用于对工件进行激光加工的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于对工件进行激光加工(104)的设备，该工件具有对该激光加工透明的材料(102)，该设备包括第一射束整形装置(106)和聚焦光学器件(116)，该第一射束整形装置具有分束元件(112)，用于将输入耦合到第一射束整形装置(106)中的第一输入射束(108)分成多个子射束(114)，该聚焦光学器件被分配给第一射束整形装置(106)并用于将从第一射束整形装置(106)耦合输出的子射束(114)成像到至少一个聚焦区(122)中，其中，借助于分束元件(112)通过对第一输入射束(108)进行相位施加来对第一输入射束(108)进行分束，其中，所述子射束(114)被聚焦到至少一个聚焦区(122)的不同部分区域(120)中，以形成该至少一个聚焦区(122)，其中，该至少一个聚焦区(122)借助于聚焦光学器件(116)以相对于工件(104)的外侧(144；146)的至少一个调整角(α)引入该材料(102)中，以对工件进行激光加工(104)，并且其中，通过借助至少一个聚焦区(122)加载该材料(102)来在该材料(102)中产生与该材料(102)的折射率变化相关联的材料修改(156)。折射率变化相关联的材料修改(156)。折射率变化相关联的材料修改(156)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对工件进行激光加工的设备和方法


[0001]本专利技术涉及一种用于对工件进行激光加工的设备，该工件具有对激光加工透明的材料。
[0002]本专利技术还涉及一种用于对工件进行激光加工的方法，该工件具有对激光加工透明的材料。

技术介绍

[0003]US2020/0147729 A1披露了一种用于借助激光束在玻璃衬底上形成倒角的边缘区域的方法，其中通过匹配激光束的轴向能量分布来匹配倒角的边缘区域的形状。
[0004]本专利技术基于的目的是提供一种如本文开头所阐述的设备和一种如本文开头所阐述的方法，该设备和该方法可以以多种方式灵活地使用，并且借助该设备和该方法，尤其是，可以以技术上简单的方式实现沿不同的加工几何形状对工件进行激光加工。

