DE2644014A1

DE2644014A1 - Verfahren zum abtragen von material mittels laserstrahlen und anordnung zum durchfuehren des verfahrens

Info

Publication number: DE2644014A1
Application number: DE19762644014
Authority: DE
Inventors: Martin Von Dipl Phys Allmen; Hans-Peter Dr Phil Schwob
Original assignee: Lasag AG
Current assignee: Lasag AG
Priority date: 1975-10-02
Filing date: 1976-09-30
Publication date: 1977-04-14
Also published as: FR2326267B1; CH599827A5; FR2326267A1; GB1545933A

Description

26440H C-O 9 3 - *-

LASAG A'G- Thun

Verfahren ζ tun Abtragen von Material mittels Laserstrahlen und Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zum Abtragen von Material mittels Laserstrahlimpulsen, bei welchem die Lichtintensitätsverteilung über dem Strahlquerschnitt zeitlich angenähert konstant bleibt und ein oder mehrere Intensitätsmaxima aufweist, welche sich an bestimmten Orten im Strahl befinden, andererseits betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Materialbearbeitung, insbesondere das Abtragen von Material mit Laserlichtstrahlen ist seit mehreren Jahren bekannt. Die bekannten Verfahren erlauben es aber noch nicht, das Materialabtragen mit einem wirtschaftlich vertretbaren Wirkungsgrad durchzuführen, die Abtragungsrate genügend

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genau zu kontrollieren und unerwünschte Nebenwirkungen wie verschmierte Oberflächen, Risse und nicht reproduzierbare Formen völlig zu vermeiden.

Die zumeist benutzten Anlagen verwenden im Pulsbetrieb arbeitende Laser. Ueblicherweise werden im Laseroszillator viele verschiedene Schwingungsformen (Multimode) erzeugt, was sich in Pulsen, welche aus einer unregelmässigen Folge von Einzelpulsen (Spikes) verschiedener Intensität bestehen, äussert. Dieser unkontrollierbare Zustand ist weiter dadurch charakterisiert, dass die Strahlintensität über den Strahldurchmesser ungleichmässig verteilt ist und sich ständig ändert (Fig. 1).

Die Steuerung des Materialabtrags wird herkömmlicherweise so vorgenommen, dass die Gesamtenergie der den Puls bildenden Spikes und die Gesamtdauer des Pulses verändert wird. Die mit solchen Anlagen durchgeführten Materialabtragungen ■ sind nicht reproduzierbar und deshalb für Präzisionsbearbeitungen nicht verwendbar.

Es wurde daraufhin beispielsweise gemäss CH-PS 547 690 vorgeschlagen, Laseranlagen zu verwenden, welche einen Strahl erzeugen, der durch eine zeitlich konstante Intensitätsverteilung über den Querschnitt gekennzeichnet ist. Ein solcher

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_1o 26440H

Strahl wird am wirkungsvollsten durch einen Oszillator erzeugt, welcher nur im transversalen Fundamentalmode schwingt (TEMoo). Die Intensität im Strahl entspricht einer Gauss'sehen Verteilung.

Im weitern wurde beispielsweise gemäss CH-PS 547 159 auch darauf hingewiesen, dass das zu bearbeitende Material vielfach für die verwendete Wellenlänge des Lichtes stark reflektierend ist und somit die zur Bearbeitung nötige Energie nur mit sehr grossem Aufwand zugeführt werden können. Es wurde aber festgestellt, dass der Absorptionsgrad stark ansteigt, wenn die Intensität des auftreffenden Strahls auf einen genügend hohen Wert gebracht werden kann, wie dies in der DOS 24 30 994 beschrieben ist.

In einem weiteren, aus der CH-PS 532 993 bekannten Verfahren erfolgt das. Materxalabtragen schichtweise durch Spikes, welche einem ersten und intensiven Spike nachfolgen. Die Steuerung des Abtragens erfolgt in diesem Fall durch das Verändern der Anzahl der Spikes und folglich der Anzahl Schichten, welche sukzessive verdampft werden (Fig. 2 und 3).

Die zur Erklärung des Mechanismus der Materialabtragung vorgeschlagenen Theorien sind zum Teil widersprüchlich. Im allgemeinen werden bei kleineren Strahlintensitäten von

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< 10 W/cm auf der Materialoberfläche, die Vorgänge mit Hilfe der Gesetze der Wärmeleitung, der Aufheizung und Verdampfung von Materie erklärt, wobei die Eigenschaften des bestrahlten Materials von entscheidendem Einfluss

9 2 sind. Bei höheren Intensitäten, ab etwa 10 W/cm , steigt die innere Energie und die Absorptionsfähigkeit des erzeugten Dampfes auf Kosten der weitern Aufheizung des festen Materials an und es entsteht ein Plasma.

Im besonderen wurden Theorien vorgeschlagen, welche unter gewissen Umständen Temperaturen im noch nicht verflüssigten oder verdampften festen Material voraussagen lassen, die höher sind als an der Verdampfungsfront. Dies kann zu Explosionen im festen Material führen, was auch im Experiment bestätigt werden konnte. Es wurde auch verschiedentlich festgestellt, dass in gewissen Intensitatsbereichen ein Teil des abgetragenen Materials die Bearbeitungszone nicht dampfförmig, sondern flüssig verlässt. Diese Erscheinung wurde dadurch erklärt, dass die Wände der entstehenden Löcher unter der Wirkung des schon verdampften Materials, vor allem durch Kondensation aufgeheizt und verflüssigt werden und diese Flüssigkeit mitgerissen wird.

Es wurde festgestellt, dass Laserstrahlen kleinerer Intensitäten, wie sie beim eben genannten Verfahren für die Einzelimpulse qeinäss CH-PS 532 993 verwendet werden, um das Material

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schichtweise abzutragen, dazu führen, dass das Abtragen hauptsächlich durch Verdampfen erfolgt, ohne dass der entstehende Dampfdruck ausreicht, um die Oberflächenspannung der umgebenden Flüssigkeit zu überwinden und diese aus der Bearbeitungszone auszutreiben. Der resultierende Wirkungsgrad ist folglich beschränkt durch die grosse, zum Verdampfen nötige, zuzuführende Energie.Wird die Strahlintensität er-

höht, vergrössert sich der Dampfdruck und die umgebende Flüssigkeit wird ausgetrieben. Dadurch wird aber soviel Energie wegtransportiert, dass das freigelegte Material zuerst wieder aufgeheizt und verdampft werden muss, bevor wieder Flüssigkeit v/eggespritzt wird. Es stellt sich somit kein stationärer Vorgang ein und die Bearbeitung lässt sich nicht mit einfachen Mitteln steuern.

