KR101004497B1 - 낮은 흡광 물질로 구성된 소재 내로 방사 에너지를 유도하기 위한 빔 형성 유닛을 포함하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점 형태로 초점이 만들어지고, 고리모양(annular)으로 발산되며, 방사가 없는 중앙 영역을 가지는 빔 번들을 만들기 위한 빔 형성 유닛(4)에 관한 것으로서, 상기 유닛은 초점 렌즈(2), 제1 엑시콘(1) 및 제2 엑시콘(3)으로 구성된다. 본 발명은 또한 낮은 흡광성 물질로 구성되고, 제1 공진 거울(13) 및 제2 공진 거울(19) 사이에 배열된 소재(14) 내로 방사 에너지를 유도하기 위한 상기 빔 형성 유닛(4)을 포함하는 장치와 관련되며, 상기 제 1 공진 거울(13)은 소재(14)에 대해 빛이 방사되는 방향의 상류(upstream)에 배열되고 방사가 없는 중앙 영역 내에 위치한다. 방사 에너지는 여러 번 소재(14) 내에서 동일한 상호 작용 체적을 통과하는 것에 의하여 최대로 흡수될 수 있다.

엑시콘, 초점 렌즈, 빔 형성 유닛, 공진 유닛, 상호 작용 체적

Description

낮은 흡광 물질로 구성된 소재 내로 방사 에너지를 유도하기 위한 빔 형성 유닛을 포함하는 장치{DEVICE COMPRISING ONE BEAM FORMATION UNIT FOR INTRODUCING RADIATION ENERGY INTO A WORKPIECE CONSISTING OF A WEAKLY-ABSORBENT MATERIAL}

본 발명은 빔 번들의 초점을 형성하기에 적당한 빔 형성 유닛에 관한 것으로, JP 10 244 386 A로부터 알려진 빔 형성 유닛을 포함하는 장치에 관한 것이다.

단지 낮은 흡광도를 가지는 소재 내부로 높은 효율의 전자기 방사를 도입하는 것은 여전히 소재 처리 공정 분야에서 항상 중심적인 문제가 되어왔다. 또한 많은 적당한 방사 공급원은 상당히 넓은 분야에서 어느 정도까지 효율적으로 적용할 수 있다는 특징을 가지기 때문에 특별히 레이저 소재 제조는 해당 개발 영역에서 중심적인 지위를 차지하고 있다.

실지로 어느 정도에 이르기까지 효율적으로 에너지를 이용하도록 하기 위하여, 즉 소재 내부로 국소적으로 그리고 최적의 양으로 방사가 이루어지도록 하기 위하여 단순히 방사의 초점이 소재의 표면에 형성되는 것으로는 충분하지 않다. 이로 인하여 각각의 특정한 제조 작업을 위하여 최적의 에너지가 유도되도록 하기 위한 다양한 방법 및 장치가 개발되어 왔다. 기본적으로 공정이 이루어져야 할 서로 다른 소재의 종류 및 서로 다른 기하학적 형태 및/또는 서로 다른 제조 공정(예를 들어, 절단, 연마 또는 천공)에 의하여 서로 다르게 방사가 형성되도록 이러한 방법 및 정렬되는 장치가 만들어진다.

이 기술 분야의 기술 수준에서 수많은 해결 방법 중 단지 몇 가지 해결 방법만이 방사 링(a radiation ring) 내부 광선 빔에 도달하거나 또는 소재를 통하여 반복적으로 방사가 되도록 형성하는 발명과 관련되는 것으로 간주된다. 방사 링의 형성은 원형의 형태로, 예를 들어 절단되는 렌즈의 주위로 소재 표면을 방사하도록 하기 위한 필요성으로 인하여 공지된 기술 분야와는 독특한 해결 방법에 이르도록 한다. 이상적으로 방사는 소재 표면 위에 링-형태로 초점이 만들어진다. 빔 번들을 방사 링으로 변형시키기 위하여 엑시콘을 사용하는 것이 공지되어 있다.

US 4,456, 811(또는 EP 0,189,027 A 1)은 집광 렌즈-엑시콘(collecting lens-axicon) 및 원추형 거울들(conical mirrors)을 결합하는 것에 의하여 레이저 광이 초점 링(a focused ring)으로 형성되도록 하는 방법을 개시하고 있으며, 상기 방법은 초점 링과 수직으로 만나는 구부러진 회전 대칭의 소재 표면에 대하여 효과적으로 작용한다.

US 4,623,776은 전체적으로 유사한 장치를 개시하고 있으며, 상기 장치에 따르며 초점 회전 링에 의하여 예를 들어 플라스틱 렌즈가 최적으로 절단될 수 있다.

PS 28 21 883(US 4, 275, 288) 및 US 3,419,321은 엑시콘-초점 렌즈의 결합의 순수한 기초 작업, 즉 균일하게 초점이 잡힌 방사 링의 생산에 대하여 기술하고 있으며, 이에 따르면 예를 들어 o. a. 와 같은 형태를 용접하기 위하여 규정된 직경을 가진 구멍을 절단하기 위하여 생산된 방사 링은 레이저 소재 제조 공정의 작업을 위하여 사용된다.

제시된 해결 방법은 이용 가능한 발명의 목적에 대하여 엑시콘에 의하여 광선 빔이 형성된다는 점에서만 다소간 관련성을 가진다.

이로서 측정이 문제가 되는 과제의 목적에 대한 보다 관련성이 있는 해결 방법이 제시되고, 상기 해결 방법에 따르면 낮은 양의 빛을 흡수하고 상당한 양의 빛이 투과되는 물질을 가공하기 위하여 소재 내로 에너지의 유입을 증가시키기 위하여 광선 빔이 여러 번 도달하도록 한다.

GB 2,139,6154는 이러한 하나의 장치를 개시하고, 상기 장치의 주요한 목적은 한편으로는 소재 위에 초점이 맞추어진 레이저 방사의 특별한 형상이 존재하고, 그에 의하여 유리를 절단할 때 하나의 절단 틈의 형성이 향상되고, 다른 한편으로 소재의 뒤쪽에 위치하는 제2초점 거울에 의하여 동일한 상호 작용 체적(reciprocal effect volumes)에 의한 제2의 초점이 형성되는 통로가 만들어진다. 상기 소재에 의하여 레이저 방사가 이중으로 이루어지는 것에 의하여 흡수된 방사에너지의 양이 증가된다.

일본 특허출원공개번호 10 244 386 A 의 특허 명세서에는 마찬가지로 열에 의한 균열 틈(a thermal shatter crack)을 형성하는 것에 의하여 소재로부터 분리시키기 위한 방법이 기술되어 있다. 레이저 빔은 기본적으로 소재를 투과하고 동시에 또는 일시적으로 동일한 위치 또는 각각의 작은 간격이 만들어진 위치 내로 분리 영역을 따라서 적어도 두 번 연속적으로 투과된다. 상기 레이저 빔이 소재에 도달하기 전에 반-투과 거울(a half-permeable mirror)을 통하여 방사한다. 방사하는 빛의 일부분은 소재에서 발산하여 소재 아래쪽에 정렬된 거울에 의하여 소재 내부로 다시-반사되어 소재 위에서 방사 부분을 다시 반사를 시키는 반 투과 거울에 다시 부딪힌다. 제 1거울과 제2 거울 사이에 정렬된 소재는 투과 방사를 위와 같은 방법으로 반복적으로 재-방사된다. 그러나 상기 방법에서 에너지의 손실이 매우 크다. 방사의 제1 충격을 이용하여 반-투과 거울에 의하여 반사되는 방사 부분과 투과하여 새로운 충격 과정 동안 처리되는 소재의 반-투과 거울로 진행하는 방사 부분이 우선적으로 손실되고 그리고 다시 방사 공급원 내로 다시 반사된다.