技术实现思路

[0005]在本文开头所阐述的设备的情况下，根据本专利技术，该目的借助以下设备来实现，该设备包括第一射束整形装置和聚焦光学器件，该第一射束整形装置具有分束元件，用于将输入耦合到第一射束整形装置中的第一输入射束分束成多个子射束，该聚焦光学器件被分配给第一射束整形装置并用于将从第一射束整形装置输出耦合的子射束成像到至少一个聚焦区中，其中，借助分束元件通过对第一输入射束进行相位施加来对第一输入射束进行分束，其中，这些子射束被聚焦到至少一个聚焦区的不同部分区域中，以形成至少一个聚焦区，其中，至少一个聚焦区借助聚焦光学器件以相对于工件的外侧的至少一个调整角(Anstellwinkel)引入材料中，以对工件进行激光加工，并且其中，通过借助至少一个聚焦区加载材料来在材料中产生与材料的折射率变化相关联的材料修改(Materialmodifikation)。
[0006]通过借助分束元件基于相位施加来对第一输入射束进行分束并且通过随后对所形成的子射束进行聚焦，可以以技术上简单的方式形成具有不同几何形状的至少一个聚焦区。结果，至少一个聚焦区尤其是可以由不同的部分形成，这些部分各自具有不同的几何形状和/或不同的调整角。因此，可以以技术上简单的方式实现以不同的加工几何形状对工件进行激光加工。
[0007]在根据本专利技术的解决方案的情况下，尤其是，至少一个聚焦区可以以调整角被引入到材料中，而这不需要关于工件调整光学器件。
[0008]尤其是，与材料的折射率的变化相关联的材料修改应当被理解为是指材料修改伴随着材料的折射率的变化和/或当形成材料修改时，存在材料的折射率的变化。
[0009]尤其是，分束元件形成为衍射分束元件和/或3维分束元件。分束元件优选地在第一输入射束的射束截面上实现相位施加。
[0010]尤其是，借助分束元件通过对第一输入射束的相位的纯相位操纵来对第一输入射
束进行分束。尤其是，借助分束元件实现的对第一输入射束的相位施加是可变地可调节的和/或可限定的。
[0011]尤其是，可以设置，至少一个聚焦区具有多个聚焦分布和/或由多个聚焦分布形成。举例来说，聚焦分布布置在聚焦区的不同部分区域中。
[0012]聚焦区的相应聚焦分布布置在聚焦区中，特别是彼此相距一定距离。然而，相应聚焦分布可以至少部分地在空间上重叠。
[0013]尤其是，至少一个聚焦区在平面中延伸。形成至少一个聚焦区的聚焦分布优选地布置在平面中。尤其是，该平面垂直于进给方向取向，在该进给方向上，至少一个聚焦区相对于工件移动，以对工件进行激光加工。
[0014]尤其是，借助分束元件施加的相位分布的透镜分量和/或光栅分量被分配给至少一个聚焦区的每个聚焦分布。尤其是，所施加的相位分布包括多个叠加的透镜分量和/或光栅分量，其中至少一个聚焦区的每个聚焦分布被分配有透镜分量和/或光栅分量。结果，可以将聚焦区的具有空间偏移的不同聚焦分布布置在垂直于进给方向取向的平面中，在该进给方向上，聚焦区相对于工件移动，以对工件进行激光加工。
[0015]举例来说，第一射束整形装置构造为远场射束整形元件或者包括一个或多个远场射束整形元件。举例来说，至少一个聚焦区是通过借助聚焦光学器件将从第一射束整形装置输出耦合的子射束聚焦到聚焦区的相应部分区域中而形成的。
[0016]举例来说，聚焦光学器件构造为显微镜物镜或透镜元件。
[0017]在一种实施方式中，可以设置，第一射束整形装置可围绕平行于第一输入射束的主传播方向的轴线旋转或者围绕平行于第一输入射束的主传播方向的轴线旋转。结果，可以例如围绕垂直于进给方向取向的旋转轴旋转至少一个聚焦区，在该进给方向上，至少一个聚焦区相对于工件移动，以对工件进行激光加工。
[0018]可以设置，聚焦光学器件被集成到第一射束整形装置中和/或聚焦光学器件为第一射束整形装置的一部分和/或聚焦光学器件的功能被集成到第一射束整形装置中。
[0019]尤其是，工件的材料由对形成至少一个聚焦区的激光束透明的材料制成。
[0020]透明材料应当被理解为特别是指形成至少一个聚焦区的激光束的至少70％、并且特别是至少80％、并且特别是至少90％的激光能量透射穿过的材料。
[0021]尤其是，第一输入射束是输入耦合到第一射束整形装置和/或分束元件中的第一输入射束。
[0022]尤其是，可以设置，借助至少一个聚焦区在材料中产生的材料修改是I型和/或II型修改。结果，在激光加工期间在工件的材料中产生伴随材料的折射率变化的材料修改。尤其是，可以在这些材料修改处执行材料的分离。
[0023]在一种实施方式中，设备包括第二射束整形装置，该第二射束整形装置用于对输入耦合到第一射束整形装置中的第一输入射束进行射束整形，其中，借助第二射束整形装置通过对入射在第二射束整形装置上的第二输入射束进行相位施加来将具有限定的几何形状和/或具有限定的强度轮廓的聚焦分布分配给第一输入射束，使得通过借助聚焦光学器件将从第一射束整形装置输出耦合的子射束聚焦到聚焦区的不同部分区域中，分别形成基于该几何形状和/或基于该强度轮廓的聚焦分布。由此，可以匹配形成至少一个聚焦区的聚焦分布的几何形状。结果，可以使设备灵活且多方面使用。
[0024]尤其是，第二射束整形装置相对于由设备引导的激光束的主传播方向布置在第一射束整形装置前方。
[0025]尤其是，第二输入射束为第二射束整形装置的输入射束。举例来说，第二输入射束是由设备的激光源提供的特别是具有高斯射束轮廓的激光束。
[0026]尤其是，第一输入射束是从第二射束整形装置输出耦合的射束和/或借助第二射束整形装置提供的射束。
