CN107003531A - 用于非对称光学射束成形的系统 - Google Patents

用于非对称光学射束成形的系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107003531A
CN107003531A CN201580063155.2A CN201580063155A CN107003531A CN 107003531 A CN107003531 A CN 107003531A CN 201580063155 A CN201580063155 A CN 201580063155A CN 107003531 A CN107003531 A CN 107003531A
Authority
CN
China
Prior art keywords
focal zone
intensity
phase
laser beam
beam shaping
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580063155.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107003531B (zh
Inventor
M·库姆卡尔
J·克莱纳
D·格罗斯曼
D·弗拉姆
M·凯泽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102014116958.1A external-priority patent/DE102014116958B9/de
Priority claimed from DE102014116957.3A external-priority patent/DE102014116957A1/de
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Publication of CN107003531A publication Critical patent/CN107003531A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107003531B publication Critical patent/CN107003531B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0944—Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/042—Automatically aligning the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/001—Axicons, waxicons, reflaxicons
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • G02B5/1871—Transmissive phase gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

产生横向于激光射束的传播方向(5)的非对称形成的改性来材料加工尤其针对所述激光射束尽可能透明的材料(9)。在此，所述激光射束(3)的射束成形来形成在所述材料(9)中的拉长的聚焦区(7)，其中，所述聚焦区(7)这样形成，使得该聚焦区具有至少一个横向沿削平方向削平的强度最大值或非对称强度最大值的横向和/或轴向的排列，所述强度最大值沿排列方向削平。在将所述聚焦区(7)定位在所述材料(9)中之后产生所述改性，并且所述材料(9)和所述聚焦区(7)沿着或横交于削平方向或者说沿着或横交于排列方向相对运动。

Description

用于非对称光学射束成形的系统
技术领域
本发明涉及衍射光学元件，该衍射光学元件在光学系统中用于激光射束的射束成形并且尤其用于用于加工对于激光射束来说很大程度上透明的材料的激光射束的射束成形。本发明还涉及用于激光材料加工的系统和方法。
背景技术
使用光的吸收来加工工件的可行方案、尤其通过将局部化的改性引入到工件中，是多种多样的。因此，所谓的体积吸收、即不局限到表面上的吸收提出加工对于激光射束来说很大程度透明的、脆硬的材料的可行方案。一般地，体积吸收通过一种非线性吸收来促进，在该非线性吸收中仅在与材料有关的(阈值)强度的情况下进行与材料的相互作用。
在这里，非线性吸收理解为光的与强度有关的吸收，该吸收基本不基于光的直接吸收。代替地，所述吸收基于在与入射光(主要是在时间方面被限制的激光脉冲)的相互作用期间的吸收的增加。在此，电子可以通过逆轫致辐射接收如此多的能量，使得通过碰撞释放其他电子，使得电子产生速率超过重组速率。在一定条件下，对于雪崩式吸收所需的起始电子在开始时已经存在或者通过存在的剩余吸收借助线性吸收产生。例如在纳秒激光脉冲中，初始离子化可以导致温度升高，由于该温度升高自由电子的数量增加并且由此接下来的吸收增加。在其他条件下，这种起始电子可以通过多光子化或隧道离子化作为用于公知的非线性吸收机理的示例而产生。在具有例如纳秒以下级脉冲持续时间的超短激光脉冲的情况下，可以使用电子的雪崩式产生。
体积吸收可以在对于激光射束来说很大程度上透明的材料(这里简称为透明材料)中用于在拉长的聚焦区中形成材料的改性。这种改性能够实现材料的分离、钻孔或结构化。为了分离，例如可以产生成排的改性，该改性触发沿所述改性或在所述改性内部的断裂。此外公知的是，为了分离、钻孔和结构化而产生改性，该改性能够实现改性区域的选择性蚀刻(SLE：selective laser etching)。
拉长的聚焦区的产生可以借助变迹的贝塞尔射束(在这里也被称为类贝塞尔射束)实现。这种射束特性可以例如通过轴棱镜或空间光调制器(SLM：spatial lightmodulator)和具有高斯射束特性的入射激光射束来形成。随后到透明工件中的成像导致用于体积吸收所需的强度。类贝塞尔射束(例如贝塞尔射束)通常具有在处于工件中的射束特性的远场中的环形强度分布。例如以SLM来计算用于类贝塞尔射束的射束成形的相位曲线在Leach等人的“Generation of achromatic贝塞尔beams using a compensated spatiallight modulator”,Opt.Express 14，5581-5587(2006)中说明。
此外，公知例如借助多聚焦透镜用于形成成排的强度提高的布置。在此，在远场中、即在聚焦时使待聚焦的激光射束的相位受到影响，该相位影响导致聚焦区的纵向偏移。
发明内容
本公开文献的一方面的任务是，通过拉长的聚焦区(如该聚焦区例如可以通过衍射光学射束成形元件产生)在加工质量方面改善激光材料加工。所述任务尤其是，在激光加工应用中为了加工透明的材料这样提供沿射束扩展方向具有高纵横比的、拉长的细长射束特性，使得可以实施具有提升的切割棱边精度的分离或切割过程。
所述任务中的至少一个任务通过独立权利要求的方法、光学系统和激光加工设备解决。扩展方案在从属权利要求中给出。
在一方面中，为了尤其对于激光射束来说很大程度上透明的材料的材料加工横向于激光射束的传播方向产生非对称构造的改性。在此，形成用于形成在材料中的拉长的聚焦区的激光射束，其中，聚焦区这样形成，使得该聚焦区具有至少一个横向沿削平方向削平(abflachen)的强度最大值或非对称的强度最大值的横向和/或轴向排列(Aufreihung)，该排列沿排列方向削平。在聚焦区在材料中的定位之后，使改性、材料和聚焦区沿着或横交于削平方向或者沿着或横交于排列方向相对彼此运动，用于形成沿着感应的优选方向的裂纹。
在扩展方案中，使用衍射光学射束成形元件用于将相位曲线(Phasenverlauf)施加到用于激光加工材料所设置的激光射束上，该射束成形元件具有(平面构造的)相位掩膜，该相位掩膜构造用于将一个或多个进行射束成形的相位曲线施加到照射到相位掩膜上的激光射束上。给至少一个射束成形的相位曲线配属虚拟或实际的光学图像，该光学图像可以为了形成在待加工材料(9)中的改性而成像到拉长的聚焦区。
在另一方面中，用于在用于加工尤其对于脉冲式激光射束来说很大程度上透明的材料来进行材料的分离或分离准备的激光加工中的裂纹引入的方法具有下列步骤：通过将激光射束聚焦到脉冲式激光射束的非对称聚焦区中产生材料中的改性，其中，沿着相对运动方向在激光射束传播方向和材料之间的相继的改性相对彼此错位并且改性中的每个改性具有在裂纹形成中的优选方向，并且相对运动方向和优选方向相互适配。
在另一方面中，用于激光射束的射束成形的光学系统具有沿传播方向形成聚焦区的光学元件，所述激光射束用于加工尤其对于激光射束来说很大程度上透明的材料的，所述加工通过使材料在沿传播方向和横向于传播方向的另一方向拉长的聚焦区中改性进行，其中，沿传播方向形成聚焦区的光学元件也沿横向于传播方向的另一方向形成聚焦区，或者，其中，在沿传播方向形成聚焦区的光学元件的射束下游布置有沿横向于传播方向的另一方向形成聚焦区的光学元件。
在另一方面中，用于激光射束——所述激光射束用于通过在共同的沿传播方向拉长的聚焦区中的材料的改性来加工尤其对于激光射束来说很大程度上透明的材料——的射束成形的光学系统具有：衍射光学射束成形元件和近场光学器件，该衍射光学射束成形元件用于将一个或多个相位曲线施加到激光射束上，该衍射光学射束成形元件围绕入射的激光射束的射束轴线可转动地布置，该近场光学器件在射束下游以射束成形距离相对于衍射光学射束成形元件布置并且构造用于使激光射束聚焦到聚焦区中，其中，至少一个施加的相位曲线使得激光射束配属有拉长的聚焦区的处于衍射光学射束成形元件前面的虚拟光学图像，或者配属有拉长的聚焦区的处于衍射光学射束成形元件后面的实际光学图像，并且所述射束成形距离相应于激光射束的传播长度，在该传播长度中，多个进行射束成形的相位曲线将横向输入强度特性转化为在近场光学器件区域中的横向输出强度特性并且横向输出强度特性与输入强度特性相比尤其具有至少一个处于射束轴外部的局部最大值。
附图说明
在这里公开的方案允许改进现有技术的至少部分方面。参照附图尤其由实施方式的下述描述得出其他特征和其适用性。由附图示出：
图1用于激光射束的射束成形的光学系统的示意性示图，
图2具有根据图1的光学系统的用于材料加工的激光加工装置的示意性示图，
图3光学系统的用于阐释光学作用原理的示意性示图，
图4在虚拟光学图像成像之后在拉长的聚焦区中的纵向强度分布的示例，
图5在图4中示出的纵向强度分布的ZR截面图，
图6根据图4和5对于透明材料在拉长的聚焦区中的改性的示例性实验研究，
图7用于阐述实际的强度提高的产生和成像的示意性示图，
图8在根据图7的实际的强度提高的成像之后在拉长的聚焦区中的纵向强度分布的示例，
图9到图11对于基于透射式或反射式轴棱镜的光学系统的示例的示意性示图，
图12基于空间光调制器的光学系统的示例的示意性示图，
图13基于透射衍射的光学元件的光学系统的示例的示意性示图，
图14在根据图13光学系统中的衍射光学元件中的相位曲线的示例的示意性示图，
图15在根据图13的光学系统中的输出强度特性的示例性强度横截面图，
图16在图15中示出的强度横截面图的输出强度特性的XY俯视图，
图17具有未相位调制的射束分量的过滤的光学系统的示例的示意性示图，
图18具有用于分离相位调制的射束分量的线性相位值的基于衍射光学元件的光学系统的示例的示意性示图，
图19具有扫描设备的光学系统的示例的示意性示图，
图20用于阐释光学系统的成像系统的示意性示图，
图21A至图21C用于阐释裂纹形成的可能原因的示意性示图，
图22A至图23D用于通过引入射束光圈的非对称射束成形的示意性示图，
图24A和图24B用于说明强度最大值的非对称阵列的XY-和ZY-截面，
图25A和图25B用于非对称射束成形的衍射光学元件中的相位曲线的示例的示意性示图，
图26方位角分段的相位曲线，
图27在根据图26的相位施加的情况下的示例性强度横截面，
图28在图27中示出的强度横切面的输出强度特性的XY俯视图，
图29在根据图26的相位施加的情况下的拉长的聚焦区的ZX截面，
图30在根据图26的相位施加的情况下的拉长的聚焦区的ZY截面，
图31用于产生两个横向错位的反类贝塞尔射束特性的相位曲线，
图48用于在根据图31的相位施加中在从射束成形元件至近场光学器件的传播时沿着射束轴线Z的截面的幅度曲线，
图33在根据图31的相位施加的情况下的输出强度特性的XY俯视图，
图34A和图34B在根据图31的相位施加的情况下的拉长的聚焦区的ZX截面和XY截面，
图35A至图35C在根据图31的相位施加的情况下在z＝10mm、z＝50mm和z＝150mm的情况下的射束特性(Strahlprofil)，以及
图36A至图36C在根据图31的相位施加的情况下在z＝10mm、z＝50mm和z＝150mm的情况下的沿X方向的横向幅度曲线。
具体实施方式
在这里所描述的方面部分地基于以下认知：由于在激光加工时所需的高强度在预处理激光射束期间可能已经存在导致光学元件的损坏的强度。考虑到此还认识到，在工件中的拉长的聚焦区的产生可能基于虚拟射束特性的成像。通过该虚拟射束特性的成像的方案可以在光学系统中减小或甚至避免具有强度峰值的区域。还认识到，可以将配属给虚拟射束特性的相位曲线施加给激光射束，该相位曲线使远场中的强度分布发生所期望的变化。尤其认识到，通过归结于这种虚拟的射束特性的远场分布、例如反类贝塞尔射束类型(inverse Quasi-Bessel-Strahl-aritge)和/或反类艾里射束类型(inverse Quasi-Airy-Strahl-aritge)的强度曲线可以在同一聚焦区中产生特定设计的强度曲线和特别的叠加。在这种强度曲线中可以发生到聚焦区中的横向的能量引入，这尤其允许透明材料的加工。还认识到，与用于实际的强度提高的成像的系统相比，虚拟射束特性的成像的方案可能导致这种光学系统的较短的结构形状。
拉长的聚焦区在这里涉及通过光学系统确定的三维强度分布，该强度分布在待加工的材料中确定相互作用的空间尺寸和由此改性的空间尺寸。因此，拉长的聚焦区确定拉长区域，在该拉长区域中，注量(Fluenz)/强度存在于待加工的材料中，所述注量/强度大于与加工/改性相关的阈值注量(Schwellenfluenz)/阈值强度。通常地，如果在目标阈值强度方面的三维强度分布的特征是至少10:1、例如20:1以及更大或者30:1以及更大的纵横比(沿扩展方向的延展与横向延展的比例)，则指的是拉长的聚焦区。这种拉长的聚焦区可以导致具有类似的纵横比的材料的改性。在一些实施方式中，例如也可以形成沿扩展方向相互平行走向的聚焦区，所述聚焦区中的每个聚焦区具有相应的纵横比。一般地，在这种纵横比中，在聚焦区上的(有效)强度分布的横向延展的最大改变处于50％以及更小的区域中、例如20％以及更小的区域中、例如处于10％以及更小的区域中。
在此，可以在拉长的聚焦区中在基本上整个长度上给引起的改性横向地输送能量。这导致，在改性区的初始区域中的材料的改性不具有或者至少几乎不具有对激光射束的如下部分的屏蔽效应，该部分引起在射束下游(即例如在改性区的末端区域中)的材料的改性。在这种意义上，高斯射束不能产生可比较的拉长的聚焦，因为能量输送基本上纵向地并且不横向地进行。
对于激光射束来说很大程度上透明的材料的透明性在这里涉及线性吸收。对于低于阈值注量/阈值强度的光来说，对于激光射束来说很大程度上透明的材料例如在直至改性的后末端的长度上吸收入射光的例如小于20％或甚至小于10％。
在这里所述的方面部分地还基于以下认知：通过有针对性的射束成形、例如借助衍射光学元件(DOE)，可以制定在材料中由于非线性吸收而产生的自由电子密度。沿着由此产生的改性可以有针对性地引导裂纹形成，该裂纹形成然后导致工件的分离。
在这里所述的方面部分地还基于以下认知：对于DOE，在相位掩模的相位曲线中可以例如在相应的部段(Segment)中设置多个相位曲线。由此尤其可以在多个这种虚拟图像(沿纵向或横向方向)的成像叠加时使用虚拟光学图像、例如反类贝塞尔射束形式的射束形状的方案的优点，由此多个成像的相互作用(例如干涉)和空间态势(Konstellation)也可以具有对共同的聚焦区的成形的影响。此外看出，由此产生不对称的“共同的”聚焦区，该聚焦区例如在材料加工时产生用于确定的进给方向或确定的分离方向的优先(Vorzug)。此外看出，这种优先方向通过DOE在光学系统内部的取向/转动在激光加工过程中适配到期望的加工轨迹上。对于数字相位掩模(SLMs等)还可以进行相位曲线的直接操控，以便跟踪优先方向。
在这里所述的方面部分地还基于以下认知：通过使用DOE可以将附加的相位曲线施加到射束上，该相位曲线例如简化作为依据的光学系统的构造和/或有效射束分量(Nutzstrahlanteil)的隔离。
换言之，现有技术的缺点在一些实施方式中通过光学器件方案至少部分取消，在该光学器件方案中，处于工件区域中、沿扩展方向拉长的射束特性通过所产生的虚拟射束特性的成像而实现。此外，在一些实施方式中，所述光学器件方案既允许在射束特性的傅里叶平面(Fourier-Ebene)的区域内的对于不期望的射束分量的过滤可行方案，又允许射束成形与聚焦的分隔。
由该认知所得出的系统和方法还能够实现以高速度和在切割棱边的良好质量的情况下分离透明的、脆硬的材料。此外，这种系统和方法可以允许在没有如在切除方法中产生的圆锥角的情况下的分离。尤其在基于不切除的改性的分离中，也可以不产生切除部或仅产生小的切除部，其结果是，材料在加工后仅具有在表面上的少许颗粒。
下面参照图1到8一般性地阐述作为基础的光学器件方案。接着阐述光学系统的示例实施方式，该光学系统一方面通过传统的光学器件如透镜和反射镜来转换光学系统(参见图9到11)，另一方面通过衍射光学元件转换光学系统(参见图12到16)。与图17到20相关联地，阐述光学系统与用于过滤和用于扫描的部件和方面的可组合性以及在光学系统中的射束走向的通常的方面。
结合图21A至21C阐述对于裂纹形成的优选方向的形成的可能原因。
在剩余的附图中介绍以下方案：所述方案涉及到反类贝塞尔射束在由于方位角式分段的横向非对称性的形成(图26至30)和横向错位的相位曲线(图31至图36C)。
图1示出用于激光射束3的射束成形的光学系统1的示意性示图，其目的是在待加工的材料9中产生沿传播方向5的拉长的聚焦区7。一般地，激光射束3通过射束参数如波长、光谱宽度、时间的脉冲形状、脉冲组的构造、射束直径、横向的输入强度特性、横向的输入相位外形、输入发散度和/或偏振来确定。根据图1，激光射束3被输送给用于射束成形、即用于转变一个或多个射束参数的光学系统1。通常地，为了激光材料加工，激光射束3近似是具有横向高斯强度特性的准直高斯射束，该激光射束由激光射束源11、例如超短脉冲高功率激光系统产生。所述转变例如可以以反贝塞尔射束类型或反艾里射束类型的射束形状实现。
在图2中示出的激光加工设备21中，光学系统1例如可以用于材料加工。激光加工设备21具有支架系统23和工件支承单元25。支架系统23越过工件支承单元25并且承载激光系统11，该激光系统在图2中例如集成在支架系统23的上横向支架23A中。此外，光学系统1可沿X方向移动地安装在横向支架23A上，使得两个部件相互位置接近地布置。在替代的实施方式中，光学系统11例如可以设置为特有的外部单元，其激光射束3借助光导纤维或者作为自由射束引导到光学系统1。
工件支承单元25承载在X-Y平面中延伸的工件。工件是待加工的材料9，例如是玻璃盘或者呈陶瓷或结晶的实施形式(例如蓝宝石或硅)的对于所使用的激光波长很大程度上透明的盘。工件支承单元25允许工件沿Y方向相对于支架系统23的移动，使得与光学系统1的可移动性相结合地可以使用在XY平面中延伸的加工区域。
