[發(fā)明專利]衍射光學(xué)射束成形元件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110035187.9
• 申請(qǐng)日: 2015-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112799236A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·格羅斯曼;M·庫(kù)姆卡爾;D·弗拉姆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通快激光與系統(tǒng)工程有限公司
• 主分類號(hào): G02B27/42
• 分類號(hào): G02B27/42;G02B27/09;B23K26/066;B23K26/064;B23K26/0622
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 侯鳴慧

用于施加相位曲線(1043)到為了激光加工材料所設(shè)置的激光射束上的衍射光學(xué)射束成形元件具有平面構(gòu)造的相位掩膜，該相位掩膜構(gòu)造用于施加多個(gè)進(jìn)行射束成形的相位曲線到照射到所述相位掩膜上的激光射束上。給多個(gè)進(jìn)行射束成形的相位曲線中的至少一個(gè)相位曲線配屬虛擬光學(xué)圖像，該虛擬光學(xué)圖像可以為了形成在待加工材料中的改性而成像到拉長(zhǎng)的聚焦區(qū)。更多這種拉長(zhǎng)的聚焦區(qū)可以在空間上補(bǔ)充和相互干涉，以便調(diào)制在材料中的強(qiáng)度曲線并且產(chǎn)生例如非對(duì)稱性的改性區(qū)。

本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01580063156.7(國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/EP2015/076708)，申請(qǐng)日為2015年11月16日，發(fā)明名稱為“衍射光學(xué)射束成形元件”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衍射光學(xué)元件，該衍射光學(xué)元件在光學(xué)系統(tǒng)中用于激光射束的射束成形并且尤其用于用于加工對(duì)于激光射束來(lái)說(shuō)很大程度上透明的材料的激光射束的射束成形。本發(fā)明還涉及一種用于激光材料加工的方法。

背景技術(shù)

使用光的吸收來(lái)加工工件的可行方案、尤其通過(guò)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(duì)于激光射束來(lái)說(shuō)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(guò)一種非線性吸收來(lái)促進(jìn)，在該非線性吸收中僅在與材料有關(guān)的(閾值)強(qiáng)度的情況下進(jìn)行與材料的相互作用。

在這里，非線性吸收理解為光的與強(qiáng)度有關(guān)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(shí)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(guò)逆軔致輻射接收如此多的能量，使得通過(guò)碰撞釋放其他電子，使得電子產(chǎn)生速率超過(guò)重組速率。在一定條件下，對(duì)于雪崩式吸收所需的起始電子在開(kāi)始時(shí)已經(jīng)存在或者通過(guò)存在的剩余吸收借助線性吸收產(chǎn)生。例如在納秒激光脈沖中，初始離子化可以導(dǎo)致溫度升高，由于該溫度升高自由電子的數(shù)量增加并且由此接下來(lái)的吸收增加。在其他條件下，這種起始電子可以通過(guò)多光子化或隧道離子化作為用于公知的非線性吸收機(jī)理的示例而產(chǎn)生。在具有例如納秒以下級(jí)脈沖持續(xù)時(shí)間的超短激光脈沖的情況下，可以使用電子的雪崩式產(chǎn)生。

體積吸收可以在對(duì)于激光射束來(lái)說(shuō)很大程度上透明的材料(這里簡(jiǎn)稱為透明材料)中用于在拉長(zhǎng)的聚焦區(qū)中形成材料的改性。這種改性能夠?qū)崿F(xiàn)材料的分離、鉆孔或結(jié)構(gòu)化。為了分離，例如可以產(chǎn)生成排的改性，該改性觸發(fā)沿所述改性或在所述改性內(nèi)部的斷裂。此外公知的是，為了分離、鉆孔和結(jié)構(gòu)化而產(chǎn)生改性，該改性能夠?qū)崿F(xiàn)改性區(qū)域的選擇性蝕刻(SLE：selective laser etching)。

拉長(zhǎng)的聚焦區(qū)的產(chǎn)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(shí)現(xiàn)。這種射束特性可以例如通過(guò)軸棱鏡或空間光調(diào)制器(SLM：spatial lightmodulator)和具有高斯射束特性的入射激光射束來(lái)形成。隨后到透明工件中的成像導(dǎo)致用于體積吸收所需的強(qiáng)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(yuǎn)場(chǎng)中的環(huán)形強(qiáng)度分布。例如以SLM來(lái)計(jì)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 spatiallightmodulator”,Opt.Express 14，5581-5587(2006)中說(shuō)明。

此外，公知例如借助多聚焦透鏡用于形成成排的強(qiáng)度提高的布置。在此，在遠(yuǎn)場(chǎng)中、即在聚焦時(shí)使待聚焦的激光射束的相位受到影響，該相位影響導(dǎo)致聚焦區(qū)的縱向偏移。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)文獻(xiàn)的一方面的任務(wù)是，說(shuō)明一種衍射光學(xué)射束成形元件，該衍射光學(xué)射束成形元件能夠?qū)崿F(xiàn)用于制定的體積吸收的射束成形。所述任務(wù)尤其是，為了加工透明的材料提供沿射束擴(kuò)展方向拉長(zhǎng)的、細(xì)長(zhǎng)的、具有用于激光加工應(yīng)用的高縱橫比的射束特性。