Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einkoppeln eines Laserstrahls in eine Mehrfachclad-Faser. Die Erfindung betrifft auch ein optisches System, das eine solche Vorrichtung sowie eine Mehrfachclad-Faser aufweist.

Um einen Laserstrahl von einem Ausgangsort zu einem Zielort zu führen, kann eine Mehrfachclad-Faser verwendet werden. Bei dem Ausgangsort kann es sich beispielsweise um einen Laser handeln, der zur Erzeugung des Laserstrahls dient. Bei dem Zielort kann es sich beispielsweise um eine Bearbeitungsoptik handeln, die den Laserstrahl formt und anschließend ein Werkstück mit dem Laserstrahl beaufschlagt, um dieses zu bearbeiten. Bei dem Bearbeitungsprozess kann es sich beispielsweise um einen Schweißprozess oder um einen Schneidprozess handeln.

Unterschiedliche Bearbeitungsprozesse haben in der Regel unterschiedliche Anforderungen an charakteristische Laserstrahlparameter, beispielsweise an den Fokusdurchmesser, die Intensitätsverteilung, das Strahlprofil, etc.

Aus der EP2556397 ist es bekannt, dass die Laserstrahlanteile, die in den inneren Kem oder den äußeren Kem einer Mehrfachclad-Faser eingekoppelt werden, unterschiedliche Strahlcharakteristiken und Strahlqualitäten im ausgekoppelten Laserstrahl bereitstellen. Um die Strahlqualität einzustellen, wird der Laserstrahl durch eine mechanisch einfahrbare Keilweiche in zwei Teillaserstrahlen aufgespalten, die in verschiedene Kerne der Doppelclad-Faser eingekoppelt werden. Die Keilweiche zum Einstellen der Strahlqualität ist jedoch schwer zu fertigen und die Verteilung der Leistung zwischen dem inneren Kem und dem äußeren Kem wird von Änderungen der Position des Laserstrahls auf der Keilweiche beeinflusst (Dejustageempfindlichkeit). Aus der US10914902 sind verschiedene Varianten der Einkopplung eines Laserstrahls in eine Doppelclad-Faser beschrieben, bei denen mittels doppelbrechender Elemente eine Polarisationsaufspaltung eines einfallenden Laserstrahls erreicht wird und die zwei entstehenden Teillaserstrahlen in verschiedene Kerne der Doppelclad-Faser abgebildet werden.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Einkoppeln eines Laserstrahls in eine Mehrfachclad-Faser und ein entsprechendes optisches System bereitzustellen.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Einkoppeln eines Laserstrahls gelöst, umfassend: eine Strahlweiche zur Aufteilung des Laserstrahls auf eine Mehrzahl von Teillaserstrahlen, wobei die Strahlweiche mindestens zwei doppelbrechende optische Keile sowie mindestens eine polarisationsbeeinflussende Einrichtung mit einstellbarer polarisationsbeeinflussender Wirkung umfasst, die zwischen den doppelbrechenden optischen Keilen angeordnet ist, sowie eine Einkoppeloptik zur Einkopplung der aus der Strahlweiche austretenden Teillaserstrahlen in die Mehrfachclad-Faser, wobei die Einkoppeloptik ausgebildet ist, mindestens zwei der aus der Strahlweiche austretenden Teillaserstrahlen in mindestens zwei verschiedene lichtleitende Kerne der Mehrfachclad-Faser einzukoppeln.

Bei der hier beschriebenen Vorrichtung werden mindestens zwei doppelbrechende optische Keile dazu verwendet, den Laserstrahl auf mehrere Teillaserstrahlen aufzuteilen. Hierbei wird ausgenutzt, dass in einem doppelbrechenden optischen Keil ein ordentlicher und ein außerordentlicher Teillaserstrahl gebildet werden, die beim Austritt aus einer Strahlaustrittsfläche des doppelbrechenden optischen Keils einen Differenzwinkel aufweisen. Die beiden aus dem doppelbrechenden Keil austretenden Teillaserstrahlen sind linear polarisiert und weisen eine zueinander senkrechte Polarisationsrichtung auf. Bei dem doppelbrechenden Material der doppelbrechenden optischen Keile handelt es sich bevorzugt um einen uniaxialen Kristall, z.B. um Calcit oder um Quarz. Die optische Achse des Kristalls ist typischerweise senkrecht zur optischen Achse der Strahlweiche ausgerichtet. Eine Strahleintrittsfläche oder eine Strahlaustrittsfläche der doppelbrechenden optischen Keile ist typischerweise ebenfalls senkrecht zur optischen Achse der Strahlweiche ausgerichtet.

Beim Durchtritt durch die polarisationsbeeinflussende Einrichtung wird die Polarisationsrichtung der beiden linear polarisierten Teillaserstrahlen, die aus dem doppelbrechenden optischen Keil austreten, beeinflusst bzw. manipuliert, sodass die Gewichtung der s- und p-polarisierten Anteile der Teilstrahlen verändert wird. Beim Durchtritt durch einen im Strahlweg nachfolgenden doppelbrechenden optischen Keil wird ein jeweiliger Teillaserstrahl daher erneut in einen ordentlichen und einen außerordentlichen Teillaserstrahl aufgespalten. Bei der Verwendung von z.B. zwei doppelbrechenden optischen Keilen in der Strahlweiche können somit insgesamt maximal vier Teillaserstrahlen erzeugt werden, die in mehreren unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf die optische Achse der Strahlweiche ausgerichtet sind.

Mit Hilfe der Einkoppeloptik wird die Winkelverteilung der Teillaserstrahlen in eine Ortsverteilung an der Stirnseite der Mehrfachclad-Faser umgewandelt. Die Austrittswinkel der Teillaserstrahlen aus der Strahlweiche sind auf die Einkoppeloptik abgestimmt und führen zu Ortsversätzen in der Brennebene der Einkoppeloptik, die so auf die Geometrie der Mehrfachclad-Faser abgestimmt sind, dass die Teillaserstrahlen an den Positionen der lichtleitenden Kerne in die Mehrfachclad- Faser eingekoppelt werden. Die Einkoppeloptik kann eines oder mehrere optische Elemente aufweisen. Die Einkoppeloptik umfasst typischerweise mindestens ein fokussierendes optisches Element zur Fokussierung der Teillaserstrahlen in einer Brennebene, an der sich die Stirnseite der Mehrfachclad-Faser befindet, in die der Laserstrahl eingekoppelt werden soll.

Bei der polarisationsbeeinflussenden Einrichtung kann es sich beispielsweise um ein drehbares Verzögerungselement in Form einer Verzögerungsplatte handeln, z.B. in Form einer X/2-Platte oder einer X/4-Platte. Eine Verzögerungsplatte bewirkt generell eine Phasenverschiebung zwischen zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsrichtungen. Eine X/2-Platte bewirkt eine Drehung der Polarisationsrichtung eines jeweiligen linear polarisierten Teilstrahls, eine X/4-Platte kann einen jeweiligen linear polarisierten Teilstrahl in einen zirkular oder elliptisch polarisierten Teilstrahl umwandeln. Für die Einstellung eines Teilungsverhältnisses zwischen 0% und 100% (s.u.) ist es günstig, wenn die polarisationsbeeinflussende Einrichtung als polarisationsdrehende Einrichtung, z.B. als drehbare A/2-Platte, ausgebildet ist. Eine drehbare X/4-Platte ermöglicht typischerweise nur die Einstellung eines Teilungsverhältnisses in einem reduzierten Wertebereich, z.B. zwischen 50% und 100%.

