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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl eines Lasers.
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Stand der Technik
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In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Lasern zu einer neuen Art der Materialbearbeitung geführt. Insbesondere bei Ultrakurzpulslasern kann die kurze Pulslänge und hohe Pulsspitzenleistung beziehungsweise die hohe Pulsenergie zu einer nichtlinearen Absorption der Pulsenergie im Material eines Werkstücks führen, so dass auch für die verwendete Laserlichtwellenlänge eigentlich transparente beziehungsweise im Wesentlichen transparente Materialien bearbeitet werden können.
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Ein besonderer Anwendungsbereich einer solchen Laserstrahlung ist das Trennen und Bearbeiten von Werkstücken. Hierbei wird bevorzugt ein Laserstrahl unter senkrechtem Einfall in das Material eingebracht, wodurch Materialmodifikationen in dem Material erzeugt werden, die das Material gezielt schädigen. Dadurch wird gewissermaßen eine Perforation erzeugt, entlang der das Material getrennt werden kann.
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Ein weiterer Anwendungsbereich einer solchen Laserstrahlung ist das Fügen zweier Fügepartner, wobei die jeweiligen Fügepartner mit einem Laserstrahl beaufschlagt werden, um auf diese Weise in der durch den Laserstrahl beaufschlagten Zone durch Energieabsorption eine Schmelze zu erzeugen, welche nach dem Erstarren der Schmelze eine Schweißnaht zwischen den Fügepartnern ausbildet. Das Fügen mittels ultrakurzer Laserpulse ermöglicht dabei eine stabile Verbindung der Fügepartner ohne zusätzlichen Materialeinsatz.
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Sowohl beim Fügen als auch beim Trennen ist das sogenannte Wobbeln, eine periodische Bewegung des Laserstrahls um eine Füge- oder Trennlinie, bekannt. Hierdurch werden besonders qualitativ hochwertige Kanten beim Trennen oder Fügenähte beim Fügen erzeugt.
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Bisher muss für eine solche Wobbel-Bewegung die Bearbeitungsoptik oder ein Teil der Bearbeitungsoptik periodisch bewegt werden, was in einem komplizierten Aufbau der Bearbeitungsoptik und einer aufwändigen Justage der Bearbeitungsoptik resultiert.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks, sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl eines Lasers vorgeschlagen, umfassend einen Laser, der dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl abzugeben, einen Polarisationsschalter, der dazu eingerichtet ist die Polarisation des Laserstrahls zwischen zwei Polarisationszuständen zu schalten und/oder die Polarisation des Laserstrahls zu drehen, einen Polarisationsaufspalter, der dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl in zwei Teillaserstrahlen aufzuspalten, wobei die zwei Teillaserstrahlen zueinander orthogonale Polarisationen aufweisen und wobei der erste Teillaserstrahl mit der ersten Polarisation nach dem Durchlaufen des Polarisationsaufspalters einen ersten Versatz aufweist und der zweite Teillaserstrahl einer zweiten Polarisation nach dem Durchlaufen des Polarisationsaufspalters einen zweien Versatz aufweist, und eine Bearbeitungsoptik, die dazu eingerichtet ist, den ersten Teillaserstrahl in eine erste Fokuszone in das Werkstück und den zweiten Teillaserstrahl in eine zweite Fokuszone in das Werkstück einzubringen, um das Werkstück zu bearbeiten. Erfindungsgemäß wird der Polarisationsschalter in Strahlausbreitungsrichtung vor dem Polarisationsaufspalter angeordnet, wobei durch das Schalten und/oder Drehen der Polarisation durch den Polarisationsschalter abwechselnd die Intensitäten der zwei Teillaserstrahlen maximiert wird.
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Ein Polarisationsschalter ermöglicht es die Polarisation eines vom Laser bereitgestellten einfallenden Laserstrahls zu modifizieren. Eine Modifikation kann darin bestehen, dass aus einem Laserstrahl in einem Anfangspolarisationszustand ein Laserstrahl in einem Endpolarisationszustand erzeugt wird. Beispielsweise kann aus einem Laserstrahl in einem s-Polarisationszustand, dessen Polarisation senkrecht zur Einfallsebene des Laserstrahls steht, ein Laserstrahl in einem p-Polarisationszustand erzeugt werden, dessen Polarisation parallel zur Einfallsebene steht.
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Dies kann dadurch geschehen, dass die Polarisation des Laserstrahls aus dem Anfangspolarisationszustand kontinuierlich heraus in den Endpolarisationszustand hineingedreht wird, so dass ein Laserstrahl in einem Endpolarisationszustand erzeugt wird. Im Zeitverlauf nimmt daher der Laserstrahl alle Polarisationszustände zwischen dem Anfangspolarisationszustand und dem Endpolarisationszustand ein.
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Es kann aber auch sein, dass die Polarisation des Laserstrahls geschaltet wird. Dann nimmt der Laserstrahl im Zeitverlauf lediglich zwei Polarisationszustände ein, nämlich den Anfangspolarisationszustand und den Endpolarisationszustand, also beispielsweise einen s-Polarisationszustand und einen p-Polarisationszustand.
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Es kann aber auch sein, dass die Polarisation des Laserstrahls auch auf zwischen dem Anfangspolarisationszustand und dem Endpolarisationszustand liegende Zwischenpolarisationszustände geschaltet wird. Beispielsweise kann der Laserstrahl zwischen einem s-Polarisationszustand und einem p-Polarisationszustand auch auf einen Zwischenpolarisationszustand geschaltet werden, bei dem die Polarisation unter einem Winkel ungleich 0° oder 90°, beispielsweise 30° oder 45° oder 60° zur Einfallsebene steht.
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Obige Beschreibung des Polarisationsschalters gilt analog für zirkular oder elliptisch polarisierte Laserstrahlen. Hierbei kann ein Anfangspolarisationszustand aus einem Polarisationszustand einer ersten Händigkeit, beispielsweise Linkshändigkeit, bestehen und der Endpolarisationszustand kann aus einem Polarisationszustand einer zweiten Händigkeit bestehen kann, beispielsweise Rechtshändigkeit. Der Zwischenpolarisationszustand kann hierbei beispielsweise linearer Polarisationszustand oder ein elliptischer Polarisationszustand sein.
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Ein Polarisationsaufspalter ermöglicht es, einen einfallenden Laserstrahl in lineare Basispolarisationszustände zu zerlegen und die jeweiligen Basispolarisationszustände in Form von Teillaserstrahlen räumlich zu separieren. Hierbei wird die Polarisation des einfallenden Laserstrahls auf die Basispolarisationszustände des Polarisationsaufspalters projiziert. Solche Polarisationsaufspalter beruhen typischerweise auf einer Doppelbrechung des Laserstrahls im Polarisationsaufspalter.
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Unter Doppelbrechung wird die Fähigkeit eines optischen Materials verstanden, den einfallenden Laserstrahl in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teillaserstrahlen zu trennen. Dies geschieht aufgrund unterschiedlicher Brechungsindizes des optischen Materials in Abhängigkeit von der Polarisation und dem Einfallswinkel des Lichts relativ zur optischen Achse des optischen Materials. Die Trennung des beliebig polarisierten Laserstrahls erfolgt daher in die Basispolarisationszustände des Polarisationsaufspalters aufgrund der Form und Gestalt der optischen Achse des optischen Materials des Polarisationsaufspalters.
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Im Sinne dieser Anmeldung werden unter senkrecht zueinander polarisierten Teillaserstrahlen linear polarisierte Teillaserstrahlen verstanden, deren Polarisationsrichtungen und einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet sind. Unter senkrecht zueinander polarisierten Teillaserstrahlen werden aber auch zirkular polarisierte Teillaserstrahlen mit entgegengesetztem Drehsinn verstanden, d.h. zwei links bzw. rechts zirkular polarisierte Teillaserstrahlen. Die Umwandlung von linear polarisierten Teillaserstrahlen mit senkrecht zueinander ausgerichteten Polarisationsrichtungen in zirkular polarisierte Teillaserstrahlen mit entgegengesetztem Drehsinn kann z.B. mit Hilfe einer geeignet orientierten Verzögerungsplatte (λ/4-Platte) erfolgen, siehe unten.
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Die vom Polarisationsaufspalter nach Basispolarisationszuständen zerlegten auslaufenden Teillaserstrahlen können einen Winkelversatz und/oder einen Ortsversatz zueinander aufweisen. Auch dies lässt sich mit der Anisotropie der Brechungsindizes für verschiedene Polarisationsrichtungen des optischen Materials des Polarisationsaufspalters begründen.
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Beispielsweise können die Teillaserstrahlen nach Durchlauf durch den Polarisationsaufspalter einen Winkelversatz aufweisen. Dies bedeutet, dass der erste Teillaserstrahl mit einer ersten Polarisation hinter dem Polarisationsaufspalter nicht parallel zum zweiten Teillaserstrahl mit einer zweiten Polarisation verläuft.
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Zur Erzeugung des Winkelversatzes (ohne Ortsversatz) kann der Polarisationsaufspalter eine Strahlaustrittsfläche aufweisen, die unter einem Winkel zur Strahleintrittsfläche geneigt ist. Die optische Achse des doppelbrechenden Kristalls ist in diesem Fall typischerweise parallel zur Strahleintrittsfläche ausgerichtet. Die beiden Teillaserstrahlen treten in diesem Fall an der Strahlaustrittsfläche an demselben Ort und mit einem definierten Winkelversatz aus dem doppelbrechenden Kristall aus.