이 분야에서 기술 수준으로부터 방사 에너지가 반-투명 소재의 작은 반복 작용 체적 내에서 의사적으로(quasi) 완전하게 흡수될 수 있는 것이 가능하도록 하는 공지된 해결 방법은 없다. 이와 같은 사실은 그 자체로 상기 상호 작용 체적 내에서 이러한 목적을 위하여 적어도 두 번 방사를 다시 반사를 시키는 광학 장치는 항상 방사 공급원과 소재 사이의 광선의 광학적 경로에 위치해야 한다는 사실 자체로부터 특히 설명된다. 한편으로 변하지 않는 방사가 관통하는 방향으로 완전하게 투과되고 그리고 다른 방향으로 완전하게 반사되도록 하는 광학 층을 포함하는 광학 장치는 존재하지 않기 때문에 에너지의 손실은 피할 수 없다. 광학적 경로에 설치된 장치의 각각은 아무리 작은 양이라고 할지라도 결과적으로 손실이 실질적으로 발생되도록 한다는 것은 이 분야의 전문가에게 자명하다. 만약 광학 장치가 반-투과 거울 또는 부분 입방체와 같이 서로 다른 방향으로부터 입사가 되는 방사를 위하여 여러 번 반사하고 그리고 여러 번 투과를 시킨다면, 그때에는 이와 같은 손실은 높아진다.

본 발명은 방사가 없는 중앙 영역을 가진 원형의 빔 번들을 형성하는 점 형태(punctiform)의 초점을 적절하게 만들 수 있는 빔 형성 유닛을 만들기 위한 기본적인 과제와 관련되고, 상기에서 광학 장치는 광원으로부터 입사가 되는 그리고 빔 형성 유닛을 관통하는 빔 번들이 영향을 받지 않도록 하여 이로서 손실이 발생하지 않도록 정렬될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전자기 방사에 의하여 상당한 범위까지 상대적으로 낮은 흡수성을 가지는 투명한 소재에 대하여 본 발명의 과제를 해결하기에 충분한 빔 형성 유닛과 함께 작동할 수 있는 장치를 제공하는 것이며, 적절하게는 높은 방사 실행 레이저로서 다음과 같은 것이 이루어 질 수 있다:

- 단일 흡광의 반복에 의하여 결과적으로 물질 내에서 전체 흡수성이 높아지고 그리고 이로서 처리 공정을 위한 방사 에너지의 효율적인 이용이 이루어지고, 그에 의하여 높은 정확성을 가진 처리를 이루기 위하여 방사 에너지가 가능한 가장 작은 상호 작용 체적(방사가 흡수되는 소재의 체적)에 도입된다. ; 그리고

- 방사 공급원 내부로 흡수되지 않는 방사의 피이드백(feedback)은 상당한 범위까지 방지된다.

본 발명에 따른 과제는 청구항 1에 따른 빔 형성 유닛을 이용하여 해결되고, 상기 청구항 1에 따르면 초점 렌즈 앞에 상기 초점 렌즈의 원추형 광 표면이 멀어지도록 광(光)축 위에 제2 엑시콘이 위치하고, 그리고 상기 초점 렌즈 및 엑시콘의 파라미터와 초점 렌즈와 엑시콘 사이의 거리는, 광(光)축 위에 위치하는 광원 공급원에서 방사되어 빔 형성 유닛을 통과한 빔 번들이, 제1 초점에서 집중되고나서 확산(diverge)되는 방사없는 중앙 영역을 가진 원형 방사 빔으로 형성되도록 선정된다.

청구항 2에 따른 장치에 의하여, 본 발명에 따른 과제가 해결되고, 상기에서 공진 장치는 청구항 1에 따른 빔 형성 유닛의 앞쪽에 배열되고 그리고 제1 공진 거울은 제1 초점 영역의 뒤쪽 방사가 없는 중앙 영역에 위치하고, 상기에서 제1 공진 거울을 둘러싸고 있는 집광 렌즈가 존재하고 그리고 소재 내로 입사하는 빔 번들은 제 2 초점에서 초점이 형성되도록 하고, 상기에서 제2 공진 거울은 제2 초점 뒤쪽으로 방사가 없는 중앙 영역 내에 초점 거울에 둘러 싸인 상태로 위치하고, 상기 초점 거울은 제2 초점으로부터 입사하는 산란하는 빔 번들을 수렴하는 빔 번들으로 형성하여 하나의 거울에서 반사되도록 하고, 상기 하나의 거울은 초점 거울 및 소재 사이에 정렬되고 그리고 제2 공진 거울 위에서 빔 번들을 반사하고, 상기 하나의 거울은 구멍을 포함하고, 상기 구멍은 매우 크고 직선 형태가 되어 제2 초점 영역으로부터 입사하는 빛이 통과할 수 있고 그리고 초점 거울을 향하여 진행하는 빔 번들이 영향을 받지 않도록 하고, 그리고 제1 공진 거울에 도달하고 이에 의하여 소재 내부로 다시 재-반사하기 전에 제2 공진 거울에 의하여 반사된 빔 번들은 영향을 받지 않고 진행하여 소재 내부에서 두 번째로 제2 초점에서 초점이 형성되도록 한다.

바람직한 실시 형태는 종속항에서 기술된다.

본 발명에 따른 빔 형성 유닛의 특성은 본 발명에 따른 장치의 특성이 두드러지도록 만들고, 본 발명의 특징은 장치에 기초하여 아래에서 기술된다.

만약 거울이 매개체(소재)와 상호 작용하도록 정렬된다면, 즉 소재가 정렬되기 전에 제1 반사경이 방사 방향 내에 강제적으로 정렬된다면, 광학 빔은 단지 동일한 광학적 경로 위에서만 여러 번 매개체(소재)를 통과할 수 있다(작은 상호 작용 체적 내부로 방사 에너지를 가져 가는 조건)는 것은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 이러한 제1 반사경은 소재 내부로 방사광을 첫번째로 결합하기 위한 기능을 가지지 않고 그리고 이로 인하여 방사는 가능한 영향을 받지 않도록 되어야 한다. 첫번째 방사가 제2 반사경 위에서 반사하고 그리고 상기 소재의 두 번째 통과 후에 다시 이러한 제1 반사경 위에 도달하는 것에 의하여, 도달하는 방사를 가능한 완전하게 반사한다. 본 발명의 기술적 사상은 여기에 있다. 이로 인하여 제1 충격이 소재에 실질적으로 도달하기 전에 제 1 반사경은 방사가 영향을 받지 않는 상태로 두기 위하여, 빔 번들은 제1 반사경이 광 경로 내에 위치하는 방법으로 형성되고, 빔 번들을 둘러싸고 있지만 산란을 시키지 않는다. 이러한 광선 형태는 본 발명에 따른 빔 형성 유닛에 따라 행해진다. 이것이 발명의 실질적인 것이며, 이러한 빔 형성 유닛은 이와 같은 방법으로 방사 공급원으로부터 오는 빔 번들을 형성하고, 이러한 빔 형성 유닛의 후방에서 방사 방향으로 전체 방사가 제1 초점 영역에 모이고 그리고 이후 이와 같은 방법으로 발산하고, 상기에서 빔 번들은 제1 초점으로부터 멀어짐에 따라 직경이 선형적으로 증가하는 링 형상으로 방사가 없는 중앙 영역이 형성되면서 확장된다. 이러한 방사가 없는 중앙 영역에서, 제1 공진 거울이 정렬되고, 상기 공진 거울은 공진 유닛에 부수된 빔 형성 유닛의 하나에 속한다. 상기 공진 유닛은 기술된 발산 특징으로 형성된 방사를 형성하여 진행되도록, 상기에서 제1 초점 영역이 소재 내부에 있는 제2 초점 영역 내에 만들어지고 그리고 이로 인하여 방사 에너지는 작은 상호 작용 체적 내에 집중된 점 형태로 만들어지고, 상기 작용 체적은 종종 적어도 4배로 방사가 실행되고 그리고 동일한 복수의 단일 흡수로 인한 소재에 의하여 흡수된 방사의 합은 이와 같은 방법으로 증가된다.