Die Aufteilung der Leistung des Laserstrahls mit Hilfe der polarisationsbeeinflussenden Einrichtung(en) hat gegenüber der Verwendung einer mechanisch einfahrbaren Keilweiche den Vorteil, dass kein Streulicht und keine Beugungseffekte an der Kante des mechanisch einfahrbaren Keils auftreten. Die Aufteilung der Leistung des Laserstrahls auf die verschiedenen lichtleitenden Kerne kann zudem durch die Einstellung der polarisationsbeeinflussenden Wirkung der polarisationsbeeinflussenden Einrichtung variabel gestaltet werden. Beispielsweise kann für den Fall, dass die polarisationsbeeinflussende Einrichtung so eingestellt wird, dass diese keine polarisationsbeeinflussende Wirkung aufweist, eine Anzahl von Teillaserstrahlen erzeugt werden, die halb so groß ist wie die maximal mögliche Anzahl an Teillaserstrahlen, die mit der Strahlweiche erzeugt werden können (z.B. zwei statt vier Teillaserstrahlen bei der Verwendung von zwei doppelbrechenden optischen Keilen). Dies kann ausgenutzt werden, um in bestimmte lichtleitende Kerne der Mehrfachclad-Faser keine Leistung bzw. keine Teillaserstrahlen einzukoppeln. Unter "verschiedenen" lichtleitenden Kernen werden im Sinne dieser Anmeldung Kerne verstanden, die räumlich unterschiedlich positioniert sind bzw. die räumlich voneinander getrennt sind.

Die Anzahl der polarisationsbeeinflussenden Einrichtungen entspricht der Anzahl der Freiheitsgrade bei der Einkopplung in die Mehrfachclad-Faser. Es ist günstig, wenn die Anzahl der polarisationsbeeinflussenden Einrichtungen mit der Anzahl der lichtleitenden Kerne der Mehrfachclad-Faser minus Eins übereinstimmt. In diesem Fall kann in der Regel in einen jeweiligen lichtleitenden Kem der Mehrfachclad-Faser zwischen 0% und 100% der Leistung des Laserstrahls eingekoppelt werden. Bei einer Ausführungsform ist die Mehrfachclad-Faser rotationssymmetrisch ausgebildet und weist einen inneren lichtleitenden Kem und mindestens einen ringförmigen lichtleitenden Kern auf und die Einkoppeloptik ist ausgebildet, zwei aus der Strahlweiche austretende Teillaserstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen, deren Propagationsrichtung einer Strahlrichtung des in die Strahlweiche eintretenden Laserstrahls entspricht, in den inneren Kern der Mehrfachclad-Faser einzukoppeln.

Grundsätzlich kann die Mehrfachclad-Faser auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer linearen Mehrfachclad-Faser, bei der mehrere lichtleitende Kerne nebeneinander angeordnet sind, oder in Form einer Gitter- Mehrfachclad-Faser, in der mehrere Kerne in Zeilen und Spalten angeordnet sind. In der nahfolgenden Beschreibung wird zur Vereinfachung davon ausgegangen, dass es sich bei der Mehrfachclad-Faser um eine rotationssymmetrische Mehrfachclad- Faser handelt, die einen inneren, typischerweise kreisförmigen lichtleitenden Kem und einen oder mehrere ringförmige lichtleitende Kerne aufweist, die den inneren lichtleitenden Kem umgeben. Zwischen den lichtleitenden Kernen sind sogenannte Zwischencladdings angebracht, die nicht lichtleitend sind. Auch der radial äußerste lichtleitende Kem kann an seiner Außenseite von einem nicht lichtleitenden Cladding umgeben sein, an das sich ggf. eine Schicht aus Glas oder dergleichen anschließt.

Bei den beiden Teillaserstrahlen, die in den inneren Kem der Mehrfachclad-Faser eingekoppelt werden, handelt es sich um diejenigen Teillaserstrahlen, die am Austritt des ersten doppelbrechenden optischen Keils gebildet werden und ihren Polarisationszustand beim Durchlaufen der Strahlweiche beibehalten. Bei den unterschiedlichen Polarisationszuständen handelt es sich daher typischerweise um die senkrecht zueinander ausgerichteten linearen Polarisationszustände der beiden aus dem ersten doppelbrechenden optischen Keil austretenden Teillaserstrahlen. Die Strahlweiche ist in diesem Fall typischerweise derart ausgebildet, dass die Ablenkwinkel der beiden Teillaserstrahlen, die ihren Polarisationszustand beim Durchlaufen der Strahlweiche beibehalten, beim Durchtritt durch die zwei oder mehr doppelbrechenden optischen Keile sich gerade kompensieren. Für den Fall, dass der Laserstrahl parallel zur optischen Achse der Strahlweiche ausgerichtet ist, sind die beiden austretenden Teillaserstrahlen, bei denen die Ablenkwinkel sich gerade kompensieren, ebenfalls parallel zur optischen Achse der Strahlweiche ausgerichtet, aber verlaufen seitlich versetzt zum einfallenden Laserstrahl. Für die Einkopplung der beiden Teillaserstrahlen in den inneren Kem der Mehrfachclad-Faser fokussiert die Einkoppeloptik diese beiden Teillaserstrahlen typischerweise auf der optischen Achse der Einkoppeloptik, an welcher der innere Kem der Mehrfachclad-Faser positioniert ist. Die anderen aus der Strahlweiche austretenden Teillaserstrahlen, die nicht parallel zum einfallenden Laserstrahl ausgerichtet sind, werden in den oder in die ringförmigen lichtleitenden Kerne der Mehrfachclad-Faser eingekoppelt. Die optische Achse der Einkoppeloptik kann grundsätzlich mit der optischen Achse der Strahlweiche übereinstimmen. In der Regel ist es jedoch günstig, wenn die optische Achse der Einkoppeloptik zur optischen Achse der Strahlweiche lateral versetzt ist. Der laterale Versatz der optischen Achse der Einkoppeloptik zur optischen Achse der Strahlweiche entspricht hierbei typischerweise im Wesentlichen dem seitlichen Versatz der beiden Teillaserstrahlen, bei denen die Ablenkwinkel sich gerade kompensieren, zum einfallenden Laserstrahl.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung ausgebildet, in einen jeweiligen lichtleitenden Kem der Mehrfachclad-Faser eines oder mehrere Paare von Teillaserstrahlen mit zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen einzukoppeln. Bei den beiden Polarisationszuständen handelt es sich typischerweise um lineare, zueinander senkrechte Polarisationszustände, die nachfolgend zur Vereinfachung als s-Polarisation und als p-Polarisation bezeichnet werden. Die paarweise Einkopplung von Teillaserstrahlen mit zueinander senkrechten Polarisationszuständen ermöglicht eine polarisationsunabhängige Einkopplung der Teillaserstrahlen in den jeweiligen lichtleitenden Kem. Eine solche Art der Einkopplung ist insbesondere bei der Verwendung einer rotationssymmetrischen Mehrfachclad-Faser möglich, bei der in die jeweiligen ringförmigen Kerne an zwei in radialer Richtung gegenüberliegenden Positionen jeweils ein Teillaserstrahl eingekoppelt werden kann. Für die polarisationsunabhängige Einkopplung ist es erforderlich, dass die Anzahl der doppelbrechenden optischen Keile zumindest der Anzahl der lichtleitenden Kerne der Mehrfachclad-Faser entspricht. Für den Fall, dass auf die polarisationsunabhängige Einkopplung verzichtet wird, kann die Anzahl der Keile um Eins niedriger sein als die Anzahl der lichtleitenden Kerne der Mehrfachclad-Faser.

Bei einer Ausführungsform weist die Strahlweiche eine erste Anzahl von gleich orientierten doppelbrechenden optischen Keilen und eine zweite Anzahl von doppelbrechenden optischen Keilen auf, die entgegengesetzt zur ersten Anzahl von doppelbrechenden optischen Keilen orientiert sind, wobei die Summe der Keilwinkel der ersten Anzahl von doppelbrechenden optischen Keilen der Summe der Keilwinkel der zweiten Anzahl von doppelbrechenden optischen Keilen entspricht.

Unter einer gleichen Orientierung von zwei oder mehr doppelbrechenden optischen Keilen wird verstanden, dass deren Keilspitzen auf derselben Seite der optischen Achse bzw. der Strahlrichtung des Laserstrahls positioniert sind. Unter einer entgegengesetzten Orientierung wird verstanden, dass die Keilspitzen der jeweiligen doppelbrechenden optischen Keile in Bezug auf die optische Achse auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Die doppelbrechenden optischen Keile sind in diesem Fall typischerweise aus demselben doppelbrechenden Material hergestellt und die optischen Achsen der doppelbrechenden optischen Keile sind parallel zueinander ausgerichtet. Es versteht sich, dass die doppelbrechenden optischen Keile nicht zwingend eine Keilspitze aufweisen müssen, sofern diese nicht von dem Laserstrahl bzw. von den Teillaserstrahlen durchlaufen wird. Unter dem Keilwinkel wird auch in diesem Fall derjenige Winkel verstanden, unter dem die Strah leintrittsf läche und die Strahlaustrittsfläche zueinander angeordnet sind.

