KR20230020532A - 가공 광학계, 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

가공 광학계, 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 Download PDF

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다니엘 플람
율리안 헬스테른
요나스 클라이너
말테 쿠마르
마르셀 쉐퍼
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트룸프 레이저-운트 시스템테크닉 게엠베하
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Abstract

본 발명은 공작물 가공을 위한 가공 광학계(16)에 관한 것으로, 적어도 하나의 특히 펄스형 입력 레이저 빔(3)을 2개의 상이한 편광 상태 중 각각 하나를 갖는 적어도 2개의 부분 빔(5a, 5b)으로 분할하기 위한 복굴절 편광기 소자(1a, 1c)를 포함하는 편광기 배열체(7) 및 편광기 배열체(7) 뒤의 빔 경로에 배치되며 적어도 2개의 초점 구역으로 부분 빔(5a, 5b)을 포커싱하기 위한 포커싱 광학계(17)를 포함하고, 편광기 배열체(7)는 가공 광학계(16)의 광학 축(6)에 대해 부분 빔(5a, 5b) 중 적어도 하나의 부분 빔의 각도 및/또는 간격을 변경하기 위해 복굴절 편광기 소자(1a, 1c) 뒤의 빔 경로에 배치된 적어도 하나의 추가 광학 소자(8, 13)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 그러한 가공 광학계(16) 및 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 소스를 갖는 레이저 가공 장치, 및 가공 광학계(16)를 이용하여 공작물을 레이저 가공하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

가공 광학계, 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법
본 발명은 특히 극초단 펄스 레이저 소스를 이용한 공작물 가공을 위한 가공 광학계에 관한 것으로, 적어도 하나의, 특히 펄스형 입력 레이저 빔을 2개의 상이한 편광 상태 중 각각 하나를 갖는 적어도 2개의 부분 빔으로 분할하기 위한 복굴절 편광기 소자를 포함하는 편광기 배열체 및 편광기 배열체 뒤의 빔 경로에 배치되며 적어도 2개의 초점 구역으로 부분 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 광학계를 포함한다. 본 발명은 또한 이러한 가공 광학계를 구비한 레이저 가공 장치 및 가공 광학계를 이용하여 공작물을 레이저 가공하기 위한 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의, 특히 펄스형 입력 레이저 빔을 2개의 상이한 편광 상태 중 각각 하나를 갖는 적어도 2개의 부분 빔으로 분할하는 단계 및 가공 광학계의 포커싱 장치를 이용해서 공작물의 영역의 포커싱 구역에 부분 빔을 포커싱하기 위한 단계를 포함한다.
본 출원의 의미에서 상이한 편광 상태를 갖는 부분 빔이란 편광 방향이 서로 90°의 각도로 정렬되는 선형 편광된 부분 빔을 의미하는 것으로 이해된다. 그러나 상이한 편광 상태를 갖는 부분 빔이란 회전 방향이 반대인 원형 편광된 부분 빔, 즉 왼쪽 및 오른쪽으로 원형 편광된 2개의 부분 빔을 의미하는 것으로도 이해된다. 예를 들어 적절하게 배향된 지연판(λ/4-판)을 이용하여 편광 방향이 서로 수직으로 정렬된 선형 편광된 부분 빔을 회전 방향이 반대인 원형 편광된 부분 빔으로 변환하는 것이 이루어질 수 있다.
특히 레이저 절제, 레이저 절단, 표면 구조화, 레이저 용접, 레이저 드릴링 등의 공작물의 레이저 가공 시, 입력 레이저 빔을 서로 다른 위치에서 공작물에 부딪히거나 포커싱되는 다수의 부분 빔으로 분할하는 것이 바람직하다. 분할은 편광기 소자에서 이루어질 수 있으며, 이 경우 입력 레이저 빔으로부터 일반적으로 2개의 상이한 편광 상태 중 각각 하나를 갖는 2개의 부분 빔, 예를 들어 서로 수직으로 편광된 2개의 부분 빔이 출력 레이저 빔으로서 형성된다. 공간적으로 오프셋되거나 각도 오프셋을 갖는 다수의 입력 레이저 빔이 편광기 소자에 부딪히는 것이 가능하다. 이러한 경우에 입력 레이저 빔 각각은 2개의 서로 다른 편광 상태 중 하나를 갖는 한 쌍의 부분 빔으로 분할될 수 있다. 어떤 출력 부분이 2개의 부분 빔을 형성하는지는 입력 레이저 빔의 편광에 따라 다르다.
WO2015/128833A1호는 2개의 선형 편광된 부분 빔을 생성하기 위해 레이저 빔의 빔 경로에 배치된 편광 빔 오프셋 소자를 갖는 레이저 절단 헤드를 기술한다. 편광 빔 오프셋 소자는 레이저 빔의 발산 또는 수렴 빔 경로 섹션에 배치된다. 빔 오프셋 소자는 복굴절 물질로 형성될 수 있다. 포커싱하고 확대하는 광학계 및 포커싱 광학계 뒤의 빔 경로에 배치된 빔 오프셋 소자의 사용 시 포커싱 평면에서 2개의 부분 빔의 부분적인 중첩이 발생할 수 있다.
WO2015/5114032 A1호에는 입력 레이저 빔이 편광기에서 수직으로 편광된 2개의 부분 빔으로 분할되는 가공 광학계를 갖는 공작물 가공을 위한 레이저 가공 장치가 공개되어 있다. 가공 광학계는 제 1 부분 빔보다 제 2 부분 빔에 대해 더 큰 경로 길이를 갖고, 그 결과 제 2 부분 빔이 제 1 부분 빔보다 더 긴 통과 시간을 갖는다. 제 2 부분 빔의 적어도 하나의 기하학적 빔 특성은 제 1 부분 빔과 달리 변경된다. 변경된 제 2 부분 빔은, 2개의 부분 빔이 공통의 출력 레이저 빔을 형성하는 방식으로 제 1 부분 빔에 중첩된다.
WO2018/020145A1호는 펄스형 레이저를 이용하여 유전체 또는 반도체 물질을 절단하기 위한 방법을 설명하며, 상기 방법에서 레이저 빔은 2개의 부분 빔으로 분할되고, 상기 부분 빔들은 서로 일정 간격으로 오프셋된 2개의 공간적으로 분리된 구역에서 물질에 부딪힌다. 간격은 서로 오프셋된 2개의 구역 사이에서 미리 정해진 방향으로 진행하는 직선형 미세 균열을 물질 내에 생성하기 위해 임계값 미만의 값으로 조정된다. 2개의 부분 빔에서 베셀 빔(Bessel beam)의 형태로 물질에 공간 분포를 생성하기 위한 빔 형성이 수행될 수 있다.
WO2016/089799A1호는 입력 빔을 준-비회절 빔, 예를 들어 베셀 빔으로 변환하기 위한 빔 형성 광학 소자를 포함하는 펄스형 레이저 어셈블리를 이용하여 적어도 하나의 유리 상품을 레이저 절단하기 위한 시스템을 설명한다. 레이저 어셈블리는 또한 준-비회절 빔을 1㎛ 내지 500㎛로 서로 이격된 다수의 부분 빔으로 변환하기 위한 빔 변환 소자도 포함한다. 준-비회절 부분 빔 중 적어도 하나의 위상은 약 π/4 내지 2π에서 변위될 수 있다.
DE 10 2019 205 394.7호에 적어도 하나의 입력 레이저 빔을 서로 수직으로 편광된 한 쌍의 부분 빔으로 분할하기 위한 복굴절 편광기 소자 및 편광 소자 뒤의 빔 경로에 배치되며 부분 빔을 초점 구역으로 포커싱하기 위한 포커싱 광학계를 포함하는 공작물 가공을 위한 가공 광학계가 기술되고, 상기 가공 광학계는 서로 수직으로 편광된 부분 빔의 적어도 부분적으로 중첩하는 초점 구역을 생성하도록 구성된다. 가공 광학계는 초점 평면에서 미리 정해진 윤곽을 따라 적어도 부분적으로 중첩되는 복수의 초점 구역 쌍을 생성하도록 구성될 수 있으며, 바로 인접한 쌍의 서로 수직으로 편광된 2개의 부분 빔의 초점 구역은 적어도 부분적으로 중첩된다.
본 발명의 과제는, 가공 광학계의 광학 축에 대해 규정된 각도로 및/또는 위치에서 초점 구역으로 부분 빔을 정렬하는 것을 가능하게 하는 가공 광학계, 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 편광기 배열체가, 가공 광학계의 광학 축에 대해 부분 빔 중 적어도 하나의 부분 빔의 각도 및/또는 간격을 변경하기 위해 복굴절 편광기 소자 뒤의 빔 경로에 배치된 적어도 하나의 추가 광학 소자를 갖는, 전술한 유형의 가공 광학계에 의해 해결된다.
입력 레이저 빔을 상기 또는 단일 복굴절 편광기 소자에서 적어도 2개의 부분 빔으로 분할 시 경우에 따라서, 초점 구역으로 부분 빔을 포커싱할 때 생성되어야 하는, 가공 광학계의 광학 축에 대해 부분 빔의 간격 및/또는 정렬이 불가능할 수 있다. 이는, 하나의 동일한 편광기 소자를 이용해서 일반적으로 2개의 부분 빔의 서로에 대한 미리 정해진 공간- 및/또는 각도 오프셋과 가공 광학계의 광학 축과 관련해서 소정의 각도 및/또는 소정의 위치가 동시에 생성될 수 없기 때문이다. 두 가지를 모두 달성하기 위해, 복굴절 편광기 소자 뒤의 빔 경로에 적어도 하나의 추가 광학 소자를 배치하는 것이 제안된다.
일반적으로 입력 레이저 빔은 가공 광학계의 광학 축에 대해 평행하게, 특히 광학 축을 따라 복굴절 편광기 소자에 부딪힌다. 그러나 기본적으로, 편광기 소자 앞의 빔 경로에 배치된 하나 이상의 광학 소자를 사용하여 광학 축 대한 입력 레이저 빔의 정렬 및/또는 위치를 설정하거나 미리 결정하는 것도 가능하다.
이하 기재에 2개의 부분 빔으로 분할하기 위해 하나의 복굴절 편광기 소자를 갖는 하나의 편광기 배열체만이 설명되더라도, 원칙적으로 2개 이상의 복굴절 편광기 소자가 가공 광학계에 제공될 수도 있다. 예를 들어, 이 경우에 레이저 소스에 의해 생성되어 가공 광학계 내로 입사하는 레이저 빔은 2개 이상의 부분 빔으로 분할될 수 있으며, 상기 부분 빔 각각은 관련된 복굴절 편광기 소자에 대한 입력 레이저 빔이거나, 다수의 레이저 소스의 레이저 빔이 입력 레이저 빔으로서 사용될 수 있다.
실시예에서 편광기 소자는 상이한 편광 상태를 갖는 부분 빔들 사이의 공간 오프셋 및/또는 각도 오프셋을 생성하도록 구성된다. 일반적으로 복굴절 편광기 소자에서 입력 빔을 적어도 2개의 부분 빔으로 분할 시 2개의 부분 빔 사이의 측방향 오프셋(공간 오프셋) 및/또는 각도 오프셋이 생성된다. 복굴절 편광기 소자는 상이한 편광 상태를 갖는 2개의 부분 빔 사이에서 측방향 (공간-) 오프셋을 생성하거나 각도 오프셋을 생성하도록 또는 각도 오프셋과 공간 오프셋의 조합을 생성하도록 구성될 수 있다.
예를 들어 비편광 입력 레이저 빔 또는 규정되지 않은, 타원형 또는 원형 편광을 갖는 입력 레이저 빔의 경우 일반적으로 복굴절 결정 형태의 복굴절 편광기 소자에 의해 편광 성분으로 입력 레이저 빔의 의도한 공간적 분할이 가능해진다. 2개의 부분 빔으로 입력 레이저 빔의 출력 분할은 입력 레이저 빔의 편광에 따라 달라지거나 입력 레이저 빔의 편광의 선택에 의해 결정될 수 있다. 즉 입력 레이저 빔의 편광이 선형이거나 다른 선호 방향을 가지면, 예를 들어 타원형 편광의 경우, 일반적으로 2개의 부분 빔으로 입력 레이저 빔의 출력의 균일한 분할이 이루어지지 않는다.
입력 레이저 빔을 2개의 부분 빔으로 분할 시 분할 비율에 의도대로 영향을 미치기 위해 그리고 경우에 따라서 입력 레이저 빔을 2개의 부분 빔으로 분할을 활성화 또는 비활성화하기 위해, 예를 들어 지연판 형태의, 적절한 편광에 영향을 미치는 광학 소자에 의해 입력 레이저 빔의 편광에 영향을 미치는 것이 바람직할 수 있다. 입력 레이저 빔이 원형으로 편광된 경우, 유사한 출력 부분을 갖는 2개의 부분 빔으로 입력 레이저 빔의 출력의 분할은 가공 시(아래 참조) 경우에 따라서 존재하는 선호 방향의 각도와 무관하게 달성될 수 있다.