방사를 집중시키고 그리고 이후 방사 링이 진행함에 따라 제1 초점 링 내에서 방사가 확장되지 않도록 하기 위하여, 초점 렌즈를 사용하는 것만으로는 충분하지 않고 단지 엑시콘만이 이 분야의 기술 수준으로부터 해결 방법을 허용하고, 상기 엑시콘은 소재 표면 위에 규칙적인 초점 링을 형성한다. 이러한 해결 방법은 엑시콘에 의하여 만들어진 링의 중앙 광의 교차점 및 빔 번들 발산이 관련되는 상기 링의 각각의 방사 부분의 초점은 서로에 반대되는 방향으로 이동이 된다는 특징을 가진다. 만약 초점 렌즈와 엑시콘의 파라미터(parameter) 및 이들 상호간의 거리를 개조하여 모든 빔 번들이 한 점에서 만나도록 개조한다면, 이와 같은 개조에도 불구하고 결국에는 적당한 단일 렌즈가 된다, 즉 상기 점으로부터 관통하는 빔 번들은 초점으로부터 거리에 비례하여 보다 크게 방사가 없는 중앙 영역을 형성하는 링을 형성하지 못한다. 이러한 문제는 본 발명에 따라 광 경로 내에 제2 엑시콘을 도입하는 것에 의하여 해결된다. 이러한 세 개의 장치(두개의 엑시콘 + 초점 렌즈)의 전체 효과는 아래와 같다: 제 1 엑시콘은 필요한 링 형성을 제공한다. 상기 초점 렌즈는 공지된 방법으로 링 초점 내로 빔의 집중을 형성하고, 상기 빔의 집중은 간섭에 의하여 요구되는 제1 초점 내에서 제2 엑시콘에 의하여 제공되는 적당한 수렴으로 변화된다. 이러한 제1 초점은 이제 실제 방사가 없는 중앙 영역을 가진 원형 발산의 실질적인 시작점이 된다. 이와 같은 특정적 빔 형성은 본 장치의 실질적인 목적으로서 본 발명에 따른 공진 유닛에 의하여 실현되는 것이 가능하다. 빔 형성 유닛 뒤쪽으로 하나의 점(point),즉 제1 초점으로부터 모든 방사 부분이 입사하기 때문에, 이들은 아래의 집광 렌즈(collecting lenses) 및/또는 공동 거울(hollow mirrors)에 의하여 재-초점이 형성되는 것이 가능하다, 즉 항상 초점 사이의 광 경로 위에서 계속 반복하여 집광할 수 있는 추가적인 초점 내에 있는 링 특징이 유지된다. 위와 같은 것이 종속적인 기능의 부수적인 공진 유닛이 바람직하도록 하는 조건이 된다. 이것은 기본적으로 아래와 같이 진행된다: 공진 유닛의 입구 장치는 집광 렌즈가 되고, 상기 렌즈는 제1 초점 영역과 빔 번들의 방사가 없는 중앙 영역이 충분히 커서 공동 거울이 존재 할 수 있는 거리에 정렬되고, 상기 거울은 빔 번들이 차단되는 부분이 없도록 정렬되는 기능을 위하여 제1 공진 거울로서 기능을 한다. 그러므로 상기 빔 번들이 공진 유닛 내에서 시작하는 것에 의하여 상기 집광 렌즈 위를 완전하게 진행하는 경우, 제1 공진 거울이 이러한 빔 번들에 영향을 미치지 않게 된다. 제1 집광 렌즈는 작업이 이루어지는 소재, 예를 들어 유리판의 상호 작용 체적 내로 방사를 집중시킨다. 수 mm의 두께를 가질 수 있는 상기 소재의 바로 뒤에 중앙 홀(central hole)을 가진 거울이 정렬된다. 상기 거울은 빔 번들을 다시 발산시키는 소재 뒤에서 손실이 없는 상태가 되도록 하기 위하여 충분히 커지도록 한다. 빔 번들은 중앙 홀을 가진 상기 거울과 일정한 거리에 정렬된 하나의 초점 거울 위에서 만나고, 상기 일정한 거리는 한편으로는 상기 초점 거울 위에 다시 충분히 큰 방사가 없는 중앙 영역이 제2 공진 거울의 기능을 하는 추가적인 공동 거울을 위치시키는 것이 가능한 추가적인 광 경로 상에 존재하도록 하고, 다른 한편으로 초점 거울의 곡률 반지름의 적당한 선택에 의하여, 도달되어 이제 다시 거울들을 향하여 초점 거울에서 반사하여 다시 되돌아 진행하는 수렴하는 빔 번들이 거울에 의하여 완전하게 반사되어 전체적으로 제2 공진 거울의 근처에서 거울과 제2 공진 거울 사이에 위치하는 제 3의 초점 영역에 집광이 되는 그러한 거리가 된다. 빔 번들은 상대적으로 작은 직경을 가진 두 번째 공진 거울과 만나고, 상기 두 번째 공진 거울의 곡률 반지름은 방사가 계속하여 소재 내의 상호 작용 체적 내에서 초점이 만들어 지도록 형성된다. 이미 두 번째 공진 거울에 반사한 후 매우 약해진 빔 번들은 소재에서 두 번째로 확산이 되고 그리고 제 1 공진 거울을 향하여 진행한다. 제1 공진 거울의 곡률 반지름은 여러 번 반사가 발생할지라도 정확하게 제3 초점 내에서 반사가 계속 발생하는 그러한 방법으로 변형된다. 위와 같은 것을 이용하여 빔 번들은 제1 공진 장치 순환의 초기 조건이 다시 주어지는 그러한 방법으로 제2 공진 거울과 만나고, 단지 감소된 빔 번들 직경을 가진다. 위와 같은 방법으로 본 발명에 따른 장치는 공진 유사 효과의 과제를 해결하고, 즉 소재 내에 있는 상호 작용 체적에 의한 복수 번의 방사 진행의 과제를 해결한다. 빔 번들 그 자체는 방사 부분이 다시 방사 공급원으로 되돌아 가는 것이 없이 소재 내에서의 흡수에 의하여 진행 과정 자체에서 소멸이 된다.

