CN116829295A - 用于对工件进行激光加工的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对工件进行激光加工(104)的设备，该工件具有对该激光加工透明的材料(102)，该设备包括第一射束整形装置(106)和聚焦光学器件(116)，该第一射束整形装置具有分束元件(112)，用于将输入耦合到第一射束整形装置(106)中的第一输入射束(108)分成多个子射束(114)，该聚焦光学器件被分配给第一射束整形装置(106)并用于将从第一射束整形装置(106)耦合输出的子射束(114)成像到至少一个聚焦区(122)中，其中，借助于分束元件(112)通过对第一输入射束(108)进行相位施加来对第一输入射束(108)进行分束，其中，所述子射束(114)被聚焦到至少一个聚焦区(122)的不同部分区域(120)中，以形成该至少一个聚焦区(122)，其中，该至少一个聚焦区(122)借助于聚焦光学器件(116)以相对于工件(104)的外侧(144；146)的至少一个调整角(α)引入该材料(102)中，以对工件进行激光加工(104)，并且其中，通过借助至少一个聚焦区(122)加载该材料(102)来在该材料(102)中产生与该材料(102)的折射率变化相关联的材料修改(156)。

Description

用于对工件进行激光加工的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于对工件进行激光加工的设备，该工件具有对激光加工透明的材料。

本发明还涉及一种用于对工件进行激光加工的方法，该工件具有对激光加工透明的材料。

背景技术

US2020/0147729 A1披露了一种用于借助激光束在玻璃衬底上形成倒角的边缘区域的方法，其中通过匹配激光束的轴向能量分布来匹配倒角的边缘区域的形状。

本发明基于的目的是提供一种如本文开头所阐述的设备和一种如本文开头所阐述的方法，该设备和该方法可以以多种方式灵活地使用，并且借助该设备和该方法，尤其是，可以以技术上简单的方式实现沿不同的加工几何形状对工件进行激光加工。

发明内容

在本文开头所阐述的设备的情况下，根据本发明，该目的借助以下设备来实现，该设备包括第一射束整形装置和聚焦光学器件，该第一射束整形装置具有分束元件，用于将输入耦合到第一射束整形装置中的第一输入射束分束成多个子射束，该聚焦光学器件被分配给第一射束整形装置并用于将从第一射束整形装置输出耦合的子射束成像到至少一个聚焦区中，其中，借助分束元件通过对第一输入射束进行相位施加来对第一输入射束进行分束，其中，这些子射束被聚焦到至少一个聚焦区的不同部分区域中，以形成至少一个聚焦区，其中，至少一个聚焦区借助聚焦光学器件以相对于工件的外侧的至少一个调整角(Anstellwinkel)引入材料中，以对工件进行激光加工，并且其中，通过借助至少一个聚焦区加载材料来在材料中产生与材料的折射率变化相关联的材料修改(Materialmodifikation)。

通过借助分束元件基于相位施加来对第一输入射束进行分束并且通过随后对所形成的子射束进行聚焦，可以以技术上简单的方式形成具有不同几何形状的至少一个聚焦区。结果，至少一个聚焦区尤其是可以由不同的部分形成，这些部分各自具有不同的几何形状和/或不同的调整角。因此，可以以技术上简单的方式实现以不同的加工几何形状对工件进行激光加工。

在根据本发明的解决方案的情况下，尤其是，至少一个聚焦区可以以调整角被引入到材料中，而这不需要关于工件调整光学器件。

尤其是，与材料的折射率的变化相关联的材料修改应当被理解为是指材料修改伴随着材料的折射率的变化和/或当形成材料修改时，存在材料的折射率的变化。

尤其是，分束元件形成为衍射分束元件和/或3维分束元件。分束元件优选地在第一输入射束的射束截面上实现相位施加。

尤其是，借助分束元件通过对第一输入射束的相位的纯相位操纵来对第一输入射束进行分束。尤其是，借助分束元件实现的对第一输入射束的相位施加是可变地可调节的和/或可限定的。

尤其是，可以设置，至少一个聚焦区具有多个聚焦分布和/或由多个聚焦分布形成。举例来说，聚焦分布布置在聚焦区的不同部分区域中。

聚焦区的相应聚焦分布布置在聚焦区中，特别是彼此相距一定距离。然而，相应聚焦分布可以至少部分地在空间上重叠。

尤其是，至少一个聚焦区在平面中延伸。形成至少一个聚焦区的聚焦分布优选地布置在平面中。尤其是，该平面垂直于进给方向取向，在该进给方向上，至少一个聚焦区相对于工件移动，以对工件进行激光加工。

尤其是，借助分束元件施加的相位分布的透镜分量和/或光栅分量被分配给至少一个聚焦区的每个聚焦分布。尤其是，所施加的相位分布包括多个叠加的透镜分量和/或光栅分量，其中至少一个聚焦区的每个聚焦分布被分配有透镜分量和/或光栅分量。结果，可以将聚焦区的具有空间偏移的不同聚焦分布布置在垂直于进给方向取向的平面中，在该进给方向上，聚焦区相对于工件移动，以对工件进行激光加工。

举例来说，第一射束整形装置构造为远场射束整形元件或者包括一个或多个远场射束整形元件。举例来说，至少一个聚焦区是通过借助聚焦光学器件将从第一射束整形装置输出耦合的子射束聚焦到聚焦区的相应部分区域中而形成的。

举例来说，聚焦光学器件构造为显微镜物镜或透镜元件。

在一种实施方式中，可以设置，第一射束整形装置可围绕平行于第一输入射束的主传播方向的轴线旋转或者围绕平行于第一输入射束的主传播方向的轴线旋转。结果，可以例如围绕垂直于进给方向取向的旋转轴旋转至少一个聚焦区，在该进给方向上，至少一个聚焦区相对于工件移动，以对工件进行激光加工。

可以设置，聚焦光学器件被集成到第一射束整形装置中和/或聚焦光学器件为第一射束整形装置的一部分和/或聚焦光学器件的功能被集成到第一射束整形装置中。

尤其是，工件的材料由对形成至少一个聚焦区的激光束透明的材料制成。

透明材料应当被理解为特别是指形成至少一个聚焦区的激光束的至少70％、并且特别是至少80％、并且特别是至少90％的激光能量透射穿过的材料。

尤其是，第一输入射束是输入耦合到第一射束整形装置和/或分束元件中的第一输入射束。

尤其是，可以设置，借助至少一个聚焦区在材料中产生的材料修改是I型和/或II型修改。结果，在激光加工期间在工件的材料中产生伴随材料的折射率变化的材料修改。尤其是，可以在这些材料修改处执行材料的分离。

在一种实施方式中，设备包括第二射束整形装置，该第二射束整形装置用于对输入耦合到第一射束整形装置中的第一输入射束进行射束整形，其中，借助第二射束整形装置通过对入射在第二射束整形装置上的第二输入射束进行相位施加来将具有限定的几何形状和/或具有限定的强度轮廓的聚焦分布分配给第一输入射束，使得通过借助聚焦光学器件将从第一射束整形装置输出耦合的子射束聚焦到聚焦区的不同部分区域中，分别形成基于该几何形状和/或基于该强度轮廓的聚焦分布。由此，可以匹配形成至少一个聚焦区的聚焦分布的几何形状。结果，可以使设备灵活且多方面使用。

尤其是，第二射束整形装置相对于由设备引导的激光束的主传播方向布置在第一射束整形装置前方。

尤其是，第二输入射束为第二射束整形装置的输入射束。举例来说，第二输入射束是由设备的激光源提供的特别是具有高斯射束轮廓的激光束。

尤其是，第一输入射束是从第二射束整形装置输出耦合的射束和/或借助第二射束整形装置提供的射束。

尤其是，第二射束整形装置对分配给输入耦合到第二射束整形装置中的第二输入射束的聚焦分布进行修改和/或匹配。尤其是，借助第二射束整形装置所修改和/或匹配的聚焦分布被分配给借助第二射束整形装置提供的第一输入射束。

在一种实施方式中，可以设置，第二射束整形装置可围绕平行于第二输入射束的主传播方向的轴线旋转或者围绕平行于第二输入射束的主传播方向的轴线旋转。结果，可以例如围绕垂直于进给方向取向的旋转轴旋转至少一个聚焦区，在该进给方向上，至少一个聚焦区相对于工件移动，以对工件进行激光加工。

尤其是，可以设置，第二输入射束上的相位施加使得聚焦分布关于所分配的主延伸方向具有长形形状(langgezogene Form)，和/或第二输入射束上的相位施加使得聚焦分布具有准非衍射强度轮廓和/或类贝塞尔强度轮廓。结果，至少一个聚焦区可以例如由具有长形形状的多个聚焦分布来构建。结果，特别是可以形成对应的长形和/或线状材料修改，其结果是例如能够改进用于材料分离的蚀刻液体的引入。