복굴절 편광기 소자의 구성에 따라 상이한 편광 상태를 갖는 2개의 부분 빔 사이의 잘 규정된 순수 공간 오프셋, 잘 규정된 순수 각도 오프셋 또는 규정된 공간 오프셋과 규정된 각도 오프셋의 조합이 생성될 수 있다.
공간 오프셋(각도 오프셋 없이)을 생성하기 위해, 복굴절 편광기 소자는 예를 들어 평행하게 정렬된, 일반적으로 평면인 빔 입사- 및 출사면을 가질 수 있다. 이러한 경우에 복굴절 결정의 광학 축은 일반적으로 빔 입사면에 대해 일정 각도로 정렬된다. 입력 레이저 빔이 빔 입사면에 수직으로 부딪히면, 빔 출사면에서 순수 공간 오프셋이 생성된다.
각도 오프셋(공간 오프셋 없이)을 생성하기 위해, 복굴절 편광기 소자는 빔 입사면에 대해 일정 각도로 기울어진 빔 출사면을 가질 수 있다. 이러한 경우에 복굴절 결정의 광학 축은 일반적으로 빔 입사면에 대해 평행하게 정렬된다. 이러한 경우에 2개의 부분 빔은 빔 출사면의 동일한 공간에서 규정된 복굴절 결정으로부터 각도 오프셋으로 출사된다.
공간- 및 각도 오프셋을 생성하기 위해, 복굴절 편광기 소자는 빔 입사면에 대해 일정 각도로 기울어진 빔 출사면을 가질 수 있다. 이러한 경우에 복굴절 결정의 광학 축은 일반적으로 빔 입사면과 빔 출사면에 대해 일정 각도로 정렬된다. 순수 공간 오프셋을 생성하는 복굴절 편광기 소자와 순수 각도 오프셋을 생성하는 복굴절 편광기 소자는, 각도 오프셋과 공간 오프셋을 모두 생성하는 여기에 설명된 복굴절 편광기 소자의 특수 경우이다.
추가 개선예에서, 편광기 소자는 상이한 편광 상태를 갖는 부분 빔들 사이의 각도 오프셋을 생성하도록 구성되고, 적어도 하나의 부분 빔을 추가 광학 소자는 광학 축에 대해 평행하게 정렬하기 위해, 광학 축에 대한 2개의 부분 빔 중 적어도 하나의 부분 빔의 각도를 변경하도록 구성된다. 광학 축에 대해 평행하게 부분 빔 중 (적어도) 하나의 부분 빔을 정렬하는 것은, 공작물의 가공 시 선호 방향을 변경하기 위해, 편광기 소자 또는 편광기 배열체가 광학 축을 중심으로 회전할 때, 특히 바람직하다. 그러한 정렬은, 회전축을 중심으로 편광기 소자의 회전 각도에 의존하는 이러한 부분 빔의 바람직하지 않은 오프셋을 방지하거나 부분 빔의 회전 시 광학 축을 중심으로 일정한 오프셋을 생성하는 것을 가능하게 한다.
개선예에서 추가 광학 소자는 광학적으로 등방성으로 구성되며, 편광기 소자는 바람직하게 공간 오프셋을 생성하지 않고 각도 오프셋을 생성하도록 구성된다. 이러한 경우에 추가 광학 소자는 바람직하게 쐐기형의 광학적 등방성 소자로서 구성된다. 이러한 경우에 쐐기형의 추가 광학 소자의 쐐기 각도는 일반적으로, 2개의 부분 빔 중 하나의 부분 빔의 각도 오프셋을 보상하거나 광학 축에 대해 2개의 부분 빔을 위한 각도 오프셋을 찾아내기 위해, 편광기 소자의 출사면의 쐐기 각도에 대해 조정된다. 일반적으로, 쐐기형의 추가 광학 소자의 쐐기 각도와 복굴절 편광기 소자의 쐐기 각도를 적절하게 매칭함으로써, 광학 축으로부터 평행하게 정렬된 부분 빔의 소정의 간격 또는 오프셋이 지정될 수 있으며, 이는 회전축을 중심으로 회전 시 유지된다.
서로 수직인 평면에 놓인 2개의 쐐기 각도를 갖는 쐐기형의 광학 소자를 사용함으로써, 포커싱 광학계를 통과한 후 생성되는 2개의 초점 구역에 복굴절 편광기 소자의 광학 축이 배치된 평면에 대해 또는 입사 평면에 대해 수직인 방향으로 추가로 (2개의 부분 빔에 대해 동일한) 각도가 부여될 수 있다. 포커싱 광학계에 의한 푸리에 변환 후에 부여된 각도는 초점 평면에서 공간 오프셋으로 변환된다. 편광기 배열체가 포커싱 광학계에 대해 적절한 간격에 있는 경우 2개의 부분 빔은 초점 평면에서 광학 축에 대해 평행하게 진행하고, 광학 축으로부터 동일한 간격으로 위치 설정될 수 있다.
개선예에서 편광기 배열체는, 2개의 부분 빔을 서로 평행하게 정렬하기 위해, 추가 복굴절 광학 소자를 포함하는 빔 오프셋 광학계를 구비한다. 예를 들어 쐐기형의 광학 소자로서 구성되고 추가 복굴절 광학 소자 뒤의 빔 경로에 배치되는 추가 광학 소자는, 2개의 부분 빔이 광학 축에 대해 평행하게 정렬되도록, 2개의 평행하게 정렬된 부분 빔의 빔 방향을 변경할 수 있다. 광학 축의 방향으로 빔 오프셋 광학계의 추가 복굴절 소자와 추가 광학 소자 사이의 간격을 조정함으로써, 2개의 부분 빔과 광학 축 사이의 간격이 결정될 수 있다.
개선예에서 편광기 배열체는, 부분 빔 중 하나를 광학 축에 위치 설정하도록 또는 2개의 부분 빔을 광학 축으로부터 동일한 간격으로 위치 설정하도록 구성된다. 특히 가공 광학계의 광학 축(Z 방향)을 중심으로 편광기 소자의 회전 시, 2개의 부분 빔 중 하나가 가공 광학계의 광학 축에 위치 설정되어, 회전 시 상기 부분 빔의 위치가 변경되지 않는 경우에 바람직한 것으로 입증되었다. 2개의 부분 빔이 광학 축으로부터 동일한 간격으로 배치되는 광학 축과 관련해서 2개의 부분 빔의 대칭 배치도 가능하다. 부분 빔을 광학 축에 위치 설정하기 위해 또는 2개의 부분 빔을 광학 축에 대해 대칭으로 위치 설정하기 위해 몇 가지 가능성이 있다.
한 가지 가능성은, 전술한 빔 오프셋 광학계는, 2개의 부분 빔 중 하나의 부분 빔은 가공 광학계의 광학 축을 따라 진행하고 다른 부분 빔은 광학 축에 대해 오프셋되어 진행하도록 또는 2개의 부분 빔이 광학 축에 대해 동일한 간격으로 진행되도록 광학 축을 따라 추가 복굴절 광학 소자와 추가 광학 소자 사이의 간격을 지정하거나, 필요한 경우 적절한 변위 장치에 의해 조정하는 것이다.
추가 개선예에서 복굴절 편광기 소자는 각도 오프셋을 생성하는 것에 추가하여 공간 오프셋을 생성하도록 구성되고, 추가 광학 소자는, 부분 빔을 광학 축에 위치 설정하기 위해 복굴절 방식으로 구성된다. 이러한 경우에, 편광기 소자의 복굴절 물질의, 그리고 그것의 빔 입사면과 및 빔 출사면의 광학 축은, 2개의 부분 빔 중 하나가 가공 광학계의 광학 축에 대해 평행하게 정렬되도록 및 광학 축에 위치 설정되도록 다른 복굴절 소자에 대해 간격을 두고 배치된다.
추가 개선예에서 편광기 배열체는, 2개의 부분 빔 사이의 각도 오프셋 및/또는 공간 오프셋을 변경하도록 구성된다. 편광기 소자에 의해 생성된 2개의 부분 빔 사이의 각도 오프셋 및/또는 공간 오프셋은 주어진 경계 조건에서 일반적으로 일정하다. 편광기 배열체에 의해 생성된 각도 오프셋 및/또는 공간 오프셋을 변경하기 위해, 상기 또는 적어도 하나의 추가의, 일반적으로 복굴절 광학 소자가 편광기 배열체에 제공되며, 상기 광학 소자는 2개의 부분 빔 사이의 각도 오프셋 및/또는 공간 오프셋을 변경 또는 조정하는 것을 가능하게 한다. 이를 위해 추가의, 일반적으로 복굴절 광학 소자가 통상적으로 편광기 배열체의 광학 축에 대해 이동 가능하다.
이 실시예의 추가 개선예에서, 추가 광학 소자는 복굴절 방식으로 구성되고 2개의 부분 빔 사이의 각도 오프셋의 변경을 위해 및/또는 공간 오프셋을 변경하기 위해 가공 광학계의 광학 축을 따라 변위 가능하고 및/또는 가공 광학계의 광학 축을 중심으로 회전 가능하다. 예를 들어 선형 드라이브 등의 형태로 구성될 수 있는 병진 드라이브는 광학 축을 따라 추가 복굴절 광학 소자를 변위시키는 데 이용될 수 있다. 편광기 배열체의 광학 축을 중심으로 추가 광학 소자의 회전을 위해 편광기 배열체는 일반적으로 회전 드라이브를 갖는다. 병진 드라이브 및/또는 회전 드라이브의 제어를 위해, 가공 광학계의 제어 장치 또는 여기에 신호 기술적으로 연결된 장치, 예를 들어 제어 컴퓨터가 사용될 수 있다. 이러한 편광기 배열체의 사용 시 공작물 영역에서 2개의 부분 빔의 초점 구역 사이의 간격은 소정의 값으로 조정될 수 있다.
추가 실시예에서, 추가 광학 소자는 복굴절 방식으로 구성되고, 편광에 영향을 미치는 광학 소자, 특히 λ/4 지연판 또는 λ/2 지연판이 추가 광학 소자 앞에 배치된다. 복굴절 편광기 소자로부터 출사 후에 선형 편광된 2개의 부분 빔은 예를 들어 λ/4의 지연을 생성하는, 편광에 영향을 미치는 광학 소자에 의해 원형 편광된 부분 빔으로 변환될 수 있다.
추가 복굴절 광학 소자의 회전 시, 2개의 복굴절 소자의 광학 축이 공통 평면에 있지 않은 (또는 빔 축에 의해 형성되는 평면들이 서로 수직이 아닌) 경우에, 일반적으로 입력 레이저 빔으로, 4개의 부분 빔 또는 4개의 출력 레이저 빔이 형성된다. 즉, 캐스케이드식 빔 분할이 이루어진다. 캐스케이드식 빔 분할이 바람직하지 않은 경우, 추가 복굴절 광학 소자 내로 입사하는 2개의 부분 빔은 추가 복굴절 광학 소자의 광학 축에 대해 수직으로 또는 평행하게 정렬되는 것이 필요하다. 이는, 예를 들어, 2개의 복굴절 광학 소자에 대해 적절하게 정렬되고 추가 복굴절 광학 소자의 회전 시 그에 따라 (회전 각도의 절반으로) 그에 따라 함께 회전하는 λ/2 지연판에 의해 보장될 수 있고, 이로써 4개의 부분 빔으로 분할이 방지될 수 있다.
예를 들어 λ/4 지연판 형태의 편광에 영향을 미치는 광학 소자는, 2개의 부분 빔으로 4개의 부분 빔을 생성하는 데에도 이용될 수 있다. 이러한 경우에 편광에 영향을 미치는 광학 소자는, 입력 레이저 빔의 출력을 4개의 부분 빔 모두에 고르게 분배하는 데 이용될 수 있다. 복굴절 편광기 소자와 추가 복굴절 광학 소자가 서로에 대해 회전 시, 균일 분할 효과를 유지하기 위해, λ/4 지연판 형태의 편광에 영향을 미치는 광학 소자는 함께 회전하지 않아도 된다. 가공 광학계의 광학 축에 대한 2개의 복굴절 광학 소자의 각도 또는 가공 광학계의 광학 축에 대한 복굴절 광학 소자의 광학 축의 정렬에 따라, 4개의 부분 빔은 다시 동일 선상에서 중첩될 수 있다. 이는, 예를 들어, 4개 이상의 부분 빔이 하나의 공통 라인에 또는 하나의 선호 방향을 따라 배치되어야 하는 경우에 바람직할 수 있다. 부분 빔 또는 초점 구역(아래 참조)들 사이의 간격은 2개의 복굴절 광학 소자의 서로에 대한 회전 각도의 적절한 선택에 의해 조정될 수도 있다.