Die Tatsache, dass die Summe der Keilwinkel der ersten und zweiten Anzahl von gleich orientierten doppelbrechenden optischen Keilen gleich groß ist, hat typischerweise zur Folge, dass die beiden weiter oben beschriebenen Teillaserstrahlen beim Durchtritt durch die Strahlweiche ihre Ausrichtung beibehalten und in den inneren Kern der Mehrfachclad-Faser eingekoppelt werden. Es versteht sich, dass eine geringfügige Abweichung der Summe der Keilwinkel der ersten Anzahl von doppelbrechenden optischen Keilen von der Summe der Keilwinkel der zweiten Anzahl von doppelbrechenden optischen Keilen tolerierbar ist, sofern trotz dieser Abweichung die Teillaserstrahlen in die jeweiligen lichtleitenden Kerne der Mehrfachclad-Faser eingekoppelt werden können. Die weiter oben beschriebene Einkopplung der beiden Teillaserstrahlen in den inneren lichtleitenden Kern der Mehrfachclad-Faser kann auch für den Fall erreicht werden, dass unterschiedliche Keilwinkel verwendet werden. In diesem Fall ist es typischerweise erforderlich, dass die doppelbrechenden Materialien der doppelbrechenden optischen Keile sich voneinander unterscheiden und die Keilwinkel der doppelbrechenden optischen Keile auf die unterschiedlichen doppelbrechenden Materialien abgestimmt werden.

Bei einer Ausführungsform weist die Strahlweiche genau zwei doppelbrechende optische Keile auf, die entgegengesetzt orientiert sind und denselben Keilwinkel aufweisen. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei der Mehrfachclad-Faser typischerweise um eine in der Regel rotationssymmetrische Doppelclad-Faser, die einen inneren lichtleitenden Kern und genau einen ringförmigen lichtleitenden Kern aufweist. Wie weiter oben beschrieben wurde, werden in diesem Fall die beiden aus der Strahlweiche austretenden Teillaserstrahlen, deren Propagationsrichtung der Strahlrichtung des Laserstrahls entspricht, in den lichtleitenden inneren Kem eingekoppelt und die beiden anderen Teillaserstrahlen, die aus der Strahlweiche austreten, werden in den lichtleitenden ringförmigen Kem der Doppelclad-Faser eingekoppelt. Die beiden doppelbrechenden optischen Keile sind typischerweise identisch ausgebildet und um 180° gegeneinander verdreht, sodass eine Strahlaustrittsfläche des im Strahlweg ersten doppelbrechenden optischen Keils und eine Strahleintrittsfläche des im Strahlweg zweiten doppelbrechenden optischen Keils parallel zueinander ausgerichtet sind.

Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Strahlweiche eine Anzahl N von doppelbrechenden optischen Keilen mit gleicher Orientierung auf, die bevorzugt im Strahlweg des Laserstrahls aufeinanderfolgend angeordnet sind. Für die Anzahl N der gleich orientierten doppelbrechenden optischen Keile gilt: N > 1 , d.h. es handelt sich um zwei oder mehr doppelbrechende optische Keile mit gleicher Orientierung. Es ist grundsätzlich möglich, dass die Strahlweiche aus der Anzahl N von gleich orientierten doppelbrechenden optischen Keilen besteht bzw. dass die Strahlweiche keine weiteren doppelbrechenden optischen Keile aufweist. In diesem Fall kann zwischen jeweils zwei im Strahlweg aufeinanderfolgenden doppelbrechenden optischen Keilen sowie ggf. zusätzlich vor dem im Strahlweg ersten doppelbrechenden optischen Keil jeweils eine polarisationsbeeinflussende Einrichtung angeordnet sein.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die Strahlweiche im Strahlweg des Laserstrahls vor der Anzahl N von optischen Keilen mit gleicher Orientierung einen entgegengesetzt orientierten doppelbrechenden optischen Keil auf. Der entgegengesetzt orientierte doppelbrechende Keil ermöglicht die Einhaltung der weiter oben beschriebenen Bedingung, dass die Summen der Keilwinkel gleich groß sein sollen.

Für den Fall, dass der in die Strahlweiche eintretende Laserstrahl einen festen Polarisationszustand aufweist, kann auf das Vorsehen des entgegengesetzt orientierten optischen Keils verzichtet werden, da dieser in diesem Fall keine Aufspaltung bewirkt, d.h. in diesem Fall können mit den N + 1 Keilen der Strahlweiche maximal 2 ^N Teillaserstrahlen erzeugt werden. Alternativ kann der entgegengesetzt orientierte optische Keil durch einen optischen Keil aus einem nicht doppelbrechenden Material ersetzt werden, beispielsweise aus einem amorphen Material. Erfüllt dessen Keilwinkel die weiter oben angegebene Bedingung, ist nach dem Durchlaufen der Strahlweiche einer der Teillaserstrahlen parallel zur Strahlrichtung des in die Strahlweiche eintretenden Laserstrahls ausgerichtet und wird in den Kem der Mehrfachclad-Faser eingekoppelt.

Bei einer weiteren Weiterbildung weist die Anzahl N von gleich orientierten doppelbrechenden optischen Keilen einen identischen Keilwinkel auf und der entgegengesetzt orientierte doppelbrechende optische Keil weist einen Keilwinkel auf, der dem N-Fachen des identischen Keilwinkels entspricht. Auf diese Weise kann die weiter oben beschriebene Bedingung für die Summen der Keilwinkel der doppelbrechenden optischen Keile eingehalten werden. In der Regel ist bei dieser Ausführungsform zwischen jeweils zwei der doppelbrechenden optischen Keile eine polarisationsbeeinflussende Einrichtung angeordnet.

Bei einer weiteren Weiterbildung weist die Strahlweiche eine Anzahl N = 2 von gleich orientierten doppelbrechenden optischen Keilen auf und die Einkoppeloptik ist zur Einkopplung von mindestens drei der Teillaserstrahlen in verschiedene lichtleitende Kerne einer Dreifachclad-Faser ausgebildet oder die Strahlweiche weist eine Anzahl N = 3 von gleich orientierten doppelbrechenden optischen Keilen auf und die Einkoppeloptik ist zur Einkopplung von mindestens vier der Teillaserstrahlen in verschiedene lichtleitende Kerne einer Vierfachclad-Faser ausgebildet. Die maximale Anzahl an Teillaserstrahlen, die mit einer Anzahl von N doppelbrechenden optischen Keilen erzeugt werden kann, liegt bei 2 ^N . Für den Fall, dass ein umgekehrt orientierter doppelbrechender Keil vor der Anzahl N von doppelbrechenden optischen Keilen mit gleicher Orientierung angeordnet ist, kann mit Hilfe der Strahlweiche eine maximale Anzahl von 2 ^N+1 Teillaserstrahlen erzeugt werden, von denen jeweils die Hälfte einen ersten linearen Polarisationszustand (s-Polarisation) und die andere Hälfte einen zweiten, senkrecht zum ersten ausgerichteten Polarisationszustand (p-Polarisation) aufweist.

Im Fall einer Dreifachclad-Faser können bei der Verwendung von drei doppelbrechenden optischen Keilen maximal acht Teillaserstrahlen erzeugt werden, von denen zwei Teillaserstrahlen mit einem unterschiedlichen Polarisationszustand in den inneren lichtleitenden Kem, zwei Paare von Teillaserstrahlen mit jeweils paarweise unterschiedlichem Polarisationszustand in einen ersten ringförmigen lichtleitenden Kem und zwei Teillaserstrahlen mit unterschiedlichem Polarisationszustand in einen zweiten, den ersten umgebenden ringförmigen lichtleitenden Kem eingekoppelt werden.

