KR20240042128A - 공작물을 가공하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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요나스 클라이너
다니엘 플람
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트룸프 레이저-운트 시스템테크닉 게엠베하
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Abstract

본 발명은 레이저(3)의 레이저 빔(30)으로 공작물(10)을 가공하기 위한 방법 및 장치(1)에 관한 것으로, 상기 장치는 레이저 빔(30)을 방출하도록 구성된 레이저(3), 2개의 편광 상태 사이에서 레이저 빔(30)의 편광을 전환하도록 및/또는 레이저 빔(30)의 편광을 회전시키도록 구성된 편광 스위치(4), 레이저 빔(30)을 2개의 부분 레이저 빔(300)으로 분할하도록 구성된 편광 분할기(5) 및 공작물(10)을 가공하기 위해 제1 부분 레이저 빔(301)을 공작물(10) 내로 제1 초점 영역(801)에 도입하고 제2 부분 레이저 빔(302)을 공작물(10) 내로 제2 초점 영역(802)에 도입하도록 구성된 가공 광학계(8)를 포함하고, 상기 2개의 부분 레이저 빔(300)은 서로 직교하는 편광을 갖고, 제1 편광을 갖는 제1 부분 레이저 빔(301)은 편광 분할기를 통과한 후 제1 오프셋을 갖고, 제2 편광을 갖는 제2 부분 레이저 빔(302)은 편광 분할기를 통과한 후 제2 오프셋을 가지며, 상기 편광 스위치(4)는 빔 전파 방향으로 편광 분할기(5) 앞에 배치되고, 편광 스위치(4)에 의한 편광의 전환 및/또는 회전은 2개의 부분 레이저 빔(300)의 강도를 교대로 최대화한다.

Description

공작물을 가공하기 위한 장치 및 방법
본 발명은 레이저의 레이저 빔으로 공작물을 가공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안 레이저의 개발로 인해 재료 가공의 새로운 방식이 가능해졌다. 특히 초단 펄스 레이저의 경우 짧은 펄스 길이와 높은 피크 펄스 출력 또는 높은 펄스 에너지는 공작물의 재료에서 펄스 에너지의 비선형 흡수를 야기하여, 사용된 레이저 광 파장에 대해 실제로 투과성인 또는 실질적으로 투과성인 재료도 가공될 수 있다.
이러한 레이저 방사선의 특정 응용 분야는 공작물의 분리 및 가공이다. 이 경우 바람직하게 레이저 빔은 수직 입사 상태로 재료에 도입되며, 이로써 재료를 의도대로 손상시키는 재료 변형이 재료 내에 생성된다. 그 결과 일종의 천공이 생성되고, 상기 천공을 따라 재료가 분리될 수 있다.
이러한 레이저 방사선의 또 다른 응용 분야는 2개의 접합 파트너를 접합하는 것으로, 레이저 빔에 노출된 영역에서 에너지 흡수를 통해 용융물을 생성하기 위해, 상기 각각의 접합 파트너가 레이저 빔에 노출되며, 이는 용융물의 응고 후에 접합 파트너 사이에 용접 시임을 형성한다. 초단 레이저 펄스를 이용한 접합은 추가 재료를 사용하지 않고도 접합 파트너를 안정적으로 연결할 수 있다.
접합 및 분리 시 접합- 또는 분리 라인 주변으로 레이저 빔의 주기적인 이동인 워블(wobble)이 공개되어 있다. 이로 인해 분리 시 특히 고품질의 에지 또는 접합 시 접합 시임이 생성된다.
지금까지는 이러한 워블 이동을 위해 가공 광학계 또는 가공 광학계의 부분이 주기적으로 이동해야 하고, 이로 인해 가공 광학계의 구조가 복잡해지고 가공 광학계의 조정이 까다로워진다.
공개된 선행 기술에 기초하여, 본 발명의 과제는 공작물을 가공하기 위한 개선된 장치 및 해당 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제1항의 특징들을 갖는 공작물을 가공하기 위한 장치에 의해 해결된다. 바람직한 개선예는 종속 청구항, 상세한 설명 및 도면에 제시된다.
이에 따라 레이저 빔을 방출하도록 구성된 레이저, 2개의 편광 상태 사이에서 레이저 빔의 편광을 전환하도록 및/또는 레이저 빔의 편광을 회전시키도록 구성된 편광 스위치, 레이저 빔을 2개의 부분 레이저 빔으로 분할하도록 구성된 편광 분할기 및 공작물을 가공하기 위해 제1 부분 레이저 빔을 공작물 내로 제1 초점 영역에 도입하고 제2 부분 레이저 빔을 공작물 내로 제2 초점 영역에 도입하도록 구성된 가공 광학계를 포함하고, 상기 2개의 부분 레이저 빔은 서로 직교하는 편광을 갖고, 제1 편광을 갖는 제1 부분 레이저 빔은 편광 분할기를 통과한 후 제1 오프셋을 갖고, 제2 편광을 갖는 제2 부분 레이저 빔은 편광 분할기를 통과한 후 제2 오프셋을 갖는, 레이저의 레이저 빔으로 공작물을 가공하기 위한 장치가 제안된다. 본 발명에 따라 편광 스위치는 빔 전파 방향으로 편광 분할기 앞에 배치되고, 편광 스위치에 의한 편광의 전환 및/또는 회전에 의해 2개의 부분 레이저 빔의 강도가 교대로 최대화된다.
편광 스위치는 레이저에 의해 제공되는 입사하는 레이저 빔의 편광을 변경할 수 있다. 변경은, 초기 편광 상태의 레이저 빔으로부터 최종 편광 상태의 레이저 빔이 생성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 편광이 레이저 빔의 입사 평면에 대해 수직인 s-편광 상태의 레이저 빔으로부터 편광이 입사 평면에 대해 평행한 p-편광 상태의 레이저 빔이 생성될 수 있다.
이는, 레이저 빔의 편광이 초기 편광 상태로부터 최종 편광 상태로 연속해서 전환되어, 최종 편광 상태의 레이저 빔이 생성됨으로써 이루어질 수 있다. 따라서 시간 경과 시 레이저 빔은 초기 편광 상태와 최종 편광 상태 사이의 모든 편광 상태를 갖는다.
그러나 레이저 빔의 편광이 전환될 수 있다. 이때 레이저 빔은 시간 경과 시 두 가지 편광 상태만, 즉 초기 편광 상태와 최종 편광 상태, 즉 예를 들어 s-편광 상태와 p-편광 상태만을 갖는다.
그러나 레이저 빔의 편광이 초기 편광 상태와 최종 편광 상태 사이에 있는 중간 편광 상태로 전환될 수 있다. 예를 들어, s-편광 상태와 p-편광 상태 사이의 레이저 빔은, 편광이 입사 평면에 대해 0°또는 90°가 아닌 각도, 예를 들어 30°또는 45°또는 60°인 중간 편광 상태로 전환될 수 있다.
편광 스위치의 상기 설명은 원형 또는 타원형으로 편광된 레이저 빔에도 유사하게 적용된다. 이 경우 초기 편광 상태는 예를 들어 왼손잡이와 같은 제1 손잡이 방향(handedness)의 편광 상태로 구성될 수 있고, 최종 편광 상태는 예를 들어 오른손잡이와 같은 제2 손잡이 방향의 편광 상태로 구성될 수 있다. 중간 편광 상태는 이 경우 예를 들어 선형 편광 상태 또는 타원형 편광 상태일 수 있다.
편광 분할기는 입사하는 레이저 빔을 선형 기본 편광 상태로 분해할 수 있고, 각 기본 편광 상태를 부분 레이저 빔의 형태로 공간적으로 분리할 수 있다. 이 경우 입사하는 레이저 빔의 편광은 편광 분할기의 기본 편광 상태에 반영된다. 이러한 편광 분할기는 일반적으로 편광 분할기에서 레이저 빔의 복굴절에 기반한다.
복굴절이란, 입사하는 레이저 빔을 서로 수직으로 편광된 2개의 부분 레이저 빔으로 분리하는 광학 재료의 성능이다. 이는 광학 재료의 광학 축에 대해 광의 편광 및 입사각에 따라 광학 재료의 굴절률이 상이하기 때문에 발생한다. 따라서 임의로 편광된 레이저 빔은 편광 분할기의 광학 재료의 광학 축의 모양과 형태에 따라 편광 분할기의 기본 편광 상태로 분리된다.
본 출원과 관련해서 서로 수직으로 편광된 부분 레이저 빔이란 편광 방향이 서로 90°각도로 정렬된 선형으로 편광된 부분 레이저 빔으로 이해된다. 그러나 서로 수직으로 편광된 부분 레이저 빔이란 회전 방향이 반대인 원형으로 편광된 부분 레이저 빔, 즉 왼쪽 또는 오른쪽으로 원형으로 편광된 2개의 부분 레이저 빔으로도 이해된다. 편광 방향이 서로 수직으로 정렬된 선형으로 편광된 부분 레이저 빔을 회전 방향이 반대인 원형으로 편광된 부분 레이저 빔으로 전환은 예를 들어, 적절하게 배향된 지연 플레이트(λ/4 플레이트)에 의해 이루어질 수 있다(아래 참조).
기본 편광 상태에 따라 편광 분할기에 의해 분해되어 방사되는 부분 레이저 빔들은 서로 각도 오프셋 및/또는 공간 오프셋을 가질 수 있다. 이는 또한 편광 분할기의 광학 재료의 상이한 편광 방향들에 대한 굴절률의 이방성에 의해 설명될 수 있다.