第二射束整形装置是或者包括用于尤其是实施相位施加的射束整形元件，例如衍射光学元件和/或轴锥元件。

尤其是，具有长形形状的聚焦分布的主延伸方向与进给方向斜着(quer)、并且尤其是垂直于进给方向取向，在该进给方向上，至少一个聚焦区相对于工件移动，以对工件进行激光加工。

可以有利的是，第二输入射束上的相位施加使得聚焦分布关于所分配的主延伸方向具有以下强度轮廓：该强度轮廓从强度轮廓的强度最大值处的最大强度开始比高斯强度轮廓的情况快地、为约3倍地下降到最大强度的1/e²倍，和/或，第二输入射束上的相位施加使得聚焦分布具有突然自聚焦射束的形状和/或强度轮廓。由于这些聚焦分布的强度快速下降，因此材料加工更加精确，对被加工材料的损坏减少。结果，可以尤其是借助特别平坦和/或光滑的边缘来分离材料。

举例来说，强度从最大强度到最大强度的1/e²倍的下降比高斯强度轮廓的情况快，为至少2.5倍和/或最高3.5倍。

尤其是，在主延伸方向上从强度最大值开始，强度轮廓具有强度下降边沿()，在该强度下降边沿上形成强度下降。尤其是，在强度下降侧翼之后在主延伸方向上强度轮廓的强度低于最大强度的1/e²倍的值。

优选地，当对工件进行激光加工时，强度下降边沿面向好件部段(Gutstücksegment)。结果，特别是可以在材料分离的范围内实现特别光滑的切削边缘。

前述强度最大值特别是强度轮廓的主最大值和/或全局最大值。尤其是，强度轮廓具有一个或多个次最大值，该一个或多个次最大值与主延伸方向相反地邻接强度最大值。尤其是，次最大值的相应最大强度随着距主最大值的距离增加而减小。

尤其是，当对工件进行激光加工时，次最大值位于残余工件部段和/或边角料部段(Verschnittsegment)中。结果，可以在残余工件部段和/或边角料部段中形成例如促进用于材料分离的蚀刻侵蚀的裂纹和/或通道。

尤其是，这些聚焦分布的主延伸方向平行于或近似平行于第二输入射束的主传播方向取向。

可以设置，聚焦分布的中间图像借助第二射束整形装置形成，其中尤其是，聚焦分布的中间图像关于第二输入射束的主传播方向布置在第一射束整形装置前方。

第二射束整形装置尤其是构造为近场射束整形装置，也就是说，特别是借助第二射束整形装置将聚焦分布成像为中间图像。

尤其是，借助第二射束整形装置形成的中间图像是分配给输入耦合到第一射束整形装置中的第一输入射束的聚焦分布的图像表示。

在一种实施方式中，该设备包括分配给第二射束整形装置的远场光学器件，其中，远场光学器件用于将从第二射束整形装置输出耦合的输出射束远场聚焦到远场光学器件的焦平面中，并且其中，尤其是第一射束整形装置布置在该焦平面的区域中。

尤其是，从远场光学器件输出耦合的输出射束于是对应于要输入耦合到第一射束整形装置中的第一输入射束。

焦平面的区域尤其是应当被理解为是指围绕焦平面延伸的区域，该区域尤其是距焦平面的最大距离为远场光学器件的焦距的10％。

尤其是，可以设置，借助远场光学器件，将借助第二射束整形装置形成的聚焦分布的中间图像远场聚焦到焦平面中。

尤其是，借助远场光学器件实现：借助第二射束整形装置产生的中间图像和/或借助第二射束整形装置产生的聚焦分布的傅立叶变换。

可以设置，远场光学器件被集成到第二射束整形装置中和/或远场光学器件为第二射束整形装置的一部分和/或远场光学器件的功能被集成到第二射束整形装置中。

尤其是，第一输入射束的横向强度分布在焦平面中具有环结构和/或环部段结构。

可以设置，远场光学器件和聚焦光学器件形成望远镜装置，和/或远场光学器件和聚焦光学器件具有共同焦平面，其中第一射束整形装置布置在该共同焦平面的区域中。

尤其是，远场光学器件的焦距大于聚焦光学器件的焦距。

尤其是，可以设置，为第一输入射束分配具有限定的几何形状和/或具有限定的强度轮廓的聚焦分布，其中，该几何形状和/或该强度轮廓也分配给从第一射束整形装置输出耦合的子射束，和/或其中，通过借助聚焦光学器件将从第一射束整形装置输出耦合的子射束聚焦到至少一个聚焦区的不同部分区域中，分别形成基于该几何形状和/或基于该强度轮廓的聚焦分布。结果，至少一个聚焦区尤其是可以由具有限定的几何形状的相互间隔开和/或相邻的聚焦分布构建。进一步地，这例如导致：基于借助分束元件进行分束，通过将聚焦分布彼此连接(Aneinanderreihung)作为近似相同的副本，形成至少一个聚焦区。

将限定的几何形状和/或限定的强度轮廓分配给第一输入射束例如借助提供第一输入射束的激光源来实现。替代性地，借助上述第二射束整形装置来实现该分配。

在一种实施方式中，入射在分束元件上和/或第一射束整形装置上的第一输入射束具有高斯强度轮廓，例如如果其直接源自激光源的话。结果，至少一个聚焦区于是例如由具有高斯形状和/或高斯强度轮廓的多个相邻“焦点”构建和/或形成。

可以有利的是，第一射束整形装置包括用于修改分配给第一输入射束的聚焦分布的射束整形元件，其中，借助射束整形元件，对成像到至少一个聚焦区中的聚焦分布的几何形状和/或强度轮廓在垂直于进给方向取向的截面平面中进行修改和/或定向，在该进给方向上，至少一个聚焦区相对于工件移动以对工件进行激光加工，和/或其中，借助射束整形元件，对成像到至少一个聚焦区中的该聚焦分布的几何形状和/或强度轮廓在平行于进给方向取向的截面平面中进行修改和/或定向，在该进给方向上，至少一个聚焦区相对于工件移动以对工件进行激光加工。

尤其是，平行于进给方向取向的截面平面垂直于形成聚焦分布的射束的主传播方向取向。

借助第一射束整形装置的射束整形元件，尤其是在第一射束整形装置内和/或借助第一射束整形装置对输入耦合到第一射束整形装置中的输入射束进行修改。

尤其是，射束整形元件是或者包括衍射或折射射束整形元件，和/或射束整形元件是或者包括衍射场映射器。尤其是，射束整形元件可以用于将限定的波前像差施加到输入耦合到射束整形元件中的输入射束上。

尤其是，射束整形元件被配置成，使得给从第一射束整形装置输出耦合的子射束分配借助射束整形元件修改的聚焦分布，使得，通过借助聚焦光学器件将从第一射束整形装置输出耦合的子射束聚焦到聚焦区的不同部分区域中，分别形成具有该修改的几何形状和/或具有该修改的强度轮廓的聚焦分布。

尤其是，该修改的形状和/或该修改的强度分布基于分配给第一输入射束的原始形状和/或原始强度轮廓。尤其是，修改的形状和/或修改的强度分布应当被理解为是指修改基于原始形状和/或原始强度轮廓的改变。

可以有利的是，聚焦分布的几何形状和/或强度轮廓的主延伸方向的定向借助射束整形元件在垂直于进给方向取向的截面平面中被调节或能够调节，并且尤其是，该定向如此调节，使得主延伸方向平行于或近似平行于聚焦区的对应的局部延伸方向取向。举例来说，由此可以实现在工件的材料中形成材料修改，这些材料修改近似平行于聚焦区的局部延伸方向取向。尤其是，这实现材料的优化分离。

还可以设置，聚焦分布的几何形状和/或强度轮廓的主延伸方向的定向以这样的方式实现，使得主延伸方向与对应的局部延伸方向斜着取向。举例来说，主延伸方向包括与局部延伸方向成至少1°和/或至多90°的最小角度。结果，聚焦分布至少部分地位于例如在对工件进行激光加工期间产生的残余工件部段和/或边角料部段中。结果，例如在残余工件部段和/或边角料部段中形成促进用于材料分离的蚀刻侵蚀的材料修改和/或通道。

作为原则问题，另外还可以借助射束整形元件以这样的方式修改在垂直于进给方向取向的截面平面中的聚焦分布，使得所述聚焦分布在垂直于进给方向的该截面平面中具有主延伸方向。