Bei noch höheren Intensitäten ist die Energiezufuhr so gross, dass der grösste Teil der Flüssigkeit verdampft, bevor er ausgetriebe wird. Der Wirkungsgrad ist auch hier ungenügend.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, welches das Abtragen von Material mit Laserstrahlen mit einem viel höheren als bis heute möglichen Wirkungsgrad erlaubt und mit dem der Abtragvorgang besser kontrollierbar wird. Zudem soll es erlauben, die unerwünschten Nebenwirkungen des Laserstrahlabtragens zu verkleinern. Es soll zudem eine Anlage gefunden werden, welche es erlaubt, das erfindungsgemässe Verfahren anzuwenden.

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PATENTANWAL T

H. KELLMER

027 (DSTEIN

FRIEDFMSS TRASSE 29/31

FWG/cd/10.133 ^{7ELEFON: iDSTE1N 823r} 28. September 3^40 1 4' LASAC S. A. ** _ 5e _ ρ 6093

Bei dem Verfahren nach der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2.430.994 wirken der erste Schaltiinpuls und die nachfolgendexi Impulse in der Weise, daß im Bohrloch niemals stationäre Zustände auftreten. In dem Verfahren der Erfindung v/erden demgegenüber die anzuwendenden Intensitäten gewählt, damit unter stationären Bedingungen gearbeitet werden kann, also während eines Impulses eine konstante Vorschubgeschwindigkeit der Materialabtragung erreicht wird. Die anzuwendenden Intensitäten werden aus einer Näherungsfcriael abgeleitet, worauf dann der optimale Itfert der Intensität durch Feineinstellungen ermittelt wird. Der genaue optimale Wert hängt von stark streuenden Materialkonstanten ab, unterscheidet sich also stark von dem einen zu bearbeitenden Material zum anderen.

OWGfNAL INSPECTED

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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe einerseits durch ein
Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist,dass
die Intensität des oder der Maxima gleich oder unwesentlich grosser ist als die Intensität, die ein ständiges lokales Verdampfen erzeugt und durch den Dampf- bzw. Rückstossimpuls die umgebende Flüssigkeit zerreissen und vollständig aus der Bearbeitungszone austreiben kann und dass die
Leistung im gesamten Strahl genügt, um ein ständiges
Schmelzen einer entsprechenden Materialmenge den vom Dampfdruck ausgetriebenen Flüssigkeitsmengenfluss bewirkt. Dies bedeutet, dass die Maximalintensität des Strahls nach der Zeit, die nötig ist, um die Intensität auf diese Höhe ansteigen zu lassen, während welcher das Material in einen
genügend absorbierenden Zustand übergeführt wurde, ausreicht, um das zu bearbeitende Material ständig lokal zu verdampfen und dass die Leistung im Strahl ausreicht, um das die Verdampfungszone umgebende Material zu schmelzen und die Energie, die durch die durch den Druck des verdampfenden Materials ausgetriebene Flüssigkeit wegtransportiert wird, zu ersetzen, wobei die kinetische Energie der ausgetriebenen Flüssigkeit gerade so gross sein soll, dass >&ine Ablagerungen an den Bearbeitungsrändern entstehen. Anderseits wird diese Aufgabe durch eine Anordnung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Entladekette vorgesehen ist,
welche an die zum Pumpen des Lasers dienende Pumplichtquelle angeschlossen ist und an diese angenähert rechteckförmige

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Stromimpulse abgibt. Dies bedeutet, dass der, in einem kontrollierten und gewünschten transversalen Schwingungsmode arbeitende Laser durch einen Lichtimpuls von angenähert rechteckförmiger Lichtintensität gepumpt wird und der Resonator so gebaut ist, dass der Einschwingungsvorgang nur sehr kurze Zeit dauert und rasch abklingt und dass während des grössten Teils der Pumplichtdauer die Intensität des vom Laser ausgesandten Lichtes angenähert konstant ist. Eine vorzugsweise Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass die Intensität des Laserstrahls während einer, der gewünschten Abtragetiefe entsprechenden Zeit nicht wesentlich kleiner wird.

Anhand der Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach der Erfindimg und der Anordnung zu dessen Durchführung erläutert.'

Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 übliche Laserstrahlimpulse? Fig. 4 einen beim erfindungsgemässen Verfahren anwendbaren Laserstrahlimpuls;

Fig. 5 einen beim erfindungsgemässen Verfahren zum Abtragen tiefer Schichten vorzugsweise anwendbaren Laserstrahlimpuls; Fig. 5'· eine schematische Darstellung des Modells zur Austreibung des Materials.

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Fig. 6 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;

Fig. 7 einen Laserstrahlimpuls und Pumplichtimpulse; Fig. 8 und 9 Laserstrahlimpulse, wie sie mittels einer Variante der erfindungsgemässen Anordnung erzeugt werden können;

Fig. 10 wesentliche Elemente der im Zusammenhang mit Fig. 11 und 12 beschriebenen Anordnung in schematischer Darstellung;

Fig. 11 wesentliche Elemente einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung; Fig. 12 Kurven für den Dampfdruck und die Bohrgeschwindigkeit in Kupfer;

Fig. 13 die Bohrgeschwindigkeit als Funktion der Intensität bei Kupfer;

Fig. 14 den Bohrwirkungsgrad als Funktion der Intensität bei Kupfer;

In Fig. 1 erkennt man, wie hievor beschrieben/ einen im Multimode schwingenden Laserimpuls, wie er herkömmlicherweise Verwendung findet.

In Fig. 2 ist ein im Grundmode schwingender Laserimpuls mit einem für jeden Puls eine merklich höhere Energie auf v/eisenden ersten Spike dargestellt, wie er in der Materialbearbeitung vorzugsweise verwendet wird.

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Fig. 3 zeigt einen ganzen Puls eines im Grundmode schwingenden Laserstrahles mit einem, für jeden Puls eine merklich höhere Energie aufweisenden ersten'Spike und nachfolgender gedämpfter Schwingung.

In Fig. 4 ist ein idealisierter Laserstrahlimpuls gezeigt, wie er vorzugsweise beim erfindungsgemässen Verfahren angewendet wird. Die steile Anstiegsflanke baut die dem Material eigene Reflexion so stark ab, dass sehr rasch die beinahe volle Intensität absorbiert wird. Der Intensitäts'abfall am Ende des Impulses dauert tf, welches kürzer als 0,1 usec sein sollte, um eine saubere Bearbeitungszone zu erhalten. Die optimale Intensität Iopt. zur Bearbeitung von Metall ist in der Grössenordnung 10^ W/cm . Insbesondere soll sie im Bereich von 5 bis 10 MW/cm² bei Aluminium, von 7 bis 12 MW/cm² bei technisch reinem Kupfer und von 4 bis 8 MW/cm² bei gewissen Stahlsorten liegen. Diese Werte gelten für nicht tiefes Abtragen, das heisst, z.B. beim Bohren für Tiefen, die kleiner als der Durchmesser sind. Soll in grösseren Tiefen abgetragen werden, so muss die Intensität vergrössert werden, um die zum vollständigen Austreiben nötige Energie aufzubringen.