此外，根据图2设置例如光学系统1或横向支架23A的沿Z方向的可移动性，以便可以调节相对于工件的距离。对于沿Z方向走向的截面来说，激光射束通常也沿Z方向(即法向地)指向工件。但是可以提供其他加工轴线，如在图2中示例性地通过悬臂装置27和附加的旋转轴线29表明。相应地，悬臂装置27在根据图2的实施方式中是可选的。此外，可以设置冗余的附加轴线用于更高动态，其方式是：不使工件或光学系统加速，而是使更紧凑的和相应设计的部件加速。
激光加工设备21还具有在图1中未详细示出的控制设备，该控制设备例如集成在支架系统23中并且尤其具有用于由使用者输入运行参数的接口。通常，控制设备包括用于操控激光加工设备21的电的、机械的和光学的部件的元件，例如通过操控相应的运行参数，例如泵激光功率、冷却功率、激光设备和/或工件保持装置的方向和速度、用于调节光学元件(例如SLM)的电参数以及光学元件的(例如用于其转动)空间取向。
用于具有不同自由度的激光加工设备的其他装置例如在EP 1 688 807 A1中公开。通常，在小工件的情况下仅工件运动并且在大工件的情况下仅激光射束或者——如图2——工件和激光射束运动。此外，可以由激光系统11提供两个或多个光学系统并因此提供两个或多个聚焦区。
通过激光加工设备产生的在材料中的改性例如可以用于钻孔、用于通过感应电压分离、用于焊接、用于实现折射性能的改动或者用于选择性的激光蚀刻。相应地重要的是，可以合适地控制几何形状和改性类型。在此，除了如激光波长、时间的脉冲形状、脉冲数量、产生单个改性的脉冲组中的脉冲的能量和时间间距以及脉冲能量或脉冲组能量的参数之外，射束形状也起到重要作用。
拉长的体积改性尤其允许在单个加工步骤中通过沿射束扩展方向延展变长的体积区域的加工。尤其可以在沿进给方向的一位置上在仅一个唯一的改性加工步骤中在大延展上进行加工。通过使用在这里所述的光学系统、射束形状和方法，可以一方面实现更好的加工结果(相比于在沿进给方向的一位置上在相继的改性加工步骤中相互组合的各个改性)，另一方面可以降低过程时间和对系统技术的要求。因此为了各个改性而产生多个加工步骤，所述加工步骤增大时间开销并且要求各个改性相互间的相对位置的高开销的保证。
此外，拉长的聚焦区可以在加工不平坦的材料时是有用的，因为沿着拉长的聚焦区主要是基本上一致的激光加工条件，使得在这种实施方式中沿扩展方向的相应跟踪可以变得不必需或者仅从待加工材料的位置的偏差大于拉长的聚焦区域的长度开始(考虑需要的加工/渗透深度的情况下)才变得必需。
一般地，借助拉长的体积吸收(Volumenabsorption)对于透明材料的加工适用的是：一旦吸收发生，则该吸收自身或者引起的材料特性的改变可以影响激光射束的传播。因此有利的是，基本上不引导如下射束分量穿过值得注意的吸收区域，所述射束分量应引起在工件深处、即沿射束扩展方向在射束下游的改性。
换言之，也有利的是，用于在更远的射束下游改性的射束分量以一角度输送给相互作用区。为此的示例是类贝塞尔射束，在该类贝塞尔射束中存在环形的远场分布，该远场分布的环宽度与半径相比典型地是小的。在此，相互作用区的射束分量基本上以该角度旋转对称地输送。这同样适用于这里所述的反类贝塞尔射束或该反类贝塞尔射束的改性或补充，如均匀化的或调制的反类贝塞尔射束。另一示例是反向加速的“类艾里射束类型的”射束，在该射束中射束分量以一偏移角度输送给改性，其中，这明显相切地并且(不像在纯类贝塞尔射束中那样旋转对称地)在弯曲的改性区上进行，例如在弯曲的反类贝塞尔射束中那样。
此外，要努力达到的是，仅在努力达到的体积区域中值得注意地超过用于非线性吸收的阈值并且如此选择该体积区域的几何形状，使得该几何形状一方面适用于所期望的应用，但另一方面也不明显干扰至处于更远的射束下游的体积区域的传播。例如可能有利的是，变迹的(apodisiert)贝塞尔射束特性的旁瓣(Nebenmaxima)保持在对于非线性吸收必需的阈值强度以下。
考虑到沿进给方向相继的改性，改性的体积的几何形状还可以如此选择，使得在多个改性沿进给方向排成行的情况下之前引入的改性对随后的改性的形成仅具有不明显的影响。
如已经提到，为了快速加工可以通过仅一个单个激光脉冲/一个激光脉冲组产生单个改性，使得在这种情况下仅一次移动到工件上的位置。
超短脉冲激光能够实现强度(功率密度)的提供，所述强度允许引起在相应长的相互作用区中的足够强的材料改性。在此，改性的几何延展借助射束成形如此确定，使得通过在材料中的非线性吸收产生长延展的、高的自由电子密度。能量到较深区域中的输送横向地进行，使得与高斯聚焦相比，通过之前的等离子体的相互作用防止屏蔽效应。例如可以产生沿纵向方向均匀延展的电子密度或空间高频调制的电子密度。
在相应强度的情况下，可以在具有足够高的自由电子密度的区域中出现材料的爆炸式的延展，其中在此产生的震荡波可以产生纳米孔(Nanovoids)。用于改性(改性区)的其他示例是折射率改变、压缩的和/或拉应力感应的区域、微结晶以及局部的化学计量改变。
如一开始所阐述的那样，可以通过这种沿进给方向的改性区的堆积确定裂纹走向。在加工时工件沿经改性的轮廓(Kontur)相应地分离。然后裂纹形成可以直接随后进行或者通过另一过程感应地进行。例如可以在分离未预受力的材料时使用超声斜坡或温度斜坡，以便引起沿经改性的轮廓的之后的分离。单个改性通常不导致裂纹形成。
借助制定的射束形状可以产生在材料中和在改性区域之间的不同应力分布，以便使分离过程适配于给定的材料。在此，强烈的空间和时间梯度可以促使微米爆炸或纳米爆炸的产生。
在此，改性几何形状主要通过射束成形(并且不通过例如丝状成形(Filamentation)的非线性传播)确定。空间梯度的产生可以通过这里所述的光学系统实现，时间梯度的产生可以通过脉冲序列或脉冲成形进行。
一般地，可以通过系统的成像比例、尤其通过成像系统的近场光学器件的焦距和数值孔径实现射束形状的强度分布的缩放(Skalierung)。用于缩放的其他可行方案由使用附加透镜以及射束成形元件和/或远场光学器件得出(参见与图17和22有关的说明)。由此可以影响射束特性在工件中的横向和纵向延展。此外，在用于射束成形的射束路径中使用空间滤光片和光圈，以便对射束进行预处理。
在本公开的范畴内可以使用的用于例如超短脉冲激光系统的示例性的激光射束参数以及光学系统和拉长的聚焦区的参数是：
脉冲能量Ep：1μJ到10mJ(例如20μJ到1000μJ)，
脉冲组的能量Eg：1μJ到10mJ
波长范围：红外(IR)、可见(VIS)、紫外(UV)(例如2μm>λ>200nm；例如1550nm、1064nm、1030nm、515nm、343nm)
脉冲持续时间(FWHM)：10fs到50ns(例如200fs到20ns)
作用持续时间(取决于进给速度)：小于100ns(例如5ps-15ns)
占空比(激光脉冲/脉冲组的作用持续时间相对于重复时间)：小于等于5％，例如小于等于1％
在进入光学系统时的原始射束直径D(1/e2)：例如在1mm到25mm的范围内
近场光学器件的焦距：3mm到100mm(例如10mm到20mm)
近场光学器件的数值孔径NA：0.15≤NA≤0.5
材料中的射束特性的长度：大于20μm
材料中的射束特性的最大横向延展，可能沿短的方向：小于20λ
纵横比：大于20
沿扩展方向的调制(Modulation)：在聚焦区上大于10个周期
在例如用于分离应用的两个相邻改性之间的进给dv：100nm<dv<10*沿进给方向的横向延展
在作用持续时间期间的进给：例如小于沿进给方向的横向延展的5％
在此，脉冲持续时间与激光脉冲有关并且作用持续时间与时间范围有关，在该时间范围内例如用于在一部位上形成唯一的改性的一组激光脉冲与材料相互作用。在此，作用持续时间相对于当前进给速度是短的，使得所有激光脉冲作为一个群组有助于在一部位上的改性。
如果工件的厚度小于聚焦区的长度，则聚焦区部分处于工件外部，使得可以得到比聚焦区短的改性。可以有利地利用这种情况，以便即使在改变光学器件与工件之间的距离时也稳健地构型加工过程。在一些实施方式中，不延伸穿过整个工件的改性是有利的。尤其可以使聚焦区在工件中的长度和/或其位置适配。一般地，在此要指出的是，由于对于非线性吸收的不同阈值，具有假定一致强度的聚焦区会引起在不同材料中的不同大小的改性。
纵横比涉及在待加工材料中的射束特性(聚焦区)的几何形状以及通过射束特性所产生的改性的几何形状。在非对称或沿横向方向调制(例如非旋转对称的或环形的)射束特性的情况下，纵横比通过改性的长度相对于如下延展的比例确定：所述延展是在该长度区域内部出现的沿最短方向的最大横向延展。如果射束特性在此具有沿横向方向的调制、例如在环形的射束特性的情况下，则纵横比与最大值的宽度有关，在环形射束特性的情况下即与环厚度有关。在形成多个沿横向方向间隔开的改性体积时，纵横比与单个改性的横向延展有关。在射束特性沿扩展方向调制的情况下(例如由于干涉(Interferenzen))，纵横比与上级(übergeordnet)的总长度有关。
由射束成形元件和聚焦透镜(近场光学器件)之间的尤其大于近场光学器件的焦距fN的距离d以及近场光学器件相对于空气的NA>0.15出发，射束成形元件的所使用的角度谱α处于tan(α)<f*NA/d<NA/2范围中、并且优选处于tan(α)>f*NA/(d*4)范围中。
前述参数范围可以在切边粗糙度Ra例如小于1μm时允许直到例如5mm以及更大(典型地为100μm到1.1mm)的材料厚度的加工。
光学系统1还可以具有用于适配激光射束3的射束参数如射束直径、输入强度特性、输入发散度和/或极化的射束预处理单元13。例如，脉冲式激光系统的具有例如5mm射束直径、在波长大约1030nm时6ps脉冲长度的激光射束被耦合到光学系统1中并且被引导至射束成形元件31。
图3示出光学系统1的示意性构造，用于阐述作用原理。光学系统1基于射束成形元件31和成像系统33。射束成形元件31构造用于接收激光射束3。相应地，该射束成形元件适配于激光射束3的横向输入强度特性41。此外，射束成形元件31构造成在横向输入强度特性41上给激光射束3施加射束成形的相位曲线43(在图1中以虚线示意性表明)。所施加的相位曲线43使得激光射束3配属有(基本上)拉长的聚焦区7的处于射束成形元件31前面的虚拟光学图像53。因此，射束成形元件31产生虚拟射束特性，该射束特性处于射束成形元件31的射束上游，但不相应于实际处于那里的射束走向。
成像系统33如此设计，使得将虚拟的射束特性成像到激光加工设备的如下区域中，工件在加工期间定位在该区域中。在图3中，成像系统为此示例性地具有沿射束方向的第一聚焦元件(在这里称为远场光学器件33A)以及沿射束方向的第二聚焦元件(在这里称为近场光学器件33B)。
远场光学器件33A设置在相位施加的区域中并且在图3中示例性地在射束成形元件31的射束下游以透镜形状显示。如下面所阐述，远场光学器件33A也可以在射束成形元件31前面不远处布置、由在射束成形元件前面和后面的部件组成和/或完全或部分集成到该射束成形元件中。
在射束成形元件31中的相位施加之后，激光射束3根据成像系统33传播一射束成形距离Dp直至近场光学器件33B。在此，射束成形距离Dp相应于激光射束3的传播长度，在该传播长度中，所施加的相位曲线43将横向输入强度特性41转化为在近场光学元件33B上的横向输出强度特性51。在这里，光学系统中的输出强度特性51包括这种横向强度特性，该横向强度特性通过相位施加确定。这通常最晚在近场光学器件前的焦距区域中或在近场光学器件的区域中进行。
为了实施虚拟射束特性的方案，对于在光学系统中由激光射束3待经过的传播长度(从射束成形元件31直至近场光学器件33B)得出下述思考。一般地，光学系统形成具有远场聚焦作用和近场聚焦作用的成像系统33。后者通过近场光学器件33B并因此通过近场焦距fN确定。前者通过远场聚焦作用和所属的远场焦距fF确定。远场焦距fF可以通过独立的远场光学器件33A实现和/或集成到射束成形元件中。为此也参见图20。成像系统33具有X比1的成像比例，其中，用于缩小虚拟图形的X通常大于1。例如成像比例实施为大于等于1:1、例如大于等于5:1、10:1、20:1、30:1或者40:1。换言之，在该成像的定义中，系数X描述了聚焦区的横向大小到虚拟外形的放大。角度相应地减小。要注意的是，成像比例以二次方的形式进入到外形的长度中。相应地，虚拟图像的纵向长度例如对于成像比例10:1以系数100缩小并且对于成像比例20:1以系数400缩小。
在成像比例为1:1时适用fN＝fF，假定重叠校正焦平面。一般地适用于fF＝XfN。如果远场光学器件33A集成到射束成形元件中，则该射束成形元件处于相对于近场光学器件的fN+fF的距离中，即典型地处于两个光学器件的焦距的总和的区域中。对于1:1或者缩小的光学系统来说，传播长度由此相应于近场光学器件的焦距的至少两倍。
如果将远场光学器件33A和射束成形元件31分开并且假设虚拟光学图像不应(尤其不在对于聚焦区重要的强度区域内)与射束成形元件重叠，则射束成形元件至少以距离I/2在虚拟射束特性53的纵向中央的射束下游布置。在此，长度I是虚拟射束特性53关于重要强度区域的纵向尺寸。虚拟射束特性53的纵向中央例如处于远场光学器件33A的输入侧焦平面中，该焦平面处于与近场光学器件33B的fN+fF的距离中。在该情况下，传播长度d＝fN+2fF–I/2＝(1+2X)fN–I/2，即小于fN+2fF＝(1+2X)fN或者换言之小于光学器件之间的距离加上fF。
对于距离d＝fN+fF＝(1+X)fN，即使在变大的射束扩展的情况下也可以成像虚拟射束特性53的同样变大的长度I，其中，如在这里之后阐述的那样可以保持外形的定义末端。
一般要提到的是，由于原始射束发散和收敛以及在成像系统有偏差的校正中可能产生上述考虑的偏差。相对于实际强度提高的可比较的成像、即具有可比较的成像比例的成像，射束成形元件更近地布置(参见对于图7和8的相应讨论)。通常距离即处于(1+2X)fN≥d≥2fN。
通过所施加的相位，横向输出强度特性51与输入强度特性41相比具有至少一个处于射束轴线45外部的局部最大值49。该处于射束轴线45外部的局部最大值49导致到聚焦区7中的横向能量输入。使射束成形元件31而定，横向输出强度特性51的局部最大值49相对于射束轴线45旋转对称地形成——如在图3中以剖视图表明——或者该局部最大值可以仅在方位角的角范围中形成(参见例如图29和30)。一般地，射束轴线通过横向射束特性的射束重心定义。通常可以给光学系统配属光轴，该光轴通常经过射束成形元件的对称点(例如经过DOE的中央或者反射式空心锥轴棱镜(Hohlkegel-Axicon)的尖端)走向。在射束旋转对称和相应的精确校正的情况下，射束轴线与光学系统的光轴可以至少区段式地一致。
局部最大值可以被视为输出强度特性51的普遍性的特征，其中，尤其对于反类贝塞尔射束类型的射束形状可以形成具有倾斜的和缓慢下降的侧沿的典型子结构。该子结构可以基于射束成形元件和/或远场光学元件的聚焦作用在所配属的远场焦平面的区域中反向。输出强度特性尤其可以在该远场平面的区域中特别“尖锐地”示出局部最大值，或者例如在反类贝塞尔射束类型的射束形状中，局部最大值已经可以非常快地在射束成形元件之后形成。但是子结构的方面可能由于在相位施加中的各种不同可能性而改变。
虚拟射束特性的方案可以一方面减小光学系统1的结构长度并且另一方面在光学系统1中避免具有明显强度提高的拉长射束特性的形成。成像系统33如此构型，使得在光学系统1内部构成该虚拟射束特性的远场并且在近场光学器件33B中的聚焦可以借助普通的聚焦部件、例如透镜、反射镜、显微镜物镜或上述器件的组合进行。在此，“普通的”在这里在意义上应理解为：特有的射束形状基本上通过射束成形元件31并且不通过近场光学器件33B来施加。
为了说明，在图3中标明射束走向，该射束走向相应于在这里被称为反类贝塞尔射束的射束。为此，在射束成形元件31的射束下游以实线来说明射束走向。在射束成形元件31的射束上游，替代于入射准直射束3，以虚线概要地绘出类似于实际的类贝塞尔射束的虚拟射束特性。
类似于通常的类贝塞尔射束，反类贝塞尔射束也具有在远场光学器件33A的焦平面中的环结构。但是在示意性剖视图中表明的发散的射束区域55A、55B(所述射束区域照射到远场光学器件33A上)不由“实际的”类贝塞尔射束特性产生，而是直接由射束成形元件31与入射激光射束3的相互作用产生。由于该直接相互作用，射束区域55A、55B在其横向强度分布中通过激光射束3的横向射束特性41被施加。相应地，在沿径向方向的高斯输入射束中，强度原理上在射束区域55A、55B中从内向外减小。由于射束区域55A、55B的发散，相应地在射束轴线上典型地构造用于相位调制的射束分量的较低强度的(在理想情况下无强度)区域。在此，射束分量的发散、相应地发散的射束分量在这里也与远离射束轴线运动的射束分量有关。但是在该区域中未相位调制的射束和/或附加相位调制的射束分量可以叠加。在射束在光学系统中在形成反贝塞尔射束类型的射束的过程中的发展方面参见图33和34。该强度特性在横向强度区域57A和57B中示意性表明。要指出的是，沿着传播长度的强度曲线可以根据所施加的相位曲线43而改变。但是，在初始区域(即靠近射束成形单元31的射束区域55A、55B)中，由于主要作为纯相位掩模起作用的射束成形元件31，激光射束3的入射强度特性对于发散的相位调制的射束分量至少占主要部分。
为了清楚地解释反类贝塞尔射束，在图3中还示意性地表明强度曲线57A’和57B’。在此假设，射束成形元件31仅影响相位并且不影响幅度。看出的是，通过远场光学器件33A的聚焦(或射束成形元件31的相应的远场作用)使强度曲线在光学系统1的输出端处翻转，使得在形成拉长的聚焦区7时在射束轴线45上首先叠加低强度，所述低强度由入射高斯射束特性的下降的侧沿产生。随后叠加较高强度，所述较高强度由入射高斯射束特性的中间区域产生。为此提到，不仅要考虑在射束成形元件上的强度，而且也要考虑有用的面积。在旋转对称的情况下，距离相应二次方地考虑。如尤其关于图4阐述，纵向强度特性恰好终止在射束分量与输入外形的中央相交的区域中。虽然在该中央中存在最大强度，但是面积接近零。此外要指出的是，在聚焦区后又存在翻转的强度曲线，该强度曲线相应于在射束成形元件之后的强度曲线57A、57B(假设与材料没有相互作用)。
由于通过成像系统33的成像，相应地关于虚拟射束形状存在在图3中示意性表明的入射虚拟强度曲线57A”和57B”，所述强度曲线基本上相应于强度曲线57A’和57B’。
与类贝塞尔射束相比相反的该强度曲线引起既在聚焦区7又在虚拟的射束特性、即光学图像53中的用于反类贝塞尔射束的特定纵向强度曲线，因为在这里射束区域55A、55B的叠加虚拟地进行。对于针对普通的类贝塞尔射束的相应讨论参照图7和8和所属说明。
图4示例性地说明在拉长的聚焦区7中的纵向强度分布61，如该强度分布可以计算用于反类贝塞尔射束形状的虚拟光学图像53的成像。在Z方向上是标准的强度I。要指出的是，根据到材料9上的正常入射(沿Z方向)的扩展方向不是强制的，并且如与图2有关地阐释的那样，可以替代地以相对于Z方向的角度实现该扩展方向。
在图4中看出在大于100微米上的首先缓慢的强度增长61A(低(外部)强度的初始叠加)直到强度最大值，接着是剧烈的强度降低61B(高(中央)强度的叠加)。因此，对于反贝塞尔射束形状得出沿扩展反向(在图4中的Z方向)的纵向强度分布的清晰的边界。如尤其参照在图3中示出的强度曲线57A’和57B’可看出，该清晰的边界基于：纵向强度分布61的末端归因于入射激光射束的射束中央值的贡献，所述入射激光射束具有虽然高的强度但在剧烈减小(接近零)的面积上。换言之，所述末端以虚拟射束特性的成像为基础，在所述射束特性中，在中部对于反类贝塞尔射束产生孔。在强度下降时在末端处的剧烈梯度以在输入外形的中央中的高强度为基础，但是通过消失的面积受限制。对于理想的成像系统，强度分布61的纵向尺寸通过虚拟外形的位置和成像尺度定义。如果工件还具有较高的折射率，则射束特性相应地延长。