Im Fall einer Vierfachclad-Faser können bei der Verwendung von vier doppelbrechenden optischen Keilen maximal sechzehn Teillaserstrahlen erzeugt werden, von denen zwei Teillaserstrahlen mit unterschiedlichem Polarisationszustand in den inneren lichtleitenden Kem, drei Paare von Teillaserstrahlen mit jeweils paarweise unterschiedlichem Polarisationszustand in einen ersten ringförmigen lichtleitenden Kem, drei Paare von Teillaserstrahlen mit jeweils paarweise unterschiedlichem Polarisationszustand in einen zweiten, den ersten umgebenden ringförmigen lichtleitenden Kem und zwei Teillaserstrahlen mit unterschiedlichem Polarisationszustand in einen dritten, den zweiten ringförmig umgebenden lichtleitenden Kem eingekoppelt werden.

Sowohl bei der Dreifachclad-Faser als auch bei der Vierfachclad-Faser ist daher eine polarisationsunabhängige Einkopplung der Teillaserstrahlen in die jeweiligen lichtleitenden Kerne möglich. Es versteht sich, dass die auf die weiter oben beschriebene Weise ausgebildete Strahlweiche auch zur Einkopplung der Teillaserstrahlen in Mehrfachclad-Fasern verwendet werden kann, die mehr als drei oder vier lichtleitende Kerne aufweisen.

Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Strahlweiche eine Anzahl N = 2 von gleich orientierten doppelbrechenden optischen Keilen auf, wobei ein im Strahlweg erster doppelbrechender optischer Keil einen Keilwinkel aufweist, der doppelt so groß ist wie ein Keilwinkel des im Strahlweg zweiten doppelbrechenden optischen Keils. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für die Einkopplung der Teillaserstrahlen in eine Vierfachclad-Faser. Die Strahlweiche kann in diesem Fall nur die zwei gleich orientierten doppelbrechenden optischen Keile aufweisen, wobei in diesem Fall maximal vier Teillaserstrahlen in die vier lichtleitenden Kerne der Vierfachclad-Faser eingekoppelt werden können. In diesem Fall ist zwischen den beiden doppelbrechenden optischen Keilen eine polarisationsbeeinflussende Einrichtung angeordnet. Vor dem ersten doppelbrechenden optischen Keil kann ggf. zusätzlich eine polarisationsbeeinflussende Einrichtung vorgesehen sein.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die Strahlweiche im Strahlweg des Laserstrahls vor den zwei gleich orientierten doppelbrechenden optischen Keilen einen entgegengesetzt orientierten doppelbrechenden optischen Keil auf, dessen Keilwinkel dem 3-Fachen des Keilwinkels des im Strahlweg zweiten der gleich orientierten doppelbrechenden optischen Keile entspricht. Auf diese Weise kann die weiter oben beschriebene Bedingung an die Keilwinkel der doppelbrechenden optischen Keile eingehalten werden. Für den Fall, dass der einfallende Laserstrahl eine Polarisationsrichtung aufweist, die senkrecht oder parallel zur optischen Achse der doppelbrechenden optischen Keile ausgerichtet ist, kann auf den entgegengesetzt orientierten doppelbrechenden optischen Keil verzichtet werden oder dieser kann durch einen optischen Keil aus einem nicht doppelbrechenden Material ersetzt werden.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Einkoppeloptik zur Einkopplung mindestens eines Teillaserstrahls, bevorzugt jeweils mindestens eines Paars von Teillaserstrahlen mit zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen, in jeweils einen lichtleitenden Kern einer rotationssymmetrischen Vierfachclad-Faser ausgebildet. Auch bei der auf die weiter oben beschriebene Weise ausgebildeten Strahlweiche kann eine polarisationsunabhängige Einkopplung der Teillaserstrahlen in die lichtleitenden Kerne der Vierfachclad-Faser erfolgen.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform weist die Strahlweiche typischerweise zwei polarisationsbeeinflussende Einrichtungen auf, die zwischen jeweils zwei im Strahlweg aufeinanderfolgenden doppelbrechenden optischen Keilen angeordnet sind. Grundsätzlich ist es bei der hier beschriebenen Strahlweiche möglich, in jeden der lichtleitenden Kerne 100% der Leistung des Laserstrahls einzukoppeln. Aufgrund der Tatsache, dass nur zwei Freiheitsgrade für die Einstellung der Teilungsverhältnisse zwischen den lichtleitenden Kernen vorhanden sind, kann die Leistung des Laserstrahls jedoch nicht in beliebiger Weise auf die vier lichtleitenden Kerne der Vierfachclad-Faser verteilt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung zur Einstellung der polarisationsbeeinflussenden Wirkung der mindestens einen polarisationsbeeinflussende Einrichtung, um ein Teilungsverhältnis des Laserstrahls bei der Einkopplung in die mindestens zwei verschiedenen lichtleitenden Kerne der Mehrfachclad-Faser einzustellen. Die Steuerungseinrichtung dient zur elektronischen Ansteuerung der polarisationsdrehenden Einrichtung. Die polarisationsbeeinflussende Einrichtung ermöglicht eine Veränderung des Polarisationszustandes eines jeweiligen auftreffenden Teillaserstrahls. Bei der Veränderung kann es sich beispielsweise um eine Drehung des elektrischen Feldstärkevektors eines jeweiligen auftreffenden Teillaserstrahles um einen Drehwinkel um die jeweilige Propagationsrichtung des Teillaserstrahls handeln.

Typischerweise ist die polarisationsbeeinflussende Einrichtung zur stufenlosen Einstellung der polarisationsbeeinflussenden Wirkung ausgebildet. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann als polarisationsbeeinflussende Einrichtung eine drehbar gelagerte Verzögerungsplatte verwendet werden. Hat die Einrichtung eine polarisationsdrehende Wirkung, kann z.B. der Drehwinkel kontinuierlich verändert bzw. eingestellt werden. Bei der polarisationsbeeinflussenden Einrichtung kann es sich in diesem Fall beispielsweise um eine Verzögerungsplatte in Form einer drehbar gelagerten X/2-Platte handeln, die mit Hilfe der Steuerungseinrichtung, die auf einen geeigneten Aktuator einwirkt, um die optische Achse der Strahlweiche gedreht werden kann. Bei der polarisationsbeeinflussenden Einrichtung kann es sich alternativ um eine Pockelszelle handeln, die ebenfalls elektronisch ansteuerbar ist und die eine Beeinflussung des Polarisationszustandes, insbesondere eine Drehung der Polarisationsrichtung, eines einfallenden Teillaserstrahls bewirkt.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung zur Einstellung einer polarisationsbeeinflussenden Wirkung der mindestens einen polarisationsbeeinflussenden Einrichtung ausgebildet, bei der in mindestens einen der lichtleitenden Kerne der Mehrfachclad-Faser keine Leistung des Laserstrahls eingekoppelt wird und/oder bei der in mindestens einen der lichtleitenden Kerne der Mehrfachclad-Faser die gesamte Leistung des Laserstrahls eingekoppelt wird.

Für den Fall, dass die Anzahl der polarisationsbeeinflussenden Einrichtungen in Form von polarisationsdrehenden Einrichtungen der Anzahl der lichtleitenden Kerne der Mehrfachclad-Faser minus Eins entspricht, ist typischerweise die Einstellung eines beliebigen Teilungsverhältnisses zwischen den lichtleitenden Kernen möglich, d.h. die Leistung des Laserstrahls kann beliebig auf die lichtleitenden Kerne aufgeteilt werden. In einen jeweiligen lichtleitenden Kern können somit zwischen 0% und 100% der Leistung des Laserstrahls eingekoppelt werden. Im ersten Fall (Einkopplung von 0%) werden in den jeweiligen lichtleitenden Kem keine Teillaserstrahlen eingekoppelt, im zweiten Fall werden in den jeweiligen lichtleitenden Kem alle Teillaserstrahlen eingekoppelt, die aus der Strahlweiche austreten. Beispielsweise kann im Fall einer Doppelclad-Faser die gesamte Leistung des Laserstrahls in den inneren lichtleitenden Kem eingekoppelt werden, wenn die polarisationsbeeinflussende Einrichtung keine polarisationsbeeinflussende Wirkung erzeugt. Für den Fall, dass die polarisationsbeeinflussende Einrichtung eine Polarisationsdrehung um 90° bewirkt, kann die gesamte Leistung des Laserstrahls in den ringförmigen lichtleitenden Kem der Doppelclad-Faser eingekoppelt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der in die Strahlweiche eintretende Laserstrahl linear polarisiert und die Strahlweiche weist im Strahlweg vor dem ersten doppelbrechenden optischen Keil ein X/4-Verzögerungselement auf. Das X/4- Verzögerungselement kann beispielsweise als X/4-Platte ausgebildet sein, deren Vorzugsachse unter 45° zur optischen Achse der doppelbrechenden optischen Keile der Strahlweiche ausgerichtet ist. In diesem Fall wird die Leistung des Laserstrahls durch das X/4-Verzögerungselement mit einem Teilungsverhältnis von 50 : 50 parallel bzw. senkrecht zur optischen Achse der doppelbrechenden optischen Keile ausgerichtet, unabhängig von der Ausrichtung der linearen Polarisation des eintretenden Laserstrahls. Dies führt dazu, dass zwei Teillaserstrahlen, die in denselben lichtleitenden Kem eingekoppelt werden, stets die gleiche Leistung aufweisen.