Ein idealisierter Laserstrahlimpuls zum tiefen Abtragen ist in Fig. 5 dargestellt. Die Abschätzung der Grössenordnung der nötigen Strahlintensität kann folgendermassen durchgeführt werden. Aus der Differentialgleichung, die die Temperaturverteilung, die durch eine ebene, mit der Geschwindig-

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keit ν vorrückende Wärmequelle entsteht, beschreibt, wobei Phasenübergänge fest-flüssig vernachlässigt werden, folgt der Abstand Δ der Isothermen T₀ (Oberflächentemperatur) und T_s (Schmelztemperatur) zu

Δ = — In -2 mit X = Temperaturleitfähigkeit ¹S 2

Die sei nun die Dicke der jeweils ausgetriebenen Flüssigkeitsschicht. Nimmt man nun an, dass ein Druck ρ auf diese Schicht mit der Fläche r^ir wirkt und dass die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit seitlich durch die Fläche

2rirA ausgetrieben wird gleich *u-^ ist, mit ρ als Dichte, so wird i.:.ch dem Kontinuitätssatz

2 J 2p

r π ν ="u —° · 2r π Δ
\ P

somit gilt

Der Druck, der nötig ist, um die Oberflächenspannung σ der Schmelze zu überwinden, kann mit

2σ

P = T"

abgeschätzt werden.

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In ..Fig. 5¹" ist einerseits die radiale Verteilung der Intensität I im Laserstrahl Ls und anderseits die durch letzteren erzeugte Dampfwolke D und das bis zu der Tiefe Δ verflüssigte Material F dargestellt.

Unterste Grenze für die nötige Strahlintensität Jm ist nun der Wert, der gleich der, von der ausgetriebenen Flüssigkeit wegtransportierten Energie wird:

Jm > pv (c T_s + Q) mit c = spezifische Wärme [ J/g°J

T₃= Schmelztemperatur [ ° ] Q₃= Schmelzwärme {jJ/g J

Die nötige Spitzenintensität der Strahlung Jv entspricht dem Wert des verdampften Materials zur Erzeugung des notwendigen Rü \stossimpulses bzw. Dampfdruckes ρ

Jv = ρ ν (cT_v + Q_v)

Eine Abschätzung der Temperaturen kann so vorgenommen werden, dass die Oberflächentemperatur (T₀) gerade gleich der Verdampfungstemperatur (T_v) wird und dass die Temperatur der Flüssigkeit als Mittel aus Schmelz- und Verdampfurigstemperatur ausgedrückt wird.

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Ιο 2B440H

Man erhält somit:

Jm >

CX2 + C ( Tv +

in £*

Tv / σ ρ

r"

Diese Abschätzung ist natürlich ungenau und die zum erfindungsgemässen Verfahren nötige Intensität ist einige Male grosser. Eine genauere Berechnung benötigt komplizierte Gleichungen, welche nicht direkt lösbar sind und nur mittels Datenverarbeitungsanlagen approximiert werden können. Derart durchgerechnete Beispiele zeigen, dass der mit obiger Ungleichung erhaltene Minimalwert Jm um einen Faktor drei bis vier kleiner ist, als der, welcher mit dem vollständigeren Modell erhalten wird.

In der Praxis genügt es im allgemeinen, eine Abschätzung nach obiger Ungleichung vorzunehmen und den erhaltenen Wert mit drei oder vier zu multiplizieren. Will man ganz genaue Angaben, so genügt auch das Durchrechnen des komplizierten Gleichungssystems nicht, da die Zahlenwerte, die das Material charakterisieren und in den Gleichungen vorkommen, nicht mit genügender Genauigkeit vorliegen. Ein Versuch mit verschiedenen Intensitäten der angegebenen Grössenordnung erlaubt durch Ausmessen der Abtragtiefe einen direkten Schluss auf den Wirkungsgrad.

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Das erfindungsgemässe Verfahren kann beispielsweise mit ei-' ner Anordnung gemäss Fig. 6 durchgeführt werden. Der mit 1 bezeichnete Laserkopf ist mit den den Resonator bildenden beiden Spiegeln 2, 3 zu einem Laser-Oszillator zusammengebaut. Die Refernznummer 4 bezeichnet den Strahlengang. Die Anregung des Lasers erfolgt über die Leitung 6 durch die Leistungsquelle 5, welche ihrerseits über die Verbindung 8 von einem Steuerelement 7 angesteuert wird. Im Strahlengang ist zudem ein Polarisator 9 vorgesehen, sowie eine Blende zur Erzeugung der gewünschten Modestruktur. Die Referneznummer 11 bezeichnet einen Lichtdetektor welcher das schwache, durch den Spiegel 2 austretende Licht misst und über die Verbindung 12 dem Verzögerungselement 13 ein Signal zukommen lässt. Weiter findet sich im Strahlengang ein Lichtschalter 17, der über die Verbindung 16 von einem Betätigungselement 15 angesteuert wird. Das Element 15 ist seinerseits über die Verbindung 14 mit dem Verzögerungselement 13 verbunden. Selbstverständlich kann das Verzögerungselement 13 auch direkt mit dem Lichtschalter 17 verbunden sein, falls die vom Verzögerungselement 13 erzeugte Leistung zum Betätigen des Lichtschalters 17 ausreicht. Der aus Letzterem austretende Strahl wird nach Durchlaufen des Elementes 18, welches als optische Diode wirkt und beispielsweise aus einem weiteren Polarisator und einem λ/4 Blättchen bestehen kann, durch die Linse 19 auf das Werkstück 20 fokussiert. Bei Laserbetrieb nach dem bekannten Q-Switch-Verfahren ist zudem

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ein Element 21 im Strahlengang des Resonators nötig, welches den Gütefaktor beeinflussen kann. Dieses Element kann über die Verbindung 22 von einem Steuergerät 23 betätigt werden, welches seinen Auslöseimpuls über die Leitung 24 vom Steuerelement 7 erhält. Der Lichtschalter 17 und/oder das Element 21 kann auch durch einen Auskopplungsmodulator ersetzt werden z.B. ein Fabry-Perot Etalon, welcher zudem die Funktion des Spiegels 3 übernimmt.