可以设置，借助射束整形元件以这样的方式修改在垂直于进给方向取向的截面平面中的聚焦分布，使得所述聚焦分布具有弯曲的纵向中心轴线。

可以有利的是，借助射束整形元件在平行于进给方向取向的截面平面中实现聚焦分布的强度轮廓的这种修改，使得强度轮廓具有至少一个优选方向，其中，尤其是至少一个优选方向平行于进给方向、或与进给方向斜着、或垂直于进给方向取向。结果，特别是可以控制和/或优化激光加工期间工件的材料中的材料修改的形成。例如，这使得能够改进蚀刻液体的引入以用于材料分离目的。

尤其是，至少一个优选方向和进给方向位于共同平面内。

举例来说，借助射束整形元件在平行于进给方向的平面中将聚焦分布的强度轮廓例如椭圆形地或者以矩形或正方形方式形成。

举例来说，椭圆的长半轴应当被理解为是指构造为椭圆的聚焦分布的优选方向。

举例来说，构造为椭圆的聚焦分布的优选方向平行于或近似平行于进给方向取向。

构造为正方形或矩形的聚焦分布具有例如两个优选方向，这两个优选方向各自平行于正方形的两个相对点的连接方向取向。举例来说，优选方向之一平行于进给方向取向，而另一个垂直于进给方向取向。

可以有利的是，聚焦分布在平行于进给方向取向的截面平面中的至少一个优选方向的定向是可调节的或借助第一射束整形装置的射束整形元件来调节。结果，特别是可以控制和/或优化激光加工期间工件的材料中的材料修改的形成。

尤其是，可以设置，至少一个聚焦区的至少一个调整角为至少1°和/或至多90°。优选地，至少一个调整角为至少10°。

调整角应当被理解为特别是指分配给至少一个聚焦区的局部延伸方向与工件的外侧之间的最小角度。举例来说，至少一个聚焦区通过该外侧被输入耦合和/或引入到工件的材料中。

可以设置，至少一个聚焦区具有不同的部分，这些不同的部分具有不同的局部延伸方向和/或调整角。

可以有利的是，第一射束整形装置包括偏振分束元件，该偏振分束元件被配置成使得从第一射束整形装置输出耦合的子射束各自具有至少两种不同偏振状态之一，其中，具有不同偏振状态的子射束借助聚焦光学器件聚焦到至少一个聚焦区的相邻的部分区域中。结果，可以通过将具有不同偏振状态的焦点和/或聚焦分布彼此连接来形成至少一个聚焦区。

具有不同偏振状态的焦点和/或聚焦分布特别是由相互不相干的子射束形成。结果，焦点和/或聚焦分布可以以彼此相距特别小的距离布置和/或彼此连接。

借助偏振分束元件尤其是将输入耦合到偏振分束元件中的射束分束成多个偏振子射束，该多个偏振子射束各自具有至少两种不同偏振状态之一。

举例来说，偏振分束元件包括双折射楔形元件和/或双折射透镜元件。例如，这允许在借助聚焦光学器件聚焦子射束之前产生具有不同偏振状态的子射束的方向偏移和/或角度偏移。结果，具有不同偏振状态的子射束可以被成像到至少一个聚焦区的在空间上不同的部分区域中。

尤其是，不同偏振状态应当被理解为是指不同的线性偏振状态。

举例来说，偏振分束器元件包括用于偏振分束目的的石英晶体。

根据本发明，在本文开头所阐述的方法中规定，第一射束整形装置的分束元件用于将入射在分束元件上的第一输入射束分束成多个子射束，并且从第一射束整形装置输出耦合的子射束借助分配给第一射束整形装置的聚焦光学器件被聚焦到至少一个聚焦区中，其中，借助分束元件通过对第一输入射束进行相位施加来对第一输入射束进行分束，其中，子射束被聚焦到至少一个聚焦区的不同部分区域中，以形成至少一个聚焦区，其中，至少一个聚焦区借助聚焦光学器件以相对于工件的外侧的至少一个调整角引入材料中，以对工件进行激光加工，并且其中，通过借助至少一个聚焦区加载材料来在材料中产生与材料的折射率变化相关联的材料修改。

根据本发明的方法尤其是具有根据本发明的设备的一个或多个特征和/或优点。

尤其是，根据本发明的方法可借助根据本发明的设备来实现。尤其是，根据本发明的设备执行根据本发明的方法。

尤其是，可以设置，至少一个聚焦区在进给方向上相对于工件的材料移动，以对工件进行激光加工。尤其是，材料与至少一个聚焦区之间的在进给方向上取向的相对速度是设定的或者是可调节的。

尤其是，可以设置，通过至少一个聚焦区相对于工件的相对移动，沿着加工线和/或加工表面在工件的材料中形成材料修改。尤其是，结果可以沿着加工线和/或加工表面分离工件。

可以有利的是，可通过施加热载荷和/或机械应力和/或通过借助至少一种湿化学溶液进行蚀刻将工件的材料沿着加工线和/或加工表面分离。举例来说，蚀刻是在超声波辅助蚀刻浴中实现的。

尤其是，根据本发明的设备和/或根据本发明的方法具有下述特征中的一个或多个特征：

可以设置，至少一个聚焦区在工件的两个不同和/或相对置的外侧之间延伸，并且特别是连续地延伸。举例来说，这些外侧彼此平行或彼此斜着取向。举例来说，结果可以将工件分离成两个不同的部段，或者可以出于边缘加工的目的将部段与工件分离。结果，例如可以对边缘区域进行斜切或倒角。

尤其是，可以设置，至少一个聚焦区具有以这样的方式布置的聚焦分布，使得在要与工件分离的边角料部段和/或残余工件部段中形成材料修改。举例来说，材料修改形成用于改进用于材料分离的蚀刻流体的引入的通道。

举例来说，至少一个聚焦区的聚焦分布被布置成使得这些至少部分地被布置在对工件进行激光加工期间形成的残余工件部段和/或边角料部段中，或者这些至少部分地突出到在对工件进行激光加工期间形成的残余工件部段中。举例来说，结果可以在残余工件部段和/或边角料部段中形成材料修改和/或通道，这些材料修改和/或通道促进蚀刻液体供应至在激光加工期间形成的材料修改。这使得能够沿着布置有材料修改的加工表面改进材料分离。

出于相同的原因，可以有利的是，至少一个聚焦区的聚焦分布被布置成使得相应聚焦分布的主最大值和/或全局最大值面向在对工件进行激光加工期间产生的好件部段，和/或背离残余工件部段。

举例来说，好件部段应当被理解为是指在分离工件期间产生的有用部段(与残余工件部段和/或边角料部段相比)。

尤其是，聚焦区的形成聚焦区的聚焦分布具有不超过20％的强度波动。

尤其是，该设备包括用于工件的工件安装件，该工件安装件优选地具有非反射和/或强散射表面。

尤其是，可以设置，该设备具有用于提供激光束的激光源，由该激光束可形成、或形成至少一个聚焦区。尤其是，借助激光源提供脉冲激光束和/或超短脉冲激光束。

尤其是，至少一个聚焦区由超短脉冲激光束形成或者借助超短脉冲激光束提供。该超短脉冲激光束尤其是包括超短激光脉冲。

举例来说，可形成或形成至少一个聚焦区的激光束的波长为至少300nm和/或不超过1500nm。例如，波长为515nm或1030nm。

尤其是，可形成或形成至少一个聚焦区的激光束具有至少1W至1kW的平均功率。例如，激光束包括脉冲能量为至少10μJ和/或为至多50mJ的脉冲。可以设置，激光束包括单独的脉冲或脉冲串，其中脉冲串具有2个至20个子脉冲以及特别是约20ns的时间间隔。

可以设置，至少一个聚焦区可围绕垂直于进给方向取向的旋转轴线旋转，在该进给方向上，至少一个聚焦区相对于工件移动，以对工件进行激光加工。结果，例如可以沿着弯曲的加工线和/或加工表面来加工工件。

尤其是，至少一个聚焦区形成用于对工件进行激光加工的在空间上连续的相互作用区域，其中实现材料分离的局部材料修改特别是能够在相互作用区域中形成、特别是通过借助相互作用区域加载工件的材料而形成。尤其是，在相互相邻的材料修改之间存在裂纹形成和/或材料的折射率的变化。

通过超短激光脉冲引入到透明材料中的材料修改细分为三个不同的类别；参见K.Itoh等人的“Ultrafast Processes for Bulk Modification of TransparentMaterials《透明材料本体修改的超快工艺，Ultrafast Processes for BulkModification of Transparent Materials》”MRS Bulletin，第31卷，第620页(2006)：I型是各向同性折射率变化；II型是双折射折射率变化；并且III型是所谓的空隙或空腔。在这方面，所产生的材料修改取决于形成聚焦区的激光束的激光参数(例如脉冲持续时间、波长、脉冲能量和激光束的重复频率)，以及取决于材料特性(比如电子结构和热膨胀系数等其他)，并且还取决于聚焦的数值孔径(NA)。