对此要补充的是，在激光加工设备中的清晰的边界导致，改性的沿扩展方向在前面的末端即使在入射横向射束特性放大时基本上是沿扩展方向静止的。改性仅在后面的区域中改变其延展，即，当激光射束的输入射束直径变大时，该改性可以向着近场光学器件延展。因此，清晰的边界关于工件支承件或工件本身的一次调节的位置可以避免在改性的射束下游的高强度。对此的区别在于，输入射束直径的放大在实际的强度提高的成像时导致改性沿扩展方向的延长，即，例如延长到工件支承件中，这可能导致该工件支承件的损伤。
图5示出针对在图4中示出的纵向强度分布61的在聚焦区7中的强度的示例性X-Z截面63。可看出在横向延展几微米的情况下聚焦区7在几百微米上的拉长构造。通过非线性吸收的阈值性能，这种射束特性可以在工件中引起清楚定义的拉长的改性。聚焦区7的拉长的形状具有例如一纵横比，即，聚焦区的长度与在该长度内部沿横向最短方向出现的最大延展的比例(后者在非旋转对称的外形的情况下)，该比例处于10:1到1000:1、例如20:1或更高、例如50:1到400:1的范围内。
如果消除在图4中示出的幅度侧的(Amplituden-seitig)沿扩展方向未调制的反类贝塞尔射束的射束形状，则可以通过射束成形元件31在远场中附加地引起幅度再分布，该幅度再分布例如可以用于沿扩展方向的强度调制。但是在此得出的在聚焦区7前的强度分布不再以非常明显的形状描绘出“反转”。然而在纵向强度特性的初始区域和结束区域中经常示出反向(Invertierung)的开始，例如缓慢增长和快速下降。此外，(相位决定的)幅度再分布可以通过射束成形元件31的相位曲线恰好准确地调节到反向的强度分布上，以便引起例如一种纵向平顶强度特性
补充地，保持得到下述特征来关于“实际的”射束形状进行限界：在实际的高斯输入射束的情况中，例如在实际的轴棱镜中在近场光学器件与聚焦区之间存在一平面，输入射束的缩小的高斯横向射束特性处于该平面中并且可以相应地使该射束特性可见。相应的成像在虚拟光学图像的方案中存在。但是在该情况下图像平面处于聚焦区后面，缩小的高斯横向射束特性处于该图像平面中。可以相应地使横向射束特性可见。这一般适用于针对在这里所设想的反向射束形状的相位掩模，当该相位掩模通过高斯射束特性被照亮时。特别地，缩小的高斯横向射束特性处于射束成形元件的图像平面中并且由此一般直接处于聚焦区的射束下游。由于已经实现的发散，因此该高斯横向射束特性明显大于在聚焦区中的反类贝塞尔射束类型的射束的横向射束特性。同样地，该射束特性在强度方面小得多。
可看出输入射束的被成像的高斯横向射束特性在射束特性的结构的快速翻转(Umschlagen)、即在小的横向区域上的剧烈变化处的位置。因此例如反类贝塞尔射束类型的射束处于聚焦区中。在经过射束成形元件的图像平面时，“近似地”立即在中央形成黑暗点。这在反类贝塞尔射束的情况下在聚焦区开端是不同的。在那里由于高斯射束特性的边缘区域的增大的叠加而形成反类贝塞尔射束类型的射束的由黑暗中央至在中央中填充的横向强度特性的过渡。换言之，强度在更大的区域上沿纵向方向增大，而该强度在末端减小。在末端上，所述过渡相应清楚地尖锐地被限界。要补充的是，为了实际的贝塞尔射束类型的强度提高的成像，末端上和开端上的性能互换，即在贝塞尔射束特性的末端上较缓慢地形成黑暗点。
如之前所阐述，使用虚拟射束特性的方案因此对待实施的相位施加和在聚焦区域7中得到的强度曲线产生影响。
图6说明改性区65，该改性区在用于研究在透明材料中形成改性的实验研究的范畴内产生。每个改性区65源于与一组激光脉冲、例如具有间距为大约14ns的两个6ps的脉冲的相互作用。改性区的形状与根据图4和5所假设的拉长的聚焦区7的形状一致。最大长度通过拉长的聚焦区7的几何形状在所需的强度/注量的情况下限界。
上面四个接收(Aufnahmen)说明在脉冲组能量Eg为大约20μJ到40μJ时的阈值性能。下面四个接收说明拉长的改性区65在脉冲组能量Eg为大约30μJ到200μJ时的造型。在总能量Eg增加时，改性区沿射束进入(近场光学器件)的方向延长，因为在聚焦区7的更长的区域中达到对于非线性吸收的阈值强度。改性沿射束扩展方向的末端在其部位上基本是静止的，也就是说尤其没有近场光学器件(33B)相对于待加工工件的距离的再修正。尤其当在较小强度情况下改性阈值处于射束特性中时，在小能量的情况下，由于产生的沿纵向方向的梯度，出现后末端的最初的沿射束方向的漂移。但是该漂移在中等和高能量时减少，因为反类贝塞尔射束类型的射束特性的产生沿扩展方向具有隐含的(implizit)最大后末端。
在改性的纵向尺寸改变时的类似性能也针对入射激光射束3的径向增大的射束直径而得出。在这种情况下，改性区也沿射束进入(近场光学器件)的方向延长，因为入射激光射束3的径向外侧附加的强度区域将能量引导到缓慢的强度增长61A(即具有小斜度的强度增长)的区域中的纵向强度区域中。强度分布的最大值相应地沿射束进入的方向移动。相反地，改性沿射束扩展方向的末端在其位置方面基本静止，因为该部位通过入射激光射束3的射束中部供给以能量。对此要提及的是，在改动的反类贝塞尔射束类型的射束形状中也可以观察到该性能。例如对于与图23到26相关讨论的平顶射束形状来说，在改变射束直径时，改性的末端的位置基本上不改变。对于这样改变的入射强度特性来说，射束成形元件还可能不再导致优化的平顶结构，使得能够得出强度中的调制和可能的开端改变。
图7用于阐述射束引导，在该射束引导中，实际的强度提高71通过射束成形光学器件73、例如轴棱镜产生。这相应于已知的类贝塞尔射束的形成。强度提高71接着通过望远镜系统75在形成聚焦区77的情况下成像到工件9中。如在图7中示出，在这种结构中存在危险，即实际的强度提高71损坏望远镜系统75的远场光学器件79，尤其当要实现小结构长度时。在这里所述实施虚拟图像的方案的光学系统(例如参见图3)规避了该损伤射束引导的光学器件的风险。
图8完整地说明在根据图7的结构中得出的沿Z方向的纵向强度分布81。在开始时的剧烈增长81A之后达到强度最大值，在该强度最大值之后强度再下降。在低强度时开始缓慢减停的下降81B(小斜度的减停的下降)。看出图4和8的纵向强度分布61和81的原理上的反转，在该反转中将在末端处的“清晰的边界”由“清晰的开端”替代。
对于这种类贝塞尔射束，以具有入射高斯射束特性83的激光射束的透射轴棱镜导致叠加的射束区域85A、85B，其强度权重导致实际的纵向强度分布81(首先是高斯射束特性83的中央区域的强度的叠加，然后是高斯射束特性83的低(外部)强度的叠加)。为了阐述，又示意性地表明在远场光学器件79的射束下游的强度曲线87A和87B和在聚焦区77的射束上游的强度曲线87A’和87B’。
在接下来阐述光学系统的不同示例性的配置之前，所述系统实施虚拟强度提高的方案，再一次参照图3和尤其近场光学器件33B上的横向输出强度特性51。在输出强度特性51的区域中可以例如通过光圈50影响到对聚焦区做出贡献的分量。视光圈开口的定向和宽度而定并且一般性地视光圈形状而定可以引起并且甚至调节拉长的聚焦区7中的纵向强度分布61的改性。在旋转对称的输出强度特性51——如在图3和7中示出——或在图14的情况下或在相应地对称的相位曲线的情况下，光圈围绕射束轴线的转动可以引起在聚焦区7中的改性的定向的转动。
光圈50的这种机械控制例如可以替代地通过已经提到的并且结合接下来的附图进一步阐述的固定写入的DOE的转动进行，或者通过可编程的DOE的时间相关的调节电子地进行。相应地，用于相应的激光切割和尤其跟踪而设置的激光加工设备具有旋转机构和/或电控制设备。在此，如已经提到的那样，反向的和正常的类贝塞尔射束的输出强度或光学元件可以改变或转动。
这尤其涉及下面所阐述的系统，这些系统包括透射式和反射式射束成形元件，其中，相位曲线的施加尤其折射、反射或衍射地进行。已述部件如激光系统11参见前面的说明。
考虑到射束成形光学器件73与近场光学器件的距离，可以类似地给用于虚拟图像的思考假设下述值。在实际的射束特性中，长度I的待成像的实际射束特性的中部典型地处于远场光学器件的输入侧的焦距中。典型的距离至少是fN+2fF+I/2＝(1+2X)fN+I/2，即大于fN+2fF，或者换言之，大于光学器件之间的距离加上fF。
图9示出借助空心锥轴棱镜131A的折射的射束成形。该空心锥轴棱镜产生在空心锥轴棱镜131A的射束上游的虚拟反类贝塞尔射束特性153A。该空心锥轴棱镜在图9中通过虚线表明，实际的强度提高不存在于该区域中。此外，在根据图9的实施方式中，远场光学器件沿射束扩展方向在空心锥轴棱镜131A的射束下游实施为平凸透镜133A。近场光学器件33B引起激光射束到聚焦区7中的聚焦，使得虚拟反类贝塞尔射束特性153A作为聚焦区7的虚拟光学图像配属给激光射束。
图10示出具有空心锥轴棱镜-透镜系统131B的实施方式，该空心锥轴棱镜-透镜系统作为折射式射束成形元件而使用。在此，远场光学器件作为凸的透镜面133B集成到射束成形元件中，该透镜面布置在空心锥轴棱镜的输入侧上。该结构同样产生虚拟反类贝塞尔射束特性153B。
图11说明具有反射式射束成形元件——尤其反射式轴棱镜-反射镜系统131C——的实施方式。射束成形元件的高反射性的表面如此成形，使得反射轴棱镜的射束成形特性与进行聚焦的空心反射镜的形成远场的部件组合。相应地，轴棱镜-反射镜系统131C既实现射束成形的功能又实现远场光学器件的功能。虚拟的反类贝塞尔射束特性153C在轴棱镜-反射镜系统131C的背侧表明，即在不由激光射束3穿过的区域中表明。
如在图11中还示出，激光系统11的激光射束3在射束适配单元13后通过转向镜140耦合到光学系统1中。转向镜140例如布置在轴棱镜-反射镜系统131C和近场光学器件33B之间的光轴上并且使射束转向到射束成形元件131C上。在一些实施方式中，转向镜例如可以是中央穿孔的，以便使尽可能少的光线转向到射束成形元件131C的光学上可能有缺陷的中央区域上。除了下面关于图17和18所述滤光方面之外在此补充地注明的是，转向镜140同时阻挡不希望的中央射束分量，使得该射束分量不通过近场光学器件33B聚焦。
图12和13示出具有数字化的射束成形元件的光学系统的实施方式。在此，数字化可以涉及相移和/或横向结构(例如像素结构)的离散值的使用。空间光调制器(SLMs)的使用是通过可编程的或者固定写入的衍射光学元件(DOE)实施射束成形的多个不同可能性中的一个。
衍射光学元件除了容易产生一个或多个虚拟射束特性、例如一个或多个空心锥轴棱镜的相应的相位施加之外允许例如用于纵向强度分布的均匀化的有针对性的修改。在此，相位中的偏差关于例如空心锥轴棱镜相位(并因此来自反类贝塞尔射束)处于小于等于50％、例如小于等于20％或小于等于10％的范围中。一般地，与例如光刻制造的、固定写入的DOEs相比，SLMs在横向较粗糙分辨率的情况下允许非常精细的相位改变。固定写入的DOEs例如具有平面平行的梯级，其厚度确定相位。在此，光刻制造允许高的横向分辨率。双级可以引起实际的和虚拟的相位外形。只有大于两个的相位偏移(Phasenhub)的数量可以引起在用于虚拟射束特性的优选方向的意义上的差别。因此，四个或八个或更多个相位偏移可以允许关于虚拟射束特性的有效射束成形。但是离散化可以引起并列(Nebenordnungen)，所述并列可以例如被滤出。用于连续的微结构的制造方法包括例如模拟光刻或纳米压印光刻。
在这里将衍射光学射束成形元件(可以是可调节的SLM或固定写入的DOE)的结构方面的、引起相位施加并且平面构造的元件称为相位掩模。根据DOE的实施方式可以将所述元件在透射或反射中使用，以便对激光射束施加相位曲线。
在图12中使用空间光调制器31A在反射中来进行相位施加。空间光调制器31A例如基于“液晶覆硅”(LCOS)，该液晶覆硅能够实现可对于单个像素编程的相移。空间光调制器还可以基于微系统(MEMS)、微型光电机械系统(MOEMS)或微镜矩阵系统。在SLMs中，像素例如可以电子地操控，以便在横向输入强度特性上引起特定的相位施加。电子可操控性例如能够实现相位的在线调节和由此的聚焦区7的适配，例如根据待加工的材料或对激光波动的反应。在根据图12的装置中，例如可以将用于产生虚拟反类贝塞尔射束特性的衍射轴棱镜的功能与远场光学器件的形成远场的作用通过空间光调制器31A的相移结合起来。替代地，固定写入的反射DOE可以作为射束成形的元件31A使用。
图13是基于DOE 31B的光学系统的示意性示图，在该系统中相位施加固定地写入到DOE 31B中。DOE 31B在这种情况下使用在入射中。如在图12那样，例如导致虚拟类贝塞尔射束特性的相移和远场光学器件的聚焦特性在DOE 31B中组合。
图9到13的光学系统可以导致输出强度特性，所述输出强度特性相应于反类贝塞尔射束特性并且所述输出强度特性配属有虚拟光学图像。例如具有正常的、在透射中使用的轴棱镜的图7的光学系统以及图9至13的类似结构可以导致(正常的)类贝塞尔射束特性的输出强度特性。反类贝塞尔射束特性和正常的类贝塞尔射束特性尤其可以类似地使用用于充分利用基于局部效应的切割方法，其中，当然要考虑在这里公开的区别。
图14说明相位曲线243的示例，如其可以例如设置在DOE 31B中那样。相位曲线243是旋转对称的。可看出环形相位分布，其频率沿径向方向调制。所述环指明旋转对称的虚拟类贝塞尔射束特性的产生。频率调制指出远场光学器件的相位分量到用于射束成形的相位曲线中的集成。在图14中表明在±π范围内的相位。在替代实施方式中，也可以在DOE相位掩模中实施离散的如双或多级(例如在0到2π的相移范围中的4个或更多个层级)相位曲线。
图15和16以强度横截面(图15)和2D俯视图(图16)示例性地说明输出强度特性251。可看出环形围绕射束轴线45走向的强度最大值249。几乎没有强度存在于射束中央处。
在一些实施方式中，到反类贝塞尔射束中的转变没有完全进行，使得例如具有高斯射束特性的未相位调制的剩余射束相应地叠加在环形强度特性上。图15示意性点划线式地表明这种未相位调制的射束分量252。
在图15中的强度分布的最大值249是用于局部强度最大值的示例，通过该强度最大值修改横向输出强度特性区域中的原始输出强度特性(例如高斯射束特性)。环结构的旋转对称通过反类贝塞尔射束特性的旋转对称引起。在替代的实施方式中，局部强度最大值可以限制到方位角的角区域上。此外，受方位角限制的和/或环形的局部最大值的叠加可以存在。
在使用折射式空心锥轴棱镜(参见图9和10)来产生反类贝塞尔射束类型的输出强度特性时，可能在不完美的轴棱镜的尖端以不希望的角度产生不希望的射束分量。即使在衍射射束成形元件中也可能出现不希望的射束分量。例如可能在激光射束的远场中存在不可忽略的未相位调制的射束分量或附加的衍射阶数。
在此公开的光学系统由于远场部件的使用使滤光片的引入和形状选择变得容易，以便将这种进行干扰的射束分量滤出。尤其可以容易地将这种在傅里叶平面中的不希望的射束分量从所希望的射束分量(有效射束)中分离。
参照图15的未相位调制的射束分量252，图17示出示例性的光学系统，该光学系统基于在图3中示出的光学系统1。但是附加地进行在成像系统33的傅里叶平面的区域中的未相位调制分量的过滤。示例地，在图17中表明在近场光学器件33B的射束上游的空间滤光单元220。
滤光单元220具有围绕射束轴线45的中央区域，该中央区域例如阻挡在图15中表明的未相位调制的射束分量252的高斯形式的强度分布。滤光单元220可以通过DOE或SLM附加地具有径向处于外部的区段来阻挡更高阶的衍射。
因此，通常设置滤光单元220用来抑制未相位调制的基本模式以及更高阶的衍射以及在这里公开的不同的折射、反射或衍射的射束成形元件的散射。在输出强度特性旋转对称时通常也旋转对称地构造滤光单元。在一些实施方式中可以仅设置滤光单元220的单个区段或者甚至不设置过滤装置。
衍射的射束成形元件允许另一方案(Ansatz)来抑制未相位调制的射束分量。在此有针对性地施加用于使相位调制的射束分量转向的附加相位值。
图18示出例如一光学系统，在该光学系统中衍射式光学元件31附加地设有线性相位值。线性相位值导致相位调制的射束203A的转向230。未相位调制的射束分量203B不转向并且照射到例如滤光单元222上。
图19示出光学系统的另一实施方式，该光学系统附加地为了实施扫描方案而利用远场部件的使用。通常扫描系统允许聚焦区7在一定区域中移动。一般地，通过射束成形与近场聚焦的分离可能的是，尤其设置对于体积吸收有利的远心扫描方案。在一些实施方式中还可以调节位置和角度。相应地，这种扫描系统可以允许将精细的轮廓写入工件中。
在图19的实施方案中，扫描镜310布置在近场光学器件333B的像侧焦平面中。扫描镜310使在输出强度分布区域中的激光射束转向到在侧面布置的近场光学器件333B中。在傅里叶平面中的转向引起：虽然有位置偏差但是将扩展方向保持在工件中。扫描区域本身由近场光学器件333B的大小确定。
如果扫描镜310不精确地布置在近场光学器件333B的焦平面中或者该扫描镜关于该焦平面运动，则可以由此调节拉长的聚焦区的取向、尤其由图2中的Z方向的角度偏差。
图20示例性地参照根据图13中示出的光学系统的配置阐述基础的成像特性。光学系统包括射束成形元件31，该射束成形元件也充当远场光学器件并且由此通过焦距fN表征。在图20中远场光学器件和近场光学器件的焦平面相互重叠。相应地，在图20中虚线地表明仅一个焦平面340。在重叠的焦平面的配置中，成像系统在平面的波阵面入射时通常使虚拟射束形状253成像到拉长的聚焦区7上，例如反类贝塞尔射束特性、反向调制的或均匀化的类贝塞尔射束特性作为用于反向准贝塞尔/艾里射束类型的射束形状的示例。
然而焦平面不必总是相互重叠。例如成像系统可以适配于预给定的射束发散度，但是激光射束3以另一发散度入射。在这种情况下，拉长的聚焦区7总是配属有处于射束成形元件前面的虚拟光学图像，但是不必存在完美的成像。类似的情况可以在成像系统的有意的误差校正、例如与扫描设备有关地得出。
图20还说明概念“远场光学器件”和“近场光学器件”。远场光学器件产生虚拟射束走向253在远场焦距fF区域中的远场。如前面已经阐述的那样，远场光学器件可以在其功能中分配，例如由一个或多个在射束成形元件前和/或后并且与该射束成形元件间隔开布置的部件构成和/或集成到射束成形元件中。近场光学器件以较小焦距fN使射束向着工件聚焦并因此形成聚焦区。因此，不仅虚拟射束特性53关于远场光学器件的远场而且聚焦区7关于近场光学器件33B的远场存在于焦平面340的区域中。
即使在不完美的成像中(例如远场和近场光学器件的焦平面不重叠)，基本上可以在聚焦区中存在可接受的强度曲线，因为照射到近场光学器件上的强度特性仅稍微改变。
例如在反类贝塞尔射束形状的情况下，第一聚焦通过在成像系统中的远场光学器件引起环大小在近场光学器件上的适配。就此而言，远场光学器件具有对在附图中表明的环直径的聚焦作用，直至一种中间焦点变小。
图21阐释在用于下述情况的光学系统中的射束走向：收敛的激光射束3’照射到射束成形元件31上。激光射束的相位调制的分量303A聚焦到延展的聚焦区7上。由于入射激光射束3’的收敛(并且可能由于分开的进行聚焦的远场光学器件或者到射束成形元件31的相位曲线中的集成)，未相位调制的分量303B(点划线式地示出)在传播长度Dp过程中继续变窄并且照射到近场光学器件33B的中央区域上。由此构造用于未相位调制的射束分量303B的焦点350，该焦点比拉长的聚焦区7更靠近近场透镜33B。未相位调制的分量在焦点350后面剧烈发散，使得在工件中就未相位调制的射束分量303B而言不再达到导致非线性吸收的强度。因此，在这种构型中可以取消未相位调制的射束分量303B的过滤。
然而可以在焦点350的区域中(或者当射束强烈聚焦时甚至在远场和近场光学器件之间)设置空间定位(lokalisiert)的滤光单元，以便使未相位调制的射束分量303B从相互作用区和工件中脱离出来。
关于另外的构型尤其参照同一申请人在申请日2014年11月19日的优先权申请DE2014 116 958.1。在此，该申请的内容全部被包含在内。因此可以在用于射束发散度适配的射束成形单元的射束上游布置一个或多个附加的透镜。