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Beispielsweise können die Teillaserstrahlen nach Durchlauf durch den Polarisationsaufspalter einen Ortsversatz aufweisen. Dies bedeutet, dass der Teillaserstrahl mit der ersten Polarisation hinter dem doppelbrechenden Polarisationselement parallel zum Teillaserstrahl mit der zweiten Polarisation verläuft. Allerdings sind beide Teillaserstrahlen parallel zueinander verschoben, sodass es einen endlichen Abstand zwischen beiden Teillaserstrahlen gibt.
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Zur Erzeugung des Ortsversatzes (ohne Winkelversatz) kann der Polarisationsaufspalter beispielsweise parallel ausgerichtete, in der Regel plane Strahleintritts- und Strahlaustrittsflächen aufweisen. Die optische Achse des doppelbrechenden Kristalls ist in diesem Fall typischerweise unter einem Winkel zur Strahleintrittsfläche ausgerichtet. Trifft der Laserstrahl senkrecht auf die Strahleintrittsfläche, wird an der Strahlaustrittsfläche ein reiner Ortsversatz erzeugt.
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Die Abstände der einzelnen Teillaserstrahlen mit unterschiedlicher Polarisation können durch den Polarisationsaufspalter festgelegt werden, beispielsweise bei der Herstellung oder durch Orientierung der optischen Achse des Kristalls zum einfallenden Laserstrahl.
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Beispielsweise kann ein Polarisationsaufspalter einen ersten Teillaserstrahl nicht ablenken und einen zweiten Teillaserstrahl ablenken. Dementsprechend würde der erste Teillaserstrahl weiterhin auf der optischen Achse propagieren, der zweite Teillaserstrahl jedoch nicht. Es ist auch möglich, dass beide Teillaserstrahlen in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt werden. Es ist auch möglich, dass beide Teillaserstrahlen in dieselbe Richtung aber unterschiedlich stark abgelenkt werden.
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Insbesondere kann der erste Versatz (oder der zweite Versatz) auch Null sein und nur der zweite Versatz (oder der erste Versatz) einen endlichen Wert annehmen, da so bereits eine Aufspaltung in Teillaserstrahlen ermöglicht wird.
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Die Bearbeitungsoptik ermöglicht es die vom Polarisationsaufspalter bereitgestellten Teillaserstrahlen unterschiedlicher Polarisation in zwei verschiedene Fokuszonen zu überführen und in das Werkstück einzubringen. Insbesondere wird ein erster Teillaserstrahl einer ersten Polarisation in einer ersten Fokuszone in das Werkstück eingebracht und der zweite Teillaserstrahl einer zweiten Polarisation wird in der zweiten Fokuszone in das Werkstück eingebracht, um das Werkstück zu bearbeiten.
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Insbesondere können die Fokuszonen in dergleichen oder in verschiedenen Fokusebenen liegen. Das kann bedeuten, dass die erste Fokuszone beispielsweise in Strahlausbreitungsrichtung vor oder hinter der zweiten Fokuszone liegt. Die beiden Fokuszonen können auch in derselben Fokusebene liegen, wobei die Fokuszonen in der Fokusebene jedoch versetzt zueinander vorliegen. Beispielsweise kann eine Fokuszone unter der Grenzfläche beim Fügen liegen und die andere Fokuszone kann oberhalb der Grenzfläche beim Fügen liegen.
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Eine Bearbeitung kann beispielsweise darin bestehen, dass ein Werkstück getrennt wird, oder eine Kante abgefast wird, oder eine Sollbruchstelle erzeugt wird oder eine besonders gerichtete Materialspannung erzeugt wird und so weiter. Es kann aber auch sein, dass das Werkstück zwei Fügepartner umfasst, die miteinander gefügt werden sollen. Verschiedene Varianten der Bearbeitung werden weiter unten besprochen.
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Der Polarisationsschalter wird in Strahlausbreitungsrichtung vor dem Polarisationsaufspalter angeordnet. Der Polarisationsaufspalter nimmt hierbei eine fixe Aufspaltung und/oder Ablenkung des Laserstrahls in seine orthogonalen Basispolarisationskomponenten vor. Das bedeutet, dass die Größe der räumlichen Aufspaltung der zwei Teillaserstrahlen unabhängig von der Polarisation des einfallenden Laserstrahls ist. Das bedeutet aber auch, dass der erste Teillaserstrahl sich in einem ersten Basispolarisationszustand des Polarisationsaufspalters befindet und entlang einem ersten Pfad durch und aus dem Polarisationsaufspalter propagiert und der zweite Teillaserstrahl sich in einem zweiten Basispolarisationszustand befindet und entlang einem zweiten Pfad durch und aus dem Polarisationsaufspalter propagiert.
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Indem der Polarisationsschalter vor dem Polarisationsaufspalter angeordnet wird, kann die Polarisation des einfallenden Laserstrahls so manipuliert werden, dass der Polarisationszustand des einfallenden Laserstrahls einem Basispolarisationszustand des Polarisationsaufspalters entspricht. Dann wird - bei einer vollständigen Polarisation des einfallenden Laserstrahls, die gesamte Laserenergie des Laserstrahls entlang dem Pfad des Teillaserstrahls des gewählten Basispolarisationszustands transportiert.
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Beispielsweise kann der Polarisationsaufspalter einen Laserstrahl in einen ersten Teillaserstrahl in einem ersten Basispolarisationszustand und einen zweiten Teillaserstrahl in einem zweiten Basispolarisationszustand ablenken. Wenn sich der Laserstrahl bereits vor dem Polarisationsaufspalter vollständig in dem ersten Basispolarisationszustand befindet, so wird der Laserstrahl auf den Pfad des ersten Teillaserstrahls abgelenkt. Eine Aufspaltung des Laserstrahls findet wegen der vollständigen Polarisation des einfallenden Laserstrahls nicht statt.
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Wenn mit dem Polarisationsschalter der Laserstrahl zwischen den beiden Basispolarisationszuständen hin- und hergeschaltet wird, so wird der Laserstrahl abwechselnd auf den Pfad des ersten und des zweiten Teillaserstrahls abgelenkt. Dementsprechend wird die Laserenergie abwechselnd in die erste Fokuszone oder die zweite Fokuszone eingebracht.
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Wenn mit dem Polarisationsschalter der Laserstrahl zwischen den beiden Basispolarisationszuständen hin- und hergedreht wird, so wird der Laserstrahl abwechselnd auf den Pfad des ersten und des zweiten Teillaserstrahls abgelenkt, wobei jedoch bei einem jeden Zwischenpolarisationszustand des Laserstrahls auch eine Aufspaltung des Laserstrahls vorgenommen wird. Dementsprechend wird die Laserleistung zunächst in eine erste Fokuszone eingebracht, anschließend zu einem Teil in die erste und zu einem Teil in die zweite Fokuszone eingebracht und schließlich in die zweite Fokuszone eingebracht. Die Anteile der in die erste und die zweite Fokuszone eingebrachte Laserenergie (oder Intensität) richtet sich hierbei nach der Projektion der Polarisation des einfallenden Laserstrahls auf die Basispolarisationszustände des Polarisationsaufspalters.
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Insbesondere wird so durch die Wahl des Polarisationszustandes durch den Polarisationsschalter abwechselnd die Intensität der zwei Teilstrahlen maximiert beziehungsweise die in die zwei verschiedenen Fokuszonen eingebrachte Energie maximiert.
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Das abwechselnde Einbringen der Laserenergie in die Fokuszonen kann hierbei ein im Zeitverlauf mindestens abschnittsweises periodisches Verhalten bedeuten. Dadurch ist es insbesondere möglich eine Wobbel-Bewegung der Laserstrahlen zu imitieren. Durch den räumlichen Abstand der Fokuszonen wird hierbei die Wobbelamplitude definiert. Zudem kann durch den Polarisationsschalter die Wobbel-Frequenz, also die zeitliche Wiederholrate des abwechselnden Einbringens der Laserenergie in die Fokuszonen, eingestellt werden.
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Das Maximieren der Intensität der Teillaserstrahlen kann hierbei bedeuten, dass die Bearbeitung des Werkstücks mit der Vorrichtung auch bei nicht vollständig polarisiertem Laserlicht möglich ist. Wenn beispielsweise der einfallende Laserstrahl lediglich zu 80% polarisiert ist, dann können durch den Polarisationsaufspalter auch lediglich 80% des Laserstrahls gezielt aufgespalten und/oder abgelenkt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass das die Position des Laserstrahls nicht durch eine Bewegung der Bearbeitungsoptik geändert wird, so dass die Vorrichtung eine besonders hohe mechanische Stabilität aufweist. Insbesondere erfolgt die Positionsänderung an einem anderen Ort als bei der Bearbeitungsoptik, so dass die Bearbeitungsoptik besonders einfach hergestellt werden kann. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau der Vorrichtung, sowie eine kostengünstige Realisierung, wobei auch leistungstaugliche Elemente besonders einfach verbaut werden können. Des Weiteren kann eine Bearbeitungsoptik mit einer großen Apertur und bei großen Prozessgeschwindigkeiten eingesetzt werden.