Der beschriebene Aufbau ist zusammengesetzt aus an sich bekannten Teilen und das Betreiben eines Lasers kann als dem Fachmann geläufig vorausgesetzt werden. Einige Besonderheiten seien erwähnt.

Bei geeigneter Auslegung des Laserresonators können Impulse von der in Fig. 2 oder auch in Fig. 3 gezeigten Form erzeugt werden. Bei durch Licht gepumpten Festkörperlasern und entsprechender Auslegung des Lasers gelingt es auch, Laserimpulse ähnlich der in Fig. 7 gezeigten Form 25 zu erhalten. Um die zum erfindungsgemässen Verfahren geeigneten Impulse zu erzeugen, ist es nun nötig, aus dem zeitlichen Intensitätsverlaüf des erhaltenen Impulses ein entsprechendes Stück herauszuschneiden. Am Beispiel der Fig. 7 sei dies erläutert. Zur Zeit t_e wird der Schalter 17 betätigt, so dass der Strahl durchtreten kann. Nach der, dem gewünschten Materialabtrag entsprechenden Zeit t_a - t_e wird der Schalter 17 wieder lichtundurchlässig gemacht. Diese

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Schaltvorgänge werden ausgelöst durch den Detektor 11, welcher über die Verbindung 12 dem Verzögerungselement 13 ein Signal zukommen lässt, sobald der Laser zu emittieren beginnt (to) . Nach der ersten Verzögerungszeit t_e - t_o wird dem Betätigungselement 15 ein Einschaltbefehl übermittelt und nach einer zweiten Verzögerungszeit t_a - t_o fplgt ein Ausschaltbefehl. Vorzugsweise wird als schneller Lichtschalter 14 eine Pockels-Zelle verwendet. Solche Bauteile und ihre Betätigungselemente sind dem Fachmann bekannt.

In Fig. 7 sind weiter mögliche Pumplichtintensitäten 26 und 27 dargestellt, wie sie für Laserlichtimpulse gemäss der Kurve 25 verwendet werden können. Diese Pumplichtintensitätsverläufe können durch geei-snte, dem Fachmann bekannte Entladeketten zur Ansteuerung der Pumplichtquelle, welch z.B. eine Xenonlampe s^in kann und im Laserkopf 1 angebracht ist, auf bekannte Weise erzeugt werden.

Um einen möglichst grossen Anteil der Impulsenergie zum Bearbeiten einsetzen zu können, kann aucl, das Einschalten des Lichtschalters 17 vor Beginn des Laserimpulses oder gleichzeitig erfolgen (t_e < t_o). Bei Lichtimpulsen gemäss Fig. 7 kann sogar ganz auf das Herausschneiden verzichtet werden, falls die Impulsdauer, mit der gewünschten Abtragtiefe übereinstimmt und die Steilheit des Intensitätsabfalls am Ende des Impulses für die gewünschte Bearbeitungsoberflächengüte ausreicht.

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Um am Ende des Laserimpulses kein, oder nur sehr wenig Material zu verflüssigen ohne dass der Dampfdruck ausreicht um es auszutreiben, wird vorzugsweise die Intensität sehr schnell abgeschaltet und zwar innerhalb einer Zeit von etwa 0,1 ysec oder noch schneller.

Vorzugsweise kann das erfindungsgemässe Verfahren zum Bohren von Löchern verwendet werden, wobei der transversale Schwingungsmode der gewünschten Lochform nach bekannten Erkenntnissen angepasst wird. So wird vorzugsweise ein TEMoo Schwingungsmode, welcher durch eine Intensitätsverteilung über dem Querschnitt gemäss einer Gauss'sehen Verteilung gekennzeichnet ist, zum Bohren angenähert runder Löcher verwendet. Soll die Lochform mehr quadratisch sein, wird das erfindungsgemässe Verfahren mit einem Laserstrahl mit TEM^^-Schwingungsmode angewendet. Dieser weist meist vier Intensitätsmaxima auf.

Vorzugsweise wird in der erfindungsgemässen Anordnung zwischen dem, im gewünschten transversalen Mode schwingenden Laserresonator und dem zu bearbeitenden Material ein Lichtschalter vorgesehen, welcher aus dem, vom Resonator ausgesandten Strahl während der Zeit, während der der Lichtschalter für den Strahl durchlässig ist, einen, dem erfindungsgemässen Verfahren entsprechenden Impuls herausschneidet. Die Steuerung des Lichtschalters erfolgt vorzugsweise, indem der, vom Resonator erzeugte Strahl durch ein lichternpflindliches Element detektiert

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wird und einem Verzögerungselement ein Signal zukommen lässt, sobald eine detektierbare Intensität erreicht ist. Dieses Verzögerungselement erzeugt nach einer gewissen Zeit ein Ausgangssignal, welches zum Oeffnen des Lichtschalters verwendet wird. Nach einer der Bearbeitungstiefe entsprechenden Zeit, wird der Lichtschalter geschlossen.

Weiter kann in den Strahlengang zwischen die den Laserstrahl erzeugende Anlage und das zu bearbeitende Material ein Element eingebaut werden, welches den Strahl nur in Richtung des zu bearbeitenden Materials durchlässt, um durch den sonst vom Material anfänglich reflektierten Strahl nicht die im Laserresonator gebildete Schwingungsform zu verändern.

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Afc

Falls der Materialabtrag in rasch wechselnder Folge über verschiedene Abtragtiefen vorgenommen werden soll, stellen sich Schwierigkeiten ein, eine rasche Folge von Impulsen und eine rasche Veränderung der Impulsdauer vorzunehmen. Durch ein Herausschneiden der wirksamen Laserimpulse aus einem längeren Laserimpuls gelingt es wohl, diese Schwierigkeit zu meistern, doch wird dadurch der Gesamtwirkungsgrad verschlechtert.

Als Variante der Erfindung soll im Folgenden eine Anordnung beschrieben werden, welche es erlaubt, das erfindungsgemässe Verfahren durchzuführen und welche keine aufwendigen Elemente zur Erzeugung angenähert rechtförmiger Pumplichtimpulse benötigt. Diese Anordnung ermöglicht es auch, in rascher Folge Material auf verschiedene Tiefen abzutragen.

