FR3023207A1 - METHOD OF USING A MICRO-MACHINING SYSTEM TO FORM A PATTERN ON A MATERIAL - Google Patents

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Abstract

L'invention porte sur un procédé d'utilisation d'un système de micro-usinage basé sur un faisceau lumineux à impulsions afin de former un motif sur un matériau, où on calcule d'un nombre maximal de points Nk réalisables de manière simultanée à chaque impulsion du faisceau lumineux par mise en forme de faisceau d'un tir laser de k impulsions, et où on paramètre une modulation de phase pour conformer le faisceau lumineux en une pluralité N de points inférieure ou égale au nombre maximal de points Nk réalisables à chaque impulsion du faisceau lumineux.The invention relates to a method of using a micro-machining system based on a pulsed light beam to form a pattern on a material, wherein a maximum number of Nk points is computed simultaneously with each pulse of the light beam by beam shaping of a laser shot of k pulses, and where a phase modulation is parameterized to form the light beam into a plurality N of points less than or equal to the maximum number of points Nk achievable at each pulse of the light beam.

Description

Procédé d'utilisation d'un système de micro-usinage pour former un motif sur un matériau DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine du micro-usinage de matériaux, permettant notamment le marquage de ces matériaux, avec un procédé et un système de micro-usinage adapté aux cadences industrielles, permettant par exemple d'effectuer du marquage de produits pour des applications d'identification et/ou d'authentification de tels produits. ETAT DE LA TECHNIQUE A l'heure d'aujourd'hui et dans un contexte de marquage en forte expansion, les technologies lasers existantes ont su largement s'imposer grâce à leur capacité à usiner une grande majorité de matériaux, permettant à la fois de répondre aux problématiques industrielles actuelles tout en démontrant d'un fort potentiel de valeur ajoutée en fonction des paramètres et procédés d'exploitation. Il est cependant certains marchés où les technologies lasers arrivent à leurs limites, à savoir les productions à haute cadence, avec à titre d'exemple les secteurs de l'agro-alimentaire, du pharmaceutique, du fiduciaire ou de l'électronique, soumis de manière générale à la fabrication de produits de petites dimensions mais en très grande quantité. La technologie de marquage la plus répandue aujourd'hui repose sur la combinaison d'une source laser de propriétés de rayonnement variées (puissance, cadence, énergie, longueur d'onde, durée d'impulsion, etc.) couplée à une tête de déflexion. Cette tête permet à la fois la focalisation du faisceau laser, c'est-à-dire la concentration spatiale de celui-ci en un point unique, ainsi que son déplacement contrôlé et automatisé dans l'espace de la pièce à marquer par analogie avec la pointe d'un stylo. La tête de déflexion est en général une tête galvanométrique composée de deux miroirs en rotation autour de deux axes orthogonaux. La motorisation de ces deux miroirs engendre une déviation angulaire du faisceau dans la direction souhaitée, par la suite convertie linéairement en une distance sur le plan de l'échantillon par une lentille de focalisation de type « f-thêta ». D'autres technologies toujours basées sur le déplacement mécanique d'optiques (miroirs, prismes, disques, polygones...) ont aussi été développés à partir de besoins spécifiques mais aussi afin d'accélérer les vitesses de marquage.TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of micro-machining of materials, in particular allowing the marking of these materials, with a method and a method of micromachining system adapted to industrial rates, allowing for example to mark products for identification and / or authentication applications of such products. STATE OF THE ART At the present time, and in a context of rapidly expanding labeling, existing laser technologies have largely won through their ability to machine a large majority of materials, allowing both respond to current industrial issues while demonstrating a high potential for added value depending on operating parameters and processes. However, there are certain markets where laser technologies are reaching their limits, namely high-speed production, with, for example, the agri-food, pharmaceutical, fiduciary or electronics sectors, subject to generally speaking to the manufacture of products of small dimensions but in very large quantities. The most widely used marking technology today is based on the combination of a laser source of various radiation properties (power, rate, energy, wavelength, pulse duration, etc.) coupled to a deflection head . This head allows both the focusing of the laser beam, that is to say the spatial concentration thereof at a single point, and its controlled and automated movement in the space of the room to be marked by analogy with the tip of a pen. The deflection head is generally a galvanometric head composed of two mirrors rotating about two orthogonal axes. The motorization of these two mirrors generates an angular deflection of the beam in the desired direction, subsequently converted linearly into a distance on the plane of the sample by a focusing lens of the "f-theta" type. Other technologies still based on the mechanical movement of optics (mirrors, prisms, disks, polygons ...) have also been developed from specific needs but also to accelerate the marking speeds.

Néanmoins, l'utilisation de ces systèmes sur des cadences de production élevées soulève de multiples problématiques concernant par exemple la rapidité d'exécution et stabilité des miroirs en rotation, la synchronisation des mouvements sur la cadence du faisceau laser, la correction du déplacement en fonction de la vitesse de convoyage des produits à marquer. L'ensemble de ces points limitant traités, seuls de nouveaux systèmes, soit plus rapides et donc plus onéreux, soit plus ingénieux mais toujours très spécifiques, restent à même d'éventuellement pouvoir répondre à cette demande. Le brevet d'Ichihara et al. publié sous le numéro US 5,734,145 propose par exemple un ensemble mécanique complexe associant deux miroirs galvanométriques, un miroir polygonal en rotation et un masque à cristaux liquides dans l'objectif d'accélérer l'usinage laser d'images sur lignes de production. Il existe d'autres développements tendant à modifier le faisceau lumineux utilisé pour le marquage. On distingue tout d'abord les technologies dites par « masque d'amplitude », caractérisées par l'emploi de masques de forme identiques à la forme à usiner et présentant par conséquent deux défauts majeurs : l'unicité du masque ainsi que la perte d'énergie par blocage du faisceau dans les zones à ne pas marquer. On peut par exemple se référer aux documents brevets publiés sous les numéros US 4,128,752 et FR 2 909 922. Les modulateurs dynamiques constituent une autre technologie de mise en forme directe de faisceau. Ce sont des éléments optiques actifs permettant de moduler spatialement le rayonnement optique laser et qui ont la capacité de réfléchir ou transmettre une grande proportion de l'énergie laser incidente au détriment d'une physique plus complexe et donc plus difficilement exploitable. Dans les brevets US 4,734,558 et US 4,818,835 sont par exemple présentés des systèmes complets de marquage laser par mise en forme de polarisation. Les modulateurs sont adressés respectivement optiquement (masque illuminé) et électriquement à l'image de la figure à marquer. Après transmission ou réflexion sur ces derniers, les faisceaux laser de marquage se retrouvent alors modulés spatialement en deux polarisations dont l'une des deux est éliminée au passage dans un analyseur. Seule la portion d'énergie ayant la bonne polarisation est finalement transmise à la lentille de focalisation pour un marquage de la forme filtrée par relation d'imagerie. Bien que ces procédés exploitent tout deux des modulateurs dynamiques, l'emploi d'analyseurs rejoint les défauts des systèmes par masque d'amplitude avec la perte brute de l'énergie ne possédant pas la bonne polarisation. Dans la demande de brevet US 2001/045,418, il est proposé d'utiliser des matrices de micro-miroirs afin de diviser un faisceau laser en plusieurs sous-faisceaux contrôlés indépendamment dans l'objectif d'un marquage multipoints simultané. La faible résolution des micro-miroirs engendre néanmoins une limite importante en termes de résolution et par extension en flexibilité de génération d'image. En outre, le modulateur utilisé est de type modulateur d'amplitude et l'image générée à la surface du modulateur est directement reproduite sur le matériau par relation d'imagerie, impliquant de nouveau comme inconvénient une perte d'énergie partiellement absorbée ou éjectée. Dans la demande de brevet FR 2 884 743 est proposée une solution d'usinage par mise en forme de phase sur des faisceaux lasers à durée d'impulsion femtoseconde (fs).Nevertheless, the use of these systems on high production rates raises multiple problems concerning for example the speed of execution and stability of the mirrors in rotation, the synchronization of the movements on the rate of the laser beam, the correction of the displacement according to the conveying speed of the products to be marked. All these limiting points treated, only new systems, are faster and therefore more expensive, or more ingenious but always very specific, remain able to possibly be able to meet this demand. The Ichihara et al. No. 5,734,145 proposes for example a complex mechanical assembly combining two galvanometric mirrors, a rotating polygonal mirror and a liquid crystal mask in order to accelerate the laser machining of images on production lines. There are other developments tending to modify the light beam used for marking. First of all, there are the so-called "amplitude mask" technologies, characterized by the use of masks of identical shape to the shape to be machined and therefore having two major defects: the uniqueness of the mask as well as the loss of energy by blocking the beam in areas not to be marked. For example, reference can be made to patent documents published under US 4,128,752 and FR 2,909,922. Dynamic modulators are another direct beamforming technology. They are active optical elements for spatially modulating laser optical radiation and have the ability to reflect or transmit a large proportion of the incident laser energy at the expense of a more complex physics and therefore more difficult to exploit. In US Pat. No. 4,734,558 and US Pat. No. 4,818,835, for example, polarization shaping laser marking systems are presented. The modulators are addressed respectively optically (illuminated mask) and electrically to the image of the figure to be marked. After transmission or reflection on the latter, the marking laser beams are then spatially modulated into two polarizations, one of which is eliminated on passing through an analyzer. Only the portion of energy having the right polarization is finally transmitted to the focusing lens for marking the filtered form by imaging relation. Although these two methods both exploit dynamic modulators, the use of analyzers matches the deficiencies of the amplitude mask systems with the gross loss of energy that does not have the correct polarization. In the US patent application 2001 / 045,418, it is proposed to use micro-mirror matrices to divide a laser beam into several independently controlled sub-beams for the purpose of simultaneous multipoint marking. The low resolution of the micro-mirrors nonetheless generates a significant limit in terms of resolution and by extension in image generation flexibility. In addition, the modulator used is of the amplitude modulator type and the image generated on the surface of the modulator is directly reproduced on the material by imaging relation, again implying as a disadvantage a loss of energy partially absorbed or ejected. In patent application FR 2 884 743 is proposed a machining solution by phase shaping on laser beams of femtosecond pulse duration (fs).

Une boucle de rétroaction entre une analyse de faisceau en aval de la mise en forme et la mise en forme elle-même permet en outre d'optimiser cette mise en forme pour des applications hautes cadences avec effets thermiques réduits sous ces régimes d'impulsion. La solution proposée dans cette demande de brevet ne reste néanmoins exploitable que pour un nombre d'industriels limité car nécessitant notamment des sources laser très spécifiques, coûteuses et imposant un montage complexe et souvent onéreux à mettre en oeuvre. Un but de la présente invention est de proposer un procédé et un système de micro-usinage permettant de former un motif sur un matériau, à des fins de marquage d'identification et/ou d'authentification par exemple, qui peut être exploité industriellement, étant notamment simple à mettre en oeuvre, avec des dispositifs préexistants et ne nécessitant pas de réglages complexes. En particulier, un but de la présente invention est de proposer un procédé et un système de micro-usinage permettant de former un motif sur un matériau permettant d'augmenter la productivité par rapport aux procédés et systèmes existants.A feedback loop between a beam analysis downstream of the shaping and the shaping itself also makes it possible to optimize this shaping for high speed applications with reduced thermal effects under these pulse regimes. The solution proposed in this patent application remains nevertheless exploitable for a limited number of industrial because requiring particular laser sources very specific, expensive and imposing a complex assembly and often expensive to implement. An object of the present invention is to provide a method and a micromachining system for forming a pattern on a material, for purposes of identification marking and / or authentication for example, which can be used industrially, in particular being simple to implement, with pre-existing devices and not requiring complex adjustments. In particular, an object of the present invention is to provide a method and a micromachining system for forming a pattern on a material to increase productivity over existing methods and systems.

Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé et un système de micro-usinage permettant de former un motif sur un matériau constituant un marquage à des fins d'identification et/ou d'authentification sans qu'il ne soit nécessaire de changer le paramétrage dudit procédé ou système de micro-usinage entre deux marquages successifs.Another object of the present invention is to provide a method and a micromachining system for forming a pattern on a material constituting a marking for identification and / or authentication purposes without it being necessary to changing the parameterization of said method or micro-machining system between two successive markings.

Encore un autre but de la présente invention est de proposer un procédé d'utilisation d'un système de micro-usinage permettant d'optimiser la cadence de marquages de différents produits en fonction du matériau constituant ledit produit et du système de micro-usinage en tant que tel.Yet another object of the present invention is to provide a method of using a micromachining system for optimizing the marking rate of different products depending on the material constituting said product and the micro-machining system. as such.

