CN116745061A - 用于借助超短激光脉冲加工材料的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助超短脉冲激光器(3)的超短激光脉冲加工材料(2)的系统(1)，所述系统包括超短脉冲激光器(3)、空芯光纤(4)和耦合输入光学器件(41)，所述超短脉冲激光器用于产生超短激光脉冲并且用于提供激光射束(32)，所述空芯光纤设立用于将所述激光射束(32)传输至所述空芯光纤(4)的输出端(42)，所述耦合输入光学器件设立用于将所述激光射束(32)耦合输入到所述空芯光纤(4)的输入端(40)中，其中，所述空芯光纤(4)的输出端(42)设立用于，将所述激光射束(32)以发散角(α)从所述空芯光纤(4)中耦合输出，其中，设置有透镜设备(8)、射束成形元件(6)和聚焦光学器件(7)，从所述空芯光纤(4)中耦合输出的激光射束(32)以所述发散角(α)入射到所述透镜设备上，从所述透镜设备(8)中出射的激光射束(32)入射到所述射束成形元件上，其中，所述透镜设备(8)设立用于，调整耦合输出的激光射束(32)的发散角(α)，用以调整在所述射束成形元件(6)上的激光射束(32)的射束直径(D)，其中，所述射束成形元件(6)设立用于，在所述聚焦光学器件(7)的前方或者后方给所述激光射束(32)施加准非衍射射束形状，所述准非衍射射束形状具有在射束传播方向上拉长的焦点区(322)，并且其中，所述聚焦光学器件(7)设立用于，调设所述焦点区(322)到所述材料(2)中或者上的引入深度。

Description

用于借助超短激光脉冲加工材料的系统
技术领域
本发明涉及一种用于借助超短激光脉冲加工材料的系统，该系统包括超短脉冲激光器、空芯光纤和耦合输入光学器件，所述超短脉冲激光器用于产生超短激光脉冲并且用于提供激光射束，所述空芯光纤设立用于将激光射束传输至空芯光纤的输出端，所述耦合输入光学器件设立用于将激光射束耦合输入到空芯光纤的输入端中。
背景技术
在借助激光进行的微加工的领域中，在最近几年中，可以通过较高的激光平均功率、较短的激光脉冲持续时间和经优化的激光射束形状开辟新的应用领域，例如分离透明材料以及焊接多个透明的材料或者透明的和不透明的材料。尤其是，在此，准非衍射激光射束、特别是贝塞尔射束由于其在射束传播方向上拉长的焦点区和由此引起的优势(例如大的焦点位置公差)而对于这种类型的材料加工是有益的。
在EP3169477中，为了加工材料，提出使用经准直的激光射束，其中，贝塞尔射束的焦点区的长度通过调设在射束成形元件上的经准直的激光射束的直径来调设。
迄今为止，通过借助反射镜和透镜的自由射束引导来实现将通常固定的激光源连接到加工光学器件或射束成形光学器件上。然而，这需要昂贵的光学校准，以及需要使光学元件相对于彼此的位置或角度稳定。然而，自由射束引导的部件容易受到污染、制造精度、温度影响和装配误差的影响，这表现在激光射束的射束质量的劣化并且因此表现在材料加工的劣化。另外，对激光射束的位置或激光射束的发散度的准确的详细说明是不可能的或是变困难的。这使得对射束成形元件的明确定义的照明变困难。
发明内容
从已知的现有技术出发，本发明的任务是，提供一种改进的用于加工材料的系统。
该任务通过具有权利要求1的特征的、用于加工材料的系统来解决。从从属权利要求、说明书和附图中得出有利的扩展方案。
相应地，提出一种用于借助超短脉冲激光器的超短激光脉冲加工材料的系统，所述系统包括超短脉冲激光器、空芯光纤和耦合输入光学器件，超短脉冲激光器用于产生超短激光脉冲并且用于提供激光射束，空芯光纤设立用于将激光射束传输至空芯光纤的输出端，耦合输入光学器件设立用于将激光射束耦合输入到空芯光纤的输入端中，其中，空芯光纤的输出端设立用于，将激光射束以发散角从空芯光纤中耦合输出，其中，设置有透镜设备、射束成形元件和聚焦光学器件，从空芯光纤中耦合输出的激光射束以发散角入射到透镜设备上，从透镜设备中出射的激光射束入射到射束成形元件上，其中，透镜设备设立用于，匹配耦合输出的激光射束的发散角，用以匹配在射束成形元件上的激光射束的射束直径，其中，射束成形元件设立用于，在聚焦光学器件的前方或者后方给激光射束施加准非衍射射束形状，准非衍射射束形状具有在射束传播方向上拉长的焦点区，并且其中，聚焦光学器件设立用于，调设焦点区到材料中或者上的引入深度(Einbringtiefe)。
材料可以是金属或者半导体或者绝缘体或者它们的组合。尤其是，材料也可以是玻璃、玻璃陶瓷、聚合物或者半导体晶片，该半导体晶片例如是硅晶片。
在此，超短脉冲激光器提供超短激光脉冲。在此，超短可以指的是，脉冲长度例如在500皮秒与1飞秒之间，尤其在100皮秒与10飞秒之间。超短脉冲激光器也可以提供由超短激光脉冲组成的短脉冲串，其中每个短脉冲串包括多个激光脉冲的发射。在此，激光脉冲的时间间距可以在10飞秒与500纳秒之间，尤其是在10纳秒与80纳秒之间。在时间上成形的脉冲也被视为超短激光脉冲，在时间上成形的脉冲的振幅的值得注意的变化在50飞秒与5皮秒之间的范围内。在下文中重复地使用术语脉冲或者激光脉冲。在这种情况下，包括多个激光脉冲和在时间上成形的激光脉冲的激光脉冲串也同时包括在内，即使没有相应地详细阐释这一点。由超短脉冲激光器发射的超短激光脉冲相应地构造激光射束。
空芯光纤是构造为具有中空的芯的光子晶体纤维(Hollow Core PhotonicCrystal Fiber–HC-PCF)的光导纤维。光导纤维的基本原理例如在Benabid，Fetah的“Hollow-core photonic bandgap fibre:new light guidance for new science andtechnology.”英国皇家学会哲学论文集A：数学、物理和工程科学364.1849(2006)：3439-3462中描述。
光导纤维可以构造为光子带隙纤维(Band Gap Fiber)或者可以优选构造为抗谐振纤维(Antiresonant Coupling Fiber)。尤其是，光导纤维可以构造为管状纤维。替代地，光导纤维可以构造为抑制耦合纤维(Inhibited Coupling Fiber)、尤其是可以构造为Kagomé纤维。空芯光纤尤其适用于引导超短脉冲，因此适用于超短脉冲应用。
空芯光纤的使用具有如下优势：激光射束可以灵活地从固定激光器引导至射束成形元件，其中，通过空芯光纤给定明确定义的接口，通过该接口可以确定发散角和射束位置。尤其是，通过使用空芯光纤可以获得激光射束的射束质量。