정렬의 효율성, 즉 소재 내에서 단지 본질적으로 불가피한 손실, 특히 광학 장치에서 흡수, 굴절 손실 및 실시예에 의한 손실에 의하여 방사 공급원에 의하여 제공된 유입 에너지에 대한 처분된 방사 에너지의 관계 및 조절 에러가 결정되고 그리고 또한 상대적으로 낮은 흡광성를 가진 물질(일회 진행 마다 10%보다 더 작은 흡광성을 가진)은 50% 이상이 된다.

상업적으로 이용가능한 기술된 빔 번들 방사 장치를 이용하여, 소재를 관통하는 빔 번들의 홀수 번의 통과로 후속되는 각각의 첫 번째 통과에도 불구하고, 빔 번들은 소재 내부(제2의 초점), 이로 인한 실질적인 상호 작용 체적 내에 초점이 형성되지 않고, 소재 근처에서 (제 3 초점 영역 내에서) 초점이 형성되고, 이는 단지 이러한 방법으로만 제1 및 제2 공진 거울 사이의 안정된 공진 실행이 성취될 수 있기 때문이다. 이러한 것은 그러나 대부분의 적용을 위하여 불리한 것이 아니며, 특히 이는 통로로부터 통로까지 빔 번들 직경이 더 작게 될 수 있고, 그리고 각각의 경우에 광학 파라미터를 적당한 규모로 만드는 것을 이용하여 그것의 크기가 1 mm 또는 그 이하로 만들 수 있기 때문이다. 날카롭지 않게 초점이 형성된 방사 부분은 심지어 매우 유리하게 어떤 작업의 과제에 그 자체로서 영향을 미칠 수 있고, 이는 그들이 가열 냉각(annealing) 및/또는 온도 기울기 감소 효과를 가질 수 있기 때문이다.

문제를 발생시키지 않고 공진 유닛의 기하학적 형태가 또한 변형될 수 있고, 이로 인하여 최적의 조절이 소재 특성, 특히 흡수 행위 및 가능하다면 요구되는 처리 절차에 대하여 이루어질 수 있다. 이로 인하여 제1 공진 거울의 초점 거리는 예를 들어 두 번째 공진 거울로 입사하는 빔 번들이 다시 상호 작용 체적 내부로 초점이 만들어 지고, 이로 인하여 특별히 그 자체로서 되돌아 진행하도록 하는 방법으로 선택될 수 있다. 두 번째 공진 거울에서 반사 후에, 상기 거울 및 초점 거울은 다음 단계로 네 번째로 초점이 만들어진 소재를 통과한다. 만약 흡수가 충분히 낮지 않다면(>= 20%), 그때에는 방사 에너지의 대부분은 이미 작업 영역 내에서 처분된다. 만약 아무런 특별한 예방 조치가 취해지지 않는다면, 상호 작용 체적 내에 흡수되지 않는 잔여 방사는 방사 공급원으로 되돌아가 결합할 수 있다. 그러나 이러한 문제는 상대적으로 간단하게 해결될 수 있고, 그에 의하여 예를 들어 빔의 공급원과 빔 형성 유닛 사이에 빔 경로 내에 어떤 빔 분리 유닛(a radiation uncoupling unit)를 설정하는 것에 의하여 쉽게 해결되고, 이로서 실질적으로 되돌아 가는 빛은 완전하게 제거한다. 그러나 이러한 효과적인 기능은 방사 공급원으로부터의 선형 편광이 되는 방사를 필수적으로 전제로 한다. 빔 분리 유닛은 아래와 같은 기능을 한다: 첫째로 방사 공급원으로부터의 입사하는 선형 편광된 방사는 모든 통로에게 조정되는 편광기(a polarizer)를 통과한다, 즉 광선 빔은 단지 최소한의 손실만을 겪는다. 이후 방사는 λ/4 격자 판에 의한 통로를 이용하여 원형으로 편광이 된 방사로 변형된다. 이러한 변형은 필요하거나 또는 적어도 다양한 응용을 위하여 의미를 가지며, 이는 원형으로 편광된 방사를 사용하는 것을 이용하여 레이저 재료 공정을 위하여 처리 결과의 원하지 않는 방향성이 방지되도록 하기 때문이다. 상기 원형 편광은 빔 번들 경로 위에서 크게 유지되고, 또한 되돌아 가는 빔 번들 부분은 여전히 이러한 특성을 가진다. 조사된 전자기 방사 필드와 반대되는 약 90도 회전된 편광 평면으로서 원형 편광된 것으로부터 다시 선형 편광된 빛으로 진행하도록 상기 λ/4 판이 편광 벡터를 회전시키는 것을 유지한다는 결과로부터 빔 번들은 반대 방향으로 이제 빔 분리 유닛을 통과한다. 일반적으로 가장 유리한 조건을 가진 위치는 강도(intensity), 빔 번들 직경 및 강도의 분포를 고려하여 주어진 광학 파라미터를 이용하여 광(光)축을 따라 소재를 이동시키는 것(shifting)에 의하여 본 발명에 따른 정렬을 하는 과정에서 상대적으로 멀리 있는 경계 내부에서 자유롭게 선택될 수 있다.

이것은 예를 들어 균열 틈(shatter crack)에 의하여 유리와 관련된 분리 작 업의 경우 중요한 선택이 된다. 특히, 이러한 과제를 설정하기 위하여 균열의 시작(starting tear)의 생성이 필요할 수 있다. 그러나, 본 발명을 아래와 같은 3 가지 가능성을 제공한다.

1.) 작업자는 연속작업 뿐만 아니라 강하게 초-상승이 된 (super-elevated) 날카로운 끝을 가진 파열 모드 (burst mode)가 가능하도록 (예를 들어 레이저의 회로 성질에 의하여) 방사 공급원을 선택하고, 처리 공정이 시작되는 시점에서는 체적 초점 내에서 임펄스를 이용하여 목적으로 하는 미세 한 소재 구조의 균열이 만들어 질 수 있도록 방사 공급원을 선택한다. 이후, 상기 방사 공급원은 정상 상태로 교환이 되고 그리고 원하는 방법, 즉 소재에 의하여 균열 틈(shatter crack)으로 규정된 분리 공정의 목적을 가진 초기 균열이 활성화 된다.

2.) 본 발명에 따른 장치는 초점과 소재에 대한 상대적인 위치의 빠른 변화가 문제없이 가능하도록 하고, 그것은(연속적으로 작동하는 방사 공급원을 이용하여) 예를 들어 처리의 시작단계에서 소재가 정확하게 초점에 위치하도록 하는 방법으로 진행될 수 있다. 보다 충분한 방사 전력을 이용하여, 다음 단계로 필요한 물질 구조의 보다 미세한 파괴를 파악하고, 이와 같이 초기 균열이 만들어진다. 융해와 증발이 바람직하지 않는 보다 진전된 취급을 위하여, 분리를 위한 최적 강도(intensity) 조건이 균열 틈에 의하여 도달될 때까지 소재는 초점 범위로부터 보다 멀리 초점 범위로부터 멀어진다.