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Die Wellenlänge des Laserstrahls kann zwischen 200nm und 2000nm betragen, bevorzugt 257nm oder 343nm oder 515nm oder 1030nm betragen.
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Die Vorrichtung ist demnach unabhängig von der Wellenlänge besonders gut zum Bearbeiten eines Werkstücks geeignet. Insbesondere kann für das Werkstück und die zu erzielende Bearbeitung eine passende Laserwellenlänge gewählt werden, so dass eine optimale Bearbeitung realisiert werden kann. Je nach gegebener Wellenlänge kann es hierbei jedoch erforderlich sein die optischen Elemente der Vorrichtung der Wellenlänge des Laserstrahls entsprechend anzupassen.
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Der Laser kann ein Dauerstrichlaser oder ein gepulster Laser, insbesondere ein Ultrakurzpulslaser sein, und/oder ein Single Mode oder Multi Mode Laser sein und/oder fasergeführt oder freiraumgeführt sein.
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Ein Dauerstrichlaser stellt einen kontinuierlichen Laserstrahl bereit, so dass kontinuierlich Laserenergie entlang des Laserstrahls transportiert wird.
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Im Gegensatz dazu stellt der gepulste Laser lediglich während bestimmter Zeitintervalle, deren Länge die sogenannte Pulslänge ist, Laserenergie zur Verfügung. Der Energietransport durch die Laserpulse erfolgt hierbei ebenfalls entlang des Laserstrahls. Insbesondere kann ein gepulster Laser auch ein Ultrakurzpulslaser sein, wobei die Pulsdauer der Laserpulse kleiner als 10ps sein kann, bevorzugt kleiner als 1 ps sein kann.
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Anstatt einzelner Laserpulse kann der Laser auch Bursts zur Verfügung stellen, wobei jeder Burst das Aussenden mehrerer Laserpulse umfasst. Dabei kann für ein bestimmtes Zeitintervall das Aussenden der Laserpulse sehr dicht, im Abstand weniger Piko- bis zu hunderten Nanosekunden, aufeinander folgen. Bei den Bursts kann es sich insbesondere um sogenannte GHz-Bursts handeln, bei denen die Abfolge der aufeinanderfolgenden Laserpulse des jeweiligen Bursts im GHz Bereich stattfindet.
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Eine Abfolge von Einzelpulsen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass nacheinander mehrere Einzelpulse von dem Laser abgegeben werden. Eine Abfolge von Einzelpulsen umfasst demnach mindestens zwei Einzelpulse. Eine Abfolge von Bursts bedeutet, dass nacheinander jeweils mehrere Bursts von dem Laser abgegeben werden. Eine Abfolge von Bursts umfasst demnach mindestens zwei Bursts. Insbesondere können die Bursts oder Einzelpulse der Abfolge jeweils gleichartig sein. Gleichartig sind die Bursts oder Einzelpulse, wenn die verwendeten Laserpulse im Wesentlichen dieselben Eigenschaften aufweisen, also etwa die gleiche Pulsenergie, die gleiche Pulslänge und - im Falle von Bursts - auch gleiche Pulsabstände innerhalb des Bursts aufweisen.
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Um das Material zu bearbeiten, können Einzelpulse und/oder Bursts in das Material eingebracht und beispielsweise sukzessive absorbiert werden. Diese Vielzahl an einer Position eingebrachter ultrakurzen Einzelpulse und/oder Bursts wird auch Laserspot genannt, wobei die Anzahl an Einzelpulse und/oder Bursts pro Laserspot N gegeben ist durch das Produkt aus Spotgröße SG und Repetitionsrate P pro Vorschubgeschwindigkeit VG: N = SG * P / VG. Die Spotgröße beschreibt hierbei über welchen räumlichen Bereich die ultrakurzen Laserpulse und/oder Bursts in das Material abgegeben werden.
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Die Größe des Bearbeitungsbereichs ist dabei zusätzlich durch die Strahlgeometrie, insbesondere die Größe der Fokuszone des fokussierten Laserstrahls, bestimmt. Die Strahlgeometrie beschreibt hierbei die räumliche Ausgestaltung des Laserstrahls sowie weitere Strahleigenschaften wie beispielsweise bestimmte Beugungseigenschaften des Laserstrahls, siehe unten.
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Bauartbedingt können sich aufgrund der Resonatorlänge des Lasers im Laserstrahl eine Vielzahl von longitudinalen Moden ergeben. Ein solcher Laser wird auch Multi-Mode Laser genannt. Wird lediglich eine einzige Mode durch den Laser bereitgestellt, so spricht man von einem Single-Mode Laser. In der vorliegenden Erfindung können sowohl Single-Mode als auch Multi-Mode Laser verwendet werden.
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Bei einem fasergeführten Laser wird der Laserstrahl des Lasers in eine Faser eingekoppelt und so zum Einsatzort, beziehungsweise zu den optischen Elementen der Vorrichtung geführt. Eine solche Faser kann beispielsweise eine optische Faser, eine Glasfaser oder eine Hohlkernfaser sein. Bei einer Freistrahlführung wird der Laserstrahl über ein optisches Linsen und/oder Spiegelsystem zu den optischen Elementen der Vorrichtung beziehungsweise zu der Bearbeitungsoptik geführt. Während man im ersten Fall leicht eine flexible Laserführung beispielsweise auch im Kurven oder von Raum-zu-Raum realisieren kann, kann im zweiten Fall der Laserstrahl besonders einfach manipuliert werden, da der Laserstrahl frei zugänglich ist.
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Der Polarisationsgrad des Laserstrahls kann vor dem Polarisationsschalter größer ist als 50% sein.
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Dadurch kann erreicht werden, dass der Polarisationsschalter die Polarisation des Laserstrahls besonders gut manipulieren kann. Wenn der Laserstrahl unpolarisiert wäre, könnte der Polarisationsschalter keine Polarisation modifizieren. Je höher der Polarisationsgrad, desto höher ist der Kontrast der beiden Teillaserstrahlen in den beiden Fokuszonen.
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Beispielsweise kann vor dem Polarisationsschalter ein Polarisationsfilter angeordnet sein, um den Laserstrahl zu polarisieren beziehungsweise den Polarisationsgrad zu erhöhen.
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Der Laser kann den Polarisationsschalter umfassen.
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Dadurch kann ein besonders einfacher Aufbau der Vorrichtung realisiert werden, wenn der Laser bereits einen Laserstrahl mit einer gesteuerten beziehungsweise schaltbaren und/oder drehbaren Polarisation aufweist.
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Der Polarisationsschalter kann eine Pockelszelle und/oder eine rotierende λ/4-Platte und/oder eine rotierende λ/2 Platte ist sein.
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Eine Pockelszelle ist hierbei eine optoelektronische Vorrichtung die die Polarisation eines durch die Pockelszelle laufenden Laserstrahls durch Anlegen einer Steuerungsspannung modifizieren kann. Insbesondere ist es möglich die Polarisation des Laserstrahls zu drehen und/oder eine lineare (elliptische oder zirkulare) Polarisation in eine elliptische oder zirkulare (lineare) Polarisation umzuwandeln. Dementsprechend kann durch die Spannungssteuerung besonders einfach eine Schaltung oder Drehung oder Modifikation der Polarisation vorgenommen werden.
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Beispielsweise kann eine sinusförmige Spannung an die Pockelszelle angelegt werden, so dass die in jeder Fokuszone deponierte Energie, beziehungsweise die Intensität der zwei Teillaserstrahlen sinusförmig moduliert wird. Es ist jedoch auch möglich, dass die Spannung eine andere Kurvenform aufweist, beispielsweise rechteckig ist oder Sägezahn-förmig ist. Dadurch kann die Polarisation insbesondere geschaltet werden.
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Insbesondere kann durch eine Pockelszelle auf bewegliche Teile in der Vorrichtung verzichtet werden, so dass eine besondere mechanische Stabilität erreicht werden kann.
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Eine rotierende λ/2 Platte rotiert die Polarisation des Laserstrahls proportional zum Rotationswinkel der λ/2 Platte um die optische Achse des verbauten optischen Kristalls. Beispielsweise kann die λ/2 Platte auch segmentiert sein, wobei ein erstes Segment eine erste optische Achse aufweist und ein zweites Segment eine zweite optische Achse aufweist. Beim Übergang des Laserstrahls von einem Segment in ein anderes Segment aufgrund der Rotation, kann ein Sprung der Polarisationsdrehung des Laserstrahls erzeugt werden. Dadurch kann insbesondere auch mit einer rotierenden λ/2 Platte eine Schaltung der Polarisation erreicht werden.
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Eine rotierende λ/4 Platte erzeugt aus einem einfallenden linear polarisierten Laserstrahl in der Rotation entsprechender periodischer Art und Weise einen links- oder rechtszirkular polarisierten Laserstrahl. Durch eine nachfolgende λ/4 Platte kann der zirkular polarisierte Laserstrahl wieder in einen linear polarisierten Laserstrahl überführt werden, wobei wie bei der rotierenden λ/2 Platte alle linearen Polarisationszustände durchlaufen werden. Bei einem einfallenden, zirkular polarisiertem Laserstrahl genügt lediglich eine rotierende λ/4 Platte um eine rotierende lineare Polarisation zu erzeugen.