耦合输入光学器件是如下组件：该组件可以包括一个或者多个光学元件、尤其是透镜和/或反射镜，并且该组件承担将由超短脉冲激光器提供的激光射束成像到空芯光纤中的任务。为此，超短脉冲激光器的激光射束可以例如聚焦到空芯光纤的输入端上。在此，耦合输入光学器件可以具有出射光瞳，该出射光瞳可以具有在空芯光纤的直径的数量级的范围中的直径。由此能够实现，激光射束的激光能量尽可能完全地耦合输入到空芯光纤中，并且因此通过空芯光纤传输至空芯光纤的输出端。
在空芯光纤的输出端上，激光射束以发散角从空芯光纤中耦合输出。在此，发散角可以通过空芯光纤的光学特性来确定。尤其是，对于相应的空芯光纤，发散角可以是固定地预给定的。
接下来，激光射束对如下透镜组件进行光照：从空芯光纤中耦合输出的激光射束以发散角入射到该透镜组件上。在此，透镜设备设立用于，调整耦合输出的激光射束的发散角，用以匹配在射束成形元件上的激光射束的射束直径。
为此，透镜组件可以包括一个或者多个透镜。透镜组件也可以包括射束成形元件的相应成形的表面或者在射束成形元件的表面上的衍射微结构和/或在射束成形元件的体积中的衍射微结构。在此，透镜组件最后设立用于，影响激光射束在入射到射束成形元件中时的直径。最后，通过改变入射到射束成形元件中的激光射束的射束直径，可以影响焦点区的焦点长度。
然后，在激光射束的射束直径方面借助透镜组件经调整的激光射束以该射束直径入射到如下射束成形元件中：该射束成形元件中以与空芯光纤的输出端具有总间距的方式布置，其中，该射束成形元件在射束传播方向上且垂直于射束传播方向地给该激光射束施加强度分布。强度特征的总体借助射束轮廓来描述。尤其是，所施加的射束轮廓的形状取决于光照(Beleuchtung)的方式、尤其是光照强度，或者也取决于在射束成形元件上的激光射束的直径，使得通过调设总间距可以调设所施加的射束轮廓的形状。
尤其是，通过射束成形元件可以产生所谓的非衍射射束。非衍射射束满足亥姆霍兹方程：
并且具有分离成横向相关性和纵向相关性的清晰的可分离性，其形式为：
U(x,y,z)＝Ut(x,y)exp(ikzz)。
在此，k＝ω/c是波矢量，其具有横向分量和纵向分量k2＝kz 2+kt 2，Ut(x,y)是任意的复值函数，该复值函数仅取决于横向坐标x,y。在U(x,y,z)中在射束传播方向上的z相关性导致纯粹的相位调制，使得该解的配属的强度I是传播不变的或非衍射的。
I(x,y,z)＝|U(x,y,z)|2＝I(x,y)
该方案在不同的坐标系中提供不同的解类别，例如以椭圆-圆柱坐标的马提厄射束或者以圆-圆柱坐标的贝塞尔射束。
根据实验，能够实现多个良好近似的非衍射射束，即准非衍射射束。与理论结构不同，这些准非衍射射束只携带有限的功率。这些准非衍射射束的传播不变性的长度L也同样是有限的。
基于关于激光射束特征的标准ISO11146 1-3，通过所谓的第2矩确定射束直径。在此，激光射束的功率或者0阶矩定义为：
P＝∫dx dyI(x,y)。
1阶空间矩标明强度分布的重心，并且定义为：
基于上述方程能够计算横向的强度分布的2阶空间矩：
借助激光射束的如此完整定义的2阶空间矩，能够在主轴中确定射束直径或焦点区的大小。在此，主轴是横向的射束轮廓的最小的和最大的延展尺度(Ausdehnung)的方向，即垂直于射束传播方向的强度分布，所述最小的和最大的延展尺度的方向始终彼此正交地延伸。然后，以如下方式得出激光射束的焦点区d：
其中，
尤其是，通过值dx和dy得出横向的焦点区的长主轴和短主轴。
因此，高斯射束的焦点区通过射束的第2矩来确定。尤其是，由此得出横向的焦点区的大小dGF x,y和焦点区的纵向延展尺度、即瑞利长度zR。瑞利长度zR通过zR＝π(dGF x,y)2/4λ给定。该瑞利长度描述沿着射束传播方向从强度最大值的位置出发的如下距离：在该距离处，焦点区的面积增大到2倍。
准非衍射射束的焦点区同样通过射束的第2矩来确定。尤其是，焦点区由横向的焦点区的大小dND x,y和焦点区的纵向延展尺度、即所谓的特征长度L得出。准非衍射射束的特征长度L通过从局部强度最大值出发沿着射束传播方向的、到50％的强度下降来定义。
恰恰当对于dND x,y≈dGF x,y，即对于相似的横向维度，特征长度L明显大于配属的高斯焦点的瑞利长度时，例如当L>10zR时，存在准非衍射射束。
作为准非衍射射束的子集，已知的是准贝塞尔射束或者类贝塞尔射束(在此也被称为贝塞尔射束)。在此，在光学轴线的附近的横向的场分布良好近似地服从于n阶的第一类贝塞尔函数。该类别的射束的另外的子集是贝塞尔-高斯射束，所述贝塞尔-高斯射束由于即容易产生而广泛使用。因此，在借助经准直的高斯射束的折射实施方式、衍射实施方式或者反射实施方式中，轴锥镜的光照允许贝塞尔-高斯射束的成形。在此，在光学轴线附近的配属的横向的场分布良好近似地服从于0阶的第一类贝塞尔函数，该0阶的第一类贝塞尔函数被高斯分布包络。
相应地，可以有利的是，使用准非衍射射束、尤其是贝塞尔射束以加工材料，因为借此可以实现大的焦点位置公差。
例如，典型的用于加工材料的贝塞尔-高斯射束具有大小为dND x,y＝2.5μm的横向的焦点区，而特征长度可以为50μm。然而，对于具有大小为dGF x,y＝2.5μm的横向的焦点区的高斯射束，在λ＝1μm的情况下，空气中的瑞利长度仅为zR≈5μm。据此，在这些对于材料加工而言相关的情况下，L>>10zR可以适用。
尤其是，准非衍射射束的横向的焦点区可以是非径向对称的。
在此，非径向对称例如意味着，横向的焦点区是在一个方向上拉伸的。然而，非径向对称的焦点区也可以意味着，焦点区例如是是十字形的或者三角形的或者N角形的，例如是五角形的。此外，非径向对称的焦点区可以包括另外的转动对称的和镜面对称的射束横截面。
例如，可以存在垂直于传播方向的、椭圆形的焦点区，其中，该椭圆形具有长轴dx和短轴dy。据此，当比例dx/dy大于1时，尤其是当dx/dy＝1.5时，存在椭圆形的焦点区。具体存在的射束的椭圆形的焦点区可以相应于理想的数学椭圆。但是，准非衍射射束的当前的具体的焦点区也可以仅具有上文提到的有长主轴和短主轴b组成的比例，但是可以具有不同的轮廓——例如近似的数学椭圆、哑铃形状或者别的对称的或者非对称的轮廓，该别的对称的或者非对称的轮廓被在数学上理想的椭圆包络。
尤其是，通过准非衍射射束能够产生椭圆的准非衍射射束。在此，椭圆的准非衍射射束具有特定的特性，所述特定的特性有对射束强度的分析得出。例如，椭圆的准非衍射射束具有主最大值，该主最大值与射束的中心重合。在此，射束的中心通过如下地点给定：主轴在该地点上相交。尤其是，椭圆的准非衍射射束可以由多个强度最大值的叠加得出，其中，在这种情况下，仅所参与的强度最大值的包络线是椭圆的。尤其是，各个强度最大值不必具有椭圆形的强度轮廓。