추가 복굴절 광학 소자 및 추가 복굴절 광학 소자 앞에 배치된 편광에 영향을 미치는, 특히 λ/4 지연판 형태의 광학 소자로 이루어진 배열체는 캐스케이드될 수 있으며, 즉 이 배열체는 N회 반복될 수 있으므로, 입력 레이저 빔으로부터 M = 2N + 1인 M개의 부분 빔이 생성될 수 있다. 모든 부분 빔이 동일 선상에 배치되고 하나의 공통의 선호 방향을 따라 진행되는 경우, 모든 추가 복굴절 광학 소자의 광학 축을 하나의 공통 평면에 배치하는 것이 통상적으로 필요하다. 각각의 λ/4 지연판을 사용하여 원형 편광된 부분 빔들이 생성되면, 이러한 경우에 모든 부분 빔에 균일한 출력 분포가 이루어질 수 있다.
편광을 적절하게 조정하기 위해 그리고 이로 인해 출력 분할에 영향을 미치기 위해, 물론 λ/4 지연판 대신 편광에 영향을 미치는 다른 광학 소자가 2개의 연속적인 복굴절 광학 소자 사이의 부분 빔의 빔 경로에 도입될 수 있다. 또한 출력 분할을 변경하거나 분할을 활성화 또는 비활성화하기 위해 편광에 영향을 미치는 광학 소자는 각각의 복굴절 광학 소자에 대해 회전될 수 있다.
추가 실시예에서, 가공 광학계는 가우시안형 빔 프로파일을 갖는 입사 레이저 빔을 준-비회절 빔 프로파일, 특히 유사 베셀 빔 프로파일을 갖는 출사 레이저 빔으로 변환하기 위한 빔 형성 광학계를 포함한다.
비회절 빔은 종방향 부분과 황방향 부분으로 분리될 수 있는 헤름홀츠(helmholtz) 방정식의 풀이이다. 이러한 비회절 빔은 전파 불변(propagation-invariant), 즉 비회절 빔의 전파 시 변하지 않는 횡방향 빔 프로파일을 갖는다. 사용된 좌표계에 따라 비회절 빔의 상이한 풀이 단계가 나타나고, 예를 들어 또는 타원-원통 좌표의 마티유(Mathieu) 빔 또는 원형 원통형 좌표의 베셀 빔이 나타난다.
비회절 빔은, 소위 준-비회절 빔의 형태로 양호한 근사치로 실현될 수 있는 이론적 구성을 나타낸다. 준-비회절 빔은 유한 길이(특성 길이; L)에 걸쳐서만 전파 불변성을 갖는다. 준-비회절 빔은, 유사하거나 동일한 초점 직경에서 특성 길이(L)가 관련 가우시안 초점의 레일리 길이를 명확히 초과하는 경우에, 특히 ZR 은 가우시안 빔의 레일리 길이를 나타내는, L > ZR 이 성립되는 경우에 정확히 존재한다. 특성 길이 L은, 예를 들어 대략 1mm 이상의 크기일 수 있다.
준-비회절 빔의 부분 집합은 유사 베셀 빔이며, 이러한 빔에서 광학 축 근처의 횡방향 빔 프로파일은 대략 n차 1종 베셀 함수에 해당한다. 유서 베셀 빔의 부분 집함은 베셀 가우시안 빔이며, 이러한 빔에서 광학 축 근처의 횡방향 빔 프로파일은 대략 가우시안 분포의 포락선을 갖는 0차 제 1종 베셀 함수에 해당한다.
준-비회절 빔 프로파일의 사용은 특히 유리 절단 적용예 또는 선택적 레이저 에칭 적용예를 위해 공작물의 물질 내로 수정이 도입될 때 바람직한 것으로 입증되었는데, 그 이유는 이러한 빔 프로파일의 경우 비교적 긴 거리에 걸쳐 실질적으로 균일한 빔 프로파일이 종방향으로 유지될 수 있고, 결과적으로 선호 방향으로 부피 수정이 이루어지기 때문이다.
이 경우 유사 베셀 빔은 특히 바람직한 것으로 입증되었지만, 경우에 따라서 에어리(Airy) 빔 프로파일, 웨버(weber) 빔 프로파일 또는 마티유(Mathieu) 빔 프로파일과 같은 다른 준-비회절 빔 프로파일도 빔 형성 광학계로 생성될 수 있다. 빔 형성 광학계는 특히, 예를 들어 베셀-가우시안 빔의 경우와 같이 전파 방향에 대해 회전 대칭인 빔 횡단면을 갖는 준-비회절 빔 프로파일을 생성하도록 구성될 수 있다.
개선예에서 빔 형성 광학계는, 비회전 대칭 빔 횡단면을 갖는, 특히 선호 방향을 갖는 준-비회절 빔 프로파일을 생성하도록 구성된다. 이러한 경우에 빔 형성 광학계는 회절 광학계로서 구성되는 경우 바람직한 것으로 입증되었다. 비회절 빔 프로파일의 선호 방향은 일반적으로 편광기 배열체의 편광기 소자가 2개의 부분 빔을 생성하는 (선호) 방향 또는 평면과 일치한다. 준-비회절 빔 프로파일은 선호 방향을 따라 서로 이격된 복수의 (2차) 최대값을 가질 수 있으므로, 빔 형성 광학계는 빔 스플리터 광학계의 방식으로 작용하고, 예를 들어 소위 다중 베셀 빔 프로파일을 생성한다. 선호 방향을 갖는 빔 프로파일은 편광에 영향을 미치는 광학 소자가 중간에 연결된 편광기 배열체의 복굴절 광학 소자의 전술한 캐스케이딩에 의해 생성될 수도 있다.
추가 개선예에서, 가공 광학계는 관련된 상호 작용 영역의 적어도 부분적으로 중첩하는 초점 구역으로 부분 빔을 특히 선호 방향을 따라 포커싱하도록 구성되며, 이 경우 바람직하게는 각각 상이한 편광 상태를 갖는 부분 빔들은 관련된 상호 작용 영역의 인접한 초점 구역으로 포커싱된다.
예를 들어 단일 모드 레이저에 의해 생성되고 가우시안 형태의 빔 프로파일을 갖는 레이저 빔이 2개 이상의 부분 빔으로 분할되고 부분 빔이 적어도 부분적으로 중첩되는 경우, 이는, 부분 빔들이 동일하거나 유사한 편광을 가지면, 바람직하지 않은 간섭 효과를 야기할 수 있다. 부분 빔을 포커싱할 때 초점 구역 또는 초점 횡단면은 따라서 임의로 서로 가까워질 수 있지만, 이러한 경우에 결과되는 세기 프로파일에서 바람직하지 않은 간섭 효과가 발생한다. 따라서 부분 빔들은 일반적으로 공작물 상의 서로 이격된 초점 구역으로 포커싱된다.
특히 서로 수직인 편광 상태 형태의, 2개의 서로 상이한 편광 특성 중 하나를 각각 갖는 부분 빔의 이용 시, 각각의 부분 빔의 편광 상태가 전체적인 관련 빔 횡단면 또는 각각의 초점 영역에 걸쳐 균일하다면, 세기 프로파일의 (부분적인) 중첩 시 상이한 공간- 또는 각도 범위에서 레이저 방사선의 간섭 효과가 발생하지 않는다. 각각의 부분 빔의 편광은 따라서 공간에 따라 빔 횡단면 또는 초점 구역에 걸쳐 가능한 한 적게 변해야 한다. 이러한 경우에 초점 구역들은 임의로 서로 인접할 수 있고, 부분적으로 또는 경우에 따라서 완전히 중첩될 수 있으며, 횡방향으로, 즉 부분 빔의 전파 방향에 대해 수직으로는 물론 종방향으로, 즉 부분 빔의 전파 방향으로 균일한 초점 구역을 형성할 수도 있다.
미리 정해진, 반드시 직선은 아닌 상호 작용 영역을 따라 - 선호 방향의 경우에 선형의 - 빔 형상 또는 세기 분포가 형성되고, 상기 분포는 일반적으로 연속적인 전이를 갖고, 즉 부분 빔들 사이 또는 초점 구역들 사이의 세기 분포에 영점을 갖지 않는다. 이 경우, 각각의 쌍의 서로 수직으로 편광된 부분 빔은, 각각의 쌍의 각각 다르게 편광된 부분 빔과 중첩하지 않는 정도로만 중첩되므로, 동일하게 편광된 부분 빔의 중첩은 나타나지 않는다.
서로 수직인 편광 상태를 갖는 완전히 또는 부분적으로 중첩하는 부분 빔의 이용에 대한 대안으로서, 시간 오프셋이 너무 커서 실질적으로 간섭 효과가 발생하지 않는 완전히 또는 부분적으로 중첩하는 부분 빔이 이용될 수도 있다. 이는 통상적으로 시간 오프셋이 적어도 펄스 지속 시간의 크기 또는 코히어런스 길이의 크기에 해당하는 경우이다. 이 경우 일반적으로 두 값(펄스 지속 시간 또는 코히어런스 길이) 중 각각 더 작은 값의 50%가 시간 오프셋으로서 최소로 선택된다.
각각 - 특히 쌍으로 - 2개의 상이한 편광 상태 중 하나를 갖는 부분 빔 또는 복수의 부분 빔을 부분적으로 중첩하는 초점 구역으로 포커싱하기 위해 특히 전술한 빔 형성 광학계 또는 전술한 캐스케이딩이 이용될 수 있다. 이러한 경우에 준-비회절 빔 프로파일의 최대치 사이의 차이는 입력 레이저 빔을 편광기 소자에서 2개의 부분 빔으로 분할함으로써 채워질 수 있다. 이러한 방식으로, 미리 정해진 윤곽을 따라, 일반적으로 선호 방향을 따라 적어도 부분적으로 중첩하는 2개 이상의 초점 구역이 생성될 수 있다.
빔 형성 광학계는 액시콘 및/또는 회절 광학 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어 베셀 빔 형태의 (준)비회절 빔 프로파일의 생성은 바람직하게 액시콘에 의해 제공될 수 있고, 상기 액시콘 통상적으로 적어도 하나의 실질적으로 원추형 표면을 포함한다. 회전 대칭 원추형 표면을 갖는 이러한 액시콘에 시준된 가우시안 빔이 조사되면, 통상적으로 베셀-가우시안 빔이 생성된다. 액시콘은, (예를 들어 비회전 대칭 원추형 표면을 사용함으로써) 빔 프로파일의 선호 방향을 생성하기 위해, 빔 프로파일의 균일화를 생성하는 등을 위해 적절하게 변형될 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 회절 광학 소자는 (준)비회절 빔 프로파일을 생성하는 데 사용될 수 있다. 액시콘의 특성은 이러한 회절 광학 소자에 의해 시뮬레이션 및 확장될 수 있다. 빔 형성 광학계는 경우에 따라서 대안으로서 또는 추가적으로, 가우시안형 빔 프로파일을 갖는 입사 레이저 빔으로부터 플랫탑(Flat-Top) 빔 프로파일을 갖는 출사 레이저 빔을 생성하도록 등으로 구성될 수 있다.
부분 빔이 준-비회절 빔 프로파일, 예를 들어 유사 베셀 빔 프로파일을 갖는 경우, 이러한 부분 빔은 초점 구역(예를 들어 마이크로미터 규모)의 직경에 비해 비교적 긴 초점 볼륨(예를 들어 밀리미터 규모)에 포커싱 광학계에 의해 포커싱된다. 그럼에도 불구하고, 이하에서는 간단함을 위해 이러한 빔 프로파일의 경우에도 초점 평면으로 포커싱이 언급된다. 초점 평면 또는 계속해서 설명되는 평면은 각각의 광학계의 특성에 의해 미리 정해진다(빔 프로파일 유형과 무관하게).
가공 광학계의 빔 경로에 편광기 배열체 또는 복굴절 편광기 소자의 배치는 레이저 가공 유형뿐만 아니라, 순수 공간 오프셋, 순수 각도 오프셋 또는 공간 오프셋과 각도 오프셋의 조합이 생성되는지에 의존한다.
편광기 배열체의 복굴절 편광기 소자는 각도 오프셋을 생성하도록 구성될 수 있고, 초점 평면에 대한 광학적 공액 평면에 배치될 수 있다. 초점 평면에 대한 광학적 공액 평면이란, 푸리에 변환, 즉 각도 대 공간 변환에 의해 초점 평면과 상관되는 평면을 의미하는 것으로 이해된다. 포커싱 광학계가 (유효한) 상 측 초점 거리(f2)를 갖는다고 가정하면, 각도 오프셋을 생성하도록 구성된 편광기 소자와의 공액 평면은 통상으로 포커싱 광학계의 물체 측 초점 거리(f1)의 간격으로 배치된다. f1 = f2 = f가 적용되는 특수한 경우에 대해, 복굴절 편광기 소자는 초점 평면으로부터 간격(2f)에 (또는 일반적으로 2f + N × 4f, N은 0 이상, N은 정수) 배치된다. 이하에서, 조건 f1 = f2 = f가 충족되지 않더라도, 간단함을 위해 2f 설정(Setup)이 언급된다.