Die Erfindung betrifft auch ein optisches System, umfassend: eine Mehrfachclad- Faser, bevorzugt eine Doppelclad-Faser, eine Dreifachclad-Faser oder eine Vierfachclad-Faser, sowie eine Vorrichtung, die wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist, zur Einkopplung des Laserstrahls in die Mehrfachclad-Faser. Das optische System umfasst typischerweise auch einen Laser, der zur Erzeugung des Laserstrahls dient, der in die Strahlweiche eingekoppelt wird. Die Laserwellenlänge des Laserstrahls ist grundsätzlich beliebig und an das Material der optischen Elemente der Strahlweiche, der Einkoppeloptik und der Mehrfachclad-Faser angepasst. Für den Fall, dass die Wellenlänge des Laserstrahls bei 1030 nm liegt, könne die doppelbrechenden optischen Keile beispielsweise aus kristallinem Quarz hergestellt werden, der für diese Wellenlänge transparent ist.

Bei dem weiter oben beschriebenen optischen System kann die Leistungsverteilung in der Mehrfachclad-Faser mit Hilfe der polarisationsbeeinflussenden Einrichtungen unabhängig von der Polarisation des in die Strahlweiche eintretenden Laserstrahls eingestellt werden. Die Leistungsverteilung in der Mehrfachclad-Faser ist zudem unabhängig von der räumlichen Intensitätsverteilung des eintretenden Laserstrahls sowie weitestgehend unabhängig vom Pointing des eintretenden Laserstrahls.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Systems, das eine Mehrfachclad-Faser und eine Vorrichtung zur Einkopplung eines Laserstrahls in die Mehrfachclad-Faser aufweist,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Laserstrahls beim Durchtritt durch einen doppelbrechenden optischen Keil einer Strahlweiche der Vorrichtung von Fig. 1 ,

Fig. 3 eine schematische Darstellung analog zu Fig. 1 , bei der die Vorrichtung zur Einkopplung des Laserstrahls in eine Doppelclad-Faser ausgebildet ist,

Fig. 4a-c schematische Darstellungen analog zu Fig. 1 , bei denen die Vorrichtung zur Einkopplung des Laserstrahls in eine Dreifachclad-Faser ausgebildet ist,

Fig. 5 eine schematische Darstellung analog zu Fig. 4a-c, bei welcher die Vorrichtung zur Einkopplung des Laserstrahls in eine Vierfachclad-Faser ausgebildet ist, sowie

Fig. 6 eine schematische Darstellung analog zu Fig. 1 mit einer weiteren Vorrichtung, die zur Einkopplung des Laserstrahls in eine Vierfachclad- Faser ausgebildet ist.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet. Fig. 1 zeigt ein optisches System 1 , das einen Laser 2 zur Erzeugung eines Laserstrahls 3 aufweist. Der aus dem Laser 2 austretende Laserstrahl 3 tritt in eine Vorrichtung 4 ein, die zur Einkopplung des Laserstrahls 3 in eine Mehrfachclad-Faser 5 ausgebildet ist. Die Vorrichtung 4 weist eine Strahlweiche 6 und eine Einkoppeloptik 7 auf. Die Strahlweiche 6 dient zur Aufteilung des Laserstrahls 3 auf eine typischerweise gerade Anzahl von Teillaserstrahlen 3.1 , ... , 3.M, die aus der Strahlweiche 6 austreten. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel verlaufen zwei der Teillaserstrahlen 3.1 , ... , 3.M parallel zu einer optischen Achse 8 der Strahlweiche 6, während die übrigen Teillaserstrahlen 3.1 , ... , 3. M jeweils unter einem Winkel zur optischen Achse 8 der Strahlweiche 6 ausgerichtet sind.

Mit Hilfe der Einkoppeloptik 7 wird die Winkelverteilung der Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, ... in eine Ortsverteilung an einer Stirnseite der Mehrfachclad-Faser 5 umgewandelt, die in der Brennebene der Einkoppeloptik 7 liegt. Die Austrittswinkel der Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, ... aus der Strahlweiche 6 sind auf die Einkoppeloptik 7 abgestimmt und führen zu Ortsversätzen in der Brennebene der Einkoppeloptik 7, die so auf die Mehrfachclad-Faser 5 abgestimmt sind, dass die Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, ... an den Positionen von zwei oder mehr lichtleitenden Kernen in die Mehrfachclad-Faser 5 eingekoppelt werden. Bei der Einkoppeloptik 7 kann es sich im einfachsten Fall um eine Fokussierlinse handeln, die Einkoppeloptik 7 kann aber auch mehrere transmittierende oder reflektierende optische Elemente aufweisen.

Bei der Mehrfachclad-Faser 5 kann es sich um eine lineare Mehrfachclad-Faser handeln, bei der mehrere lichtleitende Kerne nebeneinander angeordnet sind, in welche die Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, ... eingekoppelt werden. Alternativ kann es sich um eine Gitter-Mehrfachclad-Faser handeln, in der mehrere lichtleitende Kerne in Zeilen und Spalten angeordnet sind, oder um eine rotationssymmetrische Mehrfachclad-Faser.

Für die Aufteilung des Laserstrahls 3 auf die Mehrzahl von Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, ... weist die Strahlweiche 6 mindestens zwei doppelbrechende optische Keile auf. Die Wirkung eines im Strahlweg ersten optischen Keils 9a der Strahlweiche 6 auf den Laserstrahl 3 wird nachfolgend anhand von Fig. 2 näher beschrieben. Der Laserstrahl 3 weist zwei Polarisationskomponenten s, p auf, bei denen der elektrische Feldstärkevektor parallel zur Zeichenebene bzw. senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet ist, die der XZ-Ebene eines XYZ-Koordinatensystems entspricht. Der doppelbrechende optische Keil 9a ist aus einem uniaxialen Kristall hergestellt, beispielsweise aus Quarz oder aus Calcit. Die optische Achse 0 des doppelbrechenden optischen Keils 9a ist senkrecht zur optischen Achse 8 der Strahlweiche 6 (in X-Richtung) ausgerichtet. Beim Durchtritt durch das optisch anisotrope doppelbrechende Material des doppelbrechenden optischen Keils 9a wird der Laserstrahl 3 in einen ersten, s-polarisierten Teillaserstrahl 3.1 und in einen zweiten, p-polarisierten Teillaserstrahl 3.2 aufgeteilt. Der erste Teillaserstrahl 3.1 , der den ordentlichen Strahl bildet, ist unter einem ersten Winkel ß zur optischen Achse 8 ausgerichtet. Der zweite Teillaserstrahl 3.2, der den außerordentlichen Strahl bildet, ist unter einem zweiten Winkel y zur optischen Achse 8 ausgerichtet. Beim Durchtritt durch den doppelbrechenden optischen Keil 8a wird somit eine Winkeldifferenz ö = y - ß zwischen dem ersten und zweiten Teillaserstrahl 3.1 , 3.2 erzeugt. Die Größe der Winkeldifferenz ö hängt von der Art des verwendeten doppelbrechenden Materials sowie vom Keilwinkel a des doppelbrechenden optischen Keils 9a ab. Die Winkeldifferenz ö bestimmt gemeinsam mit der Brennweite f der Einkoppeloptik 7 einen lateralen Abstand Ax des ersten und zweiten Teillaserstrahls 3.1 , 3.2 in der Brennebene der Einkoppeloptik 7, wobei näherungsweise gilt: Ax = f ö.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist eine Strahleintrittsfläche 10a des doppelbrechenden optischen Keils 9a senkrecht zur optischen Achse 8 der Strahlweiche 6 ausgerichtet. Eine Strahlaustrittsfläche 10b des doppelbrechenden optischen Keils 8a ist in Bezug auf die XY-Ebene senkrecht zur optischen Achse 8 unter dem Keilwinkel a ausgerichtet.