In dieser Variante der Efindung ist in der Anordnung ein Laserresonator vorgesehen, dessen wirksame Länge so gross sein soll, dass Laserliehtimpulse erzeugt werden, deren Zeitdauer mindestens der zum Erreichen der gewünschten Einzelabtragtiefe nötigen entspricht, wobei die Intensität gemäss obigem Verfahren gewählt werden kann. Eine derartige Anordnung kann weiter auch dadurch gekennzeichnet sein, dass die Laseranlage so angelegt ist, dass eine rasche Folge von Einzelimpulsen entsteht, deren Dauer eine Schichtdicke abzutragen gestattet, die kleiner oder gleich der gewünschten Genauigkeit der Abtragtiefe ist und deren auf das zu bearbeitende Material wirkende Anzahl wo gevählt ist, dass die gewünschte Abtragtiefe schichtweise durch · Lese Folge von Einzelimpulsen erhalten wird.

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Die Anordnung, zur Erzeugung von Impulsen (Spikes) mit hiervor beschriebenem Verfahren entsprechender Intensität und Intensitätsverteilung, kann vorzugsweise eine bekannte Vorrichtung zur Schaltung der Resonatorgüte (Q-Switch) enthalten. Die Resonatorlänge soll dabei so gross sein, dass die erzeugten Impulse eine Dauer von 0,5 ysec oder mehr haben. Es kann auch erwünscht sein, Impulse von einer Dauer von mehreren μsee zu benutzen, wobei auch in diesem Falle die wirksame Resonatorlänge der entscheidende Faktor ist.

Die mit heute üblichen Anlagen im Q-Switch-Verfahren erzeugten Impulse sind durchwegs kürzer und deshalb nicht geeignet, einen vernünftigen Wirkungsgrad beim Materialabtragen zu erreichen.

Soll nun aber die Abtragtiefe in sehr rascher Folge variiert werden, so wird am besten eine Anlage verwendet, die es gestattet, eine Folge von Einzelimpulsen zu erzeugen, welche alle von gleicher Dauer sind und eine dem erfindungsgemässen Verfahren entsprechende Intensität und Intensitätsverteilung besitzen, wobei diese Anlage einen Modulator besitzt, welcher den Laserresonator in einer, der Impulsfolgefrequenz entsprechenden Frequenz, beeinflusst. Das totale Abtragen von Material erfolgt dann durch das Einwirken einer solchen Anzahl Einzelimpulse, wie sie nötig ist, um die gewünschte Abtragtiefe zu erreichen.

.Wenn auch das Abtragen.während eines Einzelimpulses, im ganz Kleinen also, durch ein kontinuierliches Verflüssigen und Austreiben charakterisiert ist, handelt es sich hier nun um diskretes Abtragen von Einzelschichten, wobei die Anzahl Schichten

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die Abtragtiefe ergibt. Zusammengefasst ergibt sich'daraus durch Multiplikation dieser Anzahl mit der Dauer eines Einzelimpulses wieder eine Zeitdauer, während welcher gesamthaft abgetragen wird und welche der Abtragtiefe entspricht. Die Vorteile dieses Vorgehens liegen einerseits darin, dass von Abtragstelle zu Abtragstelle in einer Zeit, die einer oder höchstens einigen Impulsfolgeperioden entspricht, von einer beliebigen Abtragtiefe zu einer anderen, beliebigen Abtragtiefe ohne grossen Aufwand gewechselt werden kann. Andererseits erlaubt es eine solche Anlage, die Steuerbefehle bezüglich Abtragtiefe auf sehr geeignete Weise, beispielsweise in digitaler Form, bereit zu stellen, aufzubewahren und zu verarbeiten.

Eine Anordnung der beschriebenen Art kann im Strahlengang zwischen den .Laserresonator und dem zu bearbeitenden Material ein Element enthalten, das vom Laserresonator direkt angestrahltes Licht durchlässt und das für vom Material reflektiertes Laserlicht undurchlässig ist. Ein solches Element kann beispielsweise aus einem bekannten Polarisator und einem bekannten λ/4-Plättchsn bestehen.

Weiter ist es möglich, die Einzelimpulse durch einen optischen Schalter so zu formen, dass die natürliche Impulsflanke am Ende (Intensitätsabfall) durch ein, im gewünschten Zeitpunkt geschalteten Schalter abgeschnitten wird, wodurch der resultierende Intensitätsabfall beschleunigt wird. Dadurch wird vermieden, dass am Ende des Impulses viel Material verflüssigt wird, ohne dass der Dampfdruck ausreicht, um diese Flüssigkeit auszutreiben. Ein entsprechender Schalter und die nötigen Steuerelemente sind

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weiter oben beschrieben.

In Fig. 8 ist über der Zeit t die Intensität J eines Einzellaserstrahlimpulses dargestellt, wobei die optimale Intensität mit J_opt bezeichnet ist. Die Dauer dieses Impulses, das heisst das Zeitintervall ti - t_o kann direkt durch die Resonatorlänge, das heisst der wirksame Abstand zwischen den Spiegeln 2 und 3 in Fig. 6, beeinflusst werden. Diese Länge kann, falls erforderlich, auch bei einer beschränkten Bahnlänge durch Falten mittels Uinlenkspiegeln nach bekannter Art erzielt werden. Ein allgemein gültiger, in Formeln gefasster Zusammenhang zwischen wirksamer Länge des Resonators und Impulsdauer kann nicht angegeben werden, weil weitere Grossen wie Verstärkungsfaktor des Lasermediums- und Verluste des Resonators einen Einfluss haben. Als Beispiel sei ein Nd-YAG-Laser erwähnt, der mit einer handelsüblichen Q-Switch-Vorrichtung versehen, bei 100 cm Resonatorlänge Impulse von 0,1 usec Dauer erzeugt und bei einer Resonatorlänge von 100 m Impulse von ν 5 ysec Dauer.

Fig. 9 zeigt eine· Folge von Impulsen, wobei aus Gründen der Darstellung nur 2 Impulse gezeichnet sind. Diese Folge besteht aus einer sehr grossen Anzahl sich in gleichem Abstand folgenden Impulsen gleicher Intensität und Dauer. Die Bezeichnungen sind dieselben wie bei Fig. 8. Eine solche Folge kann beispielsweise mit einer Anlage gemäss Fig. 10 erzeugt v/erden, wobei in dieser Figur nur die wesentlichen Elemente gezeigt sind, es aber für den Fachmann ohne weiteres möglich ist, anhand dieser Anga-