在此，最接近主最大值的、由亥姆霍兹方程的解得出的次最大值具有大于17％的相对强度。因此，视在主最大值中所传输的激光能量而定地，也在次最大值中引导如此多的激光能量，使得能够实现材料加工。此外，最接近的次最大值总是位于垂直于长主轴的或平行于短主轴的直线上，并且延伸穿过主最大值。
在此，椭圆的准非衍射射束可以沿着长主轴具有非零的强度，尤其是具有干涉对比度Imax-Imin/(Imax+Imin)<0.9，使得该射束沿着长主轴到处传输激光能量。
Imax在此是沿着长主轴的最大射束强度，而Imin是最小射束强度。当Imin＝0时，沿着长主轴出现完全干涉并且得出干涉对比度为1。当Imin>0时，沿着长主轴仅出现部分的干涉或者不出现干涉，使得干涉对比度<1。
例如如果干涉对比度沿着长主轴小于0.9，则沿着长主轴不出现完全干涉，而是仅出现部分的干涉，该部分的干涉不导致激光强度在强度最小值Imin的地点上完全抹消。例如，当准非衍射射束借助双折射元件产生时，是这种情况，该双折射元件例如是石英角置换器(Quartz Angle Displacer)或者石英光束置换器(Quartz Beam Displacer)或者它们的组合。
然而，椭圆的准非衍射射束可以沿着长主轴也具有非零的强度和为1的干涉对比度，使得该射束沿着长主轴不会到处传输激光能量。例如，当准非衍射射束借助经修改的轴锥镜产生时，是这种情况。
聚焦光学器件可以是镜头或者是透镜和/或反射镜的组件，其中，聚焦光学器件将准非衍射射束聚焦到材料中或者上，即成像到焦点中或成像到焦点平面中。这可以意味着，激光射束的焦点通过聚焦光学器件位于材料的表面的上方，或者准确地位于材料的表面上，或者位于材料的体积中。
尤其是，术语“焦点”一般可以理解为有针对性的强度提高，其中，激光能量会聚到“焦点区域”中。因此，尤其是，在下文中，与实际使用的射束形状和用于引起强度提高的方法无关地使用表述“焦点”。通过“聚焦”，也可以沿着射束传播方向影响强度增加的地点。例如，强度提高可以线状地构造，其中，围绕焦点位置得出贝塞尔状的焦点区域，如可以由非衍射射束所提供的那样。
与此相应地，可以通过聚焦光学器件沿着传播方向将激光射束聚焦。在聚焦时，使激光射束的强度朝向激光焦点的位置最大化。与此相应地，在射束传播方向上在激光焦点的位置的前方或者后方，激光射束的强度小于在激光焦点的位置中的强度。
在数学理想情况下，聚焦光学器件的焦点平面是垂直于射束传播方向的平面，该平面优选平行于待加工的材料的表面延伸并且对材料的加工应在该平面中进行。然而，在实际实施中，射束路径中的光学元件导致该焦点平面的轻微的弯曲和扭曲，使得该焦点平面通常至少局部弯曲。此外，激光射束的焦点具有有限的体积，材料可以在该有限的体积中加工。因此，通过聚焦光学器件得出的不是焦点平面，而是可供使用的焦点体积，在该可供使用的焦点体积中可以进行材料加工。这在焦点或者焦点平面的情况下总是被共同考虑的。
因此，通过使激光焦点的位置沿着射束传播方向移位或通过使聚焦移位，可以相对于待加工的材料的表面确定激光射束的穿透深度，其中，该穿透深度通过焦点位置与材料的表面的间距给定。
在聚焦光学器件的前方和/或后方，射束成形元件可以给激光射束施加准非衍射射束形状。当射束成形元件在聚焦光学器件的前方给激光射束施加准非衍射射束形状时，可以通过聚焦确定焦点区到该材料中的穿透深度。然而，射束成形元件也可以如此构型，使得不产生非衍射射束形状，而是通过借助聚焦光学器件进行的成像才得出准非衍射射束形状。
激光射束被材料至少部分地吸收，使得该材料例如以热的方式被加热或者过渡到暂时的等离子体状态并被蒸发并且由此被加工。尤其是，也可能的是，除了线性的吸收过程之外，也利用非线性的吸收过程，所述非线性的吸收过程通过使用高激光能量变得可供使用。
例如，材料加工可以在于对材料的微结构化。微结构化可以意味着，应将一维的、二维的或者三维的结构或者图案或者材料修改(Materialmodifikation)引入到该材料中，其中，结构的大小典型地处在微米范围中，或者说结构的分辨率处在所使用的激光的波长的数量级上。尤其是，这样的材料加工也包括如下过程：所述过程被称为激光钻孔或者激光切割或者激光抛光。
但是，对材料的加工也可以意味着沿着确定的分离线对材料的分离。
但是，对材料的加工也可以包括对材料修改的引入。材料修改是对材料的在热平衡中永久的物质的(stofflich)改变，该改变在原因上来自于直接的激光辐射。
在此，材料修改可以是对材料的结构的修改，所述结构尤其是晶体结构和/或无定形结构和/或机械结构。例如，引入到无定形玻璃材料中的材料修改可以在于，玻璃材料通过局部加热仅在该区域中获得经改变的网络结构。材料修改可以尤其是局部的密度变化，该局部的密度变化也可以取决于所选择的材料。
对材料的加工也可以是对材料的焊接。在此，接合配对件彼此重叠地布置，并且激光射束聚焦到产生的界面上。通过在焦点区中一个或者两个接合配对件的熔化，所产生的熔液可以桥接接合配对件之间的界面并且在冷却之后建立两个接合配对件的永久的连接。
材料加工的强度主要取决于通过聚焦光学器件实现的焦点区的位置。例如，焦点区可以位于待加工的材料的总体积中，或者可以布置在表面上。在第一种情况下，加工可以在体积中发生，而在第二种情况下，可以进行对表面的加工。
空芯光纤的输出端与射束成形元件的总间距能够被调设，以便调设射束成形元件的输入端的光照并且因此调设经拉长的焦点区的长度。
尤其是，所施加的射束轮廓的形状取决于光照的方式，例如取决于在射束成形元件上的激光射束的直径。因此，通过调设总间距可以调设在射束成形元件上的激光射束的直径并且因此调设所施加的射束轮廓的形状。
射束成形元件可以是轴锥镜或者衍射光学元件，其中，在射束传播方向上经拉长的激光焦点区的长度通过在射束成形元件的输入端上的激光射束的直径来确定。
轴锥镜是研磨为锥形的光学元件，该光学元件可以在高斯激光射束穿过时给该高斯激光射束施加准非衍射射束轮廓。尤其是，轴锥镜具有锥体角度α，该锥体角度是从射束入射面到锥体的侧表面来计算的。
衍射元件同样允许，将激光射束在空间上扇形展开到预给定的几何形状上。
如上所述，激光射束以发散角从空芯光纤的输出端中出射，使得激光射束的直径在射束传播方向上根据该发散角增大或者收缩。尤其是，激光射束因此在相应的总间距之后具有定义的射束直径。