3.) 만약 초기 균열의 생산 또는 마찬가지로 복잡한 소재 모듈을 가진 정확한 외관 디폴트의 목적을 가진 그러한 초기 점의 결과에 대하여 추가적인 방사 공급원을 사용한다면, 유연한 변형체가 발생한다. 이것은 바람직하게는 펄스화가 된 레이저가 되어야 한다. 바람직한 실시 형태에서 편향을 시키는 거울이 정렬될 수 있고, 예를 들어 소재 앞에, 이것은 (입사하는 제1 집광 렌즈의) 실질적인 방사 투명성을 위한 것이며, 이것은 그러나 완전하게 두 번째 레이저의 방사를 반사한다. 상기 두 번째 레이저는 소재 위에 날카롭게 초점이 잡힌 편향 거울에서 90도 이상 우회되도록 방향이 만들어진다. 상기 추가적 방사 공급원 및 그들의 방사를 위한 초점 광학 기기는 그에 의하여 주요 광 경로에 바깥으로 경사진 형태로 정렬된다. 적당한 조절 장치에 의하여, 예를 들어 처리 과정에서 또한 작동 상태가 될 수 있는 작동기(actuators)가 가능하다, 날카로운 초점 및 실질적인 상호 작용 체적 사이의 가장 필요한 상대적인 위치를 서로 다르게 조정하는 것이 가능하다. 이로 인하여 처리 공정 과정에서 균열 틈의 방향이 목적이 될 수 있다.

작은 TEA-CO2-레이저로서 Nd:YAG- 또는 다이오드 레이저에 의하여 유리 분리 작업은 그 자체로서 추가적 방사 공급원을 제공하고, 유리 작업일의 방사는 강하게 흡수된다. 가스 프루브의 표면 위에 날카롭게 초점이 맞추어진 그러한 레이저의 펄스는 이때 필요한 초기 균열을 만들기 위하여 충분하다.

본 발명에 따른 장치를 위하여, 본 명세서에서 단지 언급된 새로운 장치는 그러나 정확하게 여기에서 기술된 것만을 개시하기 위한 것은 아니다. 이로 인하여 비선형 광학 결정이 예를 들어 제2 초점의 영역 내에 정렬될 수 있고, 그것의 도움으로 최초 빔 번들의 보다 높은 조화를 이룬 것들이 만들어 진다. 공진 장치 정렬 및 이로 인한 제3 초점 영역에서의 상대적으로 높은 강도(intensity)로 인하여 높은 붕괴 비율이 가능하다. 이러한 방법으로 작업자는 소재 위에 방사의 주 파장 및 보다 높게 조화된 파장을 이용하여 작업할 수 있고, 이것은 유리한 효과에 이르도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 공진 유닛과 결합된 본 발명에 따른 빔 형성 유닛이 매우 상세하기 기술되었고, 그것과 함께 제1 공진 거울이 방사가 없는 중앙 영역에 위치한다. 빔 형성 유닛의 다른 사용을 위하여 다른 광학 장치가 이러한 제1 공진 거울 대신에 정렬될 수 있다. 예를 들어 편향 거울이 상기 위치에 설치될 수 있고, 이러한 거울은 반 투과 거울이 아니지만, 높은 반사 코팅을 이용하여 입사하는 방사를 가장 높게 반사하다. 이러한 방법으로 여러 빔 번들의 이러한 손실이 없는 겹침은 방사 손실이 없도록 해결될 수 있다.

도 1은 엑시콘에 의한 빔 궤적(이 분야의 기술 수준)을 도시한 것이다.

도 2는 집광 렌즈 및 엑시콘에 의한 빔 궤적((이 분야의 기술의 수준)을 도시한 것이다.

도 3은 두 개의 엑시콘 및 집광 렌즈를 포함하는 빔 형성 유닛에 의한 빔 궤적을 도시한 것이다.

도 4는 도 3에 따른 빔 형성 유닛의 뒤쪽에 방사 콘의 전파를 도시한 것이다.

도 5는 상세한 광 경로를 가진 공진 유닛을 도시한 것이다.

도 6은 방사 공급원, 빔 형성 유닛 및 광진 장치 유닛을 가진 전체 형태를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 빔 분리 유닛을 도시한 것이다.

도 8은 균열 생산을 시작하기 위하여 추가적 방사 공급원을 따른 공진 유닛을 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 제1 엑시콘, 2 : 초점 렌즈, 3 : 제2 엑시콘,

4 : 빔 형성 유닛 5 : 공진 유닛, 6 : 방사 공급원

8 : 제1 초점 9 : 광 축

10 : 빔 링 12 : 집광 렌즈 13 : 제1 공진 거울

14 : 소재 15 : 제2 초점 16 : 구멍

17 : 거울 18 : 초점 거울 19 : 제2 공진 거울

20 : 제 3 초점 21 : 공진 유닛

22 : 빔 분리 유닛 23 : 편광기

24 : λ/4-판 25 : 편향 유닛

26 : 렌즈 27 : 추가적 방사 공급원 28 : 추가적 초점 29 : 조정 장치

δ1 : 제1 엑시콘의 원추각 δ2 : 제2 엑시콘의 원추각 a : 거리

본 발명에 따른 장치는 기본적으로 방사 공급원(6), 빔 형성 유닛(4) 및 공진 유닛(5)을 포함하고, 그에 의하여 빔 형성 유닛(4) 내에 있는 두 개의 삽입된 엑시콘이 중심적인 기능을 가진다. 본 발명의 간단한 이해를 위하여 도 1은 원추 각(cone angle;δ1)에 의하여 특징지워지는, 각 엑시콘(1)의 기본적인 기능을 예시한다. 약간 확산되고(divergent), 회전, 예를 들어 가우스(gauss) 또는 장방형(천정을 가지는) 광도 단면(intensity cross section)에 대하여 대칭인, 입사빔 번들은 상기 제1 엑시콘(1)의 빔 형성 측면(원추형 표면)에 직각으로 그리고 정확하게 중심방향으로 조사된다. 원추형 표면에서의 굴절의 결과로서, 빔은 발산 링(divergent ring)으로 제1 엑시콘(1)을 통과한다. 중앙 빔(점선으로 표시됨)은 광(光)축(9)(일점쇄선으로 표시됨) 위에 놓여 있는 하나의 점을 가로지르고, 빔 번들(bundle)의 회전에 대한 대칭이 항상 고려되어야 한다.

도 2는 종래기술에서 알려진 제1 엑시콘(1)의 전형적인 사용, 예를 들면 링초점(ring focus)을 생성하기 위한 장치를 보여준다. 이러한 목적을 위하여, 도 1에서 제1 엑시콘(1)에 조사되는 것과 같은 빔 번들(beam bundle)에서 수렴성(convergent) 빔 번들을 형성하기 위한 초점 렌즈(2)가 상기 제1 엑시콘의 전방에 배치된다. 도 1과 관련하여 이미 기술한 바 있는 제1 엑시콘(1)의 효과로 인하여, 수렴성 링 빔은 빔이 이 제1 엑시콘(1)을 통과한 후에 결과물로 생성된다. 이 링 빔의 중앙 광선들은 제1 엑시콘(1)의 광축(9)상의 한 점에서 다시 교차한다. 링 초점 또는 집중된 빔 링(10)은 초점 렌즈(2)의 초점 길이에 따라 정해진 평면에 형성된다. 초점 렌즈(2)의 파라미터 및 제1 엑시콘(1)의 파라미터에 관계없이, 중앙 광선 및 링 초점의 교차점들은 항상 서로에 대하여 거리 a를 가진다.