EXPOSE DE L'INVENTION Ainsi, on propose un procédé d'utilisation d'un système de micro-usinage pour former un motif sur un matériau, le système comprenant un dispositif d'émission d'un faisceau lumineux pulsé spatialement et temporellement cohérent, un dispositif de modulation optique dynamique dudit faisceau lumineux comprenant une modulation de phase pour conformer ledit faisceau lumineux en une pluralité de points et un dispositif de focalisation du faisceau lumineux conformé sur une surface dudit matériau, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - Calcul d'une densité d'énergie seuil Fseuil(i) à partir de laquelle le matériau réagit en fonction du nombre d'impulsions (i) dudit faisceau lumineux, et détermination d'une puissance seuil Pseuil(i) associée ; - Calcul d'une puissance disponible Pdispo en sortie du dispositif de modulation à partir de paramètres caractéristiques du dispositif d'émission et du dispositif de modulation de phase ; - Paramétrage d'un train d'impulsions en choisissant un nombre d'impulsions k dudit faisceau lumineux pour faire réagir le matériau ; - Calcul d'un nombre maximal de points Nk réalisables à chaque impulsion du faisceau lumineux, en faisant l'hypothèse que le nombre de points mis en forme n'influe pas sur le seuil à partir duquel le matériau réagit, selon la relation : O Nk= Pdispo Pseuii(k) - Paramétrage de la modulation de phase pour conformer le faisceau lumineux en une pluralité N de points inférieure ou égale au nombre maximal de points Nk réalisables à chaque impulsion du faisceau lumineux. Des aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé d'utilisation, pris seuls ou en combinaison, sont les suivants : - on paramètre la modulation de phase pour conformer le faisceau lumineux en une pluralité N de points inférieure ou égale à la moitié du nombre maximal de points Nk réalisables à chaque impulsion du faisceau lumineux. - le procédé comprend une étape complémentaire de calcul d'un nombre de trains d'impulsions nécessaires à la formation du motif complet en divisant le nombre de points formant le motif par la pluralité N de points choisie pour le paramétrage de la modulation de phase. - le paramétrage du train d'impulsions consiste à choisir le nombre d'impulsions k en fonction du calcul de la densité d'énergie seuil Fseuli(i), le nombre d'impulsions k étant un nombre entier choisi entre le nombre d'impulsions k200 correspondant à une densité d'énergie seuil égale à 200% de la densité d'énergie seuil minimum, et le nombre d'impulsions k100 correspondant au nombre d'impulsions le plus faible pour lequel la densité d'énergie est égale à la densité d'énergie seuil minimum. - le calcul de la densité d'énergie seuil Fseuli(i) est effectué en considérant que le faisceau lumineux a une forme gaussienne et que le matériau irradié avec le faisceau lumineux réagit à partir d'une densité énergétique seuil Fseuii donnée par la formule suivante : -D2 / avec Fcrête 2Pmoy V7tCO2 co 22 Fseuil Fcrêtee où D est le diamètre d'impact physique du faisceau lumineux sur le matériau, Fcrête est la densité d'énergie maximale prise à l'axe optique et exprimée en fonction de la puissance moyenne laser Pmoy, v est la cadence d'impulsions et w est le rayon du faisceau lumineux dans le plan de focalisation du dispositif de focalisation. - le calcul de la puissance disponible Pd,spo en sortie du dispositif de modulation se fait selon la formule suivante : Pdispo = PlaserU%X%(C)(CNk d)v% - w'DAP -- laser avec : o u% le pourcentage de transmission du dispositif de modulation optique dynamique ; o v% le pourcentage disponible après effet de dissymétrie du motif à marquer ; o w% le pourcentage perdu par le faisceau lumineux au niveau d'un point de focalisation central non soumis à la conformation du dispositif de modulation optique dynamique ; o x%(C) le pourcentage disponible après effet de l'application d'une courbure C sur une carte de phase pour une consigne de modulation appliquée au dispositif de modulation optique dynamique ; o c et d des coefficients de nombre d'impacts traduisant la multiplicité de points de focalisation de la carte de phase utilisée pour la consigne de modulation appliquée au dispositif de modulation optique dynamique ; l'efficacité associée à Nk points étant (cNk+d) où f est la distance focale du dispositif de focalisation. - la puissance seuil Pseu(i) est donnée par la formule : Virw2Fseuii (i) Pseuil(i) = 2 - le nombre maximal de points Nk réalisables à chaque impulsion du faisceau lumineux est donnée par la formule : Z - dX Nk CX - Yk avec : - X = Plaseru%x%(C)v% ; - Yk Fseuil (k)vuw2. 2 - Z w% Piaser.SUMMARY OF THE INVENTION Thus, there is provided a method of using a micromachining system to form a pattern on a material, the system comprising a device for emitting a spatially and temporally coherent pulsed light beam, a dynamic optical modulation device of said light beam comprising a phase modulation for forming said light beam at a plurality of points and a device for focusing the light beam shaped on a surface of said material, the method being characterized in that it comprises the steps following: - Calculation of a threshold energy density F threshold (i) from which the material reacts as a function of the number of pulses (i) of said light beam, and determination of a threshold power Pseuil (i) associated; - Calculation of an available power Pdispo output of the modulation device from characteristic parameters of the transmitting device and the phase modulation device; - Setting a pulse train by choosing a number of pulses k of said light beam to react the material; - Calculation of a maximum number of points Nk achievable at each pulse of the light beam, assuming that the number of shaped points does not affect the threshold at which the material reacts, according to the relation: O Nk = Pdispo Pseuii (k) - Parameterization of the phase modulation for shaping the light beam into a plurality N of points less than or equal to the maximum number of points Nk achievable at each pulse of the light beam. Preferred but nonlimiting aspects of this method of use, taken alone or in combination, are the following: the phase modulation is parameterized so as to form the light beam into a plurality N of points less than or equal to half the maximum number Nk points achievable at each pulse of the light beam. the method comprises a complementary step of calculating a number of pulse trains necessary for the formation of the complete pattern by dividing the number of points forming the pattern by the plurality N of points chosen for the parameterization of the phase modulation. the parameterization of the pulse train consists in choosing the number of pulses k as a function of the calculation of the threshold energy density F sol (i), the number of pulses k being an integer selected from the number of pulses k200 corresponding to a threshold energy density equal to 200% of the minimum threshold energy density, and the number of k100 pulses corresponding to the lowest number of pulses for which the energy density is equal to the density minimum threshold energy. the calculation of the threshold energy density Fseuli (i) is carried out considering that the light beam has a Gaussian shape and that the material irradiated with the light beam reacts from a threshold energy density Fseuii given by the following formula : -D2 / with Fpeak 2Pmoy V7tCO2 co 22 Fcreated threshold where D is the physical impact diameter of the light beam on the material, Fpeak is the maximum energy density taken at the optical axis and expressed as a function of the average power Pmoy laser, v is the pulse rate and w is the radius of the light beam in the focusing plane of the focusing device. the calculation of the available power Pd, spo at the output of the modulation device is done according to the following formula: Pdispo = PlaserU% X% (C) (CNk d) v% - w'DAP - laser with: or% the transmission percentage of the dynamic optical modulation device; o v% the percentage available after dissymmetry effect of the pattern to be marked; o w% the percentage lost by the light beam at a central focus point not subjected to conformation of the dynamic optical modulation device; o x% (C) the percentage available after the effect of the application of a curvature C on a phase card for a modulation setpoint applied to the dynamic optical modulation device; o c and d number of impact coefficients reflecting the multiplicity of focus points of the phase map used for the modulation setpoint applied to the dynamic optical modulation device; the efficiency associated with Nk points being (cNk + d) where f is the focal length of the focusing device. - the threshold power Pseu (i) is given by the formula: Virw2Fseuii (i) Pseuil (i) = 2 - the maximum number of points Nk achievable at each pulse of the light beam is given by the formula: Z - dX Nk CX - Yk with: - X = Plaseru% x% (C) v%; - Yk Fseuil (k) vuw2. 2 - Z w% Piaser.

Selon un autre aspect, on propose un procédé de micro-usinage pour former un motif sur un matériau, comprenant les étapes suivantes : - Emission d'un faisceau lumineux pulsé spatialement et temporellement cohérent ; - Conformation dynamique dudit faisceau lumineux par un dispositif de modulation optique dynamique comprenant une modulation de phase pour conformer ledit faisceau lumineux selon une pluralité de points formant le motif ; - Focalisation du faisceau lumineux ainsi conformé sur une surface dudit matériau ; dans lequel la formation du motif sur le matériau est réalisée avec un unique train d'impulsions comprenant un nombre d'impulsions dudit faisceau lumineux strictement inférieur au nombre de points formant le motif, et où l'émission du faisceau lumineux est commandée pour que chaque impulsion ait une durée d'impulsion déterminée comprise entre 10 ps et 100 ns, de préférence comprise entre 100 ps et 10 ns, et de préférence encore comprise entre 300 ps et 8 ns. Des aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé de micro-usinage, pris seuls ou en combinaison, sont les suivants : - le procédé est utilisé pour former le même motif selon les mêmes paramètres de micro-usinage sur plusieurs produits identiques, où chaque motif est enregistré après avoir été formé de manière à permettre une authentification individuelle des produits. - le train d'impulsions comprend un nombre d'impulsions au moins deux fois moins important que le nombre de nombre de points formant le motif, de préférence au moins dix fois moins important, et de préférence encore au moins cent fois moins important. - le train d'impulsions comprend moins de mille impulsions, de préférence moins de cent impulsions, de préférence encore moins de dix impulsions, et de préférence encore le train d'impulsions comprend une seule impulsion. - le procédé comprend en outre une étape de calcul d'une consigne de modulation à partir d'une consigne d'entrée correspondant au motif, ladite consigne de modulation étant imposée au dispositif de modulation pour effectuer la conformation dynamique du faisceau lumineux. - l'émission du faisceau lumineux est commandée pour que chaque impulsion ait une énergie déterminée comprise entre 10 pJ et 30 mJ, de préférence comprise 100 pJ et 15 mJ, et de préférence encore comprise entre 1 mJ et 10 mJ. - l'émission du faisceau lumineux est commandée pour que les impulsions du train d'impulsions aient une cadence comprise entre 10 Hz et 30 kHz, de préférence comprise entre 20 Hz et 5 kHz, et de préférence encore comprise entre 250 Hz et 1 kHz. - l'émission du faisceau lumineux est commandée pour que le train d'impulsions délivre une puissance moyenne comprise entre 50 pW et 20 W, de préférence comprise entre 10 mVV et 5 W, et de préférence encore comprise entre 20 mVV et 2 W. - l'émission du faisceau lumineux est commandée pour avoir une polarisation rectiligne avant la modulation optique dynamique. On propose également un système de micro-usinage pour former un motif sur un matériau à partir d'une émission d'un faisceau lumineux pulsé spatialement et temporellement cohérent, comprenant : - Un dispositif de commande du faisceau lumineux comprenant des moyens pour limiter l'émission dudit faisceau lumineux en un train d'impulsions comprenant un nombre défini d'impulsions, et des moyens pour paramétrer ledit faisceau lumineux selon une durée d'impulsion comprise entre 10 ps et 100 ns ; - Un dispositif de modulation optique dynamique comprenant des moyens pour moduler le faisceau lumineux paramétré par le dispositif de commande selon au moins une modulation de phase à partir d'une consigne de modulation, afin de conformer ledit faisceau lumineux selon une pluralité de points formant le motif ; - Un dispositif de pilotage prévu pour imposer la consigne de modulation au dispositif de modulation et comprenant des moyens de calcul de la consigne de modulation à partir d'une consigne d'entrée correspondant au motif ; - Un dispositif de focalisation agencé pour focaliser le faisceau lumineux conformé par le dispositif de modulation sur une surface dudit matériau.According to another aspect, there is provided a micromachining method for forming a pattern on a material, comprising the following steps: emission of a spatially and temporally coherent pulsed light beam; Dynamic conformation of said light beam by a dynamic optical modulation device comprising a phase modulation for forming said light beam according to a plurality of points forming the pattern; - Focusing of the light beam thus shaped on a surface of said material; wherein the formation of the pattern on the material is performed with a single pulse train comprising a number of pulses of said light beam strictly less than the number of points forming the pattern, and wherein the emission of the light beam is controlled so that each The pulse has a determined pulse duration of between 10 ps and 100 ns, preferably between 100 ps and 10 ns, and more preferably between 300 ps and 8 ns. Preferred but nonlimiting aspects of this micromachining process, taken alone or in combination, are the following: the process is used to form the same pattern according to the same micromachining parameters on several identical products, where each pattern is registered after being trained to allow individual product authentication. the pulse train comprises a number of pulses at least two times smaller than the number of points forming the pattern, preferably at least ten times smaller, and more preferably at least one hundred times smaller. the pulse train comprises less than one thousand pulses, preferably less than one hundred pulses, more preferably less than ten pulses, and more preferably the pulse train comprises a single pulse. the method further comprises a step of calculating a modulation setpoint from an input setpoint corresponding to the pattern, said modulation setpoint being imposed on the modulation device in order to effect the dynamic conformation of the light beam. the emission of the light beam is controlled so that each pulse has a determined energy of between 10 pJ and 30 mJ, preferably of between 100 pJ and 15 mJ, and more preferably between 1 mJ and 10 mJ. the emission of the light beam is controlled so that the pulses of the pulse train have a rate of between 10 Hz and 30 kHz, preferably between 20 Hz and 5 kHz, and more preferably between 250 Hz and 1 kHz; . the emission of the light beam is controlled so that the pulse train delivers an average power of between 50 pW and 20 W, preferably between 10 mVV and 5 W, and more preferably between 20 mVV and 2 W. the emission of the light beam is controlled in order to have a rectilinear polarization before the dynamic optical modulation. A micro-machining system is also proposed for forming a pattern on a material from an emission of a spatially and temporally coherent pulsed light beam, comprising: a light beam control device comprising means for limiting the transmitting said light beam into a pulse train comprising a defined number of pulses, and means for setting said light beam to a pulse duration of between 10 ps and 100 ns; - A dynamic optical modulation device comprising means for modulating the light beam parameterized by the control device according to at least one phase modulation from a modulation setpoint, in order to form the light beam according to a plurality of points forming the motive; A control device provided for imposing the modulation setpoint on the modulation device and comprising means for calculating the modulation setpoint from an input setpoint corresponding to the pattern; - A focusing device arranged to focus the light beam shaped by the modulation device on a surface of said material.