Fig. 3 zeigt ein optisches System 1 mit einer Strahlweiche 6, die einen im Strahlweg ersten doppelbrechenden optischen Keil 9a aufweist, der wie in Fig. 2 ausgebildet ist. Ein im Strahlweg zweiter doppelbrechender optischer Keil 9b ist baugleich bzw. identisch zum ersten doppelbrechenden optischen Keil 9a ausgebildet und gegenüber diesem in der XZ-Ebene, die der Zeichenebene entspricht, um 180° gedreht. Die Strahlaustrittsfläche 10b des ersten doppelbrechenden optischen Keils 9a ist hierbei parallel zu einer Strahleintrittsfläche 11a des zweiten doppelbrechenden optischen Keils 9b ausgerichtet. Eine Strahlaustrittsfläche 11b des zweiten doppelbrechenden optischen Keils 9b ist senkrecht zur optischen Achse

8 der Strahlweiche 6 ausgerichtet. Die Keilwinkel a der beiden doppelbrechenden optischen Keile 9a, 9b sind gleich groß.

Der in die Strahlweiche 6 eintretende Laserstrahl 3 tritt durch den ersten doppelbrechenden optischen Keil 9a hindurch und wird auf die beiden Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2 aufgeteilt, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde. Die beiden Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2 treffen auf eine polarisationsbeeinflussende Einrichtung 12, die in Form einer drehbaren X/2-Platte ausgebildet ist. Die polarisationsbeeinflussende Einrichtung 12 in Form der drehbaren X/2-Platte weist eine polarisationsdrehende Wirkung auf und wird daher nachfolgend als polarisationsdrehende Einrichtung 12 bezeichnet. Eine Steuerungseinrichtung 13 dient zur elektronischen Ansteuerung der polarisationsdrehenden Einrichtung 12. Im gezeigten Beispiel dient die Steuerungseinrichtung 13 zur Drehung der X/2-Platte um die optische Achse 8 der Strahlweiche 6. Auf diese Weise kann die polarisationsdrehende Wirkung der polarisationsdrehenden Einrichtung 12, genauer gesagt der Drehwinkel bei der Drehung der Polarisationsrichtung, stufenlos eingestellt werden. Durch die Drehung der Polarisationsrichtung wird aus dem s-polarisierten ersten Teillaserstrahl 3.1 , der in die polarisationsdrehende Einrichtung 12 eintritt, ein austretender erster Teillaserstrahl 3.T gebildet, der sowohl einen s-polarisierten als auch einen p- polarisierten Polarisationsanteil aufweist. Entsprechend wird auch aus dem p- polarisierten zweiten Teillaserstrahl 3.2 ein austretender zweiter Teillaserstrahl 3.2' gebildet, der s- und p-polarisierte Polarisationsanteile aufweist.

Die beiden aus der polarisationsdrehenden Einrichtung 12 austretenden Teillaserstrahlen 3.T, 3.2' durchlaufen den im Strahlweg zweiten doppelbrechenden optischen Keil 9b und werden hierbei auf insgesamt vier Teillaserstrahlen 3.1 bis 3.4 aufgespalten. Zwei der Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2 treten parallel zur optischen Achse 8 ausgerichtet aus dem zweiten doppelbrechenden Keil 9b aus. Die beiden anderen Teillaserstrahlen 3.3, 3.4 treten unter einem Winkel zur optischen Achse 8 der Strahlweiche 6 ausgerichtet aus dem zweiten doppelbrechenden optischen Keil 9b aus. Wie in Fig. 3 ebenfalls zu erkennen ist, werden der erste und der zweite Teillaserstrahl 3.1 , 3.2, die beim Austritt aus der Strahlweiche 6 parallel zum einfallenden Laserstrahl 3 bzw. zur optischen Achse 8 der Strahlweiche 6 ausgerichtet sind, in einen inneren lichtleitenden Kem 14a der Mehrfachclad-Faser 5 eingekoppelt, die als rotationssym metrische Doppelclad-Faser ausgebildet ist. Der dritte und der vierte Teillaserstrahl 3.3, 3.4 werden in einen zweiten lichtleitenden Kem 14b der Doppelclad-Faser 5 eingekoppelt, der ringförmig ausgebildet ist und den inneren lichtleitenden Kem 14a umgibt, wie anhand des in Fig. 3 rechts dargestellten Querschnitts der Doppelclad-Faser 5 erkennbar ist. Eine optische Achse 8a der Einkoppeloptik 7 und die zentrale Achse der Doppelclad-Faser 5 sind hierbei gegenüber der optischen Achse 8 der Strahlweiche 6 lateral versetzt, und zwar um den Betrag, um den die beiden Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2 am Austritt aus der Strahlweiche 6 in Bezug auf den einfallenden Laserstrahl 3 parallel zur optischen Achse 8 versetzt wurden. Dies ermöglicht es, dass die Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, ... mit möglichst kleinen Einfallswinkeln auf das eintrittsseitige Ende der Doppelclad- Faser 5 auftreffen.

In Fig. 3 sind s-polarisierte Teillaserstrahlen 3.1 , 3.4 durch weiße Pfeile dargestellt und p-polarisierte Teillaserstrahlen 3.2, 3.3 sind durch schwarze Pfeile dargestellt. Wie in Fig. 3 erkennbar ist, wird ein erstes Paar von Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2 mit unterschiedlichem Polarisationszustand (s- bzw. p-Polarisation) in den inneren lichtleitenden Kem 14a der Doppelclad-Faser 5 und ein zweites Paar von Teillaserstrahlen 3.3, 3.4 mit unterschiedlichem Polarisationszustand (s- bzw. p- Polarisation) in den ringförmigen lichtleitenden Kem 14b der Doppelclad-Faser 5 eingekoppelt. Sowohl im inneren lichtleitenden Kem 14a als auch in dem ringförmigen lichtleitenden Kem 14b ist die Anzahl von s- bzw. p-polarisierten Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2 bzw. 3.3, 3.4 gleich groß, d.h. die Einkopplung des Laserstrahls 3 in die jeweiligen Kerne 14a, 14b der Doppelclad-Faser 5 erfolgt polarisationsunabhängig.

Das Teilungsverhältnis, d.h. der jeweilige Anteil der Leistung des Laserstrahls 3, der in den inneren lichtleitenden Kem 14a und in den ringförmigen lichtleitenden Kem 14b eingekoppelt wird, kann durch die Ansteuerung der polarisationsbeeinflussenden Einrichtung 12 mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 13 eingestellt werden. Grundsätzlich kann die Leistung des Laserstrahls 3 beliebig auf die beiden lichtleitenden Kerne 14a, 14b aufgeteilt werden, d.h. in einen jeweiligen lichtleitenden Kem 14a, 14b können zwischen 0% und 100% der Leistung des Laserstrahls 3 eingekoppelt werden. Die polarisationsdrehende Wirkung der polarisationsdrehenden Einrichtung 12 kann insbesondere so gewählt werden, dass in einen jeweiligen lichtleitenden Kern 14a, 14b keine Leistung des Laserstrahls 3 eingekoppelt wird, während in den jeweils anderen lichtleitenden Kem 14b, 14a die gesamte Leistung des Laserstrahls 3 eingekoppelt wird.