[0027]尤其是，第二射束整形装置对分配给输入耦合到第二射束整形装置中的第二输入射束的聚焦分布进行修改和/或匹配。尤其是，借助第二射束整形装置所修改和/或匹配的聚焦分布被分配给借助第二射束整形装置提供的第一输入射束。
[0028]在一种实施方式中，可以设置，第二射束整形装置可围绕平行于第二输入射束的主传播方向的轴线旋转或者围绕平行于第二输入射束的主传播方向的轴线旋转。结果，可以例如围绕垂直于进给方向取向的旋转轴旋转至少一个聚焦区，在该进给方向上，至少一个聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对工件进行激光加工(104)的设备，所述工件具有对所述激光加工透明的材料(102)，所述设备包括第一射束整形装置(106)和聚焦光学器件(116)，所述第一射束整形装置具有分束元件(112)，所述分束元件用于将输入耦合到所述第一射束整形装置(106)中的第一输入射束(108)分束成多个子射束(114)，所述聚焦光学器件被分配给所述第一射束整形装置(106)并用于将从所述第一射束整形装置(106)输出耦合的子射束(114)成像到至少一个聚焦区(122)中，其中，借助所述分束元件(112)通过对所述第一输入射束(108)进行相位施加来对所述第一输入射束(108)进行分束，其中，所述子射束(114)被聚焦到所述至少一个聚焦区(122)的不同部分区域(120)中，以形成所述至少一个聚焦区(122)，其中，为了对所述工件(104)进行激光加工，借助所述聚焦光学器件(116)将所述至少一个聚焦区(122)以相对于所述工件(104)的外侧(144；146)的至少一个调整角(α)引入所述材料(102)中，并且其中，通过借助所述至少一个聚焦区(122)加载所述材料(102)来在所述材料(102)中产生与所述材料(102)的折射率变化相关联的材料修改(156)。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，借助所述至少一个聚焦区(122)在所述材料(102)中产生的材料修改(156)是I型修改和/或II型修改。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于第二射束整形装置(158)，所述第二射束整形装置用于对输入耦合到所述第一射束整形装置(106)中的所述第一输入射束(108)进行射束整形，其中，借助所述第二射束整形装置(158)通过对入射到所述第二射束整形装置(158)上的第二输入射束(160)进行相位施加来将具有限定的几何形状和/或具有限定的强度轮廓的聚焦分布分配给所述第一输入射束(108)，使得，通过借助所述聚焦光学器件(116)将从所述第一射束整形装置(106)输出耦合的所述子射束(114)聚焦到所述聚焦区(122)的不同部分区域(120)中，分别基于所述几何形状和/或基于所述强度轮廓形成聚焦分布(124)。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第二输入射束(160)上的相位施加是这样的，使得所述聚焦分布(124)关于所分配的主延伸方向(162)具有长形形状，和/或，所述第二输入射束(160)上的相位施加是这样的，使得所述聚焦分布(124)具有准非衍射强度轮廓和/或类贝塞尔强度轮廓。5.根据权利要求3或4所述的设备，其特征在于，所述第二输入射束(160)上的相位施加是这样的，使得所述聚焦分布(124)关于所分配的主延伸方向(166)具有强度轮廓，与高斯强度轮廓的情况相比，所述强度轮廓从所述强度轮廓的强度最大值(164)处的最大强度开始更快地下降到所述最大强度的1/e2倍，为高斯强度轮廓的情况的速度的约3倍，和/或，所述第二输入射束(160)上的相位施加是这样的，使得所述聚焦分布(124)具有突然自聚焦射束的形状和/或强度轮廓。6.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述聚焦分布(124)的中间图像(168)借助所述第二射束整形装置(158)形成，并且尤其特征在于，所述聚焦分布(124)的所述中间图像(168)关于所述第二输入射束(160)的主传播方向(267)布置在所述第一射束整形装置(106)前方。7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备，其特征在于分配给所述第二射束整形装置(158)的远场光学器件(170)，其中，借助所述远场光学器件(170)将从所述第二射束整形装置(158)输出耦合的输出射束(172)远场聚焦到所述远场光学器件(170)的焦平面(174)中，
并且尤其特征在于，所述第一射束整形装置(106)布置在所述焦平面(174)的区域中。8.根据权利要求6和7所述的设备，其特征在于，借助所述远场光学器件(170)将借助所述第二射束整形装置(158)形成的聚焦分布(124)的中间图像(168)远场聚焦到所述焦平面(174)中。9.根据权利要求7或8所述的设备，其特征在于，所述远场光学器件(170)和所述聚焦光学器件(116)形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：通快激光与系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：