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Eine λ/4-Platte kann in Strahlausbreitungsrichtung vor dem Polarisationsaufspalter angeordnet sein und dazu eingerichtet sein einen zirkular polarisierten Laserstrahl in einen linear polarisierten Laserstrahl zu überführen.
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Insbesondere kann auf diese Weise zirkular polarisiertes Licht des Polarisationsschalters in linear polarisiertes Licht überführt werden, so dass eine Projektion des Polarisationszustands auf die Basispolarisationszustände des Polarisationsaufspalters zu einer Modulation der Intensität der Teillaserstrahlen in den Fokuszonen führt.
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Wie bereits weiter oben beschrieben, können die zwei Teillaserstrahlen in Strahlausbreitungsrichtung hinter dem Polarisationsaufspalter zueinander orthogonal linear polarisiert sein, bevorzugt p- und s-polarisiert sein. Es ist aber auch möglich, dass durch eine λ/4-Platte, die in Strahlausbreitungsrichtung hinter dem Polarisationsaufspalter angeordnet ist, die zueinander orthogonal linear polarisierten Teillaserstrahlen in zueinander orthogonal zirkular polarisierte Teillaserstrahlenüberführt werden.
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Es ist auch möglich, dass als Polarisationsschalter eine Pockelszelle und eine λ/4-Platte kombiniert werden. Die Polarisation des Laserstrahls kann mit der Pockelszelle beispielsweise um ±λ/4 geschaltet werden, so dass in Kombination mit der λ/4-Ptatte, die vor oder nach der Pockelszelle angeordnet werden kann, eine Rotation der Polarisation erreicht wird.
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Dadurch kann insgesamt die Polarisationsrichtung bestimmt werden, als auch die Händigkeit der Polarisation. Somit ist eine ideale Anpassung der Polarisation an die Bearbeitung des Werkstücks möglich.
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Die Bearbeitungsoptik kann eine Kollimationslinse und eine Fokussierlinse umfassen.
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Die Kollimationslinse ist hierbei dazu eingerichtet Strahlenbündel nicht-paralleler Teilstrahlen, insbesondere divergenter Teilstrahlen in parallele Teilstrahlen zu überführen. Insbesondere können die Teillaserstrahlen des Polarisationsaufspalters mit einem Winkelversatz durch eine Kollimationslinse parallelisiert werden.
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Die Fokussierlinse kann die Teilstrahlen eines Strahlenbündels in eine Fokuszone überführen. Insbesondere ist es dadurch möglich zwei verschiedene Strahlenbündel, wie die der Teillaserstrahlen, die durch den Polarisationsaufspalter bereitgestellt werden, in zwei verschiedene Fokuszonen zu überführen.
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Erst durch die Fokussierung und die dadurch bedingte Konvergenz der Strahlenbündel der Teillaserstrahlen in die jeweilige Fokuszone, wird in der Fokuszone eine Intensitätsüberhöhung erreicht, durch die das Werkstück bearbeitet werden kann.
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Die Bearbeitungsoptik kann ein Strahlformungselement, bevorzugt ein diffraktives optisches Element oder ein Mikrolinsenarray umfassen, das dazu eingerichtet ist eine erste Intensitätsverteilung des Laserstrahls in eine zweite Intensitätsverteilung des Laserstrahls zu überführen.
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Ein diffraktives optisches Element ist dazu eingerichtet, den einfallenden Laserstrahl in zwei Raumdimensionen in einer oder mehreren Eigenschaften zu beeinflussen. Ein diffraktives optisches Element ist ein fixes Bauteil, welches beispielsweise zur Herstellung eines bestimmten nicht-beugenden Laserstrahls aus dem einfallenden Laserstrahl verwendet werden kann. Ein diffraktives optisches Element kann auch dazu geeignet sein einen einfallenden Laserstrahl in mehrere Teillaserstrahlen aufzuspalten. Typischerweise ist ein diffraktives optisches Element ein speziell ausgeformtes Beugungsgitter, wobei durch die Beugung der einfallende Laserstrahl in die gewünschte Strahlform gebracht wird.
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Ein Mikrolinsenarray ist eine Anordnung von einer Vielzahl von Linsen, wovon jede eine eigene Abbildung der Teillaserstrahlen erzeugt. Mit einem Mikrolinsenarray lassen sich die zwei Teillaserstrahlen des Polarisationsaufspalters in eine Vielzahl von Teilteillaserstrahlen aufspalten.
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Das Strahlformungselement kann dazu eingerichtet ist dem Laserstrahl ein Gauß'sches Strahlprofil oder ein nicht-beugendes Strahlprofil oder ein Flattop-Strahlprofil aufzuprägen.
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Unter nicht-beugenden Strahlen und/oder Bessel-artigen Strahlen sind insbesondere Strahlen zu verstehen, bei welchen eine transversale Intensitätsverteilung propagationsinvariant ist. Insbesondere ist bei nicht-beugenden Strahlen und/oder Bessel-artigen Strahlen eine transversale Intensitätsverteilung längs der Strahlausbreitungsrichtung im Wesentlichen konstant.
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Hinsichtlich der Definition und Eigenschaften nicht-beugender Strahlen wird auf das Buch „Structured Light Fields: Applications in Optical Trapping, Manipulation and Organisation“, M. Wördemann, Springer Science & Business Media (2012), ISBN 978-3-642-29322-1 verwiesen. Hierauf wird ausdrücklich und vollinhaltlich Bezug genommen.
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Nicht-beugende Laserstrahlen weisen demnach den Vorteil auf, dass sie eine in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone haben können, die deutlich größer als die transversalen Abmessungen der Fokuszone sind. Beispielsweise kann dadurch eine in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Materialmodifikation erzeugt werden.
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Es ist aber auch möglich, dass die Strahlformungsvorrichtung für die verschiedenen Teillaserstrahlen in Strahlausbreitungsrichtung unterschiedlich tiefe Fokuszonen einbringt.
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Ein Flat-Top-Strahlprofil entspricht einem homogenen und scharf begrenzten Strahlquerschnitt, wobei in dem homogenen Teil des Strahlquerschnitts überall eine gleichhohe Intensität vorliegt, die Intensität über die scharfe Abgrenzung jedoch schnell auf einen fast verschwindenden Wert abfällt.
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Ein Gauß'sches Strahlprofil weist als Strahlquerschnitt eine Gauß'sche Glockenkurve auf.
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Die zweite Intensitätsverteilung durch das Strahlformungselement kann eine Multispot-Verteilung sein, wobei jeder Einzelspot der Multispot-Verteilung ein Gauß'sches Strahlprofil oder ein nicht-beugendes Strahlprofil oder ein Flattop-Strahlprofil aufweist.
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Hierbei kann über das Strahlformungselement beispielsweise die Anzahl an Teillaserstrahlen festgelegt werden. Dies ergibt eine sogenannte Multispot-Verteilung, die sich aus verschiedenen Einzelspots zusammensetzt. Insbesondere kann durch das Strahlformungselement festgelegt werden, ob die aufgespalteten Teillaserstrahlen einer eindimensionalen Linie oder auf einem zweidimensionalen Gitter liegen.
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Die Aufspaltung kann hierbei unabhängig von der Polarisation des Laserstrahls bewirkt werden. Insbesondere bleibt die Polarisation des Laserstrahls beim Durchgang durch das Strahlformungselement erhalten. Jedoch werden beim Durchgang durch das Strahlformungselement eventuelle Positionsabweichungen oder Winkelversätze von der optischen Achse, berücksichtigt, so dass eine Aufspaltung und Ablenkung durch das Strahlformungselement zusätzlich zu einer vorherigen Aufspaltung und Ablenkung bewirkt wird.
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Beispielsweise kann ein erster Teilteillaserstrahl ein Gauß'scher Laserstrahl sein, ein zweiter Teilteillaserstrahl kann ein Flattop-Strahl sein und ein dritter Teilteillaserstrahl kann ein nicht-beugender Strahl sein. Es ist aber auch möglich, dass beispielsweise alle Teilteillaserstrahlen Gauß'sche Laserstrahlen sind.
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Es ist auch möglich, dass durch die Strahlformungsoptik eine zweidimensionale Multispot-Verteilung bestehend aus beispielsweise 4×4 Multispots erzeugt wird. Hierbei kann die Polaristion der benachbarten Multispots unterschiedlich sein. Es kann aber auch sein, dass die Polarisation reihenweise oder spaltenweise gleich ist. Es ist aber auch möglich eine lineare Multispot-Verteilung mit beispielsweise 6×1 erzeugt wird, wobei die Spots eine alternierende Polarisation aufweisen.
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Das Werkstück kann durch die Bearbeitung entlang eine Trennlinie getrennt werden.
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Die durch ultrakurze Laserpulse in transparente Materialien eingebrachten Materialmodifikationen werden in drei verschiedene Klassen unterteilt, siehe K. Itoh et al. „Ultrafast Processes for Bulk Modification of Transparent Materials“ MRS Bulletin, vol. 31 p.620 (2006): Typ I ist eine isotrope Brechungsindexänderung; Typ II ist eine doppelbrechende Brechungsindexänderung; und Typ III ist ein sogenannter Void beziehungsweise Hohlraum. Die erzeugte Materialmodifikation hängt hierbei von Laserparametern wie der Pulsdauer, der Wellenlänge, der Pulsenergie und der Repetitionsfrequenz des Lasers, von den Materialeigenschaften, wie unter Anderem der elektronischen Struktur und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, sowie von der numerischen Apertur (NA) der Abbildungsoptik, ab.