衍射的光学元件允许在输入强度特性上的数字化的和例如基于像素的相位适配。根据反类贝塞尔射束形状的强度曲线例如可以产生在聚焦区7中的纵向平顶强度特性。为此这样影响射束成形元件中的相位曲线，使得输出强度特性中的强度值从形成贝塞尔射束的强度最大值和尾迹的区域中取出(herausnehmen)并且通过相位改变这样径向地再分配，使得在之后的聚焦中上升区域61A和下降区域61B通过近场光学器件33B增强或者说很大程度上避免伸展的尾迹(例如通过从尾迹到均匀化区域中的功率的移动)。
在超过阈值时改性区基本上总是在工件9中在沿Z方向的相同伸展区域上形成。这基于仅具有短的上升和下降的近似恒定的强度。但是随着能量的增大不仅改性区的强度变大而且其横向延展变大。
此外，通常可以进行在近场光学器件33B的像侧的焦平面区域中的补充的相位施加，如横向和/或纵向的多点相位施加。尤其可能实现加速的艾里射束形式的射束形状的形成。
在一些实施方式中，例如可以这样构造光学系统，使得不仅产生根据图7的实际强度提高，而且产生根据图3的虚拟强度提高。以该方式可以扩宽改性区的纵向延展。
反类贝塞尔射束可以通过在这里所述的折射、反射或衍射的光学系统产生，例如通过(空心锥)轴棱镜系统和DOE系统。DOE系统例如可以基于相位掩模的在图14中示出的相位曲线，其中，除了对于反类贝塞尔射束所需的相位还设有进行聚焦的相位值。
通常地，具有旋转对称的高斯射束特性的激光射束照射到射束成形元件上。高斯射束特性具有经过射束中央高斯形式走向的横向幅度曲线。
由于纯相位掩膜直接在射束成形元件后面存在类似于高斯射束的高斯射束特性和高斯幅度曲线。但是由于所施加的、导致发散的相位立即形成清晰限界的孔，该黑色点变得越来越大。同时形成具有高幅度的环区域。
环区域向内清晰限界，这通过在径向幅度/强度分布中的梯级形状看出。圆形围绕的梯级的侧沿指向射束轴线/射束中央。随着z值的增大，侧沿的对置区段相互漂移，即中央的清晰限界的孔快速地在直径方面增大(D1<D2)。
在径向幅度/强度分布中，环区域随着z值增大向外越来越快地下降。在远场中、即例如在施加的聚焦(远场)作用和近场光学器件的叠加的焦平面中，清晰的环在射束特性中已经形成，该环接着又膨胀。在此，形成在外侧上的清晰的棱边，即所述梯级通过其侧沿指向外部。
所述射束特性和幅度分布的原理上的性能允许具有高斯输入射束的光学系统的测试，在该测试中首先形成具有向内倾斜指向的侧沿的孔并且由此导致在远场中在射束轴线外部的局部最大值。射束特性由内部区域和在聚焦区的区域中的成像可以使相应的射束特性可识别。在此，光学系统的使用不强制地限制到高斯射束上。还要注意的是，附图由对于理想情况的计算得出。如果例如使用非理想的DOE，则可能使所述未相位调制的分量或实际类贝塞尔射束的更高阶或一部分(例如在双掩模的情况下)处于射束轴线上并且所述“孔”以强度填充。
因此，反类贝塞尔射束可以在幅度曲线和由此在强度特性中尤其具有梯级，所述梯级具有倾斜侧沿。该侧沿尤其可以在靠近射束成形元件的区域中向内指向，例如在直到远场的一半的区域中并且尤其在射束成形元件的射束下游的远场光学器件的聚焦长度的区域中。对于没有在射束轴线上的基础的“简单的”反类贝塞尔射束，幅度/强度在梯级区域中从接近零增大到相位调制的射束分量的最大值。在此，(在相位调制的射束分量中的)梯级的成形也针对例如具有在射束成形元件上基本上恒定的径向强度(径向平顶)的入射射束给定，因为所述梯级基本上涉及射束中央。
之前所述在远场焦平面的射束上游的射束特性在该远场焦平面之后径向反向直至聚焦区。在聚焦区后该射束特性还径向反向一次，使得在那里——在没有与待加工材料的相互作用情况下——又可以调节梯级形状。射束特性例如可以通过量取在相应部位上的射束来进行分析，这在光学系统中在射束成形元件后面或在聚焦区前面或后面进行。尤其在允许中央干扰射束的阻挡的布置中可以如此在聚焦区域前面和后面分析相位调制的射束分量的强度曲线。
本发明的上下文还参照申请人在2014年11月19日递交的具有标题“光学射束成形元件”的德文专利申请DE 10 2014 116 957.3，该专利申请尤其涉及用于射束成形的光学系统。该申请的内容在这里全部被包含在内。如其中一般性地阐述的那样，还可以使用反类贝塞尔射束形式的射束来进行激光材料加工。
这里公开的方案能够实现沿纵向和横向方向对聚焦区的影响。尤其DOE作为用于平面构造的相位掩膜的示例的使用能够实现将多个相位曲线同时施加到激光射束3上。在此，为了产生反类贝塞尔/艾里射束形式的射束，相位曲线中的至少一个配属有虚拟光学图像，该虚拟光学图像为了通过激光射束形成在待加工材料中的改性而可以成像到拉长的聚焦区中。如果现在存在两个这种相位曲线，所述相位曲线至少导致部分重叠的聚焦区或至少影响的聚焦区，则可以使待加工材料——通过激光脉冲或通过激光脉冲组产生的——的改性的几何形状成形。
一般地，这种相位曲线可以在横向远场强度分布(输出强度分布)中形成一个或多个环结构、限制到方位角的角范围上的环部段结构(例如参见图28)和/或一个或多个局部最大值(例如参见图33)。
多个这种相位曲线可以以不同方式施加。最直观的是部段在相位掩膜上的配属(例如参见图26)。这些段可以是分开的平面区域，其中，分开的区域例如可以径向和/或方位角地相互邻接并且在边界区域中例如不连贯地或加权地相互交错地转变(übergehen)。此外，所述部段可以至少部分地相互交错(例如参见图31)。最后，由平面构造的相位掩膜的(平面)区段引起的相位偏移是分别配属给这种相位曲线的相位值的组合。除了下面所述DOE配置之外，装配的空心锥轴棱镜或反射轴棱镜(关于反贝塞尔射束)和轴棱镜通常(关于正常的贝塞尔射束)相应地例如也可以复制平面的部段。在这种意义上理解后面用于阐述可能的方案的示例，其中，所述方案也可以使用与之前提到的和在这里所描述的相位施加方案不同的相位施加方案。一般地，多个光学元件可以组装在一个DOE中，其方式是，例如确定所有元件的透射函数(例如空心锥轴棱镜和透镜；各个相位函数(exp(-1i(phi1+phi2+...)))的叠加)。附加地或替代地，可以实现各个透射函数的一种叠加。为了确定相位曲线，参照开始时的Leach等人的公开文献。
在旋转对称的段中，强度分布也是旋转对称的并且每个干涉最大值相应于一个体积区域，在该体积区域中强度/注量可以处于阈值强度/注量以上。
在下面所述方面基于开始时提到的认知：通过有针对性的射束成形、例如借助衍射光学元件(DOE)可以制定在材料中通过非线性吸收产生的自由电子密度。沿着由此产生的改性可以有针对性地引导裂纹形成(Rissbildung)，该裂纹形成然后导致工件的分离。此外可看出，正常和反贝塞尔射束类型还尤其适合于光圈的使用，来有目的地射束成形，因为这些射束类型具有用于光圈介入的环形远场。
裂纹形成可以在所有限界轮廓的改性的引入之后通过施加尤其是热或机械引起的应力实现或者说触发。根据激光的参数选择而定并且根据材料而定已经可以在改性进行期间发生裂纹形成。在改性产生期间开始裂纹形成的情况下，裂纹优选跟踪当前产生的改性，即，裂纹逆着进给方向形成。
因此尤其看出，为了形成用于分离透明材料的优选方向，与旋转对称有差别的强度分布可以同时或者在接下来的步骤中沿着调节的进给方向进行裂纹产生。换言之，强度分布在XY平面中、即在垂直于射束传播方向的平面中不再旋转对称，而是例如类似椭圆形的。在聚焦区中的强度最大值由所属区域逐渐增大的强度包围，其中，二者一起在这里尤其参照裂纹形成的行为通常理解为聚焦区的强度最大值，并且强度最大值在上下文中不应理解为自身降低到最大值。
一般地，由聚焦区出发，该聚焦区具有沿激光射束的传播方向的拉长的延展以及在横向于传播方向的平面中的尤其非对称的延展。相应地产生类似成形的改性。如果聚焦区在其延展中包括在聚焦区的包络范围(Umhüllenden)内的具有局部强度最大值的多个聚焦点的阵列，则形成具有子聚焦区的相应的改性阵列。该聚焦点的强度分布也可以具有在横向于传播方向的平面中的尤其非对称的延展。如果聚焦区在横向于传播方向的平面中的包络形状被削平，则可以通过干涉效应形成聚焦点，所述聚焦点沿正交方向关于包络范围的削平部而言同样被削平(参见图22B和23B)。
在此，关于形成的分离效应，强度范围——基于基础的激光参数和基础的材料性能——是决定性的，该强度范围关于分离效应超过所属的阈值。如果对于单个子聚焦区是这种情况，则该子聚焦区可以单独地对裂纹形成产生作用，基本上仅一个呈包络范围形状的区超过阈值，该区重点影响裂纹形成。
图21A和21B说明在XY平面中示例性作为拉长的椭圆形400的非对称射束形状——其是单个改性或基于子聚焦区的改性。
裂纹形成的优选方向的近似强迫的形成例如可以允许改性之间的较大的间距，即，总体上需要少的改性。分离自身可以被改进，因为可以避免随机的裂纹优选方向。与此相对地，在XY平面中的“点”形的或空间中的球形或圆柱形的改性中，“随机的”裂纹优选方向部分通过针对材料和分离曲线特别设计的参数如材料中的(预)应力、材料的曲率和隐含给出的晶体结构实施。
在这里提出的裂纹导向尤其可以在脆弱的结构中控制地允许在棱边附近或者之前产生的轮廓附近的裂纹引入。此外，裂纹引导可以在改性期间在没有其他加工步骤的情况下进行，使得可以通过省略过程步骤节省时间。
在使用非对称聚焦区来产生具有优选方向的改性时，非对称部可以平行于进给方向地存在。这在图21A中是沿X方向的进给方向。这可以导致在材料中的震荡波的产生，该震荡波可以引起沿着改性(在图21A沿X方向)的裂纹形成。即，根据材料，例如在XY平面中的类似椭圆形的形状沿着进给方向的取向可以引起沿着椭圆纵轴线方向的裂纹形成。这通过改性沿进给方向相应的相继排列增强。
震荡波的产生在现有技术中已充分公知。在此，产生围绕改性的强烈的拉应力，该拉应力垂直于改性边界起作用。(这在下面阐述的图21A中是实线箭头402。)在稍长的改性中产生沿着最长延展的最大应力。在改性阵列中单个改性的作用这样积聚，使得在非对称的阵列中分离平面同样向着阵列的最大延展的方向走向。
借助合适的射束成形和激光参数根据材料参数的合适选择，可以这样调节在材料中通过非线性吸收产生的自由电子密度，使得震荡波效应或热应变可以用于引入分离平面和/或裂纹。根据材料、要求的精度、加工速度和其他边界条件如分离线相对彼此的间距而定，所述效应或其他效应可能是更有利的。
即使在产生改性时形成具有沿进给方向的非对称性的熔化体积(尤其低粘性)，例如在呈椭圆形状的XY截面中，使得该取向可以引起向着非对称性的方向、例如沿着椭圆纵轴的方向的裂纹形成。
此外，在使用非对称的聚焦区来产生具有优选方向的改性时，非对称性横向于进给方向存在。这在图21A中是沿Y方向的进给方向。与“切割刀”的想法直观地不同的该定向也可以实现以下结果：在一些材料和射束参数的情况下，分离面的质量与平行的取向或旋转对称的强度分布相比已经明显提高。
猜测的是，由于改性的热延展(材料可能变粘稠)引起作用到周围材料上的沿着在图21A和21B中实线箭头402的应变且因此引起压应力。所述延展例如可以短暂或永久地进行。由于稍长的形状，压应力引起拉应力，所述拉应力沿着虚线箭头404、即沿X方向并且横交于(quer zu)在横向于射束方向的平面中的强度分布的稍长形状。多个改性的作用、尤其较小延展也可以相互耦合，使得如在图21B中表明的那样在椭圆400之间形成裂纹406或用于所述裂纹的优选形成位置。
假设的是，对于大多数透明材料即能够使用震荡波，也能够实现用于影响裂纹形成的热应变。引起哪种效应取决于激光参数的调节，即波长、脉冲时间、重复速率、基础频率、脉冲能量、脉冲组能量等。因为在产生震荡波时产生沿非对称聚焦区的最长延展的方向的优选方向，所以该优选方向必须在应用该效应时平行于进给方向地取向。因为在热扩展中产生横交于最大扩展的优选方向，所以在应用该效应时聚焦区必须横交于进给方向地导向。在多个聚焦阵列的情况下要注意的是，张紧的分离平面平行于进给方向地引导。
例如可以在椭圆形的单个改性中也仅形成在材料中的应力(还不形成裂纹)；材料仅是预紧的。只有通过施加外应力才形成根据当前的应力分布的所希望的裂纹。因此，在多个横向椭圆形的改性之间产生裂纹，该裂纹横交于椭圆形的基本形状400的取向延伸。
在其他情况中看出，通过单个改性还不能实现裂纹形成，裂纹首先通过多个沿进给方向相继引入的改性的相互排列从之前引入的改性延伸直至或直到随后引入的改性中。由此可以避免沿进给方向在改性前面的、沿其取向难以控制的裂纹。尤其当用于裂纹形成所需的拉应力仅短暂地建立时，多个沿进给方向布置的改性的同时形成是有利的，如在图21B中以XY平面中的截面在椭圆形的情况中所说明的那样。
如果将上面的思考结合到尤其对于激光射束来说很大程度上透明的材料的借助脉冲式激光射束的材料加工中，则形成横向于激光射束的传播方向非对称构造的改性。在此，激光射束可以相应地聚焦用于形成在材料中的拉长的聚焦区，其中，聚焦区这样形成，使得该聚焦区具有至少一个横向沿削平方向削平的强度最大值。在图21A和21B中，相应的强度区域/强度最大值沿Y方向被削平。此外，可以产生排列，要么横向于传播方向(参见图21C，与图22C和23C相比较)和/或轴向于传播方向(参见图21C，与图29和30相比较，其中，图30也示出横向排列)。当材料和聚焦区尤其相对彼此运动时，非对称强度最大值的这些横向和/或轴向排列也可以沿排列方向被削平并因此引起在这里尤其结合图21A至21C所述的用于裂纹形成和裂纹导向的效应，使得相继的激光脉冲产生横向的沿进给方向错开的改性，沿着这些改性应进行具有例如相应精度的裂纹形成。相应于激光参数和材料特性，改性(在聚焦平面或子聚焦平面上)可以引起在裂纹形成时的上述优选方向，这沿着或横交于非对称形状的纵向方向。
图21C将图21B的示图转化为由三个相邻的强度曲线组成的阵列，其中，所述强度曲线附加地沿Z方向调制。即，各个椭圆体410上下并且并排地布置并且例如沿Z方向排列。围绕每个椭圆体400’表明可能的分离区406’的应力曲线，该应力曲线可以通过沿着(这里实线)箭头404的拉应力引起，其中，分离区406’可以共同导致分离平面410的形成。
一般地，如所示出的也在沿z方向排列的改性之间的这种应力也沿Z方向存在。分离平面410由通过椭圆体400’产生的拉应力404’的积聚引起。
在下面阐述用于产生聚焦区的非对称性的示例。一方面光圈(参见图3和7中的光圈50)允许在厚度和定向方面可调节的间隙在成形系统33、尤其焦平面340的区域中的形成。两个光圈位置结合图22A至23D阐述。另一方面可以通过DOE的相位曲线的计算施加相应的非对称性。可以相应于图22A和23A中的光圈位置的示例的相位曲线在附图24A和24B中示出。
图22A示例地说明在经过光圈50之后在强度横截面中的输出强度特性451。此外，在图22A中示例地表明光圈开口460。可看出两个环部段形状的围绕射束轴线45走向的强度最大值449。在射束中央不存在强度。
图22B示出横交于射束轴线Z的截面的强度分布，并且图22C示出在聚焦区域中的穿过射束轴线Z的截面的强度分布，如所述强度分布可以由于图22A中的边缘区域的渐隐而得出。
图22B和22C示出拉长的聚焦区477，在该聚焦区中沿扩展方向出现一系列的大约5个增强的强度最大值461，所述强度最大值可以以几乎可比较的强度在沿Z方向的几百μm的区域上伸入到材料中。干涉最大值461在横交于射束轴线Z的截面中稍长地成形，这在这里标记为一般的椭圆形。干涉最大值461的纵向轴线横交于排列的方向取向。在根据对图21B的考虑引起横交于椭圆纵轴线和相应地在图22B中沿着Y方向的裂纹形成的材料和激光参数的情况下，材料由此沿着干涉强度的排列而分离。
图23B和23C说明在图23A中示出的较窄的光圈开口460’，可看出，干涉最大值461的数量随着光圈的关闭增加并且沿X方向的椭圆形的变形变大。拉长的聚焦区477具有多于10个强度最大值461。
图23D是硅铝酸盐玻璃(Gorilla-Glas)的材料加工的示例，该材料加工具有双脉冲，所述双脉冲具有在波长为1030nm的情况下的大约7ps脉冲长度的。总能量125μJ由两个单脉冲能量62.5μJ得出，该单脉冲能量以200μs的时间间距入射。加工例如以2KHz的基础频率进行。
恰好针对光圈的使用提供正常和反贝塞尔射束类型来产生拉长的聚焦区，因为该聚焦区具有用于光圈介入的环状远场。
用于非对称性产生的两个方法可以允许在材料加工过程中的可控制性。因此例如可以通过光圈厚度调节几何形状。较小的间隙导致较宽的椭圆以及导致例如沿进给方向的更多椭圆。
因此，例如可以在用于更短的改性区的待切割的半径中进一步打开光圈宽度。附加地或替代地，可以通过射束特性的取向促进曲线移动。因此，整个光学系统或工件可以转动。此外，(旋转对称的输入射束决定)光圈和/或DOE可以围绕射束轴线旋转，使得在激光加工期间可以改变优选方向。此外，可以使用能在线可适配的相位曲线。尤其可以在光圈中进行两个光圈侧的同步改变或者单独地控制光圈侧。
一般地，可以如此产生改性，使得产生的应力在阵列末端减小，以便防止(例如存在的)裂纹的无意的断裂。类似地，可以如此产生改性，使得排列“向后”还产生大的应力，使得裂纹向着之前引入的改性延伸。得出(随后的)裂纹的一种携带(Mitführen)或跟踪(Nachführen)。
图24A、24B示例性地示出延伸到材料中的聚焦区的线性阵列的XY平面(横向于射束)中和YZ平面(沿着射束)中的强度曲线477’的相应截面视图。可看出，强度在阵列中逆着进给方向V(这里所述进给沿着负Y方向进行)缓慢地增大。相应地，裂纹形成可以向着之前的改性延伸。相反地，向着还未加工的材料的方向裂纹形成的倾向降低。这种强度曲线可以通过特定的DOE相位曲线和/或通过多个射束的叠加产生。
替代地，射束场可以划分为两个或多个部分射束场，所述部分射束场错开地耦合到材料中，以便在使用旋转对称的射束场和部分射束场时也实现希望的非对称性。
替代于使用光圈，图25A和25B示出相应构造的DOE。可看出在相位掩膜上的相位曲线，该相位掩膜受到方位角分段。分别呈三角形状具有相应在(所属的射束轴线)中央布置的直角三角尖端的两个段彼此相对置。处于所述段之间的相位掩膜区域形成具有相位分布的两个相对置的段，该相位分布将光散布到无关紧要的空间区域中。一般地，透射的高斯射束这样指向到射束成形元件上，使得射束成形元件的中央与透射射束的射束轴线一致。
在图25B的DOE中使用的角度范围是降低的(类似于图23A中的光圈开口)，使得在这里也引起在聚焦区中的椭圆形状的延长和强度最大值的数量的增加。
图25A和25B的相位曲线明显不是旋转对称的。各个DOE的转动导致聚焦区的相应转动并且由此导致对于裂纹形成的优选方向的取向的改变——同样类似于线性光圈开口围绕射束轴线的转动，因为射束分量沿着X方向基本上承受“Y”部段970B的相位曲线。
经常形成对于裂纹形成的优选方向，该优选方向与要努力达到的分离面不一致。这可以例如通过各向异性的工件(例如晶体)、通过工件几何形状的对称性差异或通过由射束入射面决定的像散(例如通过与垂直线有偏差的射束入射或弯曲的射束入射面)决定。这种“随机的”优选方向经常干扰地影响加工。通过射束特性的有针对性地形成的非对称性，可以有利地过调(übersteuern)所述“随机的”优选方向并且转换为要努力实现的优选方向。
总结而言，优选方向/射束特性相对于进给的取向可以允许沿进给方向的改善的分离，尤其允许更快的、更有效率的、更稳健的高质量分离。
通常地，在这里所述的基于非对称性的裂纹促进的分离的情况下，强度分布仅在材料内部延伸地引入或者也仅延伸至一个或两个表面地引入。
此外，除了多点配置(Multispotkonfigurationen)之外也可以使用调制的强度曲线，其中，可以存在沿射束方向和/或横向于射束方向的调制。
换言之，尤其允许光圈的使用，来使裂纹长度适配于轮廓。例如可以在窄的曲线和角的情况下调节沿进给方向的延展并且在直的分离线段上调节沿进给方向的长的延展。