Des aspects préférés mais non limitatifs de ce système de micro-usinage, pris seuls ou en combinaison, sont les suivants : - le système comprend en outre un ensemble d'éléments optiques agencés pour que le faisceau lumineux focalisé soit orienté à 90° par rapport au faisceau lumineux en entrée du système. - le système a un encombrement inférieur à 200x200x200 mm3. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : - La figure 1 est une représentation en perspective du système de micro-usinage proposé. - La figure 2 est une représentation schématique de l'ensemble des éléments intervenant sur le trajet optique du faisceau lumineux lors de l'utilisation du système de micro-usinage de la figure 1, de la génération du faisceau au marquage de l'échantillon. - La figure 3 illustre le principe de fonctionnement d'un dispositif de modulation de phase pouvant être utilisé dans le système de micro-usinage de la figure 1. - La figure 4 présente deux résultats de marquage laser sur matériau avec le procédé de micro-usinage proposé pour former un motif de type datamatrice. - La figure 5 met en évidence l'aspect authentifiant non contrôlé maximisé par le procédé de micro-usinage proposé, selon différents points d'observation. - La figure 6 est un graphique illustrant l'évolution du seuil de réaction d'un matériau en fonction du nombre d'impulsions par tir laser. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La présente invention porte sur le micro-usinage de matériaux, c'est-à-dire la modification structurelle de matériaux à faible échelle par rapport aux dimensions dudit matériau. Un exemple particulier de micro-usinage est le marquage de matériau, c'est-à-dire la création de motifs spécifiques par modification structurelle du matériau. La description qui suit est faite au regard de cet exemple particulier de micro- usinage qu'est le marquage mais l'invention associée n'est en aucun cas limitée à cet exemple particulier et porte sur l'ensemble du domaine du micro-usinage. Le principe de base de l'invention proposée consiste à modifier un faisceau lumineux permettant de faire le marquage pour créer plusieurs points de marquage pouvant être focalisées en même temps sur une surface du matériau que l'on cherche à 25 marquer. Au contraire des techniques de l'art antérieur où le marquage est effectué en déplaçant un unique point focalisé sur le matériau, on positionne ici la pluralité de points de focalisation sur la surface du matériau à marquer, permettant de réaliser un marquage à la manière d'un tampon. 30 On peut ainsi effectuer le marquage d'un motif en un nombre d'impulsions du faisceau lumineux qui est inférieur au nombre de points formant le motif. Cette technique a un avantage évident en milieu industriel puisque cela permet d'effectuer des marquages complexes en des temps réduits, et donc d'augmenter les cadences de production sans complexification du système de marquage. 35 Une telle technique de marquage permet de s'affranchir des problèmes de déplacement de faisceau et donc de synchronisation avec la source lumineuse, tout en ne sollicitant pas nécessairement de hautes cadences d'impulsion.Preferred but non-limiting aspects of this micromachining system, taken alone or in combination, are as follows: the system further comprises a set of optical elements arranged so that the focused light beam is oriented at 90 ° to to the light beam at the input of the system. - The system has a footprint of less than 200x200x200 mm3. DESCRIPTION OF THE FIGURES Other features and advantages of the invention will become apparent from the description which follows, which is purely illustrative and nonlimiting and should be read with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a perspective representation the proposed micro-machining system. FIG. 2 is a schematic representation of all the elements involved in the optical path of the light beam when using the micromachining system of FIG. 1, from the generation of the beam to the marking of the sample. FIG. 3 illustrates the principle of operation of a phase modulation device that can be used in the micromachining system of FIG. 1. FIG. 4 shows two laser marking results on material with the micro-processing method. proposed machining to form a datamateur type pattern. - Figure 5 highlights the uncontrolled authenticating aspect maximized by the proposed micromachining process, according to different observation points. FIG. 6 is a graph illustrating the evolution of the reaction threshold of a material as a function of the number of pulses per laser shot. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the micromachining of materials, that is, the structural modification of materials on a small scale with respect to the dimensions of said material. A particular example of micromachining is the marking of material, that is to say the creation of specific patterns by structural modification of the material. The following description is made with regard to this particular micromachining example that is the marking but the associated invention is in no way limited to this particular example and covers the entire field of micromachining. The basic principle of the proposed invention consists in modifying a light beam making it possible to make the marking to create several marking points that can be focused at the same time on a surface of the material that is to be marked. In contrast to the techniques of the prior art where the marking is carried out by moving a single point focused on the material, the plurality of focusing points on the surface of the material to be marked is positioned here, making it possible to carry out a marking in the manner of 'a tampon. It is thus possible to mark a pattern in a number of pulses of the light beam which is smaller than the number of dots forming the pattern. This technique has an obvious advantage in an industrial environment since it makes it possible to carry out complex markings in reduced times, and thus to increase the production rates without complicating the marking system. Such a marking technique makes it possible to overcome the problems of beam displacement and therefore of synchronization with the light source, while not necessarily soliciting high pulse rates.

Dans un schéma classique de marquage avec un faisceau lumineux de type laser, on a une source laser, un ensemble d'optiques de contrôle du faisceau laser (comprenant par exemple des miroirs, lentilles, optiques de polarisation, filtres) et une optique de focalisation finale.In a conventional marking scheme with a laser light beam, there is a laser source, a set of laser beam control optics (including, for example, mirrors, lenses, polarization optics, filters) and focusing optics. final.

On prévoit ici un bloc complémentaire permettant de moduler spatialement le faisceau lumineux en dynamique, pour en particulier contrôler la forme de ce faisceau, c'est-à-dire la répartition spatiale d'énergie optique, afin de créer plusieurs points lumineux dans le plan de focalisation de l'optique finale, correspondant au plan de marquage sur le matériau.A complementary block is provided here for spatially modulating the light beam dynamically, in particular to control the shape of this beam, that is to say the spatial distribution of optical energy, in order to create several light spots in the plane. focusing of the final optics, corresponding to the marking plane on the material.

Le modulateur est un élément optique actif permettant de moduler spatialement le rayonnement optique laser. Cette modulation peut concerner l'amplitude et/ou la phase et/ou la polarisation du rayonnement, de manière indépendante ou non. De préférence, on effectuera toujours une modulation de phase, et on pourra même avoir des modes particuliers de marquage où une modulation de phase pure est privilégiée.The modulator is an active optical element for spatially modulating the laser optical radiation. This modulation may concern the amplitude and / or the phase and / or the polarization of the radiation, independently or otherwise. Preferably, a phase modulation will always be performed, and it may even be possible to have particular modes of marking where pure phase modulation is preferred.

Cette modulation de phase pure peut par exemple être réalisée à l'aide d'une ou plusieurs couches de cristaux liquides, par exemple des cristaux liquides nématiques parallèles. L'application d'un champ électrique local sur cette couche (par exemple par application d'une commande électrique, ou d'une commande optique convertie en commande électrique, sur deux électrodes situées de part et d'autre de la couche) permet la rotation des cristaux sur eux-mêmes, et ainsi la modification locale de l'indice optique et donc par extension la différence de marche optique du rayonnement laser. De tels modulateurs sont appelés SLM (acronyme anglais de « Spatial Light Modulator » signifiant « Modulateur Spatial de Lumière »). Le faisceau lumineux, par exemple faisceau laser, incident sur le modulateur est commandé pour permettre de faire un marquage efficace, notamment d'un point de vue industriel, tout en étant compatible avec le dispositif de modulation utilisé, notamment la résistance optique du modulateur. Le rayonnement lumineux incident est généralement issu d'une source permettant d'émettre un faisceau lumineux pulsé, spatialement et temporellement cohérent, tel qu'un faisceau laser. La longueur d'onde du rayonnement peut-être quelconque. Un domaine de préférence est établi pour la gamme des longueurs d'onde visible et proche IR (acronyme de « Infra-Rouge ») de longueur d'onde comprise dans l'intervalle [350nm-2pm], et idéalement dans la bande correspondant aux rayonnement de longueur d'onde comprise dans l'intervalle [1pm-2pm]. Le faisceau lumineux est pulsé, c'est-à-dire composé d'une succession d'impulsions. Par ailleurs, on commande l'émission pour que le faisceau soit émis sous forme de trains d'impulsions, que l'on qualifie également de tirs, où un train d'impulsion est formé d'un nombre défini d'impulsions du faisceau lumineux. Le présent système est compatible avec les différents modes de tir existants à l'heure actuelle sans contraintes en termes de cadence des impulsions.This pure phase modulation can for example be carried out using one or more liquid crystal layers, for example parallel nematic liquid crystals. The application of a local electric field on this layer (for example by applying an electrical control, or an optical control converted into electrical control, on two electrodes located on either side of the layer) allows the rotation of the crystals on themselves, and thus the local modification of the optical index and thus by extension the optical path difference of the laser radiation. Such modulators are called SLM (acronym for "Spatial Light Modulator" meaning "Spatial Light Modulator"). The light beam, for example a laser beam, incident on the modulator is controlled to enable efficient marking, in particular from an industrial point of view, while being compatible with the modulation device used, in particular the optical resistance of the modulator. The incident light radiation is generally derived from a source making it possible to emit a pulsed light beam, spatially and temporally coherent, such as a laser beam. The wavelength of the radiation may be any. A preferred domain is established for the visible and near-IR wavelength range ("Infra-Red") of wavelength in the range [350nm-2pm], and ideally in the band corresponding to wavelength radiation in the range [1 pm-2pm]. The light beam is pulsed, that is to say composed of a succession of pulses. Furthermore, the transmission is controlled so that the beam is emitted in the form of pulse trains, which are also referred to as shots, where a pulse train is formed of a defined number of pulses of the light beam. . The present system is compatible with the various modes of fire existing at present without constraints in terms of pulse rate.

Ainsi, le faisceau peut être émis sous la forme d'un « tir à la demande ». Dans ce cas de figure, une succession d'impulsions est générée par un signal de déclenchement (souvent électrique et/ou TTL, acronyme anglais de « Transistor-Transistor Logic ») délivré par un élément tiers de contrôle (ordinateur, automate, etc.). Par exemple, une impulsion laser peut être générée à chaque front montant d'un signal TTL, ou à chaque pression sur un bouton. Le faisceau peut être émis sous la forme d'un « tir continu sur base d'horloge ». Dans ce cas de figure, la source laser dispose d'un signal horloge régulier et elle délivre une série d'impulsion à la même cadence que l'horloge. Le faisceau peut également être émis sous la forme d'un « tir déclenché sur base d'horloge », dit aussi mode « burst », qui est préféré. Dans ce cas de figure, la source laser dispose d'un signal d'horloge régulier et d'un signal de déclenchement, souvent appelé « trigger » ou « gate ». Le principe est similaire au cas continu présenté ci-dessus, à ceci près que le tir est également limité par l'état du signal de déclenchement. Par exemple, une impulsion laser n'est émise qu'en cas de front montant du signal d'horloge et d'un signal de déclenchement à l'état logique 1. La durée des impulsions est également commandée pour être comprise entre 10 picosecondes (ps) et 100 nanosecondes (ns), de préférence comprise entre 100 picosecondes et 10 nanosecondes, et de préférence encore comprise entre 300 picosecondes et 8 nanosecondes.Thus, the beam can be emitted in the form of a "shooting on demand". In this case, a succession of pulses is generated by a trigger signal (often electrical and / or TTL, acronym for "Transistor-Transistor Logic") issued by a third control element (computer, PLC, etc.). ). For example, a laser pulse can be generated at each rising edge of a TTL signal, or at each press of a button. The beam can be emitted in the form of a "continuous shot on clock base". In this case, the laser source has a regular clock signal and delivers a series of pulses at the same rate as the clock. The beam can also be emitted in the form of a "clock-triggered firing", also known as a "burst" mode, which is preferred. In this case, the laser source has a regular clock signal and a trigger signal, often called "trigger" or "gate". The principle is similar to the continuous case presented above, except that firing is also limited by the state of the trigger signal. For example, a laser pulse is emitted only in the case of a rising edge of the clock signal and a triggering signal in logic state 1. The duration of the pulses is also controlled to be between 10 picoseconds ( ps) and 100 nanoseconds (ns), preferably between 100 picoseconds and 10 nanoseconds, and more preferably between 300 picoseconds and 8 nanoseconds.

De telles durées d'impulsions sont particulièrement avantageuses puisqu'elles sont compatibles avec la plupart des sources lumineuses, notamment laser, qui sont largement répandues en milieu industriel. Le procédé et le système de micro-usinage proposés sont donc facilement transposables aux conditions industrielles actuelles. En outre, ces durées d'impulsions sont également compatibles avec des quantités d'énergie importantes qui peuvent être utiles pour marquer certains matériaux d'un motif comportant de nombreux points en un nombre d'impulsions très faible. On contrôle de préférence le faisceau lumineux pour que l'énergie par impulsion et la puissance moyenne du faisceau soient suffisantes pour le marquage, en tenant notamment compte des pertes intermédiaires subies dans le système et en particulier dues au modulateur, tout en étant inférieures à des valeurs seuils au-delà desquels le modulateur pourrait être endommagé.Such pulse durations are particularly advantageous since they are compatible with most light sources, especially laser sources, which are widely used in an industrial environment. The method and the micro-machining system proposed are therefore easily transposable to current industrial conditions. In addition, these pulse durations are also compatible with large amounts of energy that may be useful for marking certain materials of a pattern having many points in a very small number of pulses. The light beam is preferably controlled so that the energy per pulse and the average power of the beam are sufficient for marking, especially taking into account the intermediate losses incurred in the system and in particular due to the modulator, while being less than threshold values beyond which the modulator could be damaged.

Ainsi de préférence l'émission du faisceau lumineux est commandée pour que chaque impulsion ait une énergie déterminée comprise entre 10 pJ et 30 mJ, de préférence comprise entre 100 pJ et 15 mJ, et de préférence encore comprise entre 1 mJ et 10 mJ.Thus preferably the emission of the light beam is controlled so that each pulse has a determined energy of between 10 pJ and 30 mJ, preferably between 100 pJ and 15 mJ, and more preferably between 1 mJ and 10 mJ.