예를 들어, 부분 레이저 빔들은 편광 분할기를 통과한 후 각도 오프셋을 가질 수 있다. 이는, 편광 분할기 이후 제1 편광을 갖는 제1 부분 레이저 빔이 제2 편광을 갖는 제2 부분 레이저 빔에 대해 평행하지 않음을 의미한다.
(공간 오프셋 없이) 각도 오프셋을 생성하기 위해 편광 분할기는 빔 입사면에 대해 비스듬하게 기울어진 빔 출사면을 가질 수 있다. 이러한 경우에 복굴절 결정의 광학 축은 일반적으로 빔 입사면에 대해 평행하게 정렬된다. 이러한 경우에 2개의 부분 레이저 빔은 빔 출사면의 동일한 위치에서 규정된 각도 오프셋으로 복굴절 결정으로부터 방사된다.
예를 들어 부분 레이저 빔은 편광 분할기를 통과한 후 공간 오프셋을 가질 수 있다. 즉, 복굴절 편광 소자 이후 제1 편광을 갖는 부분 레이저 빔은 제2 편광을 갖는 부분 레이저 빔에 대해 평행하다. 그러나 2개의 부분 레이저 빔은 서로 평행하게 변위되므로, 2개의 부분 레이저 빔 사이에 유한한 거리가 존재한다.
(각도 오프셋 없이) 공간 오프셋을 생성하기 위해 편광 분할기는 예를 들어 평행하게 정렬된, 일반적으로 평평한 빔 입사면과 빔 출사면을 가질 수 있다. 이러한 경우에 복굴절 결정의 광학 축은 일반적으로 빔 입사면에 대해 비스듬하게 정렬된다. 레이저 빔이 빔 입사면에 대해 수직으로 입사하면, 빔 출사면에 순수한 공간 오프셋이 발생한다.
상이한 편광을 갖는 개별 부분 레이저 빔 사이의 거리는, 예를 들어 입사하는 레이저 빔을 향한 결정의 광학 축의 배향에 의해 또는 제조 시, 편광 분할기에 의해 정해질 수 있다.
예를 들어 편광 분할기는 제1 부분 레이저 빔을 편향시킬 수 없고 제2 부분 레이저 빔을 편향시킬 수 있다. 이에 따라 제1 부분 레이저 빔은 광학 축을 따라 계속 전파되지만, 제2 부분 레이저 빔은 전파되지 않는다. 두 부분 레이저 빔은 서로 반대 방향으로 편향될 수 있다. 두 부분 레이저 빔은 동일한 방향으로 편향되지만 상이한 강도로 편향되는 것도 가능하다.
특히 제1 오프셋(또는 제2 오프셋)은 0일 수 있고, 제2 오프셋(또는 제1 오프셋)만 유한한 값을 취할 수 있는데, 이는 이미 부분 레이저 빔으로 분할이 가능해지기 때문이다.
가공 광학계는 편광 분할기에 의해 제공되는 상이한 편광의 부분 레이저 빔을 2개의 서로 다른 초점 영역으로 이동시키는 것과 공작물 내로 도입하는 것을 가능하게 한다. 공작물을 가공하기 위해, 특히 제1 편광의 제1 부분 레이저 빔은 공작물 내로 제1 초점 영역에 도입되고 제2 편광의 제2 부분 레이저 빔은 공작물 내로 제2 초점 영역에 도입된다.
특히 초점 영역은 동일하거나 다양한 초점 평면에 놓일 수 있다. 즉, 제1 초점 영역은 예를 들어 빔 전파 방향으로 제2 초점 영역의 앞 또는 뒤에 위치한다. 두 초점 영역은 동일한 초점 평면에 놓일 수 있고, 초점 영역들은 초점 평면에서 서로 오프셋 되어 있다. 예를 들어 하나의 초점 영역은 접합 시 경계면 아래에 있을 수 있고, 다른 초점 영역은 접합 시 경계면 위에 있을 수 있다.
가공은 예를 들어, 공작물이 분리되거나, 에지가 챔퍼링되거나, 설정 파단점이 생성되거나 특정 방향의 재료 장력이 생성되는 것 등일 수 있다. 그러나 공작물이 함께 접합될 2개의 접합 파트너를 포함할 수 있다. 가공의 다양한 변형예들이 아래에 설명된다.
편광 스위치는 빔 전파 방향으로 편광 분할기 앞에 배치된다. 편광 분할기는 이 경우 직교하는 기본 편광 성분으로 레이저 빔의 정해진 분할 및/또는 편향을 수행한다. 이는, 2개의 부분 레이저 빔의 공간 분할의 크기가 입사하는 레이저 빔의 편광과 무관하다는 것을 의미한다. 그러나 이는 또한, 제1 부분 레이저 빔이 편광 분할기의 제1 기본 편광 상태에 있고 제1 경로를 따라 편광 분할기를 통해 및 편광 분할기로부터 전파되고, 제2 부분 레이저 빔은 제2 기본 편광 상태에 있고 제2 경로를 따라 편광 분할기를 통해 및 편광 분할기로부터 전파되는 것을 의미한다.
편광 스위치가 편광 분할기 앞에 배치됨으로써, 입사하는 레이저 빔의 편광은, 입사하는 레이저 빔의 편광 상태가 편광 분할기의 기본 편광 상태에 해당하도록 조작될 수 있다. 그런 다음 - 입사하는 레이저 빔의 완전한 편광 시 - 레이저 빔의 전체 레이저 에너지는 선택된 기본 편광 상태의 부분 레이저 빔의 경로를 따라 전달된다.
예를 들어 편광 분할기는 레이저 빔을 제1 기본 편광 상태의 제1 부분 레이저 빔과 제2 기본 편광 상태의 제2 부분 레이저 빔으로 편향시킬 수 있다. 편광 분할기 이전에 이미 레이저 빔이 완전히 제1 기본 편광 상태에 있는 경우, 레이저 빔은 제1 부분 레이저 빔의 경로로 편향된다. 입사하는 레이저 빔의 완전한 편광으로 인해 레이저 빔의 분할은 수행되지 않는다.
편광 스위치에 의해 레이저 빔이 두 가지 기본 편광 상태 사이에서 번갈아 전환되는 경우, 레이저 빔은 제1 및 제2 부분 레이저 빔의 경로로 교대로 편향된다. 이에 따라 레이저 에너지가 제1 초점 영역 또는 제2 초점 영역으로 교대로 도입된다.
편광 스위치에 의해 레이저 빔이 두 가지 기본 편광 상태 사이에서 번갈아 회전되는 경우, 레이저 빔은 제1 및 제2 부분 레이저 빔의 경로로 교대로 편향되지만, 레이저 빔의 각 중간 편광 상태에서 레이저 빔의 분할도 수행된다. 이에 따라 레이저 출력은 먼저 제1 초점 영역에 도입된 다음, 일부는 제1 초점 영역에 그리고 일부는 제2 초점 영역에 도입되고, 마지막으로 제2 초점 영역에 도입된다. 제1 및 제2 초점 영역에 도입되는 레이저 에너지(또는 강도)의 비율은 이 경우 편광 분할기의 기본 편광 상태에 입사하는 레이저 빔의 편광의 반영을 따른다.
특히, 편광 스위치에 의한 편광 상태의 선택으로 2개의 부분 빔의 강도가 교대로 최대화되거나 2개의 상이한 초점 영역에 도입되는 에너지가 최대화된다.
초점 영역에 교대로 레이저 에너지의 도입은 이 경우 시간 경과 시 적어도 부분적으로 주기적인 거동을 의미할 수 있다. 결과적으로 특히, 레이저 빔의 워블 이동을 모방하는 것이 가능하다. 이 경우 초점 영역 사이의 공간적 거리에 의해 워블 진폭이 규정된다. 또한 워블 주파수, 즉 초점 영역에 레이저 에너지를 교대로 도입하는 시간적 반복률은 편광 스위치에 의해 설정될 수 있다.
부분 레이저 빔들의 강도를 최대화하는 것은 이와 관련하여, 레이저 광이 완전히 편광되지 않은 경우에도 장치를 이용해서 공작물의 가공이 가능한 것을 의미할 수 있다. 예를 들어 입사하는 레이저 빔이 80%만 편광된 경우, 편광 분할기에 의해 레이저 빔의 80%만 선택적으로 분할 및/또는 편향될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는, 가공 광학계의 이동에 의해 레이저 빔의 위치는 변경되지 않으므로, 장치가 특히 높은 기계적 안정성을 갖는다는 장점을 제공한다. 특히, 가공 광학계와 다른 위치에서 위치 변동이 이루어지므로, 가공 광학계는 특히 간단하게 제조될 수 있다. 이는 장치의 간단한 구성뿐만 아니라 저렴한 구현을 가능하게 하며, 적절한 성능의 소자들도 특히 간단하게 설치될 수 있다. 또한, 구경이 크고 처리 속도가 빠른 가공 광학계가 사용될 수 있다.
바람직하게 편광 분할기는 복굴절 결정 형태의 복굴절 편광 분할기로서 설계된다. 결과적으로 장치 내에서 레이저 빔의 빔 가이드가 간단해지고, 편광 분할 기와 관련해서 레이저 빔의 조정 복잡성이 감소할 수 있다.
레이저 빔의 파장은 200 ㎚ 내지 2000 ㎚일 수 있고, 바람직하게는 257 ㎚ 또는 343 ㎚ 또는 515 ㎚ 또는 1030 ㎚일 수 있다.
따라서 이 장치는 파장과 무관하게 공작물을 가공하는 데 특히 적합하다. 특히, 공작물과 달성할 가공에 적합한 레이저 파장이 선택될 수 있으므로, 최적의 가공이 구현될 수 있다. 그러나 이 경우 주어진 파장에 따라 장치의 광학 소자를 레이저 빔의 파장에 따라 조정해야 할 수 있다.
