▶ トルンプフ レーザー− ウント ジュステームテヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-01
(54)【発明の名称】ワークピースをレーザ加工するための装置及び方法
(51)【国際特許分類】
B23K 26/53 20140101AFI20240125BHJP
B23K 26/067 20060101ALI20240125BHJP
B23K 26/073 20060101ALI20240125BHJP
B23K 26/064 20140101ALI20240125BHJP
【ＦＩ】
B23K26/53
B23K26/067
B23K26/073
B23K26/064 N
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023546504
(86)(22)【出願日】2022-01-25
(85)【翻訳文提出日】2023-08-01
(86)【国際出願番号】 EP2022051538
(87)【国際公開番号】W WO2022167257
(87)【国際公開日】2022-08-11
(31)【優先権主張番号】102021102391.2
(32)【優先日】2021-02-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(31)【優先権主張番号】102021108509.8
(32)【優先日】2021-04-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】506065105
【氏名又は名称】トルンプフ レーザー－ ウント ジュステームテヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＴＲＵＭＰＦ Ｌａｓｅｒ－ ｕｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｊｏｈａｎｎ－Ｍａｕｓ－Ｓｔｒａｓｓｅ ２， Ｄ－７１２５４ Ｄｉｔｚｉｎｇｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】ミリアム カイザー
(72)【発明者】
【氏名】ダニエル フラム
(72)【発明者】
【氏名】フェリックス ツィンマーマン
(72)【発明者】
【氏名】ヨナス クライナー
【テーマコード（参考）】
4E168
【Ｆターム（参考）】
4E168AE01
4E168DA02
4E168DA04
4E168DA39
4E168EA02
4E168EA06
4E168JA14
4E168KB02
(57)【要約】
本発明は、レーザ加工に対して透明な材料（１０２）を有するワークピース（１０４）をレーザ加工するための装置に関し、装置は、第１のビーム成形デバイス（１０６）に入力結合された第１の入力ビーム（１０８）を複数の成分ビーム（１１４）に分割するためのビーム分割要素（１１２）を有する第１のビーム成形デバイス（１０６）と、第１のビーム成形デバイス（１０６）に割り当てられ、第１のビーム成形デバイス（１０６）から出力結合された成分ビーム（１１４）を少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）内に結像させるように機能する集束光学ユニット（１１６）と、を備え、第１の入力ビーム（１０８）が、第１の入力ビーム（１０８）への位相付与によって、ビーム分割要素（１１２）によって分割され、成分ビーム（１１４）が、少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）を形成する目的で、少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）の異なる部分領域（１２０）内に集束され、少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）が、集束光学ユニット（１１６）によって、ワークピース（１０４）をレーザ加工するためにワークピース（１０４）の外面（１４４；１４６）に対して少なくとも１つの作業角度（α）で材料（１０２）内に導入され、材料（１０２）の屈折率変化に関連する材料改質部（１５６）が、材料（１０２）を少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）に露出させることによって、材料（１０２）内に生成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ加工に対して透明な材料（１０２）を有するワークピース（１０４）をレーザ加工するための装置であって、第１のビーム成形デバイス（１０６）に入力結合された第１の入力ビーム（１０８）を複数の成分ビーム（１１４）に分割するためのビーム分割要素（１１２）を有する前記第１のビーム成形デバイス（１０６）と、前記第１のビーム成形デバイス（１０６）に割り当てられ、前記第１のビーム成形デバイス（１０６）から出力結合された成分ビーム（１１４）を少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）内に結像させるように機能する集束光学ユニット（１１６）と、を備え、前記第１の入力ビーム（１０８）が、前記第１の入力ビーム（１０８）への位相付与によって、前記ビーム分割要素（１１２）によって分割され、前記成分ビーム（１１４）が、前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）を形成する目的で、前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）の異なる部分領域（１２０）内に集束され、前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）が、前記集束光学ユニット（１１６）によって、前記ワークピース（１０４）をレーザ加工するために前記ワークピース（１０４）の外面（１４４；１４６）に対して少なくとも１つの作業角度（α）で前記材料（１０２）内に導入され、前記材料（１０２）の屈折率変化に関連する材料改質部（１５６）が、前記材料（１０２）を前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）に露出させることによって、前記材料（１０２）内に生成される、装置。
【請求項2】
前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）によって前記材料（１０２）内に生成された前記材料改質部（１５６）が、タイプＩ及び／又はタイプＩＩの改質部である、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記第１のビーム成形デバイス（１０６）に入力結合された前記第１の入力ビーム（１０８）をビーム成形するための第２のビーム成形デバイス（１５８）を備えることを特徴とし、定義された幾何学的形状を有する及び／又は定義された強度プロファイルを有する焦点分布が、前記第２のビーム成形デバイス（１５８）によって、前記第２のビーム成形デバイス（１５８）に入射する第２の入力ビーム（１６０）への位相付与によって前記第１の入力ビーム（１０８）に割り当てられ、その結果、前記集束光学ユニット（１１６）によって、前記第１のビーム成形デバイス（１０６）から出力結合された前記成分ビーム（１１４）を前記焦点ゾーン（１２２）の異なる部分領域（１２０）内に集束させることにより、各場合に、この幾何学的形状に基づく及び／又はこの強度プロファイルに基づく焦点分布（１２４）が形成される、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項4】
前記第２の入力ビーム（１６０）への前記位相付与が、前記焦点分布（１２４）が、割り当てられた主拡大方向（１６２）に対して細長い形状を有するようなものであり、及び／又は前記第２の入力ビーム（１６０）への前記位相付与が、前記焦点分布（１２４）が、準非回折及び／又はベッセル状の強度プロファイルを有するようなものである、請求項３に記載の装置。
【請求項5】
前記第２の入力ビーム（１６０）への前記位相付与が、前記焦点分布（１２４）が、前記強度プロファイルの強度最大値（１６４）において最大強度値から進んで、ガウス強度プロファイルの場合よりも約３倍速く前記強度最大値の１／ｅ２倍まで低下する、割り当てられた主拡大方向（１６６）に対する強度プロファイルを有するようなものであり、並びに／又は前記第２の入力ビーム（１６０）への前記位相付与が、前記焦点分布（１２４）が、急激に自動集束するビームの形状及び／若しくは強度プロファイルを有するようなものである、請求項３又は４に記載の装置。
【請求項6】
前記第２のビーム成形デバイス（１５８）によって前記焦点分布（１２４）の中間像（１６８）が形成され、特に、前記焦点分布（１２４）の前記中間像（１６８）が、前記第２の入力ビーム（１６０）の主伝搬方向（２６７）に対して前記第１のビーム成形デバイス（１０６）の上流に配置されている、請求項３～５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項7】
前記第２のビーム成形デバイス（１５８）に割り当てられた遠視野光学ユニット（１７０）を特徴とし、前記遠視野光学ユニット（１７０）が、前記第２のビーム成形デバイス（１５８）から前記遠視野光学ユニット（１７０）の焦点面（１７４）に出力結合された出力ビーム（１７２）の遠視野集束のために使用され、特に、前記第１のビーム成形デバイス（１０６）が、この焦点面（１７４）の領域内に配置されている、請求項３～６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項8】
前記遠視野光学ユニット（１７０）が、前記第２のビーム成形デバイス（１５８）によって形成された前記焦点分布（１２４）の中間像（１６８）を前記焦点面（１７４）内に遠視野集束するために使用される、請求項７に記載の装置。
【請求項9】
前記遠視野光学ユニット（１７０）及び前記集束光学ユニット（１１６）が、テレスコープデバイス（１７８）を形成し、及び／又は前記遠視野光学ユニット（１７０）及び前記集束光学ユニット（１１６）が、共通の焦点面（１７４）を有し、特に、前記第１のビーム成形デバイス（１０６）が、この共通の焦点面（１７４）の領域内に配置されている、請求項７又は８に記載の装置。
【請求項10】
前記第１の入力ビーム（１０８）に、定義された幾何学的形状及び／若しくは定義された強度プロファイルを有する焦点分布が割り当てられ、前記第１のビーム成形デバイス（１０６）から出力結合された前記成分ビーム（１１４）にも同様に、この幾何学的形状及び／若しくはこの強度プロファイルが割り当てられ、並びに／又は前記第１のビーム成形デバイス（１０６）から出力結合された前記成分ビーム（１１４）を前記焦点ゾーン（１２２）の異なる部分領域（１２０）内に集束させるために前記集束光学ユニット（１１６）を使用することにより、この幾何学的形状に基づいて及び／若しくはこの強度プロファイルに基づいて、それぞれの焦点分布（１２４）の形成をもたらす、請求項１～９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項11】
前記第１のビーム成形デバイス（１０６）が、前記第１の入力ビーム（１０８）に割り当てられた焦点分布を修正するためのビーム成形要素（１３０）を備え、前記ビーム成形要素（１３０）が、前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）が前記ワークピース（１０４）をレーザ加工するために前記ワークピース（１０４）に対して移動される前進方向（１２９）に対して垂直に配向された断面において、少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）内に結像された前記焦点分布（１２４）の幾何学的形状及び／若しくは強度プロファイルの修正及び／若しくは整列をもたらすように使用され、並びに／又はビーム成形要素（１３０）が、前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）が前記ワークピース（１０４）をレーザ加工するために前記ワークピース（１０４）に対して移動される前進方向（１２９）に対して平行に配向された断面において、前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）内に結像された前記焦点分布（１２４）の前記幾何学的形状及び／若しくは強度プロファイルの修正及び／若しくは整列をもたらすように使用される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項12】