由于激光射束穿过射束成形元件的射束入射面并且穿透到射束成形元件中，可以通过折射和/或衍射和/或反射从该激光射束中成形具有经拉长的焦点区的准非衍射射束。
例如，具有通过总间距定义的射束直径的激光射束可以垂直地入射到轴锥镜的射束入射面上，其中，轴锥镜具有第一折射率n1。由于激光射束垂直地入射到射束入射面上，因此，几乎全部能量传输到轴锥镜中。但是，尤其是，激光射束由于垂直入射而不被折射。
接下来，激光射束通过轴锥镜的锥形表面从轴锥镜的介质中转入到周围介质中，该周围介质具有第二折射率n2，该第二折射率对于空气而言是n2＝1。由于锥体角度，激光射束在轴锥镜中以一角度入射到轴锥镜的(内)界面上，使得激光射束朝向光学轴线折射。在此，与远离边缘的射束相比，远离边缘的射束需要另外的传播路段才与光学轴线相交。由此，对激光射束如此变形，使得激光射束在轴锥镜的后方具有经拉长的焦点区。在此，经拉长的焦点区的长度取决于入射的激光射束的直径以及取决于轴锥镜的折射率和锥体角度。这近似地由斯涅尔折射定律得出。
射束成形元件可以附加地构造透镜设备的至少一部分并且可以具有另外的光学成像的特性，例如可以具有至少区段式地、球形地成形的侧，该侧逆着射束传播方向取向，以便影响耦合输出的激光射束在穿过射束成形元件时的发散角。
由于射束成形元件具有区段式地、球形地成形的侧，射束成形元件可以具有类似透镜的效果。在此，可以通过区段式地、球形地成形的侧的曲率半径来影响该类似透镜的效果。在此，类似透镜的效果意味着，可以对激光射束进行聚束或者散射。由此可能的是，在空芯光纤的输出端与射束路径之间的射束路径中避免另外的光学元件。
由于射束成形元件的区段式地、球形地成形的侧逆着射束传播方向取向，主要进行射束成形的射束成形元件的侧逆着射束传播方向取向。由此，在激光射束成形之前，激光射束首先经历聚束、漫射(Zerstreuung)或者准直。与此相应地，由此受到影响的激光射束直径肯定可以影响经拉长的焦点区的长度。
为了构造光学成像特性，替代地或者附加地，射束成形元件可以具有在表面上的衍射微结构和/或在射束成形元件的体积中的衍射微结构，该表面例如是射束成形元件的逆着射束传播方向取向的侧。借助衍射微结构，可以例如实现在上文在射束成形元件的球形地成形的侧方面所提到的效应。
然而，光学成像特性也可以在于，射束成形元件也具有相位掩膜的功能。例如，衍射光学元件可以同时并组合式地承担激光射束的射束成形和准直。但是也可能的是，轴锥镜的背侧与菲涅尔透镜组合，这样的透镜被写入到或者蚀刻到轴锥镜中。
但是也可能的是，非球面或者具有单侧结构化的自由形状面用作具有光学成像特性的射束成形元件，或者说，非球面或者自由形状面与射束成形元件组合成具有光学成像特性的射束成形元件。
透镜设备可以设立用于，调设耦合输出的激光射束的发散角，其中，透镜设备在空芯光纤的输出端与射束成形元件的输入端之间以第一间距布置，并且其中，透镜设备包括第一透镜，其中，第一透镜具有第一焦距并且第一透镜以与空芯光纤的输出端具有第一间距的方式定位，其中，第一间距是固定的或者能够被调设。
在此，透镜的焦距是在光学轴线上的长度，平行进入的激光射束在该长度之后聚焦。
透镜设备的第一透镜与射束成形元件之间的间距是由总间距和第一间距组成的差。在此，第一透镜在射束传播方向上以与空芯光纤的输出端具有第一间距的方式定位，使得第一透镜对来自空芯光纤的激光射束进行聚集、散射或者准直。尤其是可能的是，通过第一间距来调设：是否应增大或者缩小来自空芯光纤的激光射束的发散角。但是也可能的是，第一间距被调设为固定的，使得第一间距在其大小方面不能够被调设。
这具有如下优势：可以通过透镜设备来调设在透镜设备的后方的激光射束的发散角并且因此可以通过第一透镜与射束成形元件的输入端之间的间距和发散角来调设在射束成形元件上的激光射束的直径。
第一透镜可以是散射透镜。
由此可以实现，增大来自空芯光纤的输入端的激光射束的发散角。
由此尤其实现，激光射束在较短的传播之后就已经具有期望的射束直径。由此，尤其可以减小光学系统的结构尺寸。
由此可以实现，激光射束的特性可以以最佳的方式适配于随后的透镜设备的光学特性。
在射束方向上在第一透镜的后方可以布置有分束器光学器件，该分束器光学器件设立用于，将激光射束的一部分从射束方向偏转。
例如，分束器光学器件可以是分束器立方体或者分束器板，其中，在激光射束穿过分束器光学器件时，激光射束分裂成至少两个子激光射束。两个子射束可以具有相同的强度或者不同的强度，视分束器光学器件的分度比例而定。尤其是，分束器光学器件可以如此布置，使得只将激光射束的一部分从射束方向偏转，而另一部分仍然沿着最初的射束方向传播。
激光射束的经偏转的射束部分可以被提供给至少一个另外的射束成形元件和至少一个另外的加工光学器件。
由此可能的是，将由超短脉冲激光器所提供的激光射束分裂，并且因此在不同部位上通过子激光射束来实现对材料的加工。替代地，可以同时加工另外的材料或者另外的工件。
透镜设备可以附加地具有第二透镜并且第二透镜可以在射束方向上在第一透镜的后方以与第一透镜具有第二间距的方式定位，其中，第二间距是固定的或者能够被调设。
第二间距尤其相对于第一透镜的位置来测量，使得第二透镜与射束成形元件的间距通过总间距以及第一和第二间距的和的差来给定。
通过包括第一透镜和第二透镜的透镜设备，尤其可能制造像望远镜那样起作用的光学组件。尤其是，由此能够实现增大的和缩小的光学成像。由此可以实现，可以准确地调设在射束成形元件上的激光射束的直径。另外，通过透镜设备的两个透镜能够更准确地调整激光射束的发散角。
在一种优选的实施方式中，第一间距可以是固定的，其中，第一间距等于第一焦距并且由此由第一透镜对激光射束进行准直，其中，为了调设在射束成形元件上的激光射束的直径，将第一透镜更换为具有另外的第一焦距的另外的第一透镜，该另外的第一透镜以另外的第一间距布置在空芯光纤的输出端的前方，另外的第一间距等于另外的第一焦距，并且由此由另外的第一透镜对激光射束进行准直。
这具有如下优势：第一透镜和另外的第一透镜分别以第一间距或另外的第一间距对激光射束进行准直，使得在总间距之后实现在射束成形元件上的定义的射束直径。由于第一间距分别是固定的并且因此尤其不能够被调设，不需要校准关键的元件，例如具有透镜的或者可校准的镜头的位置变化可能性的望远镜。
由于第一透镜以不同间距布置在空芯光纤的输出端的后方并且空芯光纤的发散角是恒定的，如下射束直径发生变化：激光射束以该射束直径入射到第一透镜上。然而，由于第一透镜与空芯光纤的间距分别等于第一焦距，在两种情况下对激光射束进行准直，其中，在射束成形元件上的经准直的激光射束的直径相应于在第一透镜上的激光射束的直径。