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Die isotropen Brechungsindexänderungen des Typs I werden auf ein örtlich begrenztes Aufschmelzen durch die Laserpulse und eine schnelle Wiedererstarrung des transparenten Materials des Werkstücks zurückgeführt. Beispielsweise ist bei Quarzglas die Dichte und der Brechungsindex des Materials höher, wenn das Quarzglas von einer höheren Temperatur schnell herunter gekühlt wird. Wenn also das Material im Fokusvolumen schmilzt und dann schnell abkühlt, weist das Quarzglas in den Bereichen der Materialmodifikation einen höheren Brechungsindex auf, als in den nicht modifizierten Bereichen.
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Die doppelbrechenden Brechungsindexänderungen des Typs II können beispielsweise durch Interferenzen zwischen dem ultrakurzen Laserpuls und dem elektrischen Feld des durch die Laserpulse erzeugten Plasmas entstehen. Diese Interferenz führt zu periodischen Modulationen in der Elektronenplasmadichte, welche beim Erstarren zu einer doppelbrechenden Eigenschaft, also richtungsabhängigen Brechungsindizes, des transparenten Materials führt. Eine Typ II Modifikation geht beispielsweise auch mit der Bildung von sogenannten Nanogratings einher.
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Die Voids (Hohlräume) der Typ III-Modifikationen können beispielsweise mit einer hohen Laserpulsenergie erzeugt werden. Hierbei wird die Bildung der Voids einer explosionsartigen Ausdehnung von hoch angeregtem, verdampftem Material aus dem Fokusvolumen in das umgebende Material zugeschrieben. Dieser Prozess wird auch als Mikroexplosion bezeichnet. Da diese Ausdehnung innerhalb der Masse des Materials stattfindet, hinterlässt die Mikroexplosion einen weniger dichten oder hohlen Kern (der Void) beziehungsweise eine mikroskopische Fehlstelle im Submikrometer-Bereich oder im atomaren Bereich, der oder die von einer verdichteten Materialhülle umgeben ist. Durch die Verdichtung an der Stoßfront der Mikroexplosion entstehen in dem transparenten Material Spannungen, die zu einer spontanen Rissbildung führen können, beziehungsweise eine Rissbildung begünstigen können.
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Insbesondere kann die Bildung von Voids auch mit Typ I und Typ II Modifikationen einhergehen. Beispielsweise können Typ I und Typ II Modifikationen in den weniger beanspruchten Gebieten um die eingebrachten Laserpulse herum entstehen. Wenn demnach vom Einbringen einer Typ III Modifikation die Rede ist, dann ist in jedem Fall ein weniger dichter oder hohler Kern beziehungsweise eine Fehlstelle vorhanden. Beispielsweise wird in Saphir bei einer Typ III Modifikation durch die Mikroexplosion kein Hohlraum erzeugt, sondern ein Bereich geringerer Dichte. Aufgrund der auftretenden Materialspannungen bei einer Typ III Modifikation geht eine solche Modifikation zudem oft mit einer Rissbildung einher oder begünstig diese zumindest. Die Bildung von Typ I und Typ II Modifikationen kann beim Einbringen von Typ III Modifikationen nicht vollständig unterbunden oder vermieden werden. Das Auffinden von „reinen“ Typ III Modifikationen ist daher nicht wahrscheinlich.
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Es ist aber auch möglich mit der Vorrichtung opake Materialien wie beispielsweise Metalle oder Bleche zu bearbeiten, insbesondere zu schneiden. Hierbei wird durch die hochenergetische Anregung des Materials des Werkstücks Material verdampft und abgetragen.
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Beim Blechschneiden mit einem gepulsten Laser beträgt die typische Spotgröße zwischen 50µm und 500µm, bevorzugt bei 150µm und die typische Nahtbreite beträgt zwischen 50µm und 500µm bevorzugt 200µm. Die sogenannte Wobbelamplitude, also der räumliche Abstand der Fokuszonen, der durch den Polarisationsaufspalter und die Bearbeitungsoptik erzeugt wird, beträgt zwischen 100µm und 4000µm, typisch 600µm.
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Zudem beträgt die Wobbelfrequenz beim Blechschneiden typischerweise weniger als 5kHz, bevorzugt zwischen 200Hz und 2000Hz.
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Das Werkstück kann zwei Fügepartner umfassen, die durch die Bearbeitung miteinander gefügt werden.
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Die Fügepartner können hierbei aufeinander angeordnet sein, so dass die Grenzflächen der Fügepartner, über welche hinweg die Fügepartner miteinander gefügt werden sollen, aufeinander zeigen. Die Stoßfläche ist hierbei die Fläche, an der die Fügepartner aneinander anliegen.
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Im Fügebereich findet durch sukzessive Absorption des Laserstrahls, bevorzugt der ultrakurzen Laserpulse und somit eine Wärmeakkumulation statt, sofern der Energieeintrag des Laserstrahls größer ist als die Rate des Wärmeabtransports durch materialspezifische Wärmetransportmechanismen, insbesondere durch Wärmediffusion. Durch die steigende Temperatur im Material des zumindest ersten Fügepartners kann so schließlich die Schmelztemperatur des Materials der Fügepartner erreicht werden, was zu einem lokalen Aufschmelzen des Materials der Fügepartner führt.
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Als Fügebereich wird demnach derjenige Bereich der Fügepartner verstanden, in welchem das Material aufgeschmolzen wird. Alternativ kann auch die Gesamtheit des lokal aufgeschmolzenen Materials im Fügebereich als Schmelzblase bezeichnet werden. Unabhängig von der Bezeichnung kann die entstehende Schmelze die gemeinsame Grenzfläche der Fügepartner überbrücken und beim Abkühlen die Fügepartner dauerhaft miteinander verbinden. Dabei kann sich insbesondere auch die Netzwerkstruktur der Fügepartner ändern. Als Fügenaht wird dann die abgekühlte Schmelze bezeichnet, welche die Fügepartner miteinander verbindet, bzw. die Fügeverbindung ergibt.
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Beim Fügen mit einem gepulsten Laser beträgt die typische Nahtbreite beträgt zwischen 10µm und 500µm bevorzugt 50µm bei einem Strahldurchmesser von 2µm. Der Wirkbereich eines einzelnen Spots gegenüber dem Strahldurchmesser ist hierbei deutlich größer, da aufgrund der Wärmeakkumulation und Wärmetransport ein Bereich aufgeschmolzen wird der die räumlichen Ausmaße des Einzelspots übersteigt. Die Wobbelamplitude beträgt zwischen 1µm und 1000µm, typischerweise 200µm.
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Zudem beträgt die Wobbelfrequenz beim Blechschneiden typischerweise weniger als 5kHz, bevorzugt zwischen 200Hz und 2000Hz.
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Die Vorrichtung kann eine Vorschubvorrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist das Werkstück und den Laserstrahl relativ zueinander mit einem Vorschub entlang einer Trajektorie zu bewegen, wobei bevorzugt der Vorschub bevorzugt senkrecht oder parallel zur Aufspaltung des Laserstrahls erfolgt.
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Die Trajektorie beschreibt hierbei die Auftrefflinie des Laserstrahls, wenn keine Aufspaltung durch den Polarisationsaufspalter oder ein strahlformendes Element erzeugt wird. Durch einen Vorschub wird beispielsweise der Laserstrahl und das Werkstück relativ zu einander mit einer Vorschubgeschwindigkeit verschoben, sodass sich mit fortschreitender Zeit unterschiedliche Auftrefforte des unabgelenkten Laserstrahls auf die Oberfläche des Werkstücks ergeben.
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Die Wobbel-Bewegung wird dieser Trajektorie überlagert, so dass eine Bearbeitung des Materials um die Trajektorie herum geschieht.
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Die Vorrichtung kann eine Scanner-Einheit aufweisen, die dazu eingerichtet ist die Teillaserstrahlen über das Werkstück zu scannen, wobei die Scanner-Einheit bevorzugt ein Galvano-Scanner ist.
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Insbesondere erlaubt ein Galvano-Scanner eine genaue und schnelle Positionierung des Laserfeldes über dem Werkstück.
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Der Polarisationsschalter kann vor oder nach der Faserführung oder Freiraumführung angeordnet ist und/oder vor oder nach der der Kollimationslinse angeordnet sein und der Polarisationsaufspalter kann nach der Kollimationsoptik und nach dem Polarisationsschalter und vor der Fokussieroptik angeordnet ist oder vor der Kollimationsoptik und nach dem Polarisationsschalter angeordnet sein.
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Der Polarisationsschalter kann beispielsweise nach der Faserführung oder Freiraumführung angeordnet sein und nach der der Kollimationslinse angeordnet sein und der Polarisationsaufspalter kann nach der Kollimationsoptik und vor der Fokussieroptik angeordnet sein
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Der Polarisationsschalter kann beispielsweise nach der Faserführung oder Freiraumführung angeordnet sein und vor der der Kollimationslinse angeordnet sein und der Polarisationsaufspalter kann nach der Kollimationsoptik und vor der Fokussieroptik angeordnet sein.