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ben eine funktionsfähige Anordnung zusammenzustellen und zu betreiben. Die Bedeutung der Referenznummern 1 bis 20 entspricht genau den entsprechenden Bezeichnungen der Fig. 6. Um die Folgefrequenz, gekennzeichnet durch die Periode t'_o - t_o gemäss Fig. 9, dem Laserlicht aufzuprägen, ist ein Modulator vorgesehen, welcher im Beispiel aus einem Piezokristall 28 besteht, afu dem der Spiegel 2 montiert ist. Dieser Spiegel 2 wird daher synchron mit der Modulationsfrequenz hin und her bewegt, so dass sich der Abstand zwischen den Spiegeln 2 und 3 ändert. Die Modulationsfrequenz, welche gleich der gewünschten Folgefrequenz gewählt wird, wird auf bekannte Weise durch die Schaltung 30 erzeugt und über die Verbindung 29 dem Piezokristall 28 zugeführt. Aufbau und Wirkungsweise eines solchen Modulators und der dazugehörenden Schaltung, beispielsweise aus der CH-Pat.Anmeldung Nr. 2682/74, sind bekannt. Neu ist ihre Verwendung in einer Anlage, welche das Verfahren gemäss der Erfindung durchzuführen gestattet. Dieser Modulator kann auch aus einer Kerr- oder Pockelszelle bestehen, der ein Polarisationsfilter zugeordnet ist. Auch solche Elemente und ihre Handhabung sind an sich bekannt. Weiter können auch noch andere bekannte Elemente, die ähnliche Effekte bewirken, verwendet werden; beispielsweise Sättigungsabsorber oder akusto-optische Modulatoren.

Wie in Fig. 6 ist in Fig. 10 ein Lichtschalter 17 schematisch dargestellt, der über eine Verbindung 16 angesteuert werden kann. Die prinzipielle Erzeugung des Schaltersignals das über die Verbindung 16 c m Lichtschalter 17 zugeführt wird, ist weiter oben beschrieben nd soll hier nicht wiederholt werden. Ein solcher

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Lichtschalter 17, der beispielsweise aus einer Pockelszelle besteht und der im Strahlengang 4 zwischen dem Laserresonator und dem Material 20 vorgesehen ist, kann dazu benützt werden,· die aus dem Laserresonator austretenden Impulse zu beschneiden. Der Zeitpunkt t_o in dem der Lichtschlater 17 vom lichtdurchlässigen Zusatnd in den undurchlässigen Zustand geschaltet wird, ist in Fig. 8 eingezeichnet. Dadurch wird bewirkt, dass der Intensitatsabfall am Ende des Impulses sehr rasch erfolgt und dass dadurch die Menge Material, die noch verflüssigt, aber nicht mehr angebtrieben wird, minimal wird. Dies kann nötig sein, falls der natürliche, vom Laserresonator erzeugte Intensitätsabfall zu lange dauert, um den gewünschten Oberflächenzustand zu erreichen. Dieses Verfahren kann natürlich auch bei einer Folge von Impulsen wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, angewendet werden.

Fig. 11 zeigt eine weitere Anordnung, wobei nur wichtige Elemente schematisch dargestellt sind. Die schon früher erwähnten Bauteile sind mit denselben Referenznummern beizeichnet wie in Fig. 3 und Fig. 6. Zusätzlich enthält die Anordnung einen Istwertgeber, der aus einem Element 33 besteht, welches im Strahlengang 4 angebracht einen ganz kleinen Teil des Lichtes auf einen, sekundären Strahlengang 4'ablenkt. In diesem ist ein weiteres Element J2, das zum Istwertgeber gehört, gezeigt, welches für Laserlicht empfindlich ist. Dieses Element ist mit einem Sollwertelement 31 verbunden, welches seinerseits mit einem Schaltelement 34 in Wirkungsverbindung steht. Das Schalt-

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element 34 ist im Strahlergang 4 angebracht und kann den Laserstrahl beeinflussen.

Falls mit einer Folge von Impulsen gearbeitet wird, wird vorzugsweise die auf eine Stelle wirkende Anzahl Impulse gemessen. Dies geschieht über die Vorrichtung 32 und 33, welche zum Beispiel auf jeden Impuls ansprechen und ein entsprechendes Signal an das Sollwertelement 31 weitergeben. An diesem wird die gewünschte, der abzutragenden Tiefs entsprechende Anzahl Impulse eingestellt. Dieses Element 31 kann beispielsweise als Vorwahlzähler ausgebildet sein, wobei als Vorwahl die gewünschte Anzahl Impulse eingestellt wird. Die von Element 32 abgegebenen Signale v/erden im Zähler 31 von der Vorwahl abgezählt und bei Erreichen eines Nullstandes wird ein Ablenkbefehl an das Schaltelement 34 abgegeben. Allgemeiner gesagt, wird die Anzahl Impulse mit der vorgewählten Anzahl verglichen und bei Gleichheit ein Ablenkbefehl erzeugt. Die Ablenkung durch das Schaltelement 34 kann beispielsweise darin bestehen, dass der Laserstrahlengang 4 auf eine neu zu bearbeitende Stelle gerichtet wird. Dann besteht das Schaltelement 34 aus einer Ablenkvorrichtung. Es kann aber auch ein Schalter sein, der weitere Lichtimpulse sperrt. Auch eine Ablenkung der weiteren Impulse auf eine, die Laserimpulsleistung absorbierende Stelle, ist möglich. Ebenso kann der Ablenkbefehl dazu benutzt werden, um das Material 20 in seiner Position zu verschieben, sodass eine neu zu bearbeitende Stelle in den Strahlengang 4 gebracht wird. Schliesslich ist auch eine Kombination dieser verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten realisierbar.

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26UQH

Eine weitere erfindungsgemässe Anordnung kann so aufgebaut ' sein, dass die Leistung der auf das Material wirkenden Laserimpulse durch das Element 32 gemessen wird. Diese Leistung wird über die Impulsdauer und wahlweise über die Anzahl sich folgender Impulse integriert, wobei als Resultat die auf das Material aufgetroffene Energie vorliegt. Dann kann diese mit der am Istwertgeber 31 eingestellten und der gewünschten Abtragtiefe entsprechenden Energie verglichen werden. Sobald die gemessene Energie der eingestellten entspricht, wird auch hier ein Schaltbafehi erzeugt und dem Schaltelement zugeführt.

Wahlweise kann auch einfach die effektiv wirkende Dauer des Laserlichtimpulses durch das Element 32 gemessen und aufsummiert (integriert) werden. Dann wird am Istwertgeber 31 die totale Abtragdauer eingestellt.

Es ist auch möglich, die Ablenkvorrichtung 34 mit dem Lichtschalter 17 der Fig. 10 zu kombinieren oder diesen so anzusteuern, dass er die Funktion des Schaltelementes ausführt.