通过激光脉冲和透明材料的快速再固化，I型类型各向同性折射率变化追溯到局部受限的熔合。例如，如果石英玻璃从较高温度更快速冷却，则石英玻璃具有较高的材料密度和折射率。因此，如果聚焦体积中的材料熔化并且随后快速冷却，则石英玻璃在材料修改区域中具有比在未修改区域中更高的折射率。

II型类型双折射折射率变化可以例如由于超短激光脉冲与由激光脉冲生成的等离子体的电场之间的干涉而产生。该干涉导致电子等离子体密度中的周期性调制，这导致透明材料在固化时的双折射特性，即方向相关的折射率。II型修改例如还伴随着所谓的纳米光栅的形成。

举例来说，III型修改的空隙(空腔)可以在高激光脉冲能量下产生。在这种情况下，空隙的形成归因于高度激发的蒸发材料从聚焦体积到周围材料中的爆炸式膨胀。该过程也称为微爆炸。由于这种膨胀发生在材料块内，因此微爆炸导致不太致密或空芯(空隙)，或亚微米范围或原子范围内的微观缺陷，该空隙或缺陷被致密的材料包封物包围。考虑到在微爆炸的冲击前沿处的压实，在透明材料中产生可能导致裂纹自发形成或可能促进裂纹形成的应力。

尤其是，空隙的形成也可以伴随I型和II型修改。举例来说，I型和II型修改可以在引入的激光脉冲周围的较小应力区域中产生。相应地，如果参考III型修改的引入，则在任何情况下都存在不太致密或空芯或缺陷。举例来说，通过III型修改的微爆炸在蓝宝石中不是产生空腔，而是产生的较低密度的区域。由于在III型修改的情况下产生的材料应力，这种修改此外通常伴随或至少促进裂纹的形成。当引入III型修改时，不能完全抑制或避免I型和II型修改的形成。因此不太可能发现“纯的”III型修改。

在高激光束重复率的情况下，材料不能在脉冲之间完全冷却，使得从脉冲到脉冲引入的热量的累积效应可能影响材料修改。举例来说，激光束重复频率可能高于材料的热扩散时间的倒数，使得由于激光能量的连续吸收而导致的热积累可以在聚焦区中发生，直到达到材料的熔化温度。此外，由于热能向聚焦区周围的区域的热传输，比聚焦区大的区域可以熔合。加热的材料在引入超短激光脉冲之后快速冷却，并且因此高温状态的密度和其他结构特性在材料中冻结。

至少一个聚焦区尤其是包括多个间隔开的和/或相邻的聚焦分布，其中，在相邻的聚焦分布之间聚焦区可以具有中断和/或零点，在所述中断和/或零点上尤其是不存在与材料的相互作用或存在可忽略的相互作用。尤其是，聚焦区的这些中断具有不超过聚焦区的最大延伸和/或最大长度的10％的空间延伸。尤其是，这些中断具有不超过100μm并且特别是不超过50μm的空间延伸。如果存在强度分布相对较大的中断，那么这应该被理解为是指不同的聚焦区。

举例来说，至少一个聚焦区具有在50μm与5000μm之间的总长度。

为了确定至少一个聚焦区的空间尺寸(例如相应的长度和/或相应的直径)，在修改的强度分布中考虑聚焦区，该修改的强度分布仅包含位于特定强度阈值之上的强度值。在这方面，例如，选择强度阈值，使得低于该强度阈值的值具有如此低的强度，使得它们不再与用于形成材料修改的材料相互作用相关。例如，强度阈值是实际强度分布的全局强度最大值的50％。相应聚焦区的长度或相应聚焦区的直径于是应当被理解为，基于修改的强度分布，沿着聚焦区的纵向中心轴线或在垂直于纵向中心轴线取向的平面中的相应聚焦区的最大的延伸长度和/或最大延伸的长度。

尤其是，指示“至少约”和“约”通常应当被理解为是指不超过10％的偏差。除非另有说明，否则指示“至少约”或“约”应当被理解为特别是意指实际的值和/或距离和/或角度与理想的值和/或距离和/或角度偏差不超过10％，和/或实际几何形状与理想几何形状偏差不超过10％。

附图说明

以下对优选实施例的描述用于结合附图更详细地解释本发明，

在附图中：

图1示出了用于对工件进行激光加工的设备的实施例的示意图；

图2示出了用于对工件进行激光加工的设备的另一实施例的示意图；

图3a示出了用于对工件进行激光加工的聚焦区的聚焦分布的实施例的示意截面图；

图3b示出了用于对工件进行激光加工的聚焦区的聚焦分布的另一实施例的示意截面图；

图3c示出了用于对工件进行激光加工的聚焦区的聚焦分布的另一实施例的示意截面图；

图4a示出了被引入到工件的材料中的聚焦区的示例的一部分的示意截面图；

图4b示出了被引入到工件的材料中的聚焦区的另一示例的一部分的示意截面图；

图5示出了从第一外侧到第二外侧完全穿透工件的聚焦区的示意截面图；

图6示出了借助聚焦区在工件的材料中产生的材料修改的示意截面图，其中这些材料修改伴随着材料中的裂纹形成；

图7示出了借助聚焦区在工件的材料中产生的材料修改的示意截面图，其中这些材料修改是借助热积累产生的和/或伴随着材料中的折射率变化；

图8示出了具有多个间隔开的长形聚焦分布的聚焦区的示例的模拟强度分布的截面图；

图9a示出了突然自聚焦激光束的示例的模拟强度分布的截面图；

图9b示出了根据图9a的突然自聚焦激光束沿着该激光束的主延伸方向的强度分布；

图10示出了聚焦区的模拟强度分布的截面图，其具有构造为突然自聚焦射束的多个相互间隔开的聚焦分布；

图11示出了分配给突然自聚焦射束的相位分布的示意图；

图12a、图12c、图12e示出了聚焦区的三个不同实施例的模拟强度分布的截面图，

图12b、图12d、图12f分别示出了分配给根据图12a、图12c和图12e的截面图的相位分布的示意图；

图13a示出了沿着加工线和/或加工表面在工件的材料中产生的材料修改的示意立体图；以及

图13b示出了工件的两个部段的示意图，这两个部段是通过在加工线和/或加工表面处分离工件而形成的。

在所有实施例中，相同或具有等效功能的元件由相同的附图标记表示。

具体实施方式

用于对工件进行激光加工的设备的实施例在图1中示出，且在该图中用100表示。设备100可以用于在工件104的材料102中产生局部材料修改，例如削弱材料的亚微米级或原子级缺陷。在这些材料修改处，工件可以例如被分离成不同的部段，或者部段可以例如在后续步骤中与工件104分离。尤其是，设备100可以用于以一定调整角将材料修改引入到材料102中，使得由于对应部段与工件104分离，工件104的边缘区域可以被斜切或倒角。

设备100包括第一射束整形装置106，第一输入射束108输入耦合到该第一射束整形装置中。举例来说，该第一输入射束108是例如借助激光源110提供和/或从激光源110输出耦合的激光束。尤其是，第一输入射束108应当被理解为是指包括特别是平行行进的多个射线的射线束。

借助激光源110提供的激光束尤其是是脉冲激光束和/或超短脉冲激光束。

第一射束整形装置106包括分束元件112，借助该分束元件，第一输入射束108被分束成多个子射束114和/或分量射线束。在图1所示的示例中，指示了两个相互不同的子射束114a和114b。

例如，第一射束整形装置106和/或分束元件112各自形成为远场射束整形元件。

为了聚焦从第一射束整形装置106输出耦合的子射束114，设备100包括聚焦光学器件116，子射束114输入耦合到该聚焦光学器件中。举例来说，相互不同的子射束114以空间偏移和/或角度偏移入射在聚焦光学器件116上。

举例来说，聚焦光学器件116构造为显微镜物镜或透镜元件。

子射束114借助聚焦光学器件116被聚焦到聚焦区122的不同部分区域120中，这些部分区域被引入到工件104的材料102中以对工件进行激光加工。

举例来说，图1指示了两个不同的部分区域120a和120b，子射束114被聚焦到这两个不同的部分区域中以形成聚焦区122。在此，例如，部分区域120a被分配给子射束114a，并且部分区域120b被分配给子射束114b。

特定的聚焦分布被分配给输入耦合到第一射束整形装置106中的第一输入射束108。该聚焦分布应当被理解为是指在输入耦合到第一射束整形装置106中之前将通过聚焦第一输入射束108而形成的几何形状和/或强度轮廓。

举例来说，例如借助激光源108提供的第一输入射束108具有高斯射束轮廓。在输入耦合到第一射束整形装置106中之前聚焦第一输入射束108将导致在这种情况下形成具有高斯形状和/或高斯强度轮廓的聚焦分布。