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Der Polarisationsschalter kann beispielsweise vor der Faserführung oder Freiraumführung angeordnet sein und somit vor der der Kollimationslinse angeordnet sein und der Polarisationsaufspalter kann nach der Kollimationsoptik und vor der Fokussieroptik angeordnet sein.
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Der Polarisationsaufspalter kann bei den oben genannten Beispielen auch nach vor der Kollimationsoptik und nach dem Polarisationsschalter angeordnet sein.
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Bevorzugt wird ein Polarisationsaufspalter, der einen Winkelversatz der Teillaserstrahlen erzeugt vor der Kollimationsoptik angeordnet, während ein Polarisationsaufspalter der lediglich einen Versatz der Teillaserstrahlen erzeugt hinter der Kollimationsoptik und vor der Fokussieroptik angeordnet werden kann.
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Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Materials mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.
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Entsprechend wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl eines Lasers vorgeschlagen, wobei ein Laserstrahl von einem Laser bereitgestellt wird, die Polarisation des Laserstrahls von einem Polarisationsschalter zwischen zwei Polarisationszuständen geschaltet und/oder gedreht wird, der Laserstrahl durch einen Polarisationsaufspalter in zwei Teillaserstrahlen aufgespaltet wird, wobei die zwei Teillaserstrahlen zueinander orthogonale Polarisationen aufweisen und wobei der erste Teillaserstrahl mit der ersten Polarisation nach dem Durchlaufen des Polarisationsaufspalters einen ersten Versatz aufweist und der zweite Teillaserstrahl einer zweiten Polarisation nach dem Durchlaufen des Polarisationsaufspalters einen zweien Versatz aufweist, und die zwei Teillaserstrahlen durch eine Bearbeitungsoptik in zwei Fokuszonen in das Werkstück eingebracht werden, wodurch das Werkstück bearbeitet wird. Erfindungsgemäß werden die Intensitäten der zwei Teillaserstrahlen durch das Schalten und/oder Drehen der Polarisation durch den Polarisationsschalter abwechselnd maximiert.
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Figurenliste
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Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung der vorgeschlagenen Vorrichtung,
- 2A, B, C, D eine schematische Darstellung eines Polarisationsaufspalters sowie die Wechselwirkung mit einem Polarisationsschalter;
- 3A, B eine schematische Darstellung der polarisationsbasierten Wobbelbewegung;
- 4A, B, C, D, E weitere schematische Darstellungen der Vorrichtungen;
- 5A, B, C eine schematische Darstellung eines Strahlformungselements und Erzeugung eines Multispot-Profils;
- 6A, B eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung;
- 7 eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung und des Verfahrens; und
- 8 eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung und des Verfahrens.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
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In 1 ist schematisch eine vorgeschlagene Vorrichtung 1 gezeigt.
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Die Vorrichtung 1 weist einen Laser 3 auf, der einen Laserstrahl 30 zur Verfügung stellt. Der Laserstrahl 30 wird durch eine Faserführung 16 zur Bearbeitungsoptik 8 geleitet, die eine Kollimationslinse 81 und eine Fokussierlinse 82 umfasst. Die Bearbeitungsoptik 8 umfasst ebenfalls einen Polarisationsschalter 4, der dazu geeignet ist, die Polarisation des Laserstrahls 30 zu schalten und/oder zu drehen. Der Laserstrahl 30 mit der durch den Polarisationsschalter 4 definierten Polarisation wird anschließend zu einem Polarisationsaufspalter 5 geleitet, wobei der Laserstrahl 30 in die Basispolarisationszustände des Polarisationsaufspalters 5 zerlegt und aufgespalten wird. Der Polarisationsaufspalter 5 erzeugt hierbei einen ersten Teillaserstrahl 301, der gemäß einem ersten Basispolarisationszustand polarisiert ist, und einen zweiten Teillaserstrahl 302, der gemäß einem zweiten Basispolarisationszustand polarisiert ist. Der erste Teillaserstrahl 301 wird anschließend durch die Fokussierlinse 82 in eine erste Fokuszone 801 in das Werkstück 10 eingebracht und der zweite Teillaserstrahl 302 wird durch die Fokussierlinse in die zweite Fokuszone 802 in das Werkstück 10 eingebracht. Durch die dort deponierte Energie der Teillaserstrahlen 301, 302 wird das Werkstück 10 bearbeitet.
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In den 2A, B sind schematisch zwei Ausführungsformen eines Polarisationsaufspalters 5 gezeigt, mit denen es möglich ist, einen Laserstrahl 30 in verschiedene Basispolarisationskomponenten zu zerlegen. Die Polarisationsaufspalter 5 sind hierbei doppelbrechende Polarisationsaufspalter 5 und können beispielsweise in Form eines doppelbrechenden Kristalls vorgesehen sein. Als Kristall-Material für den Polarisationsaufspalter 5 können unterschiedliche doppelbrechende Materialien verwendet werden, z.B. alpha-BBO (alpha-Bariumborat), YVO4 (Yttrium-Vanadat), kristalliner Quarz, etc.
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Der Polarisationsaufspalter 5 in 2A ist keilförmig ausgebildet, d.h. eine plane Strahleintrittsfläche 52 zum Eintritt eines eintretenden Laserstrahls 30 und eine plane Strahlaustrittsfläche 54 des Polarisationsaufspalters 5 sind unter einem (Keil-)Winkel zueinander ausgerichtet. Die bzw. eine optische Achse 56 des Kristall-Materials ist parallel zur Strahleintrittsfläche 52 ausgerichtet.
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Der in den Polarisationsaufspalter 5 senkrecht zur Strahleintrittsfläche 52 eintretende Laserstrahl 30 wird an der unter einem Winkel zur Strahleintrittsfläche 52 geneigten Strahlaustrittsfläche 54 in zwei Teillaserstrahlen 301, 302 aufgeteilt, die senkrecht zueinander polarisiert sind, beispielsweise s-bzw. p-polarisiert sind. In 2A ist, wie allgemein üblich, der s-polarisierte Teillaserstrahl 302 durch einen Punkt gekennzeichnet, während der zweite, p-polarisierte Teillaserstrahl 301 durch einen Doppelpfeil gekennzeichnet ist. Der erste, p-polarisierte Teillaserstrahl 301 wird beim Austritt aus dem Polarisationsaufspalter 5 weniger stark gebrochen als der zweite, s-polarisierte Teillaserstrahl 302, so dass ein Winkelversatz α zwischen dem ersten und dem zweiten Teillaserstrahl 300 auftritt. Der erste und zweite Teillaserstrahl 300 treten hierbei an derselben Stelle an der Strahlaustrittsfläche 54 aus dem Polarisationsaufspalter 5 aus, das heißt es wird zwar ein Winkelversatz α, aber kein Ortsversatz zwischen den beiden Teillaserstrahlen 300 erzeugt.
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Bei dem in 2B gezeigten Polarisationsaufspalter 5 sind die Strahleintrittsfläche 52 und die Strahlaustrittsfläche 54 parallel zueinander ausgerichtet und die optische Achse 56 des Kristall-Materials ist unter einem Winkel von 45° zur Strahleintrittsfläche 52 ausgerichtet. Der senkrecht zur Strahleintrittsfläche 52 auftreffende Laserstrahl 30 wird in diesem Fall an der Strahleintrittsfläche 52 in einen ersten, ordentlichen Teillaserstrahl 301 und einen zweiten, außerordentlichen Teillaserstrahl 302 aufgeteilt. Die beiden Teillaserstrahlen 301, 302 treten an der Strahlaustrittsfläche 54 parallel, das heißt ohne einen Winkelversatz, aber mit einem Ortsversatz Δx aus.
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Die beiden in 2A, B dargestellten Polarisationsaufspalter 5 unterscheiden sich somit grundlegend dadurch, dass der in 2A gezeigte Polarisationsaufspalter 5 einen Winkelversatz α (ohne Ortsversatz) erzeugt und dass der in 2B gezeigte Polarisationsaufspalter 5 einen Ortsversatz Δx (ohne Winkelversatz) erzeugt.
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In 2C, D ist die Wechselwirkungsweise mit einem vorgeschalteten Polarisationsschalter 4 gezeigt, wobei angenommen wird, dass der Laserstrahl 30, der auf den Polarisationsschalter trifft, bereits linear polarisiert ist oder wurde. Der Polarisationsschalter 4 prägt dem Laserstrahl 30 eine definierte Polarisation auf. Wenn die Polarisation des Laserstrahls 30 einem der Basispolarisationszustände des Polarisationsaufspalters 5 entspricht, so wird die gesamte Energie des Laserstrahls 30 über den Pfad des jeweiligen Teillaserstrahls 301, 302 in die entsprechende Fokuszone 801, 802 gelenkt.
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Beispielsweise ist in 2C gezeigt, dass der Polarisationsschalter 4 den Laserstrahl 30 in einen s-Polarisationszustand überführt. Der s-Polarisationszustand ist einer der Basispolarisationszustände des Polarisationsaufspalters 5. Dementsprechend wird der Laserstrahl 30 auf den Pfad des Teillaserstrahls 302 abgelenkt. Insbesondere enthält der s-polarisierte Laserstrahl 30 keine p-polarisierten Strahlteile, so dass keine Aufspaltung in zwei Teillaserstrahlen 301, 302 erfolgt, sondern lediglich ein Laserstrahl 30 (genannt Teillaserstrahl 302) aus dem Polarisationsaufspalter 5 tritt.