그러나, 본 발명에 따른 장치의 기능을 위하여, a는 0에 접근하는 것이 필요하다. 이 것은 단지 집중된 빔 링(10)이 중앙 광들의 교차점과 일치하는 초점으로 후퇴하는 것을 의미한다. 이러한 첫째 요구조건은, 이 초점 이후의 방사없는 중앙 영역에 빔이 확산 링(divergent ring)으로 다시 발생하여야 하는 두번째 요구 조건과 관련하여, 도 3에 도시된 바와 같이 전방의 제2 엑시콘(3)의 발명적 장치에 의해 획득될 수 있다.

제 1엑시콘(1), 초점 렌즈(2) 및 제2 엑시콘(3)은 후술될 공진 유닛(5) 및 방사 공급원(6)과 함께 공동으로, 공통의 광 축(9)상에 배치된 빔 형성 유닛(4)를 형성하고, 본 발명에 따른 장치를 결정한다. 본 발명의 전체적인 장치는 도 6에 도시되어 있지만 기본적인 구성요소, 즉 빔 형성 유닛(4)는 도 3에서 설명하고 공진 유닛(5)은 도 5에서 설명된다.

원추각 δ2를 가진 제2 엑시콘(3)은, 도 1에서 보다 자세히 기술된 바와 같이, 다음과 같은 사항을 보장한다. 첫째, 입사 빔 번들이 미리 링형으로 초점 렌즈(2)에 조사되어, 초점 렌즈(2) 이후에 수렴하는 빔 번들이 링 형상으로 제1 엑시콘(1)에 방사없는 중앙 영역으로 조사하도록 입사 빔 번들이 예비 형성되고, 둘째, 입사 빔 번들이, 앞에서 설명한 후자의 효과에 의해, 수렴형 링 형상의 전체 빔 번들이 제1 엑시콘(1)의 뒤쪽에 소정의 거리를 둔 제1 초점(8)에서 집중되도록, 최종적으로 방해되고, 그리고 셋째, 입사 빔 번들이 궁극적으로 점차 확장하는 방사없는 중앙 영역을 가진 확산성 빔 링(10)으로 확장된다. 제1 엑시콘(1)의 원추각(δ1)과 제2 엑시콘(3)의 원추각(δ2), 및 서로에 대한 상대거리, 초점 렌즈(2)들에 대한 거리는, 원하는 빔 경로가 생기도록 초점렌즈(2)의 초점 길이에 따라 정해진다.

제1 초점(8)에서 모든 빔의 공통 교차 후에 빔 번들의 전파는 다시 도 4에 도시가 되어 있다. 이미 기술된 것처럼, 제1 초점(8)의 시작 점은 넓게 퍼지는 빔 번들의 발산을 가지는 원형이 된다. 각각의 경우 빔 번들이 광학적 시스템 내에서 중앙과 가장 자리의 단면으로 제시되었던 앞의 도면들과는 달리 도 4에서는 광(光)축(9)에 수직인 단면적 내에서 원형의 빔 번들이 표현된다. 빔 번들은 방사가 없는 중앙 영역을 가진 빔 링(10)으로서 이러한 단면적 내에 도시가 되었다.

도 5는 집광 렌즈(12), 제1 공진 거울(13), 구멍(hole)을 가진 거울(17), 초점 거울(18) 및 제2 공진 거울(19)을 포함하는 공진 유닛(5)의 기본적인 구조를 도시한 것이다. 구성요소들의 각각에 대한 배열과 작동은 기술되어 질 것이다.

공진 유닛(5)은 방사 방향을 따라 빔 형성 유닛(4)의 하류(downstream)에 배치되고, 집광 렌즈(12)와 제1 공진 거울(13)을 포함하는, 공진 유닛(5)의 제1 중간 조립체는, 빔 링(10)이 완전히 집광 렌즈(12)위에 놓이고 제1공진 거울(13)은 방사없는 중앙 영역에 완전히 놓이게 되도록, 제1 초점(8)에서 일정한 거리를 두고 배치된다. 집광 렌즈(12) 및 제1 공진 거울(13)은 반드시 하나의 평면 내에 위치할 필요가 없다(이 분야의 통상의 지식을 가진 자는 광학적 이미징 요소들이 하나의 평면에 놓이게 된다고 말할 때, 그 평면은 주 평면을 의미하는 것으로 이해한다). 집광 렌즈(12)는 소재(14)의 표면 위 및/또는 소재(14)의 체적(상호 작용 체적) 내에 링 형의 빔 번들을 집중시키고; 소재에 대한 제2 초점(15)의 최적 위치는 작업에 의존한다. 빔 번들이 소재를 통과하여 제1 부분 흡수 후에 빔 번들은, 빔 번들을 통과시킬 정도의 정밀한 크기의 거울(17)내의 구멍(16)(빔 번들은 이 구멍을 통과한 후 다시 수렴한다)을 손실없이 통과한다. 상기 구멍(16)을 거울(17)에 가능한 작게 유지하기 위하여, 거울(17)은 소재(14)의 뒤쪽에 짧은 거리로 떨어져 위치한다. 빔 번들이 그 경로를 따라 계속 나아 가다가, 제2 초점(15)의 후방에 공작물로부터 충분한 거리를 두고 위치한 초점 거울(18)에 충돌하여, 제2 공진 거울(19)을 위치시키기에 충분한 크기의 직경을 가진 방사없는 중앙 영역이 이 경우 제공된다. 상기 제2 공진 거울(19)은 초점 거울(18)에 견고하게 부착되거나 또는 장치의 조정에 대한 추가적인 자유도를 확보하기 위하여 자유로이 조절될 수도 있다. 후자의 경우, 초점 거울(18)은, 필요한 경우 경사지거나, 초점 거울(18) 뒤쪽, 즉 전체 빔 경로의 외측에 배치된 적당한 조정 유닛(21)에 의해 광축(9)을 따라 배치될 수 있도록 충분하게 큰 구멍을 가져야 하고, 그 결과 후자에 영향을 ㅂ다지 않는다. 이러한 것은, 제1 공진 거울(13)과 제2 공진 거울(19)에 의해 형성되는 실제 공진 장치의 민감한 조정을 가능하게 한다.

초점 거울(18)에서 반사가 된 후 계속 진행되는 빔 번들의 진행은 거울(17)의 중요한 기능을 명확하게 만든다. 상기 거울(17)은 상기 거울이 초점 거울(18)로부터 다시 제3 초점(20) 내부로 다시 수렴하도록 입사하는 빔 번들을 조정함에 따라 그 한도 내에서 공진 장치의 기능을 제공한다. 상기 거울(17)은 반드시 평면 거울일 필요가 없지만, 그러나 만약 필요하다면, 예를 들어 만약 상기 거울(17) 및 초점 거울(18) 위에 제3 초점 영역에서 방사를 통합하는 집광 작용을 하는 것이 바람직할 때, 광학적으로 효과적인 곡률을 가질 수 있다. 제2 공진 거울(19) 앞쪽에 상대적으로 짧은 거리로 배치되는 제3 초점(20)은 공진 장치를 위한 중심적인 역할을 한다. 빔 번들이 소재(14)의 상호작용 체적안에 두번째로 집중되고 제2 부분 흡수 이후에 좁은 빔 번들로서 제1 공진 거울(13)을 만나도록, 제2 공진 거울(19)의 초점 길이 및 제3 초점과의 거리는 정해진다. 만약 빔 번들이 소재(14)를 세 번째로 통과한 후 정확히 제3 초점(20) 다시 모이게 되도록 상기 초점 길이가 선정되는 경우, 공진 장치의 본래 기능을 위한 조건, 즉 여러 번 방사가 두 개의 공진 거울(13, 19) 사이를 빈번하게 왕복하여 통과하는 조건을 충족하게 된다. 소재(14)를 매번 통과하는 동안에 일어나는 흡수의 결과, 비록 그 흡수가 적더라도, 빔 번들이 소멸하고, 유용한 방사 출력이 기계 가공된 소재에 실질적으로 축적된다.