前記焦点分布（１２４）の前記幾何学的形状及び／又は強度プロファイルの主拡大方向（１３４）の整列（１３６）が、前記ビーム成形要素（１３０）によって、前記前進方向（１２９）に対して垂直に配向された断面内で調整可能であるか又は調整され、特に、前記主拡大方向（１３４）が前記焦点ゾーン（１２２）の対応する局所拡大方向（１３８）に対して平行又はほぼ平行に配向されるように、前記整列（１３６）が調整される、請求項１１に記載の装置。
【請求項13】
前記ビーム成形要素（１３０）が、前記前進方向（１２９）に対して平行に配向された断面における前記焦点分布（１２４）の前記強度プロファイルに、前記強度プロファイルが少なくとも１つの優先方向（１３２）を有するように修正をもたらし、特に、前記少なくとも１つの優先方向（１３２）が、前記前進方向（１２９）に対して平行又は斜め又は垂直に配向されている、請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項14】
前記第１のビーム成形デバイス（１０６）が、前記第１のビーム成形デバイス（１０６）から出力結合された前記成分ビーム（１１４）が各々、少なくとも２つの異なる偏光状態のうちの１つを有するように構成された偏光ビーム分割要素（１２６）を備え、異なる偏光状態を有する成分ビーム（１１４）が、前記集束光学ユニット（１１６）によって前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）の隣接する部分領域（１２０）内に集束される、請求項１～１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項15】
レーザ加工に対して透明な材料（１０２）を有するワークピース（１０４）をレーザ加工するための方法であって、第１のビーム成形デバイス（１０６）に入力結合された第１の入力ビーム（１０８）を複数の成分ビーム（１１４）に分割するために、前記第１のビーム成形デバイス（１０６）のビーム分割要素（１１２）が使用され、前記第１のビーム成形デバイス（１０６）に割り当てられた集束光学ユニット（１１６）によって、前記第１のビーム成形デバイス（１０６）から出力結合された前記成分ビーム（１１４）が、少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）内に集束され、前記第１の入力ビーム（１０８）が、前記第１の入力ビーム（１０８）への位相付与によって、前記ビーム分割要素（１１２）によって分割され、前記成分ビーム（１１４）が、前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）を形成する目的で、前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）の異なる部分領域（１２０）内に集束され、前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）が、前記集束光学ユニット（１１６）によって、前記ワークピース（１０４）をレーザ加工するために前記ワークピース（１０４）の外面（１４４；１４６）に対して少なくとも１つの作業角度（α）で前記材料（１０２）内に導入され、前記材料（１０２）の屈折率変化に関連する材料改質部（１５６）が、前記材料（１０２）を前記少なくとも１つの焦点ゾーン（１２２）に露出させることによって、前記材料（１０２）内に生成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ加工に対して透明な材料を有するワークピースをレーザ加工するための装置に関する。
【0002】
本発明はまた、レーザ加工に対して透明な材料を有するワークピースをレーザ加工するための方法に関する。
【背景技術】
【0003】
（特許文献１）は、レーザビームによってガラス基板上に角度付けされたエッジ領域を形成するための方法を開示しており、角度付けされたエッジ領域の形状は、レーザビームの軸方向エネルギー分布を適合させることによって適合される。
【0004】
本発明は、冒頭に述べた装置及び冒頭に述べた方法を提供するという目的に基づいており、これらは、多くの方法で柔軟に使用可能であり、特に、これらによって、異なる加工形状に沿ったワークピースのレーザ加工が技術的に簡単な方法で実施可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０２０／０１４７７２９Ａ１号明細書
【特許文献2】独国特許出願公開第１０ ２０２０ ２０７ ７１５．０号明細書
【特許文献3】独国特許出願公開第１０ ２０１９ ２１７ ５７７．５号明細書
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】Ｋ Ｉｔｏｈらによる、「Ｕｌｔｒａｆａｓｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ Ｂｕｌｋ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」ＭＲＳ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，ｖｏｌ．３１，ｐ．６２０（２００６）
【非特許文献2】Ｄ．Ｆｌａｍｍらによる科学出版物、「Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｌｉｇｈｔ ｆｏｒ ｕｌｔｒａｆａｓｔ ｌａｓｅｒ ｍｉｃｒｏ－ ａｎｄ ｎａｎｏｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」，ａｒＸｉｖ：２０１２．１０１１９ｖ１［ｐｈｙｓｉｃｓ．ｏｐｔｉｃｓ］（２０２０年１２月１８日）
【非特許文献3】Ｆｒｅｄ Ｍ．Ｄｉｃｋｅｙによる書籍、「Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｓｈａｐｉｎｇ：Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」，ｅｄ．，ＣＲＣ ｐｒｅｓｓ，（２０１４）
【非特許文献4】Ｉ．Ｃｈｒｅｍｍｏｓらによる科学出版物、「Ｂｅｓｓｅｌ－ｌｉｋｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｂｅａｍｓ ｗｉｔｈ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓ」，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．３７，ｎｏ．２３（２０１２年１２月１日）
【非特許文献5】Ｅｆｒｅｍｉｄｉｓ、Ｎｉｋｏｌａｏｓ Ｋ．、及びＤｅｍｅｔｒｉｏｓ Ｎ．Ｃｈｒｉｓｔｏｄｏｕｌｉｄｅｓによる科学刊行物、「Ａｂｒｕｐｔｌｙ ａｕｔｏｆｏｃｕｓｉｎｇ ｗａｖｅｓ」，Ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ ３５．２３（２０１０）：４０４５－４０４７
【非特許文献6】Ｐａｐａｚｏｇｌｏｕらによる、「Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ａｂｒｕｐｔｌｙ ａｕｔｏｆｏｃｕｓｉｎｇ ｗａｖｅｓ」，Ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ ３６．１０（２０１１）：１８４２－１８４４
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
冒頭に述べた装置の場合、この目的は、本発明によれば、以下の装置によって達成され、装置は、第１のビーム成形デバイスに入力結合された第１の入力ビームを複数の成分ビームに分割するためのビーム分割要素を有する第１のビーム成形デバイスと、第１のビーム成形デバイスに割り当てられ、第１のビーム成形デバイスから出力結合された成分ビームを少なくとも１つの焦点ゾーン内に結像させるように機能する集束光学ユニットと、を備え、第１の入力ビームが、第１の入力ビームへの位相付与によって、ビーム分割要素によって分割され、成分ビームが、少なくとも１つの焦点ゾーンを形成する目的で、少なくとも１つの焦点ゾーンの異なる部分領域内に集束され、少なくとも１つの焦点ゾーンが、集束光学ユニットによって、ワークピースをレーザ加工するためにワークピースの外面に対して少なくとも１つの作業角度で材料内に導入され、材料の屈折率変化に関連する材料改質部が、材料を少なくとも１つの焦点ゾーンに露出させることによって、材料内に生成される。
【0008】
ビーム分割要素によって第１の入力ビームを位相付与に基づいて分割し、且つその後に形成された成分ビームを集束させることによって、少なくとも１つの焦点ゾーンを技術的に簡単な方法で異なる形状で形成することが可能である。その結果、少なくとも１つの焦点ゾーンは、特に異なる部分を形成することができ、その部分は、各々、異なる形状及び／又は異なる作業角度を有する。その結果、異なる加工形状を有するワークピースのレーザ加工を、技術的に簡単な方法で達成することができる。
【0009】
本発明による解決策の場合、特に、少なくとも１つの焦点ゾーンは、ワークピースに対する光学ユニットの角度付けを必要とすることなく、作業角度で材料内に導入することができる。
【0010】
材料改質部が材料の屈折率変化に関連するということは、特に、材料改質部が材料の屈折率変化を伴うこと、及び／又は材料改質部が形成されると材料の屈折率に変化があることを意味すると理解されるべきである。
【0011】
特に、ビーム分割要素は、回折ビーム分割要素及び／又は３次元ビーム分割要素として形成される。ビーム分割要素は、好ましくは、第１の入力ビームのビーム断面への位相付与をもたらす。
【0012】
特に、第１の入力ビームは、第１の入力ビームの位相の純粋な位相操作のためにビーム分割要素によって分割される。特に、ビーム分割要素によって実施される第１の入力ビームへの位相付与は、可変的に調整可能及び／又は定義可能である。
【0013】
特に、少なくとも１つの集点ゾーンが複数の焦点分布を有するように、及び／又は複数の焦点分布から形成されるようにすることができる。例として、焦点分布は、焦点ゾーンの異なる部分領域内に配置される。
【0014】
焦点ゾーンのそれぞれの焦点分布は、焦点ゾーン内に、特に互いに距離をおいて配置される。しかしながら、それぞれの焦点分布が、少なくとも特定の部分において空間的にオーバーラップすることが可能である。
【0015】
特に、少なくとも１つの焦点ゾーンは、平面内において延びる。そこから少なくとも１つの焦点ゾーンが形成される焦点分布は、好ましくは、平面内に配置される。特に、この平面は、ワークピースをレーザ加工する目的で少なくとも１つの焦点ゾーンがワークピースに対して移動される前進方向に対して垂直に配向される。
【0016】
特に、ビーム分割要素によって付与される位相分布のレンズ成分及び／又は格子成分が、少なくとも１つの焦点ゾーンの各焦点分布に割り当てられる。特に、付与された位相分布は、複数の重畳されたレンズ成分及び／又は格子成分を含み、少なくとも１つの焦点ゾーンの各焦点分布には、レンズ成分及び／又は格子成分が割り当てられる。その結果、ワークピースをレーザ加工する目的で、ワークピースに対して焦点ゾーンが移動される前進方向に対して垂直に配向された平面内において、空間オフセットを有する焦点ゾーンの異なる焦点分布を配置することが可能である。
【0017】
例として、第１のビーム成形デバイスは、遠視野ビーム成形要素の形態であるか、又は１つ以上の遠視野ビーム成形要素を備える。例として、少なくとも１つの焦点ゾーンは、集束光学ユニットによって、第１のビーム成形デバイスから焦点ゾーンのそれぞれの部分領域内に出力結合された成分ビームを集束させることによって形成される。
【0018】
例として、集束光学ユニットは、マイクロスコープ対物レンズ又はレンズ要素の形態である。
【0019】
一実施形態では、第１のビーム成形デバイスが、第１の入力ビームの主伝搬方向に対して平行な軸を中心に回転可能又は回転するようにすることができる。その結果、少なくとも１つの焦点ゾーンを、例えば、ワークピースをレーザ加工する目的でワークピースに対して少なくとも１つの焦点ゾーンが移動される前進方向に対して垂直に配向された回転軸を中心に回転させることが可能である。