尤其是，聚焦分布的形状应当被理解为是指聚焦分布的独特空间形状和/或空间延伸。

输入耦合到第一射束整形装置106中的第一输入射束108借助分束元件112以这样的方式进行分束，使得该聚焦分布同样被分配给子射束114。通过借助聚焦光学器件116将这些子射束114聚焦到聚焦区122的不同部分区域120中来形成相应的聚焦分布124，其中这些聚焦分布124基于分配给第一输入射束108的聚焦分布。

结果，通过将不同的聚焦分布124彼此连接来构建和/或形成聚焦区122。目前，不同的聚焦分布124应当理解为是指在聚焦区122的不同空间位置处的聚焦分布124，其中这些不同的聚焦分布124具有至少近似相同的几何形状和/或相同的几何强度轮廓。

不同的聚焦分布124彼此相距一定距离地布置在聚焦区122中。原则上，相互相邻的不同聚焦分布124可以在空间上重叠。

借助分束元件112的分束尤其是使得聚焦分布形成为相同的副本，这些副本成像在聚焦区122的不同部分区域120中。

举例来说，分束元件112构造为3维分束元件。关于分束元件112的技术实现和特性，参考D.Flamm等人的科学出版物“Structured light for ultrafast laser micro-andnanoprocessing[用于超快激光微米和纳米加工的结构光]”，arXiv:2012.10119v1[物理.光学]，2020年12月18日。明确参考其全部内容。

尤其是，可以借助分束元件112来设置相互相邻的聚焦分布124之间的距离d1和/或空间偏移。

举例来说，可以在相互相邻的聚焦分布124之间设置x方向上的距离dx和/或空间偏移以及垂直于x方向取向的z方向上的距离dz和/或空间偏移。

为此，相互不同的子射束114例如借助分束元件112以这样的方式形成，使得所述不同的子射束以特定的空间偏移和/或以特定的会聚和/或发散入射在聚焦光学器件116上。然后，相互不同的子射束114借助聚焦光学器件116以由此产生的x方向和/或z方向上的空间偏移来成像。

为了借助分束元件112进行分束，将限定的横向相位分布施加在第一输入射束108的横向射束截面上。举例来说，图12a、图12b和图12c、图12d和图12e、图12f中分别示出了从分束元件112输出耦合的射束的横向相位分布和相关联的聚焦区112的示例。

为了产生x方向上和/或z方向上的空间偏移，借助分束元件112的相位施加例如以这样的方式实施，使得分配给每个聚焦分布124的相位分布具有特定的光栅分量和/或光学透镜分量。由于光栅分量，在聚焦光学器件116上游存在子射束114的角度偏转，其后聚焦导致x方向上的空间偏移。由于光学透镜分量，子射束114以不同的会聚和/或发散入射在聚焦光学器件116上，其后聚焦导致z方向上的空间偏移。

可以设置，第一射束整形装置106具有偏振分束元件126。借助偏振分束元件126对第一输入射束108和/或从分束元件112输出耦合的射束执行偏振分束，分为各自具有至少两种不同偏振状态之一的射束。

通过借助偏振分束元件126进行偏振分束，从第一射束整形装置106输出耦合的子射束114各自具有至少两种不同偏振状态之一。这些具有不同偏振状态的子射束114借助聚焦光学器件116聚焦到聚焦区122的不同部分区域120中。

举例来说，偏振分束元件126相对于输入耦合到第一射束整形装置106中的第一输入射束108的主传播方向128布置在分束元件116前方或后方。

在所示的示例中，主传播方向128平行于或近似平行于z方向取向。尤其是，x方向和z方向各自垂直于y方向取向。在所示的示例中，该y方向平行于或近似平行于进给方向129取向，聚焦分布124相对于工件104在该进给方向上移动以对工件104进行激光加工。

就偏振分束元件126的功能和实施方式而言，参考申请号为10 2020207 715.0(申请日：2020年6月22日)和申请号为10 2019 217 577.5(申请日：2019年11月14日)的同一申请人的德国专利申请，两者都没有预先公开。明确参考其全部内容。

尤其是，子射束114的偏振状态应当被理解为线性偏振状态，其中例如提供两种不同的偏振状态和/或其中例如相互不同的子射束的相应偏振方向以90°的角度相对于彼此定向。

尤其是，子射束114以这样的方式被偏振，使得电场在垂直于所述子射束的传播方向的平面中取向(横向电场)。

为了偏振分束，偏振分束元件126例如具有双折射透镜元件和/或双折射楔形元件。举例来说，双折射透镜元件和/或双折射楔形元件由石英晶体制成或者包括石英晶体。

举例来说，具有不同偏振状态的子射束114借助双折射透镜元件以这样的方式形成，使得所述子射束由于借助聚焦光学器件116的聚焦而以z方向和/或x方向上的空间偏移成像。结果，由具有不同偏振状态的子射束114形成的聚焦分布124可以例如在聚焦区122中被布置成具有z方向和/或x方向上的空间偏移。

举例来说，可以借助偏振分束元件126在聚焦区122中实现聚焦分布124的彼此连接，其中相互相邻的聚焦分布124各自由具有不同偏振状态的子射束114形成。

进一步地，可以设置，第一射束整形装置106具有射束整形元件130，借助该射束整形元件，分配给第一输入射束108的聚焦分布在其输入耦合到第一射束整形装置106中之后是可修改的。

关于射束整形元件130的技术实现和特性，参考D.Flamm等人的科学出版物“Structured light for ultrafast laser micro-and nanoprocessing[用于超快激光微米和纳米加工的结构光]”，arXiv:2012.10119v1[物理.光学]，2020年12月18日以及书籍“Laser Beam Shaping:Theory and Techniques[激光射束整形：理论与技术]”，FredM.Dickey编辑，CRC出版社，2014年。明确参考其全部内容。

举例来说，射束整形元件130形成为衍射或折射相位元件，用于将限定的波前像差施加在耦合输入到射束整形元件130中的射束上。举例来说，射束整形元件130形成为衍射场映射器。

举例来说，射束整形元件130相对于第一输入射束108的主传播方向128布置在分束元件112前方或后方。

在图1所示的示例中，射束整形元件130布置在分束元件112与偏振分束元件126之间。举例来说，输入射束108首先由分束元件112处理，随后由射束整形元件130和/或偏振分束元件126处理。

借助射束整形元件130能够修改成像到聚焦区122中的聚焦分布124的几何形状和/或强度轮廓布。

借助射束整形元件130可以在平行于进给方向129的截面平面中实现对聚焦区122的聚焦分布124的修改，其中该截面平面垂直于主传播方向128和/或特别是垂直于z方向(图3a、图3b和图3c)取向。

进一步地，可以借助射束整形元件130(图4a和图4b)在垂直于进给方向129的截面平面中修改聚焦区122的聚焦分布124。在所示的示例中，该截面平面平行于x方向并且平行于主传播方向128和/或z方向取向。

关于平行于进给方向129取向的截面平面，聚焦分布124例如以这样的方式被修改，使得聚焦分布124的形状和/或强度轮廓在该截面平面中具有优选方向132。尤其是，该优选方向132应当被理解为是指聚焦分布124的延伸长度局部或全局最大化的方向。举例来说，优选方向132应当被理解为聚焦分布124的主延伸方向。

在图3b所示的示例中，聚焦分布124在平行于进给方向129的平面中椭圆形地形成和/或形成为椭圆。在这种情况下，优选方向132平行于该椭圆的长半轴取向。

原则上，聚焦分布124也可以具有多个优选方向132。在图3c所示的示例中，聚焦分布124在平行于进给方向129的平面中形成为是矩形的和/或形成为矩形且尤其是形成为正方形。在这种情况下，聚焦分布124具有第一优选方向132'a和第二优选方向132'b，该第一优选方向例如平行于x方向取向，该第二优选方向例如相对于x方向斜着取向、特别是垂直于x方向(也就是说在所示的示例中平行于y方向)取向。

举例来说，第一优选方向132'a和第二优选方向132'b各自平行于矩形的相互相对的角之间的连接线。

可以设置，分配给第一输入射束108的聚焦分布124在垂直于进给方向129取向的截面平面中具有长形的和/或拉长的形状(图4a和图4b)。举例来说，这是借助将准非衍射射束轮廓和/或类贝塞尔射束轮廓分配给输入耦合到第一射束整形装置106中的第一输入射束108来实现的。

举例来说，聚焦分布124具有主延伸方向134，沿着该主延伸方向，聚焦分布124在垂直于进给方向129取向的截面平面中具有特别是最大的长度和/或特别是最大的延伸(另参见图3c)。举例来说，主延伸方向134平行于聚焦分布124的、关于聚焦分布124的最大延伸方向的起点与终点之间的连接线取向。

尤其可以设置，借助射束整形元件130能够匹配聚焦分布124在垂直于进给方向129取向的截面平面中的定向136和/或取向，其中，例如聚焦分布124的相应主延伸方向134的定向136是可匹配的。

