监控。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过环绕光轴(A)、保留在轴对称结构中心的自由区域，引入目标处理中需要的材料，或去除目标处理中出现的材料。
17.一种激光设备，该激光设备包括多个二极管激光器(E)形成的激光棒(LB)，在单个激光棒(LB)中，邻近的二极管激光器(E)的慢轴(x)大致彼此平行放置，且放置所述二极管激光器(E)以发射至大致相同的方向(z)，该激光设备包括将所述多个激光棒(LB)发射的辐射一起汇集成平行于激光设备的光轴(A)前进的一个汇集光束的装置，其特征在于，激光棒(LB)位于相对于光轴(A)成轴对称结构的扇区内，该激光设备进一步至少包括这样的装置(DE)：其用于转动源自不同扇区的光束方向，且用于利用空间多路传输来汇集所述光束成大致平行于光轴(A)的汇集光束。
18.根据权利要求17所述的激光设备，其特征在于，在单个扇区内，激光棒(LB)按以下方式放置：其慢轴(X)相对于光轴(A)和光轴(A)的法向基本呈直角。
19.根据权利要求17或18所述的激光设备，其特征在于，在单个扇区内，激光棒(LB)彼此上下堆叠，以形成一个或多个激光塔(LT)。
20.根据权利要求19所述的激光设备，其特征在于，在单个扇区内，激光塔(LT)彼此上下堆叠，以形成一个或多个激光塔堆(LTP)。
21.根据前述权利要求17至20中任一项所述的激光设备，其特征在于，在单个扇区内，使用多个不同波长(λ1至λn)的二极管激光器(E)。
22.根据前述权利要求17至21中任一项所述的激光设备，其特征在于，以这样的方式在窄的慢轴方向(x)上形成激光棒(LB)：在所述慢轴方向上，辐射可以不经过光束在慢轴方向上变窄、堆叠或类似操作而引导到目标。
23.根据权利要求22所述的激光设备，其特征在于，所述窄激光棒(LB)包括少于10个邻近的二极管激光器(E)，最好包括大约5个邻近的二极管激光器(E)。
24.根据前述权利要求17至23中任一项所述的激光设备，其特征在于，单个扇区进一步包括装置(P，PBC)，用于通过极化多路传输来汇集所述扇区的激光棒(LB)的辐射。
25.根据前述权利要求17至24中任一项所述的激光设备，其特征在于，单个扇区进一步包括装置(DBC)，用于通过波长多路传输来汇集激光棒(LB)的辐射。
26.根据前述权利要求17至25中任一项所述的激光设备，其特征在于，在光束通过空间、极化或波长多路传输进行汇集之前，激光棒(LB)的辐射在快轴方向(y)上进行校准(FAC)。
27.根据前述权利要求17至26中任一项所述的激光设备，其特征在于，单个扇区进一步包括装置(C)，考虑到路径长度差别、发散或波长，用于对从相对于光轴(A)的不同位置离开的光束的特性进行补偿。
28.根据权利要求17至27中任一项所述的激光设备，其特征在于，在单个扇区内，设置单个激光棒(LB)或激光塔(LB)至光轴(A)的距离，以便考虑到路径长度差别、发散或波长，对从光轴方向上不同位置离开的光束的特性进行补偿。
29.根据权利要求27或28所述的激光设备，其特征在于，在光束汇集到平行于光轴(A)的汇集光束之前，进行所述补偿(C)。
30.根据前述权利要求17至29中任一项所述的激光设备，其特征在于，该设备进一步包括基于透镜或镜片光学元件的装置(FO)，用于在光轴(A)方向上轴对称聚焦汇集光束。
31.根据权利要求30所述的激光设备，其特征在于，所述聚焦装置(FO)基于轴对称抛物面镜片光学元件。
32.根据权利要求30或31所述的激光设备，其特征在于，在所述聚焦装置(FO)之前，在光束方向上布置装置(SAC)，用于校准慢轴方向(x)上的辐射。
33.根据权利要求32所述的激光设备，其特征在于，所述用于校准慢轴方向上光束的装置(SAC)包括扇形状的柱面透镜堆。
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