De préférence encore, l'émission du faisceau lumineux est commandée pour que le train d'impulsions délivre une puissance moyenne comprise entre 50 pW et 20 W, de préférence comprise entre 10 mW et 5 W, et de préférence encore comprise entre 20 mW et 2 W. La cadence à laquelle chaque impulsion du train d'impulsion est délivrée joue également un rôle qu'il convient de prendre en compte vis-à-vis du marquage d'une part, mais également de l'endommagement possible du modulateur. La cadence choisie est en outre fortement liées aux conditions industrielles de marquage souhaitées. Ainsi de préférence l'émission du faisceau lumineux est commandée pour que les impulsions du train d'impulsions aient une cadence comprise entre 10 Hz et 30 kHz, de préférence comprise entre 20 Hz et 5 kHz, et de préférence encore comprise entre 250 Hz et 1 kHz. De préférence, pour un marquage suffisamment structuré, on utilise une forte puissance crête. Toutefois, pour éviter de dégrader le dispositif de modulation, on privilégie une puissance moyenne modérée. Au final, l'émission du faisceau lumineux est contrôlée pour avoir une énergie par impulsions suffisante tout en ayant une cadence modérée. Une des solutions permettant de limiter la dégradation du dispositif de modulation est de réaliser des marquages où chaque train d'impulsion nécessaire au marquage d'un motif comprend un nombre d'impulsion le plus faible possible.More preferably, the emission of the light beam is controlled so that the pulse train delivers an average power of between 50 pW and 20 W, preferably between 10 mW and 5 W, and more preferably between 20 mW and 2 W. The rate at which each pulse of the pulse train is delivered also plays a role which should be taken into account with regard to the marking on the one hand, but also the possible damage of the modulator. The rate chosen is also strongly related to the desired industrial marking conditions. Thus preferably the emission of the light beam is controlled so that the pulses of the pulse train have a rate of between 10 Hz and 30 kHz, preferably between 20 Hz and 5 kHz, and more preferably between 250 Hz and 1 kHz. Preferably, for a sufficiently structured marking, a high peak power is used. However, to avoid degrading the modulation device, a moderate average power is preferred. In the end, the emission of the light beam is controlled to have sufficient pulsed energy while having a moderate rate. One of the solutions making it possible to limit the degradation of the modulation device is to make markings in which each pulse train necessary for marking a pattern comprises the lowest possible number of pulses.

En tout état de cause, le train d'impulsions comprend un nombre d'impulsions dudit faisceau lumineux strictement inférieur au nombre de points formant le motif, ce qui est particulièrement avantageux d'un point de vue industrielle pour augmenter les cadences de production sans avoir nécessairement à augmenter les cadences de fonctionnement du système de micro-usinage, notamment de la source lumineuse, ce qui va aussi dans le sens de la préservation du modulateur. Par exemple, le train d'impulsions comprend un nombre d'impulsions au moins deux fois moins important que le nombre de points formant le motif, de préférence au moins dix fois moins important, et de préférence encore au moins cent fois moins important.In any case, the pulse train comprises a number of pulses of said light beam strictly less than the number of points forming the pattern, which is particularly advantageous from an industrial point of view to increase production rates without having necessarily increase the operating rates of the micromachining system, including the light source, which is also in the direction of preserving the modulator. For example, the pulse train comprises a number of pulses at least two times smaller than the number of points forming the pattern, preferably at least ten times smaller, and more preferably at least one hundred times smaller.

Selon un mode de réalisation privilégié, le train d'impulsions comprend moins de mille impulsions, de préférence moins de cent impulsions, de préférence encore moins de dix impulsions.According to a preferred embodiment, the pulse train comprises less than one thousand pulses, preferably less than one hundred pulses, more preferably less than ten pulses.

De manière optimale, le train d'impulsions comprend une unique impulsion pour former le marquage dans le matériau. La modulation appliquée par le modulateur est calculée de sorte à obtenir in fine la forme de faisceau focalisé souhaitée.Optimally, the pulse train comprises a single pulse to form the marking in the material. The modulation applied by the modulator is calculated so as ultimately to obtain the desired focused beam shape.

On calcule en effet une consigne de modulation à partir d'une consigne d'entrée correspondant au motif, ladite consigne de modulation étant imposée au dispositif de modulation pour effectuer la conformation dynamique du faisceau lumineux. Dans le cas d'un modulateur comprenant une modulation de phase, ce calcul peut par exemple être réalisé par un algorithme de calcul de carte de phase de la famille des algorithmes génétiques, ou des algorithmes itératifs à transformée de Fourier de type IFTA (correspondant à l'acronyme anglais « Iterative Fourier Transform Algorithms »), ou plus généralement par tout algorithme d'optimisation adapté à cette problématique. Peuvent en outre être ajoutées des fonctions optiques simples telles que, de manière non exhaustive : - un décalage transverse de l'ensemble des points (tilt ou rampe de phase) ; - un décalage axial de l'ensemble des points (courbure de phase) ; - des conformations de faisceau connues (axicon, vortex). La forme cible correspondant à la forme du motif peut a priori être quelconque. Dans le cas où l'on cherche à utiliser le motif marqué dans le matériau pour permettre une certaine traçabilité de la pièce marquée, on pourra privilégier certaines formes, comme par exemple : - Des formes quelconques composées d'un ensemble de points focaux (formes multipoints) ; - Des formes représentant une chaine de caractères alphanumériques sous une forme « en clair » (chiffres et lettres) ou cryptées (code à barre, code bidimensionnel - Datamatrice, QR-code, Code Aztec, etc. -, etc.). Le chemin optique avant et après le dispositif de modulation est composé d'un ensemble d'éléments optiques tels que, de manière non exhaustive, miroirs, lentilles, systèmes afocaux, isolateurs optiques, lames d'onde, éléments séparateurs et filtres, obturateurs et éléments de sécurité. On choisit ces éléments optiques selon l'application souhaitée, notamment le marquage envisagé, et les caractéristiques du modulateur. Par exemple, avant la modulation, on va prévoir un ensemble d'éléments pour : - Adapter la taille du faisceau aux divers éléments, en particulier à la surface active du modulateur. - Adapter le niveau d'énergie et de puissance du rayonnement optique aux contraintes imposées par le modulateur. Après modulation, on choisira par exemple un ensemble d'éléments pour : - Adapter la taille et la position « virtuelle » de la modulation par imagerie du modulateur. - Focaliser le rayonnement laser sur la surface de la cible à marquer. Le faisceau laser étant focalisé sur la cible, la densité spatiale d'énergie, autrement appelée fluence et exprimée par exemple en J/cm2, est accrue. Cette forte concentration d'énergie induit la modification du matériau cible. Cette modification peut prendre diverses formes, et notamment: - Morphologique se traduisant par exemple par la création de microcavités, de structures ou de textures, de dépôts, ou la modification de l'état de surface. - Chimique sous forme d'oxydation, de modification de la structure chimique par exemple. - Physique, avec par exemple la modification des propriétés optiques (indice, réflexion, absorption), mécaniques, ou structurelles. Les modifications d'intérêt particulier ici sont celles pouvant être mises en évidence par des outils de vision, donc ayant un impact sur le rendu visuel (au sens large et pas seulement de l'oail humain) de la cible.In fact, a modulation setpoint is calculated from an input setpoint corresponding to the pattern, said modulation setpoint being imposed on the modulation device in order to effect the dynamic conformation of the light beam. In the case of a modulator comprising a phase modulation, this calculation can for example be performed by a phase map computation algorithm of the family of genetic algorithms, or iterative IFTA-type Fourier transform algorithms (corresponding to the acronym "Iterative Fourier Transform Algorithms"), or more generally by any optimization algorithm adapted to this problem. In addition, simple optical functions can be added, such as, but not limited to: - a transverse shift of all the points (tilt or phase ramp); an axial offset of all the points (phase curvature); known beam conformations (axicon, vortex). The target shape corresponding to the shape of the pattern can in principle be any. In the case where one seeks to use the marked pattern in the material to allow a certain traceability of the marked piece, we can privilege certain forms, such as for example: - Any forms composed of a set of focal points (forms multipoints); - Shapes representing a string of alphanumeric characters in a form "in the clear" (digits and letters) or encrypted (bar code, two-dimensional code - Datamatrix, QR-code, Aztec code, etc. -, etc.). The optical path before and after the modulation device is composed of a set of optical elements such as, but not limited to, mirrors, lenses, afocal systems, optical isolators, wave plates, separator elements and filters, shutters and security elements. These optical elements are chosen according to the desired application, in particular the marking envisaged, and the characteristics of the modulator. For example, before the modulation, we will provide a set of elements to: - Adapt the size of the beam to the various elements, in particular to the active surface of the modulator. - Adapt the energy and power level of the optical radiation to the constraints imposed by the modulator. After modulation, for example, a set of elements will be chosen to: - Adapt the size and the "virtual" position of the modulation modulator of the modulator. - Focus the laser radiation on the surface of the target to be marked. Since the laser beam is focused on the target, the spatial density of energy, otherwise known as fluence and expressed for example in J / cm 2, is increased. This high concentration of energy induces the modification of the target material. This modification can take various forms, and in particular: Morphological, for example, by the creation of microcavities, structures or textures, deposits, or the modification of the surface state. - Chemical in the form of oxidation, modification of the chemical structure for example. - Physics, with for example the modification of the optical properties (index, reflection, absorption), mechanical, or structural. The modifications of particular interest here are those that can be highlighted by vision tools, thus having an impact on the visual rendering (in the broad sense and not only of the human eye) of the target.

Aux figures 1 et 2 est représenté un exemple d'un système de micro-usinage permettant de marquer des matériaux, en conditions industrielles, et pouvant être utilisé dans un environnement compact et intégré. Selon cet exemple, le système de micro-usinage - également appelé tête de marquage - est placé entre une source laser 8 - qui pourrait être une autre source lumineuse - et un matériau à marquer 12 et comprend de préférence : - Une ouverture 2 pour un faisceau laser d'entrée avec un diamètre choisi pour maximiser le remplissage de la surface active du modulateur optique, sans qu'il soit nécessaire que le diamètre soit plus grand que la surface active. On aura par exemple un diamètre inférieur ou égal à 8 mm ; - Un modulateur optique dynamique 3 permettant notamment la modulation spatiale de la phase de ce faisceau laser ; - Un ensemble d'optiques de contrôle 4 de la position de ce dit faisceau, permettant par exemple la réorientation de ce dernier selon une direction perpendiculaire à la direction d'entrée conformément aux têtes de marquage laser usuelles et/ou le repliement du chemin optique pour maintenir l'ensemble du système dans un encombrement similaire ou inférieur aux têtes de marquage laser usuelles (typiquement inférieur à 200x200x200 mm3) ; - Un élément de focalisation 7 permettant de concentrer l'énergie de la forme générée par le modulateur 3 sur le matériau 12 - cet élément peut être indifféremment de type lentille sphérique ou asphérique, mince, doublet ou triplet achromatique, f-thêta et/ou télécentrique. La focalisation peut par exemple être perpendiculairement à la face d'entrée du système, grâce à l'ensemble d'optiques ; - Une ouverture 6 en face opposée à la lentille de focalisation 7 pouvant accueillir ou non un moyen de visualisation de la zone de marquage ; - Une électronique de contrôle 5, embarquée ou non, comprenant le pilotage du modulateur optique 3 et/ou de la source lumineuse et/ou la gestion d'une base de données et/ou l'interfaçage graphique pour la communication avec l'opérateur ou les autres éléments constitutif de l'installation de marquage/micro-usinage. Un exemple de procédé de marquage avec un système de micro-usinage tel que proposé est décrit en référence aux figures 2 et 3.In Figures 1 and 2 is shown an example of a micro-machining system for marking materials in industrial conditions, and can be used in a compact and integrated environment. According to this example, the micromachining system - also called the marking head - is placed between a laser source 8 - which could be another light source - and a material to be marked 12 and preferably comprises: - An opening 2 for a an input laser beam with a diameter chosen to maximize the filling of the active surface of the optical modulator, without the need for the diameter to be greater than the active surface. For example, there will be a diameter less than or equal to 8 mm; - A dynamic optical modulator 3 allowing in particular the spatial modulation of the phase of this laser beam; A set of control optics 4 for the position of said beam, allowing for example the reorientation of the latter in a direction perpendicular to the input direction in accordance with the usual laser marking heads and / or the folding of the optical path to maintain the entire system in a space that is similar to or smaller than the usual laser marking heads (typically less than 200x200x200 mm3); - A focusing element 7 for concentrating the energy of the form generated by the modulator 3 on the material 12 - this element can be indifferently spherical lens type or aspheric, thin, doublet or achromatic triplet, f-theta and / or telecentric. The focusing may for example be perpendicular to the input face of the system, thanks to the set of optics; An opening 6 facing away from the focusing lens 7 which may or may not accommodate a display means of the marking area; A control electronics 5, whether on-board or not, including the control of the optical modulator 3 and / or the light source and / or the management of a database and / or the graphic interface for communication with the operator or the other components of the marking / micro-machining installation. An example of a marking method with a micromachining system as proposed is described with reference to FIGS. 2 and 3.

En premier lieu, on utilise une source lumineuse, telle qu'un laser 8, pour faire le marquage. Cette source se caractérise par l'émission d'un faisceau lumineux pulsé et cohérent spatialement et temporellement. De préférence, on commande l'émission pour que le faisceau lumineux ait une polarisation rectiligne donnée. Cette polarisation peut par exemple être imposée en utilisant un polariseur et/ou une lame d'onde placé dans le chemin du faisceau lumineux. Comme précisé plus haut, le faisceau lumineux peut avoir une longueur d'onde allant du proche infrarouge au visible selon des valeurs typiques de 350 nm à 2 pm. Comme précisé plus haut, on utilise un faisceau avec une durée d'impulsion spécifique inclue dans une gamme préférentielle comprise entre 10 ps et 100 ns.In the first place, a light source, such as a laser 8, is used to make the marking. This source is characterized by the emission of a pulsed light beam that is spatially and temporally coherent. Preferably, the emission is controlled so that the light beam has a given rectilinear polarization. This polarization can for example be imposed using a polarizer and / or a wave plate placed in the path of the light beam. As stated above, the light beam may have a wavelength ranging from near infrared to visible at typical values of 350 nm to 2 μm. As mentioned above, a beam with a specific pulse duration included in a preferential range between 10 ps and 100 ns is used.