在图4a和图4b所示的示例中，相应聚焦分布124的定向136在xz平面中是可匹配的。

举例来说，借助射束整形元件130以这样的方式匹配聚焦分布124的相应定向136，使得定向136平行于或近似平行于分配给相应的聚焦分布124的聚焦区122的局部延伸方向138取向。

举例来说，聚焦区122的局部延伸方向138应当被理解为相邻的聚焦分布124(例如两个或三个相邻的聚焦分布124)的局部间隔方向。举例来说，聚焦区122的聚焦分布124可以布置在聚焦区122的具有不同局部延伸方向138的不同部分中。

在垂直于进给方向129取向的截面平面中，聚焦分布124可以例如通过借助射束整形元件130的匹配而设置有弯曲形状(图4b)。举例来说，这使得可以将聚焦分布124产生为弯曲的类贝塞尔射束和/或加速的类贝塞尔射束。

就具有弯曲形状的准非衍射射束和/或类贝塞尔射束的形成和特性而言，参考I.Chremmos等人的科学出版物“Bessel-like optical beams with arbitrarytrajectories[具有任意轨迹的类贝塞尔光学射束]”，《光学快报》，第37卷，第23期，2012年12月1日。

举例来说，聚焦分布124具有纵向中心轴线140，该聚焦分布沿着该纵向中心轴线延伸。举例来说，该纵向中心轴线140直线地构造(图4a)。在具有弯曲形状的聚焦分布的情况下，纵向中心轴线140具有弯曲形状或部分地弯曲的形状(图4b)。

分配给聚焦区122的聚焦分布124借助第一射束整形装置106沿着聚焦区122的例如直线地构造的纵向轴线142布置(图4a和图4b)。

纵向轴线142不必直线地构造和/或连续地构造。举例来说，纵向轴线142可以至少部分地是弯曲的。纵向轴线142也可以具有方向改变，并且特别是非连续的方向改变。

在图5所示的示例中，聚焦区122在工件104的材料102内从工件104的第一外侧144延伸到工件104的第二外侧146，其中第二外侧146关于工件104的深度方向148与第一外侧144间隔开。尤其是，聚焦区122在整个深度方向144上穿过工件104和/或在深度方向上没有中断地穿过工件。

例如，工件104的第一外侧144和第二外侧146彼此平行或近似平行取向。

举例来说，为了对工件进行激光加工104，聚焦区122通过第一外侧144或通过第二外侧146被引入和/或输入耦合到工件104的材料102中。

聚焦区122具有从第一外侧144开始的第一部分150，聚焦区122的第二部分152在深度方向148上邻接所述第一部分。进一步地，聚焦区122具有在深度方向148上跟随该第二部分152的第三部分154。

在所示的示例中，聚焦区122的纵向轴线142在部分150、152和154中的每一个中直线地构造，其中纵向轴线142在从第一部分150到第二部分152以及从第二部分152到第三部分154的过渡处尤其分别具有方向改变。

这些部分150、152和154中的每一个都被分配不同的局部延伸方向138，聚焦分布122以该局部延伸方向进行布置。

进一步地，特定的调整角α被分配给部分150、152和154中的每一个。该调整角α应当被理解为是指对应部分150、152、154的局部延伸方向138与第一外侧144和/或第二外侧146之间的最小角度。

举例来说，第一部分150和第三部分154具有45°的调整角α，并且第二部分152具有90°的调整角α。

工件104的材料102由对形成聚焦区122和/或聚焦分布124的激光束的波长透明的材料制成。

为了激光加工材料102，将聚焦区122引入到材料102中。通过这样借助聚焦区122加载材料102，在聚焦分布124处形成相应的局部材料修改156(图6)，这些材料修改例如沿着聚焦区122的纵向轴线142彼此相距一定距离地布置。

通过加工参数(比如激光参数和/或前进速度)的适当选择，例如能够将材料修改156产生为III型修改，这导致在材料102中自发形成裂纹157(图6)。尤其是，在材料102的激光加工期间形成的裂纹157在相互相邻的材料修改156之间延伸。

前进速度应当被理解为是指聚焦区122与材料102之间在进给方向129上的相对运动的速度。

作为替代方案，加工参数的适当选择使得能够将材料修改156产生为I型和/或II型修改，这些修改伴随着材料102中的热积累和/或材料102的折射率的变化。

将材料修改156构造为I型和/或II型修改与工件104的材料102中的热积累相关联。尤其是，在这种情况下，所产生的材料修改156如此紧密相连，使得在通过借助聚焦区122加载材料102而形成这些材料修改期间，出现了这种热积累(如图7所示)。

在一种实施方式中，设备100包括第二射束整形装置158，该第二射束整形装置关于输入耦合到第一射束整形装置106中的第一输入射束108的主传播方向128被布置在该第一射束整形装置106前方。借助第二射束整形装置158，可以在第一输入射束108被输入耦合到第一射束整形装置106之前匹配分配给该第一输入射束的聚焦分布。

在该实施方式中，特别是借助激光源110提供的和/或为从激光源100输出耦合的激光束的第二输入射束160被输入耦合到第二射束整形装置158中。

因此，类似于第一输入射束108地，第二输入射束160相应地应当被理解为尤其是是指包括特别是平行行进的多个射线的射线束。

在所示的示例中，输入耦合到第一射束整形装置106中的第一输入射束128是从第二射束整形装置158输出耦合的射束和/或从第二射束整形装置158输出耦合的射线束。

借助第二射束整形装置158，在第二输入射束160上进行相位施加，由此限定了分配给输入耦合到第一射束整形装置106中的第一输入射束108的聚焦分布。结果，分配给第一输入射束108的聚焦分布的几何形状和/或强度轮廓可以借助第二射束整形装置158来限定。

举例来说，输入耦合到第二射束整形装置158中的第二输入射束160具有高斯射束轮廓，也就是说第二输入射束160具有高斯形状和/或高斯强度轮廓。

在一种实施方式中，第二射束整形装置158以这样的方式配置和设计，使得借助第二射束整形装置158，将准非衍射射束轮廓和/或类贝塞尔射束轮廓分配给输入耦合到第一射束整形装置106中的第一输入射束108。

结果，第一输入射束108可以尤其是被成像成具有准非衍射射束轮廓和/或类贝塞尔射束轮廓的聚焦分布。在该实施例中，成像到聚焦区122中的聚焦分布124具有长形形状和/或长形强度轮廓(图2和图8)。尤其是，该实施例的聚焦分布124具有主延伸方向162，该聚焦分布沿着该主延伸方向延伸。

举例来说，第二射束整形装置158是或包括衍射光学元件和/或轴锥元件，用于将相位分布施加到第二输入射束160上，以形成具有长形形状和/或长形强度轮廓的聚焦分布124。

在该实施例中，借助第二射束整形装置158提供的第一输入射束108被输入耦合到第一射束整形装置106中。如上所述，该第一输入射束108借助第一射束整形装置106的分束元件112被分束成相互不同的子射束114，不同的子射束借助聚焦光学器件116被成像到聚焦区122的不同部分区域120中。关于其形状和/或强度轮廓，借助聚焦光学器件116成像到聚焦区122中的聚焦分布124代表分配给第一输入射束108的聚焦分布的副本，其中借助聚焦光学器件116的聚焦尤其是实现聚焦分布124的大小减小的成像。

借助聚焦光学器件116成像到聚焦区122中的具有长形形状和/或长形强度轮廓的聚焦分布124的示例在图8中被描绘为灰度值分布，其中更亮的灰度值表示更大的强度。

在图8所示的示例中，聚焦分布124与纵向轴线142和/或局部延伸方向138斜着取向。

如上所述，可以设置，在第一射束整形装置106中借助射束整形元件130进行射束整形和/或借助偏振分束元件126进行分束。在这种情况下，借助聚焦光学器件116成像的聚焦分布124在其形状和/或其强度轮廓方面基于分配给第一输入射束108的聚焦分布，但由于借助射束整形元件130和/或偏振分束元件126的处理而相对于分配给第一输入射束108的聚焦分布具有修改的形状和/或修改的偏振特性。

在另一实施例中，第二射束整形装置158如此配置和构造，使得借助第二射束整形装置158，输入耦合到第一射束整形装置106中的第一输入射束108被分配射束轮廓，该射束轮廓的强度轮廓从强度最大值164开始，关于主延伸方向166和/或主延伸轴线在强度上突然下降(图9a和图9b)。例如，这种射束被称为突然自聚焦射束。

结果，可以通过对从第一射束整形装置106输出耦合的子射束114进行成像，来由具有这样的强度轮廓的多个聚焦分布124形成聚焦区122(图10)。尤其是，于是聚焦区122的聚焦分布124中的每一个的强度轮廓在强度上突然下降。