레이저는 연속파 레이저 또는 펄스 레이저, 특히 초단 펄스 레이저일 수 있고, 및/또는 단일 모드 또는 다중 모드 레이저일 수 있고 및/또는 섬유 유도될 수 있고 또는 자유 공간 유도될 수 있다.
연속파 레이저는 연속 레이저 빔을 제공하여, 레이저 빔을 따라 레이저 에너지가 연속해서 전달된다.
이와 달리 펄스 레이저는 펄스 길이라고 하는 길이를 갖는 특정 시간 간격 동안만 레이저 에너지를 제공한다. 이와 관련해서 마찬가지로 레이저 빔을 따라 레이저 펄스에 의해 에너지 전달이 이루어진다. 특히, 펄스 레이저는 초단 펄스 레이저일 수 있으며, 레이저 펄스의 펄스 지속 시간은 10 ps 미만, 바람직하게는 1 ps 미만일 수 있다.
레이저는 개별 레이저 펄스 대신 버스트를 제공할 수 있으며, 각 버스트는 다수의 레이저 펄스의 방사를 포함한다. 특정 시간 간격 동안 레이저 펄스는 수 피코초 내지 수백 나노초의 간격으로 매우 가깝게 연속적으로 방사될 수 있다. 버스트는 특히 각 버스트의 연속하는 레이저 펄스의 시퀀스가 ㎓ 범위에서 발생하는 소위 ㎓ 버스트일 수 있다.
이와 관련해서 개별 펄스의 시퀀스는, 레이저에 의해 다수의 개별 펄스가 차례로 방출되는 것을 의미한다. 따라서 개별 펄스의 시퀀스는 적어도 2개의 개별 펄스를 포함한다. 버스트의 시퀀스는, 레이저에 의해 다수의 버스트가 각각 차례로 방출되는 것을 의미한다. 따라서 버스트의 시퀀스는 적어도 2개의 버스트를 포함한다. 특히, 시퀀스의 버스트 또는 개별 펄스는 각각 동일한 종류일 수 있다. 사용되는 레이저 펄스가 실질적으로 동일한 특성, 즉 동일한 펄스 에너지, 동일한 펄스 길이 및 - 버스트의 경우 - 버스트 내의 동일한 펄스 간격을 갖는 경우에도 버스트 또는 개별 펄스는 동일한 종류이다.
재료를 가공하기 위해, 개별 펄스 및/또는 버스트가 재료에 도입되어 예를 들어 연속적으로 흡수될 수 있다. 한 위치에 도입되는 이러한 다수의 초단 개별 펄스 및/또는 버스트는 레이저 스팟이라고도 하며, 이 경우 레이저 스팟당 개별 펄스 및/또는 버스트의 개수 N은 스팟 크기 SG와 공급 속도 VG당 반복률 P의 곱으로 주어질 수 있다: N = SG * P / VG. 스팟 크기는 초단 레이저 펄스 및/또는 버스트가 재료 내로 방출되는 공간 범위를 나타낸다.
가공 영역의 크기는 추가로 빔 형상, 특히 포커싱된 레이저 빔의 초점 영역의 크기에 의해 결정된다. 빔 형상은 이 경우 레이저 빔의 공간 구성 및 레이저 빔의 특정한 회절 특성과 같은 기타 빔 특성을 나타낸다(아래 참조).
구성에 따라 레이저의 공진기 길이에 따라 레이저 빔에 다수의 종방향 모드가 발생할 수 있다. 이러한 레이저를 다중 모드 레이저라고도 한다. 레이저에 의해 단일 모드만 제공되는 경우, 단일 모드 레이저라고 한다. 본 발명에서는 단일 모드 및 다중 모드 레이저가 모두 사용될 수 있다.
섬유 유도 레이저에서 레이저의 레이저 빔은 섬유 내로 인 커플링 되어 사용 지점 또는 장치의 광학 소자로 안내된다. 이러한 섬유는 예를 들어 광학 섬유, 유리 섬유 또는 중공 코어 섬유일 수 있다. 자유 빔 가이드의 경우, 레이저 빔은 광학 렌즈 및/또는 미러 시스템을 통해 장치의 광학 소자 또는 가공 광학계로 안내된다. 첫 번째 경우에는 곡선에서도 또는 공간에서 공간으로 유연한 레이저 가이드를 쉽게 구현할 수 있는 한편, 두 번째 경우에는 레이저 빔에 자유롭게 접근할 수 있기 때문에 레이저 빔이 특히 간단하게 조작될 수 있다.
편광 스위치 앞에서 레이저 빔의 편광 정도는 50%보다 클 수 있다.
이로써, 편광 스위치가 레이저 빔의 편광을 특히 양호하게 조작할 수 있는 것이 달성될 수 있다. 레이저 빔이 편광되지 않은 경우, 편광 스위치는 편광을 변경할 수 없다. 편광 정도가 높을수록 두 초점 영역에서 두 부분 레이저 빔의 콘트라스트(contrast)가 높다.
예를 들어, 편광 스위치 앞에 편광 필터가 배치될 수 있어서, 레이저 빔을 편광하거나 편광 정도를 높일 수 있다.
레이저는 편광 스위치를 포함할 수 있다.
이로써 레이저가 편광이 이미 제어된 또는 전환 가능한 및/또는 회전 가능한 레이저 빔을 갖는 경우, 장치의 특히 간단한 구조가 실현될 수 있다.
편광 스위치는 포켈 셀(pockel cell) 및/또는 회전식 λ/4 플레이트 및/또는 회전식 λ/2 플레이트일 수 있다.
포켈 셀은 제어 전압의 인가에 의해 포켈 셀을 통과하는 레이저 빔의 편광을 변경할 수 있는 광전자 장치이다. 특히 레이저 빔의 편광을 회전시키는 것 및/또는 선형(타원형 또는 원형) 편광을 타원형 또는 원형(선형) 편광으로 전환하는 것이 가능하다. 이에 따라 편광의 전환 또는 회전 또는 변경이 전압 제어에 의해 특히 간단하게 수행될 수 있다.
예를 들어, 각 초점 영역에 축적된 에너지 또는 2개의 부분 레이저 빔의 강도가 정현파로 변조되도록, 포켈 셀에 정현파 전압이 인가될 수 있다. 그러나 전압은 다른 곡선 형태를 가질 수 있고, 예를 들어 구형파 또는 톱니파형일 수 있다. 이로써 편광은 특히 전환될 수 있다.
특히 포켈 셀에 의해 장치 내의 이동부들이 생략될 수 있으므로, 특수한 기계적 안정성이 달성될 수 있다.
회전식 λ/2 플레이트는 설치된 광학 결정의 광학 축을 중심으로 λ/2 플레이트의 회전 각도에 비례하여 레이저 빔의 편광을 회전시킨다. 예를 들어 λ/2 플레이트는 세그먼트화될 수 있고, 이 경우 제1 세그먼트는 제1 광학 축을 갖고, 제2 세그먼트는 제2 광학 축을 갖는다. 회전으로 인해 레이저 빔이 하나의 세그먼트에서 다른 세그먼트로 이행하는 경우 레이저 빔의 편광 회전의 방향 전환이 발생할 수 있다. 이로 인해 특히 회전식 λ/2 플레이트로도 편광의 전환이 달성될 수 있다.
회전식 λ/4 플레이트는 입사하는 선형으로 편광된 레이저 빔으로부터 해당하는 주기적인 방식의 회전으로 왼쪽- 또는 오른쪽 원형 편광된 레이저 빔을 생성한다. 원형으로 편광된 레이저 빔은 후속 λ/4 플레이트에 의해 다시 선형으로 편광된 레이저 빔으로 전환될 수 있으며, 이 경우 회전식 λ/2 플레이트처럼 모든 선형 편광 상태를 거치게 된다. 입사하는 원형으로 편광된 레이저 빔의 경우, 회전식 선형 편광을 생성하기 위해 회전식 λ/4 플레이트만으로 충분하다.
λ/4 플레이트는 빔 전파 방향으로 편광 분할기 앞에 배치될 수 있고, 원형으로 편광된 레이저 빔을 선형으로 편광된 레이저 빔으로 전환하도록 구성될 수 있다.
특히 이러한 방식으로 편광 스위치의 원형으로 편광된 광은 선형으로 편광된 광으로 전환될 수 있으므로, 편광 상태를 편광 분할기의 기본 편광 상태에 반영하면 초점 영역에서 부분 레이저 빔의 강도가 변조될 수 있다.
전술한 바와 같이, 2개의 부분 레이저 빔은 빔 전파 방향으로 편광 분할기 뒤에서 서로 직교하여 선형으로 편광될 수 있으며, 바람직하게는 p-편광 및 s-편광될 수 있다. 그러나, 빔 전파 방향으로 편광 분할기 뒤에 배치된 λ/4 플레이트에 의해 서로 직교하여 선형으로 편광된 부분 레이저 빔을 서로 직교하여 원형으로 편광된 부분 레이저 빔으로 전환하는 것도 가능하다.
편광 스위치로서 포켈 셀과 λ/4 플레이트가 결합되는 것도 가능하다. 레이저 빔의 편광은 포켈 셀에 의해 예를 들어 ±λ/4만큼 전환될 수 있으므로, 포켈 셀의 앞이나 뒤에 배치될 수 있는 λ/4 플레이트와 결합하여 편광의 회전이 이루어진다.
이로써 전반적으로 편광 방향은 편광의 손잡이 방향으로서도 결정될 수 있다. 이로써 공작물 가공에 맞게 편광의 바람직한 조정이 가능하다.