La puissance nominale du faisceau lumineux est choisie en fonction du modulateur 3 lui-même, sensible à l'échauffement matérialisé par la puissance moyenne du laser. On utilisera par exemple une puissance nominale inférieure ou égale à 10W. En effet, alors que la viscosité des cristaux liquides diminue avec la température les rendant plus rapides aux changements d'état, une température trop importante induit une fonte réversible de ces cristaux et la perte des effets de modulation. Le contrôle 9 de cette puissance, qu'il soit interne ou externe au laser de référence, est dès lors importante pour le bon fonctionnement du système de micro-usinage. Il peut être associé à ce contrôle celui du nombre d'impulsions généré (généralement selon des tirs de type « burst »), également important dans le cadre d'applications à très haute cadence où la fenêtre d'optimisation du procédé en termes qualité-efficacité-rapidité peut devenir très étroite.The nominal power of the light beam is chosen according to the modulator 3 itself, sensitive to heating materialized by the average power of the laser. For example, a nominal power of less than or equal to 10W will be used. Indeed, while the viscosity of liquid crystals decreases with temperature making them faster to changes in state, a too high temperature induces a reversible melting of these crystals and the loss of modulation effects. The control 9 of this power, whether internal or external to the reference laser, is therefore important for the proper functioning of the micromachining system. It can be associated with this control that of the number of pulses generated (generally according to shots of "burst" type), also important in the context of very high speed applications where the window of optimization of the process in terms of quality- efficiency-speed can become very narrow.

Comme indiqué plus haut, un ensemble d'optiques d'alignement 10 ainsi que de redimensionnement du faisceau 11, placés en amont du modulateur 3, peut s'avérer pertinent dans le cadre d'une exploitation optimale du système. Le modulateur de phase 3 peut être de type LCOS SLM ou de type valve optique en ITO. On préfère des diamètres de faisceaux permettant de couvrir la plus grande part de la surface active 16 dudit modulateur, sans qu'il soit nécessaire que le diamètre soit plus grand que la surface active. On utilise par exemple des valeurs typiques de diamètre inférieur ou égal à 8 mm. Cette surface active se présente sous la forme d'une matrice de cristaux liquides adressés électriquement dans le cas d'un SLM, ou adressés optiquement dans le cas de valves optiques, afin d'induire leur rotation locale et créer une différence de marche par variation de l'indice optique et exploitation de la biréfringence de ces cristaux, comme par exemple dans le cas des cristaux liquides dits « nématiques parallèles ». La propagation du faisceau laser et en particulier son front d'onde, initialement assimilé comme plan ou courbe 14, s'en retrouve alors modifié 18. La modulation appliquée par le modulateur est calculée de sorte à obtenir la forme de faisceau souhaitée 15 uniquement dans la zone de focalisation par la lentille 7. Un jeu d'optiques de positionnement 4 est de préférence de nouveau utilisé afin d'aligner le faisceau laser dans cette même lentille mais également afin de minimiser l'encombrement dusystème, tout en conservant les configurations nécessaires (faible incidence sur le modulateur en réflexion par exemple). La forme cible 19 peut a priori être quelconque et changer dynamiquement 17 en fonction des ordres d'entrée 15. La vitesse de rafraîchissement des cartes de modulation est dépendante des caractéristiques du modulateur choisi mais se situe selon des valeurs typiques de 60 Hz et inférieures. Dans le cas d'un modulateur de phase pure 3, le calcul de la modulation à appliquer peut par exemple être réalisé par un algorithme de calcul de carte de phase de la famille des algorithmes génétiques, des algorithmes itératifs à transformée de Fourier I FTA ou tout autre algorithme adapté à cette problématique. Ce calcul tient compte de la configuration optique mise en oeuvre, notamment sur les aspects suivants : - Taille et forme du faisceau 13, et plus largement caractéristique du chemin optique d'entrée ; - Caractéristiques du rayonnement (par exemple sa longueur d'onde) ; - Caractéristiques de la lentille finale de focalisation 7 (en particulier distance focale) ; - Conjugaison optique et distance physique du modulateur (ou son image) par cette même lentille. Il est à noter que la distance séparant la dernière image du modulateur avant focalisation de l'optique finale doit être idéalement voisine de la distance focale de cette dernière, et de manière générale inférieure à 100 fois cette distance focale. L'algorithme de calcul, intégrable ou non dans la tête de marquage 1, génère alors une carte de phase sous forme d'une image en niveaux de gris dont chaque nuance est associée à un pourcentage de déphasage et donc de rotation des cristaux, l'amplitude maximale étant fonction des caractéristiques du couple SLM-rayonnement mais également des choix de l'opérateur. On peut en outre compléter la modulation initiale par des fonctions mathématiques/optiques telles qu'un décalage transverse (tilt, prisme ou rampe de phase), un décalage axial (courbure de phase), une convolution (somme des cartes de phase), etc.As indicated above, a set of alignment optics 10 as well as resizing the beam 11, placed upstream of the modulator 3, may be relevant in the context of optimal operation of the system. The phase modulator 3 may be of the LCOS SLM type or of the ITO optical valve type. Beam diameters are preferred for covering most of the active surface 16 of said modulator without the need for the diameter to be larger than the active area. For example, typical values of diameter less than or equal to 8 mm are used. This active surface is in the form of a matrix of electrically addressed liquid crystals in the case of an SLM, or optically addressed in the case of optical valves, in order to induce their local rotation and to create a variation of the path by variation. optical index and exploitation of the birefringence of these crystals, as for example in the case of so-called "parallel nematic" liquid crystals. The propagation of the laser beam and in particular its wavefront, initially assimilated as a plane or curve 14, is then modified. The modulation applied by the modulator is calculated so as to obtain the desired beamform only in FIG. the focussing zone by the lens 7. A set of positioning optics 4 is preferably used again in order to align the laser beam in this same lens but also in order to minimize the bulk of the system, while maintaining the necessary configurations (low incidence on the modulator in reflection for example). The target form 19 can in principle be arbitrary and dynamically change depending on the input commands 15. The refresh rate of the modulation boards is dependent on the characteristics of the modulator chosen, but is based on typical values of 60 Hz and below. In the case of a pure phase modulator 3, the computation of the modulation to be applied may for example be carried out by a phase-map calculation algorithm of the family of genetic algorithms, iterative Fourier transform I FTA algorithms or any other algorithm adapted to this problem. This calculation takes into account the optical configuration implemented, in particular on the following aspects: - Size and shape of the beam 13, and more broadly characteristic of the optical input path; - Characteristics of the radiation (for example its wavelength); - Characteristics of the final focusing lens 7 (in particular focal length); - Optical conjugation and physical distance of the modulator (or its image) by this same lens. It should be noted that the distance separating the last image of the modulator before focusing the final optics should ideally be close to the focal length of the latter, and generally less than 100 times this focal length. The calculation algorithm, which may or may not be integrated in the marking head 1, then generates a phase map in the form of a gray-scale image, each shade of which is associated with a percentage of phase shift and thus of rotation of the crystals. maximum amplitude being a function of the characteristics of the SLM-radiation pair but also of the operator's choices. In addition, the initial modulation may be supplemented by mathematical / optical functions such as transverse offset (tilt, prism or phase ramp), axial offset (phase curvature), convolution (sum of phase cards), etc. .

La figure à marquer 15 ainsi que l'algorithme de calcul sont prédéfinis de sortes à intégrer dans le marquage final sur échantillon 12 une réalisation sous forme multipoints afin de favoriser la réaction du matériau, qu'elle soit de type morphologique (cavité, texturation, dépôt, état de surface, etc.), chimique (oxydation, etc.), physique (optique (indice de réfraction, absorption, réflexion, transmission, etc.) ou mécanique (contraintes résiduelles, etc.)). Le nombre de points réalisables simultanément dépend de multiples conditions que sont les caractéristiques du laser (énergie, puissance, polarisation, longueur d'onde, durée d'impulsion, cadence...), du système de micro-usinage décrit (tolérance énergétique, pourcentage de transmission, force de focalisation...) mais également du matériau irradié. De fortes énergies laser sont donc préférentiellement recommandées car réparties entre les différents points de marquage. Connaissant les tolérances des modulateurs exploités dans le cadre de cette invention en matière de puissance moyenne, des limites en cadence d'impulsion sont également prises en considération. Il est par exemple établi qu'un rayonnement pulsé composé d'impulsions entre 500 ps et 100 ns environ, transportant chacune 2 mJ ou moins, et émises à des cadences de 1 kHz et inférieures est particulièrement adapté. En outre, les modes de fonctionnement suivants ont révélé une bonne capacité à générer des motifs multipoints sur de multiples matériaux aux moyens d'une impulsion unique ou d'un train de quelques impulsions (typiquement inférieur à 100 impulsions, de préférence inférieur à 10 impulsions) : - Durée d'impulsions de 400 ps (à plus ou moins 5%), énergie de 2 mJ ou moins, et cadence de 1 kHz ou moins ; - Durée d'impulsions de 7 ns (à plus ou moins 5%), énergie de 7 mJ ou moins, et cadence de 20 Hz ou moins ; - Durée d'impulsions de 87 ns (à plus ou moins 5%), énergie de 100 pJ ou moins, et cadence de 25 kHz ou moins ; Nous allons maintenant décrire un exemple de réalisation démontrant la faisabilité de marquage de codes identifiants sur des matériaux destinés à la haute cadence grâce au système et procédé de micro-usinage décrits ci-dessus. Cet exemple est décrit en référence à la figure 4. Le laser employé dans cet exemple répond aux caractéristiques suivantes : - Longueur d'onde : 1064 nm ; - Puissance de sortie : 2.2W ; - Durée d'impulsion : 10 ns ; - Cadence : 1 kHz ; - Polarisation : linéaire ; - Tirs en mode « burst » impliquant un contrôle pulse à pulse. La configuration a été choisie de sortes à profiter de l'énergie maximale délivrable par ce système, à savoir pour une cadence minimale de 1 kHz. Le diamètre de sortie du faisceau étant fonction de la puissance demandée, celle-ci a donc été fixée à sa valeur maximale de 2.2 W, soit une énergie disponible d'environ 2.2 mJ. Sa variation est dès lors contrôlée de manière externe par le couple 9 lame demi- onde/cube séparateur de polarisation, permettant de plus de conserver la bonne polarisation rectiligne en entrée de la tête de marquage 1. L'ensemble optique 11 est similaire à un télescope et est constitué de deux lentilles de focales définies de sortes à agrandir le faisceau d'un facteur 2, passant d'un diamètre de l'ordre de 4 mm en sortie laser à environ 8 mm sur le modulateur 3.The figure to be marked 15 and the calculation algorithm are predefined in order to integrate in the final sample marking 12 an embodiment in multipoint form in order to promote the reaction of the material, whether it be of the morphological type (cavity, texturing, deposition, surface condition, etc.), chemical (oxidation, etc.), physical (optical (refractive index, absorption, reflection, transmission, etc.) or mechanical (residual stresses, etc.)). The number of points that can be achieved simultaneously depends on multiple conditions such as the characteristics of the laser (energy, power, polarization, wavelength, pulse duration, cadence, etc.) of the described micro-machining system (energy tolerance, percentage of transmission, focusing force ...) but also irradiated material. High laser energies are therefore preferentially recommended because they are distributed between the different marking points. Knowing the tolerances of the modulators used in the context of this invention in terms of average power, pulse rate limits are also taken into consideration. For example, it is established that pulsed radiation consisting of pulses of about 500 ps to about 100 ns, each carrying 2 mJ or less, and transmitted at rates of 1 kHz and below is particularly suitable. In addition, the following operating modes have revealed a good ability to generate multipoint patterns on multiple materials by means of a single pulse or a train of a few pulses (typically less than 100 pulses, preferably less than 10 pulses). ): - Pulse duration of 400 ps (plus or minus 5%), energy of 2 mJ or less, and rate of 1 kHz or less; - Pulse duration of 7 ns (plus or minus 5%), energy of 7 mJ or less, and rate of 20 Hz or less; - Pulse duration of 87 ns (plus or minus 5%), energy of 100 pJ or less, and rate of 25 kHz or less; We will now describe an exemplary embodiment demonstrating the feasibility of marking identification codes on materials intended for high speed through the system and micro-machining process described above. This example is described with reference to FIG. 4. The laser used in this example has the following characteristics: Wavelength: 1064 nm; - Output power: 2.2W; Pulse duration: 10 ns; - Rate: 1 kHz; - Polarization: linear; - Shots in burst mode involving pulse-to-pulse control. The configuration has been chosen to take advantage of the maximum energy deliverable by this system, namely for a minimum rate of 1 kHz. The output diameter of the beam is a function of the power demand, so it was set at its maximum value of 2.2 W, an available energy of about 2.2 mJ. Its variation is therefore controlled externally by the half-waveband / polarization splitter pair 9, which furthermore makes it possible to maintain the correct rectilinear polarization at the input of the marking head 1. The optical assembly 11 is similar to a telescope and consists of two focal lenses defined to increase the beam by a factor of 2, from a diameter of about 4 mm laser output to about 8 mm on the modulator 3.

L'ensemble optique 10 est composé de miroirs disposés en aval de l'ensemble 11 dans le but d'optimiser l'entrée de faisceau 2 dans la tête de marquage 1 sans pertes. Le modulateur de phase 3 est de type LCOS SLM de résolution 1920x1080 disposant d'une surface de 15.3x8.6 mm2 (pixels carrés de 8 pm de côté /pitch). La lentille de focalisation 7 comprend quant à elle une unique lentille mince traitée anti-reflets dans l'infrarouge de focale 100 mm.The optical assembly 10 is composed of mirrors disposed downstream of the assembly 11 in order to optimize the beam entry 2 into the marking head 1 without losses. The phase modulator 3 is of the LCOS SLM type with a resolution of 1920x1080 and has an area of 15.3x8.6 mm2 (square pixels of 8 pm side / pitch). The focusing lens 7 comprises for its part a single thin lens treated anti-reflection in the infrared focal length 100 mm.