본 발명에 따른 장치의 이와 같은 바람직한 구조에 의한, 실질적인 두 번째 장점은 빔 요소들이 방사 공급원(6)으로 되돌아 가는 것을 완전히 방지하여, 방사 공급원(6)을 분리하기 위한 특수 도구들이 생략될 수 있다는 것이다.

본 발명에 따른 장치의 제2의 바람직한 실시예에서, 빔 번들은 소재(14)를 매번 통과하는 동안에 소재의 상호 작용 체적을 감소시키고 보다 더 집중되게 에너지를 도입하도록, 소재의 상호 작용 체적 내에 집중된다. 이러한 목적을 위하여, 제1 공진 거울(13)의 초점 길이는, 빔 번들이 제3 초점에서 집중되지 않고, 오히려 제2 초점(15)에 있는 소재에 세번째로 집중되게, 선택되어야 한다. 그러나 이러한 장점은, 공진 장치의 기능을 위한 기본적인 조건이 더 이상 충족되지 않으므로, 흡수되지 않은 잔류 방사가 방사 공급원(6) 쪽으로 되돌아 가는( 공작물을 4번째 통과) 점에서 비용을 들여 얻어진다. 따라서, 이 경우, 도 7에 예시되어 있는 것처럼 특별한 분리 유닛(decoupling unit 22)이 방사 공급원(6)의 뒤쪽에 방사 방향으로 설치되어야 한다.

도 7에서 제시된 빔 분리 유닛(22)은 방사 공급원(6)이 선형으로 편광된 전자기 방사를 전송하는 것을 요구하는 데, 이러한 것은 대부분의 레이저 장치에 적용되는 것이다. 도 7에서, 편광 평면은 도 7의 평면에 놓여 있는 것으로 가정한다. 이 방사는 편광기(23)를 통과하고, 이 방사는 실질적인 손실 없이 통과하기 위하여 조정되고 편광기(23)의 바로 뒤쪽에 배치된 λ/4 판(24)상에 조사된다. 이것은, 연속하는 빔 경로의 방향으로 진행하는 원형 편향 빔 번들이 원래 선형적으로 편광된 빔 번들에서 생기도록, 편광에 영향을 미친다. 소재(14)를 반복적으로 통과한 후에 되돌아 가는 빔 번들은 실질적으로 동일한 편광 특성, 즉 여전히 원형으로 편광되는 특성을 유지한다, 만약 빔 번들이 진행의 반대 방향에 있는 λ/4 판(24)에 조사된다면, 편광 상태는, 원형 편광 빔이 다시 선형으로 평광되지만 원래의 빔 번들에 대하여 90도로 회전한 편광 평면으로 되도록 변경된다. 그러나, 도면의 평면 에 대하여 수직으로 편광된 방사를 위하여, 편광기(23)는 여전히 차단 방향에 위치하여, 상기한 방사가 통과되지 않게 되고 방사 공급원(6)으로 결합될 수 없다.

세 번째 바람직한 실시예가 도 8을 참조하여 상세하게 설명된다. 도 6에 도시된 첫 번째 실시예와 대조적으로, 편향 유닛(25)이 집광 렌즈(12)와 소재(14) 사이에 설치된다. 렌즈(26)에 의해 집중되는 추가적 방사 공급원(27)의 방사는 이 편향 유닛(25)에 의해 전체 장치의 빔 경로안으로 결합된다. 이러한 추가적인 방사는 유리를 절단할 때 초기 균열(starting crack)의 생성을 위하여 제공된다. 상기 추가적 방사 공급원(27)은 바람직하게 TEA-CO2 레이저가 될 수 있고, 이 레이저는 고 펄스 출력 및 고 펄스 에너지를 가진 펄스화된 방사가 렌즈(26)에 의해 소재(14)에 첨예하게 집중된다. 편향 유닛(25)은 상기 추가적 초점(28)이 상호 작용 체적의 위치에 대하여 소망하는 위치에 정확하게 놓이는 것을 보장한다. 추가적 초점(28)을 위한 바람직한 위치로 조정하기 위하여, 편향 유닛(25)이 조절 장치(29)와 결합된다. 편향 유닛(25)은 바람직하게 평평한 평행 판으로 구성될 수 있고, 이것은 코팅이 되어 입사하는 방사 공급원(6)의 전자기 방사를 완전히 투과하게 하고 그리고 추가적 방사 공급원(27)의 방사를 완전하게 반사할 수 있도록 한다. 편향 유닛(25)은 또한 추가적인 방사 공급원(27)의 빔을 위한 단순한 거울(17)로 될 수도 있고, 초기 균열의 생성을 위하여 빔 경로에 삽입되거나 겹쳐지며, 소재의 실제 기계가공, 초기 균열이 생성되는 경우에 절단을 포함하는 것에 앞서, 빔 경로에서 다시 제거된다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 본 발명은 초점 렌즈(2)와, 상기 초점 렌즈(2)와 함께 공통 광(光)축(9) 위에 정렬되고 그리고 원추형 광학 표면이 상기 초점 렌즈(2)를 향하는 추가적인 제1 엑시콘(1)에 의하여 원형의 빔 번들을 형성하기 위한 빔 형성 유닛에 있어서, 초점 렌즈(2)의 전방에 초점 렌즈(2)의 원추형 광학 표면을 가진 제2 엑시콘 렌즈(3)가 광(光)축(9) 위에 멀어지는 방향으로 정렬되고, 그리고 초점 렌즈(2) 및 엑시콘(1, 3)의 파라미터 뿐만 아니라 이들 서로 사이의 거리는 제 2 엑시콘(3) 앞에 위치하는 광(光)축(9) 위의 방사 공급원(6)으로 오는 빔 번들이 상기 빔 형성 유닛(4)을 통과한 후에 제 1초점(8)에서 초점이 만들어 진 후 방사가 없는 중앙 영역을 가진 원형의 빔 번들으로 발산하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 방사 공급원(6) 및 하나의 공진 유닛(5), 전체적으로 그 사이에 소재(14)가 고정된 제1 공진 거울(13) 및 제 2 공진 거울을 이용하여 낮은 흡광도를 가지는 물질로부터 상기 소재 내부(14)로 방사 에너지를 유입시키기 위한 장치에 있어서, 상기 공진 유닛(5)은 청구항 1에 따른 빔 형성 유닛(4)의 앞쪽에 정렬되고 그리고 제1 공진 거울(13)은 제1 초점(8)의 뒤쪽에서 방사가 없는 중앙 영역에 위치하고 그리고 집광 렌즈(12)가 상기 제1공진 거울(13)을 둘러싸고 그리고 상기 소재(14) 내로 입사하는 빔 번들은 제2 초점(15)에서 초점이 형성되고, 그리고 초점 거울(18)에 의하여 둘러싸인 제2 공진 거울(19)은 제2초점(15) 뒤쪽에서 방사가 없는 중앙 영역에 위치하여 초점 거울(18)과 소재(14) 사이에 정렬되고 그리고 제2 공진 거울(19) 위로 빔 번들이 반사되도록 하는 거울(17)에 반사된 제2 초점(15)으로부터 입사하는 발산하는 빔 번들은 수렴하는 빔 번들으로 형성되고, 상기 거울(17)은 충분히 크게 직선형태로 된 구멍(16)을 포함하고 있어 제2 초점(15)으로부터 입사하는 빔 번들이 통과할 수 있고 그리고 상기 초점 거울(18)을 향하여 진행하는 빔 번들에 영향을 미치지 않고 그리고 제2 공진 거울(19)에서 반사되어 제1 공진 거울(13)에 입사하여 소재(14) 내로 재-반사가 되기 전에 두 번째로 소재(14) 내에 있는 제2 초점(15)에서 초점이 형성되는 빔 번들이 영향을 받지 않고 통과할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 제2 공진 거울(19) 및 초점 거울(18)의 파라미터는 상기 초점 거울(18)로부터 반사된 빔 번들이 제2 공진 거울(19)에 도달하기 전에 제3 초점(20)에서 초점이 형성되고, 상기 제3초점(20)은 제2초점(15)의 안쪽으로 제2 공진 거울(19) 위쪽에 형성되고, 그리고 제1 공진 거울(13)의 파라미터는 제2 초점(15)으로부터 상기 제1 공진 거울(13)로 입사하는 빔 번들이 상기 제3 초점(20) 내부에 초점이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 제2 공진 거울(19) 및 초점 거울(18)의 파라미터는, 두 번째로 제2 공진 거울(19) 위에서 반사한 후 중간 초점의 형성이 있거나 또는 없이 초점 거울(18)에서 반사된 빔 번들이 세 번째로 제1 공진 거울(13)에 반사되어 제2 공진 거울(19)에 반사된 후 제2 초점(15) 내부에 네 번째로 초점이 형성된 후에는 방사 공급원(6)과 빔 형성 유닛(4) 사이에 전방(前方)으로 정렬된 빔 분리 유닛(22)이 방사 공급원(6) 위로의 방사 부분의 피드백이 방지되도록, 선택되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 또다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 방사 공급원(6)은 선형 편광된 빛을 방출하고 빔 분리 유닛(22)은 편광기(a polarizer)(23) 및 λ/4-판(24)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 초기 균열의 발생을 위하여 추가적 방사 공급원(27)이 설치되고, 상기 추가적 방사는 렌즈(26) 및 편향 유닛(25) 위에서 소재(14) 내부에 잠시 동안 초점이 형성될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 흡광성 물질로 구성된 소재(14)에 방사 에너지를 도입하는 장치로서, 방사 공급원(6)과, 제1 공진 거울(13) 및 제2 공진 거울(19)로 이루어지되 상기 공진 거울(13, 19)들 사이에 상기 소재(14)를 배치한, 공진 유닛(5)를 포함한, 소재(14)에 방사 에너지를 도입시키는 장치에 있어서,