가공 광학계는 시준 렌즈와 포커싱 렌즈를 포함할 수 있다.
시준 렌즈는 이 경우, 비평행 부분 빔의, 특히 발산 부분 빔의 빔 번들을 평행 부분 빔으로 전환하도록 구성된다. 특히 편광 분할기의 부분 레이저 빔은 시준 렌즈에 의해 각도 오프셋으로 평행화될 수 있다.
포커싱 렌즈는 빔 번들의 부분 빔을 초점 영역으로 전환할 수 있다. 특히 이로 인해, 편광 분할기에 의해 제공되는 부분 레이저 빔과 같이 2개의 상이한 빔 번들을 2개의 서로 다른 초점 영역으로 전환하는 것이 가능하다.
부분 레이저 빔의 빔 번들을 각각의 초점 영역으로 포커싱 및 그에 따른 수렴에 의해서만 초점 영역에서 강도가 증가가 달성되고, 이러한 강도 증가에 의해 공작물이 가공될 수 있다.
가공 광학계는 레이저 빔의 제1 강도 분포를 레이저 빔의 제2 강도 분포로 전환하도록 구성된 빔 성형 소자, 바람직하게는 회절 광학 소자 또는 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.
회절 광학 소자는, 2개의 공간 차원에서 입사하는 레이저 빔의 하나 이상의 특성에 영향을 미치도록 구성된다. 회절 광학 소자는, 예를 들어 입사하는 레이저 빔으로 특정한 비회절 레이저 빔을 생성하는 데 사용될 수 있는 고정적인 부품이다. 회절 광학 소자는 입사하는 레이저 빔을 다수의 부분 레이저 빔으로 분할하는 데에도 적합할 수 있다. 일반적으로 회절 광학 소자는 특수하게 형성된 회절 격자이고, 입사하는 레이저 빔은 회절에 의해 소정의 빔 모양이 된다.
마이크로렌즈 어레이는 부분 레이저 빔의 각각의 자체 이미지를 생성하는 다수의 렌즈의 어셈블리이다. 마이크로렌즈 어레이에 의해 편광 분할기의 2개의 부분 레이저 빔이 다수의 부분 레이저 빔으로 분할될 수 있다.
빔 성형 소자는, 레이저 빔에 가우시안 빔 프로파일 또는 비회절 빔 프로파일 또는 플랫 탑 빔 프로파일을 부여하도록 구성될 수 있다.
비회절 빔 및/또는 베셀형 빔은 특히 횡방향 강도 분포가 전파 불변성인 빔으로 이해되어야 한다. 특히, 비회절 빔 및/또는 베셀형 빔의 경우 빔 전파 방향을 따른 횡방향 강도 분포는 실질적으로 일정하다.
비회절 빔의 정의 및 특성과 관련하여 도서 "Structured Light Fields: Applications in Optical Trapping, Manipulation and Organisation", M. Woerdemann, Springer Science & Business Media (2012), ISBN 978-3-642-29322-1이 참조된다. 이는 명시적으로 전체 내용을 참조한다.
따라서 비회절 레이저 빔은, 초점 영역의 가로 치수보다 훨씬 큰 빔 전파 방향으로 길게 늘려진 초점 영역을 가질 수 있다는 장점을 갖는다. 예를 들어 이로 인해 빔 전파 방향으로 길게 늘려진 재료 변형이 생길 수 있다.
그러나, 빔 성형 장치는 다양한 부분 레이저 빔에 대해 빔 전파 방향으로 상이한 깊이의 초점 영역을 도입하는 것도 가능하다.
플랫 탑 빔 프로파일은 균일하고 날카롭게 제한된 빔 단면에 해당하며, 빔 단면의 균일한 부분은 모든 곳에서 동일한 강도를 갖지만, 강도는 날카로운 경계에 걸쳐 거의 사라지는 값으로 빠르게 감소한다.
가우시안 빔 프로파일은 빔 단면으로서 가우시안 벨 곡선을 갖는다.
빔 성형 소자에 의한 제2 강도 분포는 멀티 스팟 분포일 수 있으며, 멀티 스팟 분포의 각 개별 스팟은 가우시안 빔 프로파일 또는 비회절 빔 프로파일 또는 플랫 탑 빔 프로파일을 갖는다.
이 경우 빔 성형 소자를 통해 예를 들어 부분 레이저 빔의 개수가 정해질 수 있다. 이는 다양한 개별 스팟으로 구성된 소위 멀티 스팟 분포를 생성한다. 특히, 분할된 부분 레이저 빔이 1차원 선상에 있는지 또는 2차원 그리드에 있는지, 빔 성형 소자에 의해 결정될 수 있다.
분할은 이 경우 레이저 빔의 편광과 무관하게 수행될 수 있다. 특히 빔 성형 소자의 통과 시 레이저 빔의 편광이 유지된다. 그러나 빔 성형 소자의 통과 시 광학 축과의 가능한 위치 편차 또는 각도 오프셋이 고려되므로, 이전의 분할 및 편향에 추가하여 빔 성형 소자에 의한 분할 및 편향이 수행된다.
예를 들어 제1 부분 레이저 빔은 가우시안 레이저 빔일 수 있고, 제2 부분 레이저 빔은 플랫 탑 빔일 수 있으며, 제3 부분 레이저 빔은 비회절 빔일 수 있다. 그러나, 예를 들어 모든 부분 레이저 빔이 가우시안 레이저 빔일 수 있다.
빔 성형 광학계가, 예를 들어 4×4 멀티 스팟으로 구성된 2차원 멀티 스팟 분포를 생성하는 것도 가능하다. 이 경우 인접한 멀티 스팟의 편광이 상이할 수 있다. 그러나, 행 또는 열에서 편광은 동일할 수 있다. 그러나 예를 들어 6×1의 선형 멀티 스팟 분포가 생성되고, 상기 스팟은 교대로 편광을 갖는 것도 가능하다.
공작물은 분리선을 따른 가공에 의해 분리될 수 있다.
초단 레이저 펄스에 의해 투과성 재료에 도입되는 재료 변형은 세 가지 유형으로 세분된다[K. Itoh 외, "Ultrafast Processes for Bulk Modification of Transparent Materials“ MRS Bulletin, vol. 31 p.620 (2006) 참조]: 유형 I은 등방성 굴절률 변화이고, 유형 Ⅱ는 복굴절 굴절률 변화이고, 유형 Ⅲ은 소위 보이드 또는 캐비티이다. 생성된 재료 변형은 이 경우 레이저의 펄스 지속 시간, 파장, 펄스 에너지 및 반복 주파수와 같은 레이저 파라미터, 특히 전자 구조 및 열팽창 계수와 같은 재료 특성, 이미징 광학계의 개구수(NA)에 의존한다.
유형 I의 등방성 굴절률 변화는 레이저 펄스에 의한 공간적으로 제한된 용융과 공작물의 투과성 재료의 신속한 재응고에 기인한다. 예를 들어, 석영 유리의 경우 석영 유리가 더 높은 온도로부터 빠르게 감소하여 냉각되면 재료의 밀도와 굴절률이 더 높아진다. 따라서 초점 체적에서 재료가 용융된 다음 빠르게 냉각되면, 석영 유리는 변경되지 않은 영역에서보다 재료 변경의 영역에서 더 높은 굴절률을 갖는다.
유형 Ⅱ의 복굴절 굴절률 변화는 예를 들어 초단 레이저 펄스와 레이저 펄스에 의해 생성된 플라즈마의 전기장 사이의 간섭으로 인해 발생할 수 있다. 이러한 간섭은 전자 플라즈마 밀도의 주기적인 변조를 야기하고, 이러한 변조는 응고 중에 투과성 재료의 복굴절 특성, 즉 방향에 따른 굴절률을 야기한다. 유형 Ⅱ의 변형은 예를 들어 소위 나노 그레이팅(nano grating)의 형성도 동반한다.
유형 Ⅲ 변형의 보이드(캐비티)는 예를 들어 높은 레이저 펄스 에너지로 생성될 수 있다. 이 경우 보이드의 형성은 초점 체적으로부터 주변 재료로 고도로 여기되고 기화된 재료의 폭발적인 팽창 때문이다. 이러한 과정을 미세 폭발이라고도 한다. 이러한 팽창은 재료의 질량 내에서 발생하기 때문에, 미세 폭발은 밀도가 낮은 또는 중공 코어(보이드)를 남기거나 압축된 재료 외피로 둘러싸인 서브마이크로미터 영역 또는 원자 영역에 미세한 결함을 남긴다. 미세 폭발의 충격 선단에서 압축에 의해 투과성 재료에 응력이 생기고, 이 응력은 자연적인 균열 형성을 일으킬 수 있고 또는 균열 형성을 촉진할 수 있다.
특히 보이드의 형성은 유형 I 및 유형 Ⅱ 변형과도 관련이 있을 수 있다. 예를 들어 유형 I 및 유형 Ⅱ 변형은 도입된 레이저 펄스 주변의 응력이 낮은 영역에 발생할 수 있다. 따라서 유형 Ⅲ 변형의 도입에 관해 언급한다면, 각 경우에 밀도가 낮은 코어 또는 중공 코어 또는 결함이 존재한다. 예를 들어, 유형 Ⅲ 변형의 사파이어의 경우 미세 폭발에 의해 캐비티가 생성되지 않고, 밀도가 낮은 영역이 생성된다. 유형 Ⅲ 변형의 경우 발생하는 재료 응력으로 인해 이러한 변형은 또한 종종 균열 형성을 동반하거나 균열 형성을 적어도 촉진한다. 유형 Ⅲ 변형의 도입 시 유형 I 및 유형 Ⅱ 변형의 형성은 완전히 중단되거나 방지될 수 없다. 따라서 "순수한" 유형 Ⅲ 변형이 발견될 가능성은 거의 없다.
