WO2018189080A1 - Vorrichtung und verfahren zum laserbasierten trennen eines transparenten, sprödbrechenden werkstückes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum laserbasierten trennen eines transparenten, sprödbrechenden werkstückes Download PDF

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Jens Ulrich Thomas
Frank-Thomas Lentes
Andreas Ortner
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Definitions

  • the invention relates to a device for laser-based separation of a transparent, brittle-refracting workpiece according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a method for laser-based separation of a given glass or glass ceramic element according to the preamble of claim 16.
  • the laser processing of transparent, brittle-refracting material, in particular glass, or sapphire is usually carried out by means of suitably shaped ultrashort pulsed laser radiation with the appropriate wavelength, pulse duration, frequency and power.
  • the laser beam is focused here with a suitable optics not on a single focal point but on as long as possible extended line focus, which lies wholly or at least partially in the workpiece to be machined.
  • the energy of the laser light leads to a linear interaction with the workpiece in the region of the focal line.
  • the separation can be done either by the self-stresses inherent in the material ("self-cleaving") or by an independent process, such as bending the workpiece or thermal shock separation, etc.
  • self-cleaving the self-stresses inherent in the material
  • thermal shock separation the localized heating of the perforation zone, for example by a Flame or a CO2 laser beam, or by deliberate heating or targeted cooling of the outer or inner regions of a closed perforation, generates stresses in the workpiece, so that the relative elongation and / or the relative shrinking lead to a separation of the workpiece.
  • Besseistrahlen are ideally used. These consist of a central, bright maximum surrounded by weaker rings and have the great advantage over the Gaussian beams emitted by the laser that their radius remains constant in the propagation direction. They allow both the machining of a larger depth range and a greater tolerance in workpiece alignment. In addition, they are virtually diffraction-free and have self-healing properties.
  • axons as beam-shaping lenses.
  • the axicon as an optical element was described by McLeod in 1954 (John H. McLeod: The Axicon: A New Type of Optical Element, J. Opt Soc., Vol. 44, No. 8, August 1954).
  • McLeod describes various forms of axons, but highlights the glass cone as the most important axicon.
  • Cone-shaped axons are widely used in technology and medicine.
  • R. Kampmann et al. describe a device for trapping airborne particles using a system of two axons which are monolithic, i. in one piece, are made of PMMA and both axons have the same cone angle (R. Kampmann et al .: Optical Systems for trapping particles in air, Applied Optics / Vol. 53, No. 4, February 2014).
  • EP 2 754 524 A1 describes a method for laser-based processing of a flat substrate in order to separate the substrate into several parts.
  • a laser beam from a laser is directed onto the substrate for processing.
  • an optical arrangement is positioned, which forms from the irradiated laser beam beam output side of the optical arrangement seen along the beam direction extended laser beam focal line, a line focus.
  • the substrate is positioned relative to the line focus such that an induced absorption is produced in the interior of the substrate along a section of the line focus which extends in the beam direction in the material of the substrate. stretched section takes place an induced cracking in the material of the substrate.
  • the optical arrangement has as a beam-shaping optical element a spherically ground biconvex lens or an axicon.
  • the line focus for machining the workpiece lies not only in the workpiece to be machined but also in the axicon. If a workpiece is to be machined, which, like the axicon, consists of glass, the energy of the laser beam would be absorbed not only in the glass workpiece but also in the axicon itself and destroy it.
  • the optical arrangement has a focusing, plano-convex collimating lens.
  • the object of the present invention is therefore to provide a device and a method for separating a transparent, brittle-refracting workpiece by means of a laser, wherein the device is set up so that it is not destroyed by the laser beam itself and the adjustment of the beam-forming Components is minimized.
  • the apparatus comprises a laser emitting a laser beam having an intensity I L along an optical axis (P), and a beam-shaping optical device having a one-piece double axicon.
  • the double axicon has an entrance surface, which is designed such that the laser beam is formed in the double axicon into a ring beam.
  • the advantage of the double axon is that by choosing the energy of the laser, the refractive index of the double axon and the axicon angle of the entrance surface, the intensity of the laser beam L within the double axon can be set lower than the threshold intensity of the material of the double axon, so that the material of the Double axons are not destroyed during beam passing.
  • the exit surface of the optical device which in the simplest case corresponds to the exit surface of the double axon, is designed so that the ring beam is brought together again and a line focus with a maximum intensity l max and a length L f arises behind the exit surface in the direction of the laser beam.
  • the intensity l max is preferably greater than the threshold intensity l s of the material of the workpiece.
  • the threshold intensity l s is a material quantity which indicates when non-linear volume processes take place in a transparent medium and destroy it. Such nonlinear volume processes are, for example, multiphoton ionization and the formation of avalanche ions.
  • the threshold intensity l s of glasses is for example about 5 ⁇ 10 16 W / m 2 .
  • the length L f of the line focus corresponds to the width of the intensity distribution in the beam propagation direction at half maximum intensity lmax.
  • the optical device is intended to convert the laser beam, which is a Gaussian beam, preferably into a Bessel beam.
  • the laser beam which is a Gaussian beam
  • the generation of a perfect Bessel beam is only possible in theory.
  • a double axicon is understood to mean an optical, beam-shaping component which has two conically ground surfaces which are opposite one another and centered on one another.
  • one-piece in the context of the invention includes both a monolithic embodiment of the double axaxone and a design in which two plano-axons are connected to one another directly or indirectly via an intermediate body, e.g. glued, cemented or sprinkled.
  • the one-piece has the advantage that the adjustment effort is less than in an optical beam-shaping device, in which all optically active surfaces are assigned to separate components.
  • plan axicon means an axicon which has a plane surface with respect to its conical surface.
  • the optical axis extends along the exit direction of the laser beam from the laser and traverses the peaks of the entrance and exit surfaces of the double axon.
  • the advantage of a double axon for generating the line focus is that the line focus for machining the workpiece only from the top of the The exit surface of the axicon is formed away and not like a simple axicon in the axicon itself.
  • the double axicon is designed as a Galilean axicon.
  • a Galileo axicon is understood to mean a double axon which has an inwardly directed conical entry surface and an outwardly directed conical exit surface. Consequently, the tips of both conical surfaces point in the beam exit direction of the laser.
  • the incident on the center of the entrance surface of the Galileo axon laser beam is fanned when passing the entrance surface due to the law of refraction and transformed into a ring beam, the radius of which depends on the axicon angle of the entrance surface, the refractive index of the double axon and the distance traveled in the axicon path of the laser beam ,
  • the Axikonwinkel is the angle between the conical surface and normal to the cone axis of the cone shape formed by the entrance surface of the Doppelaxikons.
  • the ring beam When passing the exit surface of the Galilei axicon, the ring beam is broken away from the perpendicular of the exit surface depending on the axicon angle of the exit surface.
  • the beam emitted by the laser is a Gaussian beam
  • its intensity drops radially outwards and the intensity maximum lies in the middle of the beam.
  • the intensity maximum is therefore on the inside of the ring beam.
  • the line focus of the merged ring beam has its intensity maximum in the front portion of its intensity distribution along the optical axis.
  • the double axicon is designed as a Kepler axicon.
  • Kepler axicon a double axicon having two outwardly directed conical surfaces.
  • the laser beam is not fanned out when passing the entrance surface, but merged. This leads to the formation of an intermediate focus within the Kepler axon.
  • this intermediate focus not to destroy the Kepler axicon, its maximum intensity Lax must be less than the threshold intensity for permanent damage to the material of the Kepler axon.
  • the maximum intensity l max of the intermediate focus can preferably be adjusted by means of the axicon angle of the entrance surface and the refractive index of the Kepler axicon. In this connection, the following relationship can be deduced from the aforementioned publication by Jarutis et al., 2000:
  • W is the half radial width of the Gaussian beam indicated by the 1 / e 2 intensity drop just before entry into the double axicon.
  • A is an arbitrary quantity which only summarizes the axicon parameters, axicon angle ai and refractive index n a .
  • the one-part double axon is monolithic.
  • the monolithic construction of the axicon has the advantage that there are no refractive or reflecting interfaces in the axicon which disturb the beam path and reduce the Bessel portion of the laser beam after passing through the entrance surface of the double axicon. In addition, it has fewer degrees of freedom and therefore allows easier adjustment and is more robust against shocks.
  • the monolithic double axicon has a refractive index n a between 1, 35 and 1, 9.
  • the double axicon is composed of a first plane axicon and a second plane axicon.
  • Axicons are usually milled from a blank by means of CNC machines and then polished. Because of their simpler geometry, plan axons are therefore easier to manufacture.
  • composition of the double axon from a first and a second plan axicon allows the use of different plan-axicon combinations with respect to refractive indices and axicon angles and consequently a more effective beam guidance.
  • first and the second plane axicon are indirectly connected via an intermediate body or directly to one another.
  • the intermediate body preferably has the shape of a plate.
  • the intermediate body can take on further beam-forming tasks.
  • the intensity profile of the laser beam along the line focus can be specified by means of a refractive index n (r) dependent on the radius r.
  • the first plane axicon has a refractive index ni and the second plane axicon has a refractive index n 2 , where ni n 2 .
  • At least one of the two plan axons has a refractive index which has a radial dependence.
  • the intensity distribution of the line focus can be adjusted such that it deviates from the intensity distribution of a Bessel-Gaussian beam.
  • the intermediate body has a refractive index n z between 1, 35 and 1, 9th
  • the refractive index n z of the intermediate body has a radial dependence.
  • the intensity distribution of the line focus can be adjusted by means of a radially dependent refractive index in such a way that it deviates from the intensity distribution of a Bessel-Gaussian beam.
  • the ring beam after passing through the optical device has an opening angle ß with 5 ° ⁇ ß ⁇ 20 °.
  • the opening angle ⁇ is dependent on the refractive index n a of the double axon and the two axicon angles ai and C (second axicon):
  • the exit surface of the optical device is part of a lens for focusing the ring beam.