   상기 공진 유닛(5)의 앞쪽에, 초점 렌즈(2)와 초점렌즈(2)의 뒤쪽에 배치된 제1엑시콘(1)으로써 환형의 빔을 형성하기 위한 빔 형성 유닛(4)가 배치되고,

   상기 제1엑시콘(1)은 공통의 광 축(9)상에 상기 초점 렌즈(2)와 함께 배치되고, 원추형 광학 표면은 상기 초점 렌즈를 향하게 되며,

   상기 초점 렌즈(2)의 앞쪽 광 축(9)상에는, 상기 초점 렌즈(2)에서 멀어지는 방향으로 향하는 원추형 광학 표면을 가진 제2 엑시콘(3)이 배치되고,

   상기 초점 렌즈(2)와 상기 2개의 엑시콘(1,3)들의 파라미터(parameters)와 상기 엑시콘들 사이의 거리는, 제2 엑시콘(3)의 앞쪽에 광 축(9) 상에 위치한 방사 공급원(6)에서 방사되어 빔 형성 유닛(4)를 통과하는 빔이, 제1 초점(8)에 집중된 후 확산되는 방사없는 중앙 영역을 가진 환형 빔으로 형성되도록 선택되고,

   상기 제1 공진 거울(13)은 상기 제1 초점(8)의 뒤쪽의 방사없는 중앙 영역에 위치하여 집광 렌즈(12)에 둘러싸여 있으며, 상기 집광 렌즈(12)는 제2 초점(15)에서 입사 빔 번들을 상기 소재(14)상에 집중시키며,

   상기 제2 공진 거울(19)은 제2 초점(15) 뒤쪽의 방사가 없는 중앙 영역에 위치하여 초점 거울(18)에 둘러싸여 있으며, 상기 초점 거울(18)은 제2 초점(15)에서 방사되는 확산 빔을 수렴 빔으로 형성하고 그 수렴 빔을 상기 초점 거울(18)과 상기 소재(14) 사이에 배치된 거울(17)위로 반사하며,

   상기 거울(17)은 구멍(16)을 가지고, 상기 구멍(16)은, 제2 초점(15)에서 방사되고 상기 초점 거울(18)의 방향으로 이동하는 빔이 영향을 받지 않고 통과할 수 있을 정도의 크기로 형성되고, 상기 제2 공진 거울(19)에 의해 반사되는 빔은 영향을 받지 않고 상기 구멍(16)을 통과하여 제2 초점(15)에서 상기 소재(14)에 두번 째로 집중되고나서 상기 제1 공진 거울(13) 상에 조사되고 다시 소재(14)로 반사되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제2 공진 거울(19)과 초점 거울(18)의 파라미터(parameters)는, 상기 초점 거울(18)에 의해 반사된 빔 번들이 제2 공진 거울(19)에 도달하기 전에 제3 초점(30)에서 초점을 형성하고 상기 제3 초점은 제2 공진 거울(19)에 의해 제2 초점(20)에서 형성되도록 선택되고,

   제1 공진 거울(13)의 파라미터(parameters)는, 제2 초점(15)으로부터 상기 제1 공진 거울(13)로 입사하는 빔 번들이 상기 제3 초점(20)에서 초점을 형성하도록 선택된 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제2 공진 거울(19) 및 초점 거울(18)의 파라미터는, 상기 초점 거울(18)에서 반사된 빔 번들이 제2 공진 거울(19)에서 반사된 후 중간 초점을 형성하거나 또는 형성하지 않고 제2 초점에 두번째로 초점을 형성하고, 제1 공진 거울(13)에서 반사된 후 세번째로 초점을 형성하고, 제2 공진 거울(19)에서 반복된 반사 후에 네번째로 초점을 형성하도록 선택되고,

   상기 방사 공급원(6)과 상기 빔 형성 유닛(4) 사이에, 방사 공급원(6)쪽으로 방사가 피드백되는 것을 방지하는 빔 분리 유닛(22)이 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 방사 공급원(6)은 선형 편광된 빛을 방출하고 상기 빔 분리 유닛(22)은 편광기(a polarizer)(23) 및 λ/4-판(24)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제2항에 있어서,

   소재에 초기 균열의 생성을 위하여 추가적 방사 공급원(27)이 설치되고, 상기 추가적 방사는 렌즈(26) 및 편향 유닛(25)에 의해 소재(14)에 집중될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.

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