그러나 이 장치에 의해 금속이나 박판과 같은 비투과성 재료를 가공할 수 있고, 특히 절단할 수 있다. 이 경우 공작물의 재료의 고에너지 여기에 의해 재료가 기화되어 제거된다.
펄스 레이저로 박판 절단 시 일반적인 스팟 크기는 50 ㎛ 내지 500 ㎛, 바람직하게는 150 ㎛이며, 일반적인 시임 폭은 50 ㎛ 내지 500 ㎛, 바람직하게는 200 ㎛이다. 소위 워블 진폭, 즉 편광 분할기와 가공 광학계에 의해 생성되는 초점 영역 사이의 공간적 거리는 100 ㎛ 내지 4000 ㎛이며, 일반적으로 600 ㎛이다.
또한 박판 절단 시 워블 주파수는 일반적으로 5 ㎑ 미만, 바람직하게는 200 ㎐내지 2000 ㎐다.
공작물은 가공에 의해 함께 접합되는 2개의 접합 파트너를 포함할 수 있다.
접합 파트너는 이 경우 연달아 배치될 수 있어서, 접합 파트너의 경계면은 서로를 가리키고, 상기 경계면에 걸쳐 접합 파트너들이 서로 접합된다. 조인트 면은 접합 파트너가 서로 인접하는 표면이다.
레이저 빔의 에너지 도입이 재료별 열 전달 메커니즘, 특히 열 확산을 통한 열 제거 속도보다 큰 경우, 레이저 빔의, 바람직하게는 초단 레이저 펄스의 연속적인 흡수에 의해 접합 영역에서 열 축적이 발생한다. 적어도 제1 접합 파트너의 재료 내 온도 상승에 의해 최종적으로 접합 파트너의 재료의 용융 온도에 도달할 수 있으며, 이는 접합 파트너의 재료를 국부적으로 용융시킨다.
따라서 재료가 용융되는 접합 파트너의 영역이 접합 영역으로 이해된다. 대안으로서 접합 영역에서 국부적으로 용융된 재료 전체를 용융 풀(melt pool)이라고 할 수 있다. 명칭과 무관하게, 발생하는 용융물은 접합 파트너의 공통 경계면을 연결하고, 냉각 시 접합 파트너를 서로 영구적으로 결합할 수 있다. 특히 접합 파트너의 네트워크 구조도 변경될 수 있다. 그런 다음 냉각된 용융물을 접합 시임이라고 하며, 접합 시임은 접합 파트너를 서로 연결하거나 접합 연결부를 생성한다.
펄스 레이저로 접합 시 일반적인 시임 폭은 10 ㎛ 내지 500 ㎛이며, 빔 직경이 2 ㎛일 때 바람직하게 50 ㎛이다. 빔 직경에 대한 단일 스팟의 유효 범위는 이 경우, 열 축적 및 열 전달로 인해 단일 스팟의 공간 치수를 초과하는 영역이 용융되기 때문에 훨씬 더 크다. 워블 진폭은 1㎛ 내지 1000 ㎛이며, 일반적으로 200 ㎛이다.
또한 박판 절단 시 워블 주파수는 일반적으로 5 ㎑ 미만, 바람직하게는 200 ㎐내지 2000 ㎐다.
이 장치는 궤적을 따른 피드 이동으로 공작물과 레이저 빔이 서로에 대해 이동하도록 구성된 피드 장치를 가질 수 있으며, 이 경우 바람직하게 피드 이동은 레이저 빔의 분할에 대해 바람직하게 수직으로 또는 평행하게 이루어진다.
이와 관련하여 궤적은, 편광 분할기 또는 빔 성형 소자에 의해 분할이 발생하지 않을 때, 레이저 빔의 입사 라인이다. 피드 이동으로 인해 예를 들어 레이저 빔과 공작물은 피드 속도로 서로에 대해 변위되므로, 시간이 지남에 따라 공작물의 표면 위로 편향되지 않은 레이저 빔의 상이한 입사 지점이 생긴다.
워블 이동이 이 궤적에 중복되므로, 궤적을 중심으로 재료의 가공이 이루어진다.
장치는, 부분 레이저 빔이 공작물 위를 스캔하도록 구성된 스캐너 유닛을 가질 수 있으며, 상기 스캐너 유닛은 바람직하게는 갈바노 스캐너이다. 특히 갈바노 스캐너는 공작물 위에 레이저 필드의 정확하고 신속한 위치 설정을 가능하게 한다.
편광 스위치는 섬유 가이드 또는 자유 공간 가이드 앞 또는 뒤에 배치되고 및/또는 시준 렌즈 앞에 또는 뒤에 배치될 수 있고, 편광 분할기는 시준 광학계 뒤에, 편광 스위치 뒤에 및 포커싱 광학계 앞에 배치될 수 있거나 시준 광학계 앞에 및 편광 스위치 뒤에 배치될 수 있다.
편광 스위치는 예를 들어 섬유 가이드 또는 자유 공간 가이드 뒤에 배치될 수 있고, 시준 렌즈 뒤에 배치될 수 있고, 편광 분할기는 시준 광학계 뒤에 및 초점 광학계 앞에 배치될 수 있다.
편광 스위치는 예를 들어 섬유 가이드 또는 자유 공간 가이드 뒤에 및 시준 렌즈 앞에 배치될 수 있고, 편광 분할기는 시준 광학계 뒤에 및 포커싱 렌즈 앞에 배치될 수 있다.
편광 스위치는 예를 들어 섬유 가이드 또는 자유 공간 가이드 앞에 배치될 수 있고 따라서 시준 렌즈 앞에 배치될 수 있고, 편광 분할기는 시준 광학계 뒤에 및 초점 광학계 앞에 배치될 수 있다.
전술한 예에서, 편광 분할기는 또한 시준 광학계 앞과 편광 스위치 뒤에 배치될 수 있다.
바람직하게 부분 레이저 빔의 각도 오프셋을 생성하는 편광 분할기는 시준 광학계 앞에 배치되는 한편, 부분 레이저 빔의 오프셋만 생성하는 편광 분할기는 시준 광학계 뒤에 및 포커싱 광학계 앞에 배치될 수 있다.
상기 과제는 추가로 청구항 제19항의 특징을 갖는 재료를 가공하기 위한 방법에 의해 해결된다. 이 방법의 바람직한 개선예는 종속 청구항, 본 상세한 설명 및 도면에 도시되어 있다.
이에 따라 레이저의 레이저 빔으로 공작물을 가공하기 위한 방법이 제공되고, 이 경우 레이저 빔은 레이저에 의해 제공되고, 레이저의 편광은 편광 스위치에 의해 2개의 편광 상태 사이에서 전환 및/또는 회전되고, 레이저 빔은 편광 분할기에 의해 2개의 부분 레이저 빔으로 분할되고, 2개의 부분 레이저 빔은 서로 직교하는 편광을 갖고, 제1 편광을 갖는 제1 부분 레이저 빔은 편광 분할기를 통과한 후 제1 오프셋을 갖고, 제2 편광을 갖는 제2 부분 레이저 빔은 편광 분할기를 통과한 후 제2 오프셋을 가지며, 2개의 부분 레이저 빔은 가공 광학계에 의해 공작물 내로 2개의 초점 영역에 도입됨으로써, 공작물이 가공된다. 본 발명에 따르면, 2개의 부분 레이저 빔의 강도는 편광 스위치에 의한 편광의 전환 및/또는 회전에 의해 교대로 최대화된다.
도 1은 제안된 장치를 도시한 개략도.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 편광 분할기의 개략도 및 편광 스위치와의 상호 작용을 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 편광 기반 워블 이동을 도시한 개략도.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d 및 도 4e는 장치를 도시한 추가 개략도.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 빔 성형 소자와 멀티 스팟 프로파일의 생성을 도시한 개략도.
도 6a 및 도 6b는 장치를 도시한 추가 개략도.
도 7은 장치 및 방법을 도시한 추가 개략도.
도 8은 장치 및 방법을 도시한 추가 개략도.
이하 바람직한 실시예가 도면을 참조하여 설명된다. 여기서, 상이한 도면들에서 동일하거나 유사하거나 유사하게 작용하는 요소들에는 동일한 도면 부호가 제공되며, 중복을 피하기 위해 이러한 요소들에 대한 반복적인 설명은 부분적으로 생략된다.
도 1은 제안된 장치(1)를 개략적으로 도시한다.
장치(1)는 레이저 빔(30)을 제공하는 레이저(3)를 포함한다. 레이저 빔(30)은 섬유 가이드(16)를 통해 시준 렌즈(81)와 포커싱 렌즈(82)를 포함하는 가공 광학계(8)로 안내된다. 가공 광학계(8)는 또한 편광 스위치(4)를 포함하며, 상기 편광 스위치는, 레이저 빔(30)의 편광을 전환 및/또는 회전시키는 데 적합하다. 편광 스위치(4)에 의해 규정된 편광을 갖는 레이저 빔(30)은 이어서 편광 분할기(5)로 안내되고, 상기 레이저 빔(30)은 편광 분할기(5)의 기본 편광 상태로 분해 및 분할된다. 편광 분할기(5)는 이 경우 제1 기본 편광 상태에 따라 편광된 제1 부분 레이저 빔(301)과 제2 기본 편광 상태에 따라 편광된 제2 부분 레이저 빔(302)을 생성한다. 제1 부분 레이저 빔(301)은 이어서 포커싱 렌즈(82)를 통해 공작물(10) 내로 제1 초점 영역(801)에 도입되고, 제2 부분 레이저 빔(302)은 포커싱 렌즈를 통해 공작물(10) 내로 제2 초점 영역(802)에 도입된다. 공작물(10)은 거기에 축적된 부분 레이저 빔(301, 302)의 에너지에 의해 가공된다.