图26示出具有方位角分段的相位掩膜的相位曲线970。一对“X”部段970A——分别呈具有分别在中央(配属给射束轴线)布置的直角三角尖端的三角形状——相互对置。相位掩膜的处于“X”部段970A之间的区域形成两个相对置的“Y”区段970B——同样呈具有在中间的直角三角尖端的三角形状。一般地，入射的高斯射束这样指向到射束成形元件上，使得射束成形元件的中央与入射的射束的射束轴线一致。
在图26的示例中不连贯地发生在各个部段之间的相位曲线的过渡。图26的相位曲线明显不是旋转对称的，因为使沿着X方向的射束分量承受(aussetzen)“X”部段970A的相位曲线，并且使沿着Y方向的射束分量基本上承受“Y”部段970B的相位曲线。
图27和28示出沿X方向的强度曲线971A或强度特性的XY俯视图的中央截面971B，如其可以在远场焦平面中形成的那样。因为图26的相位掩膜不具有进行聚焦的相位分量，则该相位掩膜通过分开的且由此对于两个部段相同的远场光学器件来使用。在强度曲线971A中和在截面971B中可看出径向处于外部的强度提高的两部分的外部环部段972A。此外，在截面971B中可看出径向处于内部的强度提高的两部分的内部环部段972B。后者基本上不具有沿X方向的值(y＝0)。相应地，其也不视为在强度曲线971A中的强度提高。环部段972A和972B的每部分延伸超过90°——相应于方位角分段(azimutale Segmentierung)。
结果，图26的方位角分段的相位掩膜导致在远场中的非对称的强度曲线。此外，可以基于不同的角度分量形成纵向的干涉结构，射束形状中的非对称性基于部段中的非对称性产生。在部段中的相同角度分量的情况下和在部段的相移为PI的情况下例如可以形成未调制的非对称的射束形状，在该射束形状中，在此产生的反类贝塞尔射束的距离可以处于射束本身的更高阶中。所属的反类贝塞尔射束类型的射束形状的干涉可以相应于非对称性/调制而导入至强度分布的横向成形中。
图29示例性地示出对于由根据图28的输出强度分布得出的强度分布的共同的拉长的聚焦区973的在ZX平面中的截面973A。图30示出强度分布在ZY平面中的所属的截面973B。可看出一系列的基本上线性布置的强度最大值975。显著的强度在图29的唯一一排中并且在图30的三排中达到强度最大值。在此，在图30中最外部排的最大值沿Z方向相对于内部排移动。如果现在选择Y方向作为材料加工的进给方向，则单个激光脉冲(或一组激光脉冲)形成沿进给方向延长的、即非对称的聚焦区/改性区。相应地，聚焦区/改性区沿分离方向、即在YZ平面中的宽度更小。相应地得出三个“相交”的强度最大值975的成排布置。应指出的是，图29和30的灰度显示在这里基于颜色显示，使得黑暗地示出强度/幅度的最大值。
换言之，通过相位掩膜的分段引起的非对称性可以结合反类贝塞尔射束形状用于在分离时形成几何的优选方向。也在这种配置中，聚焦区/改性区的末端区域基本上不取决于入射的射束的入射能量和射束直径。
对于在具有非对称的几何形状的工件9中的相互作用空间的另一示例结合图31到36C阐明。图31示出相位掩膜的相位曲线1043，该相位掩膜基于两个相位曲线的叠加。这些相位曲线中的每个属于一个反类贝塞尔射束，如其可以分别通过空心锥轴棱镜产生的那样。但是相位曲线的中央沿X方向相对相互移动Δx。相位曲线1043还具有与中央布置的球形相位的叠加，即，进行聚焦的远场作用集成到例如实施为衍射光学射束成形元件的相位掩膜中。
图32示出沿着射束轴线Z在区域z＝0mm到z＝250mm的区域中的截面的幅度曲线，如其可以在施加相位曲线1048时得出的那样。可看出黑暗中央区域1010A，该中央区域沿Z方向扩展。基于仅少量横向错位的相位曲线形成径向向外邻接中央区域1010A的明亮强度区域1010B中的多种干涉结构1034。
相位曲线1048的进行聚焦的远场作用使在其强度方面结构化的环在所属的焦平面中成形。相应的输出强度特性1051示例性地在图33中示出。可看出局部的最大值，该最大值的大小沿方位角方向在X轴上是最大的。方位角的延展随着与X轴的距离增大而减小并且沿着环减小。
图34A示出纵向强度特性的ZX截面并且图34B示出示出在相互作用区域中的纵向强度特性的ZX截面，如通过输出强度特性1051的聚焦得出的那样。尤其形成两个沿X方向错位的拉长的聚焦区1007A和1007B，所述聚焦区沿着Z方向延伸，除了主瓣(Hauptmaxima)分别形成多个旁瓣(Nebenmaxima)。脉冲能量或脉冲组能量可以这样调节，使得尤其在非线性吸收时仅可以将最强的最大值或每个聚焦区的最强的最大值导入至材料的改性中。
如果使这样成形的激光射束沿Y方向在待加工材料上扫描，则形成两个间隔开的改性区的痕迹。由此可以有目的地引起材料中的应力分布，该应力分布例如优选可以在拉长的改性区之间的中间区域1050中触发分离。例如可以在改性区中建立压应力，该压应力导致在中间区域中的拉应力的形成，该拉应力在它那一侧促进相应的分离过程。而在这种情况下X方向示出分离方向并且Y方向示出进给方向。
如果根据材料这样调节激光参数，使得在图34A和34B中示出的聚焦分布中出现震荡波，则也可以使用强度分布以X方向作为进给方向用于通过产生在拉长的聚焦区1007A与1007B之间的分离平面来引入裂纹优选方向。为此，两个聚焦区1007A和1007B也可以有利地以小的相互距离产生。
在衍射光学射束成形元件的射束下游的所属光学系统的强度的发展——相应于反类贝塞尔射束形状的射束走向——又具有在径向强度分布中的梯级结构。但是，由于对于两个反类贝塞尔射束的射束分量的横向错位形成干涉结构1034，该干涉结构可以与梯级结构叠加。
即使存在所述干涉结构1034，在对于z＝10mm、z＝100mm和z＝150mm的射束特性1040A到1040C(这些射束特性显示在图35A到35C中)中可看出具有处于径向内侧的更高的强度。图36A到36C示出所属的、径向沿X方向延伸的强度曲线1042A到1042C。尤其在图36B和36C中可看出倾斜的侧沿1047的形成，该侧沿围绕低强度的内部区域。在此，强度径向向外地随着缓慢下降的侧沿1048减小。但是，由于干涉，侧沿的形成是强烈方向相关的，如图35A到35C示出的那样。
前面阐述的示例基于两个设置在相位掩膜上的相位曲线的使用。但是可以设置多于两个的相位曲线。例如可以在径向和方位角部段中设置多于两个的相位曲线，或者在组合相位偏移的情况下被包含在内。
其他实施方式和/或扩展方案和方面总结如下：
一般地，在这里所述的聚焦元件如远场光学器件或近场光学器件可以实施为例如透镜、反射镜、DOE或上述器件的组合。
此外，可以将这里相对于所述实施例附加的光学元件添加到光学系统中。此外，可以在成像系统中添加中间成像，以便例如能够在像侧的焦平面区域中既实现过滤功能又同时实现扫描运动。由此像侧的焦平面(例如在图20中的图像平面340)自身可以例如通过附加的光学系统来成像。替代地或附加地，这种光学中间系统可以允许例如在扫描应用中实现放大的工作距离和/或工作场的放大。
在衍射光学射束成形元件的扩展方案方面，多个起射束成形作用的相位曲线43中的至少一个相位曲线构造用于将具有高斯强度分布的入射激光射束3转化为至少一个发散的、配属给所述虚拟光学图像53的射束区域55A、55B，该射束区域在所述衍射光学射束成形元件31的射束下游具有横向强度分布57、57B，该横向强度分布从内向外降低并且该横向强度分布尤其存在于配属给所述相位掩膜的聚焦作用的远场焦距fF前面，和/或所述多个起射束成形作用的相位曲线43中的至少一个相位曲线构造用于将入射的激光射束3转化为至少一个发散的、配属给所述虚拟光学图像53的射束区域55A、55B，该射束区域在所述衍射光学射束成形元件31的射束下游具有横向强度分布57A、57B，该横向强度分布具有梯级形强度提升的区段，该梯级形强度提升的区段具有径向向内指向的倾斜侧沿907，并且该横向强度分布尤其存在于配属给所述相位掩膜的聚焦作用的远场焦距fF前面。
至少两个针对部段特别设计的相位曲线可以分别配属给针对部段特别设计的虚拟光学图像，该虚拟光学图像能够在针对部段特别设计的聚焦区中成像，并且所属的针对部段特别设计的聚焦区这样相互布置，使得所述聚焦区共同形成改性区。
至少两个部段可以由至少部分相互交错的空间结构组成，和/或多个部段中的部段可以径向地和/或方位角地相互邻接，其中，尤其在多个部段的相邻部段的过渡区域中可以调节相应相邻的相位曲线之间的加权过渡。
尤其针对部段特别设计的聚焦区可以叠加和/或空间补充，和/或，虚拟光学图像的尤其针对部段特别设计的至少两个成像可以干涉地叠加，和/或，虚拟光学图像的尤其针对部段特别设计的至少两个成像可以形成共同的拉长的聚焦区。
此外，成像系统可以给射束成形元件配属在虚拟光学图像的图像纵向中央的射束下游的图像平面，并且射束成形元件上的激光射束的横向射束特性存在于该图像平面中。尤其在图像平面的区域中可以存在从存在于聚焦区中的横向射束特性至具有黑暗中央的横向射束特性的沿纵向方向的快速翻转，后者尤其在激光射束的基本上横向的高斯射束特性的情况下并且尤其在透射激光射束的射束分量方面存在，所述射束分量产生配属给虚拟光学图像的发散射束区域，和/或，光学系统可以这样构造，使得基本上仅入射激光射束的中央区域对配属给虚拟图像的聚焦区的处于射束下游的末端有贡献，使得入射激光射束的射束直径的变化不会导致聚焦区的处于射束下游的末端的显著纵向移动。
明确强调的是，出于原始公开的目的，同样出于限定所要求保护的发明的目的，所有在说明书中和/或权利要求书中公开的特征应视为相互分开和独立的，与在实施方式中和/或在权利要求中的特征组合无关。明确坚持的是，出于原始公开的目的，同样出于限定所要求保护的发明的目的，所有范围说明或单位组的说明公开任意可能的中间值或单位子组，尤其也公开范围说明的界限。

Claims (29)

1.一种用于尤其对于激光射束来说很大程度上透明的材料(9)的材料加工的方法，所述材料加工通过借助脉冲式激光射束(3)产生横向于激光射束的传播方向(5)的非对称形成的改性来实现，所述方法具有以下步骤：
使所述激光射束(3)射束成形来形成在所述材料(9)中的拉长的聚焦区(7)，其中，所述聚焦区(7)这样形成，使得该聚焦区具有至少一个横向沿削平方向削平的强度最大值或非对称强度最大值的横向和/或轴向的排列，所述非对称强度最大值沿排列方向削平，
将所述聚焦区(7)定位在所述材料(9)中，
产生所述改性，并且
使所述材料(9)和所述聚焦区(7)沿或横交于削平方向或者沿或横交于排列方向相对运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述排列方向在用于行进至少部分弯曲的加工路径的相对运动期间改变，尤其在横向于所述激光射束的扩展方向的平面中转动。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，非对称聚焦区、尤其至少一个削平的强度最大值在横向于所述激光射束的扩展方向的平面中非对称地、尤其椭圆形地形成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述非对称聚焦区通过施加非旋转对称的相位曲线成形，尤其通过衍射光学射束成形元件(31)以相对于射束轴线非旋转对称的相位曲线成形。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述非对称聚焦区通过将相对于射束扩展方向非旋转对称的相位曲线施加到所述激光射束(3)的横向输入强度特性(31)上、尤其通过施加一个或多个进行射束成形的旋转对称相位曲线(43)成形，其中，所施加的进行射束成形的相位曲线(43)使得所述激光射束(3)配属有尤其反的或正常的贝塞尔射束类型的聚焦区的虚拟的或实际的光学图像(53)，
在射束成形间距(Dp)上传播所述激光射束(3)，在该射束成形间距之后，所施加的进行射束成形的相位曲线(43)已经将所述横向输入强度特性(41)转化为横向输出强度特性(51)，使得所述横向输出强度特性(51)相比于输入强度特性(41)尤其具有至少一个处于所述射束轴线(45)外部的旋转对称的局部最大值(49)，
阻挡所述旋转对称的局部最大值(49)的角度范围，尤其例如借助间隙光圈阻挡两个相对置的角度范围，并且
将所述旋转对称的局部最大值(49)的未被阻挡的分量聚焦用于形成所述非对称聚焦区。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，适配——尤其放大或缩小——被阻挡的角度范围，用于调节所述聚焦区的包络范围的纵向延展以及横向于所述纵向延展的局部强度最大值的横向延展，尤其取决于进给路径的弯曲，和/或，
其中，适配被阻挡的角度范围、尤其被阻挡的角度范围的方位角位置，用于调节所述局部强度最大值的排列方向。
7.一种用于在激光加工时裂纹引导的方法，用于加工尤其对于脉冲式激光射束(3)很大程度上透明的材料(9)，用于进行所述材料(9)的分离或分离准备，所述方法具有以下步骤：
在所述材料(9)中通过所述激光射束(3)到所述脉冲式激光射束(3)的非对称聚焦区(7)中的聚焦产生改性，其中，相继的改性沿着激光传播方向(5)和材料(9)之间的相对运动的方向彼此错位，并且所述改性中的每个改性具有在裂纹形成中的优选方向，并且所述相对运动方向和所述优选方向相互适配。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述优选方向材料相关地和/或激光射束参数相关地要么横交于要么沿着所述非对称改性的强度最大值的属于最大横向延伸的纵向轴线给定，并且，
其中，所述改性尤其具有强度最大值沿着所述非对称改性的改性纵轴线的排列，并且所述强度最大值沿着所述改性纵轴线的方向削平地形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，此外还具有
产生所述聚焦区以及尤其强度最大值沿传播方向(5)的调制，用于局部强度提高。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，此外还具有：
通过外部施加尤其热地或机械地引起的应力来开始裂纹形成，之后将所有限界待分离的轮廓的改性引入到所述材料中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，此外还具有：
产生强度最大值的排列，所述排列的强度在所述排列的进给侧上低于在所述排列的背侧上，并且
实施向着进给侧方向的相对运动，使得背侧存在比进给侧在裂纹形成中更强地施加优选方向，使得开始向着前面产生的改性的裂纹形成，但是抑制提前的裂纹形成。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，此外还具有：
产生强度最大值的排列，该排列的形状和在所述排列的背侧上的强度如此选择，使得已经通过产生改性开始向着前面产生的改性的裂纹形成。
13.一种用于激光射束(3)的射束成形的光学系统(1)，用于加工尤其对于所述激光射束(3)来说很大程度上透明的材料(9)，所述加工通过使所述材料(9)在沿传播方向(5)和横向于所述传播方向的另一方向拉长的聚焦区(7)中改性实现，所述光学系统具有：
沿传播方向(5)形成所述聚焦区的光学元件，其中，沿传播方向(5)形成所述聚焦区的光学元件也使所述聚焦区沿横向于所述传播方向的另一方向变形，或者其中，在沿传播方向形成所述聚焦区的光学元件的射束下游布置有沿横向于所述传播方向的所述另一方向形成所述聚焦区的另一光学元件(50)。
14.根据权利要求13所述的光学系统(1)，其中，沿横向于所述传播方向的另一方向形成所述聚焦区的光学元件可转动地布置，和/或
其中，沿传播方向形成所述聚焦区的光学元件构造为衍射光学元件，和/或
其中，沿横向于所述传播方向的另一方向形成所述聚焦区的光学元件构造为光圈。
15.一种用于激光射束(3)的射束成形的光学系统(1)，用于加工尤其对于激光射束来说很大程度上透明的材料(9)，所述加工通过使所述材料(9)在沿传播方向(5)拉长的聚焦区(7)中改性实现，所述光学系统具有：
衍射光学射束成形元件(31，73)，用于将一个或多个尤其围绕射束轴线基本上旋转对称的相位曲线(43)施加到所述激光射束上，
近场光学器件(33B)，该近场光学器件以相对于所述衍射光学射束成形元件(31)的射束成形距离(Dp)布置在射束下游并且该近场光学器件构造用于将所述激光射束(3)聚焦到所述聚焦区(7)中，
尤其围绕入射激光射束的射束轴线可转动地布置的射束光圈(50)，
其中，
至少一个所施加的相位曲线(43)使得所述激光射束(3)配属有拉长的聚焦区(7)的处于所述衍射光学射束成形元件(31)前面的虚拟光学图像(53)或者拉长的聚焦区(7)的处于所述衍射光学射束成形元件(73)后面的实际光学图像(71)，并且
所述射束成形距离(Dp)相应于所述激光射束(3)的传播长度，在该传播长度中，一个或多个进行射束成形的相位曲线将所述横向输入强度特性(41)转化为在所述近场光学器件(33B)的区域中的横向输出强度特性(51)，并且所述横向输出强度特性(51)与所述输入强度特性(41)相比尤其具有至少一个处于射束轴线(45)外部的局部最大值(49)，并且
所述射束光圈(50)这样修剪所述激光射束，使得所属的光学图像(53)的成像导致在拉长的聚焦区(7)中的非对称横向强度分布。
16.一种用于激光射束(3)的射束成形的光学系统(1)，用于加工尤其对于激光射束来说很大程度上透明的材料(9)，所述加工通过使所述材料(9)在沿传播方向(5)共同的拉长的聚焦区(7)中改性实现，所述光学系统具有：
衍射光学射束成形元件(31，73)，该衍射光学射束成形元件用于将一个或多个相位曲线(43)施加到所述激光射束上，该衍射光学射束成形元件围绕入射激光射束的射束轴线可转动地布置，
近场光学器件(33B)，该近场光学器件以相对于所述衍射光学射束成形元件(31)的射束成形距离(Dp)布置在射束下游并且该近场光学器件构造用于将所述激光射束(3)聚焦到所述聚焦区(7)中，
至少一个所施加的相位曲线(43)使得所述激光射束(3)配属有拉长的聚焦区(7)的处于所述衍射光学射束成形元件(31)前面的虚拟光学图像(53)或者拉长的聚焦区(7)的处于所述衍射光学射束成形元件(73)后面的实际光学图像(71)，并且
所述射束成形距离(Dp)相应于所述激光射束(3)的传播长度，在该传播长度中，多个进行射束成形的相位曲线将所述横向输入强度特性(41)转化为在所述近场光学器件(33B)的区域中的横向输出强度特性(51)，并且所述横向输出强度特性(51)与所述输入强度特性(41)相比尤其具有至少一个处于射束轴线(45)外部的局部最大值(49)。
17.根据权利要求15或16所述的光学系统(1)，其中，
所述多个进行射束成形的相位曲线(43)中的尤其针对部段特别设计的相位曲线这样构造，使得所属的光学图像(53)的成像尤其基于聚焦区自身的非对称性和/或基于多个聚焦区(1007A，1007B)相互的非对称布置导致在所述待加工材料(9)中的非对称的横向强度分布，并且
所述非对称的横向强度分布尤其具有沿优选方向的进给强度分布和横向于优选方向的分离强度分布，其中，所述进给强度分布尤其比所述分离强度分布横向更远地延伸，和/或所述分离强度分布具有在强度最大值之间的用于分离所述材料(9)的两个强度最大值，并且所述强度最大值尤其属于两个相邻的、尤其相互平行地延伸的聚焦区(1007A，1007B)。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的光学系统(1)，其中，所述衍射光学射束成形元件(31)具有相位掩膜，该相位掩膜构造用于将多个进行射束成形的相位曲线(43)施加到照射到所述相位掩膜上的激光射束(3)上，其中，所述多个进行射束成形的相位曲线(43)中的至少一个相位曲线配属有虚拟光学图像(53)，该虚拟光学图像能够为了形成在待加工的材料(9)中的改性而成像到至少一个拉长的聚焦区(7)中。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的光学系统(1)，其中，所述多个进行射束成形的相位曲线(43)中的至少一个相位曲线构造用于在横向输出强度分布(51)中形成环结构(949A，949B)、限界到方位角的角度范围上的环部段结构(972A，972B)和/或局部最大值。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的光学系统(1)，其中，