图11中描绘了从第二射束整形装置158输出耦合的射束的相关联的二维相位分布的灰度值表示，其中分配的灰度值尺度范围从白色(+pi的相位)到黑色(-pi的相位)。

尤其是，相位分布构造为相对于所分配的中心轴线167和/或射束中心轴线径向对称和/或旋转对称。举例来说，该中心轴线167平行于或近似平行于入射在第二射束整形装置158上的第二输入射束160的主传播方向267取向。

尤其是，从中心轴线167开始，分配给相位分布的相位频率随着距中心轴线167的径向距离的增加而在径向方向367上增加。

在该实施例中，突然自聚焦射束的形状和/或强度轮廓被分配给输入耦合到第一射束整形装置106中的第一输入射束108。关于这种射束的形成和特性，参考Efremidis、Nikolaos K.和Demetrios N.Christodoulides的科学出版物“Abruptly autofocusingwaves[突然自聚焦波]”，《光学快报》35.23(2010):4045-4047和Papazoglou等人的科学出版物“Observation of abruptly autofocusing waves[突然自聚焦波的观察]”，《光学快报》36.10(2011):1842-1844。明确参考其全部内容。

在图9a和图9b所示的实施方式中，当从强度最大值164开始时，聚焦分布124在主延伸方向166上具有强度下降边沿165。

突然自聚焦射束的特征在于，与高斯强度轮廓的情况相比，在强度下降边沿165处，从强度最大值164开始的强度更快地下降到1/e²的值，为高斯强度轮廓的情况的速度的约3倍。

强度最大值164尤其是是突然自聚焦射束的强度轮廓的主最大值和/或全局最大值。尤其是，强度轮廓具有一个或多个次最大值164a，该一个或多个次最大值从强度最大值164开始，与主延伸方向166相反地跟随强度最大值164。尤其是，随着关于主延伸方向166距强度最大值164的距离增加，次最大值164各自具有更低的最大强度值。

尤其是，可以设置，第二射束整形装置158形成为近场射束整形装置。

举例来说，借助第二射束整形装置158形成分配给第一输入射束108的聚焦分布的中间图像168(图2中指示)。关于第一输入射束108的主传播方向128，该中间图像168布置在第二射束整形装置158与第一射束整形装置106之间。

尤其是，第二射束整形装置158被分配远场光学器件170，借助该远场光学器件，实现将从第二射束整形装置158输出耦合的输出射束172和/或输出射线束远场聚焦到远场光学器件170的焦平面174中。

尤其是，借助远场光学器件170实现中间图像168到焦平面174中的远场聚焦。

在该焦平面174中，输出射束172和/或输出射线束的远场聚焦导致形成特别是围绕远场光学器件170的光轴176布置的具有环结构和/或环部段结构形状的强度分布。

在图2所示的示例中，设备100的望远镜装置178借助远场光学器件170和聚焦光学器件116形成。为此，远场光学器件170尤其是具有比聚焦光学器件116更大的焦距。

尤其是，焦平面174是远场光学器件170和聚焦光学器件116的共同焦平面。尤其是，焦平面174是望远镜装置178的焦平面。

第一射束整形装置106尤其是布置在焦平面174中和/或焦平面174的区域中。该区域应当被理解为是指围绕焦平面174延伸的区域，该区域例如距焦平面174的最大距离为远场光学器件170的焦距的10％。该最大距离的间隔方向尤其是平行于第一输入射束108的光轴176和/或主传播方向128取向。

焦平面174的前述区域尤其是应当被理解为望远镜装置178的远场区域，在该远场区域中尤其是存在从第二射束整形装置158输出耦合的输出射束172和/或要被输入耦合到第一射束整形装置106中的第一输入射束108的远场聚焦。

借助设备100的分束元件112，原则上可以沿着不同的路径布置聚焦分布124并且因此形成具有不同几何形状的聚焦区。

在图12a和图12b所示的示例中，聚焦分布124沿着聚焦区122的纵向轴线142布置，其中纵向轴线142直线地构造。在这种情况下，为聚焦区122分配单个调整角α，例如，借助该调整角，聚焦区122相对于第一外侧144和/或第二外侧146成角度。尤其是，该实施例中的聚焦区122始终具有相同的局部延伸方向138，也就是说，局部延伸方向138尤其是在聚焦区122的整个延伸上是恒定的。

在根据图12c和图12d的实施例中，聚焦区122具有第一部分180和第二部分182，其中聚焦区122的聚焦分布124以分别不同的局部延伸方向138布置在第一部分180和第二部分182中。举例来说，该实施例中的聚焦区122在第一部分180和第二部分182中分别始终具有相同的局部延伸方向138。

尤其是，聚焦区122在第一部分180和第二部分182中具有相同的调整角α，聚焦区122关于第一外侧144和/或第二外侧146成所述调整角的角度。尤其是，在这种情况下，第一部分180和第二部分182的相应局部延伸方向138之间的最小角度是调整角α的两倍。

聚焦区122的纵向轴线142(聚焦分布124沿着该纵向轴线布置)不必直线地构造。举例来说，可以设置，纵向轴线142至少部分具有弯曲的形状。举例来说，在图12e和图12f所示的示例中，聚焦区122整体具有弯曲的形状。

举例来说，聚焦区122于是具有变化的局部延伸方向138，也就是说，聚焦区122的局部延伸方向138在聚焦区122的不同位置处和/或在聚焦区122的不同聚焦分布124处分别不同。

图12b、图12d和图12f分别示出了配属于图12a、图12c和图12e的、从分束元件112输出耦合的射束的相位分布，其中所分配的灰度值尺度范围从白色(+pi的相位)到黑色(-pi的相位)。

根据本发明的设备100工作方式如下：

为了执行激光加工，工件104的材料102借助聚焦区122加载，并且聚焦区122相对于工件104移动并在进给方向129上穿过工件的材料102。

在这种情况下，材料102尤其是是对于形成聚焦区122的射束的波长透明或部分透明的材料。例如，材料102是玻璃材料。

举例来说，聚焦区122沿着预定加工线184和/或加工表面移动穿过工件104的材料102。加工线184可以例如具有直的和/或弯曲的部分。

通过借助聚焦区122加载材料102，在材料102中形成沿着聚焦区122的纵向轴线142布置的材料修改156(图5和图13a)。结果，在材料中形成修改线186，材料修改156布置在该修改线上，其中这些修改线186尤其是具有与聚焦区122的纵向轴线142相对应的形状。在图13a所示的示例中，修改线186从第一外侧144延伸至第二外侧146。

由于聚焦区122相对于材料102的相对运动，形成了平行于进给方向129彼此间隔开定位的多条修改线186。尤其是，这在材料102中得到材料修改156的面式构造(图13a)。

举例来说，在进给方向129上相邻的修改线186的间距可以通过对形成聚焦区122的激光束的脉冲持续时间和/或在进给方向129上取向的前进速度的适当选择来限定。

尤其是，沿着加工线184和/或加工表面形成的材料修改156因此使材料102的强度降低。这使得可以在加工线184和/或加工表面上已经形成材料修改156之后，例如通过施加机械力将材料102分离成两个不同的部段188a和188b(图13b)。

在所示的示例中，部段188b是具有期望边缘形状的好件部段。在这种情况下，部段188a是残余工件部段和/或边角料部段。

优选地，以这样的方式借助聚焦区122加载材料102，使得聚焦区122穿透材料102。举例来说，聚焦区122在材料102的整个厚度D上连续地和/或不中断地延伸穿过材料102。举例来说，如图13a和图13b所示，结果可以获得材料在其厚度D上的完全分离。

还可以借助聚焦区122来加工材料102的边缘区域190(图13a中指示)。举例来说，聚焦区122于是在工件104的彼此斜着取向的外侧之间连续地和/或不中断地延伸。举例来说，结果，能够在边缘区域190中将边缘部段与工件104分离。结果，工件104可以例如在边缘区域190中被斜切或倒角。

举例来说，工件104的材料102是石英玻璃。举例来说，为了将材料修改156形成为I型和/或II型修改，形成聚焦区122的聚焦分布124的激光束于是具有1030nm的波长和1ps的脉冲持续时间。进一步地，分配给聚焦光学器件116的数值孔径于是为0.4，并且分配给单个聚焦分布124的脉冲能量于是为100nJ。