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In 2D ist derselbe Polarisationsaufspalter 5 dargestellt, wenn ein p-polarisierter Laserstrahl 30 durch den Polarisationsschalter 4 bereitgestellt wird. Auch der p-Polarisationszustand ist ein Basispolarisationszustand des Polarisationsaufspalters 5, so dass der Energietransport über den Pfad des Teillaserstrahls 301 realisiert wird. Hierbei wird der Laserstrahl 30 um einen Winkel α abgelenkt gegenüber der optischen Achse der Vorrichtung 58 abgelenkt.
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Es ist somit insgesamt aus einem Vergleich der 2C, D klar, dass bei einem Polarisationsaufspalter 5 mit zwei Basispolarisationszuständen s und p, ein p-polarisierter Laserstrahl 30 abgelenkt wird und ein s-polarisierter Laserstrahl 30 nicht abgelenkt wird. Im Allgemeinen ist demnach die Ablenkung für beide Polarisationszustände des Laserstrahls 30 unterschiedlich.
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Insbesondere ist zudem aus 2A, B bereits bekannt, dass ein Laserstrahl mit einem Polarisationszustand, der nicht ein Basispolarisationszustand ist, in die zwei Basispolarisationszustände aufgespalten wird und die Energie des Laserstrahls 30 auf beide Teillaserstrahlen 301, 302 aufgeteilt wird.
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Es ist somit auch ersichtlich, dass bei einer abwechselnden, geschalteten Polarisation des Laserstrahls 30 oder bei einer Rotation der Polarisation des Laserstrahls 30 im Zeitverlauf auch der Pfad wechselt über den bevorzugt die Energie des Laserstrahls 30 transportiert wird.
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In 3A ist ein entsprechender Zeitverlauf eines solchen Polarisationswechsels gezeigt, sowie die damit verbundene Intensität des Laserstrahls 30, beziehungsweise der Teillaserstrahlen 301, 302 in den Fokuszonen 801 und 802.
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Zu Beginn des Zeitverlaufs kann der Laserstrahls 30 durch en Polarisationsschalter eine Polarisation von 0° aufweisen, so dass der gesamte Laserstrahl 30 entlang des Pfades des Teillaserstrahls 301 in die Fokuszone 801 gelenkt wird. Bei einer anschließenden Polarisation von 22,5° wird der Laserstrahl 30 durch den Polarisationsaufspalter 5 in die entsprechenden Basispolarisationszustände und Teillaserstrahlen 301 und 302 zerlegt. Die Intensität in der Fokuszone 801 ist dadurch deutlich größer als die Intensität in der Fokuszone 802. Bei einer Polarisation des Laserstrahls 30 von 45° ist die Intensität in beiden Fokuszonen 801 und 802 gleich groß. Bei einer Polarisation von 67,5° des Laserstrahls 30 ist die Intensität in der Fokuszone 802 größer als in der Fokuszone 801. Bei einer Polarisation von 90° des Laserstrahls fällt die Polarisation des Laserstrahls 30 wieder mit einem Basispolarisationszustand des Polarisationsaufspalters 5 zusammen, so dass die gesamte Energie des Laserstrahls 30 in die Fokuszone 802 des zweiten Teillaserstrahls 302 transportiert wird.
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Im Zeitverlauf hat dadurch eine Variation der Polarisation eine Veränderung des Auftrefforts des Laserstrahls 30 in dem Werkstück 10 bewirkt. Durch eine periodische Polarisationsänderung des Laserstrahls 30 kann daher eine Wobbel-Bewegung des Laserstrahls 30 imitiert werden.
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In 3B ist eine weitere Darstellung der Wobbel-Bewegung gezeigt. Hierfür wurde ein Gaußförmiger Laserstrahl 30 simuliert, dessen Polarisation sinus-förmig moduliert wird und somit eine Aufspaltung entlang der x-Achse erfolgt und wobei gleichzeitig ein Vorschub entlang der y-Achse erfolgt. Dargestellt ist die gemittelte Laserintensität. Eine geringe Intensität ist hierbei schwarz dargestellt und eine hohe Intensität ist weiß dargestellt. Es ist deutlich zu sehen, dass die in das Werkstück 10 eingebrachte Laserintensität zwischen den Fokuszonen 801, 802 hin- und herwechselt, so dass der Laserstrahl 30 auf dem Werkstück 10 eine Wobbel-Bewegung vollzieht, was mit der weiß-gestrichelten Linie zusätzlich illustriert wird.
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Ein Polarisationsschalter 4 kann hierbei eine rotierende λ/4-Platte oder eine λ/2-Platte sein oder eine spannungsgesteuerte Pockelszelle sein. Über die rotierenden Wellenplatten kann besonders einfach eine Drehung der Polarisation des Laserstrahls realisiert werden, während über die Pockelszelle besonders einfach ein Schalten der Polarisation realisiert werden kann. Es ist jedoch auch möglich durch Anlegen einer periodischen Spannung mit der Pockelszelle die Polarisation kontinuierlich zu drehen.
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Des Weiteren ist es auch möglich über segmentierte Wellenplatten eine Schaltung der Polarisation vorzunehmen. Ein erstes Segment der Wellenplatte kann hierbei einen doppelbrechenden Kristall mit einer ersten optischen Achse aufweisen und ein zweites Segment kann einen doppelbrechenden Kristall mit einer zweiten optischen Achse aufweisen. Wenn bei einer rotierenden segmentierten Wellenplatte der Laserstrahl durch den ersten Kristall fällt, so erfährt die Polarisation eine erste Drehung, während der Laserstrahl 30 wenn er durch den zweiten Kristall fällt, eine zweite Polarisationsdrehung erfährt. Durch die Rotation der Wellenplatte kann auch so ein Schalten der Polarisation des Laserstrahls 30 realisiert werden.
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Weitere alternative Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den 4A bis 4E gezeigt.
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In 4A wird der Laserstrahl 30 des Lasers 3 durch den Polarisationsschalter 4 geleitet, bevor er durch eine Faserführung 16 und einem nachgeschalteten Polarisationsaufspalter 5 durch die Bearbeitungsoptik 81, 82 in das Werkstück 10 eingebracht wird.
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In 4B wird der Laserstrahl 30 des Lasers durch den Polarisationsschalter 4 geleitet, bevor er durch eine Faserführung 16 durch die Kollimationslinse 81 der Bearbeitungsoptik 8 kollimiert wird. Zwischen Kollimationslinse 81 und Fokussierlinse 82 ist der Polarisationsaufspalter 5 angeordnet, wobei die Fokussierlinse 82 die Teillaserstrahlen 301 und 302 nach dem Polarisationsaufspalter 5 in die Fokuszonen 801, 802 in das Werkstück 10 einbringt.
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In 4C wird der Laserstrahl 30 des Lasers durch eine Faserführung 16 zum Polarisationsschalter 4 geleitet. Anschließend wird der Laserstrahl 30 durch die Kollimationslinse 81 der Bearbeitungsoptik 8 kollimiert und durch den Polarisationsaufspalter 5 gesendet, der der Laserstrahl 30 in zwei Teillaserstrahlen 301, 302 aufspaltet. Die Teillaserstrahlen 301, 302 werden schließlich durch die Fokussierlinse 82 in das Werkstück in die Fokuszonen 801, 802 eingebracht.
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In allen 4A bis 4C wurde hierbei vorausgesetzt, dass der Laserstrahls 30 beim Auftreffen auf den Polarisationsaufspalter 5 linear polarisiert ist. Dies kann beispielsweise wie in den 4D und E realisiert werden. In 4E ist der Laserstrahl 30 des Lasers 3 zirkular polarisiert. Durch eine λ/4 Platte 40 kann die zirkulare Polarisation in eine lineare Polarisation überführt werden. In 4E weist der Laserstrahl 30 des Lasers 3 hingegen bereits eine lineare Polarisation auf. Sowohl in 4D und 4E ist dargestellt, dass die linearen Basispolarisationszustände des Polarisationsaufspalters 5 mit einer nachfolgenden λ/4 Platte 50 in zirkulare Polarisationen umgewandelt werden können.
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In 5A ist die Wirkungsweise einer Strahlformungsoptik 6 gezeigt. Hierbei ist hinter dem Polarisationsaufspalter 5 eine Strahlformungsoptik 6 angeordnet. Die Strahlformungsoptik 6 kann hierbei die zwei Teillaserstrahlen 301, 302 in eine Vielzahl von Teilteillaserstrahlen 3000 zerlegen, so dass die Laserenergie in eine Vielzahl von Fokuszonen in das Werkstück eingebracht werden kann. Durch einen vorgeschalteten Polarisationsschalter4 kann die Intensität der Teilteillaserstrahlen 3000, die von einem Teillaserstrahl 301, 032 einer bestimmten Basispolarisation stammen, modifiziert werden. Dies ist in 5B gezeigt.
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In 5B wird analog zur 3A durch den Polarisationsschalter 4 die Intensität der einzelnen Teilteillaserstrahlen 3000 modifiziert. Im Zeitverlauf kann somit auch mit einer Vielzahl an Teilteillaserstrahlen 3000 eine Wobbel-Bewegung realisiert werden. Analog zur 3B ist dies für das Multispotprofil in 5C dargestellt.