대안으로서 편광기 배열체의 복굴절 편광기 소자는 공간 오프셋을 생성하도록 구성될 수 있고, 추가의, 바람직하게는 시준 광학계 앞의 빔 경로에 배치될 수 있으며, 이 경우 가공 광학계는, 편광 소자에서 서로 수직으로 편광되는 부분 빔들 사이의 공간 오프셋을 초점 평면 내로 이미징하도록 구성된다. 이러한 경우에 복굴절 편광기 소자는 초점 평면에 대응하는 평면에 추가 광학계 앞에 배치될 수 있다. 이러한 평면은 예를 들어 2개의 각도-공간 변환을 통해 초점 평면과 상관된다. 포커싱 광학계가 (유효) f의 초점 거리를 갖는다고 가정하면, 시준 및 포커싱을 위해 동일한 초점 거리가 사용되는 특수한 경우에 초점 평면에 해당하는 복굴절 편광기 소자가 있는 평면은 초점 평면으로부터 4f(또는 일반적으로 4f + N × 4f, N은 0보다 크거나 같고, N은 정수)의 간격으로 배치될 수 있다. 이하에서, 사용된 광학 소자가 반드시 균일한 초점 거리(f)를 갖지 않더라도, 간단함을 위해 4f 설정이 언급된다. 복굴절 편광기 소자가 (실질적으로) 시준된 빔 경로에 배치되는 경우, 초점 평면으로부터 미리 정해진 간격으로 편광기 소자의 정확한 배치는 일반적으로 중요하지 않으며, (광범위한) 장소 대 장소 변환만이, 즉 편광기 소자가 있는 평면과 초점 평면 사이의 이미징만이 필수이다.
그러나 복굴절 편광기 소자는, 시준 광학계로서 예를 들어 각도 대 공간 변환을 생성하도록 구성될 수 있는 추가 광학계 앞의 빔 경로에 배치되어야 한다. 포커싱 광학계에 의해 생성된 각도 대 공간 변환 (또는 공간 대 각도 변환과 동일)과 함께, 편광기 소자에서 생성되는 부분 빔들의 공간 오프셋은 초점 평면에서 공간 오프셋으로 전환 또는 이미징된다. 추가의, 예를 들어 시준 광학계는 포커싱 광학계와 함께, 미리 정해진, 예를 들어 감소하는 이미징 스케일로, 포커싱 평면에, 즉 포커싱 구역과 관련된 평면에 복굴절 편광기 소자가 있는 평면의 이미징을 야기할 수 있다.
편광기 배열체는 일반적으로 포커싱 광학계의 후방 초점 평면 훨씬 앞의 가공 광학계의 빔 경로에 배치된다. 이는 두 가지 중요한 장점을 제공한다: 한편으로는, 준 베셀의 경우에 거기에 링 초점이 형성되기 때문에 후방 초점 평면에서 플루언스가 매우 높다. 높은 펄스 에너지의 짧은 펄스와 협력 시 이러한 평면 근처의 광학계는 레이저 방사선에 의해 손상될 수 있다. 또한 후방 초점 평면은, 특히 포커싱 광학계의 초점 거리가 짧은 경우에 기계적으로 쉽게 접근할 수 없다.
여기에 설명된 가공 광학계에서는 통상적으로 편광기 배열체에 의해 생성된 부분 빔의 빔 경로의 공간적 분리가 필요하지 않다. 가공 광학계의 콤팩트하고 견고한 구현과 관련해서, 부분 빔들은 통상적으로 광범위하게 가공할 공작물까지 남겨진 전체 광경로 길이에 걸쳐 적어도 부분적으로 중첩된다. 또한, 일반적으로 편광기 배열체에 의해 생성된 모든 부분 빔은 동일한 광학 부품을 통과한다.
가공 광학계는 서로 수직으로 편광된 부분 빔의 복수의 쌍을 생성하기 위한 바람직하게는 회절 빔 스플리터 광학계를 가질 수 있다. 빔 스플리터 광학계는 예를 들어 회절 광학 소자의 형태로 구성될 수 있지만, 다른 유형의 빔 스플리터 광학계, 예를 들어 기하학적 빔 스플리터 광학계일 수도 있다. 빔 스플리터 광학계는 편광기 소자 앞 또는 편광기 배열체 앞의, 가공 광학계 내로 입사하는 레이저 빔의 빔 경로에 배치될 수 있으며, 상기 레이저 빔은 편광기 소자에서 각각 서로 수직으로 편광된 한 쌍의 부분 빔으로 분할된다. 반대의 경우도 가능하다. 즉, 복굴절 편광기 소자 뒤의 빔 경로에 빔 스플리터 광학계가 배치될 수 있다. 이러한 경우에 편광 소자에 의해 생성되는 부분 빔의 쌍으로부터 빔 스플리터 광학계를 이용해서 부분 빔의 복수의 쌍이 생성되고, 상기 부분 빔의 초점 구역은 특히 전술한 바와 같이 선호 방향을 따라 부분적으로 중첩될 수 있다.
빔 스플리터 광학계는 초점 평면에 대해 광학적으로 공액인 평면에 배치될 수 있다. 초점 평면에 대해 공액인 평면에서, 부분 빔 쌍들 사이에 각도 오프셋이 생성될 수 있으며, 상기 각도 오프셋은 포커싱 광학계에 의해 초점 평면에서의 공간 오프셋으로 변환된다. 이러한 경우에 빔 스플리터 광학계는 예를 들어, 편광기 소자에 의해 생성된 한 쌍의 부분 빔으로부터 복수 쌍의 부분 빔을 생성하기 위해, 전술한 추가 이미징 광학계와 포커싱 광학계 사이의, 초점 평면에 대해 광학적으로 공액인 평면에 배치될 수 있다.
바람직한 회절 빔 스플리터 광학계는 가우시안형 빔 프로파일을 갖는 입사 레이저 빔을 플랫탑 빔 프로파일을 갖는 출사 레이저 빔으로 변환하기 위한 빔 형성 광학계로서 구성될 수도 있다. 플랫탑 빔 프로파일, 즉 에지가 가파르게 떨어지는 실질적으로 균일한 세기 분포를 갖는 빔 프로파일을 갖는 레이저 빔의 성형은 전파 방향에 대해 실질적으로 수직으로 배향된 표면에서 강도 분포의 제어를 가능하게 한다. 플랫탑 빔 프로파일의 성형에 관한 세부사항에 대해서는, 처음에 인용된 DE 10 2019 205 394.7호가 참조되고, 그 내용은 전체적으로 본 출원의 내용에 참조로 포함된다.
추가 실시예에서 가공 광학계는 (경우에 따라서 공통의) 회전축을 중심으로 편광기 배열체 및/또는 빔 형성 광학계를 회전시키기 위한 회전 드라이브를 포함한다. 회전 드라이브의 회전축은 통상적으로 가공 광학계의 광학 축과 일치한다. 부분적으로 중첩하는 초점 구역이 미리 정해진 상호 작용 영역을 따라, 특히 선호 방향을 따라 생성되어야 하는 경우에, 회전은 특히 바람직하다.
회전 시, 복굴절 편광기 소자 또는 편광기 배열체 전체적으로 조정에 중요하지 않은 구성 요소만을 포함하는 것이 바람직하며, 이는 특히 적응형 광학계에서 이용에 바람직하다. 그러나 일반적으로 편광기 소자에 의해 생성되는 공간 오프셋 또는 각도 오프셋은 입력 빔의 전파 방향에 대해, 즉 광학 축 또는 회전축에 대해 대칭이 아니다. 일반적으로 종방향으로 진행하는 회전축 중심으로, 즉 입력 빔의 전파 방향 또는 가공 광학계의 광학 축을 따라 편광기 소자가 회전할 때, 경우에 따라서 회전 각도에 의존하는 바람직하지 않은, 부분 빔들의 각도- 및/또는 공간 오프셋이 발생한다. 이러한 오프셋을 보상하기 위해, 적절하게 구성된 추가 광학 소자, 예를 들어 전술한 쐐기형 광학 소자가 편광기 배열체에서 사용될 수 있다.
가공 경로를 따라 유리를 절단하기 위한 레이저 절단 공정의 형태로 공작물을 가공할 때, 공급 방향을 따라 유리 내에 균열 전파를 촉진하기 위해, 공작물에 대해 이동 시 공간에 따라 변하는 이송 방향에 따라 초점 구역의 선호 방향을 변경하는 것이 필요하거나 바람직할 수 있다. 유리를 절단 시 균열을 의도대로 정렬하는 것은 공정 체제에서, 유리의 분리가 현저히 간단해질 수 있는 작업을 가능하게 한다. 이러한 유리 절단 적용예에서 일반적으로, 예를 들어 유사 베셀 빔 형태, 특히 베셀-가우시안 빔 형태의 비교적 긴 초점 부피를 갖는 2개 이상의 준-비회절 빔의 초점 구역은 전술한 바와 같이 공간적으로 적어도 부분적으로 중첩된다. 이러한 경우에 선호 방향을 변경하기 위해, 그러한 회전이 기본적으로 가능하더라도, 예를 들어 렌즈와 같은 조정이 중요한 광학 소자가 회전할 필요는 없다.
본 발명은 또한 다음을 포함하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다: 전술한 바와 같이 구성된 가공 광학계 및 레이저 빔, 특히 가우시안형 빔 프로파일을 갖는 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 소스, 특히 초단파 펄스 레이저 소스. 레이저 소스는 바람직하게는 가우시안형 빔 프로파일을 갖는 단일 모드 레이저 빔을 생성하도록 구성되지만 반드시 필요한 것은 아니다. 가공 광학계는 예를 들어 레이저 가공 헤드 또는 레이저 가공 헤드의 하우징에, 특히 공작물에 대해 이동 가능한 모듈식으로 구성된 레이저 가공 헤드의 모듈 형태로 또는 모듈들의 형태로 수용될 수 있다. 레이저 가공 장치는 대안으로서 또는 추가적으로, 부분 빔을 공작물로 또는 공작물 상의 상이한 위치로 정렬하기 위한 스캐너 장치를 포함할 수 있다. 전술한 광학계 외에도 가공 광학계는 추가 광학계도 구비할 수 있고, 상기 추가 광학계는, 유사 베셀 빔의 균일화, 마스크 이미징 등과 같은 빔 형성을 촉진하기 위해, 예를 들어 입력 레이저 빔의 공간적 재배치 또는 공간적 필터링을 가능하게 한다.
유리 절단- 또는 유리 분리 적용예를 위해 레이저 소스는, 단일 펄스 또는 버스트(Burst) 펄스(예를 들어, 2ns 내지 150ns, 바람직하게는 13ns 내지 40ns의 버스트 펄스 간격을 갖는 버스트에서 2-6 펄스)를 생성하도록 구성될 수 있다. 단일 펄스 또는 버스트의 펄스는 바람직하게 200fs 내지 20ps, 특히 300fs 내지 20ps의 펄스 지속 시간을 갖는다. (전체 버스트 또는 단일 펄스의) 펄스 에너지는 바람직하게는 10μJ 내지 10mJ, 특히 30μJ 내지 1mJ이다. 상호 작용 영역의 인접한 초점 구역들 사이의 공간적 펄스 간격 또는 수정 간격은 일반적으로 대략 0.8㎛ 내지 대략 30㎛ 이다.
본 발명은 또한 전술한 유형의 방법에 관한 것으로서, 추가로 다음 단계들을 포함한다: 복굴절 편광기 소자 뒤의 빔 경로에 배치된 편광기 배열체의 적어도 하나의 추가 광학 소자에서 가공 광학계의 광학 축에 대해 부분 빔 중 적어도 하나의 부분 빔의 각도 및/또는 간격을 변경하는 단계. 상기 방법은 가공 광학계와 관련하여 전술한 장점을 제공한다. 레이저 가공 또는 공작물 가공은 레이저 절제, 레이저 절단, 표면 구조화, 레이저 용접, 레이저 드릴링 등일 수 있다.
본 발명의 추가 장점은 상세한 설명 및 도면에 제시된다. 마찬가지로 전술한 그리고 추가로 열거되는 특징들은 각각 개별적으로 또는 임의로 조합하여 함께 사용할 수 있다. 도시 및 기술된 실시예들은 이 목록이 전부는 아니며, 오히려 본 발명의 설명에 대한 예시적인 특성을 갖는다.
