DE102020001011A1

DE102020001011A1 - Method and device for making at least one recess in a body for influencing optical signals and / or light and body with at least one such recess

Info

Publication number: DE102020001011A1
Application number: DE102020001011.3A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Büttner; Michael Pfeifer; Steffen Weissmantel
Original assignee: Hochschule Mittweida FH
Current assignee: Hochschule Mittweida FH
Priority date: 2020-02-15
Filing date: 2020-02-15
Publication date: 2021-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Einbringen wenigstens einer Vertiefung in einem Körper zur Beeinflussung optischer Signale und/oder von Licht, wobei die Vertiefung durch Ablation mit Laserstrahlung wenigstens eines Lasers eingebracht wird und damit ist, und Körper mit wenigstens einer derartigen Vertiefung. Die Verfahren und Einrichtungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die wenigstens eine Vertiefung mit einer bestimmten Struktur einbringbar ist. Dazu wird mittels wenigstens zweier in der Laserstrahlung in Strahlrichtung nacheinander angeordneter, in der Achse der Laserstrahlung drehbarer, scheibenförmig und kreisförmig ausgebildeter Masken mit jeweils wenigstens einem Ausschnitt und/oder wenigstens eine Öffnung die Vertiefung so eingebracht wird, dass der Boden der Vertiefung wenigstens eine Nut, wenigstens eine Stufe, wenigstens eine ebene Oberfläche, wenigstens eine sphärische Oberfläche, wenigstens eine frei geformte Oberfläche oder eine Kombination davon aufweist.The invention relates to methods and devices for making at least one recess in a body for influencing optical signals and / or light, the recess being introduced by ablation with laser radiation and at least one laser, and bodies with at least one such recess. The methods and devices are distinguished in particular by the fact that the at least one depression can be introduced with a specific structure. For this purpose, by means of at least two disc-shaped and circular masks arranged one after the other in the laser radiation in the beam direction, rotatable in the axis of the laser radiation, each with at least one cutout and / or at least one opening, the recess is made in such a way that the bottom of the recess has at least one groove , at least one step, at least one flat surface, at least one spherical surface, at least one freely shaped surface or a combination thereof.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Einbringen wenigstens einer Vertiefung in einem Körper zur Beeinflussung optischer Signale und/oder von Licht, wobei die Vertiefung durch Ablation mit Laserstrahlung wenigstens eines Lasers eingebracht wird und damit ist, und Körper mit wenigstens einer derartigen Vertiefung.The invention relates to methods and devices for making at least one recess in a body for influencing optical signals and / or light, the recess being introduced by ablation with laser radiation and at least one laser, and bodies with at least one such recess.

Eine Methode zur Erhöhung der Datenübertragungsrate ist das sogenannte OAM (Orbital Angular Momentum)-Multiplexing, wobei OAM-Modulatoren eingesetzt werden. So ist durch die Druckschrift EP 3 188 382 A1 eine optische Schaltvorrichtung, ein optischer Kreuzungsknoten und ein optisches Signalschaltverfahren bekannt, die OAM-Modulatoren in Form von räumlichen Lichtmodulatoren verwenden. Diese können dabei auf einer Flüssigkristall-Silizium-Technologie basieren, um die Raumphasenverteilung eines einfallenden optischen Signals zu modulieren. Andere Technologien sind eine aufgeführte Dünnfilm-Hologrammtechnologie oder eine spezielle Prismentechnologie, auf die als solche nur benannt sind.One method for increasing the data transmission rate is so-called OAM (Orbital Angular Momentum) multiplexing, whereby OAM modulators are used. So is through the pamphlet EP 3 188 382 A1 an optical switching device, an optical intersection node and an optical signal switching method are known which use OAM modulators in the form of spatial light modulators. These can be based on liquid crystal silicon technology in order to modulate the spatial phase distribution of an incident optical signal. Other technologies are a listed thin-film hologram technology or a special prism technology, which are only named as such.

Der in den Patentansprüchen 1, 4 und 9 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung so auszubilden, dass wenigstens eine Vertiefung mit einer bestimmbaren Struktur in einen Körper zur Beeinflussung optischer Signale und/oder von Licht durch Ablation mit Laserstrahlung wenigstens eines Lasers einbringbar ist.The invention specified in claims 1, 4 and 9 is based on the object of designing a method and a device so that at least one recess with a determinable structure in a body for influencing optical signals and / or light by ablation with laser radiation Lasers can be introduced.

Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1, 4 und 9 aufgeführten Merkmalen gelöst.This object is achieved with the features listed in claims 1, 4 and 9.

Die Verfahren und Einrichtungen zum Einbringen wenigstens einer Vertiefung in einem Körper zur Beeinflussung optischer Signale und/oder von Licht, wobei die Vertiefung durch Ablation mit Laserstrahlung wenigstens eines Lasers eingebracht ist, und Körper mit wenigstens einer derartigen Vertiefung zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die wenigstens eine Vertiefung mit einer bestimmten Struktur einbringbar ist.The methods and devices for making at least one recess in a body for influencing optical signals and / or light, the recess being introduced by ablation with laser radiation of at least one laser, and bodies with at least one such recess are characterized in particular by the fact that the at least one recess with a certain structure can be introduced.

Dazu wird mittels wenigstens zweier in der Laserstrahlung in Strahlrichtung nacheinander angeordneter, in der Achse der Laserstrahlung drehbarer, scheibenförmig und kreisförmig ausgebildeter Masken mit jeweils wenigstens einem Ausschnitt und/oder wenigstens eine Öffnung die Vertiefung so eingebracht wird, dass der Boden der Vertiefung wenigstens eine Nut, wenigstens eine Stufe, wenigstens eine ebene Oberfläche, wenigstens eine sphärische Oberfläche, wenigstens eine frei geformte Oberfläche oder eine Kombination davon aufweist.For this purpose, by means of at least two disc-shaped and circular masks arranged one after the other in the laser radiation in the beam direction, rotatable in the axis of the laser radiation, each with at least one cutout and / or at least one opening, the recess is made in such a way that the bottom of the recess has at least one groove , at least one step, at least one flat surface, at least one spherical surface, at least one freely shaped surface or a combination thereof.

Dazu sind in der Laserstrahlung des Lasers in Strahlrichtung wenigstens zwei nacheinander, in der Achse der Laserstrahlung drehbare, scheibenförmig und kreisförmig ausgebildete Masken angeordnet. Die Masken weisen jeweils wenigstens einen Ausschnitt mit wenigstens einer gekrümmten Kante und/oder wenigstens eine Öffnung mit wenigstens einer gekrümmten Kante auf. Weiterhin sind die Masken jeweils mit einem Antrieb verbunden, die mit einer Steuereinrichtung verbunden sind. Die Öffnung oder der Ausschnitt kann so beispielsweise die Form eines Kreisausschnitts mit wenigstens einer den Kreisbogen verbindenden Geraden, einer den Kreisbogen verbindenden Kurve oder einer Kombination davon sein.For this purpose, at least two disc-shaped and circular masks, which can be rotated one after the other in the axis of the laser radiation, are arranged in the laser radiation of the laser in the beam direction. The masks each have at least one cutout with at least one curved edge and / or at least one opening with at least one curved edge. Furthermore, the masks are each connected to a drive which is connected to a control device. The opening or the cutout can thus be, for example, the shape of a circular cutout with at least one straight line connecting the circular arc, a curve connecting the circular arc, or a combination thereof.

Der so und damit hergestellte Körper besitzt eine Vertiefung mit einem Boden, der im Querschnitt eine Nut, eine Stufe, eine Krümmung oder eine Gerade jeweils einzeln, mehrfach oder in einer Kombination davon aufweist. Die Vertiefung ist somit eine mittels der Laserstrahlung des Lasers mit wenigstens zweier in der Laserstrahlung in Strahlrichtung nacheinander angeordneter, in der Achse der Laserstrahlung drehbarer, scheibenförmig und kreisförmig ausgebildeter Masken mit jeweils wenigstens einem Ausschnitt und/oder wenigstens einer Öffnung eingebrachte Vertiefung.The body produced in this way and with it has a depression with a base which, in cross section, has a groove, a step, a curvature or a straight line, each individually, several times or in a combination thereof. The recess is thus a disc-shaped and circular recess, each with at least one cutout and / or at least one opening, which are arranged one after the other in the laser radiation in the beam direction, rotatable in the axis of the laser radiation, disc-shaped and circular.