도 2a 및 도 2b는 레이저 빔(30)을 다양한 기본 편광 성분으로 분해할 수 있는, 편광 분할기(5)의 2개의 실시예를 개략적으로 도시한다. 편광 분할기(5)는 이 경우 복굴절 편광 분할기(5)이며, 예를 들어 복굴절 결정의 형태로 제공될 수 있다. 편광 분할기(5)의 결정 재료로서 알파-BBO(알파 붕산바륨), YVO4(이트륨 바나데이트), 결정질 석영 등 여러 가지 복굴절 재료가 사용될 수 있다.
도 2a의 편광 분할기(5)는 쐐기형으로 설계되고, 즉 입사하는 레이저 빔(30)의 입사를 위한 평평한 빔 입사면(52)과 편광 분할기(5)의 평평한 빔 출사면(54)이 (쐐기) 각도로 서로 정렬된다. 결정 재료의 광학 축(56)은 빔 입사면(52)에 대해 평행하게 정렬된다.
빔 입사면(52)에 대해 수직으로 편광 분할기(5)로 입사하는 레이저 빔(30)은 빔 출사면(52)에 대해 비스듬하게 기울어진 빔 출사면(54)에서 2개의 부분 레이저 빔(301, 302)으로 분할되고, 상기 부분 레이저 빔들은 서로 수직으로 편광되며, 예를 들어 s- 및 p-편광된다. 도 2a에서, 통상 일반적인 경우처럼, s-편광된 부분 레이저 빔(302)은 점으로 표시되어 있고, p-편광된 제2 부분 레이저 빔(301)은 이중 화살표로 표시되어 있다. p-편광된 제1 부분 레이저 빔(301)은 편광 분할기(5)에서 출사 시 s-편광된 제2 부분 레이저 빔(302)보다 덜 강하게 굴절되므로, 제1 및 제2 부분 레이저 빔(300) 사이에 각도 오프셋(α)이 발생한다. 제1 및 제2 부분 레이저 빔(300)은 이 경우 빔 출사면(54)의 동일한 지점에서 편광 분할기(5)로부터 출사하고, 즉 두 부분 레이저 빔(300) 사이에 각도 오프셋(α)이 발생하지만, 공간 오프셋은 발생하지 않는다.
도 2b에 도시된 편광 분할기(5)에서 빔 입사면(52)과 빔 출사면(54)은 서로 평행하게 정렬되고, 결정 재료의 광학 축(56)은 빔 입사면(52)에 대해 45°각도로 정렬된다. 이러한 경우에 빔 입사면(52)에 대해 수직으로 부딪히는 레이저 빔(30)은 빔 입사면(52)에서 제1 정규 부분 레이저 빔(301)과 제2 비정규 부분 레이저 빔(302)으로 분할된다. 2개의 부분 레이저 빔(301, 302)은 빔 출사면(54)에서 평행하게, 즉 각도 오프셋 없이, 그러나 공간 오프셋(Δx)이 생기도록 출사한다.
이로써 도 2a 및 도 2b에 도시된 두 편광 분할기(5)는, 도 2a에 도시된 편광 분할기(5)가 (공간 오프셋 없이) 각도 오프셋(α)을 생성하고 도 2b에 도시된 편광 분할기(5)가 (각도 오프셋 없이) 공간 오프셋(Δx)을 생성한다는 점에서 근본적으로 상이하다.
도 2c 및 도 2d에는 앞에 설치된 편광 스위치(4)와의 상호 동작이 도시되며, 편광 스위치에 입사하는 레이저 빔(30)은 이미 선형 편광되어 있거나 편광된 것으로 가정된다. 편광 스위치(4)는 레이저 빔(30)에 규정된 편광을 부여한다. 레이저 빔(30)의 편광이 편광 분할기(5)의 기본 편광 상태 중 하나에 해당하는 경우, 레이저 빔(30)의 전체 에너지는 각각의 부분 레이저 빔(301, 302)의 경로를 통해 해당 초점 영역(801, 802)으로 향하게 된다.
예를 들어 도 2c는, 편광 스위치(4)가 레이저 빔(30)을 s-편광 상태로 전환하는 것을 도시한다. s-편광 상태는 편광 분할기(5)의 기본 편광 상태 중 하나이다. 이에 따라 레이저 빔(30)은 부분 레이저 빔(302)의 경로로 편향된다. 특히, s- 편광된 레이저 빔(30)은 p-편광된 빔 성분을 포함하지 않으므로, 2개의 부분 레이저 빔(301, 302)으로 분할이 이루어지지 않고, 편광 분할기(5)로부터 하나의 레이저 빔(30) [부분 레이저 빔(302)이라고 함]만이 나온다.
도 2d는 p-편광된 레이저 빔(30)이 편광 스위치(4)에 의해 제공될 때 동일한 편광 분할기(5)를 도시한다. p-편광 상태는 편광 분할기(5)의 기본 편광 상태이기도 하므로, 부분 레이저 빔(301)의 경로를 통해 에너지 전달이 실현된다. 이 경우 레이저 빔(30)은 장치(58)의 광학 축에 대해 각도(α)만큼 편향된다.
따라서 도 2c와 도 2d의 비교로부터, 2개의 기본 편광 상태(s, p)를 갖는 편광 분할기(5)에서 p-편광된 레이저 빔(30)이 편향되고, s-편광된 레이저 빔(30)은 편향되지 않는다는 것이 전체적으로 명확하다. 따라서 편향은 일반적으로 레이저 빔(30)의 두 편광 상태에 대해 상이하다.
특히 도 2a 및 도 2b에, 기본 편광 상태가 아닌 편광 상태를 갖는 레이저 빔이 2개의 기본 편광 상태로 분할되고 레이저 빔(30)의 에너지가 2개의 부분 레이저 빔(301, 302)으로 분할되는 것이 공개되어 있다.
따라서, 시간 경과 시 레이저 빔(30)의 편광이 교대로 전환되거나 레이저 빔(30)의 편광이 회전하는 경우 바람직하게 레이저 빔(30)의 에너지가 전달되는 경로도 변하는 것을 알 수 있다.
도 3a에는 이러한 편광 변화의 해당하는 시간 경과 및 초점 영역(801 및 802)에서 레이저 빔(30) 또는 부분 레이저 빔(301, 302)의 관련된 강도가 도시된다.
시간 경과의 시작 시 레이저 빔(30)은 편광 스위치에 의해 0°의 편광을 가질 수 있으므로, 전체 레이저 빔(30)이 부분 레이저 빔(301)의 경로를 따라 초점 영역(801)으로 향하게 된다. 22.5°의 후속 편광의 경우 레이저 빔(30)은 편광 분할기(5)에 의해 해당 기본 편광 상태와 부분 레이저 빔(301 및 302)으로 분해된다. 그 결과 초점 영역(801)의 강도는 초점 영역(802)의 강도보다 훨씬 크다. 레이저 빔(30)의 편광이 45°인 경우 두 초점 영역(801 및 802)의 강도는 동일한 크기이다 레이저 빔(30)의 편광이 67.5°인 경우 초점 영역(802)의 강도는 초점 영역(801)에서보다 크다. 레이저 빔의 편광이 90°인 경우 레이저 빔(30)의 편광은 다시 편광 분할기(5)의 기본 편광 상태와 일치하여, 레이저 빔(30)의 전체 에너지가 제2 부분 레이저 빔(302)의 초점 영역(802)으로 전달된다.
결과적으로 시간 경과 시 편광의 변화는 공작물(10) 내 레이저 빔(30)의 입사점의 변경을 수반하였다. 따라서 레이저 빔(30)의 주기적인 편광 변동에 의해 레이저 빔(30)의 워블 이동이 모방될 수 있다.
도 3b에 워블 이동의 추가 도면이 도시된다. 이를 위해 가우시안 레이저 빔(30)이 시뮬레이션되었고, 상기 레이저 빔의 편광은 정현파로 변조되어 X축을 따라 분할이 수행되고, 동시에 Y축을 따라 피드 이동이 이루어진다. 평균적인 레이저 강도가 도시된다. 여기에서 낮은 강도는 검은색으로 표시되고 높은 강도는 흰색으로 표시된다. 공작물(10)에 도입되는 레이저 강도가 초점 영역(801, 802) 사이에서 번갈아 바뀌어서, 레이저 빔(30)이 공작물(10) 상에서 워블 이동을 수행하는 것을 명확하게 볼 수 있으며, 이는 흰색 파선으로 추가로 도시된다.
편광 스위치(4)는 이 경우 회전식 λ/4 플레이트 또는 λ/2 플레이트일 수 있고 또는 전압 제어식 포켈 셀일 수 있다. 회전식 웨이브 플레이트를 통해 레이저 빔의 편광의 회전이 특히 간단하게 실현될 수 있는 한편, 포켈 셀을 통해 편광의 전환이 특히 간단하게 실현될 수 있다. 그러나 포켈 셀을 사용하여 주기적인 전압이 인가함으로써 편광을 지속적으로 회전시키는 것도 가능하다.
또한, 세그먼트화된 웨이브 플레이트를 통해 편광의 전환을 수행하는 것도 가능하다. 웨이브 플레이트의 제1 세그먼트는 이 경우 제1 광학 축이 있는 복굴절 결정을 가질 수 있고, 제2 세그먼트는 제2 광학 축이 있는 복굴절 결정을 가질 수 있다. 회전식 세그먼트화된 웨이브 플레이트에서 레이저 빔이 제1 결정을 통과할 때, 편광은 제1 회전을 거치는 한편, 레이저 빔(30)이 제2 결정을 통과할 때, 상기 레이저 빔은 제2 편광 회전을 거친다. 웨이브 플레이트의 회전에 의해 이와 같이 레이저 빔(30)의 편광의 전환도 실현될 수 있다.