在另一种优选的实施方式中，第一间距可以是能够被调设的，其中，通过调设第一间距来调设来自空芯光纤的激光射束的发散角，其中，第二间距可以是能够被调设的并且被如此调设，使得第二透镜的焦点与如下点重合：具有经调设的发散角的激光射束表观地(scheinbar)来源于点，并且第二透镜设立用于，对发散的激光射束进行准直，其中，可以通过调设第一间距和第二间距来调设在射束成形元件上的激光射束的直径。
尤其是，来自空芯光纤的输出端的发散的激光射束在第一间距之后入射到第一透镜上，由此相应地改变激光射束的发散度。第二透镜以所述间距安装，使得第二透镜的焦点位于如下点上：用于第二透镜的激光射束表观地来源于该点。与此相应地，根据激光射束的发散角通过第一透镜来调整第二透镜的间距。如果应改变焦点区的长度，则不仅改变第一透镜的第一间距，还改变第二透镜的第二间距。
由此可以实现对在射束成形元件上的射束直径的简单调设。
例如，来自空芯光纤的发散度或数值孔径NA可以为0.02。第一透镜可以具有为-200mm的焦距f1，并且可以以与空芯光纤的输出端具有为33.7mm的间距的方式布置。第二透镜可以具有等于150mm的焦距F2，并且可以以与第一透镜具有为-121.2mm的间距的方式定位。因此，近似得出在第二透镜的后方的为7.5mm的经准直的射束直径。如果第一间距改变为118.3mm，第二间距改变为75.5mm，则同样产生经准直的子射束，但是该经准直的子射束具有为10.2mm的射束直径。
如果两个透镜中的仅一个透镜运动，则这导致发散的或者会聚的激光射束。与此相应地，当第一间距增大时，射束直径变得更大。
在此，可以附加地实现更紧凑的构造方式，其方式是，空芯光纤的发散度通过定位在第一透镜前方的另外的透镜来定位，用以提高发散度。
在另一种优选的实施方式中，总间距可以是能够被调设的，其中，可以通过调设总间距来调设在射束成形元件上的激光射束的直径。
例如，射束成形元件可以为此具有光学成像特性。例如，射束成形元件可以是轴锥镜并且可以具有至少区段式地、球形地成形的侧，该侧逆着射束传播方向取向，以便影响耦合输出的激光射束在穿过轴锥镜时的发散角。但是也可能的是，射束成形元件是衍射光学元件，其中，透镜效果同时写入到该衍射光学元件中，使得该射束成形元件不仅具有透镜效果、还具有射束成形效果。
例如，轴锥镜的球面的背侧的半径可以为75mm。这可以导致经准直的激光射束，该经准直的激光射束具有为近似6.5mm的射束直径，其中，空芯光纤的输出端与射束成形元件的间距相应于双倍的半径并且因此为150mm。在轴锥镜移位时，激光射束不再是准直的，而是发散的，使得发生通过射束成形元件对焦点区的长度的改变。例如，当空芯光纤与轴锥镜的间距变得更短时，焦点区变得更短。反过来，当空芯光纤与轴锥镜的间距变得更长时，焦点区变得更长。
在另一种优选的实施方式中，第一间距可以是固定的，总间距可以是能够被调设的，可以通过调设总间距来调设在射束成形元件上的激光射束的直径。
例如，来自空芯光纤的输出端的、具有例如NA＝0.02的、发散的射束可以入射到第一透镜上。该第一透镜与空芯光纤的输出端具有固定的间距。为了调整焦点区的长度，改变射束成形元件与空芯光纤的输出端之间的总间距。
例如，第一间距可以为41mm，其中，第一焦距可以为56mm。总间距可以为241mm，使得第一透镜与射束成形元件之间的间距为200mm。在这种情况下，在射束成形元件上的射束直径良好近似地为4mm。如果总间距增大为441mm，使得射束成形元件与第一透镜之间的间距为400mm，则射束直径增大为大约6.3mm。
由未经准直的射束得出的、对焦点区的影响可以通过使聚焦光学器件沿着或者逆着射束传播方向移位来补偿。
在另一种优选的实施方式中，第一间距可以是能够被调设的并且总间距可以是固定的，其中，通过调设第一间距来调设在射束成形元件上的激光射束的直径。
由此可以尤其产生有针对性地发散的子射束。
例如，从具有NA＝0.02的纤维的可能的数值孔径出发，可以使第一透镜移位。第一透镜的第一间距可以例如为56mm，其中，第一焦距同样为56mm。空芯光纤的输出端与射束成形元件的间距，即总间距，可以为256mm，使得得出在射束成形元件上的为2.38mm的射束直径。如果第一间距改变为46mm，则在射束成形元件上的射束直径增大为3.54mm。尤其变得清晰的是，在第一透镜与空芯光纤的输出端的第一间距变得更小的情况下，在射束成形元件上的射束直径变得更大，并且因此焦点区的长度同样变得更大。
由未经准直的射束得出的、对焦点区的影响可以通过使聚焦光学器件沿着或者逆着射束传播方向移位来补偿。
在透镜组件的上文描述的所有构型中，特别优选的是，构造具有最多两个透镜的透镜组件，其中，这些透镜中的一个透镜也可以已经集成到射束成形元件中，例如以球形地成形的且逆着射束传播方向取向的侧的形式或者以在射束成形元件的表面上的衍射微结构的形式和/或以在射束成形元件的体积中的衍射微结构的形式，该表面例如是逆着射束传播方向取向的侧。通过已标注这种方式构造透镜组件，可以提供能够容易校准的系统来加工材料，其中，能够实现对焦点区的长度的调设。
附图说明
通过下面对附图的描述来更详尽地阐述本发明的另外的优选实施方式。在此示出：
图1示出第一实施方式的示意性构造；
图2示出轴锥镜的示意图和在射束传播方向上拉长的焦点区的产生；
图3A、B示出根据第一实施方式产生不同射束直径的示意图；
图4示出第二实施方式的示意性构造；
图5A、B、C示出根据第二实施方式产生不同射束直径的示意图；
图6示出第三实施方式的示意性构造；
图7示出具有区段式的、球形的背侧的轴锥镜的示意图；
图8示出第四实施方式的示意性构造；
图9示出第五实施方式的示意性构造；
图10A、B、C、D示出准非衍射射束的示意图。
具体实施方式
下面，根据附图来描述优选实施例。在此，在不同附图中，相同、相似或相同作用的元件设有相同的附图标记，并且为了避免冗余，部分地省去对这些元件的重复描述。
在随后的附图中，仅轴锥镜作为射束成形元件6示出，然而，这些轴锥镜应被理解为代表另外的射束成形元件，尤其是代表轴锥镜、衍射光学元件、通用轴锥镜或者反射轴锥镜。
在图1中示意性地示出用于借助超短脉冲激光器3的超短激光脉冲加工材料2的系统1的第一实施方式。