Das Verfahren und die Einrichtung basieren auf den zwei Masken in der Laserstrahlung des Lasers. Durch das Einbringen zweier zueinander unabhängig verdrehbarer Masken (Blenden) in die Laserstrahlung kann dieser definiert geformt werden. Entsprechend der Geometrie der Laserstrahlung wird Material auf der Körperoberfläche abgetragen. Beispielsweise bilden so zwei halbkreisförmige Masken, die verdreht übereinander liegen, zusammen eine resultierende Maske in Form eines Kreissektors. Dessen Öffnungswinkel kann durch das Verdrehen einer der beiden Masken beeinflusst werden. Dadurch können Strukturen, vergleichbar mit einer Wendeltreppe oder mehrerer ineinander verdrehter Wendeltreppen, in optische Materialien eingebracht werden.The method and the device are based on the two masks in the laser radiation of the laser. By introducing two mutually independently rotatable masks (diaphragms) into the laser radiation, it can be shaped in a defined manner. According to the geometry of the laser radiation, material is removed from the body surface. For example, two semicircular masks, which are twisted one above the other, together form a resulting mask in the form of a sector of a circle. Its opening angle can be influenced by rotating one of the two masks. As a result, structures, comparable to a spiral staircase or several twisted spiral staircases, can be incorporated into optical materials.

Das Verfahren und die Einrichtung zeichnen sich vorteilhafterweise dadurch aus, dass durch Verdrehung und einer möglichen Relativbewegung zweier Masken zueinander ein Maskenprojektionsverfahren für die direkte Laserstrukturierung bereitgestellt wird. Damit können beispielsweise insbesondere Spiralphasenplatten mit Strukturgrößen im Millimeterbereich und Mikrometerbereich realisiert werden. Das Verfahren ermöglicht sowohl eine einfache Herstellung von regelmäßig geteilten Mikrospiralphasenplatten als auch die Herstellung von Mikrospiralphasenplatten mit unregelmäßiger Konfiguration. Darüber hinaus können aber auch Linsen, Fresnellinsen oder Fresnel-Zonenplatten hergestellt und damit realisiert werden.The method and the device are advantageously characterized in that a mask projection method for direct laser structuring is provided by twisting and possibly moving two masks relative to one another. In this way, for example, spiral phase plates with structure sizes in the millimeter and micrometer range can be realized in particular. The method enables both simple production of regularly divided micro-spiral phase plates and the production of micro-spiral phase plates with an irregular configuration. In addition, lenses, Fresnel lenses or Fresnel zone plates can also be manufactured and thus implemented.

Der Einsatz von Spiralphasenplatten stellt eine Methode zur Erhöhung der Datenübertragungsraten dar, welche als sogenannte OAM (Orbital Angular Momentum)-Multiplexing bekannt ist. Dem Licht, welches die Daten überträgt, wird dabei eine spiralförmige Phasenverteilung und damit ein orbitales Drehmoment aufgeprägt. Eine individuelle Phasenmodulation führt zu einem individuellen Orbitaldrehmoment und kann damit zur Separierung von Übertragungskanälen genutzt werden. Mit der Einrichtung wird das Verfahren der direkten Lasermikrostrukturierung, insbesondere der Excimerlaser-Mikrostrukturierung, basierend auf der Maskenprojektionsmethode derartig erweitert, dass die Herstellung von Spiralphasenplatten (SPPs) mit einer solchen individuellen Konfiguration (topological Charge/ Stufenzahl/ Modulationstiefe/ regel- und unregelmäßige Teilung) realisiert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Strukturen so herstellbar sind, dass diese zusätzlich eine fokussierende Wirkung aufweisen können. Die Konfiguration der Spiralphasenplatten kann so über die Prozessparameter und die Prozesssteuerung erfolgen, so dass auch unregelmäßige Spiralphasenplatten herstellbar sind.The use of spiral phase plates represents a method for increasing the data transmission rates, which is known as so-called OAM (Orbital Angular Momentum) multiplexing. A spiral phase distribution and thus an orbital torque is impressed on the light that transmits the data. An individual phase modulation leads to an individual orbital torque and can thus be used to separate transmission channels. With the device, the process of direct laser microstructuring, in particular excimer laser microstructuring, based on the mask projection method, is expanded in such a way that the production of spiral phase plates (SPPs) with such an individual configuration (topological charge / number of stages / modulation depth / regular and irregular division) can be realized. Another advantage is that structures can be produced in such a way that they can additionally have a focusing effect. The configuration of the spiral phase plates can thus take place via the process parameters and the process control, so that irregular spiral phase plates can also be produced.