为了将材料修改156形成为具有其他方面不变的参数的III型修改，分配给单个聚焦分布124的脉冲能量为1000nJ。

附图标记列表

α调整角

D厚度

d1距离

dx x方向上的距离

dz z方向上的距离

100 设备

102 材料

104 工件

106 第一射束整形装置

108 第一输入射束

110 激光源

112 分束元件

114 子射束

114a 子射束

114b 子射束

116 聚焦光学器件

120 部分区域

120a 部分区域

120b 部分区域

122 聚焦区

124 聚焦分布

126 偏振分束元件

128 主传播方向

129 进给方向

130 射束整形元件

132 优选方向

132'a第一优选方向

132'b第二优选方向

134 主延伸方向

136 定向

138 局部延伸方向

140 纵向中心轴线

142 纵向轴线

144 第一外侧

146 第二外侧

148 深度方向

150 第一部分

152 第二部分

154 第三部分

156 材料修改

157 裂纹

158 第二射束整形装置

160 第二输入射束

162 主延伸方向

164 强度最大值

164a 次最大值

165 强度下降边沿

166 主延伸方向

167 中心轴线

267 主传播方向

367 径向方向

168 中间图像

170 远场光学器件

172 输出射束

174 焦平面

176 光轴

178 望远镜装置

180 第一部分

182 第二部分

184 加工线

186 修改线

188a 部段

188b 部段

190 边缘区域

Claims (15)

1.一种用于对工件进行激光加工(104)的设备，所述工件具有对所述激光加工透明的材料(102)，所述设备包括第一射束整形装置(106)和聚焦光学器件(116)，所述第一射束整形装置具有分束元件(112)，所述分束元件用于将输入耦合到所述第一射束整形装置(106)中的第一输入射束(108)分束成多个子射束(114)，所述聚焦光学器件被分配给所述第一射束整形装置(106)并用于将从所述第一射束整形装置(106)输出耦合的子射束(114)成像到至少一个聚焦区(122)中，其中，借助所述分束元件(112)通过对所述第一输入射束(108)进行相位施加来对所述第一输入射束(108)进行分束，其中，所述子射束(114)被聚焦到所述至少一个聚焦区(122)的不同部分区域(120)中，以形成所述至少一个聚焦区(122)，其中，为了对所述工件(104)进行激光加工，借助所述聚焦光学器件(116)将所述至少一个聚焦区(122)以相对于所述工件(104)的外侧(144；146)的至少一个调整角(α)引入所述材料(102)中，并且其中，通过借助所述至少一个聚焦区(122)加载所述材料(102)来在所述材料(102)中产生与所述材料(102)的折射率变化相关联的材料修改(156)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，借助所述至少一个聚焦区(122)在所述材料(102)中产生的材料修改(156)是I型修改和/或II型修改。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于第二射束整形装置(158)，所述第二射束整形装置用于对输入耦合到所述第一射束整形装置(106)中的所述第一输入射束(108)进行射束整形，其中，借助所述第二射束整形装置(158)通过对入射到所述第二射束整形装置(158)上的第二输入射束(160)进行相位施加来将具有限定的几何形状和/或具有限定的强度轮廓的聚焦分布分配给所述第一输入射束(108)，使得，通过借助所述聚焦光学器件(116)将从所述第一射束整形装置(106)输出耦合的所述子射束(114)聚焦到所述聚焦区(122)的不同部分区域(120)中，分别基于所述几何形状和/或基于所述强度轮廓形成聚焦分布(124)。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第二输入射束(160)上的相位施加是这样的，使得所述聚焦分布(124)关于所分配的主延伸方向(162)具有长形形状，和/或，所述第二输入射束(160)上的相位施加是这样的，使得所述聚焦分布(124)具有准非衍射强度轮廓和/或类贝塞尔强度轮廓。

5.根据权利要求3或4所述的设备，其特征在于，所述第二输入射束(160)上的相位施加是这样的，使得所述聚焦分布(124)关于所分配的主延伸方向(166)具有强度轮廓，与高斯强度轮廓的情况相比，所述强度轮廓从所述强度轮廓的强度最大值(164)处的最大强度开始更快地下降到所述最大强度的1/e²倍，为高斯强度轮廓的情况的速度的约3倍，和/或，所述第二输入射束(160)上的相位施加是这样的，使得所述聚焦分布(124)具有突然自聚焦射束的形状和/或强度轮廓。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述聚焦分布(124)的中间图像(168)借助所述第二射束整形装置(158)形成，并且尤其特征在于，所述聚焦分布(124)的所述中间图像(168)关于所述第二输入射束(160)的主传播方向(267)布置在所述第一射束整形装置(106)前方。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备，其特征在于分配给所述第二射束整形装置(158)的远场光学器件(170)，其中，借助所述远场光学器件(170)将从所述第二射束整形装置(158)输出耦合的输出射束(172)远场聚焦到所述远场光学器件(170)的焦平面(174)中，并且尤其特征在于，所述第一射束整形装置(106)布置在所述焦平面(174)的区域中。

8.根据权利要求6和7所述的设备，其特征在于，借助所述远场光学器件(170)将借助所述第二射束整形装置(158)形成的聚焦分布(124)的中间图像(168)远场聚焦到所述焦平面(174)中。

9.根据权利要求7或8所述的设备，其特征在于，所述远场光学器件(170)和所述聚焦光学器件(116)形成望远镜装置(178)，和/或，所述远场光学器件(170)和所述聚焦光学器件(116)具有共同焦平面(174)，其中尤其是，所述第一射束整形装置(106)布置在所述共同焦平面(174)的区域中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，给所述第一输入射束(108)分配具有限定的几何形状和/或具有限定的强度轮廓的聚焦分布，其中，同样地给从所述第一射束整形装置(106)输出耦合的所述子射束(114)分配所述几何形状和/或所述强度轮廓，和/或其中，通过借助所述聚焦光学器件(116)将从所述第一射束整形装置(106)输出耦合的所述子射束(114)聚焦到所述聚焦区(122)的不同部分区域(120)中，分别基于所述几何形状和/或基于所述强度轮廓形成聚焦分布(124)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一射束整形装置(106)包括射束整形元件(130)，所述射束整形元件用于修改分配给所述第一输入射束(108)的聚焦分布，其中，借助所述射束整形元件(130)，在垂直于进给方向(129)取向的截面平面中对成像到所述至少一个聚焦区(122)中的所述聚焦分布(124)的所述几何形状和/或强度轮廓进行修改和/或定向，在所述进给方向上，所述至少一个聚焦区(122)相对于所述工件(104)移动以对所述工件(104)进行激光加工，和/或其中，借助所述射束整形元件(130)，在平行于进给方向(129)取向的截面平面中对成像到所述至少一个聚焦区(122)中的所述聚焦分布(124)的所述几何形状和/或强度轮廓进行修改和/或定向，在所述进给方向上，所述至少一个聚焦区(122)相对于所述工件(104)移动以对所述工件(104)进行激光加工。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述聚焦分布(124)的所述几何形状和/或强度轮廓的主延伸方向(134)的定向(136)借助所述射束整形元件(130)在垂直于所述进给方向(129)取向的截面平面中能够被调节或被调节，并且尤其特征在于，如此进行所述定向(136)的调节，使得所述主延伸方向(134)平行于或近似平行于所述聚焦区(122)的对应局部延伸方向(138)取向。

13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，借助所述射束整形元件(130)，在平行于所述进给方向(129)取向的截面平面中如此进行所述聚焦分布(124)的所述强度轮廓的修改，使得所述强度轮廓具有至少一个优选方向(132)，其中尤其是，所述至少一个优选方向(132)平行于所述进给方向(129)取向、或与所述进给方向斜着取向、或垂直于所述进给方向取向。

14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一射束整形装置(106)具有偏振分束元件(126)，所述偏振分束元件如此配置，使得从所述第一射束整形装置(106)输出耦合的所述子射束(114)分别具有至少两种不同偏振状态之一，其中，具有不同偏振状态的子射束(114)借助所述聚焦光学器件(116)聚焦到所述至少一个聚焦区(122)的相邻的部分区域(120)中。

15.一种用于对工件进行激光加工(104)的方法，所述工件具有对所述激光加工透明的材料(102)，其中，借助第一射束整形装置(106)的分束元件(112)将输入耦合到所述第一射束整形装置(106)中的第一输入射束(108)分束成多个子射束(114)，借助分配给所述第一射束整形装置(106)的聚焦光学器件(116)将从所述第一射束整形装置(106)输出耦合的所述子射束(114)聚焦到至少一个聚焦区(122)中，其中，借助所述分束元件(112)通过对所述第一输入射束(108)进行相位施加来对所述第一输入射束(108)进行分束，其中，将所述子射束(114)聚焦到所述至少一个聚焦区(122)的不同部分区域(120)中，以形成所述至少一个聚焦区(122)，其中，借助所述聚焦光学器件(116)将所述至少一个聚焦区(122)入所述材料(102)中，以对所述工件(104)进行激光加工，其中，通过借助所述至少一个聚焦区(122)加载所述材料(102)来在所述材料(102)中产生与所述材料(102)的折射率变化相关联的材料修改(156)。