【0020】
集束光学ユニットが第１のビーム成形デバイスに統合されるように、及び／又は集束光学ユニットが第１のビーム成形デバイスの一部となるように、及び／又は集束光学ユニットの機能が第１のビーム成形デバイスに統合されるようにすることができる。
【0021】
特に、ワークピースの材料は、少なくとも１つの焦点ゾーンが形成されるレーザビームに対して透明な材料から製造される。
【0022】
透明な材料とは、特に、少なくとも１つの焦点ゾーンを形成するレーザビームのレーザエネルギーの少なくとも７０％、特に少なくとも８０％、特に少なくとも９０％が透過する材料を意味すると理解されるべきである。
【0023】
特に、第１の入力ビームは、第１のビーム成形デバイス及び／又はビーム分割要素内に入力結合された第１の入力ビーム入力である。
【0024】
特に、少なくとも１つの焦点ゾーンによって材料内に生成された材料改質部が、タイプＩ及び／又はタイプＩＩの改質部であるようにすることができる。その結果、材料の屈折率変化を伴う材料改質部が、レーザ加工中にワークピースの材料内に生成される。特に、材料は、これらの材料改質部において分離され得る。
【0025】
一実施形態では、装置は、第１のビーム成形デバイスに入力結合された第１の入力ビームをビーム成形するための第２のビーム成形デバイスを備え、定義された幾何学的形状を有する及び／又は定義された強度プロファイルを有する焦点分布が、第２のビーム成形デバイスによって、第２のビーム成形デバイスに入射する第２の入力ビームへの位相付与によって第１の入力ビームに割り当てられ、その結果、集束光学ユニットによって、第１のビーム成形デバイスから出力結合された成分ビームを焦点ゾーンの異なる部分領域内に集束させることにより、各場合に、この幾何学的形状に基づく及び／又はこの強度プロファイルに基づく焦点分布が形成される。その結果、少なくとも１つの焦点ゾーンが形成される焦点分布の形状を適合させることができる。その結果、装置の柔軟で多面的な使用が可能になる。
【0026】
特に、第２のビーム成形デバイスは、装置によって案内されるレーザビームの主伝搬方向に対して、第１のビーム成形デバイスの上流に配置される。
【0027】
特に、第２の入力ビームは、第２のビーム成形デバイスの入力ビームである。例として、第２の入力ビームは、装置のレーザ源から提供される、特にガウスビームプロファイルを有するレーザビームである。
【0028】
特に、第１の入力ビームは、第２のビーム成形デバイスから出力結合されるビーム、及び／又は第２のビーム成形デバイスによって提供されるビームである。
【0029】
特に、第２のビーム成形デバイスは、第２のビーム成形デバイスに入力結合される第２の入力ビームに割り当てられた焦点分布を修正及び／又は適合させる。特に、第２のビーム成形デバイスによって修正及び／又は適合された焦点分布は、第２のビーム成形デバイスによって提供される第１の入力ビームに割り当てられる。
【0030】
一実施形態では、第２のビーム成形デバイスが、第２の入力ビームの主伝搬方向に対して平行な軸を中心に回転可能又は回転するようにすることができる。その結果、少なくとも１つの焦点ゾーンを、例えば、ワークピースをレーザ加工する目的でワークピースに対して少なくとも１つの焦点ゾーンが移動される前進方向に対して垂直に配向された回転軸を中心に回転させることが可能である。
【0031】
特に、第２の入力ビームへの位相付与は、焦点分布が、割り当てられた主拡大方向に対して細長い形状を有するようなものであり、及び／又は第２の入力ビームへの位相付与は、焦点分布が、準非回折及び／又はベッセル状の強度プロファイルを有するようなものであるようにすることができる。その結果、少なくとも１つの焦点ゾーンを、例えば、細長い形状を有する複数の焦点分布から構築することができる。結果として、特に、対応する細長い及び／又は線状の材料改質部を形成することが可能であり、その結果、例えば材料分離のためのエッチング液の導入の改善が可能になる。
【0032】
第２のビーム成形デバイスは、特に位相付与を実施するためのビーム成形要素、例えば回折光学要素及び／又はアキシコン要素であるか、又はそれらを備える。
【0033】
特に、細長い形状を有する焦点分布の主拡大方向は、斜めに、特に、ワークピースをレーザ加工する目的でワークピースに対して少なくとも１つの焦点ゾーンが移動される前進方向に対して垂直に配向される。
【0034】
第２の入力ビームへの位相付与が、焦点分布が、強度プロファイルの強度最大値において最大強度値から進んで、ガウス強度プロファイルの場合よりも約３倍速く強度最大値の１／ｅ２倍まで低下する、割り当てられた主拡大方向に対する強度プロファイルを有するようなものである場合、並びに／又は第２の入力ビームへの位相付与が、焦点分布が、急激に自動集束するビームの形状及び／若しくは強度プロファイルを有するようなものである場合、有利であり得る。これらの焦点分布の強度が急速に低下する結果として、加工される材料への損傷が低減され、より精密な材料加工が行われる。その結果、材料は、特に平面的及び／又は滑らかなエッジで分離され得る。
【0035】
例として、最大強度値から最大強度値の１／ｅ２倍までの強度の低下は、ガウス強度プロファイルの場合よりも、少なくとも２．５倍だけ速く及び／又は３．５倍以下だけ速い。
【0036】
特に、主拡大方向における強度最大値から進んで、強度プロファイルは、強度の低下が形成される低下している強度フランクを有する。特に、低下している強度フランク後の主拡大方向における強度プロファイルの強度は、強度最大値の１／ｅ２倍の値未満である。
【0037】
好ましくは、低下している強度フランクは、ワークピースをレーザ加工しているときに製品ピースセグメントに面する。その結果、特に滑らかな切断エッジが、特に材料分離の範囲内で実現され得る。
【0038】
前述の強度最大値は、特に、強度プロファイルの主要最大値及び／又はグローバル最大値である。特に、強度プロファイルは、１つ以上の２次最大値を有し、これらは、主拡大方向に対して反対側の強度最大値に隣接している。特に、２次最大値のそれぞれの最大強度値は、主要最大値からの距離が増加するにつれて減少する。
【0039】
特に、２次最大値は、ワークピースをレーザ加工するときの、残留ワークピースセグメント及び／又はスクラップセグメント内に位置する。その結果、例えば、材料分離のためのエッチング攻撃を促進するクラック及び／又はチャネルが、残留ワークセグメント及び／又はスクラップセグメント内に形成され得る。
【0040】
特に、これらの焦点分布の主拡大方向は、第２の入力ビームの主伝搬方向に対して平行又はほぼ平行に配向される。
【0041】
第２のビーム成形デバイスによって焦点分布の中間像が形成されるようにすることができ、特に、焦点分布の中間像は、第２の入力ビームの主伝搬方向に対して第１のビーム成形デバイスの上流に配置される。
【0042】
第２のビーム成形デバイスは、特に、近視野ビーム成形デバイスの形態であり、すなわち、中間像としての焦点分布の結像は、特に第２のビーム成形デバイスによって実施される。
【0043】
特に、第２のビーム成形デバイスによって形成される中間像は、第１のビーム成形デバイスに入力結合された第１の入力ビームに割り当てられた焦点分布の画像表現である。
【0044】
一実施形態では、装置は、第２のビーム成形デバイスに割り当てられた遠視野光学ユニットを備え、遠視野光学ユニットは、第２のビーム成形デバイスから遠視野光学ユニットの焦点面に出力結合された出力ビームの遠視野集束のために使用され、特に、第１のビーム成形デバイスは、この焦点面の領域内に配置される。
【0045】
特に、次いで遠視野光学ユニットから出力結合された出力ビームは、第１のビーム成形デバイス内に入力結合される第１の入力ビームに対応する。
【0046】
焦点面の領域は、特に、焦点面の周りに延びる領域を意味すると理解されるべきであり、この領域は、特に、焦点面から遠視野光学ユニットの焦点距離の１０％の最大距離を有する。
【0047】
特に、遠視野光学ユニットは、第２のビーム成形デバイスによって形成された焦点分布の中間像を焦点面内に遠視野集束するために使用されるようにすることができる。
【0048】
特に、遠視野光学ユニットは、第２のビーム成形デバイスによって生成された中間像及び／又は第２のビーム成形デバイスによって生成された焦点分布のフーリエ変換をもたらす。
【0049】
遠視野光学ユニットが第２のビーム成形デバイスに統合されるように、及び／又は遠視野光学ユニットが第２のビーム成形デバイスの一部となるように、及び／又は遠視野光学ユニットの機能が第２のビーム成形デバイスに統合されるようにすることができる。
【0050】
特に、第１の入力ビームの横断強度分布は、焦点面においてリング構造及び／又はリングセグメント構造を有する。
【0051】
遠視野光学ユニット及び集束光学ユニットがテレスコープデバイスを形成するように、及び／又は遠視野光学ユニット及び集束光学ユニットが共通の焦点面を有するようにすることができ、特に、第１のビーム成形デバイスが、この共通の焦点面の領域内に配置される。
【0052】
特に、遠視野光学ユニットの焦点距離は、集束光学ユニットの焦点距離よりも大きい。
【0053】
特に、第１の入力ビームに、定義された幾何学的形状及び／若しくは定義された強度プロファイルを有する焦点分布が割り当てられ、第１のビーム成形デバイスから出力結合された成分ビームにも同様に、この幾何学的形状及び／若しくはこの強度プロファイルが割り当てられ、並びに／又は第１のビーム成形デバイスから出力結合された成分ビームを少なくとも１つの焦点ゾーンの異なる部分領域内に集束させるために集束光学ユニットを使用することにより、この幾何学的形状に基づいて及び／若しくはこの強度プロファイルに基づいて、それぞれの焦点分布の形成がもたらされるようにすることができる。その結果、特に、少なくとも１つの焦点ゾーンは、定義された形状を有する相互に間隔をおいて配置された及び／又は隣接する焦点分布から構築され得る。更に、これにより、例えば、ビーム分割要素によるビーム分割を理由に、事実上同一のコピーとして焦点分布を共につなぎ合わせることによって、少なくとも１つの焦点ゾーンの形成をもたらす。
【0054】
定義された幾何学的形状及び／又は定義された強度プロファイルの第１の入力ビームへの割り当ては、例えば、第１の入力ビームを提供するレーザ源によって実施される。或いは、この割り当ては、上述の第２のビーム成形デバイスによって実施される。
【0055】
一実施形態では、ビーム分割要素及び／又は第１のビーム成形デバイスに入射する第１の入力ビームは、例えばレーザ源から直接発生する場合、ガウス強度プロファイルを有する。その結果、少なくとも１つの焦点ゾーンは、例えば、ガウス形状及び／又はガウス強度プロファイルを有する複数の隣接する「焦点」から構築及び／又は形成される。
【0056】
第１のビーム成形デバイスが、第１の入力ビームに割り当てられた焦点分布を修正するためのビーム成形要素を備え、ビーム成形要素が、少なくとも１つの焦点ゾーンがワークピースをレーザ加工するためにワークピースに対して移動される前進方向に対して垂直に配向された断面において、少なくとも１つの焦点ゾーン内に結像された焦点分布の幾何学的形状及び／若しくは強度プロファイルの修正及び／若しくは整列をもたらすように使用され、並びに／又はビーム成形要素が、少なくとも１つの焦点ゾーンがワークピースをレーザ加工するためにワークピースに対して移動される前進方向に対して平行に配向された断面において、少なくとも１つの焦点ゾーン内に結像された焦点分布の幾何学的形状及び／若しくは強度プロファイルの修正及び／若しくは整列をもたらすように使用される場合、有利であり得る。
【0057】
特に、前進方向に対して平行に配向された断面は、焦点分布が形成されるビームの主伝搬方向に対して垂直に配向される。
【0058】
第１のビーム成形デバイスのビーム成形要素は、特に、第１のビーム成形デバイス内に入力結合された入力ビームの第１のビーム成形デバイス内、及び／又はその第１のビーム成形デバイスによって修正を実施するために使用される。
【0059】
特に、ビーム成形要素は、回折ビーム成形要素又は屈折ビーム成形要素であるか若しくはそれらを含み、及び／又はビーム成形要素は、回折フィールドマッパであるか若しくはそれを含む。特に、ビーム成形要素は、ビーム成形要素に入力結合された入力ビーム上に定義された波面収差を付与するために使用され得る。