  • the lens is preferably designed as a converging lens or as an axicon.
  • lenses offer the advantage of further beam shaping and can be used either to lengthen or shorten the line focus depending on the application or to form an intensity distribution deviating from the Gauss-Bessel intensity distribution.
  • the object is also achieved with a method for laser-based separation of a transparent, sprodêtden workpiece with the features of claim 16.
  • a laser beam of a pulsed laser having a wavelength ⁇ for processing is directed onto the workpiece, wherein by means of an optical device positioned in the beam path, the laser beam forms a line focus with a length L f behind the optical device and wherein the workpiece is positioned so the line focus lies at least partially in the workpiece and a device as described above is used.
  • Transparent brittle-refracting materials are preferably glass, glass-ceramic, sapphire and crystalline materials such as silicon. But also the processing of transparent plastics is possible.
  • the workpiece is positioned relative to the device so that the maximum intensity l max is in the workpiece.
  • the maximum intensity l max is set such that the maximum intensity l max is greater than the threshold intensity l s of the material of the workpiece.
  • the length L f of the line focus is set such that L f is smaller than the thickness of the workpiece.
  • This embodiment is preferably used when l max 12 is greater than the threshold intensity l s of the material of the workpiece.
  • the power of the laser can be adjusted so that no damage to the surfaces of the workpiece occur.
  • the length L f of the line focus is set such that the length L f is greater than the thickness of the workpiece.
  • This embodiment is preferably used when l max 12 is smaller than the threshold intensity l s of the material of the workpiece. In this embodiment, it is also ensured that the processing quality is less susceptible to variations in the distance between the optics and the workpiece.
  • the line focus is adjusted and the workpiece is positioned so that at least one of the two opposite surfaces of the workpiece is traversed by the line focus.
  • This embodiment is preferably used when lmax / 2 is about the same size as the threshold intensity l s and the intensity distribution along the focal line is slightly asymmetrical. of the Gauss-Bessel focus or a deviating intensity distribution has an effect on the modification in the workpiece.
  • the power of the laser can be adjusted so that no damage occurs on one side of the workpiece, while on the other hand, the processing quality is less susceptible to variations in the distance between optics and workpiece.
  • a laser is used whose laser beam in front of the entrance surface has a pulse energy E P of 50 ⁇ to 10 mJ. Particularly preferred is an energy E P of 500 ⁇ to 5 mJ. This preferred value range is chosen in particular if the length L f of the line focus is greater than 3 mm.
  • the wavelength ⁇ of the laser beam after leaving the laser is preferably 0.2 to 20 ⁇ . Particularly preferred is a wavelength ⁇ of 0.4 to 1 1 ⁇ .
  • the pulse duration D P of the laser beam is advantageously 0.1 to 100 ps. Particularly preferred is a pulse duration D P of 5 to 15 ps.
  • Figure 1 is a schematic representation of a device for separating
  • FIG. 2 optical device with Galilei axicon and condenser lens
  • FIG. 3 shows an optical device with Kepler axicon and condenser lens
  • FIG. 4 shows an optical device with a Galileo axicon composed of two planaxons with different refractive indices
  • FIG. 5 shows an optical device with a Kepler axicon composed of two plan axons with different refractive indices
  • Figure 6 shows an optical device with a Galilean axicon composed of two plan axons and an intermediate body
  • FIG. 7 shows a line focus of a Bessel-Gauss beam shaped by means of a Galilei axicon.
  • FIG. 1 shows schematically a device 1 for separating a transparent, brittle-breaking workpiece 50.
  • the device 1 comprises a laser 5 which emits along the optical axis P a laser beam 6 in the form of a Gaussian beam.
  • the optical path 10 converts the original Gaussian beam 6 into a ring beam 2, which is focused in a line focus 3 with a length L f.
  • an optical device 10 with an entrance surface 110 and an exit surface 120 , For the machining of the workpiece 50, the line focus 3 is located completely in the workpiece 50.
  • the design of the optical device 10 will be discussed in detail.
  • Figure 2 shows the optical device 10 with the workpiece 50.
  • the optical device 10 consists of a monolithic Doppelaxikon 100, which is formed as Galilei axicon 100 'and a converging lens 106.
  • the exit surface of the converging lens 106 forms the exit surface 120 of optical device 10.
  • the Galilean axicon 100 ' has a conical entry surface 110 and a conical exit surface 105. Both the tip 12 of the entry surface 110 and the tip 122 of the exit surface 105 are directed along the propagation direction of the laser beam 6 and lie on the optical axis P.
  • the Galileo axicon 100 ' has a first axicon angle ai and a second axicon angle 02, both angles being equal in the present example.
  • the Axikonwinkel cii and the Axikonwinkel C (2 is the angle between the conical surface 1 14 and 124 and normal N to the cone axis of the cone formed by the entrance surface 1 10 and exit surface 105 of the double axon 100, wherein the normal N perpendicular to the optical axis P is aligned.
  • Due to the conical shape of the entrance surface 1 10 of the laser beam 6 is fanned out and there is a ring beam 2 with an inner radius R in the interior of the Galilean axon 100 '.
  • the inner radius R of the ring beam 2 depends on the axial angle CM, the refractive index n a of the Galileo axon 100 'and the distance traveled within the Galilei axicon 100'.
  • the ring beam 2 When hitting the exit surface 105 of the Galilean axon 100 ', the ring beam 2 is broken away from the perpendicular of the exit surface 105 in accordance with the law of refraction since the ring beam 2 transitions from the optically denser medium into the optically thinner medium. If the axicon angles ai and C (2 are identical as in the present example, the ring beam 2 is refracted such that it has a constant radius R after leaving the Galileo axicon 100 '. By means of a converging lens 106, the ring beam 2 is focused behind the Galilean axicon 100 'in a line focus 3 with a length L f . The line focus 3 completely penetrates the workpiece 50.
  • Figure 3 shows the optical device 10 with a workpiece 50.
  • the optical device 10 consists of a monolithic Doppelaxikon 100, which is designed as a Kepler axicon 100 "and a converging lens 106.
  • the exit surface of the converging lens 106 forms the exit surface 120 of optical device 10.
  • the Kepler axicon 100 "has a conical entry surface 110 and a conical exit surface 105.
  • the tip 12 of the entry surface 110 is directed counter to the propagation direction of the laser beam 6 and the tip 122 of the exit surface 105 is directed along the propagation direction of the laser beam 6. Both lie on the optical axis P.
  • the Kepler axicon 100 "has a first axicon angle ai and a second axicon angle C (2, both angles being equal in the present example.)
  • the axicon angle ai or the axial angle C (2 is the angle between conical surface 1 14 and 124, respectively and normal N to the cone axis of the conical shape formed by the entrance surface 110 and exit surface 105 of the double axon 100, wherein the normal N is aligned perpendicular to the optical axis P.
  • the laser beam 6 from the high-power laser 5 (see FIG. 1), which is emitted as a Gaussian beam 6, propagates along the optical axis P and becomes the perpendicular of the entrance surface 11 12 at the entrance surface 110 of the Kepler axon 100 " Because of the conical shape of the entrance surface 110, the laser beam 6 inside is refracted because of a transition from an optical thinner to an optically denser medium of Kepler's axon 100 "and there is beam superimposition, whereby an intermediate focus 4 with a length L z arises within the Kepler axon 100".
  • the ring beam 2 When hitting the exit surface 105 of the Kepler axon 100 ", the ring beam 2 is broken away from the perpendicular of the exit surface 105 according to the law of refraction since the ring beam 2 transitions from the optically denser medium into the optically thinner medium As in the present example, the ring beam 2 is refracted such that it has a constant inner radius R after leaving the Kepler axicon 100 ".
  • the ring beam 2 is focused behind the Kepler axicon 100 "into a line focus 3 with a length L f by means of a converging lens 106.
  • the line focus 3 penetrates the workpiece 50 Completely.
  • FIG. 4 shows an optical device 10 which is embodied as a Galilean axicon 100 'which is composed of a first plane axicon 101 with a refractive index ni and a second plane axicon 102 with a refractive index n 2 , wherein For example, the refractive index ni is greater than the refractive index n 2 .
  • Both plan axons 101, 102 are interconnected by cementing.
  • the first plane axicon 101 has an axicon angle ai and the second plane axicon 102 has an axicon angle C (2, where ai is smaller than C (2)
  • the conical surface 14 of the first plane axicon 101 forms the entrance surface 110 of the Galileo.
  • Axicon 100 ', while the conical surface 124 of the second plan axicon 102 forms both the exit surface 105 of the Galileo axon 100 'and the exit surface 120 of the optical device 10.
  • the Gauss beam 6 striking the entrance surface 110 of the Galilean axon 100 ' is fanned out at the entrance surface 110 into a ring beam 2 whose inner radius R increases as the path in the first axial axicon 101 progresses.
  • the ring beam 2 is refracted again. Since the refractive index ni of the first plane axicon 101 is greater than the refractive index n 2 of the second plane axicon 102, the ring beam 2 is further widened.
  • the ring beam 2 When hitting the exit surface 105 of the Galilean axon 100 ', the ring beam 2 is brought together again at an opening angle ⁇ and forms a line focus 3 with a length L f at the location of the superimposition. In this line focus L f , the workpiece 50 is arranged for processing.
  • FIG. 5 shows an optical device 10, which is designed as a Kepler axicon 100 ", which is composed of a first plane axicon 101 with a refractive index ni and a second plane axicon 102 with a refractive index n 2 , in the present example the refractive index ni greater than the refractive index N 2.
  • the first plan-axicon 101 has an Axikonwinkel ai and the second flat-axicon a Axikonwinkel ⁇ 2, where ai is smaller than a 2.
  • the conical surface 1 14 of the first schedule-axicon 101 forms the entrance surface 1 10 of the Kepler axon 100 ", while the conical surface 124 of the second planar axicon 102 forms both the exit surface 105 of the Kepler axon 100" and the exit surface 120 of the optical device 10.