Der Strukturierungsprozess basiert auf der Technik der Maskenprojektion. Durch den Einsatz eines gepulsten Excimerlasers wird mit jedem Laserpuls eine bestimmte Materialmenge, abhängig von den Laser- und Materialparametern, abgetragen. Durch eine Homogenisierung des Laserstrahls wird die Laserpulsfluenz im gesamten Maskenbereich und damit auch in der Bildebene des abbildenden Systems homogen verteilt. Daher ist die Abtragungstiefe im gesamten Ablationsbereich gleich. Dieser Bereich wird durch die Maskengeometrie gebildet. Im Allgemeinen hängt die Tiefe der Mikrostrukturen von der Laserpulsfluenz und der Anzahl der Pulse pro Bereich ab. Die Erzeugung einer helikalen Phasenverschiebung kann durch die Beeinflussung der optischen Dicke eines transparenten Materials erfolgen. Die dafür erforderliche Mikrostruktur ist vergleichbar mit einer Wendeltreppe. Die Herstellung dieser drei dimensionalen Mikrostrukturen erfordert die Kontrolle der Strukturierungstiefe innerhalb des Abtragsbereichs und insbesondere in Rotationsrichtung. Dies kann durch eine Kombination von zwei halbkreisförmigen Masken, die in einer Reihe angeordnet sind, realisiert werden. Beide Masken können unabhängig voneinander durch separate Antriebe gedreht werden.The structuring process is based on the technique of mask projection. By using a pulsed excimer laser, a certain amount of material is removed with each laser pulse, depending on the laser and material parameters. By homogenizing the laser beam, the laser pulse fluence is distributed homogeneously in the entire mask area and thus also in the image plane of the imaging system. The ablation depth is therefore the same in the entire ablation area. This area is formed by the mask geometry. In general, the depth of the microstructures depends on the laser pulse fluence and the number of pulses per area. A helical phase shift can be generated by influencing the optical thickness of a transparent material. The microstructure required for this is comparable to a spiral staircase. The production of these three-dimensional microstructures requires the control of the structuring depth within the removal area and in particular in the direction of rotation. This can be realized by a combination of two semicircular masks arranged in a row. Both masks can be rotated independently of one another by separate drives.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2, 3, 5 bis 8 und 10 bis 13 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in claims 2, 3, 5 to 8 and 10 to 13.

Die Nut kann wenigstens ein Teil einer Spirale. Darüber hinaus kann der Boden wenigstens ein spiralförmig und/oder wenigstens ein schraubenförmig angeordnetes Teil oder angeordnete Teile sein.The groove can be at least part of a spiral. In addition, the base can be at least one spiral and / or at least one helically arranged part or parts.

Nach einer Ausführungsform ist oder sind wenigstens ein Bereich einer Oberfläche der Spirale, der spiralförmigen Teile, der Schraube oder der schraubenförmigen Teile eine sphärische und/oder eine frei geformte und/oder eine ebene Oberfläche.According to one embodiment, at least a region of a surface of the spiral, the spiral-shaped parts, the screw or the helical parts is or are a spherical and / or a freely shaped and / or a flat surface.

Die Laserstrahlung des Lasers ist optional eine homogenisierte Laserstrahlung des Lasers.The laser radiation from the laser is optionally a homogenized laser radiation from the laser.

In Strahlrichtung des Lasers kann sich nach den Masken eine abbildende optische Einrichtung befinden, die in Fortführung wenigstens eine Sammellinse aufweisen kann.In the beam direction of the laser, an imaging optical device can be located after the masks, which can continue to have at least one converging lens.

In der Laserstrahlung in Strahlrichtung des Lasers ist nach den beiden Masken als erste Maske und zweite Maske optional eine dritte Maske zur Begrenzung des Durchmessers oder Beeinflussung der Randgeometrie der Vertiefung angeordnet.In the laser radiation in the beam direction of the laser, a third mask for limiting the diameter or influencing the edge geometry of the depression is optionally arranged after the two masks as a first mask and a second mask.

Der Körper kann als ein optischer Körper aus einem Kunststoff oder einem Glas bestehen oder ein Kristall sein.As an optical body, the body can consist of a plastic or a glass or it can be a crystal.

