[發明專利]用于非對稱光學射束成形的系統

有效

• 申請號: 201580063155.2
• 申請日: 2015-11-19
• 公開（公告）號: CN107003531B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: M·庫姆卡爾;J·克萊納;D·格羅斯曼;D·弗拉姆;M·凱澤
• 申請（專利權）人: 通快激光與系統工程有限公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B5/18;B23K26/064
• 代理公司: 72002 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 郭毅<國際申請>=PCT/EP2015/

產生橫向于激光射束的傳播方向(5)的非對稱形成的改性來材料加工尤其針對所述激光射束盡可能透明的材料(9)。在此，所述激光射束(3)的射束成形來形成在所述材料(9)中的拉長的聚焦區(7)，其中，所述聚焦區(7)這樣形成，使得該聚焦區具有至少一個橫向沿削平方向削平的強度最大值或非對稱強度最大值的橫向和/或軸向的排列，所述強度最大值沿排列方向削平。在將所述聚焦區(7)定位在所述材料(9)中之后產生所述改性，并且所述材料(9)和所述聚焦區(7)沿著或橫交于削平方向或者說沿著或橫交于排列方向相對運動。

技術領域

本發明涉及衍射光學元件，該衍射光學元件在光學系統中用于激光射束的射束成形并且尤其用于用于加工對于激光射束來說很大程度上透明的材料的激光射束的射束成形。本發明還涉及用于激光材料加工的系統和方法。

背景技術

使用光的吸收來加工工件的可行方案、尤其通過將局部化的改性引入到工件中，是多種多樣的。因此，所謂的體積吸收、即不局限到表面上的吸收提出加工對于激光射束來說很大程度透明的、脆硬的材料的可行方案。一般地，體積吸收通過一種非線性吸收來促進，在該非線性吸收中僅在與材料有關的(閾值)強度的情況下進行與材料的相互作用。

在這里，非線性吸收理解為光的與強度有關的吸收，該吸收基本不基于光的直接吸收。代替地，所述吸收基于在與入射光(主要是在時間方面被限制的激光脈沖)的相互作用期間的吸收的增加。在此，電子可以通過逆軔致輻射接收如此多的能量，使得通過碰撞釋放其他電子，使得電子產生速率超過重組速率。在一定條件下，對于雪崩式吸收所需的起始電子在開始時已經存在或者通過存在的剩余吸收借助線性吸收產生。例如在納秒激光脈沖中，初始離子化可以導致溫度升高，由于該溫度升高自由電子的數量增加并且由此接下來的吸收增加。在其他條件下，這種起始電子可以通過多光子化或隧道離子化作為用于公知的非線性吸收機理的示例而產生。在具有例如納秒以下級脈沖持續時間的超短激光脈沖的情況下，可以使用電子的雪崩式產生。

體積吸收可以在對于激光射束來說很大程度上透明的材料(這里簡稱為透明材料)中用于在拉長的聚焦區中形成材料的改性。這種改性能夠實現材料的分離、鉆孔或結構化。為了分離，例如可以產生成排的改性，該改性觸發沿所述改性或在所述改性內部的斷裂。此外公知的是，為了分離、鉆孔和結構化而產生改性，該改性能夠實現改性區域的選擇性蝕刻(SLE：selective laser etching)。

拉長的聚焦區的產生可以借助變跡的貝塞爾射束(在這里也被稱為類貝塞爾射束)實現。這種射束特性可以例如通過軸棱鏡或空間光調制器(SLM：spatial lightmodulator)和具有高斯射束特性的入射激光射束來形成。隨后到透明工件中的成像導致用于體積吸收所需的強度。類貝塞爾射束(例如貝塞爾射束)通常具有在處于工件中的射束特性的遠場中的環形強度分布。例如以SLM來計算用于類貝塞爾射束的射束成形的相位曲線在Leach等人的“Generation of achromatic貝塞爾beams using a compensated spatiallight modulator”,Opt.Express 14，5581-5587(2006)中說明。

此外，公知例如借助多聚焦透鏡用于形成成排的強度提高的布置。在此，在遠場中、即在聚焦時使待聚焦的激光射束的相位受到影響，該相位影響導致聚焦區的縱向偏移。

發明內容

本公開文獻的一方面的任務是，通過拉長的聚焦區(如該聚焦區例如可以通過衍射光學射束成形元件產生)在加工質量方面改善激光材料加工。所述任務尤其是，在激光加工應用中為了加工透明的材料這樣提供沿射束擴展方向具有高縱橫比的、拉長的細長射束特性，使得可以實施具有提升的切割棱邊精度的分離或切割過程。

所述任務中的至少一個任務通過獨立權利要求的方法、光學系統和激光加工設備解決。擴展方案在從屬權利要求中給出。