도 1a 내지 도 1c는 상이한 편광 상태를 갖는 2개의 부분 빔 사이의 공간 오프셋 없이 각도 오프셋, 각도 오프셋 없이 공간 오프셋 및, 공간 오프셋 및 각도 오프셋을 생성하기 위한 3개의 복굴절 편광기 소자의 개략도,
도 2a 및 도 2b는 광학 축에 대해 평행한 2개의 부분 빔 중 하나를 정렬하기 위한 등방성 광학 소자 및 복굴절 편광기 소자를 갖는 편광기 배열체의 개략도,
도 3a 내지 도 3c는 광학 축에 2개의 부분 빔 중 하나를 위치 설정하기 위한 또는 광학 축으로부터 동일한 간격으로 2개의 부분 빔을 위치 설정하기 위한 추가 광학 소자 및 복굴절 편광기 소자를 갖는 편광기 배열체의 개략도,
도 4는 편광기 배열체로부터 미리 정해진 간격에서 교차하는 2개의 부분 빔을 생성하기 위한 추가 복굴절 광학 소자 및 복굴절 편광기 소자를 갖는 편광기 배열체의 개략도.
도 5a 내지 도 5c는 복굴절 편광기 소자 및 2개의 부분 빔 사이의 공간 오프셋 또는 각도 오프셋을 변경하기 위해 광학 축을 중심으로 회전 가능하거나 또는 광학 축을 따라 변위될 수 있는 추가의 복굴절 광학 소자를 갖는 편광기 배열체의 개략도.
도 6a 및 도 6b는 추가 복굴절 광학 소자의 회전 각도에 따른 도 5a의 편광기 배열체로 생성된 공간 오프셋 또는 도 5b의 편광기 배열체로 생성된 각도 오프셋을 도시한 개략도.
도 7a 및 도 7b는 베셀형 빔 프로파일을 갖는 2개의 부분적으로 중첩하는 부분 빔을 형성하기 위한 빔 형성 광학계는 물론 각도 오프셋을 생성하기 위한 도 2a에 따른 편광기 배열체 또는 2개의 부분 빔 사이의 공간 오프셋을 생성하기 위한 도 1b에 따른 편광기 소자를 갖는 가공 광학계의 개략도.
도 8a 내지 도 8c는 빔 형성 광학계는 물론 공간 오프셋을 갖는 2개의 부분적으로 중첩하는 부분 빔과의 상호 작용 영역을 포함하는 가공 광학계 또는 도 2a 또는 도 3c에 따른 편광기 배열체를 갖는 가공 광학계의 개략도.
이하의 도면 설명에서는 동일하거나 기능적으로 동일한 구성부에 대해서는 동일한 참조 번호가 사용된다.
도 1a 내지 도 1c는 복굴절 결정 형태의 복굴절 편광기 소자(1a, 1b, 1c)를 개략적으로 도시한다. 상이한 복굴절 물질, 예를 들어 알파-BBO(알파-바륨 붕산염), YV04(이트륨 바난다네이트), 결정질 석영 등이 편광기 소자(1a, 1b, 1c)용 결정 물질로서 사용될 수 있다.
도 1a의 복굴절 편광기 소자(1a)는 쐐기형으로 형성되며, 즉, 입력 레이저 빔(3)의 입사를 위한 평면 빔 입사면(2a)과 편광기 소자(1a)의 평면 빔 출사면(2b)은 (쐐기) 각도로 서로 정렬된다. 결정 물질의 광학 축 또는 광학 축(4)은 빔 입사면(2a)에 대해 평행하게 정렬된다.
빔 입사면(2a)에 대해 수직으로 도 1a에 도시된 복굴절 편광기 소자(1a) 내로 입사하는 비편광, 타원형 또는 원형 편광된 입력 레이저 빔(3)은 빔 입사면(2a)에 대해 일정한 각도로 기울어진 빔 출사면(2b)에서 2개의 부분 빔(5a, ,5b)으로 분할되고, 상기 부분 빔은 서로 수직(s-편광 또는 p-편광)이다. 도 1a에서, 통상적인 바와 같이, 제 1 p-편광 부분 빔(5a)은 이중 화살표로 특징되는 한편, 제 2 p-편광 부분 빔(5b)은 점으로 특징된다. 제 1 p-편광 부분 빔(5a)은 복굴절 편광기 소자(1a)로부터 출사 시 제 2 s-편광 부분 빔(5b)보다 많이 굴절되어, 제 1 부분 빔(5a)과 제 2 부분 빔(5b) 사이에 각도 오프셋(Δα)이 발생한다. 제 1 및 제 2 부분 빔(5a, 5b)은 빔 출사면(2b) 상의 동일 지점에서 복굴절 편광기 소자(1a)로부터 출사하고, 즉 복굴절 편광기 소자(1a)에 의해 2개의 부분 빔(5a, 5b) 사이에 각도 오프셋(Δα)이 생성되지만, 공간 오프셋은 생성되지 않는다.
마찬가지로 도 1a에서 볼 수 있는 바와 같이, 정상 빔을 형성하는 제 1 부분 빔(5a)은 입사 레이저 빔(3)의 전파 방향의 연장부를 형성하는 광학 축(6)에 대해 제 1 각도(αo)로 굴절된다. [복굴절 결정의 광학 축(4)과 혼동해서는 안 된다] 비정상 빔을 형성하는 제 2 부분 빔(5b)은 광학 축(6)에 대해 제 2의 더 작은 각도(αeo)로 굴절된다.
입사 레이저 빔(3)을 제 1 정상 부분 빔(5a)과 제 2 비정상 부분 빔(5b)으로 분할 시 출력 부분은 입사 레이저 빔(3)의 편광에 따라 달라진다. 입사 레이저 빔(3)이 타원형으로 편광되는 경우, X-방향 또는 Y-방향으로 입사 레이저 빔(3)의 하프축의 비율에 의해 정상 부분 빔(5a)과 비정상 부분 빔(5b)의 출력 비율이 조정될 수 있다. 비편광, 선형 또는 원형 편광된 입사 레이저 빔(3)의 경우에, 출력 부분은 경우에 따라서 XZ 평면에 대해 상이한 정렬에 의해 조정될 수 있다. 비편광 선형 또는 원형 편광된 입력 레이저 빔(3)의 사용은, 가공 시 선호 방향이 회전되어야 하는 경우에 특히 바람직하다(아래 참조).
도 1b에 도시된 편광기 소자(1b)에서 빔 입사면(2a)과 빔 출사면(2b)은 서로 평행하게 정렬되고, 복굴절 결정 물질의 광학 축(4)은 빔 입사면(2a)에 대해 45°의 각도로 정렬된다. 이러한 경우에, 빔 입사면(2a)에 대해 수직으로 부딪히는 입력 빔(3)은 빔 입사면(2a)에서 제 1의 정상 부분 빔(5a)과 제 2 의 비정상 부분 빔(5b)으로 분할된다. 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 빔 출사면(2b)에서 평행하게, 즉 각도 오프셋 없이, 그러나 공간 오프셋(ΔX)을 갖도록 출사한다.
도 1c에 도시된 편광기 소자(1b)에서 빔 입사면(2a)은 광학 축(6)에 대해 일정한 각도로 정렬되고, 빔 출사면(2b)은 광학 축(6)에 대해 수직으로 정렬된다. 결정 물질의 광학 축(4)은 도시된 예에서 빔 출사면(2b)에 대해 45°의 각도로 정렬되지만, 다른 각도로 정렬될 수도 있다. 빔 출사면(2b)에 대해 수직으로 부딪히는 입력 빔(3)은 이러한 경우에 빔 입사면(2a)에서 제 1의 정상 부분 빔(5a)과 제 2 의 비정상 부분 빔(5b)으로 분할된다. 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 빔 출사면(2b)에서 각도 오프셋(Δα)과 공간 오프셋(ΔX)을 갖도록 출사한다.
따라서, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 복굴절 편광기 소자(1a, 1b, 1c)는 기본적으로, 도 1a에 도시된 편광기 소자(1a)가 각도 오프셋(Δα)(공간 오프셋 없음)을 갖고, 도 1b에 도시된 편광기 소자(1b)는 공간 오프셋(ΔX)(각도 오프셋 없음)을 갖고, 도 1c에 도시된 편광기 소자(1c)는 공간 오프셋(ΔX)과 각도 오프셋(Δα)을 가짐으로써 구별된다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 편광기 소자(1a-1c)는, 예를 들어 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 각각 편광기 배열체(7)의 구성 부품을 형성할 수 있다. 도 2a 및 도 2b의 편광기 배열체(7)는 각각 추가 광학 소자(8)를 갖고, 상기 소자는 비 복굴절 광학적 등방성 광학 소자이다. 도 2a에 도시된 편광기 배열체(7)에서, 편광기 소자(1a)는 도 1a에 도시된 바와 같이 구성되고, 공간 오프셋을 생성하지 않고 각도 오프셋(Δα)을 생성하는 데 이용된다. 도 2a 및 특히 도 1a에서 볼 수 있는 바와 같이, 복굴절 광학 소자(1a)의 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 상이한 강도로 동일한 방향으로 굴절되고, 즉 2개의 부분 빔(5a, 5b) 중 어떤 것도 복굴절 편광기 소자(1a)로부터 출사 시 광학 축(6)에 대해 평행하지 않다.
이는, 전체 편광기 배열체(7)가 도 2a에 도시된 바와 같이, 회전 드라이브(9)에 의해 광학 축(6)을 중심으로 회전되는 경우에, 바람직하지 않은 것으로 입증되었는데, 그 이유는 이 경우 광학 축(6)을 중심으로 2개의 부분 빔(5a, 5b)의 의도치 않은 빔 텀블링이 발생할 수 있기 때문이다. 이를 방지하기 위해, 도 2a에 도시된 편광기 배열체(7)에서 예를 들어 합성 석영 유리(fused silica)인 광학적 등방성 물질을 갖는 추가의 쐐기형 광학 소자(8)는, 도시된 예에서 2개의 부분 빔(5a, 5b) 중 하나의 부분 빔, 즉 제 2 비정상 부분 빔(5b)이 광학 축(6)에 대해 평행하게 정렬되도록 편광기 소자(1)에 매칭된다.
이를 달성하기 위해, 쐐기형 광학적 등방성 소자(8)의 쐐기 각도(
Figure pct00001
)는 - 사용된 물질들의 각각의 굴절률을 고려하여 - 복굴절 편광기 소자(1a)의 빔 출사면(2b)의 쐐기 각도(
Figure pct00002
)에 대해 조정되어, 제 2 부분 빔(5b)이 광학적 등방성 소자(8) 내로 입사 시, 상기 빔이 광학 축(6)에 대해 평행하게 정렬되는 방식, 즉 αeo = 0°이 되도록 굴절된다. 복굴절 편광기 소자(1a)와 광학적 등방성 소자(8) 사이의 작은 간격으로 인해, 제 2 부분 빔(5b)은 거의 정확하게 광학 축(6)을 따라 진행한다. 즉, 상기 부분 빔은 광학 축(6)에 대해 매우 작은 간격만을 갖는다[광학 축(6)에 대해 수직인 XY 평면에서 2개의 부분 빔(5a, 5b)의 평면도를 도시한 도 2a의 우측 참조]. 2개의 부분 빔(5a, b) 사이의 각도 오프셋(Δα)은 광학적 등방성 소자(8)를 통과할 때 유지된다. 광학적 등방성 소자(8)가 Y축을 중심으로 회전되거나 틸팅될 때, 제 2 부분 빔(5b)은 광학 축(6)에 정확하게 위치 설정되는 것이 가능하다. 틸팅된 평면-평행 광학 소자와 유사하게, 이 경우에 2개의 부분 빔(5a, 5b)의 추가적인 평행 오프셋이 발생하며, 이러한 오프셋은 제 1 부분 빔(5a)이 광학 축(6)을 따라 진행하도록 선택될 수 있다.
일반적으로, 광학 축(6)과 일치하는 (XYZ 좌표계의) 회전축(Z)은 고정되어 미리 정해지고, 쐐기형 광학적 등방성 소자(8)의 도 2a에 도시된, XZ-평면에 위치한 쐐기 각도(
Figure pct00003
)의 선택에 의해 그리고 복굴절 편광기 소자(1a)의 쐐기 각도(
Figure pct00004
)의 선택에 의해, 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 회전축(Z)에 대해 X 방향으로 임의의 간격으로 위치 설정될 수 있다. 광학 축(6)에 대한 제 2 의 비정상 부분 빔(5b)의 간격(Xeo)은 쐐기형 광학적 등방성 소자(8)의 쐐기 각도(
Figure pct00005
)에 의존하고, 도시된 예에서 Z방향의 위치에 의존하지 않는데, 그 이유는 제 2 부분 빔(5b)은 광학 축(6)에 대해 평행하게 정렬되기 때문이다. 2개의 부분 빔(5a, 5b) 사이의 공간 오프셋(ΔX)은 복굴절 편광기 소자(1a)의 쐐기 각도(
Figure pct00006
) 및 Z 방향의 위치에 의존한다.