  • Kepler axon 100 "striking Gauss beam 6 is refracted at the entrance surface 1 10 and due to the direction of propagation directed opposite cone tip 1 12 of the first plane axon 101 in Kepler Axikon 100 "merged, whereby it comes to the beam crossing and the formation of an intermediate focus 4 with the length L z .
  • the laser beam 6 is refracted again at the interface 104, and behind the intermediate focus 4 a ring beam 2 with the inner radius R is formed, which increases as the distance in the Kepler axon 100 "increases, due to the lower refractive index n 2 of the second plane axicon 102 In this way, a steeper angle of incidence is achieved on the exit surface 105 of the Kepler axon 100 "than, for example, in the case of a monolithic Kepler axicon 100" having the same dimensions.
  • Axicon 100 ", the ring beam 2 is brought together under an opening angle ß 'and forms at the location of the superposition a line focus 3 with a length L f .
  • a steep angle of incidence on the exit surface 105 causes the ring beam 2 to have a smaller ring thickness and consequently a higher energy density behind the Kepler axicon 100 "
  • the line size used is shorter with the same dimensions, but has a higher energy density.
  • the intermediate focus 4 produced in the Kepler axicon 100 "has a length L z which is dependent on the refractive indices ni and n 2 and the axicon angle ai of the first plane axon 101.
  • the intermediate focus 4 is approximately three times as long the line focus 3 and therefore has a much lower energy density.
  • Figure 6 shows an optical device 10, which is formed as Galilei axicon 100 ', which consists of a first plane axicon 101 with a refractive index ni and a second plan axicon 102 is composed with a refractive index n 2 , wherein in the present example, the refractive index ni is greater than the refractive index n 2 and between the two plane axons 101, 102 is an intermediate body 103 with a refractive index n z .
  • the intermediate body 103 is cemented on its side surfaces with the plane surfaces of the two plano-axons 101, 102.
  • the intermediate body 103 has a refractive index n z , which has a radial dependence, by means of which the intensity distribution of a line focus 3 to be generated in the workpiece can be adjusted such that it deviates from the intensity distribution of the Bessel-Gaussian beam.
  • the refractive index was assumed n z of the intermediate body 103 for the purposes of clarity, the beam guide to be constant, wherein: ni> n z> n. 2
  • the first plane axicon 101 has an axial angle CM and the second plane axicon has an axial angle ⁇ 2 , where CM is smaller than a 2 .
  • the conical surface 1 14 of the first planar axicon 101 forms the entrance surface 1 10 of the Galilean axon 100 ', while the conical surface 124 of the second planar axon 102 covers both the exit surface 105 of the Galilean axon 100' and the exit surface 120 of the optical device 10 forms.
  • the Gauss beam 6 striking the entrance surface 110 of the Galilean axon 100 ' is fanned out at the entrance surface 110 into a ring beam 2 whose inner radius R increases as the path in the first axial axicon 101 progresses.
  • a ring beam 2 whose inner radius R increases as the path in the first axial axicon 101 progresses.
  • the refractive index ni of the first schedule-axicon 101 is greater than the refractive index n z of the intermediate body 103 of the ring beam 2 is further widened.
  • the Gaussian beam is again broken away from the solder of the interface and further widened.
  • the ring beam 2 When hitting the exit surface 105 of the Galilean axon 100 ', the ring beam 2 is broken away from the perpendicular of the exit surface 105 in accordance with the law of refraction since the ring beam 2 transitions from the optically denser medium into the optically thinner medium.
  • the Axikonwinkel CM, C (2 and the refractive indices ni, n 2 , n z are configured so that the ring beam 2 only by means of a converging lens 106 which is located behind the Galilei axicon 100 ', in a line focus 3 with a length L f is focused. the line focus 3 penetrates the workpiece 50 completely.
  • FIG. 7 shows the intensity distribution in the line focus 3 of a Galileo axon 100 'along the beam direction (z direction).
  • the length L f of the line focus 3 corresponds to the width of the intensity distribution at half maximum intensity l max .
  • the Gaussian beam 6 emitted by a laser has its intensity maximum in its radial center. Due to the fanning out of the Gaussian beam 6 when passing the Galileo axon 100 ', the intensity maximum l max of the ring beam 2 is located on its inside and causes the line focus 3 to have a higher intensity in the front region of the illustrated intensity distribution.
  • the intensity maximum is in the rear region of the intensity distribution (not shown), since the maximum intensity l max of the ring beam 2 is located on its outside due to the beam crossing in the Kepler axon 100".

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum laserbasierten Trennen eines transparenten, sprödbrechenden Werkstücks (50) mit einem Laser (5), der einen Laserstrahl (6) mit einer Intensität (IL) entlang einer optischen Achse (P) emittiert, und einer optischen Einrichtung (10), wobei die optische Einrichtung (10) mindestens ein einteiliges Doppelaxikon (100, 100', 100'') aufweist, wobei das Doppelaxikon (100, 100', 100'') eine Eintrittsfläche (110) und die optische Einrichtung (10) eine Austrittsfläche (120) aufweist, wobei die Eintrittsfläche (110) derart ausgebildet ist, dass im Doppelaxikon (100, 100', 100'') ein Ringstrahl (2) gebildet wird und wobei die Intensität (IL) im Doppelaxikon (100, 100', 100'') kleiner ist als die Schwellintensität (IS) des Materials des Doppelaxikons (100, 100', 100''), und wobei die Austrittsfläche (120) derart ausgebildet ist, dass in Richtung des Laserstrahls hinter der Austrittsfläche (120) ein Linienfokus (3) mit einer maximalen Intensität (Imax) und einer Länge (Lf) entsteht.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum laserbasierten Trennen
eines transparenten, sprödbrechenden Werkstückes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum laserbasierten Trennen eines transparenten, sprödbrechenden Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 . Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum laserbasierten Trennen eines vorgegebenen Glas- oder Glaskeramikelements gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16.
Die Laserbearbeitung von transparentem, sprödbrechendem Material, insbesondere Glas, oder auch Saphir, erfolgt üblicherweise mittels geeignet geformter Ultrakurzpulslaserstrahlung mit entsprechender Wellenlänge, Pulsdauer, Frequenz und Leistung. Üblicherweise wird der Laserstrahl hierbei mit einer geeigneten Optik nicht auf einen einzelnen Fokuspunkt sondern auf einen möglichst lang ausgedehnten Linienfokus fokussiert, der ganz oder wenigstens teilweise im zu bearbeiteten Werkstück liegt. Bei entsprechenden Eigenschaften der Laserstrahlung hinsichtlich Pulslänge, Pulsenergie und Wellenlänge führt die Energie des Laserlichts zu einer linienförmigen Wechselwirkung mit dem Werkstück im Bereich der Fokuslinie.
Werden viele solcher linienförmigen Schädigungszonen nebeneinander angeordnet, beispielsweise durch eine Relativbewegung des zu bearbeitenden Werkstücks zum Linienfokus, so entsteht im Werkstück eine Aneinanderreihung von Wechselwirkungslinien mit einem jeweiligen Abstand, der von der Repetiti- onsrate des Lasers und der Geschwindigkeit der Relativbewegung abhängt. Die Wechselwirkung kann zur Ausbildung eines Mikrokanals im Werkstück führen, so dass man im Fall einer Aneinanderreihung solcher Kanäle auch von einer Mikroperforation spricht, entlang welcher ein nachfolgendes Trennen des Werkstücks erfolgen kann.
Das Trennen kann entweder durch die im Material vorhandenen Eigenspannungen von selbst („selfcleaving") erfolgen oder durch einen selbständigen Prozess. Solche Prozesse sind beispielsweise das Biegen des Werkstücks oder das Thermoschocktrennen. Beim Thermoschocktrennen werden durch gezielte lokale Erwärmung der Perforationszone, zum Beispiel durch eine Flamme oder einen CO2-Laserstrahl, oder auch durch gezielte Erwärmung bzw. gezieltes Abkühlen der äußeren bzw. inneren Bereiche einer geschlossenen Perforation, Spannungen im Werkstück erzeugt, so dass die relative Dehnung und/oder das relative Schrumpfen zu einem Trennen des Werkstücks führen.
Um über die gesamte Länge des Linienfokus eine ähnliche räumliche Begrenzung der Laserstrahlung zu erreichen, werden idealerweise so genannte Besseistrahlen verwendet. Diese bestehen aus einem von schwächeren Ringen umgebenen, zentralen, hellen Maximum und haben gegenüber den vom Laser emittierten Gaußstrahlen den großen Vorteil, dass sich ihr Radius in Ausbreitungsrichtung konstant bleibt. Sie ermöglichen sowohl die Bearbeitung eines größeren Tiefenbereichs als auch eine größere Toleranz bei der Werkstückausrichtung. Zudem sind sie quasi beugungsfrei und besitzen Selbstheilungseigenschaften.
Die Erzeugung von Besseistrahlen und eines lang ausgedehnten Linienfokus wird unter anderem mit sogenannten Axikons als strahlformende Linsen erreicht. Das Axikon als optisches Element wurde 1954 von McLeod beschrieben (John H. McLeod: The Axicon: A New Type of Optical Element. J. Opt. Soc. Am. / Vol. 44, No. 8, August 1954). Demnach ist ein Axikon ein optisches Element welches das Licht von kleinen Punktquellen auf eine gerade, kontinuierliche Brennlinie abbildet. McLeod beschreibt verschiedene Formen von Axikons, stellt jedoch den Glaskegel als wichtigstes Axikon heraus.
Kegelförmige Axikons finden in weiten Bereichen der Technik und der Medizin Anwendung.
Beispielsweise beschreiben Weber et al. die Verwendung von Axikons und Multi-Axikon-Systemen in der Optical Coherence Tomography (OCT), bei der unter Anderem die selbstheilenden Eigenschaften der durch das Axikon erzeugten Besselstrahlung eine große Rolle spielen (Niklas Weber et al.: Highly compact imaging using Bessel beams generated by ultraminiaturized multi-micro- axicon Systems. J. Opt. Soc. Am. /Vol. 29, No. 5, May 2012).