相应地，系统1包括超短脉冲激光器3，该超短脉冲激光器提供激光射束32，该激光射束由超短激光脉冲30组成。激光射束32经由耦合输入光学器件41耦合输入到空芯光纤4的输入端40中。在此，空芯光纤4可以将耦合输入的激光射束几乎无损失地传送至空芯光纤4的输出端42。由此尤其可能的是，在固定的超短脉冲激光器3中激光射束32的产生与系统1的真正的、稍后描述的光学元件6、7、8、9在空间上分离地进行。
在空芯光纤4的输出端42上，激光射束32以发散角α从空芯光纤4中耦合输出。透镜设备8的第一透镜81检测激光射束32，并且根据透镜81的光学特性将该激光射束变形。这可以意味着，通过第一透镜81来调整、例如减小激光射束32的发散角α。
接下来，激光射束32入射到分束器光学器件9上，其中，激光射束32分裂成第一子激光射束32和第二子激光射束32‘。第一子激光射束32被传送至射束成形元件6，该射束成形元件设立用于给激光射束32施加准非衍射射束形状，该准非衍射射束形状具有在射束传播方向上拉长的焦点区320。接下来，通过聚焦光学器件7传送准非衍射激光射束320，其中，聚焦光学器件7能够由透镜的组件组成，并且尤其是通过这种方式调设激光焦点的长度。由此能够尤其确定激光射束32的焦点区322的穿透深度。
聚焦光学器件7可以尤其是望远镜，该望远镜对非衍射射束进行成像，由此可以调设横向直径和在经拉长的焦点区322的射束传播方向上的长度。非衍射射束在射束传播方向上在工件中或者上的位置典型地通过聚焦光学器件7和射束成形元件6的移动来调设，其中，激光射束32在此优选是经准直的。
材料2至少部分地吸收由激光射束32所提供的能量。通过线性的吸收或者非线性的吸收机制，在此材料2可以被加热或者以光学机械的方式剥蚀，使得发生材料加工。在此，材料的加工区域的形状相应于准非衍射激光射束320的焦点区322的形状。
在图1的当前的实施方式中，透镜设备8仅包括第一透镜81，该第一透镜以可变间距x1在射束方向上布置在空芯光纤42的输出端的后方。在此，第一透镜81具有第一焦距f1。视第一透镜81与空芯光纤42的输出端42之间的第一间距x1的大小而定地，可以调设激光射束32的发散角α。尤其是，第一透镜81可以以第一焦距f1的间距布置在空芯光纤4的输出端42的后方，使得第一透镜81对激光射束32进行准直。如果激光射束32是经准直的，则这意味着，激光射束32的边缘射束彼此平行地延伸，使得在激光射束32从第一透镜81进一步传播至射束成形元件6时，具有恒定的直径D。
在射束成形元件6上的直径D确定在射束成形元件6的后方的激光射束320的在射束传播方向上拉长的焦点区322的大小。因此，尤其通过在射束成形元件6上的激光射束32的直径D的改变，可以影响在射束成形元件6的后方的激光射束320的在射束传播方向上拉长的焦点区322的大小。
尤其是，在该第一实施方式中，激光射束32可以在分束器9处划分成第一子激光射束32和第二子激光射束32‘，第一子激光射束传导至已经描述的射束成形元件6，第二子激光射束传送至另外的射束成形元件6‘和另外的聚焦光学器件7‘。
在图2中示意性地示出，在射束成形元件6上的射束直径D如何确定在射束传播方向上拉长的焦点区322的长度L。非常示意性地示出轴锥镜62作为射束成形元件6。轴锥镜62是锥形地构造的光学元件，在当前情况下，该光学元件具有平坦的背侧622，该背侧逆着射束传播方向取向或面向激光射束32。另外，轴锥镜62具有锥体状的侧表面620，其中，锥体与轴锥镜62的平坦的背侧围成角度β。在垂直地入射到轴锥镜62的平坦的背侧上的情况下，平行的激光射束32以未经折射的方式继续传导穿过轴锥镜的材料。然而，激光射束32最终入射到轴锥镜62的锥形地成形的侧上，使得激光射束32与轴锥镜62的面法线围成角度β。与此相应地，根据斯涅尔折射定律，在激光射束从轴锥镜62过渡到周围介质中时，激光射束32被折射。由于发生激光射束32从光学密度较高的介质、即在轴锥镜62中例如到空气中的过渡，因此，激光射束32朝向光学轴线被折射。由于轴锥镜62以转动对称的方式构造，因此由此导致，在轴锥镜62的整个直径上发生激光射束的朝向光学轴线624的折射。出于基本的三角学考虑，最终得出，通过入射的激光射束320的折射角γ和直径D给定如下区的长度L：在该区中通过轴锥镜62产生人为的强度提高
在图3A和3B中示例性地示出，能够如何借助图1的实施方式来调设在射束成形元件6上的激光射束的直径。
在图3A中，第一透镜81以与空芯光纤4的输出端42具有间距x1的方式布置。在此，第一间距x1相应于第一透镜81的第一焦距f1。由此，从空芯光纤4出发的、发散的激光射束32变形成平行的激光射束32。在此，在射束成形元件6上的激光射束32的直径D由空芯光纤4的激光射束的发散角α和第一透镜81的焦距f1得出。
在图3B中，第一透镜81通过另外的第一透镜81‘替代。另外的第一透镜81‘具有另外的第一焦距f1‘。为了由空芯光纤4的发散的激光射束32成形平行的激光射束32，另外的第一透镜必须以另外的第一间距x1‘布置在空芯光纤4的输出端42的后方。由于在空芯光纤4的输出端42的后方的激光射束的发散度与透镜的焦距无关，因此，通过不同的间距x1、x1‘产生在第一透镜81‘上的激光射束32的不同的直径D‘。由于激光射束32在穿过第一透镜81‘之后平行地延伸，因此，在射束成形元件6上的激光射束32的直径D‘相应于在第一透镜81‘上的激光射束32的直径D‘。
通过在射束成形元件6上的激光射束32的直径D、D‘的改变，来改变经拉长的焦点区322的长度L。
在图4中示出系统1的第二实施方式。在此，在射束传播方向上在空芯光纤4的输出端42的后方布置有透镜设备8，该透镜设备包括两个透镜81、82。不仅以与空芯光纤4的输出端42具有第一间距x1的方式布置的第一透镜81的间距，而且以与第一透镜81具有第二间距x2的方式布置的第二透镜82的间距，可以被改变。
在这种情况下，第一透镜81具有如下任务：匹配从空芯光纤4的输出端42出射的激光射束32的发散角α。尤其是，可以在第一透镜81之后改变激光射束32的发散角α，其方式是，调整与空芯光纤4的输出端42的第一间距x1。在所述情况下，第二透镜82以与第一透镜81具有间距x2的方式布置，使得第二透镜82的焦点与如下点重合：激光射束32从第二透镜82的角度表观地来源于该点。由此，尤其相对于第一透镜81的位置在第二透镜82之后实现激光射束32的准直。
在图5A、5B、5C中示出第二实施方式的不同场景。