Der Boden der Vertiefung weist optional wenigstens eine Nut in Form einer Spirale auf. Nuten können auch spiralförmig angeordnete Teile aufweisen. Darüber hinaus kann der Boden der Vertiefung wenigstens als eine Schraube und/oder mit schraubenförmig ausgebildeten Teilen ausgebildet sein.The bottom of the recess optionally has at least one groove in the form of a spiral. Grooves can also have parts arranged in a spiral shape. In addition, the bottom of the recess can be designed at least as a screw and / or with helically designed parts.

Wenigstens ein Bereich einer Oberfläche der Spirale, der spiralförmigen Teile, der Schraube oder der schraubenförmigen Teile ist in einer Ausführungsform im Querschnitt eine Krümmung und/oder eine Ebene.At least a region of a surface of the spiral, the spiral-shaped parts, the screw or the helical parts is, in one embodiment, a curvature and / or a plane in cross section.

Der Körper kann wenigstens zwei Vertiefungen mit gleichen oder unterschiedlich ausgebildeten Böden aufweisen.The body can have at least two depressions with the same or different bases.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is shown in principle in the drawings and is described in more detail below.

Es zeigen:

1 eine Einrichtung zum Einbringen wenigstens einer Vertiefung in einem Körper zur Beeinflussung optischer Signale und/oder von Licht,
2 eine Maske mit einer Öffnung in Form eines Kreisausschnitts,
3 eine Maske mit einer Öffnung in Form eines Kreisausschnitts mit einer den Kreisbogen verbindenden Kurve und
4 zwei Masken und eine Sammellinse im Laserstrahl sowie eine Abbildung der resultierenden Maskengeometrie auf einer Körperoberfläche.

Show it:

1 a device for making at least one recess in a body for influencing optical signals and / or light,
2 a mask with an opening in the form of a section of a circle,
3 a mask with an opening in the form of a segment of a circle with a curve connecting the circular arc and
4th two masks and a converging lens in the laser beam as well as an image of the resulting mask geometry on a body surface.

Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel werden ein Verfahren und eine Einrichtung zum Einbringen wenigstens einer Vertiefung in einem Körper zur Beeinflussung optischer Signale und/oder von Licht durch Ablation mit Laserstrahlung wenigstens eines Lasers zusammen näher erläutert.In the following exemplary embodiment, a method and a device for making at least one depression in a body for influencing optical signals and / or light by ablation with laser radiation from at least one laser are explained in greater detail.

Eine Einrichtung zum Einbringen wenigstens einer Vertiefung in einem Körper 6 zur Beeinflussung optischer Signale und/oder von Licht durch Ablation mit Laserstrahlung 8 wenigstens eines Lasers 1 besteht im Wesentlichen aus dem Laser 1, zwei Masken 2, 3 in Form einer ersten Maske 2 und einer zweiten Maske 3, Antrieben 4, 5 in Form eines ersten Antriebs 4 und eines zweiten Antriebs 5 und einer Steuereinrichtung 7.A device for making at least one recess in a body 6th for influencing optical signals and / or light by ablation with laser radiation 8th at least one laser 1 consists essentially of the laser 1 , two masks 2 , 3 in the form of a first mask 2 and a second mask 3 , Drives 4th , 5 in the form of a first drive 4th and a second drive 5 and a control device 7th .

Die 1 zeigt eine Einrichtung zum Einbringen wenigstens einer Vertiefung in einem Körper 7 zur Beeinflussung optischer Signale und/oder von Licht in einer prinzipiellen Darstellung.the 1 shows a device for making at least one recess in a body 7th for influencing optical signals and / or light in a basic representation.

In Strahlrichtung der Laserstrahlung 8 des Lasers 1 sind nacheinander die erste Maske 2 und die zweite Maske 3 in der Achse der Laserstrahlung 8 drehbar angeordnet. Weiterhin sind die erste Maske 2 mit dem ersten Antrieb 4 und die zweite Maske 3 mit dem zweiten Antrieb 5 verbunden. Die Antriebe 4, 5 sind mit der Steuereinrichtung 7 verbunden, die insbesondere ein Datenverarbeitungssystem ist. Damit können die Masken 2, 3 zusammen oder unabhängig voneinander gedreht werden. Zur Bearbeitung befindet sich der Körper 6 auf einem Träger. Dieser ist mit einer Positioniereinrichtung 9 verbunden, so dass eine Rotation und/oder eine Bewegung in x- und y-Richtung gegeben ist. Zu den Bewegungen besitzt die Positioniereinrichtung eine Antriebsvorrichtung, die mit der Steuereinrichtung 7 verbunden ist.In the direction of the laser radiation 8th of the laser 1 are the first mask in sequence 2 and the second mask 3 in the axis of the laser radiation 8th rotatably arranged. Furthermore are the first mask 2 with the first drive 4th and the second mask 3 with the second drive 5 tied together. The drives 4th , 5 are with the control device 7th connected, which is in particular a data processing system. This allows the masks 2 , 3 rotated together or independently. The body is available for processing 6th on a carrier. This is with a positioning device 9 connected, so that a rotation and / or a movement in the x and y directions is given. For the movements, the positioning device has a drive device that communicates with the control device 7th connected is.