X 방향으로 2개의 부분 빔(5a, 5b)의 위치 설정에 추가하여, 광학적 등방성 소자(8)가 ZY 평면에서 추가적인 쐐기 각도(
Figure pct00007
)를 갖는(도 2a 하단 참조) 도 2a에 도시된 예에서 2개의 부분 빔(5a, 5b)도 YZ 평면에서 함께 편향된다. 도 2a의 우측 하단에서 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 방식으로 Y방향으로 광학 축(6)과 2개의 부분 빔(5a, 5b) 사이의 (동일한) 간격(Yo, Yeo)이 미리 정해질 수 있고, 상기 간격은 Z 방향 위치에 의존한다.
각도 오프셋(Δα)만 생성하고 공간 오프셋은 생성하지 않는 복굴절 편광기 소자(1a)를 사용하는 도 2a에 도시된 편광기 배열체(7)는 콤팩트한 디자인으로 구현될 수 있고, 회전축(Z)을 중심으로 편광기가 회전되는 적용예에서 바람직한 것으로 입증되었다. 예를 들어 편광기 배열체(7)는 특히 간단하게 기계적 마운트에 통합될 수 있다. 편광기 소자(1a)의 사용은 또한 도 1b에 도시된 편광기 소자(1b)의 사용과 달리 이러한 적용예에서 다른 이유로 바람직한 것으로 입증되었다.
도 2b는 도 1c에서와 같이 공간 오프셋(ΔX) 및 각도 오프셋(Δα) 모두를 생성하는 복굴절 편광기 소자(1c)를 갖는 편광기 배열체(7)를 도시한다. 도 2b에 도시된 편광기 소자(1c)에서, 복굴절 결정의 광학 축(4)은 빔 입사면(2a)에 대해 45°로 정렬된다. 빔 출사면(2b)의 공간 오프셋(ΔX)은 복굴절 결정의 광학 축(4)의 정렬에 의존하고, 도시된 45°로 정렬 시 최대이다. 또한 도 2b에 도시된 편광기 배열체(7)의 경우에도, 2개의 부분 빔(5a, 5b) 중 하나는 광학적 등방성 쐐기형 소자(8)에서 광학 축(6)에 대해 평행하게 정렬된다. 도 2a에 도시된 예와 달리, 이것은 제 1 정상 부분 빔(5a)이다. 도 2b에서 또한 볼 수 있는 바와 같이, 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 광학적 등방성 소자(8)에서 광학 축(6)을 향해 굴절된다. 제 1 정상 부분 빔(5a)은 광학적 등방성 소자(8) 이후에 광학 축(6)에 대해 평행하게 진행하는 한편, 제 2 이상 부분 광선(5b)은 광학적 등방성 소자(8)를 통과한 후 광학 축(6)에 도달하여 상기 축과 일정 각도(αeo)로 교차한다.
도 3a 및 도 3b는 2개의 부분 빔(5a, 5b)을 서로 평행하게 정렬하도록 구성된 편광기 배열체(7)를 각각 도시한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 편광기 배열체(7)는 이를 위해 복굴절 광학 소자(11)와 광학적 등방성 소자(8)로 이루어진 도 2a에 도시된 배열체 및 빔 경로(10)에서 후속하는 빔 오프셋 광학계(9)를 갖고, 상기 광학계는 추가 복굴절 광학 소자(11)와 빔 경로(10)에서 후속하는 추가 광학적 등방성 소자(12)를 갖는다. 빔 오프셋 광학계(9)의 추가 복굴절 광학 소자(11)는, 추가 복굴절 광학 소자(11)로부터 출사 시 2개의 부분 빔(5a, 5b)을 서로 평행하게 정렬하는 데 이용된다. 서로 평행하게 정렬된 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 추가 광학적 등방성 소자(12)의 빔 입사면에서 굴절되고, 이 경우 광학 축(6)에 대해 평행하게 정렬되므로, 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 광학 축(6)에 대해 각도(αo 또는 αeo)를 갖는다.
광학 축(6)을 따른 추가 복굴절 광학 소자(11)와 추가 광학적 등방성 소자(12) 사이의 간격은 도 3a에 도시된 예에서, 제 2 부분 빔(5b)이 정확히 광학 축(6)에 위치 설정되도록 선택된다. 도 3a에 도시된 편광기 배열체(7)에 의해, 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 또한 서로에 대해 평행하게 정렬될 수 있으므로, 상기 부분 빔들은 편광기 배열체(7)로부터 출사 시 빔 오프셋(ΔX')은 갖지만 서로 각도 오프셋을 갖지 않으며, 이를 위해 각도 오프셋(Δα)없이 공간 오프셋(ΔX)을 생성하는 복굴절 편광기 소자(1b)가 사용되지 않아도 된다.
광학적 등방성 소자(8)와 빔 오프셋 광학계(11) 사이의 광학 축(6)을 따른(Z-방향으로) 간격의 변경에 의해, 편광기 배열체(7)로부터 출사 시 빔 오프셋(ΔX')이 조정될 수 있다. 추가 복굴절 광학 소자(11)와 추가 광학적 등방성 소자(12) 사이의 Z방향 간격이 추가로 적절하게 조정되면, 제 2 부분 빔(5b)은 항상 광학 축(6)에 위치 설정될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 광학 축(6)에 제 2 부분 빔(5b)의 위치 설정에 대한 대안으로서, 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 도 3b에 도시된 바와 같이 광학 축(6)에 대해 동일한 간격(Xo, Xeo)으로 위치 설정될 수 있다. 이를 위해, 추가 복굴절 광학 소자(11)와 추가 광학적 등방성 소자(12) 사이의 Z 방향 간격을 적절하게 선택하거나 조정할 필요가 있다. 이 경우에도, 편광기 배열체(7)로부터 출사 시 2개의 부분 빔(5a, 5b)의 빔 오프셋(ΔX') 및 광학 축(6)과 상기 배열체 사이의 간격은 전술한 바와 같이, 광학 축(6)을 따라 (즉 Z 방향으로) 광학적 등방성 소자(8)와 빔 오프셋 광학계(11) 사이의 간격을 변경함으로써 감소할 수 있다.
도 3c는 각도 오프셋(Δα)의 생성에 추가하여 공간 오프셋(ΔX)을 생성하도록 구성된 복굴절 편광기 소자(1c)를 갖는 편광기 배열체(7)를 도시한다. 편광기 배열체(7)는, 제 1 부분 빔(5a)을 광학 축(6)에 대해 평행하게 정렬하고(αo = 0°) 광학 축(6)에 위치 설정하기 위해, 복굴절 방식으로 구성된 추가 광학 소자(13)를 포함한다. 제 2의 비정상 부분 빔(5b)은 추가 복굴절 광학 소자(13)에서 광학 축(6)을 향해 굴절되고 상기 축과 각도(αeo)를 형성한다.
도 4에 도시된 편광기 배열체(7)는 도 1b에서와 같이 구성되고 각도 오프셋 (Δα) 없이 공간 오프셋(ΔX)을 생성하는 복굴절 편광기 소자(1b)를 갖는다. 복굴절 편광기 소자(1b) 뒤의 빔 경로(10)에 추가 복굴절 광학 소자(13)가 배치되고, 상기 추가 소자는 광학 축(6)에 대해 0°의 각도(αo 또는 αeo)로 정렬된 2개의 부분 빔(5a, 5b)을 서로 다른 강도로 굴절시켜서, 상기 부분 빔들은 추가 복굴절 광학 소자(13)를 통과한 후에 광학 축(6)에 대해 각각 각도(αo 또는 αeo)를 갖는다. 제 2 의 비정상 부분 빔(5b)이 광학 축(6)에 대해 진행하는 각도(αeo)는 이 경우 제 1 부분 빔(5a)이 광학 축(6)에 대해 진행하는 각도(αo)보다 작다. 2개의 부분 빔(5a, 5b) 사이의 공간 오프셋(ΔX)으로 인해, 이들은 도 4에서 또한 알 수 있는 바와 같이, 편광기 배열체(7) 뒤에 미리 정해진 간격에서 교차한다. 도 4에 도시된 편광기 배열체(7)는 도 3c에 도시된 편광기 배열체(7)와 유사한 특성을 갖는다. 그러나, 도 4에 도시된 편광기 배열체(7)에서 복굴절 편광기 소자(1b)와 추가 복굴절 광학 소자(13) 사이의 Z 방향으로 간격은 자유롭게 선택될 수 있으므로, 이러한 편광기 배열체(7)는 공차에 덜 민감하다.
도 3c 및 도 4에 도시된 것과는 달리, 2개의 부분 빔(5a, 5b)이 광학 축(6)에 대해 정렬되는 평균 각도 1/2(αo + αeo)는 0°일 수도 있다(αo = -αeo). 이 경우, 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 ZY 평면에 대해 거울 대칭이다.
도 5a 내지 도 5c는 각각의 복굴절 편광기 소자(1a, 1b)에 의해 미리 정해진 일정한 각도 오프셋(Δα) 또는 일정한 공간 오프셋(ΔX)을 변경하도록 구성된 편광기 배열체(7)를 각각 도시한다. 이를 위해, 도 5a 내지 도 5c의 편광기 배열체(7)는 각 경우에 추가적인 복굴절 광학 소자(13)를 갖는다.
도 5a에 도시된 편광기 배열체(7)에서, 복굴절 편광기 소자(1b)는 2개의 부분 빔(5a, 5b) 사이에 일정한 공간 오프셋(ΔX)(각도 오프셋 없이)을 생성하도록 구성되고, 추가 복굴절 광학 소자(13)는 공간 오프셋(각도 오프셋 없음)을 생성하도록 구성된다. 편광기 배열체는 광학 축(6)과 일치하는 회전축(Z)을 중심으로 추가 광학 소자(13)가 회전하도록 구성된 회전 드라이브(14a)를 갖는다. 각각의 조정 가능한 회전 각도(φ)에서 회전축(Z)을 중심으로 추가적인 복굴절 광학 소자(13)의 회전에 의해, 2개의 부분 빔(5a, 5b) 사이의 편광기 배열체(7)에 의해 생성된 공간 오프셋(ΔX')은 도 6a에서 볼 수 있는 바와 같이 조정될 수 있다.
도 5a에 도시된 예에서, 예를 들어 적절하게 정렬된 λ/2 지연판 형태의, 편광에 영향을 미치는 광학 소자(15)가 추가 복굴절 광학 소자(13) 앞에 배치된다. 이는 복굴절 편광기 소자(1b)의 광학 축(4)과 복굴절 추가 광학 소자(13)가 하나의 평면에 있지 않은 경우, 도 5a에 점선으로 표시된 바와 같이, 일반적으로 2개가 아닌 4개의 부분 빔(5a-5d)이 형성되기 때문에 바람직하다. 추가 복굴절 광학 소자(13)의 회전 시 λ/2 지연판(15)이 그에 따라(절반의 회전 각도로) 함께 회전되면, 추가 복굴절 광학 소자(13)의 회전 시에도, 입력 레이저 빔은 2개의 부분 빔(5a, 5b)으로만 분할되는 것이 달성될 수 있다.
편광에 영향을 미치는 광학 소자(15)가 λ/4 지연판으로서 구성된 경우, 복굴절 편광기 소자(1b)로부터 출사 후에 선형으로 편광된 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 원형 편광된 부분 빔으로 변환될 수 있다. λ/4 지연판(15)에 의해 또는 편광에 영향을 미치는 다른 광학 소자에 의해, 입력 레이저 빔의 출력은 2개의 부분 빔(5a, 5b)으로 의도대로 분할될 수 있다.
또한, 도 5a에 도시된 바와 같이 예를 들어 4개의 부분 빔(5a-5d)을 생성하기 위해, λ/4지연판(15)에 의해 의도대로 캐스케이드식 빔 분할을 수행하는 것도 가능하다. 추가 복굴절 광학 소자(13)에 대한 λ/4 지연판(15)의 적절한 정렬 시, 이러한 경우에도 4개의 부분 빔(5a-5d)으로 입력 레이저 빔의 출력의 균일한 분할이 이루어질 수 있다. 이러한 분할 시, X방향으로 부분 빔(5a-5d)들 사이의 간격 또는 빔 오프셋(ΔX)을 설정하기 위해, 회전 드라이브(14a)에 의해 편광에 영향을 미치는 광학 소자(13)가 회전되는 경우, 균일한 분할의 효과를 유지하기 위해 통상적으로 λ/4 지연판(15)이 그에 따라 함께 회전할 필요는 없다.
추가 복굴절 광학 소자(13) 및 그 앞에 배치된 편광에 영향을 미치는, 예를 들어 λ/4 지연판 형태의 광학 소자(15)로 이루어진 배열체는 케스케이드될 수 있고, 즉, 도 5a에서 파선의 프레임에 의해 둘러싸인 배열체는, 입력 레이저 빔으로부터 M=2N+1 인 M개의 부분 빔을 생성하기 위해, 빔 경로에 N번 반복해서 배치될 수 있다.