L'ensemble de ces éléments impliquent une distance de marquage entre impacts allant de quelques microns à quelques dizaines de microns, en fonction de la résolution de la carte de phase appliquée au SLM. L'image en entrée de commande 15 est une datamatrice de 14x14 modules dont chacun se compose d'un unique pixel. Afin d'éviter un recouvrement inesthétique sur le matériau connaissant des tailles d'impacts généralement supérieures à 26 pm, des pixels vides (blancs) viennent artificiellement espacer les futurs points de marquage, à l'image de la représentation 20. L'algorithme de calcul pour la génération de la carte de phase associée 17 est de type itératif IFTA, le nombre d'itérations étant ici défini de manière quasi arbitraire, mais néanmoins supérieure à dix, de sorte à ce que l'optimisation induite par ce calcul soit notablement stabilisée et ne fluctue donc que très peu d'une itération à la suivante. Les échantillons de matériaux marqués 21 et 22 sont de type polymères recouverts d'une métallisation de couleurs respectives argent et or de quelques micromètres d'épaisseur. L'acquisition d'image a été obtenue au moyen d'un microscope de grandissement x40 avec éclairage en transmission. Il a été utilisé des trains d'impulsions comprenant 25 impulsions afin d'ablater le vernis, soit 25 ms @ 1kHz pour le marquage d'une datamatrice d'environ 720 pm de côté et comportant 108 points. Dans des conditions similaires mais avec une tête de déflexion standard type tête galvanométrique, employant toute la puissance disponible en un unique point de focalisation, le laser requis pour le marquage d'une telle datamatrice devrait fournir une cadence minimale d'environ 4 kHz pour être concurrentiel avec ce même temps de 25 ms. A cette cadence, cela suppose une unique impulsion par point de marquage et une quasi absence de temps perdu au cours des divers repositionnements mécaniques. Comparativement à une solution classique de marquage, la technologie développée ici suppose une meilleure flexibilité dans le cadre d'applications de marquage à la volée et à haute cadence et par conséquent des temps de réalisation plus courts et davantage optimisables. Le deuxième exemple de réalisation vise à mettre en évidence l'aspect authentifiant maximisé par le système de micro-usinage proposé au travers d'un exemple de marquage simple. Cet exemple est décrit en référence à la figure 5. - Le laser employé dans cet exemple répond aux caractéristiques suivantes : - Longueur d'onde : 1064 nm ; - Puissance de sortie : 6VV ; - Durée d'impulsion : 80 ns ; - Cadence : 25 kHz ; - Polarisation : aléatoire ; - Modulation de contrôle des impulsions : 5 kHz.All of these elements involve a marking distance between impacts ranging from a few microns to a few tens of microns, depending on the resolution of the phase map applied to the SLM. The command input image 15 is a datamatrix of 14x14 modules, each of which consists of a single pixel. In order to avoid an unsightly overlap on the material knowing impact sizes generally greater than 26 μm, empty (white) pixels artificially space the future marking points, as in FIG. computation for the generation of the associated phase map 17 is IFTA iterative type, the number of iterations being here defined almost arbitrarily, but nevertheless greater than ten, so that the optimization induced by this calculation is substantially stabilized and therefore fluctuates very little from one iteration to the next. The samples of labeled materials 21 and 22 are of the polymer type covered with a metallization of respective colors silver and gold a few micrometers thick. The image acquisition was obtained by means of a x40 magnification microscope with transmission illumination. Pulse trains comprising 25 pulses were used to ablate the varnish, ie 25 ms @ 1kHz for marking a datamatrix of about 720 pm side and having 108 points. Under similar conditions but with a standard galvanometer head deflection head employing all available power at a single focusing point, the laser required for marking such a datamatrix should provide a minimum rate of approximately 4 kHz to be competitive with the same time of 25 ms. At this rate, this assumes a single pulse per marking point and a virtual absence of time lost during the various mechanical repositioning. Compared to a conventional marking solution, the technology developed here assumes greater flexibility in the context of high-speed and on-the-fly marking applications and therefore shorter and more optimizable completion times. The second embodiment aims to highlight the authentication aspect maximized by the proposed micro-machining system through an example of simple marking. This example is described with reference to FIG. 5. The laser used in this example has the following characteristics: Wavelength: 1064 nm; - Output power: 6VV; Pulse duration: 80 ns; - Rate: 25 kHz; - Polarization: random; - Pulse control modulation: 5 kHz.

La configuration des divers éléments optiques est similaire au cas précédent. Néanmoins, ce laser dont les spécifications sont plus communes dispose de beaucoup plus de puissance pour une cadence d'autant plus élevée. Aussi, il n'intègre pas de contrôle pulse à pulse et une modulation externe (de type « trigger » ou « gate » telle que mentionnée précédemment) de cadence plus faible est nécessaire afin de conserver une puissance nominale de sortie constante tout en ayant suffisamment de contrôle sur le nombre d'impulsions irradiant l'échantillon. Dès lors, pour une modulation de fréquence maximale 5 kHz à une cadence de 25 kHz, le nombre minimal d'impulsions par tir autorisé par l'ensemble est de 5. Aussi, la polarisation de ce système est aléatoire. Le passage dans un cube polariseur assure une entrée dans la tête de marquage selon la bonne polarisation malgré une perte d'énergie de moitié. 100 pJ d'énergie (soient 2,5 VV de puissance moyenne à 25 kHz) parviennent finalement jusqu'au modulateur de phase 3. L'image en entrée de commande 15 est une matrice 23 de 5x5 impacts, soit 25 points répartis uniformément et régulièrement sur une surface de 230x230 pm2.The configuration of the various optical elements is similar to the previous case. Nevertheless, this laser whose specifications are more common has much more power for a rate even higher. Also, it does not integrate pulse-to-pulse control and an external modulation (of the "trigger" or "gate" type as mentioned above) of lower rate is necessary in order to maintain a constant output power output while having sufficient control over the number of pulses irradiating the sample. Therefore, for a maximum frequency modulation of 5 kHz at a rate of 25 kHz, the minimum number of pulses per shot allowed by the set is 5. Also, the polarization of this system is random. The passage in a polarizer cube ensures entry into the marking head in the correct polarization despite a loss of energy of half. 100 μJ of energy (ie 2.5 VV average power at 25 kHz) finally reach the phase modulator 3. The control input image 15 is a matrix 5x5 impacts, or 25 points distributed uniformly and regularly on a surface of 230x230 pm2.

L'algorithme de calcul pour la génération de la carte de phase associée 17 est de nouveau de type itératif IFTA. Dans le cadre de cet exemple, le contrôle du nombre d'itérations est ici primordial. Le matériau à marquer est de type polymère PE avec revêtement d'aluminium de plusieurs centaines de nanomètres.The calculation algorithm for the generation of the associated phase map 17 is again IFTA iterative type. In the context of this example, the control of the number of iterations is essential here. The material to be marked is PE polymer type with aluminum coating several hundred nanometers.