Es zeigen
die 2 eine Maske 2, 3 mit einer Öffnung 10 in Form eines Kreisausschnitts und die 3 eine Maske 2, 3 mit einer Öffnung 10 eines Kreisausschnitts mit einer den Kreisbogen verbindenden Kurve jeweils in einer prinzipiellen Darstellung.Show it
the 2 a mask 2 , 3 with an opening 10 in the form of a section of a circle and the 3 a mask 2 , 3 with an opening 10 of a section of a circle with a curve connecting the circular arc, each in a basic representation.

Die Masken 2, 3 sind kreisförmig ausgebildete Scheiben, die jeweils wenigstens eine Öffnung 10 in Form eines Kreisausschnitts aufweisen. Der Kreisausschnitt kann dazu eine Sehne in Form einer Geraden (Darstellung in der 2) oder einer Krümmung (Darstellung in der 3) besitzen. Mit einer Anordnung derartiger Masken 2, 3 ist eine rotationssymmetrische Vertiefung in den Körper 6 einbringbar. In einer Ausführungsform kann in der Laserstrahlung 8 in Strahlrichtung des Lasers 1 nach den beiden Masken 2, 3 als erste Maske 2 und zweite Maske 3 eine dritte Maske zur Begrenzung des Durchmessers oder Beeinflussung der Randgeometrie der Vertiefung angeordnet ist.The masks 2 , 3 are circular disks, each with at least one opening 10 have in the form of a segment of a circle. For this purpose, the segment of a circle can be a chord in the form of a straight line (representation in the 2 ) or a curvature (shown in the 3 ) own. With an arrangement of such masks 2 , 3 is a rotationally symmetrical recess in the body 6th collectable. In one embodiment, the laser radiation 8th in the direction of the laser beam 1 after the two masks 2 , 3 as the first mask 2 and second mask 3 a third mask for limiting the diameter or influencing the edge geometry of the recess is arranged.

Die 4 zeigt zwei Masken 2, 3 und eine Sammellinse 11 im Laserstrahl sowie eine Abbildung der resultierenden Maskengeometrie auf dem Körper 6 in einer prinzipiellen Darstellung.the 4th shows two masks 2 , 3 and a converging lens 11 in the laser beam as well as an image of the resulting mask geometry on the body 6th in a basic representation.

In einer Ausführungsform kann die Laserstrahlung 8 des Lasers 1 insbesondere eine homogenisierte Laserstrahlung 8 des Lasers 1 sein. In Strahlrichtung des Lasers 1 nach den Masken 2, 3 befindet sich eine abbildende optische Einrichtung in Form einer Sammellinse 11. Damit wird die Geometrie der Masken 2, 3 auf dem Körper 6 abgebildet und die Vertiefung ausgebildet.In one embodiment, the laser radiation 8th of the laser 1 in particular a homogenized laser radiation 8th of the laser 1 be. In the direction of the laser beam 1 after the masks 2 , 3 there is an imaging optical device in the form of a converging lens 11 . This is the geometry of the masks 2 , 3 on the body 6th mapped and formed the recess.