R. Kampmann et al. beschreiben eine Vorrichtung zum Einfangen von Partikeln in Luft, bei der ein System aus zwei Axikons verwendet wird, welche monolithisch, d.h. aus einem Stück, aus PMMA gefertigt sind und wobei beide Axikons denselben Kegelwinkel besitzen (R. Kampmann et al.: Optical Systems for trap- ping particles in air. Applied Optics / Vol. 53, No. 4, February 2014).
Die EP 2 754 524 A1 beschreibt ein Verfahren zum laserbasierten Bearbeiten eines flächigen Substrats, um das Substrat in mehrere Teile zu trennen. Bei diesem Verfahren wird ein Laserstrahl eines Lasers zum Bearbeiten auf das Substrat gerichtet. Im Strahlengang des Lasers ist eine optische Anordnung positioniert, die aus dem eingestrahlten Laserstrahl strahlausgangsseitig der optischen Anordnung eine längs der Strahlrichtung gesehen ausgedehnte Laserstrahlbrennlinie, einen Linienfokus formt. Das Substrat wird relativ zum Linienfokus so positioniert, dass im Innern des Substrats längs eines in Strahlrichtung gesehen ausgedehnten Abschnitts des Linienfokus im Material des Substrats eine induzierte Absorption erzeugt wird, durch die längs dieses ausge- dehnten Abschnitts eine induzierte Rissbildung im Material des Substrats erfolgt.
Die optische Anordnung weist als strahlformendes optisches Element eine sphärisch geschliffene bikonvexe Linse oder ein Axikon auf.
Der Linienfokus zur Bearbeitung des Werkstücks liegt hier nicht nur im zu bearbeitenden Werkstück sondern ebenfalls im Axikon. Soll nun ein Werkstück bearbeitet werden, welches wie das Axikon aus Glas besteht, so würde die Energie des Laserstrahls nicht nur im Glaswerkstück sondern ebenfalls im Axikon selbst absorbiert werden und dieses zerstören.
Aus der DE 10 2014 213 775 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen, kristallinen Substraten, insbesondere von Halbleitersubstraten, bekannt. Die optische Anordnung weist eine fokussie- rende, plankonvexe Kollimationslinse auf.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trennen eines transparenten, sprödbrechenden Werkstücks mittels eines Lasers zur Verfügung zu stellen, wobei die Vorrichtung so eingerichtet ist, dass sie nicht durch den Laserstrahl selbst zerstört wird und der Justieraufwand der strahlformenden Komponenten minimiert wird.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zum Trennen eines transparenten, sprödbrechenden Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach weist die Vorrichtung einen Laser, der einen Laserstrahl mit einer Intensität lL entlang einer optischen Achse (P) emittiert, und eine strahlformende optische Einrichtung mit einem einteiligen Doppelaxikon auf. Das Doppelaxikon weist eine Eintrittsfläche auf, die derart ausgebildet ist, dass der Laserstrahl im Doppelaxikon in einen Ringstrahl geformt wird. Der Vorteil des Doppelaxikons besteht darin, dass durch die Wahl der Energie des Lasers, der Brechzahl des Doppelaxikons sowie des Axikonwinkels der Eintrittsfläche die Intensität des Laserstrahls L innerhalb des Doppelaxikons geringer als die Schwellintensität des Materials des Doppelaxikons eingestellt werden kann, so dass das Material des Doppelaxikons beim Strahldurchgang nicht zerstört wird.
Die Austrittsfläche der optischen Einrichtung, welche im einfachsten Fall der Austrittsfläche des Doppelaxikons entspricht, ist so ausgebildet, dass der Ringstrahl wieder zusammengeführt wird und in Richtung des Laserstrahls hinter der Austrittsfläche ein Linienfokus mit einer maximalen Intensität lmax und einer Länge Lf entsteht.
Die Intensität lmax ist vorzugsweise größer als die Schwellintensität ls des Materials des Werkstücks. Bei der Schwellintensität ls handelt es sich um eine Materialgröße, die angibt, wann nichtlineare Volumenprozesse in einem transparenten Medium stattfinden und dieses zerstören. Solche nichtlinearen Volumenprozesse sind beispielsweise die Multiphotonenionisation und die Entstehung von Avalanche-Ionen. Die Schwellintensität ls von Gläsern liegt beispielsweise bei etwa 5x1016 W/m2. Die Länge Lf des Linienfokus entspricht der Breite der Intensitätsverteilung in Strahlausbreitungsrichtung bei halber maximaler Intensität lmax.
Die optische Einrichtung soll den Laserstrahl, bei dem es sich um einen Gauß- Strahl handelt, vorzugsweise in einen Bessel-Strahl umwandeln. Die Erzeugung eines perfekten Bessel-Strahls ist jedoch nur in der Theorie möglich. In der Praxis liegt immer ein Laserstrahl vor, welcher sowohl einen Gauß- und einen Bessel-Anteil aufweist. Dies ist insbesondere in den Schriften Brzobohaty, Oto; Cizmär, Tomas; Zemänek, Pavel (2008): High quality quasi- Bessel beam generated by round-tip axicon. In: Opt. Express 16 (17), S. 12688.
J. Durnin, J. J. Miceli Jr., J. H. Eberly (1988): Comparison of Bessel and Gauss- ian beams. In: Opt. Lett. 13 (2), S. 79-80.
Jarutis, V.; Paskauskas, R.; Stabinis, A. (2000): Focusing of Laguerre-Gaussian beams by axicon. In: Optics Communications 184 (1 -4), S. 105-1 12. dargelegt.
Unter einem Doppelaxikon wird ein optisches, strahlformendes Bauteil verstanden, welches zwei einander gegenüberliegende und zueinander zentrierte, konisch geschliffene Oberflächen aufweist.
Der Begriff .einteilig' schließt im Rahmen der Erfindung sowohl eine monolithische Ausführung des Doppelaxikons als auch eine Ausführung ein, bei der zwei Plan-Axikons unmittelbar oder mittelbar über einen Zwischenkörper miteinander verbunden, z.B. verklebt, verkittet oder angesprengt sind. Die Einteiligkeit hat den Vorteil, dass der Justieraufwand geringer ist als bei einer optischen strahlformenden Einrichtung, bei der alle optisch aktiven Flächen separaten Bauteilen zugeordnet sind.
Unter einem Plan-Axikon versteht der Fachmann ein Axikon, welches gegenüber seiner konischen Fläche eine Planfläche aufweist.
In der vorliegenden Erfindung verläuft die optische Achse entlang der Austrittsrichtung des Laserstrahls aus dem Laser und durchquert die Spitzen von Ein- und Austrittsfläche des Doppelaxikons.
Der Vorteil eines Doppelaxikons zur Erzeugung des Linienfokus besteht darin, dass der Linienfokus zur Bearbeitung des Werkstücks erst von der Spitze der Austrittsfläche des Axikons entfernt entsteht und nicht wie bei einem einfachen Axikon im Axikon selbst.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Doppelaxikon als Galilei-Axikon ausgebildet.
Unter einem Galilei-Axikon wird ein Doppelaxikon verstanden, welches eine nach innen gerichtete konische Eintrittsfläche und eine nach außen gerichtete konische Austrittsfläche besitzt. Folglich zeigen die Spitzen beider konischer Flächen in die Strahlaustrittsrichtung des Lasers.
Der auf die Mitte der Eintrittsfläche des Galilei-Axikons auftreffende Laserstrahl wird beim Passieren der Eintrittsfläche aufgrund des Brechungsgesetzes aufgefächert und in einen Ringstrahl umgeformt, dessen Radius abhängig ist vom Axikonwinkel der Eintrittsfläche, von der Brechzahl des Doppelaxikons und von dem im Axikon zurückgelegten Weg des Laserstrahls. Der Axikonwinkel ist dabei der Winkel zwischen Kegelfläche und Normale zur Kegelachse der durch die Eintrittsfläche des Doppelaxikons gebildeten Kegelform.
Beim Passieren der Austrittsfläche des Galilei-Axikons wird der Ringstrahl abhängig vom Axikonwinkel der Austrittsfläche vom Lot der Austrittsfläche weggebrochen.
Da es sich bei dem vom Laser emittierten Strahl um einen Gaußstrahl handelt, fällt dessen Intensität radial nach außen ab und das Intensitätsmaximum liegt in der Mitte des Strahls. Bei der Auffächerung des Strahls nach Passieren der Eintrittsfläche des Galilei-Axikons liegt das Intensitätsmaximum daher auf der Innenseite des Ringstrahls. Dies führt dazu, dass der Linienfokus des zusammengeführten Ringstrahls sein Intensitätsmaximum im vorderen Abschnitt seiner Intensitätsverteilung entlang der optischen Achse aufweist. Dies hat den Vorteil, dass für eine weitere Strahlformung beugende Strahlformungselennente genutzt werden können, um z.B. von der Gauß-Bessel-Intensitätsverteilung abweichende Intensitätsverteilungen zu realisieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Doppelaxikon als Kepler- Axikon ausgebildet.
Unter einem Kepler-Axikon wird ein Doppelaxikon verstanden, das zwei nach außen gerichtete konische Oberflächen besitzt.
Anders als beim Galilei-Axikon, wird der Laserstrahl beim Passieren der Eintrittsfläche nicht aufgefächert, sondern zusammengeführt. Dabei kommt es zur Ausbildung eines Zwischenfokus innerhalb des Kepler-Axikons. Damit dieser Zwischenfokus das Kepler-Axikon nicht zerstört, muss dessen maximale Intensität Lax geringer sein als die Schwellintensität für permanente Schädigung des Materials des Kepler-Axikons. Die maximale Intensität lmax des Zwischenfokus kann vorzugsweise mittels des Axikonwinkels der Eintrittsfläche und der Brechzahl des Kepler-Axikons eingestellt werden. Hierbei lässt sich folgender Zusammenhang aus der oben genannten Publikationsschrift von Jarutis et al, 2000 ableiten:
2 · Ρ · 1,9 · Α" .. , „ . / . / . x x
^ = — . m it A =2 - sm(arcsm(«a sm a1 )- a1 ) .