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In 6A ist eine Vorschubvorrichtung 12, die dazu eingerichtet ist die Bearbeitungsoptik 8 und das Werkstück 10 entlang dreier Raumachsen XYZ translatorisch zu bewegen. Der Laserstrahl 30 des Lasers 3 wird durch eine Umlenkoptik auf das Werkstück 10 gelenkt. Das Werkstück 10 ist hierbei auf einer Auflagefläche der Vorschubvorrichtung 12 angeordnet, wobei die Auflagefläche die Laserenergie, die das Werkstück nicht absorbiert, bevorzugt weder reflektiert, noch absorbiert noch stark zurück in das Werkstück 10 streut.
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Insbesondere kann der Laserstrahl 30 durch eine Freistrahlführung 18 in die Bearbeitungsoptik 8 eingekoppelt werden. Hierbei kann die Freistrahlführung 18 eine Freiraumstrecke mit einem Linsen- und Spiegelsystem sein, wie in 6A gezeigt. Die Strahlführung kann aber auch über eine Faserführung 16, insbesondere über eine Hohlkernfaser mit Einkoppel- und Auskoppeloptik, realisiert werden, wie in 6B gezeigt.
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Im vorliegenden Beispiel in 6A wird der Laserstrahl 30 durch eine Spiegelkonstruktion in Richtung des Werkstücks 10 gelenkt und von der Bearbeitungsoptik 8 in das Werkstück 10 eingebracht, wodurch das Werkstück 10 bearbeitet wird. Die Bearbeitungsoptik 8 kann mit der Vorschubvorrichtung 12 relativ zum Werkstück 10 bewegt und eingestellt werden.
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Die Vorschubvorrichtung 12 kann das Werkstück 10 unter dem Laserstrahl 30 mit einem Vorschub V bewegen, so dass der Laserstrahl 30 das Werkstück 10 entlang der gewünschten Trajektorie bearbeitet. Insbesondere umfasst in der gezeigten 6A die Vorschubvorrichtung 6 ein erstes Achssystem 120, mit dem der das Werkstück 10 entlang der XYZ Achsen bewegen und gegebenenfalls rotiert werden kann. Insbesondere kann die Vorschubvorrichtung 12 auch eine Werkstückhalterung 122 aufweisen, die dazu eingerichtet ist das Werkstück 10 zu haltern.
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In 7 ist schematisch eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt, die zum Fügen zweier Fügepartner es Werkstücks 10 geeignet ist. Die Fügepartner 101, 102 sind hierbei an einer gemeinsamen Grenzfläche 103 aufeinanderliegend angeordnet.
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Ein Laser 3 stellt hierbei beispielsweise ultrakurze Laserpulse bereit. Diese können in Form einer Abfolge von Einzelpulsen oder in Form einer Abfolge von Bursts in die Fügepartner 101, 102 eingebracht werden.
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Dabei kann die mittlere Leistung des Laserspots zwischen 0,1 W und 50W liegen. Die Laserpulse eines Bursts können jeweils einen zeitlichen Abstand von höchstens 1µs, bevorzugt zwischen 0,05ns und 1000ns, besonders bevorzugt zwischen 20ns und 80ns zueinander aufweisen, wobei ein Burst zwischen 2 und 64 Burstpulsen, bevorzugt zwischen 2 und 16 Burstpulse umfasst. Die Repetitionsfrequenz der Einzellaserpulse und/oder der Bursts kann zwischen 0,5kHz und 10MHz liegen, bevorzugt zwischen 1kHz und 4MHz liegen. Die Laserwellenlänge kann zwischen 200nm und 5000nm liegen, bevorzugt bei 1000nm liegen, und/oder die Pulsdauer der Laserpulse kann zwischen 10fs und 50ps liegen
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Der Laser 3 enthält in vorliegendem Fall den Polarisationsschalter und die Bearbeitungsoptik 8 umfasst den Polarisationsaufspalter 5. Die Bearbeitungsoptik 8 fokussiert die erzeugten Teillaserstrahlen 301, 302 so, dass die Fokuszonen 801, 802 in etwa mit der gemeinsamen Grenzfläche 103 der beiden Fügepartner 101, 101 zusammenfällt.
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Um die Teillaserstrahlen 301, 302 in die gemeinsame Grenzfläche 103 der Fügepartner 101, 102 zu fokussieren, muss der in Strahlausbreitungsrichtung erste Fügepartner 101 transparent für die Wellenlänge des Lasers 3 sein. Beispielsweise kann der erste Fügepartner 101 ein Glas oder ein Kristall oder eine Keramik oder ein Kunststoff sein. Beispielsweise kann der zweite Fügepartner 102 opak oder transparent sein. Beispielsweise kann der zweite Fügepartner 102 ein Metall oder ein Halbleiter oder ein Kunststoff oder eine Keramik sein.
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An der Grenzfläche 103 werden in den Fokuszonen 801, 802 aufeinander folgende Laserpulse derart absorbiert, dass das Material der Fügepartner 101, 102 aufschmilzt und sich über die Grenzfläche 103 hinweg mit dem jeweils anderen Fügepartner 102, 101 verbindet. Sobald die Schmelze abkühlt, entsteht eine dauerhafte Verbindung der beiden Fügepartner 101, 102. Mit anderen Worten werden die beiden Fügepartner 101, 102 in diesem Bereich miteinander durch Schweißen gefügt. Dieser Bereich, in dem das Aufschmelzen und Verbinden der Materialien sowie das nachfolgende Abkühlen der Schmelze stattfindet und in dem entsprechend das eigentliche Fügen stattfindet, wird auch als Fügestelle bezeichnet. Die abgekühlte Schmelze und materielle Verbindung der Fügepartner 101, 102 bildet eine Schweißnaht aus.
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Der Laserstrahl und die Fügepartner können relativ zueinander mit einem Vorschub V zwischen 0,01mm/s und 1000mm/s, bevorzugt zwischen 0,1mm/s und 300mm/s bewegt und/oder positioniert werden. Hierfür können die Fügepartner beispielsweise auf einer Vorschubvorrichtung 12 positioniert werden, wie bereits weiter oben gezeigt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Teillaserstrahlen 301, 302 entlang einer Fügenaht über die Fügepartner 101, 102 verfahren werden, so dass die Fügepartner 101, 102 entlang der Fügenaht gefügt werden können.
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Beim Fügen der Fügepartner 101, 102 mit einer überlagerten Wobbel-Bewegung durch den Polarisationsschalter4, wird gewisser maßen periodisch links und rechts von der Fügetrajektorie 14 eine Schmelzzone erzeugt. Es ist aber auch möglich, dass die Schmelzzonen oberhalb und unterhalb der Trajektorie 14 erzeugt werden, also eine erste Schmelzzone in dem ersten Fügepartner erzeugt wird und eine zweite Schmelzzone in dem zweiten Fügepartner erzeugt wird. Durch den räumlichen Wechsel des Ortes der Energieeinbringung kann ein größeres Schmelzvolumen bei gleicher mittlerer Leistung des Lasers erzeugt werden. Somit ergibt sich insgesamt eine höhere Qualität der Fügenaht in Form von stabileren Schweißnähten, weniger Rissbildung durch Materialspannungen, geringere Sichtbarkeit der Fügenähte und eine erhöhte Hermetizität.
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In 8 ist schematisch eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt, die zum Trennen eines Werkstücks 10, insbesondere zu Blechschneiden geeignet ist. Hierbei werden analog zur 7 die Teillaserstrahlen 301, 302 entlang einer Trajektorie 14 eingebracht, entlang derer das Material getrennt werden soll.
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Hierbei können die Fokuszonen 801, 802 auf der Trajektorie liegen, so dass eine höhere Schnittgeschwindigkeit beziehungsweise höhere Prozessgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Schnittqualität realisiert werden kann. Es ist jedoch auch möglich, dass die Fokuszonen 801, 802 analog zur 7 neben der eigentlichen Trajektorie eingebracht werden.
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Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 10
- Werkstück
- 101
- erster Fügepartner
- 102
- zweiter Fügepartner
- 103
- Grenzfläche
- 12
- Vorschubvorrichtung
- 120
- Achssystem
- 122
- Werkstückhalterung
- 14
- Trajektorie
- 16
- Faserführung
- 18
- Freistrahlführung
- 3
- Laser
- 30
- Laserstrahl
- 301
- erster Teillaserstrahl
- 302
- zweiter Teillaserstrahl
- 3000
- Teilteillaserstrahl
- 4
- Polarisationsschalter
- 40
- λ/4-Platte
- 5
- Polarisationsaufspalter
- 50
- λ/4-Platte
- 52
- Strahleintrittsfläche
- 54
- Strahlaustrittsfläche
- 56
- optische Achse des doppelbrechenden Kristalls
- 58
- optische Achse der Vorrichtung
- 6
- Strahlformungsoptik
- 8
- Bearbeitungsoptik
- 81
- Kollimationslinse
- 82
- Fokussierlinse
- 801
- erste Fokuszone
- 802
- zweite Fokuszone
- α
- Winkelversatz zwischen den Teillaserstrahlen
- Δx
- Ortversatz zwischen den Teillaserstrahlen
- V
- Vorschub