Mit der Einrichtung sind Vertiefungen durch Ablation mit Laserstrahlung 8 des Lasers 1 durch Mikrostrukturierung einbringbar, die insbesondere rotationssymmetrische Vertiefungen sein können. Die so durch Ablation mit der Laserstrahlung 8 des Lasers 1 eingebrachte Vertiefung mit der Mikrostruktur in den Körper 6 dient der Beeinflussung optischer Signale und/oder von Licht. Der dazu verwendete Mikrostrukturierungsprozess basiert auf der Technik der Maskenprojektion. Durch den Einsatz beispielsweise eines gepulsten Excimer-Lasersystems als Laser 1 wird mit jedem Laserpuls eine bestimmte Materialmenge in Abhängigkeit von den Laserparametern und den Materialparametern abgetragen. Durch die Homogenisierung des Laserstrahls wird die Laserpulsfluenz im gesamten Maskenbereich und damit auch in der Bildebene des abbildenden Systems homogen verteilt. Daher ist die Abtragungstiefe im gesamten Ablationsbereich gleich. Dieser Bereich wird durch die Maskengeometrie gebildet. Im Allgemeinen hängt die Tiefe der Mikrostrukturen von der Laserpulsfluenz und der Anzahl der Pulse pro Bereich ab. Eine Erzeugung einer helikalen Phasenverschiebung eines optischen Signals kann beispielsweise durch die Beeinflussung der optischen Dicke eines transparenten Materials erfolgen. Die dafür erforderliche Struktur ist vergleichbar mit einer Wendeltreppe. Die Herstellung dieser drei dimensionalen Mikrostrukturen erfordert die Kontrolle der Mikrostrukturierungstiefe innerhalb des Abtragsbereichs und insbesondere in Rotationsrichtung der Masken 2, 3. Der Mikrostrukturierungsprozess beginnt mit der Berechnung des Schrittwinkels und des Sektorwinkels. Letzterer definiert die Anzahl der Phasensprünge im modulierten optischen Signal. Darüber hinaus definiert die Anzahl der Ebenen den Schrittwinkel. Die Masken 2, 3 sind in kongruenter Position nach der Referenzierung des Systems. Anschließend wird eine der Masken 2, 3 gegen die andere verdreht, bis der Sektorwinkel erreicht ist. Diese Position ist der Ausgangszustand für die Mikrostrukturierung jedes Sektors, unabhängig vom Sektorwinkel. Ausgehend von diesem Ausgangszustand wird der Sektorwinkel nach jedem Laserpuls um den Schrittwinkel reduziert. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die Anzahl der erforderlichen Schritte erreicht ist. So kann beispielsweise eine Spiralphasenplatte realisiert werden.With the device are depressions by ablation with laser radiation 8th of the laser 1 can be introduced by microstructuring, which can in particular be rotationally symmetrical depressions. The so by ablation with the laser radiation 8th of the laser 1 introduced depression with the microstructure in the body 6th serves to influence optical signals and / or light. The microstructuring process used for this is based on the technique of mask projection. By using, for example, a pulsed excimer laser system as a laser 1 With each laser pulse, a certain amount of material is removed depending on the laser parameters and the material parameters. As a result of the homogenization of the laser beam, the laser pulse fluence is distributed homogeneously in the entire mask area and thus also in the image plane of the imaging system. The ablation depth is therefore the same in the entire ablation area. This area is formed by the mask geometry. In general, the depth of the microstructures depends on the laser pulse fluence and the number of pulses per area. A helical phase shift of an optical signal can be generated, for example, by influencing the optical thickness of a transparent material. The structure required for this is comparable to a spiral staircase. The production of these three-dimensional microstructures requires the control of the microstructuring depth within the ablation area and in particular in the direction of rotation of the masks 2 , 3 . The microstructuring process begins by calculating the step angle and the sector angle. The latter defines the number of phase jumps in the modulated optical signal. In addition, the number of levels defines the step angle. The masks 2 , 3 are in congruent position after referencing the system. Then one of the masks 2 , 3 twisted against the other until the sector angle is reached. This position is the initial state for the microstructuring of each sector, regardless of the sector angle. Starting from this initial state, the sector angle is reduced by the step angle after each laser pulse. This process is repeated until the number of required steps has been achieved. For example, a spiral phase plate can be implemented.