所述多个进行射束成形的相位曲线(43)中的多个相位曲线分别配属有虚拟光学图像(53)，并且所述光学图像(53)构造用于在所属的聚焦区(1007A，1007B)中共同形成在待加工的材料(9)中的改性，和/或
由平面构造的相位掩膜的区段引起的相位偏移是相位值的组合，所述相位值分别配属给所述多个进行射束成形的相位曲线(43)中的一个相位曲线。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的光学系统(1)，其中，
所述平面构造的相位掩膜具有多个部段，所述多个部段中的至少一个或所述多个部段分别构造用于将所述多个进行射束成形的相位曲线(43)的针对部段特别设计的相位曲线施加到所述激光射束(3)上。
22.根据权利要求15至21中任一项所述的光学系统(1)，此外还具有
分开的远场光学器件(33B)，和/或
集成到所述相位掩膜中的远场光学器件相位施加单元，
其中，所述远场光学器件和/或所述远场光学器件相位施加单元构造用于将聚焦作用施加到所述激光射束(3)上，以便在所属的焦平面(340)中形成用于至少所述虚拟光学图像(53)或所述实际图像的所述输出强度分布，并且
其中，尤其聚焦作用对于所述多个进行射束成形的相位曲线(43)中的不同相位曲线是相同或不同的，并且尤其对于不同部段是不同的。
23.根据权利要求15至22中任一项所述的光学系统(1)，其中，
所述光学系统构造用于形成在所述工件(9)中的非对称横向强度分布，该强度分布能够沿该强度分布的定向关于优选方向——尤其进给方向通过所述衍射光学射束成形元件(31，73)的转动调节。
24.一种用于加工尤其对于激光射束来说很大程度上透明的材料(7)的激光加工设备，所述加工借助激光射束(3)通过使所述材料(7)在共同的沿所述激光射束(3)的传播方向(5)拉长的聚焦区(7)中改性实现，所述激光加工设备具有
激光射束源(11)，
根据权利要求15至23中任一项所述的具有衍射光学射束成形元件(31)的光学系统，以及
用于调节运行参数的控制装置，所述运行参数尤其用于相对于优选方向——尤其进给方向——的横向非对称的强度分布的取向，其中，所述控制装置尤其构造成用于调节所述衍射光学射束成形元件(31)和/或射束光圈关于入射激光射束的射束轴线的转动角度，和/或
其中，所述控制装置构造用于所述光学系统和所述工件的取向，使得工件加工的通过非对称射束特性限定的优选方向尤其能够适配于所述进给方向。
25.一种用于尤其对于激光射束来说很大程度上透明的材料(9)的材料加工的方法，所述加工通过借助激光射束(3)使所述材料(9)改性而实现，所述方法具有以下步骤：
在所述激光射束(3)的横向输入强度特性(31)上施加一个或多个进行射束成形的相位曲线(43)，其中，至少一个所施加的进行射束成形的相位曲线(43)使得所述激光射束(3)配属有拉长的聚焦区(7)的虚拟的或实际的光学图像(53)，
在射束成形距离(Dp)上传播所述激光射束(3)，在该传播之后，一个或多个所施加的进行射束成形的相位曲线(43)已经将所述横向输入强度特性(41)转化为横向输出强度特性(51)，使得所述横向输出强度特性(51)与输入强度特性(41)相比尤其具有至少一个处于所述射束轴线(45)外部的局部最大值(49)，并且
将所述激光射束(3)聚焦到所述聚焦区(7)中，用于在配属给所述虚拟的或实际的光学图像(53)的拉长的聚焦区(7)与至少一个另外的聚焦区(1007A，1007B)的叠加、补充和/或干涉的情况下形成基于所述输出强度特性(51)的近场，该至少一个另外的聚焦区起源于所述多个进行射束成形的相位曲线中的至少一个另外的相位曲线，其中，使非对称横向强度分布尤其通过所述射束成形元件(31)的转动、关于优选方向——尤其进给方向——在所述激光加工期间来取向。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，在所述材料(9)中的所述非对称横向强度分布基于在所述相位掩膜上的非旋转对称构造的相位曲线，该非旋转对称构造的相位曲线尤其通过在所述相位掩膜上的多个相位曲线(43)的非旋转对称的布置形成，并且通过所述激光射束(3)的聚焦形成。
27.关于所述射束轴线的横向非对称的和沿所述射束轴线的方向拉长的聚焦区(977)的应用，用于尤其对于所述激光射束很大程度上透明的材料(9)的激光材料加工，所述激光材料加工通过使所述材料(9)改性进行，其中，横向非对称的和沿所述射束轴线的方向拉长的聚焦区(7)在所述激光材料加工期间转动。
28.共同的拉长的聚焦区(977)用于尤其对于激光射束来说很大程度上透明的材料(9)的激光材料加工的应用，所述激光材料加工通过使所述材料(9)改性进行，其中，通过多个反的或正常的类贝塞尔射束类型的射束特性和/或反的或正常的类艾里射束类型的射束特性的空间补充和/或叠加产生所述共同的拉长的聚焦区(7)。
29.根据权利要求28所述的共同的拉长的所述聚焦区(7)的应用，其中，所述补充和/或叠加导致在共同的拉长的聚焦区(7)中的干涉和/或强度调制和/或导致共同的拉长的聚焦区(7)的非对称性，和/或，其中，共同的拉长的聚焦区(7)尤其通过根据权利要求15至23中任一项所述的光学系统或根据权利要求24所述的激光加工设备产生。
CN201580063155.2A 2014-11-19 2015-11-19 用于非对称光学射束成形的系统 Active CN107003531B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014116957.3 2014-11-19
DE102014116958.1A DE102014116958B9 (de) 2014-11-19 2014-11-19 Optisches System zur Strahlformung eines Laserstrahls, Laserbearbeitungsanlage, Verfahren zur Materialbearbeitung und Verwenden einer gemeinsamen langgezogenen Fokuszone zur Lasermaterialbearbeitung
DE102014116958.1 2014-11-19
DE102014116957.3A DE102014116957A1 (de) 2014-11-19 2014-11-19 Optisches System zur Strahlformung
PCT/EP2015/077172 WO2016079275A1 (de) 2014-11-19 2015-11-19 System zur asymmetrischen optischen strahlformung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107003531A true CN107003531A (zh) 2017-08-01
CN107003531B CN107003531B (zh) 2019-11-29

Family

ID=54937000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580063155.2A Active CN107003531B (zh) 2014-11-19 2015-11-19 用于非对称光学射束成形的系统

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10882143B2 (zh)
EP (2) EP3854513B1 (zh)
KR (2) KR102251985B1 (zh)
CN (1) CN107003531B (zh)
WO (1) WO2016079275A1 (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109254336A (zh) * 2018-11-01 2019-01-22 南开大学 非完全对称微介质轴锥镜相位器件
CN110967842A (zh) * 2019-11-11 2020-04-07 长春理工大学 基于光镊技术的局域空心光束自由开闭系统
CN111716015A (zh) * 2020-05-28 2020-09-29 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光切割裂纹控制方法及装置
CN113009497A (zh) * 2021-04-12 2021-06-22 深圳市灵明光子科技有限公司 激光发射模块、tof组件及电子设备
CN113396044A (zh) * 2019-02-05 2021-09-14 杜肯Ias有限责任公司 用于使用具有多个反射表面的单个的固定光学反射器激光焊接管状元件的系统和方法
CN114600009A (zh) * 2019-10-21 2022-06-07 通快激光与系统工程有限公司 分段式射束成形元件和激光加工设施
CN114728371A (zh) * 2019-11-14 2022-07-08 通快激光与系统工程有限公司 用于工件的激光加工的方法、加工光具和激光加工设备
CN115647578A (zh) * 2022-12-28 2023-01-31 歌尔股份有限公司 激光加工方法
TWI806246B (zh) * 2021-11-18 2023-06-21 台達電子工業股份有限公司 輻射聚焦模組與具有輻射聚焦模組的加工系統
TWI807294B (zh) * 2021-04-07 2023-07-01 財團法人工業技術研究院 抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法及裝置
US11819940B2 (en) 2019-02-05 2023-11-21 Dukane Ias, Llc Systems and methods for laser-welding a workpiece with a laser beam that reaches inaccessible areas of the workpiece using multiple reflecting parts
US11931823B2 (en) 2019-02-05 2024-03-19 Dukane Ias, Llc Systems and methods for laser-welding a workpiece with a laser beam that reaches inaccessible areas of the workpiece using multiple reflecting parts

Families Citing this family (71)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2013102422A (ru) 2010-07-12 2014-08-20 ФАЙЛЭЙСЕР ЮЭс-Эй ЭлЭлСи Способ обработки материалов с использованием филаментации
EP2754524B1 (de) 2013-01-15 2015-11-25 Corning Laser Technologies GmbH Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen Substraten, d.h. Wafer oder Glaselement, unter Verwendung einer Laserstrahlbrennlinie
EP2781296B1 (de) 2013-03-21 2020-10-21 Corning Laser Technologies GmbH Vorrichtung und verfahren zum ausschneiden von konturen aus flächigen substraten mittels laser
US9102011B2 (en) 2013-08-02 2015-08-11 Rofin-Sinar Technologies Inc. Method and apparatus for non-ablative, photoacoustic compression machining in transparent materials using filamentation by burst ultrafast laser pulses
US10017410B2 (en) 2013-10-25 2018-07-10 Rofin-Sinar Technologies Llc Method of fabricating a glass magnetic hard drive disk platter using filamentation by burst ultrafast laser pulses
US10005152B2 (en) 2013-11-19 2018-06-26 Rofin-Sinar Technologies Llc Method and apparatus for spiral cutting a glass tube using filamentation by burst ultrafast laser pulses
US10252507B2 (en) 2013-11-19 2019-04-09 Rofin-Sinar Technologies Llc Method and apparatus for forward deposition of material onto a substrate using burst ultrafast laser pulse energy
US9517929B2 (en) 2013-11-19 2016-12-13 Rofin-Sinar Technologies Inc. Method of fabricating electromechanical microchips with a burst ultrafast laser pulses
US11053156B2 (en) 2013-11-19 2021-07-06 Rofin-Sinar Technologies Llc Method of closed form release for brittle materials using burst ultrafast laser pulses
US10144088B2 (en) 2013-12-03 2018-12-04 Rofin-Sinar Technologies Llc Method and apparatus for laser processing of silicon by filamentation of burst ultrafast laser pulses
US11556039B2 (en) 2013-12-17 2023-01-17 Corning Incorporated Electrochromic coated glass articles and methods for laser processing the same
US10293436B2 (en) 2013-12-17 2019-05-21 Corning Incorporated Method for rapid laser drilling of holes in glass and products made therefrom
US10442719B2 (en) 2013-12-17 2019-10-15 Corning Incorporated Edge chamfering methods
US9938187B2 (en) 2014-02-28 2018-04-10 Rofin-Sinar Technologies Llc Method and apparatus for material processing using multiple filamentation of burst ultrafast laser pulses
TWI730945B (zh) 2014-07-08 2021-06-21 美商康寧公司 用於雷射處理材料的方法與設備
EP3169477B1 (en) 2014-07-14 2020-01-29 Corning Incorporated System for and method of processing transparent materials using laser beam focal lines adjustable in length and diameter
US9757815B2 (en) 2014-07-21 2017-09-12 Rofin-Sinar Technologies Inc. Method and apparatus for performing laser curved filamentation within transparent materials
DE102014116958B9 (de) 2014-11-19 2017-10-05 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Optisches System zur Strahlformung eines Laserstrahls, Laserbearbeitungsanlage, Verfahren zur Materialbearbeitung und Verwenden einer gemeinsamen langgezogenen Fokuszone zur Lasermaterialbearbeitung
EP3854513B1 (de) 2014-11-19 2024-01-03 TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH System zur asymmetrischen optischen strahlformung
DE102014116957A1 (de) 2014-11-19 2016-05-19 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Optisches System zur Strahlformung
EP3102358A4 (en) 2015-01-13 2017-10-25 Rofin-Sinar Technologies, Inc. Method and system for scribing brittle material followed by chemical etching
EP3848334A1 (en) 2015-03-24 2021-07-14 Corning Incorporated Alkaline earth boro-aluminosilicate glass article with laser cut edge