在图5A中，来自空芯光纤4的输出端42的激光射束32在间距x1之后入射到透镜设备8的第一透镜81上，其中，第一透镜81是散射透镜。散射透镜实现，激光射束32的发散角α增大。由此，在较短的间距x2之后在透镜设备8的第二透镜82上实现激光射束的较大的直径D。由此尤其可能的是，激光射束32在较短的总间距xG之后已经是经准直的，使得可以总体上减小系统的光学结构长度(未示出)。在此，第二透镜82以与第一透镜81具有间距x2的方式布置，其中，间距x2不等于焦距F2。尤其是，如此选择间距x2，使得透镜82的焦点与如下点重合：激光射束32从第二透镜82的角度表观地在该点上产生。该点可以尤其位于散射透镜81与空芯光纤4的输出端42之间。
在图5B中在如下例子中示出第二实施方式：在该例子中，透镜设备8的两个透镜81、82是会聚透镜，所述会聚透镜典型地缩小激光射束的发散角α。尤其是，第一透镜81以与空芯光纤4的输出端42具有间距x1的方式布置，其中，第二透镜82以与第一透镜81具有间距x2的方式布置。第一透镜81在此不对激光射束32进行准直。通过第二透镜82才进行激光射束32的准直。由此尤其可能的是，准确地调设在射束成形元件6上的激光射束32的直径D。
在图5C中示出如下状况：在该状况中，透镜设备8的第一透镜81以比图5B中小的间距x1’布置在空芯光纤4的输出端42的后方。由于间距x1以及x1’不同，因此，在第一透镜81、81‘上的所产生的射束直径D、D‘不同。第二透镜82、82‘相应地对激光射束32进行准直。因此，在图5B和5C中，通过第一和第二透镜81、82的不同的光照，产生在射束成形元件6上的不同的射束直径D、D‘。
在图6中示出第三实施方式，在该第三实施方式中，射束成形元件6具有另外的光学成像特性。尤其是，在该实施方式中示出轴锥镜62，该轴锥镜具有至少区段式的、球形的背侧622。换言之，射束成形元件6也具有呈球形的背侧622的形式的透镜设备8。
在该实施方式中，空芯光纤4的输出端42与射束成形元件6之间的总间距xG可以被改变，以便调设在射束成形元件6上的激光射束32的射束直径D。在此，射束直径D尤其直接通过空芯光纤4的发散角α和总间距xG给定。该轴锥镜的区段式地、球形地构造的背侧622例如具有如下任务：至少部分地对激光射束32进行准直，或者将激光射束32偏转到适合的轨道中，使得接下来的聚焦光学器件7可以将激光射束320相应地引入到材料2中。
在图7中示出例如来自图6的具有区段式的、球形的背侧622的实施例的轴锥镜62的示意性详细绘图。激光射束32以发散角α入射到轴锥镜62的球形的背侧622上。球形的背侧622能够以适合的间距xG在轴锥镜的介质中实现激光射束32的准直，使得在轴锥镜62的光学轴线624上产生经拉长的焦点区322。
如果轴锥镜62不应当以间距x1布置，使得射束在轴锥镜62中不平行地延伸，则可以借助相应的聚焦光学器件7补偿激光射束320的发散度。
为了构造光学成像特性，替代地或者附加地，轴锥镜62可以具有在表面上的在此未示出的衍射微结构和/或在轴锥镜62的体积中的在此未示出的衍射微结构，该表面例如是轴锥镜62的逆着射束传播方向取向的背侧622。借助该衍射微结构，可以例如实现在上文在轴锥镜62的球形地成形的背侧622方面提到的效应，并且替代球形的背侧地，可以例如在如图2所示的平坦的背侧622上设置该衍射微结构。
在图8中示出第四实施方式，在该第四实施方式中，第一透镜62的第一间距x1是固定的，射束成形元件6与空芯光纤4的输出端42之间的总间距xG可以被调设。
激光射束32以发散角α入射到第一透镜81上。在此，第一透镜81可以例如是会聚透镜，该会聚透镜至少部分地对激光射束32进行准直。换言之，例如如果发散角α对于相应的构造而言过大，则可以几乎执行对发散的激光射束32的“预准直”。因此，通过第一透镜81与射束成形元件6之间的间距，可以改变在射束成形元件6上的激光射束32的直径D并且因此改变焦点区的长度L。
在图9中示出第五实施方式，在该第五实施方式中，透镜设备8仅包括第一透镜81，该第一透镜以与空芯光纤4的输出端42具有能够调设的间距x1的方式布置。射束成形元件6与空芯光纤4的输出端42之间的总间距xG在该实施方式中是固定的。与此相应地，可以通过下述方式来调设在射束成形元件6上的激光射束32的直径D：第一透镜81在射束成形元件与空芯光纤4的输出端42之间运动。由此可能的是，调整在射束成形元件6上的激光射束32的直径D。在射束成形元件6之后射束32的保留的剩余发散度可以通过聚焦光学器件7的适合的布置来补偿。
在所示出的所有实施方案中，在射束路径中在轴锥镜之后可以布置另外的光学元件，例如滤波器、遮光板、分束器、楔形板、双折射透镜。另外，随后的望远镜的在附图中示出的第一透镜也可以集成到轴锥镜中。
在图10A中示出准非衍射激光射束320的强度曲线。尤其是，准非衍射射束320是贝塞尔-高斯射束。在xy平面中的横向焦点区中，贝塞尔-高斯射束具有径向对称性，使得激光射束的强度只取决于与光学轴线的间距。
在图10B中示出沿着射束传播方向的纵向焦点区。焦点区322在射束传播方向上拉长并且大约是3mm。因此，焦点区322在传播方向上明显大于xy平面中的横向的焦点区。
在图10C中，与图10A类似地，示出准非衍射射束，该准非衍射射束的横向焦点区是非径向对称的。尤其是，横向焦点区表观地在y方向上拉伸，几乎呈椭圆形，使得在此存在横向焦点区的长主轴和短主轴，在所示出的例子中，长主轴具有大约3μm的延展尺度。
在图10D中示出准非衍射射束的纵向焦点区的在xy平面中的横截面。焦点区沿着z轴的延展尺度大约为3mm。与此相应地，准非衍射射束也具有在射束传播方向上拉长的焦点区322。
只要可用，在实施例中示出的所有单个的特征可以在不脱离本发明的范围的情况下彼此组合和/或互换。
附图标记列表
1 系统
2 材料
3 激光器
30 激光脉冲
32 激光射束
320 非衍射射束
322 经拉长的焦点区域
4 空芯光纤
40 空芯光纤的输入端
41 耦合输入光学器件
42 空芯光纤的输出端
6 射束成形元件
62 轴锥镜
620 侧表面
622 背侧
624 光学轴线
7 聚焦光学器件
8 透镜设备
81 第一透镜
82 第二透镜
83 另外的透镜
9 分束器光学器件
α 发散角
x1 第一间距
x2 第二间距
xG 总间距
L 焦点区的长度
D 激光射束的直径
d 焦点区的直径
f1 第一焦距
f2 第二焦距

Claims (15)

1.一种用于借助超短脉冲激光器(3)的超短激光脉冲加工材料(2)的系统(1)，所述系统包括：
超短脉冲激光器(3)，所述超短脉冲激光器用于产生超短激光脉冲并且用于提供激光射束(32)，