La série d'images 24 de la figure 5 met en évidence plusieurs matrices de points réalisées exactement dans les mêmes configurations d'illumination et de modulation. Seul varie le positionnement sur l'échantillon. Il peut être constaté de légères fluctuations d'un marquage à un autre (typiquement 24a et 24b), représentatives des fluctuations de propriétés des matériaux irradiés, que ce soit par mise en forme de faisceau ou par tête galvanométrique. Les séries d'images 25 et 26 sont néanmoins spécifiques à l'utilisation de la tête de mis en forme décrite dans ce document. La série d'images 25 met en évidence plusieurs marquages issus d'une même image source mais dont les cartes de phases sont différentes. Ce procédé non contrôlé est intrinsèque à l'algorithme utilisé qui ne converge pas vers une solution unique de carte de phase. Cette fluctuation, associée à celle de la source lumineuse incidente et des propriétés locales du matériau s'ajoute à l'unicité du marquage et donc à cet aspect authentifiant spécifique à l'interaction laser matière. Enfin, La série d'images 26 montre l'effet du nombre d'itérations pour une même carte en cours de calcul, où les huit d'images 26a à 26h correspondent à des essais avec 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, et 50 itérations respectivement. L'écart à l'image source est d'autant plus important que le nombre d'itérations est faible du fait d'une solution de carte de phase que partiellement convergée. On peut noter l'absence de certains points de marquage 26a et l'apparition d'autres points parasites 26b mettant en évidence la capacité à créer un marquage avec une signature unique et non contrôlée. Cet exemple de réalisation démontre clairement tout l'intérêt d'une telle innovation, en particulier sur le marché de la traçabilité et de la lutte anti-contrefaçon où les besoins en termes de vitesse de marquage et de perspectives authentifiantes sont avérés. Ainsi, on peut former le même motif selon les mêmes paramètres de micro- usinage sur plusieurs produits identiques, où chaque motif est enregistré après avoir été formé de manière à permettre une authentification individuelle desdits produits. Le système et le procédé de micro-usinage présentés permettent un gain de productivité important. En effet, en première approche, l'utilisation d'un faisceau laser mis en forme permet l'augmentation de la surface (ou du nombre de points) marqué(e)(s) en un seul tir laser. Le temps nécessaire à un marquage unitaire est donc réduit d'un facteur égal au nombre de points simultanément marqués (ou au ratio des surfaces). En outre l'utilisation de modulateurs optiques actuels permet d'envisager une modulation dynamique (changement de forme au cours du temps) avec une fréquence voisine de 10Hz-20Hz, voire jusqu'à 60Hz. Dans le cas d'une nécessité de changement de la forme entre deux marquages (par exemple dans le cas d'une numérotation unitaire de produits), le procédé présente une cadence potentielle de 36 000 à 72 000 pièces par heure. Ces cadences sont a priori cinq à dix fois supérieures aux cadences actuelles. En outre, le système et le procédé de micro-usinage présentés permettent de réaliser des marquages de formes complexes en peu de tirs. Les solutions actuelles étant basées sur le déplacement d'un faisceau focalisé, le motif réalisé présente intrinsèquement des bords arrondis à l'échelle de la taille de faisceau (souvent de l'ordre de la dizaine à la centaine de micromètres). L'utilisation d'un faisceau mis en forme permet d'envisager l'obtention de forme jusqu'alors très complexe à petite échelle, notamment comportant des angles droits ou vifs. Par ailleurs, dans le contexte particulier du marquage par laser d'une information cryptée sous la forme de codes bidimensionnels, le format datamatrice est aujourd'hui préféré au format QR-code car plus rapide à marquer à contenu équivalent (puisque présentant des déplacements entre deux modules successifs moins nombreux). Or ce second type présente l'avantage d'une relecture plus aisée. L'utilisation de l'installation décrite ici permet de s'affranchir de cette limitation en présentant un temps de réalisation identique pour les deux types de codage, à contenu équivalent, du fait du marquage simultané de l'ensemble des points constituant le code, dans la limite où ce nombre de points reste inférieur au nombre maximal de points pouvant être réalisés simultanément. Enfin, le système et le procédé de micro-usinage présentés ont un intérêt tout particulier pour ce qui concerne l'authentification de produits, dans les applications de traçabilité ou de lutte anti-contrefaçon par exemple. Ils permettent en effet de créer simplement un marquage unique. Lors de l'interaction du rayonnement lumineux avec la cible, le résultat obtenu est fortement dépendant des propriétés optiques du faisceau et physiques de la cible. En conjuguant un contrôle de la répartition spatiale de l'énergie optique, et une non-uniformité intrinsèque des propriétés locale du matériau, une variation significative du résultat de marquage peut être obtenue d'un tir sur l'autre. L'enregistrement d'une signature de ces aspects non répétables permet a posteriori l'authentification du support. Afin d'utiliser le système et le procédé de micro-usinage présentés de façon optimisée, il est en outre proposé une méthode permettant de calculer le nombre d'impacts simultanés réalisable sur un matériau donné. Dans cette objectif, on recense l'ensemble des paramètres d'influence pouvant jouer sur les caractéristiques de l'interaction laser-matière à l'origine de la faisabilité de marquage multipoints décrit plus haut. Ces paramètres peuvent être regroupés selon trois catégories : - Paramètres du laser : ce sont les caractéristiques propres à la source laser, ou à la source du rayonnement lumineux de manière générale ; - Paramètres du système et du procédé de micro-usinage : ce sont les caractéristiques propres au système de micro-usinage, son paramétrage et son fonctionnement, permettant de traiter le faisceau issu du laser jusqu'à l'échantillon ; - Paramètres du matériau : ce sont les caractéristiques propres au matériau d'étude final, l'interaction laser-matière étant dépendante des propriétés de chaque matériau comme les propriétés d'absorption-transmission, les températures de fusion-vaporisation, etc. Après identification de ces différents paramètres, une simulation au plus proche de la réalité de marquage sous forme multipoints peut être réalisée afin d'optimiser l'utilisation du système de micro-usinage proposé. Cette utilisation peut également se baser sur des essais réels de marquage. Dans un premier temps, listons les paramètres qui caractérisent la source lumineuse, généralement source laser. Lorsque l'on utilise le système de micro-usinage avec un laser industriel préexistant, on retrouve souvent ces paramètres dans la documentation associée audit laser. On peut citer en particulier : - Longueur d'onde À - Cadence d'impulsions v - Durée d'impulsion T - Polarisation p - Puissance moyenne Raser - Diamètre de sortie Dsortie - Divergence a Pour une exploitation maximisée de la tête de marquage proposée plus haut, la longueur d'onde À du laser est de préférence adaptée aux différents traitements des optiques du procédé, la polarisation p est rectiligne selon une orientation définie par la tête de marquage, le diamètre de sortie du faisceau Dsortie est adapté à la zone optique active du modulateur et la divergence du faisceau minimisée (faisceau dit collimaté). Dans ces deux derniers cas, un jeu de lentille judicieusement choisi permet à la fois d'adapter la taille du faisceau à l'entrée de la tête de marquage mais également de réduire la divergence jusqu'à obtenir un faisceau quasi-collimaté. Dans les paramètres du système et du procédé de micro-usinage, on distingue l'ensemble des optiques permettant de réadapter les caractéristiques du faisceau en sortie laser (il a été évoqué les notions de divergence et de polarisation), les spécificités propres au marquage voulu (focale), et les propriétés de la tête de marquage par mise en forme qui a été décrite en détail plus haut. On considère ici que le faisceau laser correspond aux données d'entrée de la tête de marquage. Cette dernière se caractérise par : - Pourcentage de transmission u% : le SLM étant une optique pixellisée, un pourcentage d'énergie perdue non négligeable est à considérer dans l'estimation de la quantité d'énergie disponible pour la mise en forme ; ce paramètre intègre également les imperfections des traitements des optiques composant le chemin avant et après le modulateur. - Pourcentage disponible après effet de dissymétrie v% : il a été constaté une perte d'énergie due au motif à marquer entre une mise en forme symétrique par rapport à l'axe optique et une mise en forme non symétrique, symbolisée par une constante estimée à v% ; - Pourcentage perdu par spot central w% : du fait de la non perfection des optiques et des propriétés laser ainsi que des approximations de calcul, un quantité d'énergie, de nouveau estimée par une constante w%, se retrouve dans un point de focalisation central, non soumis à la mise en forme appliquée sur le faisceau par le système proposé. - Pourcentage disponible par adjonction d'une courbure x%(C) : à l'image d'une mise en forme symétrique ou non, la réalisation d'une carte de phase comprenant une valeur de courbure influe sur la quantité d'énergie disponible pour la mise en forme. C est la valeur de courbure appliquée dans le cadre d'une mise en forme ; - Coefficients de nombre d'impacts c & d ; pourcentage disponible par le nombre de points (cNk+d) : à l'image d'une mise en forme symétrique ou non, la réalisation d'une carte de phase engendrant sur le matériau un nombre de points de focalisation différent influe sur la quantité d'énergie disponible pour la mise en forme de ce même nombre de points. - Distance focale f : distance de travail en fonction de la lentille convergente de focalisation définie. Ce paramètre permet de définir entre autre la taille du faisceau laser au plan de marquage et donc la densité d'énergie en ce plan.The series of images 24 of FIG. 5 highlights several dot matrices made exactly in the same illumination and modulation configurations. Only the positioning on the sample varies. There may be slight fluctuations from one marking to another (typically 24a and 24b), representative of the fluctuations in the properties of the irradiated materials, whether by beam shaping or by galvanometric head. The series of images 25 and 26 are nevertheless specific to the use of the formatting head described in this document. The series of images 25 highlights several markings from the same source image but whose phase maps are different. This uncontrolled process is intrinsic to the algorithm used which does not converge to a single phase map solution. This fluctuation, associated with that of the incident light source and the local properties of the material is added to the uniqueness of the marking and therefore to this authenticating aspect specific to the laser material interaction. Finally, the series of images 26 shows the effect of the number of iterations for the same card being computed, where the eight of images 26a to 26h correspond to tests with 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, and 50 iterations respectively. The deviation from the source image is all the more important as the number of iterations is small because of a partially converged phase map solution. It may be noted the absence of certain marking points 26a and the appearance of other parasitic points 26b highlighting the ability to create a marking with a unique and uncontrolled signature. This exemplary embodiment clearly demonstrates the importance of such an innovation, particularly in the market for traceability and the fight against counterfeiting where the needs in terms of marking speed and authenticating prospects are proven. Thus, the same pattern can be formed according to the same micromachining parameters on several identical products, where each pattern is recorded after having been formed so as to allow individual authentication of said products. The micromachining system and process presented allow a significant productivity gain. Indeed, in the first approach, the use of a shaped laser beam allows the increase in the area (or the number of points) marked (e) (s) in a single laser shot. The time required for unit marking is therefore reduced by a factor equal to the number of points simultaneously marked (or the ratio of the surfaces). In addition the use of current optical modulators allows to consider a dynamic modulation (shape change over time) with a frequency of 10Hz-20Hz or even up to 60Hz. In the case of a need to change the shape between two markings (for example in the case of a unit numbering of products), the process has a potential rate of 36,000 to 72,000 pieces per hour. These rates are a priori five to ten times higher than current rates. In addition, the system and micro-machining process presented allow to mark complex shapes in few shots. Current solutions being based on the displacement of a focused beam, the realized pattern inherently has rounded edges on the scale of the beam size (often of the order of ten to hundred micrometers). The use of a shaped beam makes it possible to envisage obtaining a form that until now was very complex on a small scale, in particular having straight or sharp angles. Moreover, in the particular context of laser marking of encrypted information in the form of two-dimensional codes, the datamatrix format is now preferred to the QR-code format because it is faster to mark with equivalent content (since it presents displacements between two successive modules less numerous). This second type has the advantage of easier reading. The use of the installation described here makes it possible to overcome this limitation by presenting an identical realization time for the two types of coding, with equivalent content, because of the simultaneous marking of all the points constituting the code. within the limit where this number of points remains lower than the maximum number of points that can be made simultaneously. Finally, the system and the micro-machining process presented are of particular interest with regard to the authentication of products, in traceability or anti-counterfeiting applications, for example. They make it possible to simply create a unique marking. During the interaction of the light radiation with the target, the result obtained is highly dependent on the optical properties of the beam and the physical properties of the target. By combining a control of the spatial distribution of the optical energy, and an intrinsic non-uniformity of the local properties of the material, a significant variation of the marking result can be obtained from one shot to the other. The registration of a signature of these non-repeatable aspects allows a posteriori the authentication of the support. In order to use the micro-machining system and method presented in an optimized manner, a method for calculating the number of simultaneous impacts achievable on a given material is also proposed. For this purpose, we identify all the influence parameters that can play on the characteristics of the laser-material interaction at the origin of the multipoint tagging feasibility described above. These parameters can be grouped into three categories: - Laser parameters: these are the characteristics specific to the laser source, or the source of the light radiation in general; - Parameters of the micromachining system and process: these are the characteristics specific to the micromachining system, its parameterization and its operation, making it possible to treat the beam from the laser to the sample; Material parameters: these are the characteristics specific to the final study material, the laser-material interaction being dependent on the properties of each material such as absorption-transmission properties, melting-vaporization temperatures, etc. After identification of these different parameters, a simulation as close as possible to the multipoint marking reality can be realized in order to optimize the use of the proposed micro-machining system. This use can also be based on actual marking tests. First, list the parameters that characterize the light source, usually a laser source. When using the micro-machining system with a pre-existing industrial laser, these parameters are often found in the documentation associated with said laser. In particular: - Wavelength λ - Pulse rate v - Pulse duration T - Polarization p - Average power Shave - Exit output diameter - Divergence a For maximized operation of the proposed marking head more high, the wavelength λ of the laser is preferably adapted to the various process optical processes, the polarization p is rectilinear in an orientation defined by the marking head, the outgoing beam output diameter is adapted to the optical zone active modulator and the divergence of the minimized beam (so-called collimated beam). In the latter two cases, a judiciously chosen lens set makes it possible both to adapt the size of the beam to the entrance of the marking head but also to reduce the divergence until a quasi-collimated beam is obtained. In the parameters of the system and the micro-machining process, there is a distinction between all the optical elements enabling the characteristics of the laser output beam to be readjusted (the notions of divergence and polarization have been mentioned), the specific characteristics of the desired marking. (focal), and the properties of the shaping marking head which has been described in detail above. It is considered here that the laser beam corresponds to the input data of the marking head. The latter is characterized by: - Percentage of transmission u%: the SLM being a pixellated optic, a significant percentage of lost energy is to be considered in estimating the amount of energy available for formatting; this parameter also incorporates the imperfections of the optics processing component path before and after the modulator. - Percentage available after dissymmetry effect v%: a loss of energy due to the pattern to be marked between symmetrical shaping with respect to the optical axis and unsymmetrical shaping, symbolized by an estimated constant to v%; - Percent lost by central spot w%: due to the non-perfection of optical and laser properties as well as calculation approximations, a quantity of energy, again estimated by a constant w%, is found in a focus point central, not subject to the shaping applied on the beam by the proposed system. - Percentage available by adding a curvature x% (C): in the image of a symmetrical shaping or not, the realization of a phase map including a value of curvature influences on the quantity of available energy for shaping. C is the curvature value applied as part of a layout; - Coefficients of number of impacts c &d; percentage available by the number of points (cNk + d): in the image of a symmetrical or non-symmetrical shaping, the realization of a phase map generating on the material a different number of points of focus influences the quantity available energy for shaping the same number of points. - Focal distance f: working distance as a function of the converging focussing lens defined. This parameter makes it possible to define, among other things, the size of the laser beam at the marking plane and therefore the energy density in this plane.

L'ensemble de ces paramètres étant caractérisés, la puissance disponible pour la mise en forme de faisceau se calcule alors par la formule suivante : Pdispo = Plaser11%X%(C)(CNk C)V% - wUP --laser Chaque matériau ayant ses propriétés spécifiques d'absorption, il est caractérisé par des seuils en termes d'énergie et de densité d'énergie et à partir desquels celui-ci commence à réagir et à changer d'aspect. La détermination de ces seuils est importante pour valider ou non la faisabilité d'un marquage avec un laser donné. Pour déterminer le seuil de réaction du matériau, on utilise de préférence la méthode de Liu qui considère comme hypothèse la forme transverse parfaite d'un faisceau laser (forme gaussienne) de formule suivante : (-2r2/ 2Pmoy F (r) = Fcrêtee 'coz) avec Fcrête = Ou ' V1TW 2 - F est la densité d'énergie (en J/cm2, aussi couramment appelée fluence), - r est la distance à l'axe optique, Fcrête - F, est la fluence maximale prise à l'axe optique et exprimée en fonction de la puissance moyenne laser Pmoy, - v est la cadence d'impulsions, et w est le rayon du faisceau au plan de focalisation (aussi couramment appelé « waist ») et est directement dépendant de la focale f de la lentille du système. La méthode de Liu considère en particulier que le matériau irradié réagit à partir d'une certaine densité énergétique, Fseuil, associé de ce fait à un diamètre d'impact physique D, soit : -D2 Fseuil = Fcrêtee '2W2 D'où après remanipulation de cette équation : D2 = 2w2 in(Fcrête) 2(°21n(Fseuii) Finalement, il apparaît que le diamètre d'impact sur le matériau usiné D croît linéairement en fonction de In(Fcrête) et donc indirectement en fonction de la puissance. Le seuil Fseuil s'estime enfin comme l'ordonnée à l'origine de cette droite. Notons que cette droite donnée en fluence est également valable en énergie et en intensité par simples relations de proportionnalité entre ces différentes valeurs. En conclusion : Fseuil 2Pseuil VTCW 2 On note par ailleurs que la durée d'impulsion influe sur ce seuil de marquage Fseuii dans le sens ou une durée d'impulsion plus courte diminue celui-ci. Le nombre d'impacts pouvant être simultanément réalisés va théoriquement croître à mesure que la durée d'impulsion diminue.All these parameters being characterized, the power available for beam shaping is then calculated by the following formula: Pdispo = Plaser11% X% (C) (CNk C) V% - wUP - laser Each material having its specific absorption properties, it is characterized by thresholds in terms of energy and energy density and from which it begins to react and change appearance. The determination of these thresholds is important to validate or not the feasibility of marking with a given laser. To determine the reaction threshold of the material, Liu's method is preferably used, which assumes the perfect transverse shape of a laser beam (Gaussian form) of the following formula: (-2r2 / 2Pmoy F (r) = Fcretee ' coz) with Fpeak = Or 'V1TW 2 - F is the density of energy (in J / cm2, also commonly called fluence), - r is the distance to the optical axis, Fpeak - F, is the maximum fluence taken at the optical axis and expressed as a function of the average laser power Pmoy, - v is the pulse rate, and w is the radius of the beam at the focusing plane (also commonly called "waist") and is directly dependent on the focal length f of the lens of the system. Liu's method considers in particular that the irradiated material reacts from a certain energetic density, Fseuil, thus associated with a physical impact diameter D, that is: -D2 Fseuil = Fcrêtee 2W2 Hence after remanipulation of this equation: D2 = 2w2 in (Fpeak) 2 (° 21n (Fseuii) Finally, it appears that the impact diameter on the machined material D increases linearly as a function of In (Fpeak) and thus indirectly as a function of the power The threshold Fseuil finally considers itself as the ordinate at the origin of this line.It should be noted that this right given in fluence is also valid in energy and intensity by simple relations of proportionality between these different values. VTCW 2 It is also noted that the pulse duration affects this marking threshold Fseuii in the sense that a shorter pulse duration decreases it.The number of impacts that can be simultaneously achieved will theoretically ically increase as the pulse duration decreases.

La méthode de Liu présentée ci-dessus correspond à une simulation réalisée sur la base de tir laser de forme gaussienne ne comportant qu'une impulsion. Le seuil ainsi défini correspond au seuil laser monopulse du matériau de test. De manière préférée, on transpose cette méthode à des tirs laser composés de plusieurs impulsions en réitérant plusieurs fois les calculs pour plusieurs nombres d'impulsions spécifiques. Dès lors apparait sur la majeure partie des matériaux réels un phénomène, dit d'incubation, se caractérisant par la diminution du seuil d'un matériau avec l'augmentation du nombre d'impulsions laser composant le tir laser. En notant i le nombre d'impulsion comportant un tir laser, on peut donc représenter ce phénomène en remplaçant le seuil P seuil précédent, par la fonction Pseuil(i).Liu's method presented above corresponds to a simulation performed on the basis of gaussian-shaped laser fire with only one pulse. The threshold thus defined corresponds to the monopulse laser threshold of the test material. Preferably, this method is transposed to laser shots composed of several pulses by repeating the calculations several times for several numbers of specific pulses. Consequently, a phenomenon, known as an incubation phenomenon, appears on the majority of real materials, characterized by the decrease of the threshold of a material with the increase of the number of laser pulses constituting the laser shot. By noting i the number of pulses comprising a laser shot, this phenomenon can therefore be represented by replacing the threshold P preceding threshold by the function Pseuil (i).

La figure 6 est une représentation schématique typique illustrant l'évolution du seuil en fonction du nombre d'impulsion par train d'impulsions. On voit qu'il existe un effet de saturation de l'incubation illustrée sur le graphique par l'asymptote horizontale.FIG. 6 is a typical diagrammatic representation illustrating the evolution of the threshold as a function of the number of pulses per pulse train. We see that there is a saturation effect of the incubation illustrated on the graph by the horizontal asymptote.