장치의 다른 대안적인 실시예가 도 4a 내지 도 4e에 도시된다.
도 4a에서 레이저(3)의 레이저 빔(30)이 섬유 가이드(16) 및 뒤에 설치된 편광 분할기(5)에 의해 가공 광학계(81, 82)를 통해 공작물(10) 내로 도입되기 전에, 상기 레이저 빔은 편광 스위치(4)를 통해 안내된다.
도 4b에서 레이저의 레이저 빔(30)이 섬유 가이드(16)를 통해 가공 광학계(8)의 시준 렌즈(81)에 의해 시준되기 전에, 상기 레이저 빔은 편광 스위치(4)를 통해 안내된다. 시준 렌즈(81)와 포커싱 렌즈(82) 사이에 편광 분할기(5)가 배치되며, 상기 포커싱 렌즈(82)는 편광 분할기(5) 이후 부분 레이저 빔(301 및 302)을 공작물(10) 내로 초점 영역(801, 802)에 도입한다.
도 4c에서 레이저의 레이저 빔(30)은 섬유 가이드(16)를 통해 편광 스위치(4)로 안내된다. 그런 다음 레이저 빔(30)은 가공 광학계(8)의 시준 렌즈(81)에 의해 시준되고 편광 분할기(5)를 통해 전송되며, 상기 편광 분할기는 레이저 빔(30)을 2개의 부분 레이저 빔(301, 302)으로 분할한다. 부분 레이저 빔(301, 302)은 최종적으로 포커싱 렌즈(82)에 의해 공작물 내로 초점 영역(801, 802)에 도입된다.
도 4a 내지 도 4c 모두에서, 레이저 빔(30)은 편광 분할기(5)에 입사할 때 선형으로 편광되는 것이 전제되었다. 이는, 예를 들어 도 4d 및 도 4e에서처럼 실현될 수 있다. 도 4e에서 레이저(3)의 레이저 빔(30)은 원형으로 편광되어 있다. λ/4 플레이트(40)에 의해 원형 편광은 선형 편광으로 전환될 수 있다. 이와 달리 도 4e에서 레이저(3)의 레이저 빔(30)은 이미 선형 편광을 갖는다. 마찬가지로 도 4d 및 도 4e에는, 편광 분할기(5)의 선형 기본 편광 상태가 후속 λ/4 플레이트(50)를 사용하여 원형 편광으로 전환될 수 있는 것이 도시된다.
도 5a에 빔 형성 광학계(6)의 동작이 도시된다. 이 경우 빔 성형 광학계(6)는 편광 분할기(5) 뒤에 배치된다. 빔 성형 광학계(6)는 이 경우 2개의 부분 레이저 빔(301, 302)을 다수의 부분 레이저 빔(3000)으로 분할하여, 레이저 에너지가 공작물 내로 다수의 초점 영역에 도입될 수 있다. 앞에 설치된 편광 스위치(4)에 의해 특정 기본 편광의 부분 레이저 빔(301, 032)에서 비롯되는 부분 레이저 빔(3000)의 강도가 조정될 수 있다. 이것은 도 5b에 도시된다.
도 5b에서, 도 3a와 유사하게 개별 부분 레이저 빔(3000)의 강도는 편광 스위치(4)에 의해 조정된다. 시간 경과 시 다수의 부분 레이저 빔(3000)에 의해 워블 이동이 구현될 수 있다. 도 3b와 유사하게 이는 도 5C의 멀티 스팟 프로파일에 대해 도시된다.
도 6a에 가공 광학계(8)와 공작물(10)을 3개의 공간축(XYZ)을 따라 이동하도록 구성된 피드 장치(12)가 도시된다. 레이저(3)의 레이저 빔(30)은 편향 광학계에 의해 공작물(10)로 향하게 된다. 공작물(10)은 이 경우 피드 장치(12)의 지지면 상에 배치되며, 상기 지지면은 공작물이 흡수하지 않는 레이저 에너지를 바람직하게 반사하거나 흡수하지 않고, 다시 공작물(10)로 강하게 산란시킨다.
특히, 레이저 빔(30)은 자유 빔 가이드(18)에 의해 가공 광학계(8) 내로 인 커플링 될 수 있다. 이 경우 자유 빔 가이드(18)는 도 6a에 도시된 바와 같이, 렌즈- 및 미러 시스템을 갖춘 자유 공간 경로일 수 있다. 그러나 빔 가이드는 도 6b에 도시된 바와 같이, 섬유 가이드(16)를 통해, 특히 인 커플링 및 아웃 커플링 광학계가 있는 중공 코어 섬유를 통해 구현될 수 있다.
도 6a의 본 실시예에서, 레이저 빔(30)은 미러 구조에 의해 공작물(10)의 방향을 향하고 가공 광학계(8)에 의해 공작물(10)로 도입되며, 이로써 공작물(10)이 가공된다. 가공 광학계(8)는 피드 장치(12)에 의해 공작물(10)에 대해 이동 및 조정될 수 있다.
피드 장치(12)는 피드 이동(V)으로 레이저 빔(30) 아래에서 공작물(10)을 이동시킬 수 있으므로, 레이저 빔(30)은 소정의 궤적을 따라 공작물(10)을 가공한다. 특히, 도시된 도 6a에서 피드 장치(6)는 제1 축 시스템(120)을 포함하고, 상기 시스템에 의해 공작물(10)은 XYZ 축을 따라 이동될 수 있고 필요한 경우 회전될 수 있다. 특히, 피드 장치(12)는 공작물 홀더(122)도 가질 수 있으며, 상기 공작물 홀더는 공작물(10)을 고정하도록 구성된다.
도 7에 본 발명에 따른 추가 장치가 개략적으로 도시되고, 상기 장치는 공작물(10)의 2개의 접합 파트너를 접합하는 데 적합하다. 접합 파트너(101, 102)는 이 경우 공통 경계면(103)에 연달아 배치된다.
레이저(3)는 이 경우 예를 들어 초단 레이저 펄스를 제공한다. 이러한 레이저 펄스는 개별 펄스 시퀀스 형태로 또는 버스트 시퀀스 형태로 접합 파트너(101, 102)에 도입될 수 있다.
레이저 스팟의 평균 출력은 0.1 W 내지 50 W일 수 있다. 버스트의 레이저 펄스는 서로 각각 최대 1 ㎲의, 바람직하게는 0.05 ㎱ 내지 1000 ㎱, 특히 바람직하게는 20 ㎱ 내지 80 ㎱의 시간 간격을 가질 수 있으며, 버스트는 2 내지 64개의 버스트 펄스, 바람직하게는 2 내지 16개의 버스트 펄스를 포함한다. 개별 레이저 펄스 및/또는 버스트의 반복 주파수는 0.5 ㎑ 내지 10 ㎒ 수 있고, 바람직하게는 1 ㎑ 내지 4 ㎒ 수 있다. 레이저 파장은 200 ㎚ 내지 5000 ㎚일 수 있고, 바람직하게는 1000 ㎚일 수 있고, 및/또는 레이저 펄스의 펄스 지속 시간은 10fs 내지 50ps일 수 있다.
본 경우에 레이저(3)는 편광 스위치를 포함하고, 가공 광학계(8)는 편광 분할기(5)를 포함한다. 가공 광학계(8)는 생성된 부분 레이저 빔(301, 302)을 포커싱하여, 초점 영역(801, 802)이 두 접합 파트너(101, 101)의 공통 경계면(103)과 대략 일치한다.
부분 레이저 빔(301, 302)을 접합 파트너(101, 102)의 공통 경계면(103)으로 포커싱하기 위해, 빔 전파 방향으로 제1 접합 파트너(101)는 레이저(3)의 파장에 대해 투과성이어야 한다. 예를 들어 제1 접합 파트너(101)는 유리 또는 결정 또는 세라믹 또는 플라스틱일 수 있다. 예를 들어 제2 접합 파트너(102)는 비투과성이거나 투과성일 수 있다. 예를 들어 제2 접합 파트너(102)는 금속 또는 반도체 또는 플라스틱 또는 세라믹일 수 있다.
경계면(103)의 초점 영역(801, 802)에서 연속하는 레이저 펄스가 흡수되어, 접합 파트너(101, 102)의 재료가 용융되고 경계면(103)에 걸쳐 각각 다른 접합 파트너(102, 101)와 결합한다. 용융물이 냉각되자마자, 두 접합 파트너(101, 102)의 영구 결합을 형성한다. 즉, 두 접합 파트너(101, 102)는 이 영역에서 용접에 의해 함께 접합된다. 재료의 용융과 결합 및 용융물의 후속 냉각이 이루어지고 이에 따라 실제 접합이 이루어지는 이러한 영역을 접합 지점이라고도 한다. 접합 파트너(101, 102)의 냉각된 용융물과 재료 결합부는 용접 시임을 형성한다.
레이저 빔과 접합 파트너는 0.01 ㎜/s 내지 lOOO ㎜/s, 바람직하게는 0.1 ㎜/s내지 300 ㎜/s의 피드 이동(V)으로 서로에 대해 이동 및/또는 위치 설정될 수 있다. 이를 위해, 접합 파트너는 예를 들어, 이미 위에 도시된 바와 같이 피드 장치(12)에 위치 설정될 수 있다. 이로 인해, 부분 레이저 빔(301, 302)이 접합 시임을 따라 접합 파트너(101, 102) 위로 이동되어, 접합 파트너(101, 102)가 접합 시임을 따라 접합될 수 있는 것이 달성될 수 있다.