π■ W
Hierbei ist na die Brechzahl des Kepler-Axikons und P die Pulsspitzenleistung des Laserstrahls, welche unter der Annahme eines zeitlich rechteckigen Laserpulses der Dauer t aus der Pulsenergie EPuis mit P = EPuis/t abgeschätzt werden kann. W ist die durch den 1/e2-lntensitätsabfall gekennzeichnete halbe radiale Breite des Gaußstrahls unmittelbar vor Eintritt in das Doppelaxikon. Bei der Variablen A" handelt es sich um eine willkürliche Größe, welche lediglich die Axikonparameter, Axikonwinkel ai und Brechzahl na, zusammenfasst.
Vorzugsweise ist das einteilige Doppelaxikon monolithisch .
Unter .monolithisch' wird verstanden, dass das Doppelaxikon aus einem Stück gefertigt ist und nicht aus verschiedenen Teilen zusammengesetzt ist.
Die monolithische Bauweise des Axikons hat den Vorteil, dass sich im Axikon keine brechenden oder reflektierenden Grenzflächen befinden, die den Strahlengang stören und den Bessel-Anteil des Laserstrahls nach Passieren der Eintrittsfläche des Doppelaxikons reduzieren. Zudem besitzt es weniger Freiheitsgrade und erlaubt daher eine einfachere Justage und ist robuster gegen Erschütterungen .
Vorteilhafterweise besitzt das monolithische Doppelaxikon eine Brechzahl na zwischen 1 ,35 und 1 ,9.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Doppel-Axikon aus einem ersten Plan-Axikon und einem zweiten Plan-Axikon zusammengesetzt.
Axikons werden üblicherweise mittels CNC-Maschinen aus einem Rohling gefräst und anschließend nachpoliert. Aufgrund ihrer einfacheren Geometrie sind Plan-Axikons daher einfacher herzustellen .
Die Zusammensetzung des Doppelaxikons aus einem ersten und einem zweiten Plan-Axikon erlaubt die Verwendung verschiedener Plan-Axikon-Kombinationen hinsichtlich Brechzahlen und Axikonwinkel und folglich eine effektivere Strahlführung . ln einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind das erste und das zweite Plan-Axikon mittelbar über einen Zwischenkörper oder unmittelbar miteinander verbunden. Der Zwischenkörper weist vorzugsweise die Gestalt einer Platte auf.
Der Zwischen körper kann weitere strahlformende Aufgaben übernehmen. Beispielsweise kann das Intensitätsprofil des Laserstrahls entlang des Linienfokus mittels eines vom Radius r abhängenden Brechungsindex n(r) vorgegeben werden.
Vorzugsweise besitzt das erste Plan-Axikon eine Brechzahl ni und das zweite Plan-Axikon eine Brechzahl n2, wobei gilt: ni = n2.
In einer weiteren Ausführungsform besitzt das erste Plan-Axikon eine Brechzahl ni und das zweite Plan-Axikon eine Brechzahl n2, wobei gilt: ni n2.
Durch die Verwendung zweier Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes, insbesondere wenn ni > n2 ist, können steilere Einfallswinkel auf die Austrittsfläche des Doppelaxikons erzielt werden. Dies führt dazu, dass die Energiedichte des Linienfokus abhängig vom Einfallswinkel des Ringstrahls auf die Austrittsfläche des Doppelaxikons erhöht wird. Zudem entsteht ein schmalerer Linienfokus für eine präzisere Werkstückbearbeitung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eins der beiden Plan-Axikons eine Brechzahl auf, die eine radiale Abhängigkeit besitzt.
Mittels einer geeigneten radialen Abhängigkeit einer der Brechzahlen kann die Intensitätsverteilung des Linienfokus derart angepasst werden, dass sie von der Intensitätsverteilung eines Bessel-Gauß-Strahls abweicht. Weiter bevorzugt besitzt der Zwischen körper eine Brechzahl nz zwischen 1 ,35 und 1 ,9.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Brechzahl nz des Zwischenkörpers eine radiale Abhängigkeit auf.
Wie bereits oben ausgeführt, kann mittels einer radial abhängigen Brechzahl die Intensitätsverteilung des Linienfokus derart angepasst werden, dass sie von der Intensitätsverteilung eines Bessel-Gauß-Strahls abweicht.
Vorteilhafterweise hat der Ringstrahl nach Passieren der optischen Einrichtung einen Öffnungswinkel ß mit 5° < ß < 20°.
Der Öffnungswinkel ß ist abhängig von der Brechzahl na des Doppelaxikons sowie den beiden Axikonwinkeln ai und C(2. -Axikon besteht folgender Zusammenhang:
Figure imgf000013_0001
Für ein Kepler-Axikon besteht folgender Zusammenhang:
Figure imgf000013_0002
Es wurde festgestellt, dass bei Öffnungswinkeln ß > 20° zu viele Beugungsringe entstehen und es zu einer Verringerung der Leistung im zentralen Maximum des Linienfokus kommt, was zu einer erheblichen Verschlechterung der Effektivität der Energieabsorption im Werkstück führt. ln einer bevorzugten Ausführungsform ist die Austrittsfläche der optischen Einrichtung Teil einer Linse zur Fokussierung des Ringstrahls.
Insbesondere ist die Linse bevorzugt als Sammellinse oder als Axikon ausgebildet.
Linsen bieten insbesondere den Vorteil der weiteren Strahlformung und können dazu verwendet werden, den Linienfokus je nach Anwendungsfall entweder zu verlängern oder zu verkürzen oder zu einer von der Gauß-Bessel- Intensitätsverteilung abweichenden Intensitätsverteilung zu formen .
Die Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zum laserbasierten Trennen eines transparenten, sprodbrechenden Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
Bei dem Verfahren wird ein Laserstrahl eines gepulsten Lasers mit einer Wellenlänge λ zum Bearbeiten auf das Werkstück gerichtet, wobei mittels einer im Strahlengang positionierten optischen Einrichtung der Laserstrahl einen Linienfokus mit einer Länge Lf hinter der optischen Einrichtung ausbildet und wobei das Werkstück so positioniert wird, dass der Linienfokus wenigstens teilweise im Werkstück liegt und wobei eine wie vorstehend beschriebene Vorrichtung verwendet wird.
Mit der Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung werden wesentlich längere Intensitätsprofile entlang des Linienfokus erzielt, welche eine höhere Kantenqualität des bearbeiteten Werkstücks bedingen.
Darüber hinaus ist die Bearbeitungsqualität weniger anfällig gegenüber Variationen des Abstandes zwischen Optik und Werkstück. Transparente, sprödbrechende Materialien sind vorzugsweise Glas, Glaskeramik, Saphir und kristalline Werkstoffe wie beispielsweise aus Silizium. Aber auch die Bearbeitung transparenter Kunststoffe ist möglich.
Vorzugsweise wird das Werkstück derart bezüglich der Vorrichtung positioniert, dass die maximale Intensität lmax im Werkstück liegt.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die maximale Intensität lmax derart eingestellt wird, dass die maximale Intensität lmax größer ist als die Schwell intensität ls des Materials des Werkstückes.
Vorzugsweise wird die Länge Lf des Linienfokus derart eingestellt, dass Lf kleiner ist als die Dicke des Werkstücks. Diese Ausführung kommt vorzugsweise dann zum Einsatz, wenn lmax 12 größer als die Schwellintensität ls des Materials des Werkstückes ist. Zudem hat sie den Vorteil, dass die Leistung des Lasers so eingestellt werden kann, dass keine Schädigungen an den Oberflächen des Werkstücks auftreten.
Vorzugsweise wird die Länge Lf des Linienfokus derart eingestellt, dass die Länge Lf größer ist als die Dicke des Werkstücks. Diese Ausführung kommt vorzugsweise dann zum Einsatz, wenn lmax 12 kleiner als die Schwellintensität ls des Materials des Werkstückes ist. Bei dieser Ausführungsform wird zudem sichergestellt, dass die Bearbeitungsqualität weniger anfällig gegenüber Variationen des Abstandes zwischen Optik und Werkstück ist.
Vorzugsweise wird der Linienfokus derart eingestellt und das Werkstück derart positioniert, dass wenigstens eine der beiden der gegenüberliegenden Oberflächen des Werkstücks vom Linienfokus durchquert wird . Diese Ausführung wird vorzugsweise eingesetzt, wenn lmax/2 etwa gleich gross wie die Schwellintensität ls ist und die entlang der Fokuslinie leicht asymmetrische Intensitätsvertei- lung des Gauß-Bessel-Fokus oder einer davon abweichenden Intensitätsverteilung Auswirkungen auf die Modifikation im Werkstück hat. Vorteilhaft kann hier zudem genutzt werden, dass die Leistung des Lasers so eingestellt werden kann, dass auf einer Seite des Werkstückes keine Schädigung auftritt, während auf der anderen Seite die Bearbeitungsqualität weniger anfällig gegenüber Variationen des Abstandes zwischen Optik und Werkstück ist.
Vorteilhafterweise wird ein Laser eingesetzt, dessen Laserstrahl vor der Eintrittsfläche eine Pulsenergie EP von 50 μϋ bis 10 mJ aufweist. Besonders bevorzugt ist eine Energie EP von 500 μϋ bis 5 mJ. Dieser bevorzugte Wertebereich wird insbesondere dann gewählt, wenn die Länge Lf des Linienfokus größer als 3 mm ist.
Außerdem ist die Wellenlänge λ des Laserstrahls nach Verlassen des Lasers vorzugsweise 0,2 bis 20 μιτι. Besonders bevorzugt ist eine Wellenlänge λ von 0,4 bis 1 1 μιτι.