Fig. 12 zeigt den Verlauf des Sättigungsdampfdruckes p_s und der Bohrgeschwindigkeit ν für das Beispiel Kupfer. Zum Vergleich wurden zwei Modelle durchgerechnet: die Kurven I entsprechen einem Bohrvorgang durch reine Verdampfung während bei den Kurven II auch die Flüssigkeitsaustreibung berücksichtigt ist. Diese führt als Folge der erhöhten Bohrgeschwindigkeit bei derselben Intensität zu kleineren Werten für Oberflächentemperatur und Dampfdruck als Modell I.

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In den aufgrund obiger Erkenntnisse durchgeführten Experimenten wurden die Bohrgeschwindigkeit und Lochvplumen für verschiedene Metalle als Funktion der Zeit und der Intensität mit Hilfe von Rechteckpulsen abgestufter Pulsdauer und Leistung bei Atmosphärendruck gemessen. Die Abstufung der Pulsleistung im Bereich 1-25 MW/cm² erfolgte mit Hilfe von geeichten Graufiltern bei konstanter Einstellung der Fokussieroptik. Diese bestand aus einer dünnen Linse f = 4 cm, versehen mit einem Schutzglas als Abschirmung gegen wegfliegendes Material. Der Lochdurchmesser betrug 80 μ. die Tiefenschärfe etwa 0,6 mm. Die Teile - Blechstücke von 1 mm Dicke und technischer Reinheit - waren an einem senkrecht zur Strahlachse verschiebbaren Mikromainpulator angebracht. Pro Einstellung wurden jeweils 5 Löcher geschossen, bei ständiger Ueberwachung von Pulsdauer und Leistung.

Die Messung der Lochdimensionen erfolgte mikroskopisch, und zwar bei kleinen Lochtiefen von oben mit 1000-facher Vergrösserung (Schärfentiefe -Ip), während für die Ausmessung tieferer Löcher Schliffe angefertigt wurden.

Fig. 13 zeigt die ermittelten Werte für die Bohrgeschwindigkeit als Funktion der Intensität bei Kupfer. Die gestrichelten Geraden geben die Bohrgeschwindigkeiten bei reiner Verflüssigung (I/pL_s) bzw. bei reiner Verdampfung (I/pL_v) unter der Voraussetzung vollständiger Absorption der einfallenden Strahlung, d.h. R = 0 an. Die Genauigkeit der .Absoluteichung der Intensität beträgt ±25%.

7 Ö 9 8 1 5/ 115Ö

3x 26440H

Zur Bestimmung des Bohrwirkungsgrades wurde das Lochvolumen als Volumen eines der Lochform angepassten Kegelstumpfes berechnet. Der Bohrwirkungsgrad, definiert als Lochvolumen durch Pulsenergie, ist in Fig. 14 für Kupfer dargestellt. Zum Vergleich sind Messwerte für Q-Switch-Pulse mit Intensitäten bis 1010 W/cm (Pulsdauer 60 nsec) für alle Intensitäten eingetragen. Diese Messwerte entstanden bezüglich Strahlgeometrie und Messmethoden unter denselben Bedingungen wie die oben beschriebenen, mit der Annahme, dass die Teile zur Vermeidung eines Luftdurchschlags im Vakuum beschossen wurden. Die gestrichelte Gerade in Fig. 13 gibt den Wirkungsgrad-bei reiner Verdampfung an.

Der Verlauf des Bohrwirkungsgrades in Fig. 14 führt zum Schluss, dass ab etwa 10 W/cm zusätzliche Effekte auftreten, da die experimentelle Kurve dort unter den Wert l/pL_v für reine Verdampfung abfällt. Dazu lässt sich aus der Tatsache, dass die entsprechenden Einschüsse mit steigender Intensität immer grosser im Durchmesser, flacher und unregelmässiger werden, der Schluss ziehen, dass in der zunehmend dichter und heisser werdenden Dampfwolke eine Defokussierung und Streuung der Strahlung eintritt. Dadurch sind die Verhältnisse schwer zu interpretieren, und die Intensität auf der Metalloberfläche ist schlecht definiert. Wird nicht im Vakuum gearbeitet, so ist überdies ab etwa 10⁹ W/cm2 mit einem Luftdurchschlag (air-breakdown) im Fokus zu rechnen,' der offenbar durch vom Teil emittierte Elektro-

10 9

nen ausgelöst wird. Ab etwa 10 W/cnr tritt dann eine merkliche Ionisierung und Absorption in der Dampfwolke selbst auf.

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Claims

PATENTANSPRÜECHE

I) 1. Verfahren zum Abtragen von Material mittels Laserstrahlimpulsen, bei welchem die Lichtinensitätsverteilung über dem Strahlquerschnitt zeitlich angenähert konstant bleibt und ein oder mehrere Intensitätsmaxima aufweist, welche sich an bestimmten Orten im Strahl befinden, dadurch gekennzeichnet, ■■

dass die Intensität des oder der Maxima gleich oder unwesentlich grosser ist als die Intensität, die ein ständiges lokales Verdampfen erzeugt und durch den Dampf bzw. Rückstossimpuls die umgebende Flüssigkeit zerreissen und vollständig aus der Bearbeitungszone austreiben kann und dass die Leistung im gesamten Strahl genügt, um ein ständiges Schmelzen einer, dem vom Dampfdruck ausgetriebenen Flüssigkeitsmengenflusses entsprechenden Materialmenge, bewirkt.

Anordnung zum Durchführen des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet,

dass eine Entladekette (5) vorgesehen ist, welche an

die zum Pumpen des Lasers dienende Pumplichtquelle angeschlossen ist und an diese angenähert rechteckförmige Stromimpulse abgibt.

709815/1 1 50 ORIGINAL INSPECTED

N-T-E-R-

j I Σ. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Laserstrahls nach der Anstiegzeit während einer der gewünschten Abtragstiefe entsprechenden Zeit nicht wesentlich kleiner wird.

U ^- 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Laserstrahls nach einer der gewünschten Abtragstiefe entsprechenden Zeit in etwa 0,1 ysec oder schneller abfällt.

5\\. Verfahren nach Patentanspruch I zum Abtragen von Material metallischer Werkstücke, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Laserstrahls während eines wesentlichen Teils seiner Wirkungsdauer auf der zu bearbeitenden Oberfläche in der Grössenordnung 10^ W/cm ist.

i»)\. Verfahren nach Patentanspruch I und SMfeoranspruoh 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Laserstrahls auf der zu bearbeitenden Oberfläche während eines wesentli-

chen Teils seiner Wirkungsdauer grosser als 4 MW/cm , für kleine Abtragstiefen kleiner als 12 MW/cm² und für grössere Abtragstiefen kleiner als 10 MW/cm ist.

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f)\. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der transversale Schwingungsmode TEM des Laserstrahls der Form der Bearbeitungszone entspricht.