편광 스위치(4)에 의해 중첩된 워블 이동으로 접합 파트너(101, 102)의 접합 시, 접합 궤적(14)의 좌우에 말하자면 주기적으로 용융 영역이 생성된다. 그러나, 용융 영역이 궤적(14)의 위와 아래에 생성되는 것, 즉 제1 접합 파트너에 제1 용융 영역이 생성되고 제2 접합 파트너에 제2 용융 영역이 생성되는 것도 가능하다. 에너지 도입 위치의 공간적 변경에 의해 레이저의 동일한 평균 출력에서 더 큰 용융 체적이 생성될 수 있다. 그 결과 전반적으로 더 안정적인 용접 시임 형태의, 재료 응력으로 인한 균열 형성이 적은 접합 시임의 더 높은 품질, 접합 시임의 가시성 감소 및 향상된 밀폐성이 달성된다.
도 8에 본 발명에 따른 추가 장치가 개략적으로 도시되고, 상기 장치는 공작물(10)을 분리하는 데 적합하며, 특히 박판 절단에 적합하다. 이 경우 도 7과 유사하게, 부분 레이저 빔(301, 302)이 궤적(14)을 따라 도입되고, 상기 궤적을 따라 재료가 분리된다.
이 경우 초점 영역(801, 802)은 궤적에 위치할 수 있으므로, 더 높은 절단 속도 또는 더 높은 공정 속도가 실현되는 동시에 절단 품질이 향상될 수 있다. 그러나 도 7과 유사하게 초점 영역(801, 802)이 실제 궤적 옆에 도입되는 것도 가능하다.
적용 가능한 한, 실시예에 도시된 모든 개별 특징들은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 서로 결합 및/또는 교환될 수 있다.
1 : 장치 10 : 공작물
101 : 제1 접합 파트너 102 : 제2 접합 파트너
103 : 경계면 12 : 피드 장치
120 : 축 시스템 122 : 공작물 홀더
14 : 궤적 16 : 섬유 가이드
18 : 자유 빔 가이드 3 : 레이저
30 : 레이저 빔 301 : 제1 부분 레이저 빔
302 : 제2 부분 레이저 빔 3000 : 부분 레이저 빔
4 : 편광 스위치 40 : λ/4 플레이트
5 : 편광 분할기 50 : λ/4 플레이트
52 : 빔 입사면 54 : 빔 출사면
56 : 복굴절 결정의 광학 축 58 : 장치의 광학 축
6 : 빔 성형 광학계 8 : 가공 광학계
81 : 시준 렌즈 82 : 포커싱 렌즈
801 : 제1 초점 영역 802 : 제2 초점 영역
α : 부분 레이저 빔 사이의 각도 오프셋
Δx : 부분 레이저 빔 사이의 공간 오프셋
V : 피드 이동

Claims (20)

  1. 레이저(3)의 레이저 빔(30)으로 공작물(10)을 가공하기 위한 장치(1)로서,
    레이저 빔(30)을 방출하도록 구성된 레이저(3),
    2개의 편광 상태 사이에서 상기 레이저 빔(30)의 편광을 전환하도록 및/또는 상기 레이저 빔(30)의 편광을 회전시키도록 구성된 편광 스위치(4),
    상기 레이저 빔(30)을 2개의 부분 레이저 빔(300)으로 분할하도록 구성된 편광 분할기(5)로서, 상기 2개의 부분 레이저 빔(300)은 서로 직교하는 편광을 갖고, 제1 편광을 갖는 제1 부분 레이저 빔(301)은 편광 분할기를 통과한 후 제1 오프셋을 갖고, 제2 편광을 갖는 제2 부분 레이저 빔(302)은 편광 분할기를 통과한 후 제2 오프셋을 갖는 것인 편광 분할기,
    상기 공작물(10)을 가공하기 위해, 상기 제1 부분 레이저 빔(301)을 상기 공작물(10) 내로 제1 초점 영역(801)에 도입하고 상기 제2 부분 레이저 빔(302)을 상기 공작물(10) 내로 제2 초점 영역(802)에 도입하도록 구성된 가공 광학계(8)
    를 포함하는 장치에 있어서,
    상기 편광 스위치(4)는 빔 전파 방향으로 상기 편광 분할기(5)의 전방에 배치되고, 상기 편광 스위치(4)에 의한 편광의 스위칭 및/또는 회전에 의해 상기 2개의 부분 레이저 빔(300)의 강도를 교대로 최대화하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 편광 분할기(5)는 복굴절 결정 형태의 복굴절 편광 분할기로서 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이저 빔(30)의 파장은 200 ㎚ 내지 2000 ㎚, 바람직하게는 257 ㎚ 또는 343 ㎚ 또는 515 ㎚ 또는 1030 ㎚인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저(3)는 연속파 레이저 또는 펄스 레이저, 특히 초단 펄스 레이저이고, 및/또는 단일 모드 또는 다중 모드 레이저이고 및/또는 섬유 유도되고 또는 자유 공간 유도되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광 스위치(4)의 전방에서 상기 레이저 빔(30)의 편광 정도는 50%보다 큰 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저(3)는 상기 편광 스위치(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광 스위치(4)는 포켈스 셀이고 및/또는 회전식 λ/4 플레이트 및/또는 회전식 λ/2 플레이트인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광 분할기(5)는, 상기 레이저 빔(3)을 2개의 서로 직교하여 선형으로 편광된 부분 레이저 빔(300)으로 공간적으로 분할하도록 구성되고, 상기 부분 레이저 빔(300)은 상기 편광 분할기(5)를 통과한 후 서로 각도 오프셋 및/또는 공간 오프셋을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 빔 전파 방향으로 상기 편광 분할기(5)의 전방에 배치되고, 원형으로 편광된 레이저 빔(30)을 선형으로 편광된 레이저 빔(30)으로 전환하도록 구성된 λ/4 플레이트를 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 부분 레이저 빔(300)은 빔 전파 방향으로 상기 편광 분할기(5) 뒤에서 서로 직교하여 선형으로 편광되고, 바람직하게는 p- 편광 및 s-편광되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 빔 전파 방향으로 상기 편광 분할기(5) 뒤에 배치되고, 서로 직교하여 선형으로 편광된 부분 레이저 빔(300)을 서로 직교하여 원형으로 편광된 부분 레이저 빔(300)으로 전환하도록 구성된 λ/4 플레이트를 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공 광학계(8)는 시준 렌즈(81)와 포커싱 렌즈(82)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공 광학계(8)는 빔 성형 소자(6), 바람직하게는 회절 광학 소자를 포함하고, 상기 소자는 상기 레이저 빔(30)의 제1 강도 분포를 상기 레이저 빔(30)의 제2 강도 분포로 전환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 빔 성형 소자(6)는, 상기 레이저 빔(30)에 가우시안 빔 프로파일 또는 비회절 빔 프로파일 또는 플랫 탑 빔 프로파일을 부여하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 제2 강도 분포는 멀티 스팟 분포이고, 상기 멀티 스팟 분포의 각 개별 스팟은 가우시안 빔 프로파일 또는 비회절 빔 프로파일 또는 플랫 탑 빔 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공작물(10)은 분리선을 따른 가공에 의해 분리되고, 또는 상기 공작물(10)은 가공에 의해 함께 접합되는 2개의 접합 파트너를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공작물(10)과 상기 레이저 빔(30)이 궤적(14)을 따른 피드 이동(V)으로 서로에 대해 이동하도록 구성된 피드 장치(12)를 갖고, 바람직하게 상기 피드 이동(V)은 상기 레이저 빔(30)의 분할에 대해 바람직하게 수직으로 또는 평행하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공작물(10) 상의 레이저 필드(34)를 스캔하도록 구성된 스캐너 유닛(120)을 포함하고, 상기 스캐너 유닛(120)은 바람직하게 갈바노 스캐너인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 편광 스위치(4)는 섬유 가이드 또는 자유 공간 가이드 앞 또는 뒤에 배치되고 및/또는 시준 렌즈 앞 또는 뒤에 배치되며,
    - 상기 편광 분할기(5)는 시준 광학계 뒤, 편광 스위치 뒤 및 포커싱 광학계 앞에 배치되고 또는 시준 광학계 앞 및 편광 스위치 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 레이저(3)의 레이저 빔(30)으로 공작물(10)을 가공하기 위한 방법으로서,
    레이저 빔(30)은 레이저(3)에 의해 제공되고,
    상기 레이저 빔(30)의 편광은 편광 스위치(4)에 의해 2개의 편광 상태 사이에서 전환 및/또는 회전되고,
    상기 레이저 빔(30)은 편광 분할기(5)에 의해 2개의 부분 레이저 빔(300)으로 분할되며, 상기 2개의 부분 레이저 빔(300)은 서로 직교하는 편광을 갖고, 제1 편광을 갖는 제1 부분 레이저 빔(301)은 편광 분할기를 통과한 후 제1 오프셋을 갖고, 제2 편광을 갖는 제2 부분 레이저 빔(302)은 편광 분할기를 통과한 후 제2 오프셋을 가지며,
    상기 2개의 부분 레이저 빔(300)이 가공 광학계에 의해 상기 공작물(10) 내로 2개의 초점 영역에 도입됨으로써, 상기 공작물(10)이 가공되는 방법에 있어서,
    상기 2개의 부분 레이저 빔(300)의 강도는 편광 스위치에 의한 편광의 전환 및/또는 회전에 의해 교대로 최대화되는 것을 특징으로 하는 방법.
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