Die Pulsdauer DP des Laserstrahls beträgt vorteilhafterweise 0,1 bis 100 ps. Besonders bevorzugt ist eine Pulsdauer DP von 5 bis 15 ps.
Beispielhafte Ausführungsformen der Vorrichtung zum laserbasierten Trennen eines transparenten, sprödbrechenden Werkstücks werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Trennen
eines transparenten, sprödbrechenden Werkstückes,
Figur 2 optische Einrichtung mit Galilei-Axikon und Sammellinse,
Figur 3 eine optische Einrichtung mit Kepler-Axikon und Sammellinse, Figur 4 eine optische Einrichtung mit einem Galilei-Axikon zusammengesetzt aus zwei Planaxikons mit unterschiedlichen Brechzahlen,
Figur 5 eine optische Einrichtung mit einem Kepler-Axikon zusammengesetzt aus zwei Plan-Axikons mit unterschiedlichen Brechzahlen,
Figur 6 eine optische Einrichtung mit einem Galilei-Axikon zusammengesetzt aus zwei Plan-Axikons und einem Zwischen körper, und
Figur 7 ein Linienfokus eines mittels eines Galilei-Axikon geformten Bes- sel-Gauß-Strahls.
In der Figur 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Trennen eines transparenten, spröd- brechenden Werkstücks 50 schematisch abgebildet. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Laser 5, welcher entlang der optischen Achse P einen Laserstrahl 6 in Form eines Gaußstrahls emittiert. Im Strahlengang des Laserstrahls 6 befindet sich eine optische Einrichtung 10 mit einer Eintrittsfläche 1 10 und einer Austrittsfläche 120. Die optische Einrichtung 10 wandelt den ursprünglichen Gauß- strahl 6 in einen Ringstrahl 2 um, welcher in einem Linienfokus 3 mit einer Länge Lf fokussiert wird. Für die Bearbeitung des Werkstücks 50 befindet sich der Linienfokus 3 vollständig im Werkstück 50. In den folgenden Abbildungen wird auf die Ausgestaltung der optischen Einrichtung 10 im Detail eingegangen.
Figur 2 zeigt die optische Einrichtung 10 mit dem Werkstück 50. In dieser Ausführungsform besteht die optische Einrichtung 10 aus einem monolithischen Doppelaxikon 100, welches als Galilei-Axikon 100' ausgebildet ist und einer Sammellinse 106. Die Austrittsfläche der Sammellinse 106 bildet die Austrittsfläche 120 der optischen Einrichtung 10. Das Galilei-Axikon 100' besitzt eine konische Eintrittsfläche 1 10 und eine konische Austrittsfläche 105. Sowohl die Spitze 1 12 der Eintrittsfläche 1 10 als auch die Spitze 122 der Austrittsfläche 105 sind entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 6 gerichtet und liegen auf der optischen Achse P. Das Galilei- Axikon 100' besitzt einen ersten Axikonwinkel ai und einen zweiten Axikonwinkel 02, wobei im vorliegenden Beispiel beide Winkel gleich groß sind. Der Axikonwinkel cii bzw. der Axikonwinkel C(2 ist der Winkel zwischen Kegelfläche 1 14 bzw. 124 und Normale N zur Kegelachse der durch die Eintrittsfläche 1 10 bzw. Austrittsfläche 105 des Doppelaxikons 100 gebildeten Kegelform, wobei die Normale N senkrecht zur optischen Achse P ausgerichtet ist.
Der Laserstrahl 6, welcher von einem Hochleistungslaser 5 (siehe Figur 1 ) als Gaußstrahl 6 emittiert wird, breitet sich entlang der optischen Achse P aus und wird an der Eintrittsfläche 1 10 des Galilei-Axikons 100' gemäß dem Brechungsgesetz zum Lot der Eintrittsfläche 1 10 hin gebrochen, da ein Übergang von einem optischen dünneren in ein optisch dichteres Medium stattfindet. Aufgrund der Kegelform der Eintrittsfläche 1 10 wird der Laserstrahl 6 aufgefächert und es entsteht ein Ringstrahl 2 mit einem Innenradius R im Innern des Galilei-Axikons 100'. Der Innenradius R des Ringstrahls 2 ist abhängig vom Axikonwinkel CM , der Brechzahl na des Galilei-Axikons 100' und dem innerhalb des Galilei- Axikons 100' zurückgelegten Weg.
Beim Auftreffen auf die Austrittsfläche 105 des Galilei-Axikons 100' wird der Ringstrahl 2 gemäß dem Brechungsgesetz vom Lot der Austrittsfläche 105 weggebrochen, da der Ringstrahl 2 vom optisch dichteren Medium in das optisch dünnere Medium übergeht. Sind die Axikonwinkel ai und C(2 identisch wie im vorliegenden Beispiel, so wird der Ringstrahl 2 derart gebrochen, dass er nach Austritt aus dem Galilei-Axikon 100' einen konstanten Radius R besitzt. Mittels einer Sammellinse 106 wird der Ringstrahl 2 hinter dem Galilei-Axikon 100' in einen Linienfokus 3 mit einer Länge Lf fokussiert. Der Linienfokus 3 durchdringt das Werkstück 50 vollständig.
Figur 3 zeigt die optische Einrichtung 10 mit einem Werkstück 50. In dieser Ausführungsform besteht die optische Einrichtung 10 aus einem monolithischen Doppelaxikon 100, welches als Kepler-Axikon 100" ausgebildet ist und einer Sammellinse 106. Die Austrittsfläche der Sammellinse 106 bildet die Austrittsfläche 120 der optischen Einrichtung 10.
Das Kepler-Axikon 100" besitzt eine konische Eintrittsfläche 1 10 und eine konische Austrittsfläche 105. Die Spitze 1 12 der Eintrittsfläche 1 10 ist der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 6 entgegen gerichtet und die Spitze 122 der Austrittsfläche 105 ist entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 6 gerichtet. Beide liegen auf der optischen Achse P.
Das Kepler-Axikon 100" besitzt einen ersten Axikonwinkel ai und einen zweiten Axikonwinkel C(2, wobei im vorliegenden Beispiel beide Winkel gleich groß sind. Der Axikonwinkel ai bzw. der Axikonwinkel C(2 ist dabei der Winkel zwischen Kegelfläche 1 14 bzw. 124 und Normale N zur Kegelachse der durch die Eintrittsfläche 1 10 bzw. Austrittsfläche 105 des Doppelaxikons 100 gebildeten Kegelform, wobei die Normale N senkrecht zur optischen Achse P ausgerichtet ist.
Der Laserstrahl 6 aus dem Hochleistungslaser 5 (siehe Figur 1 ), welcher als Gaußstrahl 6 emittiert wird, breitet sich entlang der optischen Achse P aus und wird an der Eintrittsfläche 1 10 des Kepler-Axikons 100" gemäß dem Brechungsgesetz zum Lot der Eintrittsfläche 1 12 hin gebrochen, da ein Übergang von einem optischen dünneren in ein optisch dichteres Medium stattfindet. Aufgrund der Kegelform der Eintrittsfläche 1 10 wird der Laserstrahl 6 im Innern des Kepler-Axikons 100" zusammengeführt und es kommt zur Strahlüberlagerung, wobei ein Zwischenfokus 4 mit einer Länge Lz im Innern des Kepler- Axikons 100" entsteht. Hinter dem Zwischenfokus 4 entsteht, wie im Galilei- Axikon 100', ein Ringstrahl 2, dessen Innenradius R ebenfalls abhängig vom Axikonwinkel CM , dem Brechungsindex na des Kepler-Axikons 100" und dem im Kepler-Axikon 100" zurückgelegten Weg ist.
Beim Auftreffen auf die Austrittsfläche 105 des Kepler-Axikons 100" wird der Ringstrahl 2 gemäß dem Brechungsgesetz vom Lot der Austrittsfläche 105 weggebrochen, da der Ringstrahl 2 vom optisch dichteren Medium in das optisch dünnere Medium übergeht. Sind die Axikonwinkel ai und C(2 identisch wie im vorliegenden Beispiel, so wird der Ringstrahl 2 derart gebrochen, dass er nach Austritt aus dem Kepler-Axikon 100" einen konstanten Innenradius R besitzt.
Wie im Fall des oben beschriebenen Galilei-Axikons 100' (siehe auch Figur 2) wird mittels einer Sammellinse 106 der Ringstrahl 2 hinter dem Kepler-Axikon 100" in einen Linienfokus 3 mit einer Länge Lf fokussiert. Der Linienfokus 3 durchdringt das Werkstück 50 vollständig.
Die Figur 4 zeigt eine optische Einrichtung 10, die als Galilei-Axikon 100' ausgebildet ist, welches aus einem ersten Plan-Axikon 101 mit einer Brechzahl ni und einem zweiten Plan-Axikon 102 mit einer Brechzahl n2 zusammengesetzt ist, wobei im hier vorliegenden Beispiel die Brechzahl ni größer ist als die Brechzahl n2. Beide Plan-Axikons 101 , 102 sind durch Verkittung miteinander verbunden. Das erste Plan-Axikon 101 besitzt einen Axikonwinkel ai und das zweite Plan-Axikon 102 einen Axikonwinkel C(2, wobei ai kleiner ist als C(2. Die Kegelfläche 1 14 des ersten Plan-Axikons 101 bildet die Eintrittsfläche 1 10 des Galilei-Axikons 100', während die Kegelfläche 124 des zweiten Plan-Axikons 102 sowohl die Austrittsfläche 105 des Galilei-Axikons 100' als auch die Austrittsfläche 120 der optischen Einrichtung 10 bildet.
Der auf die Eintrittsfläche 1 10 des Galilei-Axikons 100' treffende Gaußstrahl 6 wird an der Eintrittsfläche 1 10 in einen Ringstrahl 2 aufgefächert, dessen Innenradius R sich mit fortschreitender Wegstrecke im ersten Plan-Axikon 101 vergrößert. An einer Grenzfläche 104 zwischen dem ersten Plan-Axikon 101 und dem zweiten Plan-Axikon 102 wird der Ringstrahl 2 erneut gebrochen. Da die Brechzahl ni des ersten Plan-Axikons 101 größer ist als die Brechzahl n2 des zweiten Plan-Axikons 102, wird der Ringstrahl 2 weiter aufgeweitet.