Fig. 4a-c zeigen ein optisches System 1 , bei dem die Mehrfachclad-Faser 5 als Dreifachclad-Faser ausgebildet ist und einen inneren lichtleitenden Kem 14a sowie zwei ringförmige lichtleitende Kerne 14b, 14c aufweist, die den inneren lichtleitenden Kem 14a umgeben. Wie in Fig. 4a zu erkennen ist, ist die Strahlweiche 6 in diesem Fall ausgebildet, den einfallenden Laserstrahl 3 auf insgesamt acht Teillaserstrahlen 3.1 bis 3.8 aufzuteilen. Zu diesem Zweck weist die Strahlweiche 6 drei doppelbrechende optische Keile 9a, 9b, 9c auf. Der im Strahlweg zweite und dritte doppelbrechende optische Keil 9b, 9c weisen in Bezug auf die optische Achse 8 dieselbe Orientierung auf, der im Strahlweg erste doppelbrechende optische Keil 9a ist entgegengesetzt zu dem im Strahlweg zweiten und dritten doppelbrechenden optischen Keil 9b, 9c orientiert.

Der im Strahlweg zweite und dritte doppelbrechende optische Keil 9b, 9c weisen denselben Keilwinkel a auf. Der im Strahlweg erste doppelbrechende optische Keil 9a weist einen Keilwinkel 2 a auf, der doppelt so groß ist wie der Keilwinkel a des zweiten und dritten doppelbrechenden optischen Keils 9b, 9c. Die drei doppelbrechenden optischen Keile 9a-c sind aus demselben doppelbrechenden optischen Material hergestellt.

Zwei Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2 der insgesamt acht Teillaserstrahlen 3.1 bis 3.8, die aus der Strahlweiche 6 austreten, sind parallel zur optischen Achse 8 der Strahlweiche 6 bzw. zum einfallenden Laserstrahl 3 ausgerichtet und werden wie in Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben von der Einkoppeloptik 7 und in den inneren lichtleitenden Kem 14a der Mehrfachclad-Faser 5 eingekoppelt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in Fig. 4a-c und in den nachfolgenden Darstellungen der laterale Versatz zwischen der optischen Achse 8 der Strahlweiche 6 und der optischen Achse 8a der Einkoppeloptik 7 nicht gezeigt. Von den übrigen sechs Teillaserstrahlen 3.3 bis 3.8 werden vier Teillaserstrahlen 3.3 bis 3.6 in den zweiten lichtleitenden Kern 14b der Dreifachclad-Faser 5 eingekoppelt und zwei Teillaserstrahlen 3.7, 3.8 werden in den dritten lichtleitenden Kem 14c der Dreifachclad-Faser 5 eingekoppelt. Die in den jeweiligen Kem 14a-c eingekoppelten Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2; 3.3 bis 3.6; 3.7, 3.8 sind jeweils paarweise unterschiedlich polarisiert, wie in Fig. 4a durch in den Querschnitt der Dreifachclad-Faser 5 eingezeichnete Kreise angedeutet ist. Weiße Kreise entsprechen hierbei s- polarisierten Teillaserstrahlen, während schwarze Kreise p-polarisierten Teillaserstrahlen entsprechen.

Wie in Fig. 4a ebenfalls zu erkennen ist, weist die Strahlweiche 6 zwei polarisationsdrehende Einrichtungen 12a, 12b auf, die zur Verteilung der Leistung des Laserstrahls 3 auf die drei lichtleitenden Kerne 14a-c der Dreifachclad-Faser mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 13 elektronisch angesteuert werden. Auch bei der in Fig. 4a gezeigten Vorrichtung 4 kann hierbei in einen jeweiligen lichtleitenden Kem 14a-c zwischen 0% und 100% der Leistung des Laserstrahls 3 eingekoppelt werden.

Fig. 4b zeigt den Fall, dass die Steuerungseinrichtung 13 die im Strahlweg erste polarisationsdrehende Einrichtung 12a so ansteuert, dass diese keine polarisationsdrehende Wirkung aufweist, d.h. die optische Achse der X/2-Platte ist entweder in X-Richtung oder in Y-Richtung ausgerichtet. Dies hat zur Folge, dass an dem zweiten doppelbrechenden optischen Keil 9b keine Aufspaltung der beiden Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2 erfolgt, die am ersten doppelbrechenden optischen Keil 9a gebildet wurden. Entsprechend werden von der Strahlweiche 6 in diesem Fall lediglich vier Teillaserstrahlen 3.1 bis 3.4 erzeugt, die in den ersten und zweiten lichtleitenden Kem 14a, 14b eingekoppelt werden.

Durch die Einstellung der polarisationsdrehenden Wirkung der zweiten polarisationsdrehenden Einrichtung 12b kann das Teilungsverhältnis bei der Einkopplung in den ersten und zweiten lichtleitenden Kem 14a, 14b eingestellt werden. Weist die zweite polarisationsdrehende Einrichtung 12b keine polarisationsdrehende Wirkung auf, weil deren optische Achse in X-Richtung oder in Y-Richtung ausgerichtet ist, treten aus der Strahlweiche 6 lediglich der erste und der zweite Teillaserstrahl 3.1 , 3.2 aus, die in den inneren lichtleitenden Kern 14a eingekoppelt werden. Ist die optische Achse der zweiten polarisationsdrehenden Einrichtung 12b unter 45° zur X-Richtung und Y-Richtung ausgerichtet, werden zwei Teillaserstrahlen 3.3, 3.4 erzeugt, die in den ersten ringförmigen lichtleitenden Kem 14b eingekoppelt werden.

Fig. 4c zeigt den Fall, dass die Steuerungseinrichtung 13 die im Strahlweg zweite polarisationsdrehende Einrichtung 12a so ansteuert, dass diese keine polarisationsdrehende Wirkung aufweist, d.h. die optische Achse der X/2-Platte ist entweder in X-Richtung oder in Y-Richtung ausgerichtet. In diesem Fall erfolgt an dem im Strahlweg dritten doppelbrechenden optischen Keil 9c keine Aufspaltung der vier Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.7, 3.8, die beim Durchtritt durch den zweiten doppelbrechenden optischen Keil 9b gebildet wurden. Entsprechend werden von der Strahlweiche 6 in diesem Fall lediglich vier Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, 3.7, 3.8 erzeugt, die in den ersten und dritten lichtleitenden Kern 14a, 14c eingekoppelt werden. Durch die Einstellung der polarisationsdrehenden Wirkung der ersten polarisationsdrehenden Einrichtung 12a kann auch in diesem Fall das Teilungsverhältnis bei der Einkopplung in den ersten und dritten lichtleitenden Kern 14a, 14c eingestellt werden. Weist die erste polarisationsdrehende Einrichtung 12a keine polarisationsdrehende Wirkung auf, treten aus der Strahlweiche 6 lediglich der erste und der zweite Teillaserstrahl 3.1 , 3.2 aus, die in den inneren lichtleitenden Kem 14a eingekoppelt werden. Ist die optische Achse der ersten polarisationsdrehenden Einrichtung 12a unter 45° zur X-Richtung bzw. Y-Richtung ausgerichtet, werden zwei Teillaserstrahlen 3.7, 3.8 erzeugt, die in den zweiten ringförmigen lichtleitenden Kem 14c eingekoppelt werden.

Für den Fall, dass in alle drei lichtleitenden Kerne 14a-c dieselbe Leistung eingekoppelt werden soll, wird die erste polarisationsdrehende Einrichtung 12a in Form der X/2-Platte unter einem Winkel von 22,5° zur X-Richtung bzw. zur Y- Richtung ausgerichtet. Die zweite polarisationsdrehende Einrichtung 12b in Form der X/2-Platte wird unter einem Winkel von 17,63° zur X-Richtung bzw. zur Y-Richtung ausgerichtet. Bei der in Fig. 4a-c beschriebenen Vorrichtung 4 ist es grundsätzlich günstig, wenn die Abstände zwischen den lichtleitenden Kernen 14a-c bzw. zwischen den in benachbarte lichtleitende Kerne 14a-c eingekoppelten Teillaserstrahlen 3.1 ,

3.2, ... annähernd gleich groß sind.