空芯光纤(4)，所述空芯光纤设立用于将所述激光射束(32)传输至所述空芯光纤(4)的输出端(42)，
耦合输入光学器件(41)，所述耦合输入光学器件设立用于将所述激光射束(32)耦合输入到所述空芯光纤(4)的输入端(40)中，
其中，所述空芯光纤(4)的输出端(42)设立用于，将所述激光射束(32)以发散角(α)从所述空芯光纤(4)中耦合输出，
其中，设置有透镜设备(8)、射束成形元件(6)和聚焦光学器件(7)，从所述空芯光纤(4)中耦合输出的激光射束(32)以所述发散角(α)照射到所述透镜设备上，从所述透镜设备(8)中出射的激光射束(32)照射到所述射束成形元件上，
其中，所述透镜设备(8)设立用于，匹配耦合输出的激光射束(32)的发散角(α)，用以匹配在所述射束成形元件(6)上的激光射束(32)的射束直径(D)，
其中，所述射束成形元件(6)设立用于，在所述聚焦光学器件(7)的前方或者后方给所述激光射束(32)施加准非衍射射束形状，所述准非衍射射束形状具有在射束传播方向上拉长的焦点区(322)，
其中，所述聚焦光学器件(7)设立用于，调设所述焦点区(322)到所述材料(2)中或者到所述材料上的引入深度。
2.根据权利要求1所述的系统(1)，其特征在于，所述空芯光纤(4)的输出端(42)至所述射束成形元件(6)的总间距(xG)能够被调设，以便调设所述射束成形元件(6)的输入端的光照并且因此调设在射束传播方向上拉长的焦点区(322)的长度(L)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述激光脉冲的持续时间在0.01ps与100ps之间。
4.根据上述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述射束成形元件(6)是轴锥镜(62)或者衍射光学元件，其中，在射束传播方向上拉长的激光焦点区(322)的长度(L)通过在所述射束成形元件(6)的输入端上的激光射束(32)的直径(D)来确定。
5.根据上述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述射束成形元件(6)附加地构造所述透镜设备(8)的至少一部分，优选地具有至少区段式地、球形地成形的且逆着所述射束传播方向取向的侧(622)和/或在逆着所述射束传播方向取向的侧(622)上的衍射微结构和/或在所述射束成形元件(6)的体积中的衍射微结构，以便影响所述激光射束(32)在穿过所述射束成形元件(6)时的发散角(α)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述透镜设备(8)设立用于，调设耦合输出的激光射束(32)的发散角(α)，其中，所述透镜设备(8)在所述空芯光纤(4)的输出端(42)与所述射束成形元件(6)的输入端之间以第一间距(x1)布置，并且其中，所述透镜设备(8)包括第一透镜(81)，其中，所述第一透镜(81)具有第一焦距(f1)并且所述第一透镜(81)以与所述空芯光纤(4)的输出端(42)具有第一间距(x1)的方式定位，其中，所述第一间距(x1)是固定的或者能够被调设。
7.根据权利要求6所述的系统(1)，其特征在于，所述第一透镜(81)是散射透镜。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的系统(1)，其特征在于，在射束方向上在所述第一透镜(81)的后方布置有分束器光学器件(9)，所述分束器光学器件设立用于，将所述激光射束(32‘)的一部分从所述射束方向偏转。
9.根据权利要求8所述的系统(1)，其特征在于，所述激光射束(32)的经偏转的射束部分(32‘)被提供给另外的射束成形元件(6‘)和另外的聚焦光学器件(7‘)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述透镜设备(7)附加地具有第二透镜(82)，所述第二透镜(82)在射束方向上在所述第一透镜(81)的后方以与所述第一透镜(1/8)具有第二间距(x2)的方式定位，其中，所述第二间距是固定的或者能够被调设。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述第一间距(x1)是固定的，所述第一间距(x1)等于所述第一焦距(f1)并且由此由所述第一透镜(81)对所述激光射束(32)进行准直，为了调设在所述射束成形元件(6)上的激光射束(32)的直径(D)，将所述第一透镜(81)更换为具有另外的第一焦距(f1‘)的另外的第一透镜(81‘)，其中，所述另外的第一透镜(81‘)以另外的第一间距(x1‘)布置在所述空芯光纤(4)的输出端(42)的前方并且所述另外的第一间距(x1‘)等于所述另外的第一焦距(f1‘)，并且由此由所述另外的第一透镜(81‘)对所述激光射束(32)进行准直。
12.根据权利要求11所述的系统(1)，其特征在于，所述第一间距(x1)能够被调设并且通过调设所述第一间距(x1)来调设来自所述空芯光纤(4)的激光射束(32)的发散角(α)，其中，所述第二间距(x2)能够被调设并且被如此调设，使得所述第二透镜(82)的焦点与如下点重合：具有经调设的发散角的激光射束(32)表观地来源于所述点，所述第二透镜(82)设立用于，对发散的激光射束(32)进行准直，其中，通过调设所述第一间距(x1)和所述第二间距(x2)来调设在所述射束成形元件(6)上的激光射束(32)的直径(D)。
13.根据权利要求5所述的系统(1)，其特征在于，所述总间距(xG)能够被调设，并且通过调设所述总间距(xG)来调设在所述射束成形元件(6)上的激光射束(32)的直径(D)。
14.根据权利要求6至10中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述第一间距(x1)是固定的，所述总间距(xG)能够被调设，其中，通过调设所述总间距(xG)来调设在所述射束成形元件(6)上的激光射束(32)的直径(D)。
15.根据权利要求6至10中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述第一间距(x1)能够被调设，所述总间距(xG)是固定的，其中，通过调设所述第一间距(x1)来调设在所述射束成形元件(6)上的激光射束(32)的直径(D)。
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