Beim Auftreffen auf die Austrittsfläche 105 des Galilei-Axikons 100' wird der Ringstrahl 2 unter einem Öffnungswinkel ß wieder zusammengeführt und bildet am Ort der Überlagerung einen Linienfokus 3 mit einer Länge Lf aus. In diesem Linienfokus Lf ist das Werkstück 50 zur Bearbeitung angeordnet.
Figur 5 zeigt eine optischen Einrichtung 10, die als Kepler-Axikon 100" ausgebildet ist, welches aus einem ersten Plan-Axikon 101 mit einer Brechzahl ni und einem zweiten Plan-Axikon 102 mit einer Brechzahl n2 zusammengesetzt ist, wobei im hier vorliegenden Beispiel die Brechzahl ni größer ist als die Brechzahl n2. Das erste Plan-Axikon 101 besitzt einen Axikonwinkel ai und das zweite Plan-Axikon einen Axikonwinkel α2, wobei ai kleiner ist als a2. Die Kegelfläche 1 14 des ersten Plan-Axikons 101 bildet die Eintrittsfläche 1 10 des Kepler- Axikons 100", während die Kegelfläche 124 des zweiten Plan-Axikons 102 sowohl die Austrittsfläche 105 des Kepler-Axikons 100" als auch die Austrittsfläche 120 der optischen Einrichtung 10 bildet.
Der auf die Eintrittsfläche 1 10 des Kepler-Axikons 100" treffende Gaußstrahl 6 wird an der Eintrittsfläche 1 10 gebrochen und aufgrund der der Ausbreitungsrichtung entgegen gerichteten Kegelspitze 1 12 des ersten Plan-Axikons 101 im Kepler-Axikon 100" zusammengeführt, wobei es zur Strahlkreuzung und der Entstehung eines Zwischenfokus 4 mit der Länge Lz kommt.
An der Grenzfläche 104 wird der Laserstrahl 6 erneut gebrochen und hinter dem Zwischenfokus 4 entsteht ein Ringstrahl 2 mit dem Innenradius R, der sich mit fortschreitender Wegstrecke im Kepler-Axikon 100" vergrößert. Aufgrund der niedrigeren Brechzahl n2 des zweiten Plan-Axikons 102 wird der Ringstrahl 2 hinter dem Zwischenfokus 4 stärker aufgeweitet. Auf diese Weise wird ein steilerer Einfallswinkel auf die Austrittsfläche 105 des Kepler-Axikons 100" erzielt als beispielsweise bei einem monolithischen Kepler-Axikon 100" mit denselben Abmessungen. Beim Passieren der Austrittsfläche 105 des Kepler-Axikons 100" wird der Ringstrahl 2 unter einem Öffnungswinkel ß' wieder zusammengeführt und bildet am Ort der Überlagerung einen Linienfokus 3 mit einer Länge Lf aus.
Ein steiler Einfallswinkel auf die Austrittsfläche 105 führt dazu, dass der Ringstrahl 2 hinter dem Kepler-Axikon 100" eine geringere Ringdicke und folglich eine höhere Energiedichte besitzt. Bei der Überlagerung des Ringstrahls 2 im Linienfokus 3 führt dies dazu, dass der zur Bearbeitung des Werkstücks 50 verwendete Linienfokus 3 im Vergleich zu dem eines monolithischen Kepler- Axikons 100" mit den selben Abmessungen kürzer ist, aber eine höhere Energiedichte besitzt.
Der im Kepler-Axikon 100" entstandene Zwischenfokus 4 hat eine Länge Lz, die abhängig von den Brechzahlen ni und n2 sowie dem Axikonwinkel ai des ersten Plan-Axikons 101 ist. Im vorliegenden Beispiel, ist der Zwischenfokus 4 etwa dreimal so lang wie der Linienfokus 3 und besitzt demnach eine deutlich geringere Energiedichte.
Figur 6 zeigt eine optischen Einrichtung 10, die als Galilei-Axikon 100' ausgebildet ist, welches aus einem ersten Plan-Axikon 101 mit einer Brechzahl ni und einem zweiten Plan-Axikon 102 mit einer Brechzahl n2 zusammengesetzt ist, wobei im hier vorliegenden Beispiel die Brechzahl ni größer ist als die Brechzahl n2 und sich zwischen den beiden Plan-Axikons 101 , 102 ein Zwischenkörper 103 mit einer Brechzahl nz befindet. Der Zwischenkörper 103 ist an seinen Seitenflächen mit den Planflächen der beiden Plan-Axikons 101 , 102 verkittet.
Vorzugsweise besitzt der Zwischenkörper 103 eine Brechzahl nz, die eine radiale Abhängigkeit aufweist, mit Hilfe derer die Intensitätsverteilung eines im Werkstück zu erzeugenden Linienfokus 3 derart angepasst werden kann, dass sie von der Intensitätsverteilung des Bessel-Gauß-Strahls abweicht. In der hier vorliegenden Figur 6 wurde die Brechzahl nz des Zwischenkörpers 103 im Sinne der Übersichtlichkeit der Strahlführung als konstant angenommen, wobei gilt: ni > nz > n2.
Das erste Plan-Axikon 101 besitzt einen Axikonwinkel CM und das zweite Plan- Axikon einen Axikonwinkel α2, wobei CM kleiner ist als a2. Die Kegelfläche 1 14 des ersten Plan-Axikons 101 bildet die Eintrittsfläche 1 10 des Galilei-Axikons 100', während die Kegelfläche 124 des zweiten Plan-Axikons 102 sowohl die Austrittsfläche 105 des Galilei-Axikons 100' als auch die Austrittsfläche 120 der optischen Einrichtung 10 bildet.
Der auf die Eintrittsfläche 1 10 des Galilei-Axikons 100' treffende Gaußstrahl 6 wird an der Eintrittsfläche 1 10 in einen Ringstrahl 2 aufgefächert, dessen Innenradius R sich mit fortschreitender Wegstrecke im ersten Plan-Axikon 101 vergrößert. An der Grenzfläche zum Zwischen körper 103 wird der Ringstrahl 2 erneut gebrochen. Da die Brechzahl ni des ersten Plan-Axikons 101 größer ist als die Brechzahl nz des Zwischenkörpers 103 wird der Ringstrahl 2 weiter aufgeweitet. An der Grenzfläche zwischen Zwischenkörper 103 und zweitem Plan-Axikon 102 wird der Gaußstrahl erneut vom Lot der Grenzfläche weggebrochen und weiter aufgeweitet. Beim Auftreffen auf die Austrittsfläche 105 des Galilei-Axikons 100' wird der Ringstrahl 2 gemäß dem Brechungsgesetz vom Lot der Austrittsfläche 105 weggebrochen, da der Ringstrahl 2 vom optisch dichteren Medium in das optisch dünnere Medium übergeht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Axikonwinkel CM , C(2 und die Brechzahlen n i , n2, nz so konfiguriert, dass der Ringstrahl 2 erst mittels einer Sammellinse 106, welche hinter dem Galilei- Axikon 100' angeordnet ist, in einen Linienfokus 3 mit einer Länge Lf fokussiert wird. Der Linienfokus 3 durchdringt das Werkstück 50 vollständig.
Beispielhaft zeigt die Figur 7 die Intensitätsverteilung im Linienfokus 3 eines Galilei-Axikons 100' entlang Strahlrichtung (z-Richtung). Die Länge Lf des Linienfokus 3 entspricht der Breite der Intensitätsverteilung bei halber maximaler Intensität lmax.
Der von einem Laser emittierte Gaußstrahl 6 hat sein Intensitätsmaximum in seiner radialen Mitte. Aufgrund der Auffächerung des Gaußstrahls 6 beim Passieren des Galilei-Axikons 100', befindet sich das Intensitätsmaximum lmax des Ringstrahls 2 auf dessen Innenseite und führt dazu, dass der Linienfokus 3 eine höhere Intensität im vorderen Bereich der dargestellten Intensitätsverteilung aufweist.
Bei einem Kepler-Axikon 100" dagegen befindet sich das Intensitätsmaximum im hinteren Bereich der Intensitätsverteilung (nicht dargestellt), da sich aufgrund der Strahlkreuzung im Kepler-Axikon 100" die maximale Intensität lmax des Ringstrahls 2 auf dessen Außenseite befindet. Bezugszeichenliste
Vorrichtung
Ringstrahl
Linienfokus
Zwischenfokus
Laser
Laserstrahl, Gaußstrahl
10 Optische Einrichtung
0 Werkstück
100 Doppelaxikon
100' Galilei-Axikon
100" Kepler-Axikon
101 Erstes Planaxikon
102 Zweites Planaxikon
103 Zwischenkörper
104 Grenzfläche
105 Austrittsfläche des Doppelaxikons
106 Sammellinse
0 Eintrittsfläche
1 12 Spitze
1 14 Kegelfläche
120 Austrittsfläche der optischen Einrichtung 10
122 Spitze
124 Kegelfläche
P Optische Achse
R Innenradius des Ringstrahls
di erster Axikonwinkel
02 zweiter Axikonwinkel
ß, ß' Öffnungswinkel Lf Länge des Linienfokus Lz Länge des Zwischenfokus N Normale zur Kegelachse

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) zum laserbasierten Trennen eines transparenten, spröd- brechenden Werkstücks (50) mit einem Laser (5), der einen Laserstrahl (6) mit einer Intensität lL entlang einer optischen Achse (P) emittiert, und einer optischen Einrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (10) mindestens ein einteiliges Doppelaxikon (100, 100', 100") aufweist,
wobei das Doppelaxikon (100, 100', 100") eine Eintrittsfläche (1 10) und die optische Einrichtung (10) eine Austrittsfläche (120) aufweist, dass die Eintrittsfläche (1 10) derart ausgebildet ist, dass im Doppelaxikon (100, 100', 100") ein Ringstrahl (2) gebildet wird, dass die Intensität lL im Doppelaxikon (100, 100', 100") kleiner ist als die Schwellintensität ls des Materials des Doppelaxikons (100, 100', 100"), und dass die Austrittsfläche (120) derart ausgebildet ist, dass in Richtung des Laserstrahls hinter der Austrittsfläche (120) ein Linienfokus (3) mit einer maximalen Intensität lmax und einer Länge Lf entsteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelaxikon (100) ein Galilei-Axikon (100') ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelaxikon (100) ein Keppler-Axikon (100") ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einteilige Doppelaxikon (100, 100', 100") monolithisch ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelaxikon (100, 100', 100") eine Brechzahl von 1 ,35 < na ^ 1 ,9 hat.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelaxikon (100, 100', 100") aus einem ersten Plan- Axikon (101 ) und einem zweiten Plan-Axikon (102) zusammengesetzt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Plan-Axikon (101 ) und das zweite Plan-Axikon (102) mittelbar über einen transparenten Zwischenkörper (103) oder unmittelbar miteinander verbunden sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Plan-Axikon (101 ) eine Brechzahl ni und das zweite Plan-Axikon (102) eine Brechzahl n2 besitzt, wobei gilt: ni = n2.
9. Vorrichtung einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Plan-Axikon (101 ) eine Brechzahl ni und das zweite Plan- Axikon (102) eine Brechzahl n2 besitzt, wobei gilt: ni n2.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechzahlen ni und/oder n2 eine radiale Abhängigkeit aufweisen.
1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischen körper (103) eine Brechzahl 1 ,35 < nz < 1 ,9 hat.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Brechzahl nz des Zwischen körpers (103) eine radiale Abhängigkeit aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (6) nach Passieren der optischen Einrichtung (10) einen Öffnungswinkel ß aufweist mit 5° < ß < 20°.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsfläche (120) der optischen Einrichtung (10) Teil einer Linse (106) zur Fokussierung des Ringstrahls (2) ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die
Linse (106) eine Sammellinse (106) oder ein Axikon (106) ist.
16. Verfahren zum laserbasierten Trennen eines transparenten, sprödbre- chenden Werkstücks (50), bei dem ein Laserstrahl (6) eines gepulsten Lasers (5) mit einer Wellenlänge λ zum Bearbeiten auf das Werkstück (50) gerichtet wird, wobei mittels einer im Strahlengang des Lasers (5) positionierten optischen Einrichtung (10) der Laserstrahl (6) einen Linienfokus (3) mit einer Länge Lf hinter der optischen Einrichtung (10) ausbildet, wobei das Werkstück (50) so positioniert wird, dass der Linienfokus (3) wenigstens teilweise im Werkstück (50) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einer Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 durchgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (50) derart positioniert wird, dass die maximale Intensität lmax im Werkstück (50) liegt.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Intensität lmax derart eingestellt wird, dass die maximale Intensität Lax größer ist als die Schwellintensität ls des Materials des Werkstücks (50).
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge Lf des Linienfokus (3) derart eingestellt wird, dass Lf kleiner ist als die Dicke des Werkstücks (50).
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge Lf des Linienfokus (3) derart eingestellt wird, dass Lf größer ist als die Dicke des Werkstücks (50).
21 . Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Linienfokus (3) derart eingestellt und das Werkstück (50) derart positioniert wird, dass wenigstens eine der beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Werkstücks (50) vom Linienfokus (3) durchquert wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Laser (5) eingesetzt wird, dessen Laserstrahl (6) vor der Eintrittsfläche (1 10) des Doppelaxikons (100, 100', 100") folgende Parameter aufweist:
Pulsenergie EP 50 μϋ bis 10 mJ,
Wellenlänge λ = 0,2 bis 20 μηη,
Pulsdauer DP = 0,1 bis 100 ps.
23. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Laser (5) eingesetzt wird, dessen Laserstrahl (6) eine Pulsenergie EP von 500 μϋ bis 5 mJ aufweist.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laser (5) eingesetzt wird, dessen Wellenlänge λ 0,4 bis 1 1 μηη beträgt.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laser (5) eingesetzt wird, dessen Pulsdauer DP 5 bis 15 ps beträgt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109746569A (zh) * 2019-01-26 2019-05-14 江苏先河激光研究院有限公司 一体式激光聚焦镜

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017208290A1 (de) 2017-05-17 2018-11-22 Schott Ag Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks entlang einer vorbestimmten Bearbeitungslinie
EP3624983A1 (de) 2017-05-19 2020-03-25 Schott AG Bauteil, umfassend glas oder glaskeramik, mit entlang einer vorgegebenen trennlinie angeordneten vorschädigungen, verfahren und vorrichtung zur herstellung des bauteils und dessen verwendung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10322375A1 (de) * 2003-05-13 2004-12-02 Carl Zeiss Smt Ag Polarisationsoptimiertes Axiconsystem und Beleuchtungssystem mit einem solchen Axiconsystem
DE102007018400A1 (de) * 2007-04-17 2008-10-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optisches System für einen Lasermaterialbearbeitungskopf
EP2754524A1 (de) 2013-01-15 2014-07-16 Corning Laser Technologies GmbH Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen Substraten unter Verwendung einer Laserstrahlbrennlinie
CN104849779A (zh) * 2015-05-27 2015-08-19 华侨大学 一种能产生长距离Bessel光束的光学元件
DE102014213775A1 (de) 2014-07-15 2016-01-21 Innolas Solutions Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen, kristallinen Substraten, insbesondere von Halbleitersubstraten

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1148599C (zh) * 2002-03-08 2004-05-05 中国科学院上海光学精密机械研究所 焦线长度可调的长距离轴向线聚焦光学系统
DE10240033B4 (de) 2002-08-28 2005-03-10 Jenoptik Automatisierungstech Anordnung zum Einbringen von Strahlungsenergie in ein Werkstück aus einem schwach absorbierenden Material
US7626138B2 (en) * 2005-09-08 2009-12-01 Imra America, Inc. Transparent material processing with an ultrashort pulse laser
CN202393973U (zh) * 2011-11-25 2012-08-22 华侨大学 一种产生不同类型局域空心光束的新型光学元件
CN102901463B (zh) * 2012-11-01 2015-08-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 轴锥镜面形的测量装置和测量方法
WO2014079478A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-30 Light In Light Srl High speed laser processing of transparent materials
US20150166393A1 (en) * 2013-12-17 2015-06-18 Corning Incorporated Laser cutting of ion-exchangeable glass substrates
JP5686394B1 (ja) * 2014-04-11 2015-03-18 レーザーテック株式会社 ペリクル検査装置
EP2944413A1 (de) * 2014-05-12 2015-11-18 Boegli-Gravures S.A. Vorrichtung zur Maskenprojektion von Femtosekunden- und Pikosekunden- Laserstrahlen mit einer Blende, einer Maske und Linsensystemen
JP5941113B2 (ja) * 2014-09-30 2016-06-29 ファナック株式会社 集光径を拡大できるレーザ加工装置
CN205048362U (zh) * 2015-09-02 2016-02-24 法雷奥照明湖北技术中心有限公司 用于形成动态发光形状的装置、动态发光装置和车灯
LT6428B (lt) * 2015-10-02 2017-07-25 Uab "Altechna R&D" Skaidrių medžiagų lazerinis apdirbimo būdas ir įrenginys

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10322375A1 (de) * 2003-05-13 2004-12-02 Carl Zeiss Smt Ag Polarisationsoptimiertes Axiconsystem und Beleuchtungssystem mit einem solchen Axiconsystem
DE102007018400A1 (de) * 2007-04-17 2008-10-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optisches System für einen Lasermaterialbearbeitungskopf
EP2754524A1 (de) 2013-01-15 2014-07-16 Corning Laser Technologies GmbH Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen Substraten unter Verwendung einer Laserstrahlbrennlinie
DE102014213775A1 (de) 2014-07-15 2016-01-21 Innolas Solutions Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen, kristallinen Substraten, insbesondere von Halbleitersubstraten
CN104849779A (zh) * 2015-05-27 2015-08-19 华侨大学 一种能产生长距离Bessel光束的光学元件

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BRZOBOHATY, OTO; CIZMÄR, TOMAS; ZEMÄNEK, PAVEL: "High quality quasi-Bessel beam generated by round-tip axicon", OPT. EXPRESS, vol. 16, no. 17, 2008, pages 12688
DATABASE WPI Week 201572, Derwent World Patents Index; AN 2015-61241L *
J. DURNIN; J. J. MICELI JR.; J. H. EBERLY: "Comparison of Bessel and Gaussian beams", OPT. LETT., vol. 13, no. 2, 1988, pages 79 - 80
JARUTIS, V.; PASKAUSKAS, R.; STABINIS, A.: "Focusing of Laguerre-Gaussian beams by axicon", OPTICS COMMUNICATIONS, vol. 184, no. 1-4, 2000, pages 105 - 112, XP004218411, DOI: doi:10.1016/S0030-4018(00)00961-5
JOHN H. MCLEOD: "The Axicon: A New Type of Optical Element", J. OPT. SOC. AM., vol. 44, no. 8, August 1954 (1954-08-01), XP001092816, DOI: doi:10.1364/JOSA.44.000592
NIKLAS WEBER ET AL.: "Highly compact imaging using Bessel beams generated by ultraminiaturized multi-microaxicon systems", J. OPT. SOC. AM., vol. 29, no. 5, May 2012 (2012-05-01)
R. KAMPMANN ET AL.: "Optical systems for trapping particles in air", APPLIED OPTICS, vol. 53, no. 4, February 2014 (2014-02-01)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109746569A (zh) * 2019-01-26 2019-05-14 江苏先河激光研究院有限公司 一体式激光聚焦镜

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