2개의 복굴절 광학 소자(7, 13)의 서로에 대한 회전 각도(φ) 또는 복굴절 광학 소자(7, 13)의 광학 축(4)의 서로에 대한 정렬에 따라, 4개의 부분 빔(5a-5d)은, 도 5a에 도시된 바와 같이, 다시 동일 선상에서 중첩될 수 있다. 4개 이상의 부분 빔(5a-5d) 모두가 동일 선상에 배치되고 하나의 공통의 선호 방향, 예를 들어 X방향을 따라 진행하는 경우, 통상적으로 모든 다른 복굴절 광학 소자(13)의 광학 축(4)을 캐스케이딩 시 하나의 공통 평면에 배치하는 것이 필요하다. 원형 편광된 부분 빔이 각각의 λ/4 지연판(15)에 의해 생성되는 경우, 이러한 캐스케이딩 시에도 모든 M=2N+1 개의 부분 빔으로 출력의 균일한 분할이 이루어질 수 있다.
도 5b에 도시된 편광기 배열체(7)에서, 편광기 배열체(7)에 의해 생성된 각도 오프셋(Δα')을 조정 또는 변경하기 위해, 추가 복굴절 광학 소자(13)는 마찬가지로 회전 드라이브(14)에 의해 광학 축(6)을 중심으로 복굴절 편광기 소자(1a)에 대해 회전될 수 있다. 도 5b에 도시된 편광기 배열체(7)에서, 복굴절 편광기 소자(1a)는 일정한 각도 오프셋(Δα)을 생성하도록 구성되고, 편광기 배열체(7)에 의해 생성된 각도 오프셋(Δα')은, 도 6b에 도시된 바와 같이, 추가 복굴절 광학 소자(13)의 회전 각도(φ)에 의존해서 조정될 수 있다. 회전 시 4개의 부분 빔(5a-5d)으로 분할을 방지하기 위해, 도 5b에 도시된 예에서도 추가 복굴절 광학 소자(13) 앞에 편광에 영향을 미치는 광학 소자(15)가 배치될 수도 있다.
도 5c에 도시된 편광기 배열체(7)에서 추가 복굴절 광학 소자(13)는 병진 드라이브(14b)에 의해 광학 축(6)을 따라 변위될 수 있다. 복굴절 편광기 소자(1a)는 도 5b에서와 같이 일정한 각도 오프셋(Δα)(공간 오프셋 없이)을 생성하도록 구성된다. 추가 쐐기형 복굴절 광학 소자(13)에 의해 (일정한) 각도 오프셋(Δα)은 공간 오프셋(ΔX')으로 변환되며, 상기 오프셋의 크기는 복굴절 편광기 소자(1a)와 추가 복굴절 광학 소자(13) 사이의 간격에 따라 달라지고, 상기 간격은 병진 드라이브(15)에 의해 변경된다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 예에서, 가장 간단한 경우에 각각의 복굴절 편광기 소자(1a, 1b) 및 추가 복굴절 광학 소자(13)는 동일한 구조로 구성될 수 있다.
전술한 모든 편광기 배열체(7)는, 예를 들어 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 구성될 수 있는 가공 광학계(16)의 구성 요소를 형성할 수 있다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 가공 광학계(16)는 도 2a및 도 2b에서 가공할 공작물(19)의 상부면에 놓이는 초점 평면(18)의 영역에서 2개의 부분 빔(5a, 5b)을 포커싱하는 데 이용되는 포커싱 광학계(17)를 갖는다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 것과 달리, 초점 평면(18)은 공작물(19) 바로 앞에 있는, 공작물(19) 내의 평면에 있는 또는 공작물(19) 바로 뒤에 있는 가공 광학계(16)의 빔 경로(10)에도 놓일 수 있다. 편광기 배열체(7)의 복굴절 편광기 소자(1a-1c)에 부딪히는 입력 레이저 빔(3)은 레이저 소스(20)에 의해 생성된, 가공 광학계(16) 내로 입사하는 레이저 빔(21)에 해당한다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 가공 광학계(16)는, 부분적으로 중첩되고 도 7a 및 도 7b에서 흑색 및 백색 원으로 도시된 초점 평면(18) 내의 또는 근처의 2개의 초점 구역(22a, 22b)으로 2개의 부분 빔(5a, 5b)을 포커싱하도록 구성된다. 도 7a에 도시된 가공 광학계(16)는 레이저 소스(11)와 함께, 예를 들어 제거 레이저 가공 형태의, 공작물(19)을 가공하기 위한 레이저 가공 장치(23)를 형성한다. 이를 위해, 가공 광학계(16)는 공작물(19)에 대해 이동될 수 있고 및/또는 초점 평면(18)의 영역 내의 상이한 공간에서 부분 빔(5a, 5b)을 정렬하기 위한 스캐너 장치를 가질 수 있다.
도 7a에 도시된 가공 광학계(6)에서, 복굴절 편광기 소자(1a)와 도 2a의 추가의 광학적 등방성 소자(8)를 가진 편광기 배열체(7)는 초점 평면(18)에 대한 광학적 공액 평면에 또는 근처에 배치된다. 광학적 공액 평면(24)은 포커싱 광학계(17)에 의해 생성된 각도 대 공간 변환(푸리에 변환)에 의해 초점 평면(18)과 관련된다. 광학적 공액 평면(24)에서 각도는 초점 평면(18)의 공간에 대응하고 그 반대도 마찬가지이다. 따라서 각도 오프셋(Δα)을 갖는, 편광기 소자(1a)로부터 출사하는 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 초점 구역(22a, 22b)의 2개의 중심의 공간 오프셋(ΔX")을 갖도록 초점 평면(18)에서 포커싱되고, 상기 공간 오프셋은 초점 구역(22a, 22b)의 직경보다 작으므로, 2개의 초점 구역(22a, 22b)은 서로 중첩한다. 편광기 소자(1a)로부터 출사하는 2개의 부분 빔(5a, 5b)의 공간 오프셋이 존재하지 않음으로 인해, 2개의 부분 빔(5a, 5b)은 포커싱 광학계(17)를 통과한 후에 초점 평면(18)에 대해 평행하게 및 수직으로 정렬된다. 초점 평면(18)과 광학적 공액 평면(24) 사이의 간격은 도 7a에 도시된 예에서 2개의 f로 표시되고, 이 경우 f는 포커싱 광학계의 초점 거리를 나타낸다.
도 7b에 도시된 가공 광학계(16)는 포커싱 광학계(17) 앞의 빔 경로(10)에 배치된 추가 이미징 광학계(25)를 갖는다. 추가 이미징 광학계(25)는 포커싱 광학계(17)와 함께 추가 이미징 또는 시준 광학계(25) 앞의 빔 경로(10)에 배치된, 도 5a의 편광기 조립체(7)의 복굴절 편광기 소자(1b)에서 가변 공간 오프셋(ΔX')을 갖도록 생성된 2개의 부분 빔(5a, 5b)을 초점 평면(18) 내로 이미징한다. 초점 평면(18)에 내로 이미징 시 이미징 스케일은 2개의 부분 빔(5a, 5b)의 직경과 초점 평면(8)에서 2개의 부분 빔(5a, b) 사이의 간격(ΔX")이 감소하는 방식으로 선택된다. 도 7b에 도시된 예에서, 편광기 소자(1b)는 간단하게 초점 평면(18)에 대응하는 추가 평면(24)에서 초점 평면(18)으로부터 4f의 거리에 배치된다. 일반적으로, 추가 광학계(25)와 포커싱 광학계(17)는 상이한 초점 거리(f1, f2)를 가지며, 즉 추가 평면(24)은 거리 2(f1+f2)에 배치된다. 적합한 상이한 초점 거리(f1, f2)를 선택함으로써, 또한 예를 들어 전술한 추가 감소를 야기하도록 이미징 스케일이 조정될 수 있다.
추가 평면(24)에서 공간 분포는 초점 평면(18)에서 공간 분포에 상응한다(축척의 조정에 의해). 편광기 소자(1b)는 가공 광학계(16) 내로 입사하는 레이저 빔(21)의 시준된 빔 경로(10)에 배치되기 때문에, 반드시 상기 레이저 빔이 추가 평면(24)에 위치 설정되지 않아도 되고, 오히려 추가 평면(24) 앞 또는 뒤의 빔 경로(10)에 배치될 수도 있다.
도 7a 및 도 7b의 가공 광학계(16)는 또한 가공 광학계(16) 내로 입사하며 도시된 예에서 가우시안형 빔 프로파일을 갖는 레이저 소스(20)에 의해 생성된 레이저 빔(21)과 일치하는 레이저 빔을 준 비회절 빔 프로파일, 더 정확히는 유사 베셀 빔 프로파일을 가지며, 편광기 배열체(7)에 부딪히는 입력 레이저 빔(3)으로 변환하기 위한 빔 형성 광학계(26)를 갖는다.
유사 베셀 빔 프로파일은 전파 방향에 대해 회전 대칭일 수 있지만, 빔 형성 광학계(26)가 선호 방향을 갖는 비회전 대칭 빔 프로파일을 생성하는 것도 가능하며, 즉 빔 형성 광학계(26)는 빔 스플리터 광학계 방식으로 작용한다. 다른 또는 더 복잡한 빔 프로파일, 예를 들어 에어리(Airy) 빔 프로파일, 마티유(Mathieu) 빔 프로파일과 같은 준-비회절 빔 프로파일, 빔 균일화, 볼텍스(Vortex), 보틀(Bottle)의 형성 등이 빔 형성 광학계(26)에 의해 생성될 수 있다. 빔 형성 광학계(26)는 회절 광학 소자, 액시콘, ... 또는 이들 소자들의 조합으로서 구성될 수 있다. 빔 형성 광학계(26)는 또한 액시콘(axicon)의 기능을 갖는 회절 광학 소자로서 구성될 수도 있다.
본 실시예에서, 빔 형성 광학계(26) 뒤에는, 실질적으로 회전 대칭인 베셀 빔에 해당하는, 즉 베셀 함수 형태의 횡방향으로의 방사 방향 세기 프로파일에 해당하는 빔 프로파일이 존재한다.
도 7a에 도시된 가공 광학계(16)는 추가로 이미징 또는 시준 광학계(25)를 갖고, 상기 광학계는 빔 형성 광학계(26)와 편광기 배열체(7)의 편광기 소자(1a) 사이의 빔 경로(10)에 배치되고, 축소된 이미징에 이용된다. 도 7a에서 유사 베셀 빔 프로파일의 원거리장은 편광기 소자(1a)의 공간에 존재한다. 유사 베셀 빔 형태의 빔 프로파일 생성은, 예를 들어 유리와 같은 투명한 물질로 제조되고, 도 7a 및 도 7b에 도시된 선호 방향(X)에 해당할 수 있지만, 선호 방향(X)에 대해 미리 정해진 각도로 정렬될 수도 있고 또는 경우에 따라서 라인에서 벗어나 미리 정해진 윤곽을 형성하는 미리 정해진 방향을 따라 분리 및 경우에 따라서 크랙 형성이 가능한 공작물(19)을 분리하는 데 바람직한 것으로 입증되었다. 공작물(19) 내로 들어가는 부분 빔(5a, 5b)의 종방향 빔 프로파일이 비교적 긴 길이에 걸쳐 거의 균일하게 진행된다는 사실도 분리, 경우에 따라서 크랙 형성 및 그에 따른 유리 물질의 절단 가공을 용이하게 한다.
가공 광학계(16)의 도 7a 및 도 7b에는 도시되지 않은 빔 스플리터 광학계에 의해 초점 평면(18)의 영역에 복수 쌍의 초점 구역(22a, 22b)이 생성될 수 있고, 이들은 선호 방향(X)을 따라 나란히 배치되고, 이 경우 인접한 부분 빔(5a, 5b)의 초점 구역(22a, 22b)은 부분적으로 중첩하고, 도시된 예에서 선호 방향(X)을 따라 연장되는 관련된 상호 작용 영역(27)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 상호 작용 영역(27)은 또한 비직선 윤곽을 따라 연장될 수도 있으며, 상기 윤곽은 특히 Z방향으로도 공작물(19)의 체적 내로 연장될 수 있다. 빔 스플리터 광학계를 이용한 빔 분할의 세부 사항 및 빔 형성 광학계(26)를 이용하여 생성되는 횡방향 또는 종방향 빔 프로파일의 세부 사항에 대해서는 처음에 인용된 DE 10 2019 205 394.7호가 참조된다.