Für den Fall, dass der einfallende Laserstrahl 3 linear polarisiert ist, kann ein in Fig. 4a angedeutetes X/4-Verzögerungselement 15 im Strahlweg vor dem ersten doppelbrechenden optischen Keil 9a angeordnet werden. Die optische Achse des X/4-Verzögerungselements 15 ist in diesem Fall unter 45° zur X-Richtung bzw. zur optischen Achse des ersten doppelbrechenden optischen Keils 9a ausgerichtet. Die Leistung des linear polarisierten Laserstrahls 3 wird von dem X/2- Verzögerungselement 15 mit einem Teilungsverhältnis von 50 : 50 auf zwei in X- Richtung bzw. in Y-Richtung ausgerichtete Polarisationsanteile aufgeteilt, wobei die Aufteilung unabhängig von der Ausrichtung des elektrischen Feldstärkevektors des einfallenden linear polarisierten Laserstrahls 3 ist. Dies hat zur Folge, dass jeweils zwei Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, ... mit unterschiedlichen Polarisationszuständen, die in denselben lichtführenden Kem 14a-c der Dreifachclad-Faser 5 eingekoppelt werden, dieselbe Leistung aufweisen.

Für den Fall, dass der einfallende Laserstrahl 3 linear polarisiert ist und dessen elektrischer Feldstärkevektor in X-Richtung oder in Y-Richtung orientiert ist, können in der Strahlweiche 6 maximal vier Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, ... erzeugt werden. In diesem Fall kann auf den ersten doppelbrechenden optischen Keil 9a verzichtet werden. Alternativ kann an Stelle des ersten doppelbrechenden optischen Keils 9a ein optischer Keil in der Strahlweiche 6 angeordnet werden, der nicht aus einem doppelbrechenden Material hergestellt ist und der einen Keilwinkel von 2a aufweist.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung 4, die zur Einkopplung des Laserstrahls 3 in eine radialsymmetrische Vierfachclad-Faser 5 ausgebildet ist, die einen inneren lichtleitenden Kem 14a und drei ringförmige lichtleitende Kerne 14b-d aufweist, die den inneren lichtleitenden Kem 14a umgeben. Die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung 4 unterscheidet sich von der in Fig. 4a-c gezeigten Vorrichtung 4 dadurch, dass diese drei gleich orientierte doppelbrechende optische Keile 9b, 9c, 9d sowie drei polarisationsdrehende Einrichtungen 12a-c aufweist, die zwischen jeweils zwei im Strahlweg aufeinanderfolgenden doppelbrechenden optischen Keilen 9a, 9b; 9b, 9c; 9c, 9d angeordnet sind. Ein im Strahlweg erster doppelbrechender optischer Keil 9a weist einen Keilwinkel 3 a auf, der dem Dreifachen der (identischen) Keilwinkel a der drei gleich orientierten Keile 9b-c entspricht.

Die Strahlweiche 6 der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung 4 ermöglicht es, maximal sechzehn Teillaserstrahlen 3.1 bis 3.16 in die Vierfachclad-Faser 5 einzukoppeln. Die Aufteilung auf die Teillaserstrahlen 3.1 bis 3.16 erfolgt auf die weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 4a-c beschriebene Weise. Zwei der Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2 treten aus der Strahlweiche 6 parallel zum einfallenden Laserstrahl 3 aus und werden in den inneren lichtleitenden Kem 14a der Vierfachclad-Faser 5 eingekoppelt. In den ersten und zweiten ringförmigen lichtleitenden Kem 14b, 14c werden jeweils sechs der Teillaserstrahlen 3.1 bis 3.16 eingekoppelt und in den dritten ringförmigen lichtleitenden Kem 14d werden zwei der Teillaserstrahlen 3.1 bis 3.16 eingekoppelt. Die Einstellung des Teilungsverhältnisses erfolgt mit Hilfe der drei polarisationsdrehenden Einrichtungen 12a-c auf die in Zusammenhang mit Fig. 4a-c beschriebene Weise.

Für den Fall, dass der einfallende Laserstrahl 3 linear polarisiert ist und dessen elektrischer Feldstärkevektor in X-Richtung oder in Y-Richtung orientiert ist, können in der Strahlweiche 6 maximal acht Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, ... erzeugt werden. In diesem Fall kann auf den ersten doppelbrechenden optischen Keil 9a verzichtet werden oder es kann an Stelle des ersten doppelbrechenden optischen Keils 9a ein optischer Keil in der Strahlweiche 6 angeordnet werden, der nicht aus einem doppelbrechenden Material hergestellt ist und der einen Keilwinkel von 3 a aufweist. Bei dem Material des optischen Keils kann es sich um ein amorphes (Glas-)Material handeln, beispielsweise um Quarzglas.

Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung 4, die ebenso wie die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung 4 zur Einkopplung des Laserstrahls 3 in eine Vierfachclad-Faser 5 ausgebildet ist. Die Vorrichtung 4 weist drei doppelbrechende optische Keile 9a-c auf. Der im Strahlweg zweite und dritte doppelbrechende optische Keil 9b, 9c sind gleich orientiert, der im Strahlweg erste doppelbrechende optische Keil 9a ist entgegengesetzt zu den beiden anderen Keilen 9b, 9c orientiert. Der zweite doppelbrechende optische Keil 9b weist einen Keilwinkel 2 a auf, der doppelt so groß ist wie der Keilwinkel a des dritten doppelbrechenden optischen Keils 9c. Der erste doppelbrechende optische Keil 9a weist einen Keilwinkel 3 a auf, der dem 3-Fachen des Keilwinkels a des dritten doppelbrechenden optischen Keils 9c entspricht.

Wie in Fig. 6 zu erkennen ist, ist die Strahlweiche 6 zur Erzeugung von bis zu acht Teillaserstrahlen 3.1 bis 3.8 ausgebildet. Jeweils zwei unterschiedlich polarisierte Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, ... werden in einen der lichtleitenden Kerne 14a-d der Vierfachclad-Faser 5eingekoppelt. Zwei der Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, die aus der Strahlweiche 6 austreten und parallel zur optischen Achse 8 bzw. zur Strahlrichtung Z des einfallenden Laserstrahls 3 ausgerichtet sind, werden hierbei in den inneren lichtleitenden Kem 14a der Vierfachclad-Faser 5 eingekoppelt.

Für den Fall, dass der einfallende Laserstrahl 3 linear polarisiert ist und dessen elektrischer Feldstärkevektor in X-Richtung oder in Y-Richtung orientiert ist, können in der Strahlweiche 6 maximal vier Teillaserstrahlen 3.1 , 3.2, ... erzeugt werden. In diesem Fall kann auf den ersten doppelbrechenden optischen Keil 9a verzichtet werden oder es kann an Stelle des ersten doppelbrechenden optischen Keils 9a ein optischer Keil in der Strahlweiche 6 angeordnet werden, der aus einem amorphen Material hergestellt ist. Der optische Keil sollte einen Keilwinkel von 3a aufweisen.

Die in Fig. 6 dargestellte Vorrichtung 4 weist zwei polarisationsdrehende Einrichtungen 12a, 12b auf. Für die Aufteilung der Leistung des Laserstrahls 3 auf die vier lichtleitenden Kerne 14a-d der Vierfachclad-Faser 5 stehen daher lediglich zwei Freiheitsgrade zur Verfügung. Anders als bei den weiter oben beschriebenen Beispielen ist daher eine beliebige Aufteilung der Leistung des Laserstrahls 3 auf die vier lichtführenden Kerne 14a-d nicht möglich, d.h. es können nicht beliebige Teilungsverhältnisse eingestellt werden. Es ist jedoch dennoch möglich, die gesamte Leistung des Laserstrahls 3 in einen der lichtleitenden Kerne 14a-d einzukoppeln.

An Stelle der weiter oben beschriebenen polarisationsdrehenden Einrichtungen 12, 12a, 12b in Form von drehbaren X/2-Platten können auch polarisationsbeeinflussende Einrichtungen 12, 12a, 12b, ... verwendet werden, die eine Verzögerungswirkung aufweisen, die den Polarisationszustand des Laserstrahls 3 bzw. der Teilstrahlen 3.1 , 3.2, ... verändert, aber keine Drehung der Polarisationsrichtung bewirken. Beispielsweise kann es sich bei den polarisationsbeeinflussenden Einrichtungen 12, 12a, 12b, ... um drehbare X/4-Platten handeln.