US10410883B2 (en) 2016-06-01 2019-09-10 Corning Incorporated Articles and methods of forming vias in substrates
US10134657B2 (en) 2016-06-29 2018-11-20 Corning Incorporated Inorganic wafer having through-holes attached to semiconductor wafer
US10794679B2 (en) 2016-06-29 2020-10-06 Corning Incorporated Method and system for measuring geometric parameters of through holes
EP3487656B1 (fr) * 2016-07-25 2021-08-11 Amplitude Procédé et appareil pour la découpe de matériaux par multi-faisceaux laser femtoseconde
EP3507057A1 (en) * 2016-08-30 2019-07-10 Corning Incorporated Laser processing of transparent materials
LT3311947T (lt) 2016-09-30 2019-12-27 Corning Incorporated Skaidrių ruošinių lazerinio apdirbimo, naudojant spindulių pluošto dėmes be simetrijos ašių, būdas
CN113399816B (zh) 2016-09-30 2023-05-16 康宁股份有限公司 使用非轴对称束斑对透明工件进行激光加工的设备和方法
US11542190B2 (en) 2016-10-24 2023-01-03 Corning Incorporated Substrate processing station for laser-based machining of sheet-like glass substrates
US11078112B2 (en) 2017-05-25 2021-08-03 Corning Incorporated Silica-containing substrates with vias having an axially variable sidewall taper and methods for forming the same
US10580725B2 (en) 2017-05-25 2020-03-03 Corning Incorporated Articles having vias with geometry attributes and methods for fabricating the same
US10860842B1 (en) 2017-12-21 2020-12-08 Facebook Technologies, Llc Positional tracking using multiple base stations
DE102018126381A1 (de) * 2018-02-15 2019-08-22 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum Einfügen einer Trennlinie in ein transparentes sprödbrüchiges Material, sowie verfahrensgemäß herstellbares, mit einer Trennlinie versehenes Element
US11554984B2 (en) 2018-02-22 2023-01-17 Corning Incorporated Alkali-free borosilicate glasses with low post-HF etch roughness
DE102018205206A1 (de) * 2018-04-06 2019-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zum gepulsten Laserdrahtschweißen
US11152294B2 (en) 2018-04-09 2021-10-19 Corning Incorporated Hermetic metallized via with improved reliability
US11237103B2 (en) * 2018-05-31 2022-02-01 Socovar Sec Electronic device testing system, electronic device production system including same and method of testing an electronic device
JP6536724B1 (ja) * 2018-07-04 2019-07-03 ウシオ電機株式会社 光源装置、プロジェクタ
EP3856445A2 (en) * 2018-09-28 2021-08-04 Corning Incorporated System and method for modifying transparent substrates
US11344972B2 (en) 2019-02-11 2022-05-31 Corning Incorporated Laser processing of workpieces
KR20210127188A (ko) 2019-02-21 2021-10-21 코닝 인코포레이티드 구리-금속화된 쓰루 홀을 갖는 유리 또는 유리 세라믹 물품 및 이를 제조하기 위한 공정
LT6791B (lt) * 2019-05-15 2020-12-28 Uab "Altechna R&D" Skaidrių medžiagų apdirbimo būdas ir įrenginys
US11766746B2 (en) * 2019-05-17 2023-09-26 Corning Incorporated Phase-modified quasi-non-diffracting laser beams for high angle laser processing of transparent workpieces
DE102020105540A1 (de) 2019-10-11 2021-04-15 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Optisches Stanzen von Mikrolöchern in Dünnglas
DE102019135283A1 (de) 2019-12-19 2021-06-24 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zur Lasermaterialbearbeitung und Laserbearbeitungsanlage
RU2730379C1 (ru) * 2019-12-30 2020-08-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" Оптико-цифровая система для расчета дифракционных оптических элементов
KR20210110510A (ko) * 2020-02-28 2021-09-08 쇼오트 아게 유리 부재의 분리 방법 및 유리 서브부재
EP3875436B1 (de) * 2020-03-06 2024-01-17 Schott Ag Verfahren zum vorbereiten und/oder durchführen des trennens eines substratelements und substratteilelement
DE102020108247A1 (de) 2020-03-25 2021-09-30 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Grossvolumiges entfernen von material durch laser-unterstütztes ätzen
US11888233B2 (en) * 2020-04-07 2024-01-30 Ramot At Tel-Aviv University Ltd Tailored terahertz radiation
EP4164835A1 (en) * 2020-06-10 2023-04-19 Corning Incorporated Methods for laser processing coated substrates using a top-hat energy distribution
DE102020121287B4 (de) 2020-08-13 2024-02-15 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Laserbearbeitung eines werkstücks mit einer gekrümmten oberfläche und laserbearbeitungsanlage
DE102020121283A1 (de) 2020-08-13 2022-02-17 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Laserbearbeitung eines werkstücks mit einer gekrümmten oberfläche
EP3964323A1 (de) * 2020-09-04 2022-03-09 Schott Ag Verfahren zum oberflächenstrukturieren eines substratkörpers und substratkörper
DE102020123787A1 (de) 2020-09-11 2022-03-17 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Trennen eines transparenten Materials
DE102020123786A1 (de) 2020-09-11 2022-03-17 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Trennen von Dünnstglas
DE102020132700A1 (de) 2020-12-08 2022-06-09 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Hochenergieglasschneiden
DE102020133145A1 (de) 2020-12-11 2022-06-15 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Laserbearbeitung eines teiltransparenten werkstücks mit einem quasi-nichtbeugenden laserstrahl
DE102021100675B4 (de) 2021-01-14 2022-08-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Verfahren zum Zerteilen eines transparenten Werkstücks
DE102021109579B4 (de) 2021-04-16 2023-03-23 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und vorrichtung zum ausbilden von modifikationen mit einem laserstrahl in einem material mit einer gekrümmten oberfläche
JP2024516808A (ja) * 2021-04-23 2024-04-17 ショット アクチエンゲゼルシャフト レーザービームの線状焦点を用いて基板内に導入されるエネルギー分布を制御するための方法および基板
EP4079443A1 (de) * 2021-04-23 2022-10-26 Schott Ag Verfahren zum kontrollieren einer mittels eines linienfokus eines laserstrahls innerhalb eines substrats eingebrachten energieverteilung und substrat
DE102021111879A1 (de) 2021-05-06 2022-11-10 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Laserschweißen von Fügepartnern mit einer gekrümmten Oberfläche
WO2022253606A1 (de) * 2021-06-02 2022-12-08 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und vorrichtung zur laserbearbeitung eines werkstücks
KR20230029557A (ko) 2021-08-23 2023-03-03 주식회사 대곤코퍼레이션 레이저 빔 가공장치 및 이를 이용한 객체 절단 방법
WO2023099946A1 (en) 2021-12-02 2023-06-08 Uab Altechna R&D Pulsed laser beam shaping device for laser processing of a material transparent for the laser beam
WO2023138768A1 (en) * 2022-01-20 2023-07-27 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method of using a thermal laser evaporation system and thermal laser evaporation system
WO2023138769A1 (en) * 2022-01-20 2023-07-27 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method of using a thermal laser evaporation system and thermal laser evaporation system
US20230419064A1 (en) * 2022-06-22 2023-12-28 Hand Held Products, Inc. One Sensor Near Far Solution To Minimize FOV Mismatch And Aiming Offsets
DE102022115711A1 (de) * 2022-06-23 2023-12-28 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030102291A1 (en) * 2001-11-30 2003-06-05 Xinbing Liu System and method of laser drilling
WO2012041711A1 (de) * 2010-09-27 2012-04-05 Jenoptik Optical Systems Gmbh Anordnung und verfahren zur erzeugung eines lichtstrahles für die materialbearbeitung
WO2013138802A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-19 Ipg Microsystems Llc Laser scribing with extended depth affectation into a workpiece
EP2754524A1 (de) * 2013-01-15 2014-07-16 Corning Laser Technologies GmbH Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen Substraten unter Verwendung einer Laserstrahlbrennlinie

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5328785A (en) 1992-02-10 1994-07-12 Litel Instruments High power phase masks for imaging systems
US5656186A (en) 1994-04-08 1997-08-12 The Regents Of The University Of Michigan Method for controlling configuration of laser induced breakdown and ablation
KR100214046B1 (ko) 1995-03-27 1999-08-02 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 초해상 광헤드장치
DE69637994D1 (de) 1995-04-26 2009-09-24 Minnesota Mining & Mfg Ablationsverfahren durch laser-darstellung
WO1998006676A1 (fr) 1996-08-13 1998-02-19 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Procede d'usinage au laser pour substrat de verre, dispositif optique du type a diffraction fabrique par ce procede d'usinage, et procede de fabrication de ce dispositif optique
GB9922082D0 (en) 1999-09-17 1999-11-17 Isis Innovation Laser apparatus for use in material processing
US6552301B2 (en) 2000-01-25 2003-04-22 Peter R. Herman Burst-ultrafast laser machining method