도 7a 및 도 7b에 개략적으로 도시된 가공 광학계(16)의 빔 경로(10)는 도 8a 내지 도 8c에 더 실재적으로 도시되어 있다. 도 8a는 이 경우 편광 장치(7)가 없는 빔 경로(10), 즉 가공 광학계(16) 내로 입사하는 레이저 빔(12)으로부터 유사 베셀 빔 프로파일을 생성하는 빔 형성 광학계(26)만을 도시한다. 이를 위해, 빔 형성 광학계(26)는 액시콘(axicon) 형태의 굴절 광학 소자를 가질 수 있지만, 액시콘 대신 빔 형성 광학계(26)로서 회절 광학 소자도 사용될 수 있다. 특히 회절 광학 소자의 사용 시, 쌍으로 중첩되는 복수의 부분 빔(5a, 5b)으로 선호 방향(X-방향)을 갖는 유사 베셀 빔 프로파일이 생성될 수도 있고(도 7a, 도 7b 참조), 즉 빔 형성 광학계(26)는 빔 스플리터 광학계의 방식으로 작용한다.
도 8b는 도 7a의 가공 광학계(16)를 도시하고, 상기 광학계는 추가로 편광기 소자(1a)와 추가 광학적 이방성 소자(8)를 포함하는 도 2a의 편광기 배열체(7)를 구비하며, 상기 배열체는 빔 형성 광학계(26) 뒤의 빔 경로(10)에 배치되고, 도 8a 에 도시된, 종방향(Z)으로 확장되는 상호 작용 영역(27)을 생성하기 위해 입력 레이저 빔(3)을 서로 수직으로 편광된 2개의 부분 빔(5a, 5b)으로 분할한다. 도 8a에서 볼 수 있는 바와 같이, 상호 작용 영역(27)은 선호 방향(X)을 가지며, 상기 방향을 따라 2개의 부분 빔(5a, 5b) 또는 2개의 초점 구역(22a, 22b)은 서로에 대해 공간 오프셋(ΔX")을 갖는다.
도 8c에 도시된 가공 광학계(16)와 도 8b에 도시된 가공 광학계(16)는 도 3c에 도시된 바와 같이 구성된 편광기 배열체(7)에 의해 구별된다. 편광기 배열체(7)는 공간 오프셋(ΔX) 및 각도 오프셋(Δα) 모두를 생성하는 복굴절 편광기 소자(1c) 및 추가 복굴절 광학 소자(13)를 포함한다.
포커싱 광학계(17)는 도 8b 및 도 8c에 단지 예를 들어 렌즈로서 도시되고, 일반적으로 함께 대물 렌즈를 형성하는 다수의 광학 소자를 갖는다. 공작물(19)을 향하는 전방 초점 평면(18)에 추가하여, 포커싱 광학계(17)는 또한 편광기 배열체(7)를 향하는 후방 초점 평면(18a)을 갖는다.
도 8b 및 도 8c에 도시된 가공 광학계(16)의 각각의 편광기 배열체(7)는 광학 축(6)에 2개의 부분 빔(5a, 5b) 중 하나를 위치 설정하는 것을 가능하게 하지만, 이것이 절대적으로 필요한 것은 아니다. 전술한 바와 같이, 이것은 공작물(19)의 가공 중에 XY 평면에서 선호 방향의 위치를 변경하기 위해(회전하기 위해), - 통상적으로 빔 형성 광학계(26)와 함께 - 편광기 배열체(7)가 가공 광학계(16)의 광학 축(6)을 중심으로 회전 드라이브(9)에 의해 회전되는 경우에, 빔 텀블링을 방지하기 위해 바람직하다.
도 8a 내지 도 8c에 도시된 가공 광학계(16)에 의해, 일반적으로 높은 플루언스를 요구하는 유리 절단- 또는 유리 분리 적용예가 특히 바람직하게 수행될 수 있다. 그러한 적용예에서 통상적으로 단일 펄스 또는 버스트(Burst) 펄스(예를 들어, 2ns 내지 150ns, 바람직하게는 13ns 내지 40ns의 버스트 펄스 간격을 갖는 버스트에서 2-6 펄스)를 갖는 레이저 빔(21)이 일반적으로 사용된다. 단일 펄스 또는 버스트의 펄스는 바람직하게 200fs 내지 20ps, 특히 300fs 내지 20ps의 펄스 지속 시간을 갖고, 즉, 레이저 소스(20)는 초단파 펄스 레이저 소스로서 구성된다. (전체 버스트 또는 단일 펄스의) 펄스 에너지는 바람직하게는 10μJ 내지 10mJ, 특히 30μJ 내지 1mJ이다. 상호 작용 영역(27)의 인접한 초점 구역(22a, 22b)들 사이의 공간적 펄스 간격 또는 수정 간격은 일반적으로 대략 0.8㎛ 내지 대략 30㎛ 이다.
도 8a 내지 도 8c에 도시된 가공 광학계(16)의 주요 장점은, 편광기 배열체(7)가 포커싱 광학계(17)의 후방 초점 평면(18a)으로부터 비교적 멀리 배치될 수 있다는 것이다. 포커싱 광학계(17)의 후방 초점 평면(18a)에서 발생하는 플루언스는 특히 준-베셀의 경우에는 매우 큰데, 그 이유는 이 경우에 거기에 링 포커스가 형성되기 때문이다. 통상적으로 적어도 포커싱 광학계(17)의 후방 초점 거리만큼의 후방 초점 평면(18a)으로부터 편광기 배열체(7), 보다 정확하게는 편광기 배열체(7)의 마지막 광학 소자(8, 13)의 비교적 큰 간격으로 인해, 너무 높은 플루언스로 인한 편광기 배열체(7)의 손상이 통상적으로 방지될 수 있다. 또한, 후방 초점 평면(18)은 특히 포커싱 광학계(17)의 초점 거리가 짧은 경우에 기계적으로 기계적으로 쉽게 접근할 수 없다.
적용예에 따라, 선형 편광된 부분 빔(5a, 5b) 대신에 초점 평면(18)에서 왼쪽 또는 오른쪽에 원형 편광된 부분 빔(5a, 5b)을 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해, 예를 들어 λ/4 판 형태의 지연 소자가 편광기 배열체(7) 뒤의 빔 경로(10) 내의 적절한 지점에 배치될 수 있다.

Claims (16)

  1. 공작물 가공을 위한 가공 광학계(16)로서,
    적어도 하나의, 특히 펄스형 입력 레이저 빔(3)을, 각각 2개의 상이한 편광 상태 중 하나를 갖는 적어도 2개의 부분 빔(5a, 5b)으로 분할하기 위한 복굴절 편광기 소자(1a, 1b, 1c)를 포함하는 편광기 배열체(7), 및
    편광기 배열체(7) 뒤의 빔 경로(10)에 배치되며 적어도 2개의 초점 구역(22a, 22b)으로 부분 빔(5a, 5b)을 포커싱하기 위한 포커싱 광학계(17)를 포함하는 가공 광학계에 있어서,
    상기 편광기 배열체(7)는 가공 광학계(16)의 광학 축(6)에 대해 부분 빔(5a, 5b) 중 적어도 하나의 부분 빔의 각도(αo,αeo) 및/또는 간격(xo, xeo)을 변경하기 위해 복굴절 편광기 소자(1a, 1b, 1c) 뒤의 빔 경로(10)에 배치된 적어도 하나의 추가 광학 소자(8, 11 내지 13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공 광학계.
  2. 제1항에 있어서, 편광기 소자(1a-1c)는 상이한 편광 상태(s, p)를 갖는 부분 빔(5a, 5b)들 사이의 공간 오프셋(ΔX) 및/또는 각도 오프셋(Δα)을 생성하도록 구성되는 것인 가공 광학계.
  3. 제2항에 있어서, 편광기 소자(1a, 1c)는 상이한 편광 상태(s, p)를 갖는 부분 빔(5a, 5b)들 사이의 각도 오프셋(Δα)을 생성하도록 구성되고, 추가 광학 소자(8, 11 내지 13)는, 부분 빔(5a; 5b)을 광학 축(6)에 대해 평행하게 정렬하기 위해, 광학 축(6)에 대한 2개의 부분 빔(5a; 5b) 중 하나의 부분 빔의 각도(αeo,αo)를 변경하도록 구성되는 것인 가공 광학계.
  4. 제3항에 있어서, 추가 광학 소자(8)는 광학적으로 등방성으로 구성되고, 상기 편광기 소자(1a)는 바람직하게 공간 오프셋(ΔX)을 생성하지 않고 각도 오프셋(Δα)을 생성하도록 구성되는 것인 가공 광학계.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 편광기 배열체(7)는, 2개의 부분 빔(5a, 5b)을 서로 평행하게 정렬하기 위해, 추가 복굴절 소자(11)를 갖는 빔 오프셋 광학계(9)를 구비하는 것인 가공 광학계.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 편광기 배열체(7)는, 부분 빔(5a, 5b) 중 하나를 광학 축(6)에 위치 설정하도록 또는 2개의 부분 빔(5a; 5b)을 광학 축(6)으로부터 동일한 간격(xo, xeo)으로 위치 설정하도록 구성되는 것인 가공 광학계.
  7. 제6항에 있어서, 복굴절 편광기 소자(1c)는 각도 오프셋(Δα)을 생성하는 것에 추가하여 공간 오프셋(ΔX)을 생성하도록 구성되고, 추가 광학 소자(13)는 부분 빔(5a)을 광학 축(6)에 위치 설정하기 위해 복굴절 방식으로 구성되는 것인 가공 광학계.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 편광기 배열체(7)는, 2개의 부분 빔(5a, 5b)들 사이의 각도 오프셋(Δα') 및/또는 공간 오프셋(ΔX')을 변경하도록 구성되는 것인 가공 광학계.
  9. 제8항에 있어서, 추가 광학 소자(13)는 복굴절 방식으로 구성되고, 2개의 부분 빔(5a, 5b)들 사이의 각도 오프셋(Δα) 및/또는 공간 오프셋(ΔX)을 변경하기 위해 가공 광학계(16)의 광학 축(6)을 따라 변위 가능하고 및/또는 가공 광학계(16)의 광학 축(6)을 중심으로 회전 가능한 것인 가공 광학계.
  10. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 추가 광학 소자(13)는 복굴절 방식으로 구성되고, 편광에 영향을 미치는 광학 소자(15), 특히 λ/4 지연판 또는 λ/2 지연판이 추가 광학 소자(13) 앞에 배치되는 것인 가공 광학계.
  11. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 가우시안형 빔 프로파일을 갖는 입사 레이저 빔(21)을 준-비회절 빔 프로파일을 갖는, 특히 유사 베셀 빔 프로파일을 갖는 출사 레이저 빔(3)으로 변환하기 위한 빔 형성 광학계(26)를 더 포함하는 것인 가공 광학계.
  12. 제11항에 있어서, 상기 빔 형성 광학계(26)는 바람직하게는 선호 방향(X)을 갖는 비회전 대칭 준-비회절 빔 프로파일을 생성하도록 구성되는 것인 가공 광학계.
  13. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공 광학계는 관련된 상호 작용 영역(27)의 적어도 부분적으로 중첩하는 초점 구역(22a, 22b)으로 부분 빔(5a, 5b)을 포커싱하도록 구성되고, 바람직하게 각각 상이한 편광 상태를 갖는 상기 부분 빔(5a, 5b)은 관련된 상호 작용 영역(27)의 인접한 초점 구역(22a, 22b)으로, 특히 선호 방향(X)을 따라 포커싱되는 것인 가공 광학계.
  14. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 회전축(Z)을 중심으로 편광기 배열체(7) 및/또는 빔 형성 광학계(26)를 회전시키기 위한 회전 드라이브(9)를 더 포함하는 것인 가공 광학계.
  15. 레이저 가공 장치(23)로서,
    선행하는 항들 중 어느 한 항에 따른 가공 광학계(16), 및
    레이저 빔(21), 특히 가우시안형 빔 프로파일을 갖는 레이저 빔(21)을 생성하기 위한 레이저 소스(20), 특히 초단파 펄스 레이저 소스(20)를 포함하는 것인 레이저 가공 장치.
  16. 가공 광학계(16)를 이용해서 공작물(19)을 레이저 가공하기 위한 방법으로서,
    편광기 배열체(7)의 복굴절 편광기 소자(1a, 1b, 1c)에서 적어도 하나의, 특히 펄스형 입력 레이저 빔(21)을, 각각 2개의 상이한 편광 상태(s, p) 중 하나를 갖는 적어도 2개의 부분 빔(5a, 5b)으로 분할하는 단계 및,
    가공 광학계(16)의 포커싱 장치(17)를 이용해서 공작물(9) 영역의 초점 구역(22a, 22b)에 부분 빔(5a, 5b)을 포커싱하는 단계를 포함하는 레이저 가공 방법에 있어서,
    복굴절 편광기 소자(1a, 1b, 1c) 뒤의 빔 경로(10)에 배치된, 편광기 배열체(7)의 적어도 하나의 추가 광학 소자(8, 11 내지 13)에서 가공 광학계(16)의 광학 축(6)에 대해 부분 빔(5a, 5b) 중 적어도 하나의 부분 빔의 각도(αo,αeo) 및/또는 간격(xo, xeo)을 변경하는 단계를 포함하는 것인 레이저 가공 방법.
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