S. Verfahren nach Patentanspruch I und spr j5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bohren von Löchern mit angenähert rundem Querschnitt der Laserstrahl im transversalen Fundainentalmode TEM₀₀ schwingt.

. Verfahren nach Patentanspruch I und . J7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtragen von Material in einer Zone mit angenähert quadratischem Querschnitt der Laser strahl im TEMjl2 schwingt.

/(0\ ^- Verfahren zum Betrieb einer Anordnung gemäss Patent-

H.

anspruch I und e, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der auf das Material einwirkenden Impulse einer Folge von Impulsen der Abtragtiefe entsprechend gewählt wird und dass der gesamte Materialabtrag an einer Stelle schichtweise durch eine Folge mit dieser Anzahl Impulse durchgeführt wird.

*l. Anordnung nach Patentanspruch ΡΪ, dadurch gekennzeichnet,, dass im Strahlengang zwischen dem Laserresonator und dem zu bearbeitenden Material ein Element (18) vorgesehen ist, das vom Laserresonator direkt ausgestrahltes Licht durchlässt und das für vom Material reflektiertes Laserlicht undurchlässig ist

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Anordnung nach Patentanspruch Zl, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen dem Laserresonator (1) und dem zu bearbeitenden Material (20) ein Lichtschalter (17) vorgesehen ist, dass ein Detektor (11) vorgesehen ist, der auf vom Laserresonator (1) erzeugtes Licht anspricht und ein entsprechendes Signal abgibt, dass ein Verzögerungselement (13) vorgesehen ist, welches einerseits mit dem Detektor (11) und andererseits mit dem Lichtschalter (17) verbunden ist und dass das Verzögerungselement (13) nach einer, der gewünschten Abtragstiefe entsprechenden, einstellbaren Zeitdauer nach Auftreten des vom Detektor (11) erzeugten Signals den Lichtschalter (17) so schaltet, dass er für Laserlicht undurchlässig wird.

ΐΛ.. Anordnung nach anspruch JrO, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungselement (13) nach einer ersten, kurzen, bestimmten Zeitdauer nach Auftreten des vom Detektor (11) erzeugten Signals den Lichtschalter (17) so schaltet, dass er ' für Laserlicht durchlässig wird und nach einer zweiten, der Abtragstiefe entsprechenden, einstellbaren Zeitdauer den Lichtschalter (17) auf Laserlicht undurchlässig schaltet.

. Anordnung nach anspruch JrO, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtschlater (17) eine Pockelszelle verwendet wird.

_x , P«M ty

/5)>3. Anordnung nach eranspruch yi, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtschalter (17) ein Auskopplungsmodulator ver wendet wird.

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26U0H

/(j/ JK. Anordnung nach öirteiranspruch ^, dadurch gekennzeich- ' net, dass das Element (18) aus einem Polarisator und einem λ/4-Plättchen besteht.

A,j\£. Anordnung gemäss Patentanspruch it., dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Länge des Laserresonators so gross ist, dass Laserlichtimpulse erzeugt werden, deren Zeitdauer mindestens der zum Erreichen der gewünschten Einzelabtragtiefe nötigen entspricht.

At y&. Anordnung nach Efanspruch ^o, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserresonator mit einem Modulator (27) versehen ist, welcher durch Modulation der Laserschwingungen die Erzeugung einer Folge von Laserstrahlimpulsen bewirkt.

. Anordnung nach Patentanspruch¹1 und aaa dadurch gekennzeichnet, dass als Modulator (28) ein Piezokristall vorgesehen ist, an welchem einer der Resonatorspiegel (2) befestigt ist.

20) ^e· Anordnung nach -önteranspruch ^3^, dadurch gekennzeichnet, dass das Element aus einem Polarisator und einem λ/4-Plätt chen besteht.

J^. Anordnung nach oanspruch i-S-, gekennzeichnet durch ein Sollwertelement zur Einstellung einer, der gewünschten, lokalen Abtragstiefe entsprechenden Grosse, ein Istwertgeber

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zur Messung der auf das Material einwirkenden Laserstrahlung und ein Schaltelement, welches sobald der gemessene Istwert dem eingestellten Sollwert entspricht, den Laserstrahl von der zu bearbeitenden Stelle wegschaltet, vorgesehen sind.

-."/ 2-tf. Anordnung nach Unteranspruch HJ und

-^.,^V. IO

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dadurch gekennzeichnet, dass als Sollwertelement ein Vorwahlzähler vorgesehen ist, dessen Vorwahl der Anzahl, der zum Abtragen der gewünschten, lokalen Abtragtiefe nötigen Anzahl Laserliehtimpulsen entsprechend eingestellt wird, dass als Istwertgeber ein, die Anzahl der auf die zu bearbeitende Stelle einwirkenden Laserlichtimpulse erfassender Detektor vorgesehen ist, dass der Detektor mit dem Vorwahlzähler mit dem Schaltelement verbunden ist und dass der Vorwahlzähler die Anzahl der vom Detektor erfassten Impulse von der eingestellten Vorwahl abzählt und bei Gleichheit der gewählten Anzahl mit der eingestellten Vorwahl dem Schaltelement einen Wegschaltbefehl zukommen lässt.

23j Sri. Anordnung nach "öR*e«-Änspruch 14H dadurchgekennzeichnet, dass am Sollwertelement die, der lokalen Abtragtiefe entsprechende Zeitdauer eingestellt werden kann, dass als Istwertgeber ein Laserlichtdetektor und ein zugeordneter Zeitgenerator vorgesehen ist, dass einerseits das Sollwertelement und anderer seits der Zeitintegrator mit dem Schaltelement verbunden sind und dass das Schaltelement so ausgebildet ist, dass es, sobald das vom Zeitintegrator erzeugte Signal gleich oder grosser als die, am Sollwertelement eingestellte Zeitdauer ist, den Laserstrahl von der bearbeiteten Stelle wegschaltet.

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M) 22. Anordnung nach cjftspruch ΪΑ, dadurch gekennzeichnet, dass am Sollwertelement die, der lokalen Abtragtiefe entsprechende Energie eingestellt werden kann, dass als Istwertgeber ein Laserlichtleistungsdetektor und ein zugeordneter Integrator vorgesehen ist, dass einerseits das Sollwertelement und andererseits der Integrator mit dem Schaltelement verbunden sind und dass das Schaltelement so ausgebildet ist, dass es, sobald das vom Integrator erzeugte, der integrierten, auf das Material wirkenden Laserlichtleistung entsprechende Energiesignal gleich oder grosser als die, am Sollwertelement eingestellte Energie ist, den Laserlichtstrahl von der bearbeiteten Stelle wegschaltet.

■ -A dj ι ■

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