【0060】
特に、ビーム成形要素は、第１のビーム成形デバイスから出力結合された成分ビームに、ビーム成形要素によって修正された焦点分布が割り当てられるように構成され、その結果、集束光学ユニットによって、第１のビーム成形要素から出力結合された成分ビームを焦点ゾーンの異なる部分領域内に集束することにより、この修正された幾何学的形状及び／又はこの修正された強度プロファイルを有する焦点分布のそれぞれの形成をもたらす。
【0061】
特に、この修正された形状及び／又は修正された強度分布は、第１の入力ビームに割り当てられた、元の形状及び／又は元の強度プロファイルに基づいている。特に、修正された形状及び／又は修正された強度分布は、元の形状及び／又は元の強度プロファイルに基づく修正を意味すると理解されるべきである。
【0062】
焦点分布の幾何学的形状及び／又は強度プロファイルの主拡大方向の整列が、ビーム成形要素によって、前進方向に対して垂直に配向された断面内で調整可能であるか又は調整される場合、特に、主拡大方向が焦点ゾーンの対応する局所拡大方向に対して平行又はほぼ平行に配向されるように、整列が調整される場合、有利であり得る。例として、焦点ゾーンの局所拡大方向に対してほぼ平行に配向された被加工材の材料における材料改質部の形成が、それによって達成され得る。特に、これにより、材料の最適な分離が可能になる。
【0063】
また、焦点分布の幾何学的形状及び／又は強度プロファイルの主拡大方向が対応する局所拡大方向に対して斜めに配向されるような方法で実施されるように、主拡大方向の整列を行うことができる。例として、主拡大方向は、局所拡大方向に対して少なくとも１°及び／又は最大９０°の最小角度を含む。その結果、焦点分布は、例えば、ワークピースのレーザ加工中に生じる残留ワークピースセグメント及び／又はスクラップセグメント内の少なくとも特定の部分内に位置する。結果として、材料分離のためのエッチング攻撃を促進する材料改質部及び／又はチャネルが、例えば、残留ワークセグメント及び／又はスクラップセグメント内に形成される。
【0064】
原理的な問題として、更に、前進方向に対して垂直に配向された断面内の焦点分布を、ビーム成形要素によって、その焦点分布がこの断面内で前進方向に対して垂直な主拡大方向を有するように修正することも可能である。
【0065】
前進方向に対して垂直な横断平面における焦点分布を、ビーム成形要素によって、その焦点分布が湾曲した長手方向中心軸を有するように修正されるようにすることができる。
【0066】
ビーム成形要素が、前進方向に対して平行に配向された断面における焦点分布の強度プロファイルに、強度プロファイルが少なくとも１つの優先方向を有するように修正をもたらし、特に、少なくとも１つの優先方向が、前進方向に対して平行又は斜め又は垂直に配向される場合、有利であり得る。その結果、レーザ加工中のワークピースの材料における材料改質部の形成を、特に制御及び／又は最適化することができる。例えば、これにより、材料分離を目的としたエッチング液の導入の改善を可能にする。
【0067】
特に、少なくとも１つの優先方向及び前進方向が、共通の平面内に位置する。
【0068】
例として、焦点分布の強度プロファイルは、ビーム成形要素によって、前進方向に対して平行な面内で、例えば楕円状に、又は長方形状若しくは正方形状に形成される。
【0069】
例として、楕円の半長軸は、楕円状の焦点分布の優先方向を意味すると理解されるべきである。
【0070】
例として、楕円の形状の焦点分布の優先方向は、前進方向に対して平行又はほぼ平行に配向される。
【0071】
正方形又は長方形の形状の焦点分布は、例えば、２つの優先方向を有し、これらの方向は各々、正方形の２つの対向する点の接続方向に対して平行に配向される。例として、優先方向の一方は、前進方向に対して平行に、他方は、それに対して垂直に配向される。
【0072】
前進方向に対して平行に配向された断面における焦点分布の少なくとも１つの優先方向の整列が、第１のビーム成形デバイスのビーム成形要素によって調整可能又は調節される場合、有利であり得る。その結果、レーザ加工中のワークピースの材料における材料改質部の形成を、特に制御及び／又は最適化することができる。
【0073】
特に、少なくとも１つの焦点ゾーンの少なくとも１つの作業角度が、少なくとも１°及び／又は最大９０°であるようにすることができる。好ましくは、少なくとも１つの作業角度は、少なくとも１０°である。
【0074】
作業角度とは、特に、少なくとも１つの焦点ゾーンに割り当てられた局所拡大方向とワークピースの外面との間の最小角度を意味すると理解されるべきである。例として、少なくとも１つの焦点ゾーンは、この外面を通してワークピースの材料内に入力結合及び／又は導入される。
【0075】
少なくとも１つの焦点ゾーンは、異なる局所拡大方向及び／又は作業角度を有する異なる部分を有するようにすることができる。
【0076】
第１のビーム成形デバイスが、第１のビーム成形デバイスから出力結合された成分ビームが各々、少なくとも２つの異なる偏光状態のうちの１つを有するように構成された偏光ビーム分割要素を備え、異なる偏光状態を有する成分ビームが集束光学ユニットによって少なくとも１つの焦点ゾーンの隣接する部分領域内に集束される場合、有利であり得る。その結果、少なくとも１つの焦点ゾーンは、異なる偏光状態を有する焦点及び／又は焦点分布を共につなぎ合わせることによって形成され得る。
【0077】
異なる偏光状態を有する焦点及び／又は焦点分布は、特に、相互にインコヒーレントな成分ビームから形成される。その結果、焦点及び／又は焦点分布は、互いに特に小さい距離をおいて配置及び／又は並置され得る。
【0078】
偏光ビーム分割要素は、特に、偏光ビーム分割要素に入力結合されたビームを、各々が少なくとも２つの異なる偏光状態のうちの１つを有する、複数の偏光成分ビームに分割するために使用される。
【0079】
例として、偏光ビーム分割要素は、複屈折ウェッジ要素及び／又は複屈折レンズ要素を備える。例えば、これにより、成分ビームが集束光学ユニットによって集束される前に、異なる偏光状態を有する成分ビームの方向オフセット及び／又は角度オフセットを生成することが可能になる。その結果、異なる偏光状態を有する成分ビームを、少なくとも１つの焦点ゾーンの空間的に異なる部分領域内に結像させることができる。
【0080】
特に、異なる偏光状態は、異なる直線偏光状態を意味すると理解されるべきである。
【0081】
例として、偏光ビーム分割器要素は、偏光ビーム分割用の水晶振動子を備える。
【0082】
本発明によれば、冒頭に述べた方法が提供され、方法では、ビーム分割要素に入射する第１の入力ビームを複数の成分ビームに分割するために、第１のビーム成形デバイスのビーム分割要素が使用され、第１のビーム成形デバイスに割り当てられた集束光学ユニットによって、第１のビーム成形デバイスから出力結合された成分ビームが、少なくとも１つの焦点ゾーン内に集束され、第１の入力ビームが、第１の入力ビームへの位相付与によって、ビーム分割要素によって分割され、成分ビームが、少なくとも１つの焦点ゾーンを形成する目的で、少なくとも１つの焦点ゾーンの異なる部分領域内に集束され、少なくとも１つの焦点ゾーンが、集束光学ユニットによって、ワークピースをレーザ加工するためにワークピースの外面に対して少なくとも１つの作業角度で材料内に導入され、材料の屈折率変化に関連する材料改質部が、材料を少なくとも１つの焦点ゾーンに露出させることによって、材料内に生成される。
【0083】
本発明による方法は、特に、本発明による装置の１つ以上の特徴及び／又は利点を有する。
【0084】
特に、本発明による方法は、本発明による装置によって実施可能である。特に、本発明による装置は、本発明による方法を実施する。
【0085】
特に、ワークピースをレーザ加工する目的で、少なくとも１つの焦点ゾーンがワークピースの材料に対して前進方向に移動されるようにすることができる。特に、材料と少なくとも１つの焦点ゾーンとの間で、前進方向に配向された相対速度が設定されるか、又は調整可能である。
【0086】
特に、ワークピースに対する少なくとも１つの焦点ゾーンの相対移動の結果として、加工線及び／又は加工面に沿ってワークピースの材料内に材料改質部が形成されるようにすることができる。特に、ワークピースは、結果として、加工線及び／又は加工面に沿って分離され得る。
【0087】
熱的負荷及び／又は機械的応力を加えることによって、及び／又は少なくとも１つの湿式化学溶液によるエッチングによって、ワークピースの材料が加工線及び／又は加工面に沿って分離可能であるか又は分離される場合、有利であり得る。例として、エッチングは、超音波アシストエッチング浴中で実施される。
【0088】
特に、本発明による装置及び／又は本発明による方法は、以下に示される特徴のうちの１つ以上を有する。
【0089】
少なくとも１つの焦点ゾーンは、ワークピースの２つの異なる及び／又は対向する外面の間に延びるように、特に連続的に延びるようにすることができる。例として、これらの外面は、互いに平行に又は互いに斜めに配向される。その結果、ワークピースを２つの異なるセグメントに分離することができ、又はエッジ加工を目的としてワークピースからセグメントを分離することができる。結果として、例えばエッジ領域を斜角付け又は面取りすることが可能である。
【0090】
特に、少なくとも１つの焦点ゾーンは、スクラップセグメント及び／又はワークピースから分離される残留ワークピースセグメント内に材料改質部が形成されるように配置された焦点分布を有するようにすることができる。例として、材料改質部は、材料分離を目的としたエッチング液の導入を改善するためのチャネルを形成する。
【0091】
例として、少なくとも１つの焦点ゾーンの焦点分布は、これらの少なくとも特定の部分が、ワークピースのレーザ加工中に形成される残留ワークピースセグメント及び／又はスクラップセグメント内に配置されるように、又はこれらの少なくとも特定の部分がワークピースのレーザ加工中に形成される残留ワークピースセグメント内に突出するように配置される。例として、レーザ加工中に形成された材料改質部へのエッチング液の供給を促進する、材料改質部及び／又はチャネルを、結果としての残留ワークピースセグメント及び／又はスクラップセグメント内に形成することができる。これにより、材料改質部が配置される加工面に沿って、材料分離を改善することが可能になる。
【0092】
同じ理由で、少なくとも１つの焦点ゾーンの焦点分布は、それぞれの焦点分布の主要最大値及び／又はグローバル最大値が、ワークピースのレーザ加工中に生じる製品ピースセグメントに面するように、及び／又は残留ワークピースセグメントから離れる方向に面するように配置される場合、有利である。
【0093】
例として、製品ピースセグメントとは、ワークピースの分離中に生じる（残留ワークピースセグメント及び／又はスクラップセグメントとは対照的な）有用なセグメントを意味すると理解されるべきである。
【0094】
特に、焦点ゾーンが形成される焦点ゾーンの焦点分布は、２０％以下の強度変動を有する。
【0095】
特に、装置は、好ましくは非反射性及び／又は強散乱性表面を有する、ワークピース用のワークピースマウントを備える。
【0096】
特に、装置は、レーザビームを提供するためのレーザ源を備え、そこから少なくとも１つの焦点ゾーンが形成可能又は形成されるようにすることができる。特に、パルスレーザビーム及び／又は超短パルスレーザビームが、レーザ源によって提供される。
【0097】
特に、少なくとも１つの焦点ゾーンが、超短パルスレーザビームから形成されるか、又は超短パルスレーザビームによって提供される。この超短パルスレーザビームは、特に超短パルスレーザパルスを含む。
【0098】
例として、少なくとも１つの焦点ゾーンが形成可能又は形成されるレーザビームの波長は、少なくとも３００ｎｍ及び／又は１５００ｎｍ以下である。例えば、波長は、５１５ｎｍ又は１０３０ｎｍである。
【0099】
特に、少なくとも１つの焦点ゾーンが形成可能又は形成されるレーザビームは、少なくとも１Ｗ～１ｋＷの平均出力を有する。例えば、レーザビームは、少なくとも１０μＪ及び／又は最大５０ｍＪのパルスエネルギーを有するパルスを含む。レーザビームが個々のパルス又はバーストを含み、バーストが２～２０個のサブパルスを有し、特に、約２０ｎｓの時間間隔を有するようにすることができる。
【0100】
少なくとも１つの焦点ゾーンは、ワークピースをレーザ加工する目的で、ワークピースに対して少なくとも１つの焦点ゾーンが移動される前進方向に対して垂直に配向された回転軸を中心に回転可能であるようにすることができる。その結果、ワークピースは、例えば、湾曲した加工線及び／又は加工面に沿って加工され得る。
【0101】
特に、少なくとも１つの焦点ゾーンは、ワークピースをレーザ加工するための空間的に連続した相互作用領域を形成し、ワークピースの材料をこの相互作用領域に露出させることによって、特に材料の分離を可能にする局所材料改質部を、特に相互作用領域内に形成することができる。特に、相互に隣接する材料改質部の間に、クラックの形成及び／又は材料の屈折率変化が存在する。
【0102】
超短レーザパルスによって透明材料内に導入される材料改質部は、３つの異なるクラスに細分化される。（非特許文献１）を参照されたい。タイプＩは、等方性の屈折率変化であり、タイプＩＩは、複屈折の屈折率変化であり、及びタイプＩＩＩは、いわゆるボイド又は空洞である。この点で、形成される材料改質部は、そこから焦点ゾーンが形成されるレーザビームのパラメータ、例えば、レーザビームのパルス持続時間、波長、パルスエネルギー、及び繰り返し周波数などのレーザパラメータ、並びにとりわけ電子構造及び熱膨張係数などの材料特性、更に集束の開口数（ＮＡ）に依存する。
【0103】
タイプＩ型の等方性の屈折率変化は、レーザパルスによる局所的に制限された溶融及び透明材料の急速な再固化に起因する。例えば、石英ガラスが高温からより急速に冷却された場合、石英ガラスは、材料の密度及び屈折率が高くなる。したがって、焦点体積内の材料が融解し、その後、急速に冷却された場合、石英ガラスは、材料改質領域において、非改質領域におけるよりも高い屈折率を有する。
【0104】
タイプＩＩ型の複屈折の屈折率変化は、例えば、超短レーザパルスと、レーザパルスによって発生されたプラズマの電界との間の干渉によって生じ得る。この干渉により、電子プラズマ密度の周期的変調が生じ、固化時に透明材料の複屈折特性、すなわち方向依存性の屈折率がもたらされる。タイプＩＩの改質部には、例えば、いわゆるナノ格子の形成も伴う。
【0105】
例として、タイプＩＩＩの改質部のボイド（空洞）は、高いレーザパルスエネルギーによって生じさせることができる。これに関連して、ボイドの形成は、高度に励起され気化した材料が焦点体積から周囲材料に爆発的に膨張することに起因する。このプロセスは、微小爆発とも呼ばれる。この膨張は、材料塊内で発生するため、微小爆発により、より低密度の若しくは中空のコア（ボイド）又はサブマイクロメートル領域若しくは原子領域の微細欠陥がもたらされ、このボイド又は欠陥は、高密度の材料の外郭によって囲まれている。微小爆発の衝撃波面での圧縮により、クラックの自発的な形成をもたらす可能性のある又はクラックの形成を促進する可能性のある応力が透明材料内で発生する。
【0106】
特に、タイプＩの改質部及びタイプＩＩの改質部でもボイドの形成を伴うことがある。例として、タイプＩの改質部及びタイプＩＩの改質部は、導入されたレーザパルスの周りのより応力の低いエリアで生じ得る。したがって、タイプＩＩＩの改質部の導入に言及する場合、いずれの場合にもより低密度の若しくは中空のコア又は欠陥が存在する。例として、タイプＩＩＩの改質部の微小爆発によってサファイア内に生じるのは、空洞ではなく、低密度の領域である。タイプＩＩＩの改質部の場合に生じる材料応力により、このような改質部は、多くの場合、クラックの形成を更に伴うか又は少なくとも促進する。タイプＩＩＩの改質部の導入時、タイプＩの改質部及びタイプＩＩの改質部の形成を完全に抑制又は回避することはできない。したがって、「純粋な」タイプＩＩＩの改質部が見当たることはまずない。
【0107】
高いレーザビーム繰り返しレートの場合、パルス間で材料を完全に冷却することができず、結果的にパルス毎に導入される熱の蓄積効果が材料改質部に影響を及ぼし得る。例として、レーザビーム繰り返し周波数は、材料の熱拡散時間の逆数よりも高い場合があり、結果として、焦点ゾーン内において、材料の融解温度に達するまでレーザエネルギーの連続的な吸収による熱の蓄積が起こり得る。更に、焦点ゾーンの周囲のエリアへの熱エネルギーの熱輸送の結果、焦点ゾーンよりも大きい領域を溶融することができる。加熱された材料は、超短レーザパルスの導入後に急速に冷却されるため、高温状態の密度及び他の構造特性は、あたかも材料内に凍結されたようなものである。
【0108】
少なくとも１つの焦点ゾーンは、特に、複数の間隔をおいて配置された及び／又は隣接する焦点分布を含み、焦点ゾーンは、隣接する焦点分布の間に、特に材料との相互作用がないか又は無視できる相互作用が存在する、中断及び／又はゼロを有し得る。特に、焦点ゾーンのこれらの中断は、焦点ゾーンの最大範囲及び／又は最大長さの１０％以下の空間的拡大を有する。特に、これらの中断は、１００μｍ以下、特に５０μｍ以下の空間的拡大を有する。強度分布の比較的大きい中断が存在する場合、これは異なる焦点ゾーンを意味すると理解されるべきである。
【0109】
例として、少なくとも１つの焦点ゾーンは、５０μｍ～５０００μｍの全体長さを有する。
【0110】
少なくとも１つの焦点ゾーンの空間的寸法、例えばそれぞれの長さ及び／又はそれぞれの直径を決定するために、焦点ゾーンは、特定の強度閾値を上回って位置する強度値のみを含む修正された強度分布で考慮される。この点で、強度閾値は、例えば、この強度閾値未満の値が、材料改質部を形成する目的で材料との相互作用とはもはや関係しない低い強度を有するように選択される。例えば、強度閾値は、実際の強度分布のグローバル強度最大値の５０％である。それぞれの焦点域の長さ、又はそれぞれの焦点域の直径は、修正された強度分布に基づいて採用された、焦点ゾーンの長手方向中心軸に沿った又は長手方向中心軸に対して垂直に配向された平面における、それぞれの焦点ゾーンの範囲の最大長さ及び／又は最大範囲の長さを意味すると理解されるべきである。
【0111】
特に、「少なくともほぼ」又は「ほぼ」という表示は、一般的に１０％以下の偏差を意味すると理解されるべきである。別段の記載がない限り、「少なくともほぼ」又は「ほぼ」という表示は、特に、実際の値及び／又は距離及び／又は角度が、理想的な値及び／又は距離及び／又は角度から１０％以下だけ逸脱していること、及び／又は実際の幾何学的形状が、理想的な幾何学的形状から１０％以下だけ逸脱していることを意味すると理解されるべきである。
【0112】
以下の好ましい実施形態の説明は、図面と関連付けて本発明をより詳細に説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【0113】
【図1】ワークピースをレーザ加工するための装置の例示的な実施形態を示す概略図である。
【図2】ワークピースをレーザ加工するための装置の更なる例示的な実施形態を示す概略図である。
【図3a】ワークピースをレーザ加工するための焦点ゾーンの焦点分布の例示的な実施形態の概略断面図である。
【図3b】ワークピースをレーザ加工するための焦点ゾーンの焦点分布の更なる例示的な実施形態の概略断面図である。
【図3c】ワークピースをレーザ加工するための焦点ゾーンの焦点分布の更なる例示的な実施形態の概略断面図である。
【図4a】ワークピースの材料内に導入される焦点ゾーンの一例の一部の概略断面図である。
【図4b】ワークピースの材料内に導入される焦点ゾーンの更なる例の一部の概略断面図である。
【図5】ワークピースを第１の外面から第２の外面まで完全に貫通する焦点ゾーンの概略断面図である。
【図6】ワークピースの材料において、焦点ゾーンによって生成された材料改質部の概略断面図であり、これらの材料改質部は、材料内でクラックの形成を伴っている。
【図7】ワークピースの材料において、焦点ゾーンによって生成された材料改質部の概略断面図であり、これらの材料改質部は、熱の蓄積によって生成され、及び／又は材料内で屈折率変化を伴っている。
【図8】間隔をあけて配置された複数の細長い焦点分布を有する、焦点ゾーンの一例のシミュレーション強度分布の断面図である。
【図9a】急激に自動集束するレーザビームの一例のシミュレーション強度分布の断面図である。
【図10】急激に自動集束するビームの形態で、相互に間隔をおいて配置された複数の焦点分布を有する、焦点ゾーンのシミュレーション強度分布の断面図である。
【図11】急激に自動集束するビームに割り当てられた位相分布の概略図である。
【図12a】焦点ゾーンの３つの異なる例示的な実施形態のシミュレーション強度分布の断面図である。
【図12c】焦点ゾーンの３つの異なる例示的な実施形態のシミュレーション強度分布の断面図である。
【図12e】焦点ゾーンの３つの異なる例示的な実施形態のシミュレーション強度分布の断面図である。
【図13a】加工線及び／又は加工面に沿ってワークピースの材料内に生成された材料改質部の概略斜視図である。
【図13b】加工線及び／又は加工面においてワークピースを分離することによって形成される、ワークピースの２つのセグメントの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0114】
同じであるか、又は同等の機能を有する要素は、全ての例示的な実施形態において同じ参照符号によって示される。
【0115】
ワークピースをレーザ加工するための装置の例示的な実施形態が、図１に示されており、その図では１００で示されている。装置１００は、ワークピース１０４の材料１０２内に、例えばサブミクロンスケール又は原子スケールの欠陥などの、材料を弱める局所材料改質部を生成するように使用することができる。このような材料改質部において、例えば、ワークピースを異なるセグメントに分離するか、又は例えば、その後のステップでワークピース１０４からセグメントを分離することができる。特に、装置１００は、ワークピース１０４からの対応するセグメントの分離の結果としてワークピース１０４のエッジ領域が斜角付け又は面取りされるような作業角度で、材料１０２内に材料改質部を導入するように使用することができる。
【0116】
装置１００は、その中に第１の入力ビーム１０８が入力結合される第１のビーム成形デバイス１０６を備える。例として、この第１の入力ビーム１０８は、例えばレーザ源１１０によって提供され、及び／又はレーザ源１１０から出力結合されるレーザビームである。特に、第１の入力ビーム１０８は、特に平行に走る複数の光線を含む光線束を意味すると理解されるべきである。
【0117】
レーザ源１１０によって提供されるレーザビームは、特に、パルスレーザビーム及び／又は超短パルスレーザビームである。
【0118】
第１のビーム成形デバイス１０６は、ビーム分割要素１１２を備え、これによって、第１の入力ビーム１０８が複数の成分ビーム１１４及び／又は成分光線束に分割される。図１に示される例では、２つの相互に異なる成分ビーム１１４ａ及び１１４ｂが示されている。
【0119】
第１のビーム成形要素１０６及び／又はビーム分割要素１１２は、各々、例えば、遠視野ビーム成形要素として形成される。
【0120】
第１のビーム成形デバイス１０６から出力結合された成分ビーム１１４を集束させる目的で、装置１００は、その中に成分ビーム１１４が入力結合される集束光学ユニット１１６を備える。例として、相互に異なる成分ビーム１１４は、空間オフセット及び／又は角度オフセットを伴って集束光学ユニット１１６に入射する。
【0121】
例として、集束光学ユニット１１６は、マイクロスコープ対物レンズ又はレンズ要素の形態である。
【0122】
成分ビーム１１４は、集束光学ユニット１１６によって焦点ゾーン１２２の異なる部分領域１２０に集束され、そのレーザ加工のためにワークピース１０４の材料１０２内に導入される。
【0123】
例として、図１は、焦点ゾーン１２２を形成する目的で、その中に成分ビーム１１４が集束される、２つの異なる部分領域１２０ａ及び１２０ｂを示している。ここでは、例えば、部分領域１２０ａは、成分ビーム１１４ａに割り当てられ、部分領域１２０ｂは、成分ビーム１１４ｂに割り当てられている。
【0124】
第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合される第１の入力ビーム１０８には、特定の焦点分布が割り当てられている。この焦点分布は、第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合される前に第１の入力ビーム１０８を集束させることによって形成されることになる、幾何学的形状及び／又は強度プロファイルを意味すると理解されるべきである。
【0125】
例として、例えばレーザ源１０８によって提供される第１の入力ビーム１０８は、ガウスビームプロファイルを有する。第１のビーム成形デバイス１０６への入力結合の前に第１の入力ビーム１０８を集束させることにより、この場合、ガウス形状及び／又はガウス強度プロファイルを有する焦点分布をもたらすことになる。
【0126】
特に、焦点分布の形状は、焦点分布の特徴的な空間的形状及び／又は空間的拡大を意味すると理解されるべきである。
【0127】
第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合された第１の入力ビーム１０８は、ビーム分割要素１１２によって、この焦点分布が同様に成分ビーム１１４に割り当てられるように分割される。それぞれの焦点分布１２４は、集束光学ユニット１１６によって、焦点ゾーン１２２の異なる部分領域１２０内にこれらの成分ビーム１１４を集束させることによって形成され、これらの焦点分布１２４は、第１の入力ビーム１０８に割り当てられた焦点分布に基づいている。
【0128】
その結果、焦点ゾーン１２２は、異なる焦点分布１２４を共につなぎ合わせることによって構築及び／又は形成される。現在のところ、異なる焦点分布１２４は、焦点ゾーン１２２の異なる空間位置における焦点分布１２４を意味すると理解されるべきであり、これらの異なる焦点分布１２４は、少なくともほぼ同じ幾何学的形状及び／又は同じ幾何学的強度プロファイルを有する。
【0129】
異なる焦点分布１２４は、焦点ゾーン１２２内に、互いに距離をおいて配置される。原理的には、相互に隣接する異なる焦点分布１２４が空間的にオーバーラップすることが可能である。
【0130】
ビーム分割要素１１２によるビーム分割により、特に、焦点分布を同一のコピーとして形成させ、これが、焦点ゾーン１２２の異なる部分領域１２０に結像される。
【0131】
例として、ビーム分割要素１１２は、３次元ビーム分割要素の形態である。ビーム分割要素１１２の技術的実現性及び特性に関しては、（非特許文献２）への参照がなされる。その内容全体が明示的に参照される。
【0132】
特に、相互に隣接する焦点分布１２４の間の距離ｄ１及び／又は空間オフセットは、ビーム分割要素１１２によって設定することができる。
【0133】
例として、ｘ方向における距離ｄｘ及び／又は空間オフセット、並びにｘ方向に対して直交するｚ方向における距離ｄｚ及び／又は空間オフセットを、相互に隣接する焦点分布１２４の間に設定することができる。
【0134】
この目的のために、相互に異なる成分ビーム１１４は、例えば、ビーム分割要素１１２によって、その異なる成分ビームが特定の空間オフセット並びに／又は特定の収束及び／若しくは発散で集束光学ユニット１１６に入射するように形成される。次いで、相互に異なる成分ビーム１１４は、集束光学ユニット１１６によって、そこから生じるｘ方向及び／又はｚ方向における空間オフセットを伴って結像される。
【0135】
ビーム分割要素１１２によるビーム分割を実施するために、定義された横断位相分布が、第１の入力ビーム１０８の横断ビーム断面に付与される。例として、ビーム分割要素１１２及び関連する焦点ゾーン１１２から出力結合されたビームの横断位相分布の例を、図１２ａ、図１２ｂ、図１２ｃ、図１２ｄ、図１２ｅ、図１２ｆにそれぞれ示している。
【0136】
ｘ方向及び／又はｚ方向の空間オフセットを生成するために、ビーム分割要素１１２による位相付与は、例えば、各焦点分布１２４に割り当てられた位相分布が特定の光学格子成分及び／又は光学レンズ成分を有するように実施される。光学回折格子成分により、集束光学ユニット１１６の上流で成分ビーム１１４の角度偏向が存在し、その集束後、ｘ方向の空間オフセットが生じる。光学レンズ成分により、成分ビーム１１６は、異なる収束及び／又は発散で集束光学ユニット１１６に入射し、集束後、ｚ方向の空間オフセットが生じる。
【0137】
第１のビーム成形デバイス１０６は、偏光ビーム分割要素１２６を有するようにすることができる。偏光ビーム分割要素１２６は、第１の入力ビーム１０８及び／又はビーム分割要素１１２から出力結合されたビームを、各々が少なくとも２つの異なる偏光状態のうちの１つを有するビームに、偏光ビーム分割を実施するために使用される。
【0138】
偏光ビーム分割要素１２６による偏光ビーム分割の結果として、第１のビーム成形要素１０６から出力結合された成分ビーム１１４は、各々、少なくとも２つの異なる偏光状態のうちの１つを有する。異なる偏光状態を有するこれらの成分ビーム１１４は、集束光学ユニット１１６によって、焦点ゾーン１２２の異なる部分領域１２０内に集束される。
【0139】
例として、偏光ビーム分割要素１２６は、第１のビーム成形要素１０６に入力結合された第１の入力ビーム１０８の主伝搬方向１２８に対してビーム分割要素１１６の上流又は下流に配置される。
【0140】
示された例では、主伝搬方向１２８は、ｚ方向に対して平行又はほぼ平行に配向されている。特に、ｘ方向及びｚ方向は、各々、ｙ方向に対して垂直に配向されている。示された例では、このｙ方向は、ワークピース１０４をレーザ加工するために焦点分布１２７がワークピース１０４に対して移動される前進方向１２９に対して、平行又はほぼ平行に配向されている。
【0141】
偏光ビーム分割要素１２６の機能及び設計に関しては、同じ出願人による、（特許文献２）（出願日：２０２０年６月２２日）及び（特許文献３）（出願日：２０１９年１１月１４日）への参照がなされるが、いずれも先行する公開ではない。その内容全体が明示的に参照される。
【0142】
特に、成分ビーム１１４の偏光状態は、例えば２つの異なる偏光状態が提供され、及び／又は例えば、相互に異なる成分ビームのそれぞれの偏光方向が互いに対して９０°の角度で整列される、直線偏光状態であると理解されるべきである。
【0143】
特に、成分ビーム１１４は、電界がその成分ビームの伝搬方向に対して垂直な平面内に配向されるように偏光される（横断電界）。
【0144】
偏光ビーム分割のために、偏光ビーム分割要素１２６は、例えば、複屈折レンズ要素及び／又は複屈折ウェッジ要素を有する。例として、複屈折レンズ要素及び／又は複屈折ウェッジ要素は、水晶振動子から製造されるか、又は水晶振動子を備える。
【0145】
例として、異なる偏光状態を有する成分ビーム１１４は、複屈折レンズ要素によって、その成分ビームが集束光学ユニット１１６による集束の結果としてｚ方向及び／又はｘ方向に空間オフセットと共に結像されるように形成される。その結果、異なる偏光状態を有する成分ビーム１１４から形成される焦点分布１２４は、例えば、焦点ゾーン１２２において、ｚ方向及び／又はｘ方向に空間オフセットと共に配置され得る。
【0146】
例として、焦点分布１２４の並置は、偏光ビーム分割要素１２６によって焦点ゾーン１２２内で実現することができ、相互に隣接する焦点分布１２４は、各々、異なる偏光状態を有する成分ビーム１１４から形成される。
【0147】
更に、第１のビーム成形デバイス１０６がビーム成形要素１３０を有するようにすることができ、これにより、第１の入力ビーム１０８に割り当てられた焦点分布が、第１のビーム成形デバイス１０６への入力結合に続いて修正可能となる。
【0148】
ビーム成形要素１３０の技術的実現性及び特性に関しては、（非特許文献２）、及び（非特許文献３）への参照がなされる。その内容全体が明示的に参照される。
【0149】
例として、ビーム成形要素１３０は、ビーム成形要素１３０に入力結合されたビーム上に定義された波面収差を付加するための回折又は屈折位相要素として形成される。例として、ビーム成形要素１３０は、回折フィールドマッパの形態である。
【0150】
例として、ビーム成形要素１３０は、第１の入力ビーム１０８の主伝搬方向１２８に対して、ビーム分割要素１１２の上流又は下流に配置される。
【0151】
図１に示される例では、ビーム成形要素１３０は、ビーム分割要素１１２と偏光ビーム分割要素１２６との間に配置されている。例として、入力ビーム１０８は、まずビーム分割要素１１２で処理され、続いてビーム成形要素１３０で、及び／又は偏光ビーム分割要素１２６で処理される。
【0152】
ビーム成形要素１３０は、焦点ゾーン１２２内に結像された焦点分布１２４の幾何学的形状及び／又は強度プロファイルを修正可能にする。
【0153】
ビーム成形要素１３０による焦点ゾーン１２２の焦点分布１２４の修正は、前進方向１２９に対して平行な断面において実施することができ、この断面は、特に、主伝搬方向１２８に対して垂直な方向及び／又はｚ方向に対して垂直な方向に配向される（図３ａ、図３ｂ、及び図３ｃ）。
【0154】
更に、焦点ゾーン１２２の焦点分布１２４は、ビーム成形要素１３０によって、前進方向１２９に対して垂直な断面内で修正することができる（図４ａ及び図４ｂ）。示される例では、この断面は、ｘ方向に対して平行であり、且つ主伝搬方向１２８及び／又はｚ方向に対して平行である。
【0155】
前進方向１２９に対して平行に配向された断面に関連して、焦点分布１２４は、例えば、焦点分布１２４の形状及び／又は強度プロファイルがこの断面において優先方向１３２を有するように修正される。特に、この優先方向１３２は、焦点分布１２４の拡大長さが局所的又はグローバルのいずれかで最大になる方向を意味すると理解されるべきである。例として、優先方向１３２は、焦点分布１２４の主拡大方向であると理解されるべきである。
【0156】
図３ｂに示される例では、焦点分布１２４は、前進方向１２９に対して平行な平面内で楕円状に及び／又は楕円として形成されている。この場合、優先方向１３２は、この楕円の半長軸に対して平行に配向されている。
【0157】
原理的には、焦点分布１２４が複数の優先方向１３２を有することも可能である。図３ｃに示される例では、焦点分布１２４は、矩形及び／又は長方形、特に前進方向１２９に対して平行な平面内で正方形に形成されている。この場合、焦点分布１２４は、例えばｘ方向に対して平行に配向された第１の優先方向１３２’ａと、例えば斜めに、特にｘ方向に対して垂直に、すなわち、示される例ではｙ方向に対して平行に配向された、第２の優先方向１３２’ｂとを有する。
【0158】
例として、第１の優先方向１３２’ａ及び第２の優先方向１３２’ｂは、各々、長方形の相互に対向する角部の間の接続線に対して平行である。
【0159】
第１の入力ビーム１０８に割り当てられた焦点分布１２４は、前進方向１２９に対して垂直に配向された断面において細長く及び／又は細長い形状を有するようにすることができる（図４ａ及び図４ｂ）。例として、これは、第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合される第１の入力ビーム１０８に準非回折及び／又はベッセル状のビームプロファイルが割り当てられることによって実現される。
【0160】
例として、焦点分布１２４は、主拡大方向１３４を有し、これに沿って、焦点分布１２４は、前進方向１２９に対して垂直に配向された断面において、特により大きい長さ及び／又は特に最大の拡大を有する（図３ｃも参照）。例として、主拡大方向１３４は、焦点分布１２４の最大の拡大方向に対して、焦点分布１２４の始点と終点との間の接続線に対して平行に配向される。
【0161】
特に、ビーム成形要素１３０によって、前進方向１２９に対して垂直に配向された断面における焦点分布１２４の整列１３６及び／又は配向が適応可能であるようにすることができ、例えば、焦点分布１２４のそれぞれの主拡大方向１３４の整列１３６が適応可能である。
【0162】
【0163】
例として、焦点分布１２４のそれぞれの整列１３６は、ビーム成形要素１３０によって、整列１３６がそれぞれの焦点分布１２４に割り当てられた焦点ゾーン１２２の局所拡大方向１３８に対して平行又はほぼ平行になるように適合される。
【0164】
例として、焦点ゾーン１２２の局所拡大方向１３８は、隣接する焦点分布１２４の、例えば２つ又は３つの隣接する焦点分布１２４の、局所空間的方向であると理解されるべきである。例として、焦点ゾーン１２２の焦点分布１２４は、異なる局所拡大方向１３８を有する焦点ゾーン１２２の異なる部分内に配置され得る。
【0165】
前進方向１２９に対して垂直な断面では、焦点分布１２４は、例えば、ビーム成形要素１３０（図４ｂ）による適応によって湾曲した形状を提供することができる。例として、これにより、焦点分布１２４を、湾曲したベッセル状ビーム及び／又は加速ベッセル状ビームの形態で生成することが可能となる。
【0166】
湾曲した形状を有する準非回折ビーム及び／又はベッセル状ビームの形成及び特性に関しては、（非特許文献４）への参照がなされる。
【0167】
例として、焦点分布１２４は、それに沿って延びる長手方向中心軸１４０を有する。例として、この長手方向中心軸１４０は、長方形の形状を有する（図４ａ）。湾曲した形状を有する焦点分布の場合、長手方向中心軸１４０は、湾曲した形状又は特定の部分において湾曲した形状を有する（図４ｂ）。
【0168】
【0169】
長手方向軸１４２は、必ずしも直線的及び／又は連続的な形態を有する必要はない。例として、長手方向軸１４２は、少なくとも特定の部分において湾曲することができる。また、長手方向軸１４２が方向変化、特に非連続的な方向変化を有することも可能である。
【0170】
図５に示される例では、焦点ゾーン１２２は、ワークピース１０４の材料１０２内で、ワークピース１０４の第１の外面１４４からワークピース１０４の第２の外面１４６まで延びており、第２の外面１４６は、ワークピース１０４の深さ方向１４８に対して第１の外面１４４から距離をおいて配置されている。特に、焦点ゾーン１２２は、深さ方向１４４の全体にわたって及び／又は中断なく、ワークピース１０４を通過する。
【0171】
ワークピース１０４の第１の外面１４４及び第２の外面１４６は、例えば、互いに平行又はほぼ平行に配向されている。
【0172】
例として、ワークピース１０４をレーザ加工するために、焦点ゾーン１２２は、第１の外面１４４を通って又は第２の外面１４６を通って、ワークピース１０４の材料１０２内に導入及び／又は入力結合される。
【0173】
焦点ゾーン１２２は、第１の外面１４４から始まる第１の部分１５０と、深さ方向１４８においてその第１の部分に隣接する焦点ゾーン１２２の第２の部分１５２とを有する。更に、焦点ゾーン１２２は、深さ方向１４８においてこの第２の部分１５２に続く第３の部分１５４を有する。
【0174】
示される例では、焦点ゾーン１２２の長手方向軸１４２は、各部分１５０、１５２、及び１５４において直線的な形状を有し、長手方向軸１４２は、特に各場合において、第１の部分１５０から第２の部分１５２への移行部、及び第２の部分１５２から第３の部分１５４への移行部において、方向変化を有する。
【0175】
これらの部分１５０、１５２、１５４の各々には、異なる局所拡大方向１３８が割り当てられ、それに関して、焦点分布１２２が配置されている。
【0176】
更に、部分１５０、１５２、１５４の各々には、特定の作業角度αが割り当てられている。この作業角度αは、対応する部分１５０、１５２、１５４の局所拡大方向１３８と、第１の外面１４４及び／又は第２の外面１４６との間の最小角度を意味すると理解されるべきである。
【0177】
例として、第１の部分１５０及び第３の部分１５４は、４５°の作業角度αを有し、第２の部分１５２は、９０°の作業角度αを有する。
【0178】
ワークピース１０４の材料１０２は、焦点ゾーン１２２及び／又は焦点分布１２４が形成されるレーザ光の波長に対して透明な材料から製造される。
【0179】
焦点ゾーン１２２は、材料１０２をレーザ加工する目的で材料１０２に導入される。それぞれの局所材料改質部１５６は、材料１０２の焦点ゾーン１２２（図６）へのこの露出によって焦点分布１２４に形成され、この材料改質部は、例えば焦点ゾーン１２２の長手方向軸１４２に沿って互いに間隔をあけて配置される。
【0180】
例えば、レーザパラメータ及び／又は前進速度などの加工パラメータを適切に選択することにより、材料１０２（図６）内にクラック１５７の自発的な形成をもたらすタイプＩＩＩの改質部として材料改質部１５６を生成することを可能にする。材料１０２のレーザ加工中に形成されるクラック１５７は、特に、相互に隣接する材料改質部１５６の間に延びる。
【0181】
前進速度は、前進方向１２９における焦点ゾーン１２２と材料１０２との間の相対動作の速度を意味すると理解されるべきである。
【0182】
代替案として、加工パラメータを適切に選択することにより、材料改質部１５６をタイプＩ及び／又はタイプＩＩの改質部として生成することが可能になり、これには、材料１０２への熱蓄積及び／又は材料１０２の屈折率変化を伴う。
【0183】
タイプＩ及び／又はタイプＩＩの改質部としての材料改質部１５６の形成は、ワークピース１０４の材料１０２における熱蓄積に関連する。特に、この場合、生成された材料改質部１５６は互いに非常に近接しているため、材料１０２を焦点ゾーン１２２に露出させることによって形成している間に、この熱蓄積が生じる（図７に示されている）。
【0184】
一実施形態では、装置１００は、第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合された第１の入力ビーム１０８の主伝搬方向１２８に対して、この第１のビーム成形デバイス１０６の上流に配置される第２のビーム成形デバイス１５８を備える。第２のビーム成形デバイス１５８によって、第１の入力ビーム１０８が第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合される前に、第１の入力ビーム１０８に割り当てられた焦点分布を適合させることが可能である。
【0185】
この実施形態では、特に、レーザ源１１０によって提供され、及び／又はレーザ源１００から出力結合されたレーザビームである第２の入力ビーム１６０が、第２のビーム成形デバイス１５８に入力結合される。
【0186】
第１の入力ビーム１０８に類似した態様では、第２の入力ビーム１６０は、特に、したがって、特に平行に走る複数の光線からなる光線束を意味すると理解されるべきである。
【0187】
示される例では、第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合された第１の入力ビーム１２８は、第２のビーム成形デバイス１５８から出力結合されたビーム、及び／又は第２のビーム成形デバイス１５８から出力結合された光線束である。
【0188】
第２のビーム成形デバイス１５８によって、第２の入力ビーム１６０上に位相付与が存在し、その結果、第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合された第１の入力ビーム１０８に割り当てられた焦点分布が定義される。その結果、第１の入力ビーム１０８に割り当てられた焦点分布の幾何学的形状及び／又は強度プロファイルを、第２のビーム成形デバイス１５８によって定義することができる。
【0189】
例として、第２のビーム成形デバイス１５８に入力結合された第２の入力ビーム１６０は、ガウスビームプロファイルを有し、すなわち、第２の入力ビーム１６０は、ガウス形状及び／又はガウス強度プロファイルを有する。
【0190】
一実施形態では、第２のビーム成形デバイス１５８は、第２のビーム成形デバイス１５８によって、第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合された第１の入力ビーム１０８に準非回折及び／又はベッセル状のビームプロファイルが割り当てられるように構成及び設計される。
【0191】
その結果、第１の入力ビーム１０８は、特に、準非回折及び／又はベッセル状のビームプロファイルを有する焦点分布内に結像され得る。この実施形態では、焦点ゾーン１２２内に結像された焦点分布１２４は、細長い形状及び／又は細長い強度プロファイルを有する（図２及び図８）。特に、この実施形態の焦点分布１２４は、それに沿って延びる主拡大方向１６２を有する。
【0192】
例として、第２のビーム成形デバイス１５８は、細長い形状及び／又は細長い強度プロファイルを有する焦点分布１２４を形成する目的で、第２の入力ビーム１６０上に位相分布を付与するための回折光学要素及び／又はアキシコン要素であるか、又はそれらを含む。
【0193】
本実施形態における第２のビーム成形デバイス１５８によって提供される第１の入力ビーム１０８は、第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合される。
【0194】
上述したように、この第１の入力ビーム１０８は、第１のビーム成形デバイス１０６のビーム分割要素１１２によって相互に異なる成分ビーム１１４に分割され、異なる成分ビームは、集束光学ユニット１１６によって焦点ゾーン１２２の異なる部分領域１２０内に結像される。その形状及び／又は強度プロファイルに関して、集束光学ユニット１１６によって焦点ゾーン１２２内に結像された焦点分布１２４は、第１の入力ビーム１０８に割り当てられた焦点分布のコピーを表し、集束光学ユニット１１６による集束は、特に焦点分布１２４のサイズが縮小した結像をもたらす。
【0195】
集束光学ユニット１１６によって焦点ゾーン１２２内に結像された、細長い形状及び／又は細長い強度プロファイルを有する焦点分布１２４の一例が、図８にグレースケール値分布として示されており、より明るいグレースケール値は、より大きい強度を表している。
【0196】
図８に示される例では、焦点分布１２４は、長手方向軸１４２に対して、及び／又は局所拡大方向１３８に対して斜めに配向されている。
【0197】
ビーム成形要素１３０によるビーム成形、及び／又は偏光ビーム分割要素１２６によるビーム分割は、上述したように、第１のビーム成形デバイス１０６において実施されるようにすることができる。この場合、集束光学ユニット１１６によって結像された焦点分布１２４は、その形状及び／又はその強度プロファイルに関して、第１の入力ビーム１０８に割り当てられた焦点分布に基づいているが、ビーム成形要素１３０及び／又は偏光ビーム分割要素１２６による処理のために、第１の入力ビーム１０８に割り当てられた焦点分布に対して修正された形状及び／又は修正された偏光特性を有する。
【0198】
更なる実施形態では、第２のビーム成形デバイス１５８は、第２のビーム成形デバイス１５８によって、第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合された第１の入力ビーム１０８にビームプロファイルが割り当てられるように構成及び設計され、その強度プロファイルは、強度最大値１６４から進んで、主拡大方向１６６及び／又は主拡大軸に対して強度における急激な低下を有する（図９ａ及び図９ｂ）。そのようなビームは、例えば、急激に自動集束するビームと呼ばれる。
【0199】
その結果、焦点ゾーン１２２は、第１のビーム成形デバイス１０６から出力結合された成分ビーム１１４を結像させることによって、そのような強度プロファイルを有する複数の焦点分布１２４から形成することができる（図１０）。特に、焦点ゾーン１２２の焦点分布１２４の各々の強度プロファイルは、次いで、強度における急激な低下を有する。
【0200】
第２のビーム成形デバイス１５８から出力結合されたビームの関連する２次元位相分布のグレースケール値表現が、図１１に示されており、割り当てられたグレースケール値スケールは、白（＋ｐｉの位相）から黒（－ｐｉの位相）までの範囲に及ぶ。
【0201】
特に、位相分布は、割り当てられた中心軸１６７及び／又はビーム中心軸に対して半径対称及び／又は回転対称の形態を有する。例として、この中心軸１６７は、第２のビーム成形デバイス１５８に入射する第２の入力ビーム１６０の主伝搬方向２６７に対して平行又はほぼ平行に配向される。
【0202】
特に、中心軸１６７から進むと、位相分布に割り当てられた位相周波数は、中心軸１６７からの半径方向距離が増加するにつれて半径方向３６７に増加する。
【0203】
この実施形態では、急激に自動集束するビームの形状及び／又は強度プロファイルが、第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合された第１の入力ビーム１０８に割り当てられている。そのようなビームの形成及び特性に関しては、（非特許文献５）、並びに（非特許文献６）への参照がなされる。その内容全体が明示的に参照される。
【0204】
【0205】
低下している強度フランク１６５において、強度最大値１６４から進む強度が、ガウス強度プロファイルの場合よりも約３倍速く１／ｅ２の値まで低下することは、急激に自動集束するビームの特徴である。
【0206】
強度最大値１６４は、特に、急激に自動集束するビームの強度プロファイルの主要最大値及び／又はグローバル最大値である。特に、強度プロファイルは、強度最大値１６４から進み、主拡大方向１６６とは逆に強度最大値１６４に続く、１つ以上の２次最大値１６４ａを有する。特に、主拡大方向１６６に対して強度最大値１６４からの距離が増加するにつれて、２次最大値１６４は各々、より低い最大強度値を有する。
【0207】
特に、第２のビーム成形デバイス１５８を近視野ビーム成形デバイスとして形成するようにすることができる。
【0208】
例として、第１の入力ビーム１０８に割り当てられた焦点分布の中間像１６８（図２に示されている）が、第２のビーム成形デバイス１５８によって形成される。第１の入力ビーム１０８の主伝搬方向１２８に対して、この中間像１６８は、第２のビーム成形デバイス１５８と第１のビーム成形デバイス１０６との間に配置される。
【0209】
特に、第２のビーム成形デバイス１５８には、遠視野光学ユニット１７０が割り当てられ、これにより、第２のビーム成形デバイス１５８から出力結合された出力ビーム１７２及び／又は出力光線束の遠視野光学ユニット１７０の焦点面１７４への遠視野集束が実施される。
【0210】
特に、中間像１６８の焦点面１７４への遠視野集束は、遠視野光学ユニット１７０によって実施される。
【0211】
この焦点面１７４では、出力ビーム１７２及び／又は出力光線束の遠視野集束は、特に遠視野光学ユニット１７０の光軸１７６を中心として配置された、リング構造及び／又はリングセグメント構造の形状における強度分布の形成を引き起こす。
【0212】
図２に示される例では、装置１００のテレスコープデバイス１７８は、遠視野光学ユニット１７０及び集束光学ユニット１１６によって形成されている。このため、特に遠視野光学ユニット１７０は、集束光学ユニット１１６よりも大きい焦点距離を有する。
【0213】
特に、焦点面１７４は、遠視野光学ユニット１７０及び集束光学ユニット１１６の共通の焦点面である。特に、焦点面１７４は、テレスコープデバイス１７８の焦点面である。
【0214】
第１のビーム成形デバイス１０６は、特に、焦点面１７４及び／又は焦点面１７４の領域内に配置される。この領域は、焦点面１７４の周りに延びている領域を意味すると理解されるべきであり、この領域は、例えば、焦点面１７４からの遠視野光学ユニット１７０の焦点距離の１０％の最大距離を有する。この最大距離の間隔方向は、特に、第１の入力ビーム１０８の光軸１７６及び／又は主伝搬方向１２８に対して平行に配向される。
【0215】
焦点面１７４の前述の領域は、特に、テレスコープデバイス１７８の遠視野領域であると理解されるべきであり、この遠視野領域では、特に、第２のビーム成形デバイス１５８から出力結合された出力ビーム１７２の遠視野集束、及び／又は第１のビーム成形デバイス１０６に入力結合された第１の入力ビーム１０８の遠視野集束が存在する。
【0216】
装置１００のビーム分割要素１１２によって、原理的には、焦点分布１２４を異なる経路に沿って配置し、したがって異なる幾何学的形状の焦点ゾーンを形成することが可能である。
【0217】
図１２ａ及び図１２ｂに示される例では、焦点分布１２４は、焦点ゾーン１２２の長手方向軸１４２に沿って配置されており、長手方向軸１４２は、直線的形状を有する。この場合、焦点ゾーン１２２には、例えば、単一の作業角度αが割り当てられ、これによって、焦点ゾーン１２２は、第１の外面１４４及び／又は第２の外面１４６に対して角度付けされる。特に、この例示的な実施形態における焦点ゾーン１２２は、全体にわたって同じ局所拡大方向１３８を有し、すなわち局所拡大方向１３８は、特に焦点ゾーン１２２の範囲全体にわたって一定である。
【0218】
図１２ｃ及び図１２ｄによる例示的な実施形態では、焦点ゾーン１２２は、第１の部分１８０と第２の部分１８２とを有し、焦点ゾーン１２２の焦点分布１２４は、第１の部分１８０及び第２の部分１８２において、各場合に異なる局所拡大方向１３８で配置される。例として、この例示的な実施形態における焦点ゾーン１２２は、第１の部分１８０及び第２の部分１８２において、それぞれ全体にわたって、同じ局所拡大方向１３８を有する。
【0219】
特に、焦点ゾーン１２２は、第１の部分１８０及び第２の部分１８２において同じ作業角度αを有し、焦点ゾーン１２２は、第１の外面１４４及び／又は第２の外面１４６に対してその作業角度で角度付けされている。特に、第１の部分１８０及び第２の部分１８２のそれぞれの局所拡大方向１３８の間の最小角度は、作業角度αの場合の２倍の大きさである。
【0220】
それに沿って焦点分布１２４が配置される焦点ゾーン１２２の長手方向軸１４２は、必ずしも直線的な形状を有する必要はない。例として、長手方向軸１４２が少なくとも特定の部分において湾曲した形状を有するようにすることができる。例として、図１２ｅ及び図１２ｆに示される実施例では、焦点ゾーン１２２は、全体にわたって湾曲した形状を有する。
【0221】
例として、焦点ゾーン１２２は、次いで、変化する局所拡大方向１３８を有し、これは、すなわち、焦点ゾーン１２２の局所拡大方向１３８が、焦点ゾーン１２２の異なる位置において、及び／又は焦点ゾーン１２２の異なる焦点分布１２４において、それぞれに異なることを意味する。
【0222】
図１２ｂ、図１２ｄ、及び図１２ｆは、各々、ビーム分割要素１１２から出力結合されたビームの図１２ａ、図１２ｃ、及び図１２ｅにそれぞれ割り当てられた位相分布を示しており、割り当てられたグレースケール値スケールは、白（＋ｐｉの位相）から黒（－ｐｉの位相）までの範囲である。
【0223】
本発明による装置１００は、以下のように動作する。
【0224】
レーザ加工を実施するために、ワークピース１０４の材料１０２は、焦点ゾーン１２２に露出され、焦点ゾーン１２２は、ワークピース１０４に対して、且つその材料１０２を通って前進方向１２９に移動される。
【0225】
この場合、材料１０２は、特に、焦点ゾーン１２２が形成されるビームの波長に対して透明な材料又は部分的に透明な材料である。例えば、材料１０２は、ガラス材料である。
【0226】
例として、焦点ゾーン１２２は、予め定義された加工線１８４及び／又は加工面に沿って、ワークピース１０４の材料１０２を通って移動される。加工線１８４は、例えば、直線部分及び／又は湾曲部分を有し得る。
【0227】
材料１０２を焦点ゾーン１２２に露出させることにより、焦点ゾーン１２２の長手方向軸１４２に沿って配置される材料改質部１５６が、材料１０２内に形成される（図５及び図１３ａ）。その結果、材料改質部１５６が配置された改質線１８６が材料内に形成され、これらの改質線１８６は、特に、焦点ゾーン１２２の長手方向軸１４２に対応する形状を有する。図１３ａに示される例では、改質線１８６は、第１の外面１４４から第２の外面１４６まで延びている。
【0228】
前進方向１２９に対して平行に互いに間隔をあけて配置された複数の改質線１８６は、材料１０２に対する焦点ゾーン１２２の相対的な動きを考慮して形成される。特に、これにより、材料１０２内に材料改質部１５６が広範囲に形成される（図１３ａ）。
【0229】
例として、前進方向１２９に隣接する改質線１８６の間隔は、焦点ゾーン１２２が形成されるレーザビームのパルス持続時間、及び／又は前進方向１２９に配向される前進速度の適切な選択によって定義することができる。
【0230】
特に、加工線１８４及び／又は加工面に沿って形成された材料改質部１５６は、結果として、材料１０２の強度を低下させる。これにより、例えば機械力を加えることによって、材料改質部１５６が加工線１８４及び／又は加工面（図１３ｂ）上に形成された後に、材料１０２を２つの異なるセグメント１８８ａ及び１８８ｂに分離することが可能になる。
【0231】
示された例では、セグメント１８８ｂは、所望のエッジ形状を有する製品ピースセグメントである。この場合、セグメント１８８ａは、残留ワークピースセグメント及び／又はスクラップセグメントである。
【0232】
好ましくは、材料１０２は、焦点ゾーン１２２が材料１０２を貫通するように焦点ゾーン１２２に露出される。例として、焦点ゾーン１２２は、材料１０２の厚さＤ全体にわたって、材料１０２を通って連続的に及び／又は中断なく延びる。例として、図１３ａ及び図１３ｂに示されるように、結果として、その厚さＤにわたって材料の完全な分離を得ることができる。
【0233】
また、焦点ゾーン１２２（図１３ａに示されている）によって、材料１０２のエッジ領域１９０を加工することも可能である。例として、焦点ゾーン１２２は、次いで、互いに斜めに配向されたワークピース１０４の外面の間に連続的に及び／又は中断なく延びる。例として、エッジセグメントは、結果として、エッジ領域１９０においてワークピース１０４から分離され得る。その結果、エッジ領域１９０において、例えば、ワークピース１０４を斜角付け及び／又は面取りすることができる。
【0234】
例として、ワークピース１０４の材料１０２は、石英ガラスである。例として、タイプＩ及び／又はタイプＩＩの改質部として材料改質部１５６を形成する目的で、焦点ゾーン１２２の焦点分布１２４が形成されるレーザビームは、次いで、波長１０３０ｎｍ及びパルス持続時間１ｐｓを有するように形成される。更に、集束光学ユニット１１６に割り当てられる開口数は、０．４であり、単一の焦点分布１２４に割り当てられるパルスエネルギーは、１００ｎＪである。
【0235】
パラメータを変更しないように、材料改質部１５６をタイプＩＩＩの改質部として形成するために、単一の焦点分布１２４に割り当てられるパルスエネルギーは、１０００ｎＪである。
【符号の説明】
【0236】
α 作業角度
Ｄ 厚さ
ｄ１ 距離
ｄｘ ｘ方向の距離
ｄｚ ｚ方向の距離
１００ 装置
１０２ 材料
１０４ ワークピース
１０６ 第１のビーム成形デバイス
１０８ 第１の入力ビーム
１１０ レーザ源
１１２ ビーム分割要素
１１４ 成分ビーム
１１４ａ 成分ビーム
１１４ｂ 成分ビーム
１１６ 集束光学ユニット
１２０ 部分領域
１２０ａ 部分領域
１２０ｂ 部分領域
１２２ 焦点ゾーン
１２４ 焦点分布
１２６ 偏光ビーム分割要素
１２８ 主伝搬方向
１２９ 前進方向
１３０ ビーム成形要素
１３２ 優先方向
１３２’ａ 第１の優先方向
１３２’ｂ 第２の優先方向
１３４ 主拡大方向
１３６ 整列
１３８ 局所拡大方向
１４０ 長手方向中心軸
１４２ 長手方向軸
１４４ 第１の外面
１４６ 第２の外面
１４８ 深さ方向
１５０ 第１の部分
１５２ 第２の部分
１５４ 第３の部分
１５６ 材料改質部
１５７ クラック
１５８ 第２のビーム成形デバイス
１６０ 第２の入力ビーム
１６２ 主拡大方向
１６４ 強度最大値
１６４ａ ２次最大値
１６５ 低下している強度フランク
１６６ 主拡大方向
１６７ 中心軸
２６７ 主伝搬方向
３６７ 半径方向
１６８ 中間像
１７０ 遠視野光学ユニット
１７２ 出力ビーム
１７４ 焦点面
１７６ 光軸
１７８ テレスコープデバイス
１８０ 第１の部分
１８２ 第２の部分
１８４ 加工線
１８６ 改質線
１８８ａ セグメント
１８８ｂ セグメント
１９０ エッジ領域
Ｄ 厚さ
ｄ１ 距離
ｄｘ ｘ方向の距離
ｄｚ ｚ方向の距離
１００ 装置
１０２ 材料
１０４ ワークピース
１０６ 第１のビーム成形デバイス
１０８ 第１の入力ビーム
１１０ レーザ源
１１２ ビーム分割要素
１１４ 成分ビーム
１１４ａ 成分ビーム
１１４ｂ 成分ビーム
１１６ 集束光学ユニット
１２０ 部分領域
１２０ａ 部分領域
１２０ｂ 部分領域
１２２ 焦点ゾーン
１２４ 焦点分布
１２６ 偏光ビーム分割要素
１２８ 主伝搬方向
１２９ 前進方向
１３０ ビーム成形要素
１３２ 優先方向
１３２’ａ 第１の優先方向
１３２’ｂ 第２の優先方向
１３４ 主拡大方向
１３６ 整列
１３８ 局所拡大方向
１４０ 長手方向中心軸
１４２ 長手方向軸
１４４ 第１の外面
１４６ 第２の外面
１４８ 深さ方向
１５０ 第１の部分
１５２ 第２の部分
１５４ 第３の部分
１５６ 材料改質部
１５７ クラック
１５８ 第２のビーム成形デバイス
１６０ 第２の入力ビーム
１６２ 主拡大方向
１６４ 強度最大値
１６４ａ ２次最大値
１６５ 低下している強度フランク
１６６ 主拡大方向
１６７ 中心軸
２６７ 主伝搬方向
３６７ 半径方向
１６８ 中間像
１７０ 遠視野光学ユニット
１７２ 出力ビーム
１７４ 焦点面
１７６ 光軸
１７８ テレスコープデバイス
１８０ 第１の部分
１８２ 第２の部分
１８４ 加工線
１８６ 改質線
１８８ａ セグメント
１８８ｂ セグメント
１９０ エッジ領域
【図1】
【図2】
【図3a)】
【図3b)】
【図3c)】
【図4a)】
【図4b)】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9a)】
【図9b)】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13a)】
【図13b)】
【国際調査報告】