Bei einem Körper 6 zur Beeinflussung optischer Signale und/oder von Licht mit wenigstens einer durch Ablation mit Laserstrahlung 8 wenigstens eines Lasers 1 eingebrachten Vertiefung weist der Boden der Vertiefung im Querschnitt eine Nut, eine Stufe, eine Krümmung oder eine Gerade jeweils einzeln, mehrfach oder in einer Kombination davon auf. Der Boden der Vertiefung kann so wenigstens eine Nut in Form einer Spirale oder Nuten in Form von spiralförmig angeordneten Teilen aufweisen. Darüber hinaus kann der Boden der Vertiefung wenigstens als eine Schraube und/oder mit schraubenförmig ausgebildeten Teilen ausgebildet sein. Weiterhin kann wenigstens ein Bereich einer Oberfläche der Spirale, der spiralförmigen Teile, der Schraube oder der schraubenförmigen Teile im Querschnitt eine Krümmung und/oder eine Ebene sein. Der Körper 6 kann so auch wenigstens zwei Vertiefungen mit gleichen oder unterschiedlich ausgebildeten Böden aufweisen.With one body 6th for influencing optical signals and / or light with at least one by ablation with laser radiation 8th at least one laser 1 introduced recess, the bottom of the recess in cross section has a groove, a step, a curvature or a straight line, each individually, several times or in a combination thereof. The bottom of the recess can thus have at least one groove in the form of a spiral or grooves in the form of parts arranged in a spiral. In addition, the bottom of the recess can be designed at least as a screw and / or with helically designed parts. Furthermore, at least a region of a surface of the spiral, the spiral-shaped parts, the screw or the helical parts can be a curvature and / or a plane in cross section. The body 6th can thus also have at least two depressions with the same or different bases.

Der Körper 6 kann dazu aus einem Kunststoff oder einem Glas bestehen oder ein Kristall sein.The body 6th can consist of a plastic or a glass or be a crystal.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 3188382 A1 [0002]

Claims

Method for making at least one recess in a body (6) for influencing optical signals and / or light, the recess being introduced by ablation with laser radiation (8) of at least one laser (1), characterized in that at least two in the Laser radiation (8) arranged one after the other in the direction of the beam, rotatable, disc-shaped and circular masks (2, 3) each with at least one cutout and / or at least one opening (10) in the axis of the laser radiation (8), the recess is made in such a way that the bottom of the recess has at least one groove, at least one step, at least one flat surface, at least one spherical surface, at least one freely shaped surface or a combination thereof.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the groove is at least part of a spiral and / or that the bottom has or have at least one spiral and / or at least one helically arranged part or parts.

Procedure according to the Claims 1 and 2 , characterized in that at least a region of a surface of the spiral, the spiral-shaped parts, the screw or the helical parts is or are a spherical and / or a freely shaped and / or a flat surface.

Device for making at least one recess in a body (6) for influencing optical signals and / or light, the recess being a recess made by ablation with laser radiation (8) of at least one laser (1), characterized in that in the laser radiation (8) of the laser (1) in the beam direction at least two disc-shaped and circular masks (2, 3) rotatable one after the other in the axis of the laser radiation (8) are arranged so that the masks (2, 3) each have at least one cutout have at least one curved edge and / or at least one opening (10) with at least one curved edge, that the masks (2, 3) are each connected to a drive (4, 5) and that the drives (4, 5) with a Control device (7) are connected.

Establishment according to Claim 4 , characterized in that the laser radiation (8) from the laser (1) is a homogenized laser radiation (8) from the laser (1).

Establishment according to Claim 4 , characterized in that an imaging optical device is located after the masks (2, 3) in the beam direction of the laser (1).

Establishment according to Claim 6 , characterized in that the imaging optical device has at least one converging lens (11).

Establishment according to Claim 4 , characterized in that in the laser radiation (8) in the beam direction of the laser (1) after the two masks (2, 3) as a first mask (2) and second mask (3) a third mask for limiting the diameter or influencing the edge geometry the recess is arranged.

Body (6) for influencing optical signals and / or light with at least one recess introduced by ablation with laser radiation (8) of at least one laser (1), characterized in that the bottom of the recess has a groove, a step, a curvature in cross section or a straight line in each case individually, several times or in a combination thereof, whereby one by means of the laser radiation (8) of the laser (1) with at least two in the laser radiation (8) arranged one after the other in the direction of the beam, in the axis of the laser radiation (8) rotatable, disc-shaped and circular masks (2, 3) each with at least one cutout and / or at least one opening (10) introduced into the recess.

Body (6) Claim 9 , characterized in that the body (6) consists of a plastic or a glass or that the body (6) is a crystal.

Body (6) Claim 9 , characterized in that the bottom of the recess has at least one groove in the form of a spiral or have grooves in the form of spirally arranged parts and / or that the bottom of the recess is or are at least designed as a screw and / or with helical parts.

Body (6) Claim 9 , characterized in that at least a region of a surface of the spiral, the spiral-shaped parts, the screw or the helical parts is a curvature and / or a plane in cross section.

Body (6) Claim 9 , characterized in that the body (6) has at least two depressions with the same or different bottoms.