DE10062453B4 (de) 2000-12-14 2007-07-19 My Optical Systems Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Überlagerung von Strahlenbündeln
FR2823688B1 (fr) 2001-04-24 2003-06-20 Commissariat Energie Atomique Dispositif de fusion de matiere par faisceau laser
CN1286608C (zh) 2001-05-11 2006-11-29 三菱电机株式会社 层叠材料的激光加工方法和装置
CA2349034A1 (en) 2001-05-28 2002-11-28 Andre Delage Method of creating a controlled flat pass band in an echelle or waveguide grating
JP2003305585A (ja) 2001-09-11 2003-10-28 Seiko Epson Corp レーザー加工方法および加工装置
CN100485902C (zh) 2002-03-12 2009-05-06 浜松光子学株式会社 基板的分割方法
JP4418282B2 (ja) * 2004-03-31 2010-02-17 株式会社レーザーシステム レーザ加工方法
ATE401594T1 (de) 2005-02-04 2008-08-15 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh Verfahren zur bewegungsaufteilung einer relativbewegung zwischen einem werkstück und einem werkzeug einer werkzeugmaschine
GB0718706D0 (en) 2007-09-25 2007-11-07 Creative Physics Ltd Method and apparatus for reducing laser speckle
JP4763583B2 (ja) * 2006-11-30 2011-08-31 住友電気工業株式会社 レーザ加工方法及び装置、脆性材料素材の製造方法並びにダイヤモンド素材の製造方法
US8338744B2 (en) 2006-11-30 2012-12-25 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Condensing optical system, laser processing method and apparatus, and manufacturing method of brittle material blank
DE102007024700A1 (de) 2007-05-25 2008-12-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserstrahlung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102007046074A1 (de) 2007-09-24 2009-04-09 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Laserbearbeitung
JP4386137B2 (ja) 2008-02-29 2009-12-16 トヨタ自動車株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
WO2010071128A1 (ja) 2008-12-16 2010-06-24 株式会社レミ 脆性材料の分割装置および割断方法
EP2202545A1 (en) 2008-12-23 2010-06-30 Karlsruher Institut für Technologie Beam transformation module with an axicon in a double-pass mode
KR20120103651A (ko) 2009-12-23 2012-09-19 아이엠알에이 아메리카, 인코포레이티드. 구조화된 광학 요소 및 포커싱된 빔을 이용하는 레이저 패터닝
JP5479924B2 (ja) 2010-01-27 2014-04-23 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法
RU2013102422A (ru) 2010-07-12 2014-08-20 ФАЙЛЭЙСЕР ЮЭс-Эй ЭлЭлСи Способ обработки материалов с использованием филаментации
FR2977513B1 (fr) 2011-07-04 2014-05-23 Air Liquide Procede de coupage laser a fibre ou disque avec distribution d'intensite du faisceau laser en anneau
WO2013006736A1 (en) 2011-07-06 2013-01-10 Edison Pharmaceuticals, Inc Treatment of leigh syndrome and leigh-like syndrome, including complications of sucla2 mutations, with tocotrienol quinones
FR2989294B1 (fr) 2012-04-13 2022-10-14 Centre Nat Rech Scient Dispositif et methode de nano-usinage par laser
DE102012110971A1 (de) * 2012-11-14 2014-05-15 Schott Ag Trennen von transparenten Werkstücken
DE102013005139A1 (de) 2013-03-26 2014-10-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Abtragen von sprödhartem Material mittels Laserstrahlung
DE102013005135A1 (de) 2013-03-26 2014-10-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zum Abtragen von sprödhartem, für Laserstrahlung transparentem Material mittels Laserstrahlung
DE102013005136A1 (de) 2013-03-26 2014-10-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zurn Abtragen von sprödhartem Material mittels Laserstrahlung
DE102013005137A1 (de) 2013-03-26 2014-10-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Abtragen von sprödhartem Material mittels Laserstrahlung
DE102013212577A1 (de) 2013-06-28 2014-12-31 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Abtragschneiden eines Werkstücks mittels eines gepulsten Laserstrahls
JP2016534008A (ja) 2013-08-07 2016-11-04 トルンプフ レーザー− ウント ジュステームテヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＴＲＵＭＰＦ Ｌａｓｅｒ− ｕｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ 透明の、ガラス状の、ガラス質の、セラミックのかつ／又は結晶質の層を有する板状のワークピースを加工する方法、並びにこのようなワークピース用の分離装置、並びにこのようなワークピースから成る製品
US10310287B2 (en) 2013-10-28 2019-06-04 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. System and method for controlling light by an array of optical resonators
DE102013223637B4 (de) 2013-11-20 2018-02-01 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Behandeln eines lasertransparenten Substrats zum anschließenden Trennen des Substrats
US20150166393A1 (en) 2013-12-17 2015-06-18 Corning Incorporated Laser cutting of ion-exchangeable glass substrates
EP2965853B2 (en) 2014-07-09 2020-03-25 High Q Laser GmbH Processing of material using elongated laser beams
EP3854513B1 (de) 2014-11-19 2024-01-03 TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH System zur asymmetrischen optischen strahlformung
DE102014116957A1 (de) 2014-11-19 2016-05-19 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Optisches System zur Strahlformung
DE102014116958B9 (de) 2014-11-19 2017-10-05 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Optisches System zur Strahlformung eines Laserstrahls, Laserbearbeitungsanlage, Verfahren zur Materialbearbeitung und Verwenden einer gemeinsamen langgezogenen Fokuszone zur Lasermaterialbearbeitung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030102291A1 (en) * 2001-11-30 2003-06-05 Xinbing Liu System and method of laser drilling
WO2012041711A1 (de) * 2010-09-27 2012-04-05 Jenoptik Optical Systems Gmbh Anordnung und verfahren zur erzeugung eines lichtstrahles für die materialbearbeitung
WO2013138802A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-19 Ipg Microsystems Llc Laser scribing with extended depth affectation into a workpiece
EP2754524A1 (de) * 2013-01-15 2014-07-16 Corning Laser Technologies GmbH Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen Substraten unter Verwendung einer Laserstrahlbrennlinie

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109254336B (zh) * 2018-11-01 2021-06-04 南开大学 非完全对称微介质轴锥镜相位器件
CN109254336A (zh) * 2018-11-01 2019-01-22 南开大学 非完全对称微介质轴锥镜相位器件
CN113396044A (zh) * 2019-02-05 2021-09-14 杜肯Ias有限责任公司 用于使用具有多个反射表面的单个的固定光学反射器激光焊接管状元件的系统和方法
US11931823B2 (en) 2019-02-05 2024-03-19 Dukane Ias, Llc Systems and methods for laser-welding a workpiece with a laser beam that reaches inaccessible areas of the workpiece using multiple reflecting parts
US11819940B2 (en) 2019-02-05 2023-11-21 Dukane Ias, Llc Systems and methods for laser-welding a workpiece with a laser beam that reaches inaccessible areas of the workpiece using multiple reflecting parts
CN114600009A (zh) * 2019-10-21 2022-06-07 通快激光与系统工程有限公司 分段式射束成形元件和激光加工设施
CN114600009B (zh) * 2019-10-21 2024-02-20 通快激光与系统工程有限公司 分段式射束成形元件和激光加工设施
CN110967842A (zh) * 2019-11-11 2020-04-07 长春理工大学 基于光镊技术的局域空心光束自由开闭系统
CN114728371A (zh) * 2019-11-14 2022-07-08 通快激光与系统工程有限公司 用于工件的激光加工的方法、加工光具和激光加工设备
CN111716015A (zh) * 2020-05-28 2020-09-29 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光切割裂纹控制方法及装置
TWI807294B (zh) * 2021-04-07 2023-07-01 財團法人工業技術研究院 抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法及裝置
CN113009497A (zh) * 2021-04-12 2021-06-22 深圳市灵明光子科技有限公司 激光发射模块、tof组件及电子设备
TWI806246B (zh) * 2021-11-18 2023-06-21 台達電子工業股份有限公司 輻射聚焦模組與具有輻射聚焦模組的加工系統
CN115647578A (zh) * 2022-12-28 2023-01-31 歌尔股份有限公司 激光加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170102467A (ko) 2017-09-11
KR102138964B1 (ko) 2020-07-28
US20210170530A1 (en) 2021-06-10
KR20200090967A (ko) 2020-07-29
KR102251985B1 (ko) 2021-05-17
US11780033B2 (en) 2023-10-10
EP3854513B1 (de) 2024-01-03
CN107003531B (zh) 2019-11-29
WO2016079275A1 (de) 2016-05-26
US10882143B2 (en) 2021-01-05
EP3221727A1 (de) 2017-09-27
US20170252859A1 (en) 2017-09-07
EP3221727B1 (de) 2021-03-17
EP3854513A1 (de) 2021-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107003531B (zh) 用于非对称光学射束成形的系统
CN107027325A (zh) 衍射光学射束成形元件
CN107003530A (zh) 用于射束成形的光学系统
CN105392593B (zh) 借助激光从平坦基板中切割轮廓的设备及方法
CN111699070B (zh) 将分离线引入透明脆性破裂材料中的方法和设备及通过该方法生产的具有分离线的元件
JP2018507154A (ja) マルチフォトン吸収方法を用いた熱強化基板のレーザー切断
US11554446B2 (en) Beam shaper and use thereof, device for laser beam treatment of a workpiece and use thereof, method for laser beam treatment of a workpiece
WO2022033958A1 (de) Laserbearbeitung eines werkstuecks mit einer gekruemmten oberflaeche
WO2022033955A1 (de) Laserbearbeitung eines werkstuecks mit einer gekruemmten oberflaeche
DE102021111879A1 (de) Laserschweißen von Fügepartnern mit einer gekrümmten Oberfläche
DE102021109579B4 (de) Verfahren und vorrichtung zum ausbilden von modifikationen mit einem laserstrahl in einem material mit einer gekrümmten oberfläche
WO2023247169A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von werkstücken
DE102020134751A1 (de) Verfahren zum Trennen eines Werkstücks

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant