WO2021224367A1

WO2021224367A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung zum bearbeiten von werkstücken mittels eines laserstrahls

Info

Publication number: WO2021224367A1
Application number: PCT/EP2021/061946
Authority: WO
Inventors: David BLÁZQUEZ SÁNCHEZ
Original assignee: Precitec Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2021-11-11
Also published as: CN115867408A; DE102020112403B4; DE102020112403A1

Abstract

Es ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels eines Laserstrahls angegeben, die Laserbearbeitungsvorrichtung umfassend: einen Laserbearbeitungskopf mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Strahlengang für den Laserstrahl, mindestens ein erstes im Strahlengang angeordnetes optisches Element, wobei das erste optische Element ein bewegliches optisches Element und/oder ein optisches Element mit negativer Brennweite und/oder ein abdichtendes optisches Element ist, und mindestens ein dem ersten optischen Element im Strahlengang nachgeordnetes transmissives zweites optisches Element, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element und/oder das zweite optische Element mindestens eine Oberfläche mit antireflektiver Struktur zur Reduktion von Rückreflexen umfasst.

Description

Laserbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels eines Laserstrahls

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels eines Laserstrahls, und insbesondere eine Laserbearbeitungsvorrich tung mit mindestens einem optischen Element, das mindestens eine Oberfläche mit antire- flektiver Struktur aufweist.

Hintergrund und Stand der Technik

In einer Laserbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere me tallischen Werkstücken, mittels eines Laserstrahls, wird der von einer Laserlichtquelle oder einem Ende einer Laserleitfaser austretende Laserstrahl, auch „Bearbeitungslaserstrahl“ genannt, mit Hilfe einer Strahlführungs- und Fokussieroptik, die beispielsweise in einem Laserbearbeitungskopf angeordnet sein können, auf das zu bearbeitende Werkstück fokus siert oder gebündelt, welches das Werkstück lokal auf Schmelztemperatur erhitzt. Die Bear beitung kann beispielsweise ein Laserschneiden, Laserschweißen, Laserlöten und/oder La- serauftragsschweißen umfassen. Der Laserbearbeitungskopf, auch kurz „Bearbeitungskopf ‘ genannt, kann weitere optische Elemente, beispielsweise Schutzgläser, Spiegel, Strahlteiler, Kollimationsoptiken usw. zur Strahlführung bzw. -formung umfassen.

Eine wesentliche Herausforderung bei Laserbearbeitungsvorrichtungen ist die Erwärmung bzw. Temperaturerhöhung der Laserbearbeitungsvorrichtung oder Teilen davon durch opti sche Verluste. Der Laserstrahl, der auf ein optisches Element der Laserbearbeitungsvorrich tung trifft, wird entweder reflektiert, transmittiert, d.h. durchgelassen, absorbiert oder ge streut. Absorption und Streuung stellen bei allen optischen Elementen optische Verluste dar, weil die absorbierten und gestreuten Teile der Strahlungsleistung des auftreffenden Laser strahls nicht mehr für den Laserprozess zur Verfügung steht. Die genannten optischen Ver luste werden sowohl durch Substrate als auch durch optische Beschichtungen der optischen Elemente hervorgerufen. Abhängig von der Art des optischen Elements ist zudem entweder der reflektierte Teil oder der transmittierte Teil der auftreffenden Strahlungsleistung ein optischer Verlust. Beispielsweise ist für eine Linse der reflektierte Teil der Strahlungsleis tung eines auftreffenden Laserstrahls ein optischer Verlust, während für einen Spiegel der transmittierte Teil der Strahlungsleistung eines auftreffenden Laserstrahls ein optischer Ver lust ist. Der vom jeweiligen optischen Element absorbierte Teil der Strahlungsleistung wird vom optischen Element in Wärmeleistung umgewandelt, d.h. das optische Element erwärmt sich. Ebenso führen unerwünschte Rückreflexionen von dem optischen Element in einen Bereich außerhalb eines vorgesehenen Strahlengangs des Laserstrahls, auch als „unkontrollierte Rückreflexe“ oder „unkontrollierte Strahlung“ bezeichnet, zu einer Erwärmung des opti schen Elements selbst oder von anderen Teilen der Laserbearbeitungsvorrichtung, auf die diese Rückreflexe treffen. Aufgrund von Wärmeübertragung durch Konduktion, Strahlung und Konvektion können die optischen Verluste bzw. die Erwärmung zudem auf andere Teil der Laserbearbeitungsvorrichtung, insbesondere andere optische Elemente, ein Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes, einschließlich darin befindlichen Steuereinheiten, beispielsweise Steuerplatinen, und weitere Elemente, beispielsweise sogenannte „mechanische Komponen ten“, wie Dichtungselemente und Haltevorrichtungen für optische Elemente, insbesondere Linsenhalter, übertragen werden, sodass sich auch diese Elemente erwärmen. Aus diesem Grund ist es oft notwendig, Laserbearbeitungsvorrichtungen, insbesondere Laserbearbei tungsköpfe, während eines Laserbearbeitungsprozesses aktiv zu kühlen, um die jeweilige Funktionalität sowie die Prozessstabilität zu gewährleisten und eine Beschädigung der La serbearbeitungsvorrichtung oder Teilen davon zu verhindern. Darüber hinaus müssen die optischen Elemente mit Bezug auf die Fokusposition des Laserstrahls eine hohe Stabilität aufweisen. Die Erwärmung der optischen Elemente führt zu einer Veränderung deren Brennweite. Zudem führt die Restabsorption der Substrate und der Beschichtungen der opti schen Elemente zu einer ungleichmäßigen Erwärmung der optischen Elemente und zum Auftreten von thermischen Spannungen, insbesondere bei refraktiven optischen Komponen ten wie Linsen. Dadurch wird eine sogenannte „thermische Drift“ der Fokusposition des Laserstrahls, auch „Fokusshift“ genannt, hervorgerufen, die sich negativ auf den Bearbei tungsprozess auswirken kann. Elm dies auszugleichen muss der Laserbearbeitungsprozess entsprechend nachgeregelt werden. Beispielsweise kann sich der Fokusshift bei einem La serschneidprozess negativ auf eine maximal mögliche Schnittgeschwindigkeit, eine Schnitt qualität sowie Toleranzen bei Betriebsparametem des Laserschneidprozess auswirken.

Diese Probleme werden durch die immer weiter steigende Laserleistung, die für die Laser materialbearbeitung eingesetzt wird, verstärkt. Insbesondere steigen dadurch auch die An forderungen an fasergeführte Systeme, um die hohe Laserleistung zu erhalten.

Um die vorstehend genannten Probleme, d.h. die optischen Verluste und die dadurch be dingte Erwärmung zu vermeiden, werden typischerweise optische Beschichtungen auf den bei der Lasermaterialbearbeitung verwendeten optischen Elementen aufgebracht. Der Zweck optischer Beschichtungen ist es, die Reflexionseigenschaften von optischen Elemen- ten bzw. deren Oberflächen zu beeinflussen bzw. zu verändern. Abhängig von den für die optischen Beschichtungen verwendeten Materialien kann man zwischen metallischen und dielektrischen optischen Beschichtungen unterscheiden. Dielektrische Beschichtungen, auch „Dünnfilmschichten“ oder „Interferenzschichten“ genannt, bestehen aus einer oder mehre ren dünnen Schichten von transparenten dielektrischen Materialien, die auf ein Substrat des optischen Elements aufgebracht werden. Durch Interferenz zwischen an verschiedenen Schichten reflektierten Strahlen kann die Reflexionseigenschaft der Oberfläche des opti schen Elements modifiziert werden.

Aufgrund der immer weiter steigenden Laserleistungen sind optische Beschichtungen mit immer kleineren optischen Verlusten erforderlich. Gleichzeitig nimmt die Anzahl der für die Lasermaterialbearbeitung verwendeten Lasertypen zu. Neben den aufgrund ihrer Prozess treue für die Lasermaterialbearbeitung dominierenden Faserlasem (Wellenlänge zwischen 1070 nm und 1090 nm) und Scheibenlasem (Wellenlänge ca. 1030 nm) ist der (Direkt)- Diodenlaser (Wellenlänge zwischen 900 nm und 1100 nm) eine der jüngsten Entwicklun gen, welcher insbesondere beim Laserschweißen von eisenhaltigen Materialien, beispiels weise Stahl, breite Anwendung findet. Ein weiterer Trend sind Laseranwendungen mit grü nen oder blauen Lasern für die massiv wachsende Nachfrage für das Laserschweißen von Kupfer und Aluminium, da blaues (400nm bis 500 nm) und grünes (500 nm bis ca. 550 nm, insbesondere 515 nm) Laserlicht von Kupfer und Aluminium effizienter absorbiert wird als Infrarotstrahlung von ca. 1 pm, die von den oben genannten Faserlasem und Scheibenlaser erzeugt wird. Für eine Vielzahl von Anwendungen bei der Nichtmetallbearbeitung werden zunehmend sogenannte Mid-IR Laser, d.h. Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 1 pm bis ungefähr 5 pm, verwendet.

Aufgrund der zunehmenden Anzahl von verwendeten Lasertypen besteht zudem die Not wendigkeit, die optischen Beschichtungen an mehrere Wellenlängen bzw. an breite Wellen längenbereiche anzupassen bzw. dahingehend zu optimieren. Die optischen Beschichtungen werden dadurch immer dicker und komplexer, insbesondere mit Bezug auf Fertigungstole ranzen, was sich negativ auf die Herstellungskosten (insbesondere Lagerkosten, Beschaf fungspreise, etc.), -Zeiten, und -komplexität von Laserbearbeitungsvorrichtungen, insbeson dere von Laserbearbeitungsköpfen und auf die durch die optischen Beschichtungen hervor gerufenen optischen Verluste, auswirkt.

US 8,187,481 Bl offenbart ein Verfahren zum Unterdrücken von Reflexionen von op tischen Elementen. Dabei werden Dünnschicht-Antireflexions-Beschichtungen durch vorgegebene Oberflächenstrukturen ersetzt, um eine Amplitude, Phase und/oder Pola risation von auftreffender Strahlung zu beeinflussen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung anzugeben, die opti sche Verluste von optischen Elementen der Laserbearbeitungsvorrichtung, insbesondere optische Verluste aufgrund von Absorption und Reflexion, verringert. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung anzugeben, bei der die opti schen Verluste von optischen Elementen für mindestens eine vorgegebene Wellenlänge und/oder für mindestens einen vorgegebenen Wellenlängenbereich von auftreffender Strah lung minimiert sind. Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, eine Laserbearbeitungsvor richtung anzugeben, die eine quasi verlustfreie Laserbearbeitung in einem großen Wellen längenbereich bzw. mit einer großen Anzahl von Lasertypen ermöglicht.

Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung anzugeben, die eine Erwärmung der Laserbearbeitungsvorrichtung oder Teilen davon verhindert. Es ist ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung anzugeben, bei der eine Verschiebung der Fokusposition eines Laserstrahls aufgrund der Erwärmung ver hindert wird. Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung anzugeben, die Prozessstörungen aufgrund der Erwärmung vermeidet und eine Prozessstabi lität verbessert.

Diese und weitere Aufgaben werden durch den Gegenstand des abhängigen Anspruchs ge löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger An sprüche.

Die grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung beruht auf dem Gedanken, optische Elemente einer Laserbearbeitungsvorrichtung so anzupassen, dass die optischen Elemente, die für optische Verluste in der Laserbearbeitungsvorrichtung besonders relevant sind, mit einer antireflektiven Oberflächenstruktur versehen sind.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels eines Laserstrahls angegeben, insbesondere zum Laserschneiden, Laserschweißen, Laserlöten und/oder Laserauftragsschweißen, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst: einen Laserbearbeitungskopf mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Strahlengang für den Laserstrahl, mindestens ein erstes im Strahlengang angeordnetes optisches Element, wobei das erste optische Element ein beweg liches optisches Element und/oder ein optisches Element mit negativer Brennweite und/oder ein abdichtendes optisches Element ist, und mindestens ein dem ersten optischen Element im Strahlengang nachgeordnetes transmissives zweites optisches Element, dadurch gekenn zeichnet, dass das erste optische Element und/oder das zweite optische Element mindestens eine Oberfläche mit antireflektiver Struktur zur Reduktion von Rückreflexen aufweist.

„Im Strahlengang nachgeordnet“ bzw. „im Strahlengang nach“ bedeutet in dieser Offenba rung, dass ein optisches Element im Strahlengang des Laserstrahls in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls hinter bzw. nachfolgend einem anderen optischen Element angeordnet ist. Entsprechend bedeutet „im Strahlengang vor“, dass ein optisches Element im Strahlengang des Laserstrahls in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls, d.h. in Laserstrahlpropagations richtung, vor einem anderen optischen Element angeordnet ist.

Als „Rückreflex“ ist in dieser Offenbarung der von einem optischen Element, insbesondere von einem transmissiven optischen Element, reflektierte Teil bzw. Teilstrahl eines auftref fenden Strahls bezeichnet. Der Strahl kann insbesondere der in der Laserbearbeitungsvor richtung zur Materialbearbeitung eingesetzte Laserstrahl sein.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst also einen Laserbearbeitungskopf mit einem Ge häuse. Ein Strahlengang des Laserstrahls kann durch in dem Gehäuse des Laserbearbei tungskopfes angeordnete optische Elemente bestimmt bzw. festgelegt sein. Das Gehäuse umfasst also den Strahlengang für den zur Bearbeitung verwendeten Laserstrahl. Der Laser strahl verläuft also kontrolliert entlang des im Gehäuse festgelegten Strahlengangs. Die Rückreflexe des Laserstrahls hingegen verlaufen nicht entlang des Strahlengangs des Laser strahls. Mit anderen Worten treffen die Rückreflexe unkontrolliert bzw. unvorhersehbar auf Bereiche des Laserbearbeitungskopfs innerhalb des Gehäuses. Diese unkontrollierten Rück reflexe können aufgrund von Absorption zu einer Erwärmung bzw. Zerstörung der Laserbe arbeitungsvorrichtung oder Teilen davon, insbesondere des Gehäuses selbst, von Dich tungselementen und/oder von optischen Elementen führen.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst ferner mindestens ein erstes optisches Element, welches im Strahlengang angeordnet ist und mindestens ein zweites optisches Element, welches in Laserstrahlpropagationsrichtung nach dem ersten optischen Element angeordnet ist. Das mindestens zweite optische Element ist ein transmissives optisches Element. Mit anderen Worten durchläuft der Laserstrahl zunächst das erste optische Element und an- schließend das zweite optische Element, d.h. der Laserstrahl trifft zunächst auf das erste optische Element und dann das zweite optische Element auf.

Das erste optische Element und/oder das zweite optische Element weisen mindestens eine Oberfläche mit antireflektiver Struktur zur Reduktion bzw. zur Verhinderung von Rückre flexen auf. Bei der mindestens einen Oberfläche kann es sich um die Oberfläche des opti schen Elements handeln, auf der der Laserstrahl auftrifft bzw. durch die der Laserstrahl in das optische Element eintritt, im Folgenden auch Oberfläche des optischen Elements auf der Laserstrahleinfallsseite genannt, oder um die Oberfläche handeln, durch die der Laserstrahl austritt bzw. das jeweilige optische Element beim Durchtritt verlässt, im Folgenden auch Oberfläche des optischen Elements auf der Laserstrahlaustrittsseite genannt. Das erste opti sche Element und/oder das zweite optische Element kann vorzugsweise zwei Oberflächen mit antireflektiver Struktur aufweisen, die sich entlang der optischen Achse gegenüberlie gen. Insbesondere kann eine Oberfläche des zweiten optischen Elements mit der antireflek- tiven Struktur dem ersten optischen Element gegenüberliegen oder zugewendet sein. Ab hängig von einem Strahleinfallswinkel des Laserstrahls auf die optischen Elemente und von einer Geometrie der optischen Elemente, insbesondere von einem Krümmungsradius, kön nen eine oder beide der Oberflächen der optischen Elemente mit der antireflektiven Struktur versehen sein.

Im Fall, dass das erste optische Element ein relativ zum Gehäuse bewegliches optisches Element ist, ist üblicherweise eine Wärmeleitfähigkeit zwischen dem optischen Element und einem Gehäuse der Laserbearbeitungsvorrichtung niedriger als bei bezüglich des Ge häuses stationären bzw. fest montierten optischen Elementen. Insbesondere kann eine Wär meleitfähigkeit einer Haltevorrichtung des ersten optischen Elements niedrig sein, da die Haltevorrichtung so ausgebildet sein muss, dass sie eine Bewegung des ersten optischen Elements bezüglich des Gehäuses ermöglicht. Ferner ist die Haltevorrichtung üblicherweise so ausgelegt, dass eine Reibung bei der Bewegung des optischen Elements minimiert ist. Dies bedingt üblicherweise, dass Kontaktflächen bzw. -punkte zwischen dem Gehäuse und der Haltevorrichtung bzw. zwischen stationären Teilen der Haltevorrichtung und bewegli chen Teilen der Haltevorrichtung minimiert werden, was gleichzeitig dazu führt, dass eine Wärmeleitung bzw. eine Wärmeleitfähigkeit der Haltevorrichtung abnimmt. Dadurch kann es zu einem Wärmestau beim optischen Element kommen, da die Wärme nicht abfließen kann. In diesem Fall kann durch eine antireflektive Struktur auf dem zweiten optischen Element beispielsweise erreicht werden, dass Rückreflexe am zweiten optischen Element, die auf das erste optische Element und/oder auf eine Haltevorrichtung des ersten optischen Elements treffen können, verringert werden. Vorzugsweise weist hierfür das zweite optische Element auf der dem ersten optischen Element zugewendeten Oberfläche eine antireflektive Struktur auf. Andererseits kann durch eine antireflektive Struktur auf dem ersten optischen Element erreicht werden, dass Rückreflexe am ersten optischen Element, die auf das Gehäu se des Laserbearbeitungskopfs und/oder auf eine Haltevorrichtung des ersten optischen Elements treffen können, verringert werden. Vorzugsweise weist hierfür das erste optische Element auf seiner Oberfläche auf der Laserstrahleinfallsseite bzw. auf seiner vom zweiten optischen Element abgewandten Oberfläche eine antireflektive Struktur auf. Dadurch kann eine unerwünschte Erwärmung von Teilen der Laserbearbeitungsvorrichtung durch Rückre flexe und optische Verluste verringert werden.

Im Fall, dass das erste optische Element ein optisches Element mit negativer Brennweite ist, können Rückreflexe des Laserstrahls vom ersten optischen Element divergent verlaufen und/oder Rückreflexe des Laserstrahls vom zweiten optischen Element können bei Durch tritt (entgegen der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls) durch das erste optische Element gestreut werden bzw. divergent verlaufen. Die Rückreflexe können dann beispielsweise auf das Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes und/oder eine Haltevorrichtung des ersten opti schen Elements treffen und zu einer ungewollten bzw. übermäßigen Erwärmung der Laser bearbeitungsvorrichtung oder Teilen davon, insbesondere des Laserbearbeitungskopfes, dem Gehäuse oder anderen optischen Elementen, führen. Durch die mindestens eine Ober fläche mit der antireflektiven Struktur des ersten optischen Elements können unerwünschte Rückreflexe am ersten optischen Element reduziert bzw. verhindert werden. Vorzugsweise weist hierfür das erste optische Element auf seiner Oberfläche auf der Laserstrahlein trittsseite bzw. auf seiner vom zweiten optischen Element abgewandten Oberfläche eine antireflektive Struktur auf. Ferner können durch die mindestens eine Oberfläche mit der antireflektiven Struktur des zweiten optischen Elements unerwünschte Rückreflexe, die dann vom ersten optischen Element gestreut werden können, reduziert bzw. verhindert wer den. Vorzugsweise weist hierfür das zweite optische Element auf der dem ersten optischen Element zugewendeten Oberfläche eine antireflektive Struktur auf.

Das optische Element mit negativer Brennweite kann eine Streuungslinse, auch „Streulinse“ oder „Zerstreuungslinse“ genannt, sein oder umfassen.

In manchen Fällen haben optische Elemente einer Laserbearbeitungsvorrichtung nicht nur eine optische Funktion, insbesondere eine Strahlführungs- und/oder Strahlformungsfunkti on. Optische Elemente können ferner eine Dichtungsfunktion aufweisen. Beispielsweise können die optischen Elemente mit Dichtungsfunktion ein Inneres des Laserbearbeitungs kopfes, insbesondere einen Innenraum des Gehäuses des Laserbearbeitungskopfes, gegen- über der Umgebung des Laserbearbeitungskopfes abdichten. Hierdurch können Bereiche innerhalb des Laserbearbeitungskopfes oder des Gehäuses luftdicht, hermetisch, bzw. druckfest abgedichtet werden. Ein Beispiel hierfür sind im Fall von Laserschneidköpfen optische Elemente, insbesondere Schutzgläser oder Fenster, die Bereiche unterschiedlichen Drucks voneinander trennen. Die Ausbildung der Schnittfuge geschieht beim Laserstrahl schmelzschneiden durch Aufschmelzen des Werkstücks und Ausblasen der Schmelze mit einem inerten Gas. Typische Gasdrücke sind hierbei bis zu 20 bar. Dies macht druckfeste Schutzgläser oder Fenster bzw. Schutzgläser oder Fenster mit einer solchen Dichtungsfunk tion notwendig. Optische Elemente mit Dichtfunktion werden im Folgenden als abdichtende optische Elemente bezeichnet.

Abdichtende optische Elemente können ferner dazu verwendet werden, um eine Reinheit innerhalb des Laserbearbeitungskopfes aufrechtzuerhalten. Mit Hilfe der abdichtenden opti schen Elemente kann verhindert werden, dass Verschmutzungen wie Staub und Rauch in ein Inneres des Laserbearbeitungskopfes und insbesondere in einen Innenraum des Gehäu ses des Laserbearbeitungskopfes eindringen und dort zu Beschädigungen von optischen Elementen führen.

Für abdichtende optische Elemente werden typischerweise Dichtungselemente, auch kurz „Dichtungen“ genannt, verwendet. In der Regel sind Dichtungen, insbesondere hermetische Dichtungen, aus weichen Materialien, z.B. Kunststoff, ausgebildet. Diese sind typischer weise sehr empfindlich gegenüber hohen Temperaturen und Strahlung, insbesondere Laser strahlung. Unerwünschte bzw. unkontrollierte Rückreflexe der Laserstrahlung auf die Dich tungen können diese erhitzen und zum Schmelzen bringen. Eine Folge davon kann sein, dass die Dichtungsfunktion nicht mehr ausgeübt werden kann.

Das erste optische Element kann als ein derartiges abdichtendes optisches Element ausge bildet sein. Das Gehäuse kann zumindest eine Öffnung aufweisen, beispielsweise zum Eintritt und/oder zum Austritt des Laserstrahls und/oder von Prozessgas in bzw. aus dem Innenraum des Gehäuses. Die Öffnung kann auch eine Modulschnittstelle sein, an der zwei Module des Laserbearbeitungskopfs miteinander verbunden werden. Das Ge häuse kann ferner zumindest ein Dichtungselement aufweisen, wobei das abdichtende optische Element ausgebildet ist, um die Öffnung zusammen mit dem Dichtungselement luftdicht und/oder gegenüber Staub und/oder Rauch abzudichten. Insbesondere kann das Dichtungselement zwischen der Öffnung und dem ersten optischen Element ange ordnet sein. Das optische Element mit zumindest einer Oberfläche mit der antireflektiven Struktur kann ein Substrat, insbesondere ein optisches Substrat, aufweisen. Die antireflektive Struktur kann direkt in oder auf dem Substrat des optischen Elements ausgebildet bzw. angeordnet sein. Die antireflektive Struktur kann aus demselben Material wie das Substrat bestehen oder dieses umfassen. Die antireflektive Struktur kann insbesondere in, an oder auf zumin dest einer Oberfläche des Substrats ausgebildet sein. Die antireflektive Struktur kann mono lithisch und/oder einstückig mit dem Substrat ausgebildet sein. Die antireflektive Struktur kann auch als „antireflektive Textur“ bezeichnet werden. Die antireflektive Struktur kann so ausgebildet sein, um den reflektierten Teil der auftreffenden Strahlungsleistung zu reduzie ren. Beispielsweise ist die antireflektive Struktur auf der Oberfläche des optischen Elements so ausgebildet, um Amplitude, Phase und/oder Polarisation des einfallenden Laserstrahls so zu ändern, dass Rückreflexe durch reduziert bzw. verhindert werden.

Zumindest eine Oberfläche des Substrats kann porös sein. Eine Größe der Poren, insbeson dere eine maximale Größe der Poren, der porösen Oberfläche und/oder ein Abstand, insbe sondere ein maximaler Abstand, zwischen den Poren gleich oder kleiner als eine Wellen länge des Laserstrahls sein. Die antireflektive Struktur kann durch die zumindest eine porö se Oberfläche des Substrats gebildet sein.

Die antireflektive Struktur kann durch Nassätzen oder Trockenätzen der zumindest einen Oberfläche des Substrats gebildet sein. Das Trockenätzen kann ein Plasmaätzen sein.

Besteht das Substrat aus Quarzglas, ist die Absorption bei optischen Beschichtungen durch die optische Beschichtung für gewöhnlich höher als die Absorption durch das Substrat. Im Vergleich zu optischen Beschichtungen kann daher der von der antireflektiven Struktur selbst absorbierte Teil der auftreffenden Strahlungsleistung reduziert werden, vorzugsweise sogar bis auf das Niveau der Absorption durch das Material des Substrats. Im Vergleich zu optischen Beschichtungen werden somit optische Verluste aufgrund von Absorption redu ziert. Dadurch unterliegt das jeweilige optische Element selbst ebenfalls einer geringeren Erwärmung.

Das erste optische Element kann ein bewegliches optisches Element sein, das parallel und/oder senkrecht zu einer optischen Achse des ersten optischen Elements relativ zum Ge häuse verschiebbar ist. Mit anderen Worten kann das erste optische Element in einer Rich tung parallel und/oder senkrecht zum Strahlengang und/oder zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls beweglich sein. Das erste optische Element kann alternativ oder zusätzlich um eine optische Achse des ersten optischen Elements und/oder um eine Achse senkrecht zur optischen Achse des ersten optischen Elements drehbar bzw. schwenkbar oder kippbar sein. Das Bewegen des ersten optischen Elements senkrecht zur Ausbreitungsrichtung kann zum Zentrieren des optischen Elements in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls und/oder zum Einstellen eines Auftreffpunkts des Laserstrahls auf einer Werk stückoberfläche dienen. Das Bewegen des ersten optischen Elements parallel zur Ausbrei tungsrichtung kann zum Einstellen einer Fokuslage des Laserstrahls in Ausbreitungsrich tung dienen. Das erste optische Element kann insbesondere eine Kollimationsoptik, - linsengruppe oder -linse und/oder eine Fokussieroptik, -linsengruppe oder -linse umfassen.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann eine Haltevorrichtung aufweisen, die das erste opti sche Element hält. Die Haltevorrichtung kann einen ersten Teil aufweisen, der das erste optische Element zumindest teilweise entlang eines Elmfangs des ersten optischen Elements umgibt. Der erste Teil kann fest mit dem ersten optischen Element verbunden sein. Der erste Teil kann zusammen mit dem ersten optischen Element beweglich sein.

Die Haltevorrichtung kann einen zweiten Teil umfassen, der den ersten Teil, insbesondere einen Bereich des ersten Teils, mit dem Gehäuse verbindet. Der zweite Teil kann fest mit dem Gehäuse verbunden sein. Der zweite Teil kann unbeweglich relativ zum Gehäuse sein. Beispielsweise kann der erste Teil eine Linsenhalterung sein und der zweite Teil kann eine Führungsschiene sein. Der zweite Teil kann weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, oder weniger als 5%, eines Elmfangs des ersten Teils in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse des ersten optischen Elements ausmachen. Daher können eine Wärmelei tung zwischen dem ersten optischen Element zum Gehäuse relativ niedrig sein, was zu ei nem Wärmestau im Bereich des optischen Elements bzw. im Bereich des ersten Teils der Haltevorrichtung führen kann. Durch die Reduzierung von Rückreflexen mittels der antire- flektiven Struktur kann der Wärmestau verringert bzw. vermieden werden.

Das erste optische Element kann zumindest eines von den folgenden Elementen umfassen: einen Spiegel, einen Elmlenkspiegel, einen Galvanospiegel, ein transmissives optisches Element, ein Schutzglas, ein optisches Element mit zumindest einer Planfläche, ein opti sches Element mit Brechkraft, eine Linse, eine plankonkave Linse, eine plankonvexe Linse, eine Linsengruppe, eine Fokussierlinse, eine Fokussieroptik, eine Fokussierlinsengruppe, eine Kollimationslinse, eine Kollimationsoptik, eine Kollimationslinsengruppe, eine Strahl formungsoptik, ein Zoom-Optik, ein afokales Teleskop, ein F-Theta-Objektiv, und ein telezentrisches Objektiv. Das zweite optische Element kann zumindest eines von den folgenden Elementen umfassen: ein in einem divergenten und/oder konvergenten Bereich des Strahlengangs angeordnetes optisches Element, ein Schutzglas, ein optisches Element mit zumindest einer Planfläche, ein optisches Element mit Brechkraft, eine Linse, eine plankonkave Linse, eine plankonve xe Linse, eine Linsengruppe, eine Fokussierlinse, eine Fokussieroptik, eine Fokussierlin sengruppe, eine Kollimationslinse, eine Kollimationsoptik, eine Kollimationslinsengruppe, eine Strahlformungsoptik, ein Zoom-Optik, ein afokales Teleskop, ein F-Theta-Objektiv, und ein telezentrisches Objektiv.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann zumindest ein drittes optisches Element mit min destens einer Oberfläche mit antireflektiver Struktur zur Reduktion von Rückreflexen um fassen. Das zumindest eine dritte optische Element kann ein Schutzglas umfassen oder sein.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann eine Lichtleitfaser zum Einführen des Laserstrahls in den Laserbearbeitungskopf bzw. in den Strahlengang des Gehäuses umfassen. Das dritte optische Element kann im Strahlengang in Laserstrahlpropagationsrichtung unmittelbar nach einem Faserende der Lichtleitfaser angeordnet sein. Mit anderen Worten kann das drit te optische Element das der Lichtleitfaser am nächsten liegende optische Element bzw. das erste optische Element im Strahlengang sein.

Das dritte optische Element kann als letztes optisches Element im Strahlengang und/oder in einem Bereich einer Austrittsöffnung des Laserbearbeitungskopfes oder daran angrenzend angeordnet sein. Die Austrittsöffnung kann eine Öffnung zum Austreten des Laserstrahls und/oder von Prozessgas aus dem Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes sein. Die Austritts öffnung kann beispielsweise eine Düsenöffnung sein oder diese umfassen.

Das dritte optische Element kann in einem divergenten und/oder in einem konvergenten Bereich des Strahlengangs angeordnet sein. Das dritte optische Element kann also in einem nicht-kollimierten Bereich des Strahlengangs des Laserstrahls angeordnet sein.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann ferner eine Laserquelle zum Erzeugen des La serstrahls umfassen. Die Laserquelle kann einen Scheibenlaser, Faserlaser und/oder Diodenlaser umfassen. Beispielsweise kann die Laserquelle einen Faserlaser mit einer Wellenlänge von ca. 1 pm und/oder einem Faserdurchmesser von ca. 100 pm umfassen. Die Laserquelle kann eingerichtet sein, den Laserstrahl mit einer Leistung von 1 kW oder größer zu erzeugen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann eingerichtet sein, den La- serstrahl mit einer Energiedichte von 1 mJ/cm² oder größer, gemessen auf der Werk stückoberfläche, auf das Werkstück zu richten.

Die antireflektive Struktur kann Merkmale aufweisen, die gleich groß oder kleiner als 1 gm und/oder als eine Wellenlänge des Laserstrahls sind. Die Merkmale können Er höhungen und/oder Vorsprünge von der Oberfläche des optischen Elements und/oder Vertiefungen und/oder Einbuchtungen in der Oberfläche des optischen Elements, ins besondere in einer Oberfläche des Substrats, umfassen. Eine Größe, Höhe, Tiefe, Aus dehnung, Breite, Länge, Form und/oder Abstände der Merkmale und/oder ein Profil der antireflektiven Struktur können gleich groß oder kleiner als 1 pm und/oder als eine Wellenlänge des von der Laserquelle erzeugten Laserstrahls sein. Die antireflektive Struktur kann periodisch bzw. regelmäßig oder aperiodisch oder zufällig ausgebildet sein.

Das erste und/oder zweite und/oder dritte optische Element kann aus mindestens einem von einem kristallinen Material, Quarzglas, Saphir, Zinksulfid (ZnS) oder Kalziumflu orid (CaF2) bestehen oder mindestens eines dieser Materialien umfassen. Mit anderen Worten kann das Substrat des optischen Elements aus diesen Materialien bestehen oder diese Materialien umfassen.

Die Oberfläche des optischen Elements mit der antireflektiven Struktur kann einen Reflexi onsgrad bzw. eine Restreflexion von 0,1 % oder weniger für einen vorgegebenen Wellen längenbereich aufweisen. Der vorgegebene Wellenlängenbereich kann eine Wellenlänge des von der Laserquelle erzeugten Laserstrahls umfassen. Insbesondere kann die Oberfläche mit der antireflektiven Struktur des optischen Elements mit einem Substrat aus Quarzglas für eine Wellenlänge von ungefähr 1 pm eine Absorption von 1 ppm oder weniger und eine Restreflexion von 0,1% oder weniger aufweisen. Ein Reflexionsgrad der Oberfläche des optischen Elements mit der antireflektiven Struktur kann für einen Einfallswinkel zwischen 0 Grad und 35 Grad, oder zwischen 35 Grad und 55 Grad oder für einen Einfallswinkel von 40 Grad oder mehr minimal sein. Die Oberfläche des optischen Elements mit der antireflek tiven Struktur kann eingerichtet sein, um Rückreflexe zu reduzieren.

Das optische Element mit der mindestens einen Oberfläche mit der antireflektiven Struktur kann insbesondere frei von jeglicher optischen Beschichtung sein, und insbesondere keine dielektrische Beschichtung und/oder keine metallische Beschichtung aufweisen. Ein Reflexionsgrad der Oberfläche des optischen Elements mit der antireflektiven Struktur kann für eine Wellenlänge von 1 pm, 1030 nm, 400 nm und/oder 515 nm und/oder für Wellenlängen in mindestens einem der folgenden Bereiche minimal sein: 350 nm oder grö ßer, 5 pm oder kleiner, von 350 nm bis 1100 nm, von 350 nm bis 1600 nm, von 400 nm bis 500 nm, von 400 nm bis 1100 nm, von 400 nm bis 1500 nm, von 400 nm bis 1600 nm, von 1030 nm bis 1090 nm, von 1070 nm bis 1090 nm, von 900 nm bis 1000 nm, von 900 nm bis 1100 nm, von 1 pm bis 5 pm, und von 350 nm bis 5 pm. Mit anderen Worten kann die Morphologie der antireflektiven Struktur, insbesondere eine Form, Gestalt, ein Aussehen, eine Größe, Höhe, Tiefe, Ausdehnung, Breite, Länge, Form und/oder Abstände der Merkmale und/oder ein Profil der antireflektiven Struktur, der art ausgebildet sein, dass der Reflexionsgrad für die aufgezählten Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche minimal ist.

Das optische Element mit der zumindest einen Oberfläche mit der antireflektiven Struktur kann also für eine Vielzahl von Anwendungen bzw. eine Vielzahl von verschiedenen Laser quellen mit unterschiedlichen Wellenlängen optimiert sein. Dies bedeutet, dass ein Reflexi- onsgrad des optischen Elements bzw. einer Oberfläche davon für eine Vielzahl von Wellen längen bzw. für breite Wellenlängenbereiche minimiert ist. Dies bietet den Vorteil, dass dieselben optischen Elemente für verschiedene Anwendungen der Lasermaterialbearbeitung verwendet werden können, beispielsweise für die Laserbearbeitung von Kupfer oder Alu minium und die Laserbearbeitung von Stahl. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Laserbearbei tungsvorrichtung sowohl für die Laserbearbeitung und als auch die Überwachung bzw. Kontrolle des Laserbearbeitungsprozesses verwendet und optimiert werden kann. In der Regel beinhalten fasergeführte Laser mit ca. 1 pm Wellenlänge einen sogenannten Pilot- Laser, meistens rot. Zusätzlich wird bei manchen Anwendungen der Laserbearbeitungspro zess mittels einer Kamera im sichtbaren Spektrum beobachtet. Mithilfe der antireflektiven Strukturen kann für alle Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche eine Reduzierung von Rückreflexen erreicht werden.

Dieses führt zu einer größeren Flexibilität und dadurch zu einer Steigerung der Funktionali tät sowie der Produktivität der Laserbearbeitungsvorrichtung. Beispielsweise kann der An wender dieselbe Laserbearbeitungsvorrichtung für die Bearbeitung, beispielsweiße Schwei ßen, von eisenhaltigen Werkstücken, beispielsweise aus Stahl, und von nicht-eisenhaltigen Werkstücken, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, mit zwei unterschiedlichen La sertypen bzw. Laserquellen verwenden. Im Vergleich zu optischen Elementen mit antire- flektiver Beschichtung können Kosten gespart werden, weil ein optisches Element für zwei oder mehr Anwendungen der Lasermaterialbearbeitung verwendet werden kann. Dadurch muss anstelle von mehreren optischen Elementen lediglich ein optisches Element gekauft, gelagert, verwaltet und gepflegt werden.

Optische Elemente mit Oberflächen mit derartigen antireflektiven Strukturen bieten also die Möglichkeit, optische Flächen, d.h. Oberflächen von optischen Elementen, zu funktionali- sieren. Wie vorstehend beschrieben, kann unkontrollierte Strahlung in einer Laserbearbei tungsvorrichtung reduziert werden. Zudem ist es möglich, zusätzliche Funktionen für die optischen Flächen bzw. die optischen Elemente vorzusehen, beispielsweise die Optimierung der optischen Flächen zur Schmutz- und Flüssigkeitsabweisung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch das Funktionsprinzip optischer Beschichtungen des Stands der Technik;

Fig. 2 schematisch ein optisches Element für eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer Oberfläche mit antireflektiver Struktur gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 3A schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung und Fig. 3B zeigt ein erstes optisches Element der in Fig. 3 A gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung;

Fig. 4A schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung und Fig. 4B zeigt ein erstes optisches Element der in Fig. 4A gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung;

Fig. 5A schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung und Fig. 5B zeigt ein erstes optisches Element der in Fig. 5 A gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung;

Fig. 6A und 6B schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß weiterer Ausfüh rungsformen der vorliegenden Erfindung; Fig. 7 schematisch ein geschlossenes Optikmodul für eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungs form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 und 10 schematisch Laserbearbeitungsvorrichtungen gemäß weiterer Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer Strahlformungsoptik ge mäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12A, 12B und 12C Laserbearbeitungsvorrichtungen mit einer Auslenkungsoptik gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Ele mente dieselben Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 zeigt das Funktionsprinzip optischer Beschichtungen des Stands der Technik, insbe sondere dielektrischer Beschichtungen zur Reduktion von Rückreflexen. Diese optischen Beschichtungen basieren auf der sogenannten Dünnfilminterferenz. Ein einfallender Strahl 3‘ trifft auf ein transparentes optisches Element 10‘ mit einem Substrat 101‘ mit dem Bre chungsindex n_s und einer optischen Beschichtung 102‘ aus einem transparenten dielektri schen Material mit dem Brechungsindex n_L und der Dicke d. Ein Teilstrahl 31‘ wird trans- mittiert bzw. durchgelassen. Ein Teilstrahl 32a‘, auch „Rückreflex“ genannt, wird von der optischen Beschichtung 102‘ und ein weiterer Teilstrahl 32b‘ wird vom Substrat 101 ‘ re flektiert. Beide reflektierten Teilstrahlen 32a‘ und 32b‘ überlagern sich und führen zur kon struktiven oder destruktiven Interferenz. Bei einer durch die Wellenlänge l charakterisierten Strahlung kann beispielsweise eine Antireflex- („AR“-) Beschichtung, also eine Beschich tung zur Reduktion von Rückreflexen, für senkrecht einfallende Strahlen erreicht werden, wenn die Dicke d der optischen Beschichtung 102‘ l/4 entspricht (d = l/4) und der Bre chungsindex der optischen Beschichtung 102‘ kleiner als der Brechungsindex des Substrats 101 ‘ ist (n_L < n_s), d.h. zwischen den reflektierten Teilstrahlen 32a‘ und 32b‘ erfolgt eine destruktive Interferenz. Durch ein optimiertes Schichtdesign der Beschichtung können Anti reflexbeschichtungen für unterschiedliche Winkel und Wellenlängen hergestellt werden. Die Funktion der optischen Beschichtung besteht also im Wesentlichen darin, die Reflexi onseigenschaften einer Oberfläche eines Substrats zu modifizieren, indem sie die Interfe renz von Reflexionen von mehreren Schichten bzw. Flächen der optischen Beschichtung bzw. des Substrats nutzen. Dadurch kann beispielsweise der reflektierte Teil der auf ein transmissives optisches Element auftreffenden Strahlungsleistung verringert und so uner wünschte Rückreflexe reduziert bzw. verhindert werden. Eine solche optische Beschichtung wird als „Antireflex-Beschichtung“ oder kurz „AR-Beschichtung“ bezeichnet.

Verluste aufgrund von Streuung hängen von der Mikrostruktur der optischen Beschichtung ab und sind zudem stark abhängig von der Wellenlänge der eintreffenden Strahlung (~1/l⁴). Sie spielen daher eine große Rolle für den UV-Bereich, während sie im NIR (Nahinfrarot) - Bereich weniger relevant sind. Die Absorption in optischen Beschichtungen und Substraten wird hauptsächlich durch die Bandstruktur der Materialien bestimmt, aber häufig beeinflus sen auch Verunreinigungen die Absorption stark. Deshalb müssen die Materialen für opti sche Beschichtungen mit Bezug auf eine geringe Kontamination und eine gute Stöchiomet rie optimiert werden. Die optischen Verluste von optischen Beschichtungen hängen dem nach auch stark von der optischen Beschichtung bzw. den darin enthaltenen Schichten und Schichtsystemen, und insbesondere von der Dicke des Schichtsystems, ab.

Optische Beschichtungen müssen zudem häufig für einen breiten Wellenbereich oder Win kelbereich der eintreffenden Strahlung ausgelegt sein, was oft nur durch Kompromisse mög lich ist. Beispielswiese soll die Reflexion über einen großen Wellenlängenbereich und für einen großen Winkelbereich der eintreffenden Strahlung möglichst gering sein. Diese An forderungen führen zu komplexen optischen Beschichtungen mit mehreren Schichten bzw. mit einem Schichtsystem. Beispielsweise bestehen sogenannte Einwellenlängen-AR- Beschichtungen aus zwei bis drei Schichten und können ausgelegt werden, um den Reflexi onsgrad für eine vorgegebene Wellenlänge auf nahezu Null zu reduzieren. AR- Beschichtungen für mehrere Wellenlängen oder für weite Wellenlängenbereiche bestehen aus mehr Schichten und sind deshalb komplexer. Komplexe optische Beschichtungen füh ren auch zu einer größeren Dicke und einer größeren Absorption und unterliegen aufgrund der komplexeren Herstellung größeren Schwankungen bei der Fertigungsqualität oder ei nem höheren Preis. Solche komplexen optischen Beschichtungen umfassen also eine Kom bination mehrerer Dünnschicht-Schichten unterschiedlicher Materialien mit unterschiedli chen Dicken und werden auch als „Dünnschichten-Paket“ oder „Dünnschichten-Design“ bezeichnet. Die vorliegende Erfindung gibt eine Laserbearbeitungsvorrichtung an, bei der optische Be schichtungen, insbesondere dielektrische Beschichtungen, an Oberflächen von optischen Elementen durch antireflektive Strukturen ersetzt sind. Dadurch können optische Verluste, insbesondere durch Reflexion und Absorption von auftreffenden Laserstrahlen verringert werden.

Ein derartiges optisches Element mit einer Oberfläche mit antireflektiver Struktur ist in Fig. 2 dargestellt. Das optische Element 10 weist ein optisches Substrat 101 auf. Das Substrat

101 kann aus Quarzglas oder einem kristallinen Material, etwa Quarzkristall, Saphir, Zinksulfid (ZnS) oder Kalziumfluorid (CaF2), bestehen, ist hierauf aber nicht be schränkt. An einer Oberfläche des optischen Elements 10 bzw. an einer Oberfläche 101a des Substrats 101 ist eine antireflektive Struktur 102 angeordnet. Die antireflektive Struktur

102 kann direkt auf oder kann in dem Substrat 101 ausgebildet sein. Die antireflektive Struktur 102 kann insbesondere direkt auf, direkt an oder in einer Oberfläche des Substrat 101s ausgebildet sein. Die antireflektive Struktur 102 kann aus demselben Material wie das Substrat 101 bestehen oder dieses umfassen. Die antireflektive Struktur 102 kann monoli thisch und/oder einstückig mit dem Substrat 102 ausgebildet sein. Das optische Element 10 weist also keine antireflektive Beschichtung, insbesondere keine dielektrische Beschichtung und/oder keine metallische Beschichtung, auf.

In Fig. 2 ist die antireflektive Struktur 102 periodisch ausgebildet und weist eine Zick zack-Form auf, ist hierauf aber nicht beschränkt. Gemäß Ausführungsformen der vor liegenden Erfindung kann die antireflektive Struktur 102 auch aperiodisch ausgebildet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die antireflektive Struktur 102 eine Sägezahnform, eine Wellenform oder ähnliches aufweisen.

Die antireflektive Struktur 102 kann vorgegebene Merkmale 103 aufweisen. Wie in Fig. 2 gezeigt weist die antireflektive Struktur 102 nebeneinander angeordnete Vor sprünge 103 auf, die jeweils eine Höhe h und eine Breite b aufweisen. Die Höhe h und die Breite b der Vorsprünge 103 kann gleich groß oder kleiner als 1 pm und/oder als eine Wellenlänge eines auftreffenden Strahls, insbesondere des Laserstrahls sein. Eine Form, Gestalt, ein Aussehen, eine Größe, Höhe, Tiefe, Ausdehnung, Breite, Länge, Form und/oder Abstände der Vorsprünge 103 und/oder ein Profil der antireflektiven Struktur 102, kann derart angepasst sein, dass der Reflexionsgrad für diese Wellenlän ge bzw. diese Wellenlängenbereiche minimiert ist. Beispielsweise kann jeder Vor sprung 103 auf seinen Seitenflächen weitere Merkmale aufweisen, etwa Einbuchtun gen, Einkerbungen, Vorsprünge etc. Die Oberfläche des optischen Elements 10 mit der antireflektiven Struktur 102 reduziert den reflektierten Anteil der auftreffenden Strahlungsleistung. Die Oberfläche des optischen Elements 10 mit der antireflektiven Struktur 102 kann eingerichtet sein, durch destruktive Interferenz und/oder durch Beeinflussen einer Amplitude, Phase und/oder Polarisation auftreffender bzw. reflektierter Strahlen den reflektierten Anteil der auftreffenden Strah lungsleistung bzw. Rückreflexe zu reduzieren. Die Oberfläche des optischen Elements 10 mit der antireflektiven Struktur 102 kann einen Reflexionsgrad bzw. eine Restreflexion von 0,1 % oder weniger für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich eines auftreffenden Strahls aufweisen. Beispielsweise kann die Oberfläche mit der antireflektiven Struktur 102 des optischen Elements 10 bei einem Substrat 101 aus Quarzglas für eine Wellenlänge von ungefähr 1 pm eine Absorption von 1 ppm oder weniger und eine Restreflexion von 0,1% oder weniger aufweisen.

Bei der Lasermaterialbearbeitung von Werkstücken Laserstrahlen mit einer Wellenlänge von ca. 1 pm Wellenlänge wird vorwiegend Quarzglas als Material für das Substrat von optischen Elementen verwendet. Quarzglas ist bei dieser Wellenlänge transparent bzw. durchlässig und kann technologisch mit minimalen Verunreinigungen (im ppm Bereich) hergestellt werden, weshalb Quarzglas eine sehr geringe Absorption von Laserstrahlen auf weist. Aus diesem Grund wird die Absorption von Laserstrahlen durch optische Elemente von Laserbearbeitungsvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik neben der Absorption durch Verunreinigungen hauptsächlich durch die Absorption von Laserstrahlen durch opti sche Beschichtungen hervorgerufen.

Da bei optischen Elementen der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die optischen Beschichtungen durch eine antireflektive Struktur ersetzt sind, wird die Absorption durch die optischen Beschichtungen verhindert bzw. au tomatisch eliminiert. Mit anderen Worten reduziert die antireflektive Struktur im Vergleich zu optischen Beschichtungen den von der Struktur selbst absorbierten Anteil der auftreffen den Strahlungsleistung auf das Niveau der Absorption durch das Material des Substrats (Vo lumenabsorption). Im Vergleich zu optischen Beschichtungen werden somit optische Ver luste aufgrund von Absorption reduziert. Dadurch unterliegt das optische Element ebenfalls einer geringeren Erwärmung. Die verminderte Absorption durch das optische Element führt daher zu einem verringerten Fokusshift des Laserstrahls. Gegebenenfalls auftretende opti sche Verluste aufgrund von Beugung oder Streuung sind klein (beispielsweise im ppm Be reich) bzw. irrelevant bei dem für die Lasermaterialbearbeitung gewöhnlich verwendeten Laserstrahl mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 1 pm. Durch die Laserbearbeitungsvorrichtung mit optischen Elementen mit zumindest einer Oberfläche mit antireflektiver Struktur werden optische Verluste, insbesondere Absorption und Reflexion, und somit eine Erwärmung der Laserbearbeitungsvorrichtung oder Teilen davon und ein Fokusshift des Laserstrahls reduziert bzw. verhindert. Dadurch ist eine Küh lung nicht mehr erforderlich und eine Prozessstabilität wird verbessert. Dies bedeutet eine Verbesserung der Qualität der Laserbearbeitungsprozesse und eine Verringerung von Kos ten.

Die antireflektive Struktur 102 gemäß der vorliegenden Offenbarung bewirkt, dass sich, im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen optischen Beschichtungen des Stands der Technik, der Brechungsindex allmählich von umgebenden Medium, beispielsweise Luft, zum Sub strat 101 hin ändert. Daher wird eine Reflexion aufgrund einer großen Brechungsindexdis kontinuität an der Grenzfläche zweier Medien wirksam unterdrückt. Die Oberfläche des Substrats des optischen Elements 10 mit der antireflektiven Struktur 102 kann porös sein, wobei die Abmessungen oder Größe der Poren der porösen Oberfläche und der Abstand zwischen den Poren mit der Wellenlänge der auf das optische Element 10 auftreffenden Strahlung, insbesondere des Laserstrahls, vergleichbar oder kleiner sind. Mit anderen Wor ten kann die antireflektive Struktur selbst durch die poröse Oberfläche des Substrats 101 gebildet werden. Der Brechungsindex dieser porösen Oberfläche liegt zwischen dem des umgebenden Mediums, beispielsweise Luft, und dem des Substrat 101, beispielsweise Quarzglas, da die poröse Oberfläche beide Medien umfasst. Wie in Fig. 2 gezeigt kann die die Porosität in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche 101a des Substrats 101 allmählich abnehmen. Dabei verändert sich der Brechungsindex allmählich vom Wert des Brechungs index des umgebenden Mediums zum Wert des Brechungsindex des Substrats 101.

Fig. 3A zeigt schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung und Fig. 3B zeigt ein erstes optisches Element der in Fig. 3A gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung. Gemäß Ausführungsformen weist das ers te und/oder zweite optische Element an der Oberfläche auf der Laserstrahleintrittsseite die antireflektive Struktur auf.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zum Bearbeiten von Werkstücken mittels eines Laser strahls umfasst einen Laserbearbeitungskopf 20 mit einem Gehäuse 201 und einem darin angeordneten Strahlengang 31 für einen von einer Laserquelle (nicht gezeigt) erzeugten Laserstrahl 3. Der Strahlengang 31 des Laserstrahls 3 wird durch in dem Gehäuse 201 des Laserbearbeitungskopfes 20 angeordnete optische Elemente bestimmt bzw. festgelegt. Der Laserstrahl 3 verläuft also entlang des Strahlengangs 31 im Gehäuse 201.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ist eingerichtet, den Laserstrahl 3 auf das Werk stück 2 zu richten, um mittels des Laserstrahls das Werkstück 2 zu bearbeiten. Die Be arbeitung kann gemäß Ausführungsformen ein Laserschneiden, -schweißen, - auftragsschweißen oder -löten umfassen.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst ein im Strahlengang 31 des Laserstrahls 3 an geordnetes erstes optisches Element 10a und ein dem ersten optischen Element 10a im Strahlengang 31 des Laserstrahls 3 nachgeordnetes zweites optisches Element 10b. Fig. 3B zeigt eine detaillierte schematische Ansicht des ersten optischen Elements 10a. Wie gezeigt sind das erste optische Element 10a und das zweite optische Element 10b innerhalb des Ge häuses 201 angeordnet. Das erste optische Element 10a ist ein bewegliches optisches Ele ment und kann entlang der Strahlausbreitungsrichtung des Laserstrahls 3 bzw. parallel zu einer optischen Achse des ersten optischen Elements 10a relativ zum Gehäuse 201 bewegt bzw. verschoben werden, in Fig. 3A und 3B jeweils durch einen Doppelpfeil veranschau licht.

Wie in Fig. 3A und 3B gezeigt kann das erste optische Element 10a eine Linse, insbesonde re um eine Fokussierlinse, sein. Das zweite optische Element 10b ist ein transmissives opti sches Element, beispielsweise ein Schutzglas. Jedes optische Element 10a und 10b hat eine Oberfläche auf der Laserstrahleintrittsseite, d.h. eine Oberfläche, auf die der Laserstrahl 3 auftrifft, und eine Oberfläche auf der Laserstrahlaustrittsseite, durch die der Laserstrahl 3 aus dem optischen Element austritt. Gemäß der in Fig. 3A und 3B gezeigten Ausführungs form weisen das erste optische Element 10a und/oder das zweite optische Element 10b min destens eine Oberfläche mit antireflektiver Struktur zur Reduktion von Rückreflexen gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf. Beispielsweise weisen das erste optische Element 10a und das zweite optische Element 10b jeweils an der Oberfläche auf der Laser strahleintrittsseite die antireflektive Struktur auf. Die Erfindung ist hierauf aber nicht be schränkt. Das erste optische Element 10a und das zweite optische Element 10b können auch alternativ oder zusätzlich an der Oberfläche auf der Laserstrahlaustrittsseite eine antireflek tive Struktur aufweisen.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine Haltevorrichtung 40, die das erste optische Element 10a hält. Die Haltevorrichtung 40 weist einen ersten Teil 401 auf, der das erste optische Element 10a zumindest teilweise entlang eines Umfangs des ersten optischen Elements 10a umgibt. Der erste Teil 401 ist fest mit dem ersten optischen Element 10a ver bunden. Wenn sich das erste optische Element 10a bewegt, bewegt sich der erste Teil 401 der Haltevorrichtung 40 mit dem ersten optischen Element 10. Die Haltevorrichtung 40 um fasst ferner einen zweiten Teil 402, der den ersten Teil 401 mit dem Gehäuse 201 verbindet. Der zweite Teil 402 ist fest mit dem Gehäuse 201 verbunden. Der zweite Teil 402 ist also unbeweglich relativ zum Gehäuse 201. Beispielsweise ist der erste Teil 401 eine Linsenhal terung und der zweite Teil 402 ist eine Führungsschiene.

Eine Wärmeleitung zwischen dem beweglichen optischen Element 10a und dem Gehäuse 201 kann im Vergleich zu einem mit dem Gehäuse 201 fest verbundenen optischen Element niedrig sein. Insbesondere kann eine Wärmeleitfähigkeit der Haltevorrichtung 40 niedrig sein. Denn die Haltevorrichtung 40 ist üblicherweise so ausgelegt, dass Reibung bei einer Bewegung des optischen Elements 10a relativ zum Gehäuse minimiert wird. Daher sind Kontaktflächen zwischen dem Gehäuse 201 und der Haltevorrichtung 40 bzw. zwischen dem zweiten Teil 402 der Haltevorrichtung 40 und dem ersten Teil 401 der Haltevorrich tung 40 klein. Erwärmt sich daher das erste optische Element 10a oder der erste Teil 401 der Haltevorrichtung 40, kann ein Wärmestau auftreten, da die Wärme nicht an den zweiten Teil 402 der Haltevorrichtung 40 bzw. an das Gehäuse 201 ab fließen kann. Die Erwärmung kann durch unerwünschte bzw. unkontrollierte Rückreflexe vom ersten optischen Element 10a selbst oder von anderen optischen Elementen, insbesondere dem zweiten optischen Element 10b, auftreten. Diese Rückreflexe sind „unkontrolliert“, da sie nicht entlang des Strahlengangs 31 des Laserstrahls 3 verlaufen, sondern sie verlaufen außerhalb des Strah lengangs 31 des Laserstrahls 3. Insbesondere können sie auf das Gehäuse 201 und andere optische Elemente treffen und zu deren Erwärmung führen.

Wenn das erste optische Element 10a eine antireflektive Struktur auf seiner Oberfläche aufweist, können Rückreflexe 104a des Laserstrahls 3 von dem ersten optischen Element 10a auf das Gehäuse 201 und/oder auf die Haltevorrichtung 40 bzw. auf den beweglichen ersten Teil 401 der Haltevorrichtung 40 verringert werden. Auf diese Weise werden opti sche Verluste durch das erste optische Element 10a verringert. Wenn zudem das zweite op tische Element 10b eine antireflektive Struktur auf seiner Oberfläche aufweist, können Rückreflexe 104b des Laserstrahls 3 von dem zweiten optischen Element 10b auf das erste optische Element 10a und/oder auf die Haltevorrichtung 40 bzw. den beweglichen ersten Teil 401 der Haltevorrichtung 40 und/oder auf das Gehäuse 201 verringert werden. Auf die se Weise werden optische Verluste durch das zweite optische Element 10b verringert. Fer ner kann eine übermäßige Erwärmung des ersten optischen Elements 10a und/oder der Hal tevorrichtung 40 bzw. dem beweglichen ersten Teil 401 der Haltevorrichtung 40 durch die Rückreflexe 104a, 104b des Laserstrahls 3 verhindert werden. Folglich wird ein Fokusshift des Laserstrahls 3 aufgrund der Erwärmung des ersten optischen Elements 10a reduziert. Ferner wird die Stabilität des Laserbearbeitungsprozesses erhöht bzw. Störungen des Laser bearbeitungsprozesses vermieden. Eine Beschädigung der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 oder Teilen davon, insbesondere der optischen Elemente 10a, 10b, kann verhindert werden. Eine separate Kühlung der optischen Elemente 10a, 10b ist nicht erforderlich.

In Fig. 3B ist das erste optische Element 10a als Fokussierlinse zum Fokussieren des Laser strahls 3 ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt. Das erste optische Element 10a kann auch als Fokussieroptik, Fokussierlinsengruppe oder als Kolli mationsoptik, Kollimationslinse bzw. Kollimationslinsengruppe zum Kollimieren des La serstrahls 3 oder als Strahlformungsoptik ausgebildet sein. Gemäß weiteren Ausführungs formen kann das erste optische Element 10a auch als optisches Element ohne Brechkraft ausgebildet sein, beispielsweise als Schutzglas oder Spiegel, insbesondere als Galvanospie gel oder Scanner Spiegel. Weitere Ausführungsformen des ersten optischen Elements 10a werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren beschrieben.

In Fig. 3A und 3B ist das zweite optische Element 10b als Schutzglas, d.h. als optisches Element ohne Brechkraft, ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist hierauf aber nicht be schränkt. Das zweite optische Element 10b kann auch als Linse, plankonvexe Linse, plan konkave Linse, Linsengruppe oder als ein optisches Element mit zumindest einem dieser Elemente ausgebildet sein. Weitere Ausführungsformen des zweiten optischen Elements 10b werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren beschrieben.

Fig. 4A zeigt schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung und Fig. 4B zeigt ein erstes optisches Element der in Fig. 4A gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung. Die gezeigte Laserbearbeitungsvorrich tung ist mit anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kompatibel und kom binierbar. Die in Fig. 4A und 4B gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung entspricht der in Fig. 3A und 3B gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung bis auf die nachfolgend beschrie benen Unterschiede. Gemäß Ausführungsformen weist das erste und/oder zweite optische Element an der Oberfläche auf der Laserstrahleintrittsseite und/oder auf der Laserstrahlaus trittsseite die antireflektive Struktur auf.

Das erste optische Element 10a ist ein optisches Element mit einer negativen Brennweite. Das optische Element mit negativer Brennweite kann eine Streuungslinse umfassen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine Haltevorrichtung 40, die das erste opti- sehe Element 10a hält. Das erste optische Element 10a mit negativer Brennweite kann auch als bewegliches optisches Element, wie in Fig. 3 A und 3B gezeigt, ausgebildet sein.

Da das erste optische Element 10a ein optisches Element mit negativer Brennweite ist, kön nen Rückreflexe 104a des Laserstrahls 3 vom ersten optischen Element 10a und Rückrefle xe 104b des Laserstrahls 3 vom zweiten optischen Element 10b nach Durchtritt (entgegen der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 3) durch das erste optische Element 10a gestreut bzw. verlaufen dann divergent. Die Rückreflexe 104a vom ersten optischen Element 10a und/oder die Rückreflexe 104b vom zweiten optischen Element 10b treffen dann beispiels weise auf das Gehäuse 201 des Laserbearbeitungskopfes 20 und/oder die Haltevorrichtung 40 für das erste optische Element 10a. Diese Rückreflexe 104a, 104b können wiederum zu einer ungewollten bzw. übermäßigen Erwärmung der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 oder Teilen davon führen, insbesondere des Laserbearbeitungskopfes 20, des Gehäuses 201 oder optischen Elementen, insbesondere dem optische Element 10a.

Durch die antireflektive Struktur des ersten optischen Elements 10a bzw. des zweiten opti schen Elements 10b können diese unerwünschten Rückreflexe 104a, 104b verringert bzw. verhindert werden. Dadurch wird auch eine unerwünschte Erwärmung und ihre Folgen, et wa ein größerer Fokusshift des Laserstrahls 3 oder eine Beschädigung der Laserbearbei tungsvorrichtung bzw. von Teilen davon, verringert. Eine Kühlung der optischen Elemente 10a, 10b kann reduziert werden oder ist nicht erforderlich. Dadurch wird die Stabilität des Laserbearbeitungsprozesses erhöht bzw. Störungen des Laserbearbeitungsprozesses vermie den.

Fig. 5A zeigt schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung und Fig. 5B zeigt ein erstes optisches Element der in Fig. 5A gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung. Die gezeigte Laserbearbeitungsvorrich tung ist mit anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kompatibel und kom binierbar.

Die in Fig. 5A und 5B gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung entspricht der in Fig. 3 A und 3B gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung bis auf die nachfolgend beschriebenen Unter schiede. Gemäß Ausführungsformen weist das erste und/oder zweite optische Element an der Oberfläche auf der Laserstrahleintrittsseite und/oder auf der Laserstrahlaustrittsseite die antireflektive Struktur auf. Die in Fig. 5A gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst eine Lichtleitfaser 50 zum Einfuhren des Laserstrahls 3 in die Laserbearbeitungsvorrichtung 1, d.h. in den Strahlen gang 31 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 bzw. des Gehäuses 201. Die Lichtleitfaser 50 weist ein Faserende 501 auf, aus der der von ihr geführte Laserstrahl 3 divergent austritt. Das erste optische Element 10a ist ein optisches Element, welches eine Dichtungsfunktion erfüllt. Das erste optische Element 10a ist also als abdichtendes optisches Element ausgebil det. Das abdichtende optische Element kann ein Schutzglas umfassen oder als Schutzglas ausgebildet sein. Das erste optische Element 10a kann auch in einer Kassette (nicht gezeigt), insbesondere einer Linsenkassette, integriert sein, sodass es bedienungsfreundlich aus tauschbar ist. Eine derartige Linsenkassette ist nachfolgend mit Bezug auf Fig. 7 beschrie ben. Wie gezeigt ist das erste optische Element 10a innerhalb des Gehäuses 201 des Laser bearbeitungskopfes 20 angeordnet.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst ferner mindestens eine mechanische Schnitt stelle 800, die durch das erste optische Element 10a abgedichtet wird. Die mechanische Schnittstelle 800 weist eine Öffnung auf, durch die der Strahlengang 31 hindurchgeführt ist, sowie ein Dichtungselement 803 zum Abdichten dieser Öffnung mit Hilfe des abdichtenden optischen Elements. Die mechanische Schnittstelle 800 dient beispielsweise zum Anschluss weiterer Elemente an das Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes, insbesondere der Lichtleit faser 50 oder weiterer Module des Laserbearbeitungskopfs, und kann insbesondere eine Öffnung zum Ein- und/oder Austritt des Laserstrahls 3 umfassen oder diese umgeben. In Fig. 5A weist die mechanische Schnittstelle 800 eine Eintrittsöffnung 203 zum Eintritt des aus dem Ende der Lichtleitfaser 51 austretenden Laserstrahls in das Gehäuse 201 des Laser bearbeitungskopfes 20 auf. Die mechanische Schnittstelle 800 kann mindestens zwei Flä chen 801, 802, insbesondere einer inneren Fläche 802 und einer äußeren Fläche 801, des Gehäuses 201 aufweisen, die die Öffnung umgeben. Wie gezeigt ist das Dichtungselement innerhalb des Gehäuses 201 angeordnet und steht mit der inneren Fläche 802 der mechani schen Schnittstelle 800 und mit dem ersten optischen Element 10a in Kontakt. Das Dich tungselement 803 ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet, die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt. Das erste optische Element 10a dichtet mit Hilfe des Dichtungselements 803 die mechanische Schnittstelle 800, insbesondere hermetisch, gegenüber Rauch und/oder Verschmutzungen etc., ab. Das als abdichtendes optisches Element ausgebildete erste opti sche Element 10a sowie die mechanische Schnittstelle 800 sind in Fig. 5A und 5B auf einer Laserstrahl eintrittsseite des Gehäuses 201 dargestellt. Die Laserstrahl eintrittsseite ist die Seite des Gehäuses 201, durch die der Laserstrahl 3 über die Eintrittsöffnung 203 in das Innere des Gehäuses 201 eintritt. Somit schützt das erste optische Element 10a die Laserbe arbeitungsvorrichtung 1 vor Verschmutzungen durch Staub oder Rauch auf der Laserstrah- leintrittsseite des Gehäuses 201. Das als abdichtendes optisches Element ausgebildete erste optische Element 10a kann auch auf der Laseraustrittsseite des Gehäuses 201 ausgebildet sein. Die Laseraustrittsseite ist eine Seite des Gehäuses durch die der Laserstrahl 3 und/oder Prozessgas über die Austrittsöffnung 202 aus dem Gehäuse 201 des Laserbearbeitungskop fes 20 austritt.

In der Regel sind Dichtungselemente mit einer ausreichend guten Dichtungsfunktion aus weichen Materialien, insbesondere Kunststoff. Deshalb sind sie häufig empfindlich gegen über hohen Temperaturen oder auftreffender Strahlung, insbesondere Laserstrahlung. Un erwünschte Rückreflexe auf das Dichtungselement können diese erwärmen und zum Schmelzen bringen. Eine Folge davon kann sein, dass die Dichtungsfunktion nicht mehr ausgeübt werden kann und somit Verschmutzungen wie Staub und Rauch in das Innere ei nes Gehäuses einer Laserbearbeitungsvorrichtung gelangen können. Dadurch kann die La serbearbeitungsvorrichtung oder Teile davon beschädigt werden, was zu langen Ausfallzei ten und Kosten aufgrund von Reparatur und Ersatzteilen führen kann.

Wenn das erste optische Element 10a gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung eine antireflektive Struktur auf seiner Oberfläche aufweist, können Rückreflexe 104a des Laserstrahls 3 von dem ersten optischen Element 10a auf die mechanische Schnittstelle 800, insbesondere auf das Dichtungselement 803 verringert werden. Auf diese Weise wer den eine Erwärmung des Dichtungselements 803 und optische Verluste durch das erste opti sche Element 10a verringert. Dadurch wird die Stabilität des Laserbearbeitungsprozesses erhöht bzw. Störungen des Laserbearbeitungsprozesses vermieden. Wenn das zweite opti sche Element 10b eine antireflektive Struktur auf seiner Oberfläche aufweist, können Rück reflexe 104b des Laserstrahls 3 von dem zweiten optischen Element 10b auf das erste opti sche Element 10a und/oder auf die mechanische Schnittstelle 800, insbesondere auf das Dichtungselement 803 verringert werden. Auf diese Weise werden optische Verluste durch das zweite optische Element 10b verringert. Ferner kann eine übermäßige Erwärmung dem Dichtungselement 803 durch die Rückreflexe des Laserstrahls 3 vom zweiten optischen Element 10b verhindert werden. Das Risiko einer Zerstörung des Dichtungselements 803 und ihre Konsequenzen, insbesondere Ausgasen, Kontamination und Verschmutzung von optischen Elementen aufgrund der Erwärmung wird reduziert. Eine Beschädigung der La serbearbeitungsvorrichtung 1 oder Teilen davon, insbesondere der optischen Elemente 10a, 10b bzw. des Dichtungselements 803 kann verhindert werden.

In Fig. 5A und 5B ist das erste optische Element 10a als Schutzglas vor einer Kollima tionsoptik des Laserstrahls 3 ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt. Das erste optische Element 10a kann auch als Schutzglas nach einer Fokussier optik ausgebildet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das erste optische Ele ment 10a auch als abdichtendes optisches Element mit Brechkraft ausgebildet sein, bei spielsweise als Linse oder Linsengruppe. Weitere Ausführungsformen des ersten optischen Elements 10a werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren beschrieben.

In Fig. 5A und 5B ist das zweite optische Element 10b als Kollimationslinse ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt. Das zweite optische Element 10b kann auch als Linse, plankonvexe Linse, plankonkave Linse, Linsengruppe oder als ein optisches Element mit zumindest einem dieser Elemente ausgebildet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das zweite optische Element 10b auch als optisches Element ohne Brechkraft ausgebildet sein, beispielsweise als Schutzglas. Weitere Ausführungsformen des zweiten optischen Elements 10b werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren beschrie ben.

Fig. 6A und 6B zeigen schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß weiterer Aus führungsformen der vorliegenden Erfindung. Die gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung ist mit anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kompatibel und kombinierbar. Das erste optische Element 10a und das zweite optische Element 10b sind in Fig. 6A und 6B nicht gezeigt.

Die in Fig. 6A und 6B gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst ein drittes opti sches Element 10c mit mindestens einer Oberfläche mit antireflektiver Struktur zur Reduk tion von Rückreflexen. Gemäß Ausführungsformen weist das dritte optische Element 10c an der Oberfläche auf der Laserstrahleintrittsseite die antireflektive Struktur auf. Die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt. Das dritte optische Element 10c kann gemäß Ausführungs formen alternativ oder zusätzlich auf der gegenüberliegenden Oberfläche, d.h. auf der Ober fläche, aus der der Laserstrahl 3 aus dem optischen Element 10c austritt, eine antireflektive Struktur aufweisen. Das dritte optische Element 10c ist ein optisches Element, welches an zumindest einer Seite, insbesondere auf der Laserstrahleintrittsseite, eine plane Oberfläche, d.h. eine Planfläche, aufweist. Das dritte optische Element 10c kann insbesondere als opti sches Element ohne Brechkraft, beispielsweise als Schutzglas, ausgebildet sein.

Die in Fig. 6A gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst eine Lichtleitfaser 50 zum Einführen des Laserstrahls in die Laserbearbeitungsvorrichtung 1,. Die Lichtleitfaser 50 weist ein Faserende 501 auf, aus der der von ihr geführte Laserstrahl 3 divergent austritt. Wie in Fig. 6A gezeigt ist das dritte optische Element 10c im Strahlengang 31 des Laser- Strahls 3 in der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 3 unmittelbar nach dem Faserende 501 der Lichtleitfaser 50 ausgebildet, und ist insbesondere im Bereich der Eintrittsöffnung 203 angeordnet. Durch die antireflektive Struktur auf dem dritten optischen Element 10c werden Rückreflexe 104c an dem dritten optischen Element verhindert bzw. verringert, die aufgrund des divergent auf das dritte optische Element 10c auftreffenden Laserstrahls 3 in Richtung des Gehäuses 201 abgestrahlt und dieses erwärmen werden. Zudem wird verhin dert, dass Rückreflexe 104c auf das Faserende 501 der Lichtleitfaser 50 treffen und wieder in die Lichtleitfaser 50 eingekoppelt werden.

In Fig. 6B ist das dritte optische Element 10c in einem konvergenten Bereich des Laser strahls 3 angeordnet. Das dritte optische Element 10c kann das letzte optische Element des Strahlengangs 31 bzw. angrenzend an einen Bereich der Austrittsöffnung 202 des Laserbe arbeitungskopfes 20 angeordnet sein. Die Austrittsöffnung 202 ist eine Öffnung zum Aus treten des Laserstrahls 3 und/oder von Prozessgas aus dem Gehäuse 201 des Laserbearbei tungskopfes 20. Die Austrittsöffnung 202 kann beispielsweise eine Düsenöffnung sein. Durch die antireflektive Struktur auf dem dritten optischen Element 10c werden Rückrefle xe 104c von dem dritten optischen Element 10c verhindert bzw. verringert, die aufgrund des konvergent auf das dritte optische Element 10c auftreffenden Laserstrahls 3 in einem Win kel vom dritten optischen Element 10c abgestrahlt werden und so auf das Gehäuse 201 und/oder auf andere optische Elemente treffen und diese erwärmen können.

Gemäß den in Fig. 6A und 6B gezeigten Ausführungsformen ist das dritte optische Element 10c in einem divergenten und/oder in einem konvergenten Bereich des Laserstrahls 3 ange ordnet. Das dritte optische Element 10c ist also in einem nicht-kollimierten Bereich des La serstrahls 3 angeordnet.

Fig. 7 zeigt ein geschlossenes Optikmodul für eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das gezeigte geschlossene Optikmodul ist mit anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kompatibel und kombinierbar.

Ein geschlossenes Optikmodul 11 umfasst ein optisches Element bzw. eine optische Gruppe 111, insbesondere mindestens eine Linse, mindestens eine Linsengruppe oder ähnliches, sowie zwei optische Schutzgläser 80, die das optische Element 111 vor Verschmutzungen schützen. Die zwei optische Schutzgläser 80 sind entlang der optischen Achse des optischen Elements 111 vor und nach dem optischen Element 111 angeordnet. Nach außen kann das geschlossene Optikmodul 11 hermetisch, also luftdicht, und/oder gegenüber Staub, Ver schmutzungen, Feuchtigkeit etc., abgedichtet sein. Das vor dem optischen Element 111 angeordnete Schutzglas 80 kann beispielsweise in La serbearbeitungsvorrichtungen gemäß Ausführungsformen (Fig. 5B) der vorliegenden Erfin dung dem ersten optischen Element 10a entsprechen. Das optische Element 111 und/oder das nach dem optischen Element 111 angeordnete Schutzglas 80 können beispielsweise in Laserbearbeitungsvorrichtungen gemäß Ausführungsformen (Fig. 5A) der vorliegenden Erfindung dem zweiten optischen Element 10b entsprechen.

Alternativ kann das geschlossene Optikmodul 11 beispielsweise in Laserbearbeitungsvor richtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als das erste optische Element 10a und/oder als das zweite optische Element 10b verwendet werden. Laserbear beitungsvorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können also mehrere der geschlossenen Optikmodule 11 umfassen.

Durch die Verwendung von Schutzgläsern mit zumindest einer Oberfläche mit antireflekti- ver Struktur zum Reduzieren von Rückreflexen hat eine hohe Anzahl von verwendeten Schutzgläsem, insbesondere bei einem komplexen Laserbearbeitungskopf, einen geringeren Einfluss auf die Erwärmung der Laserbearbeitungsvorrichtung und auf den Fokusshift des Laserstrahls, da die optischen Verluste aufgrund von unerwünschter Absorption und Refle xion verringert sind. Dadurch wiederum hat eine hohe Anzahl von verwendeten geschlosse nen Optikmodulen einen geringen Einfluss auf die Erwärmung der Laserbearbeitungsvor richtung und auf den Fokusshift des Laserstrahls. Somit kann eine Funktionalität der Laser bearbeitungsvorrichtung und eine Prozessstabilität verbessert bzw. aufrechterhalten werden. Zudem kann die antireflektive Struktur für einen großen Wellenlängenbereich konfiguriert sein.

Fig. 8 zeigt eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung ist mit anderen Ausführungsformen der vorliegen den Erfindung kompatibel und kombinierbar.

Fig. 8 zeigt eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1 mit einer Kollimationsoptik 60 und einer Fokussieroptik 70. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst ferner ein Schutzglas 81, das im Strahlengang 31 vor der Kollimationsoptik 60 angeordnet ist, und ein Schutzglas 82, das im Strahlengang 31 nach der Fokussieroptik 70 angeordnet ist. Zumindest eines von der Kollimationsoptik 60 und der Fokussieroptik 70 kann dem ersten optischen Element 10a gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entsprechen. Die in Fig. 8 dargestellte Kollimationsoptik 60 und Fokussieroptik 70 können als das zuvor mit Bezug auf Fig. 7 beschriebene geschlossene Optikmodul 11 ausgebildet sein. Die zwei Schutzgläser 81, 82 können als die zuvor beschriebenen dritten optischen Elemente ausge bildet sein. Die Rückreflexe der Schutzgläser 81, 82 können Haltevorrichtungen (nicht ge zeigt) der optischen Elemente 10a, 10b andere optische Elemente, insbesondere die Kolli mationsoptik 60 und die Fokussieroptik 70 und/oder das Gehäuse 201 treffen. Durch Ver wenden von Schutzgläsem 81, 82 mit antireflektiver Struktur können diese Rückreflexe reduziert bzw. verhindert werden. Die relativ günstigen Schutzgläser 81, 82 ohne Brechkraft schützen die teureren optischen Elemente 10a, 10b mit Brechkraft sowie den Zwischenraum vor möglichen Verschmutzungen.

Fig. 9 und 10 zeigen Laserbearbeitungsvorrichtungen gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche mit anderen Ausführungsformen der Laserbearbei tungsvorrichtung kombiniert werden können. Die gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtun gen umfassen eine Optik zum Ändern eines Fokusdurchmessers des Laserstrahls. Das Än dern des Fokusdurchmessers wird durch eine die Änderung einer Brennweite der Optik er reicht.

In der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform ist eine Optik 112 zum Ändern des Fokus durchmessers des Laserstrahls 3 als Zoom-Optik, insbesondere als afokales Teleskop, aus gebildet. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine Kollimationsoptik 60, die im Strahlengang 31 vor der Optik 112 angeordnet ist, und eine Fokussieroptik 70, die im Strahlengang 31 nach der Optik 112 angeordnet ist. Die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt. Die Optik 112 kann mehrere optische Elemente umfassen. Zumindest eines die ser optischen Elemente ist beweglich und kann als das erste optische Element 10a betrachtet werden. Ein weiteres Element der Optik 112, das im Strahlengang 31 nach dem bewegli chen Element der Optik 112 angeordnet ist, kann als das zweite optische Element 10b be trachtet werden. Alternativ kann die Fokussieroptik 70 als das zweite optische Element 10b betrachtet werden.

Fig. 10 zeigt eine andere Möglichkeit zum Ändern des Fokusdurchmessers des Laserstrahls 3. Hier bilden zwei optische Elemente 61, 62 eine Kollimationsoptik 60 mit variabler Brennweite. Mindestens eines der beiden optischen Elemente 61, 62 ist beweglich und kann als das erste optische Element 10a betrachtet werden. In Fig. 9 und 10 können die Kollimationsoptik 60, die Fokussieroptik 70 und/oder die Optik 112 zum Ändern eines Fokusdurchmessers des Laserstrahls 3 als ein geschlossenes Optik modul 11 gemäß den zu Fig. 7 beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein.

Fig. 11 zeigt eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Für manche Anwendung der Lasermaterialbearbeitung ist eine vorgegebene Verteilung der Laserleistung auf dem Werkstück gewünscht. Diese Verteilung der Laserleistung kann statisch oder dynamisch sein und mit einer Strahlformungsoptik, auch „Strahlformungselement“ oder „Strahlformungsmodul“ genannt, erzeugt werden.

Fig. 11 zeigt eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1 mit einer Strahlformungsoptik 113. Die Strahlformungsoptik 113 kann beispielsweise ein Axikon Array, zwei gegeneinander be wegliche Keilplatten, einen Siemensstern, und ähnliches umfassen. Die Lage der Strahlfor mungsoptik 113 im Strahlengang 31 des Laserstrahls 3 kann beliebig sein, beispielsweise im divergenten, konvergenten oder kollimierten Bereich des Strahlengangs 31. Die Strahl formungsoptik 13 kann die Verteilung der Laserleistung durch Änderung der Phase, Amplitude und/oder Polarisation des einfallenden Laserstrahls 3 oder Teile davon ändern, indem sie Reflexion, Refraktion und/oder Beugung des einfallenden Laserstrahls 3 beein flusst. Die Strahlformungsoptik 113 kann beispielsweise in der Laserbearbeitungsvorrich tung 1 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als das erste optische Ele ment 10a und/oder als das zweite optische Element 10b verwendet werden. In diesem Aus führungsbeispiel weist die Strahlformungsoptik 113 mindestens eine Oberfläche mit antire- flektiver Struktur auf. In gewissen Fällen ist eine dynamische Verteilung der Laserleistung wünschenswert. Dazu kann die Strahlformungsoptik 113 eines oder mehrere optische Ele mente beinhalten. Eines oder mehrere dieser Elemente können axial, d.h. bezüglich ihrer optischen Achse, beweglich und/oder rotierbar sein. Dieses bewegliche Element der Strahl formungsoptik 113 kann als das erste optische Element 10a betrachtet werden.

Wie gezeigt umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ferner eine Kollimationsoptik 60, die im Strahlengang 31 vor der Strahlformungsoptik 113 angeordnet ist, und eine Fokus sieroptik 70, die im Strahlengang 31 nach der Strahlformungsoptik 113 angeordnet ist. Die Erfindung ist hierauf aber nicht beschränkt. Die Strahlformungsoptik 113 kann eine Brech kraft aufweisen und Teil der Kollimationsoptik 60 und/oder der Fokussieroptik 70 sein oder diese ersetzen.

Fig. 12A zeigt eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst eine Auslen- kungsoptik 114 zur dynamischen Auslenkung des Laserstrahls 3 mittels zumindest eines beweglichen optischen Elements 1141, beispielsweise eines Galvanospiegels. Der Laser strahl 3 kann mittels eines Spiegels 1141 in einer Richtung oder mittels zweier Spiegel 1141 in zwei zueinander orthogonalen Richtungen ausgelenkt werden. Die Auslenkungsoptik 114 kann im Strahlengang 31 zwischen einer Kollimationsoptik 60 und einer Fokussieroptik 70 angeordnet sein. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Die Auslenkungsoptik 114 umfasst zumindest ein bewegliches optisches Element 1141, das als das erste optische Element 10a betrachtet werden kann. Die Fokussieroptik 70 oder ein nach dem optischen Element 1141 angeordnetes Schutzglas (nicht gezeigt) kann demnach als das zweite opti sche Element 10b betrachtet werden.

Die im Strahlengang 31 nach der Auslenkungsoptik 114 angeordnete Fokussieroptik 70 kann als F-Theta-Objektiv (vgl. Fig. 12B) oder als telezentrisches Objektiv (vgl. Fig. 12C) ausgebildet sein. Diese Objektive können mehrere Optiken, Linsen oder Linsengruppen umfassen. Zumindest eine Oberfläche der Auslenkungsoptik 114 kann eine antireflektive Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen.

Im Fall von Galvanospiegeln werden Klebstoffe zum Befestigen der Spiegel an entspre chenden Haltevorrichtungen verwendet, wobei die Klebstoffe nur eine eingeschränkte Wärmebeständigkeit aufweisen. Wie zuvor beschrieben können Rückreflexe bei der Ver wendung des ersten optischen Elements 10a und/oder des zweiten optischen Elements 10b mit antireflektiven Strukturen unabhängig von der Anzahl der verwendeten optischen Ele mente bzw. der Flächen im Strahlengang 31 reduziert werden. Dadurch kann eine übermä ßige Erwärmung von Galvanospiegels und damit ein Verflüssigen der Klebstoffe verhindert werden.

Die vorliegende Erfindung beschreibt also Ausführungsformen einer Laserbearbeitungsvor richtung mit einem optischen Element mit mindestens einer Oberfläche mit antireflektiver Struktur zum Reduzieren von Rückreflexen. Dadurch können einerseits optische Verluste aufgrund von reflektierter Strahlungsleistung vermieden werden. Die antireflektive Struktur kann optische Beschichtungen, insbesondere dielektrische Beschichtungen, ersetzen. Dadurch kann andererseits die Absorption durch das optische Element auf ein Niveau eines Substrats des optischen Elements minimiert werden.

Zudem kann eine Erwärmung bzw. Zerstörung der Laserbearbeitungsvorrichtung oder Tei len davon, insbesondere von einem Gehäuse oder von optischen Elementen, aufgrund un kontrollierter reflektierter Strahlung und aufgrund von Absorption durch die optischen Ele- mente und ein Fokusshift des Laserstrahls vermieden und eine laserinduzierte Zerstör schwelle des optischen Elements maximiert werden. Dadurch können Prozessstörungen vermieden und eine höhere Prozessstabilität erreicht werden.

Ferner hat die Anzahl der verwendeten optischen Elemente bzw. die Anzahl der Flächen im Strahlengang 31 eines Laserstrahls einen geringeren Einfluss auf die Erwärmung der Laser bearbeitungsvorrichtung oder Teilen davon und auf den Fokusshift des Laserstrahls. Dies bietet insbesondere Vorteile bei einer komplexen Laserbearbeitungsvorrichtung, insbeson dere bei einem komplexen Laserbearbeitungskopf.

Diese Vorteile sind darüber hinaus nicht nur für einzelne Wellenlängen oder schmale Wel lenlängenbereiche (z.B. 20 nm), sondern bei entsprechender Auslegung der antireflektiven Struktur auch für einen breiten Wellenbereich (z.B.: von 1030nm bis 1090 nm, oder von 900 nm bis 1100 nm, oder von 400 nm bis 1100 nm, oder von 400 bis 1600 nm) bzw. eine Vielzahl von Wellenlängen (z.B. ca. 400nm oder ca. 500 nm für die Lasermaterialbearbei tung von Kupfer bzw. Aluminium oder ca. 1 pm für die Lasermaterialbearbeitung von Stahl) von Laserstrahlen und eine Vielzahl von Lasertypen erreichbar. Für diese Fälle kön nen die optischen Elemente auch auf minimale Farbfehler für diese Wellenlängen optimiert werden.

Bezugszeichenliste

Einfallender Strahl 3‘ Transparentes optisches Element 10 Substrat 10L

Transmittierter Teilstrahl 31‘

Reflektierte Teilstrahlen 32a‘, 32b‘

Optische Beschichtung 102

Laserb earb eitungsvorri chtung 1

Werkstück 2

Laserstrahl 3

Optisches Element 10

Erstes optisches Element 10a

Zweites optisches Element 10b

Drittes optisches Element 10c

Substrat 101

Oberfläche des Substrats 101a Antireflektive Struktur 102 Merkmale der antireflektiven Struktur 103

Rückreflexe des ersten optischen Elements 104a

Rückreflexe des zweiten optischen Elements 104b Rückreflexe des dritten optischen Elements 104c

Optikmodul 11

Optisches Element des Optikmoduls 111

Optik zum Ändern eines Fokusdurchmessers 112

Strahlformungsoptik 113

Auslenkungsoptik 114

Optische Elemente der dyn. Strahlformungsoptik 1141 Laserbearbeitungskopf 20

Gehäuse 201

Innenraum des Gehäuses 2011

Austrittsöffnung 202

Eintrittsöffnung 203

Haltevorrichtung 40

Erster Teil der Haltevorrichtung 401

Zweiter Teil der Haltevorrichtung 402

Lichtleitfaser 50

Faser ende 501

Kollimationsoptik 60

Erstes und zweites Element der Kollimationsoptik 61, 62 Fokussieroptik 70

Schutzglas 80

Schutzglas vor der Kollimationsoptik 81

Schutzglas nach der Fokussieroptik 82

Mechanische Schnittstelle 800

Flächen des Gehäuses 801, 802

Dichtungselement 803

Claims

Patentansprüche

1. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zum Bearbeiten von Werkstücken (2) mittels eines Laserstrahls (3), umfassend: einen Laserbearbeitungskopf (20) mit einem Gehäuse (201) und einem darin ange ordneten Strahlengang (31) für den Laserstrahl (3), mindestens ein erstes im Strahlengang (31) angeordnetes optisches Element (10a), wobei das erste optische Element (10a) als ein bewegliches optisches Element und/oder ein optisches Element mit negativer Brennweite und/oder ein abdichtendes optisches Element ausgebildet ist, und mindestens ein dem ersten optischen Element (10a) im Strahlengang (31) nachge ordnetes transmissives zweites optisches Element (10b), dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (10a) und/oder das zweite optische Element (10b) min destens eine Oberfläche (101a) mit antireflektiver Struktur (102) zur Reduktion von Rückre flexen (104a, 104b) aufweist.

2. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei das optische Element (10, 10a, 10b, 10c) mit der antireflektiven Struktur (102) ein Substrat (101) aufweist, und wobei die antireflektive Struktur (102) monolithisch und/oder einstückig mit dem Substrat (101) ausgebildet ist, und/oder wobei die antireflektive Struktur (102) in oder an zumindest einer Oberfläche (101a) des Substrats (101) ausgebildet ist.

3. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das optische Element (10, 10a, 10b, 10c) mit der antireflektiven Struktur (102) ein Substrat (101) aufweist, wobei zumindest eine Oberfläche (101a) des Substrats (101) porös ist und eine Größe der Poren der porösen Oberfläche (101a) und/oder der Abstand zwischen den Poren gleich oder kleiner als eine Wellenlänge des Laserstrahls (3) ist, wobei die antireflek tive Struktur durch die zumindest eine poröse Oberfläche (101a) des Substrats (101) gebil det ist.

4. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die antireflektive Struktur durch Nassätzen oder Trockenätzen der zumindest einen Oberfläche (101a) des Substrats (101) gebildet ist.

5. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste optische Element (10a) ein bewegliches optisches Element ist, das parallel und/oder senkrecht zu einer optischen Achse des ersten optischen Elements (10a) relativ zum Gehäuse (201) verschiebbar und/oder um die optische Achse des ersten optischen Ele ments (10a) und/oder um eine Achse senkrecht zur optischen Achse des ersten optischen Elements (10a) drehbar ist.

6. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Haltevorrichtung (40), die das erste optische Element (10a) hält, wobei die Haltevorrichtung (40) einen ersten Teil (401) aufweist, der das erste optische Element (10a) zumindest teilweise entlang eines Umfangs des ersten optischen Elements (10a) umgibt.

7. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste optische Element (10a) zumindest eines von den folgenden Elementen umfasst oder ein Teil von zumindest einem der folgenden Elemente ist: einen Spiegel, einen Um lenkspiegel, einen Galvanospiegel, ein transmissives optisches Element, ein Schutzglas, ein optisches Element mit zumindest einer Planfläche, ein optisches Element mit Brechkraft, eine Linse, eine plankonkave Linse, eine plankonvexe Linse, eine Linsengruppe, eine Fo kussierlinse, eine Fokussieroptik, eine Fokussierlinsengruppe, eine Kollimationslinse, eine Kollimationsoptik, eine Kollimationslinsengruppe, eine Strahlformungsoptik, ein Zoom- Optik, ein afokales Teleskop, ein F-Theta-Objektiv, und ein telezentrisches Objektiv.

8. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite optische Element (10b) zumindest eines von den folgenden Elementen umfasst oder ein Teil von zumindest einem der folgenden Elemente ist: ein in einem divergenten und/oder konvergenten Bereich des Strahlengangs (31) angeordnetes optisches Element, ein transmissives optisches Element, ein Schutzglas, ein optisches Element mit zumindest einer Planfläche, ein optisches Element mit Brechkraft, eine Linse, eine plankonkave Linse, eine plankonvexe Linse, eine Linsengruppe, eine Fokussierlinse, eine Fokussieroptik, eine Fo kussierlinsengruppe, eine Kollimationslinse, eine Kollimationsoptik, eine Kollimationslin sengruppe, eine Strahlformungsoptik, ein Zoom-Optik, ein afokales Teleskop, ein F- Theta-Objektiv, und ein telezentrisches Objektiv.

9. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (201) zumindest eine Öffnung (202, 203) zum Eintritt und/oder Austritt des Laserstrahls (3) und zumindest ein Dichtungselement (803) aufweist, wo- bei das erste optische Element (10b) ausgebildet ist, um die Öffnung zusammen mit dem Dichtungselement (803) abzudichten.

10. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend zumindest ein drittes optisches Element (10c) mit mindestens einer Oberfläche (101a) mit antireflektiver Struktur (102) zur Reduktion von Rückreflexen, wobei das zumindest eine dritte optische Element (10c) ein Schutzglas umfasst.

11. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 10, wobei das zumindest eine dritte optische Element (10c) ein drittes optisches Element (10c) umfasst, das in einem di vergenten Bereich des Strahlengangs (31) angeordnet ist, und/oder wobei das zumindest eine dritte optische Element (10c) ein drittes optisches Element (10c) umfasst, das in einem konvergenten Bereich des Strahlengangs (31) angeordnet ist.

12. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß AnspruchlO oder 11, ferner umfassend eine Lichtleitfaser (50) zum Einführen des Laserstrahls (3) in die Laserbearbeitungsvorrichtung, wobei das zumindest eine dritte optische Element (10c) als erstes optisches Element im Strahlengang (31) in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls (3) nach einem Faserende (501) der Lichtleitfaser (50) angeordnet ist.

13. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das zumindest eine dritte optische Element (10c) im Strahlengang (31) als letztes optisches Element und/oder in einem Bereich einer Austrittsöffnung (202) des Laserbearbeitungskop fes (20) oder daran angrenzend angeordnet ist.

14. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Substrat (101) des optischen Elements (10, 10a, 10b) mit der antireflektiven Struktur (102) aus Quarzglas, Saphir, Zinksulfid oder Kalziumfluorid besteht oder zu mindest eines dieser Materialien umfasst.

15. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche (101a) des optischen Elements (10, 10a, 10b, 10c) mit der antireflek tiven Struktur (102) einen Reflexionsgrad von 0,1 % oder weniger für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich aufweist, und/oder wobei die Oberfläche (101a) des optischen Ele ments (10, 10a, 10b, 10c) mit der antireflektiven Struktur (102) eingerichtet ist, um Rückre flexe zu reduzieren.

16. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Reflexionsgrad der Oberfläche (101a) des optischen Elements (10, 10a, 10b, 10c) mit der antireflektiven Struktur (102) für eine Wellenlänge von 1 pm, 1030 nm, 400 nm und/oder 515 nm und/oder für Wellenlängen in mindestens einem der folgenden Bereiche minimal ist: 350 nm oder größer, 5 pm oder kleiner, von 350 nm bis 1600 nm, von 400 nm bis 500 nm, von 400 nm bis 1100 nm, von 400 nm bis 1500 nm, von 400 nm bis 1600 nm, von 1030 nm bis 1090 nm, von 1070 nm bis 1090 nm, von 900 nm bis 1000 nm, von 900 nm bis 1100 nm, von 1 pm bis 5 pm, und von 350 nm bis 5 pm.

17. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung eingerichtet ist, den Laserstrahl (3) mit einer Energiedichte von 1 mJ/cm² oder größer, auf das Werkstück (2) zu richten, gemessen auf einer Oberfläche des Werkstücks (2) und/oder ferner umfassend eine Laserquelle zum Erzeugen des Laserstrahls (3) wobei die Laserquelle eingerichtet ist, den Laser strahl (3) mit einer Leistung von 1 kW oder größer zu erzeugen.

18. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die antireflektive Struktur (102) Merkmale (103) aufweist, die gleich groß oder kleiner als 1 pm und/oder als eine Wellenlänge des Laserstrahls (1) sind.

19. Laserbearbeitungsvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite optische Element (10a) ein abdichtendes optisches Element ist oder umfasst.