La première étape de la procédure de simulation pour l'estimation du nombre de points simultanés théoriquement réalisable sur un matériau donné par un laser donné consiste à récupérer ou calculer les différents paramètres évoqués. En second lieu et connaissant le seuil de marquage du matériau ainsi que la puissance laser disponible pour la mise en forme, il est fait comme hypothèse que le nombre de points mis en forme n'influe pas sur le seuil de marquage du matériau, à supposer que ces impacts soient dissociés. Dès lors, il est estimé que la puissance disponible est équivalente à la puissance de seuil de réaction du matériau par le nombre de points théoriquement réalisable au maximum par mise en forme, et ce pour un nombre k d'impulsions par tir laser, soit : Pdispo = NkPseuil(k) En appliquant cette relation à l'équation du seuil de réaction du matériau, pour un nombre k d'impulsions par train d'impulsions, on a : F (k) seuil - 2P seuil (k) soit Pcuspo Nk co2Fseuii(k) virco2 2 Finalement, en associant cette équation à celle explicitée dans la description des paramètres du système et procédé de micro-usinage, une équation à une inconnue en Nk est obtenue, les autres paramètres étant connus, soit : Plaser u% X%(C)(CNk d)12% - W% P Fseuil(k)NkinrW2 - - - laser = 2 Et d'où finalement l'estimation du nombre de points Nk maximal simultané par mise en forme de la tête de marquage avec un train d'impulsions comprenant k impulsions : Z-dX Nk cX-Y k avec : - X = Piaseru%x%(C)V% Y Fseuu(k)lnrco2 - 1k - Cette procédure permet finalement au moyen des différents paramètres du système complet d'estimer de manière poussée le nombre de points maximal Nk réalisables de manière simultanée par mise en forme de faisceau d'un tir laser de k impulsions, connaissant les variations de la source laser utilisée et du matériau à marquer. 2 - Z P/aser On notera par extension N.0 la valeur limite de la série (qui converge a priori du fait de la saturation de l'incubation) qui représente le nombre maximum de points pouvant être inscrit simultanément dans l'absolu. A partir de ce nombre de points maximal Nk réalisables de manière simultanée par mise en forme de faisceau d'un tir laser de k impulsions, on peut régler le système de micro-usinage en paramétrant notamment le dispositif de modulation pour conformer le faisceau lumineux en une pluralité N de points inférieure ou égale au nombre maximal de points Nk réalisables à chaque impulsion du faisceau lumineux. Pour être certain que chaque point est bien marqué sur le matériau, on peut fixer ce nombre N de points de conformation inférieur au nombre de points maximal Nk réalisables de manière simultanée par mise en forme de faisceau d'un tir laser de k impulsions, ce qui permet d'avoir en effet une énergie disponible pour le marquage plus élevée. De préférence, on paramètre la modulation de phase pour conformer le faisceau lumineux en une pluralité N de points inférieure ou égale à la moitié du nombre maximal de points Nk réalisables à chaque impulsion du faisceau lumineux. On peut par ailleurs en déduire le nombre de trains d'impulsions nécessaires à la formation du motif complet, notamment pour le cas des motifs très complexes, en divisant le nombre de points formant le motif par le nombre N de points de conformation choisi pour le paramétrage de la modulation de phase. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES - US 5,734,145 - US 4,128,752 - FR 2 909 922 - US 4,734,558 - US 4,818,835 - US 2001/045,418 - FR 2 884 743 30The first step of the simulation procedure for estimating the number of simultaneous points theoretically achievable on a given material by a given laser is to recover or calculate the various parameters mentioned. Secondly, knowing the marking threshold of the material as well as the laser power available for shaping, it is assumed that the number of shaped points does not affect the marking threshold of the material, assuming that these impacts are dissociated. Therefore, it is estimated that the available power is equivalent to the reaction threshold power of the material by the maximum number of points theoretically achievable by shaping, and this for a number k of pulses per laser shot, ie: Pdispo = NkPseuil (k) Applying this relation to the equation of the reaction threshold of the material, for a number k of pulses per pulse train, we have: F (k) threshold - 2P threshold (k) is Pcuspo Nk co2Fseuii (k) virco2 2 Finally, by associating this equation with that explained in the description of the parameters of the system and micro-machining method, an equation with one unknown in Nk is obtained, the other parameters being known, namely: % X% (C) (CNk d) 12% - W% P Fseuil (k) NkinrW2 - - - laser = 2 And where finally the estimate of the maximum number of points Nk simultaneous by shaping the head of marking with a pulse train comprising k pulses: Z-dX Nk cX-Y k with: - X = Piaseru% x% (C) V % Y Fseuu (k) lnrco2 - 1k - This procedure finally allows using the various parameters of the complete system to estimate in a high degree the number of maximum points Nk achievable simultaneously by beam shaping of a laser shot of k pulses, knowing the variations of the laser source used and the material to be marked. 2 - Z P / aser By extension N.0 we will note the limit value of the series (which converges a priori because of the saturation of the incubation), which represents the maximum number of points that can be inscribed simultaneously in the absolute. From this maximum number of points Nk that can be produced simultaneously by beam shaping of a laser shot of k pulses, the micro-machining system can be adjusted by parameterizing, in particular, the modulation device in order to shape the light beam. a plurality N of points less than or equal to the maximum number of points Nk achievable at each pulse of the light beam. To be certain that each point is well marked on the material, it is possible to set this number N of conformation points smaller than the maximum number of points Nk that can be produced simultaneously by beam shaping of a laser firing of k pulses. which makes it possible to have in fact an energy available for the higher marking. Preferably, the phase modulation is parameterized to form the light beam into a plurality N of points less than or equal to half the maximum number of points Nk that can be produced at each pulse of the light beam. It is also possible to deduce the number of pulse trains necessary for the formation of the complete pattern, in particular for the case of very complex patterns, by dividing the number of points forming the pattern by the number N of conformation points chosen for the pattern. parameterization of the phase modulation. BIBLIOGRAPHIC REFERENCES - US 5,734,145 - US 4,128,752 - FR 2,909,922 - US 4,734,558 - US 4,818,835 - US 2001 / 045,418 - FR 2 884 743 30

Claims (8)

REVENDICATIONS1. Procédé d'utilisation d'un système de micro-usinage pour former un motif sur un matériau, le système comprenant un dispositif d'émission d'un faisceau lumineux pulsé spatialement et temporellement cohérent, un dispositif de modulation optique dynamique dudit faisceau lumineux comprenant une modulation de phase pour conformer ledit faisceau lumineux en une pluralité de points et un dispositif de focalisation du faisceau lumineux conformé sur une surface dudit matériau, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - Calcul d'une densité d'énergie seuil Fseuil(i) à partir de laquelle le matériau réagit en fonction du nombre d'impulsions (i) dudit faisceau lumineux, et détermination d'une puissance seuil Pseuil(i) associée ; - Calcul d'une puissance disponible Pdispo en sortie du dispositif de modulation à partir de paramètres caractéristiques du dispositif d'émission et du dispositif de modulation de phase ; - Paramétrage d'un train d'impulsions en choisissant un nombre d'impulsions k dudit faisceau lumineux pour faire réagir le matériau ; - Calcul d'un nombre maximal de points Nk réalisables à chaque impulsion du faisceau lumineux, en faisant l'hypothèse que le nombre de points mis en forme n'influe pas sur le seuil à partir duquel le matériau réagit, selon la relation : 0 Nk= Pdispoi Pseuii(k) - Paramétrage de la modulation de phase pour conformer le faisceau lumineux en une pluralité N de points inférieure ou égale au nombre maximal de points Nk réalisables à chaque impulsion du faisceau lumineux.REVENDICATIONS1. A method of using a micro-machining system to form a pattern on a material, the system comprising a device for emitting a spatially and temporally coherent pulsed light beam, a dynamic optical modulation device of said light beam comprising a phase modulation for shaping said light beam at a plurality of points and a focusing device of the light beam shaped on a surface of said material, the method being characterized in that it comprises the following steps: - Calculation of a density of threshold energy Fseuil (i) from which the material reacts as a function of the number of pulses (i) of said light beam, and determination of a threshold power Pseuil (i) associated; - Calculation of an available power Pdispo output of the modulation device from characteristic parameters of the transmitting device and the phase modulation device; - Setting a pulse train by choosing a number of pulses k of said light beam to react the material; - Calculation of a maximum number of points Nk achievable at each pulse of the light beam, assuming that the number of shaped points does not affect the threshold at which the material reacts, according to the relation: 0 Nk = Pdispoi Pseuii (k) - Parameterization of the phase modulation for shaping the light beam into a plurality N of points less than or equal to the maximum number of points Nk achievable at each pulse of the light beam. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on paramètre la modulation de phase pour conformer le faisceau lumineux en une pluralité N de points inférieure ou égale à la moitié du nombre maximal de points Nk réalisables à chaque impulsion du faisceau lumineux.2. Method according to claim 1, wherein the phase modulation is configured to form the light beam into a plurality N of points less than or equal to half the maximum number of points Nk achievable at each pulse of the light beam. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant une étape complémentaire de calcul d'un nombre de trains d'impulsions nécessaires à la formation du motif complet en divisant le nombre de points formant le motif par la pluralité N de points choisie pour le paramétrage de la modulation de phase.3. Method according to any one of claims 1 or 2, comprising a complementary step of calculating a number of trains of pulses necessary for the formation of the complete pattern by dividing the number of points forming the pattern by the plurality N of points chosen for the parameterization of the phase modulation. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le paramétrage du train d'impulsions consiste à choisir le nombre d'impulsions k en fonction du calcul de la densité d'énergie seuil Fseuii(i), le nombre d'impulsions k étant un nombre entier choisi entre le nombre d'impulsions k200 correspondant à une densité d'énergie seuil égale à 200% de la densité d'énergie seuil minimum, et le nombre d'impulsions k100correspondant au nombre d'impulsions le plus faible pour lequel la densité d'énergie est égale à la densité d'énergie seuil minimum.4. Method according to any one of claims 1 to 3, wherein the parameterization of the pulse train consists in choosing the number of pulses k according to the calculation of the threshold energy density Fseuii (i), the number of pulses k being an integer selected from the number of pulses k200 corresponding to a threshold energy density equal to 200% of the minimum threshold energy density, and the number of pulses k100 corresponding to the number of pulses the weaker for which the energy density is equal to the minimum threshold energy density. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le calcul de la densité d'énergie seuil Fs',i(i) est effectué en considérant que le faisceau lumineux a une forme gaussienne et que le matériau irradié avec le faisceau lumineux réagit à partir d'une densité énergétique seuil Fseuil donnée par la formule suivante : -D2/ 2co 2 2Pm" avec Fcrête = Fseuil Fcrêtee virco2 où D est le diamètre d'impact physique du faisceau lumineux sur le matériau, Fcrête est la densité d'énergie maximale prise à l'axe optique et exprimée en fonction de la puissance moyenne laser Pmoy, v est la cadence d'impulsions et w est le rayon du faisceau lumineux dans le plan de focalisation du dispositif de focalisation.5. Method according to any one of claims 1 to 4, wherein the calculation of the threshold energy density Fs', i (i) is performed considering that the light beam has a Gaussian shape and that the material irradiated with the light beam reacts from a threshold energy density Fthreshold given by the following formula: -D2 / 2co 2 2Pm "with Fpeak = Fpole Fcretee virco2 where D is the physical impact diameter of the light beam on the material, Fpeak is the maximum energy density taken at the optical axis and expressed as a function of the average laser power Pmoy, v is the pulse rate and w is the radius of the light beam in the focusing plane of the focusing device. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le calcul de la puissance disponible Pdispo en sortie du dispositif de modulation se fait selon la formule suivante : Pdispo = PlaserU%X%(C)(CNk d)v% - w'DAP -- laser avec : - u% le pourcentage de transmission du dispositif de modulation optique dynamique ; - v% le pourcentage disponible après effet de dissymétrie du motif à marquer ; - w% le pourcentage perdu par le faisceau lumineux au niveau d'un point de focalisation central non soumis à la conformation du dispositif de modulation optique dynamique ; - x%(C) le pourcentage disponible après effet de l'application d'une courbure C sur une carte de phase pour une consigne de modulation appliquée au dispositif de modulation optique dynamique ; - c et d des coefficients de nombre d'impacts traduisant la multiplicité de points de focalisation de la carte de phase utilisée pour la consigne de modulation appliquée au dispositif de modulation optique dynamique ; l'efficacité associée à Nk points étant (cNk+d) où f est la distance focale du dispositif de focalisation.6. Method according to claim 5, wherein the calculation of the available power Pdispo output of the modulation device is according to the following formula: Pdispo = PlaserU% X% (C) (CNk d) v% - w'DAP - - laser with: - u% the transmission percentage of the dynamic optical modulation device; - v% the percentage available after dissymmetry effect of the pattern to be marked; w% the percentage lost by the light beam at a central focusing point not subject to conformation of the dynamic optical modulation device; - x% (C) the percentage available after the effect of the application of a curvature C on a phase map for a modulation setpoint applied to the dynamic optical modulation device; - c and d number of impact coefficients reflecting the multiplicity of focus points of the phase map used for the modulation setpoint applied to the dynamic optical modulation device; the efficiency associated with Nk points being (cNk + d) where f is the focal length of the focusing device. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la puissance seuil Pseu,i(i) est donnée par la formule : Vir(02 F seuil (i) Pseuil(i) = 27. The method of claim 6, wherein the threshold power Pseu, i (i) is given by the formula: Vir (02 F threshold (i) Pseuil (i) = 2 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le nombre maximal de points Nk réalisables à chaque impulsion du faisceau lumineux est donnée par la formule : Z - dX Nk CX - Yk avec :- X = PlaserU%X%(C)V% - Yk =Fseuil (k)vru,)2. 2 - Z = w% Piaser.58. The method of claim 7, wherein the maximum number of points Nk achievable at each pulse of the light beam is given by the formula: Z - dX Nk CX - Yk with: - X = PlaserU% X% (C) V% Yk = Fseuil (k) vru,) 2. 2 - Z = w% Piaser.5
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