DE10162111A1

DE10162111A1 - Marking of components by use of a pulsed high-energy laser beam to change the complex refractive index in a surface layer of the component, so that its reflective or absorptive properties are changed and appear as a marking

Info

Publication number: DE10162111A1
Application number: DE10162111A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Mueller; David Ashkenasi
Original assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Current assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2003-06-18

Abstract

Method for marking a component, whereby an ultra- short high energy laser beam pulse is directed at the surface of the component so that a marking is produced in a surface region of the component. The marking corresponds to a region that has increased reflective or absorptive properties that result from a modification of the complex refractive index. A component marking can be viewed by an unaided eye, with the component itself made from plastic, oxide, fluoride or a glass compound.

Description

Aufgabenstellungtask

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Veränderung der optischen Eigenschaften eines Bauteils durch Modifikation der komplexen Brechzahl vorzugsweise unter der Oberfläche des Bauteils. Bereits vorhandene optische Eigenschaften im Innern des Bauteils werden lokal unter der Oberfläche in einer Weise verändert, dass diese Manipulation durch optische Verfahren nachgewiesen werden können. Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung mit den notwendigen technischen Voraussetzung zur Herstellung der dreidimensionalen Modifikation in den optischen Eigenschaften eines Bauteils, ohne erkennbare Veränderung in den mechanischen Eigenschaften des Bauteils, beispielsweise durch Bildung von Mikrorissen. Die Veränderung der komplexen Brechzahl im Innern wird ortskontrolliert durch die Fokussierung von elektromagnetischer Strahlung hoher Spitzenintensität in das für diese Strahlung durchlässige Bauteil herbeigeführt. Bei diesem Verfahren soll die durch die beschriebene Vorrichtung zeitlich stabile, also dauerhafte Veränderung der komplexen Brechzahl sich allein auf die optischen Eigenschaften beschränken und dabei keine mechanische Schädigung des Bauteils bewirken. Die Bildung von Rissen, Mikrolöchern oder ähnlicher mechanischer Zerstörungen im Medium wird, wie erwähnt, in diesem Verfahren ausgeschlossen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Bauteil, das in Übereinstimmung mit diesem Verfahren markiert worden ist. Die Markierung kann für das unbewafffnete menschliche Auge erkennbar aber auch verborgen sein, wobei in diesem letzteren Fall zusätzliche technische Hilfsmittel zur Sichtbarmachung eingesetzt werden müssen. Die Vorrichtung der technischen Hilfsmittel zur optischen Erkennung der mit diesem Verfahren eingebrachten Markierung hängen von der Natur der Änderung der komplexen Brechzahl und von den ursprünglichen optischen Eigenschaften des unveränderten Bauteils ab. Diese Markierung kann durch dieses Verfahren mehrfarbig gestaltet werden. The invention relates to a method for locally changing the optical properties a component by modification of the complex refractive index preferably below the Surface of the component. Already existing optical properties inside the component are locally changed under the surface in a way that this manipulation through optical methods can be detected. The invention describes a device with the necessary technical condition to make the three-dimensional Modification in the optical properties of a component, with no apparent change in the mechanical properties of the component, for example by the formation of microcracks. The change in the complex refractive index in the interior is controlled by the location Focusing electromagnetic radiation of high peak intensity in this for this Radiation permeable component brought about. In this method, the by the described device temporally stable, so permanent change of the complex Refractive index limit itself to the optical properties and no mechanical Cause damage to the component. The formation of cracks, micro holes or similar mechanical damage in the medium is, as mentioned, in this process locked out. Moreover, the invention relates to a component that is in accordance with This method has been marked. The mark can be for the unbewufnete human Eye recognizable but also be hidden, in which latter case additional technical Tools for visualization must be used. The device of the technical Aid for optical recognition of the label introduced by this method depend on the nature of the change in the complex refractive index and on the original ones optical properties of the unchanged component. This mark can by this Procedures are designed multi-colored.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, dass die komplexe Brechzahl gleichzeitig die Absorptions- und Dispersionseigenschaften eines Bauteils charakterisiert. Folgende mathematische Formel beschreibt den materialtypischen Zusammenhang als Funktion der Lichtwellenlänge λ zwischen der komplexen Brechzahl ñ(λ), dem Absorptionsindex κ(λ) und der gewöhnlichen Brechzahl n(λ) für diese Strahlung durchlässige Bauteile:

ñ = n(1 - iκ)
It is known that the complex refractive index simultaneously characterizes the absorption and dispersion properties of a component. The following mathematical formula describes the material-specific relationship as a function of the light wavelength λ between the complex refractive index ñ (λ), the absorption index κ (λ) and the usual refractive index n (λ) for components permeable to this radiation:

ñ = n (1 - iκ)

Änderungen im Absorptions- und Dispersionsverhalten eines Bauteils führen zu einer Verschiebung in der komplexen Brechzahl. Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, wie die komplexe Brechzahl eines Bauteils mittels der vorgestellten Vorrichtung ortsgebunden nachweisbar verändert werden kann, mit den entsprechenden Konsequenzen bezüglich der Absorptions- und Dispersionseigenschaften in der Ortsumgebung der induzierten Modifikation. Changes in the absorption and dispersion behavior of a component lead to a Shift in the complex refractive index. The invention describes a method such as Complex refractive index of a component by means of the presented device localized can be demonstrably changed, with the corresponding consequences regarding the Absorption and dispersion properties in the local environment of the induced modification.

Viele Gegenstände und Funktionselemente bestehen teilweise oder vollständig aus transparenten Bauteilen. Für transparente Werkstoffe und Komponenten existiert eine große Vielfalt an Anwendungen insbesondere in der optischen und opto-elektronischen Industrie, aber auch für das verarbeitende Gewerbe. Durch die große Auswahl an Materialien und Herstellungsverfahren können transparente Werkstoffe, z. B. Gläser, mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften hergestellt werden. Es besteht nun seit vielen Jahren das Bestreben, transparente Werkstoffe, optische Komponenten und entsprechende Bauteile, in ihren optischen Eigenschaften durch Modifikation der komplexen Brechzahl gezielt lokal zu verändern und diese lokale Veränderung im Medium über einen langen Zeitraum zu stabilisieren, von einigen Tagen bis praktisch lebenslang. Many items and functional elements are partially or completely made transparent components. There is a great deal for transparent materials and components Variety of applications, especially in the optical and opto-electronic industries, but also for the manufacturing sector. Due to the wide selection of materials and Manufacturing process can be transparent materials, eg. As glasses, with different optical properties are produced. There has been an effort for many years now transparent materials, optical components and corresponding components, in their optical properties by modifying the complex refractive index targeted locally change and this local change in the medium over a long period of time too stabilize, from a few days to practically lifelong.

Es ist bekannt, Gegenstände oder Behälter unter Verwendung von Laserstrahlung zu markieren. Die erzeugten Markierungen haben aber häufig die Form einer Gravur oder einer detektierbaren Farbänderung an einer bestimmten Oberfläche. Beispielsweise beschreibt US-PS 4,758,703 ein Verfahren, ein mikroskopisch sichtbares Muster auf einer Oberfläche eines Gegenstandes versteckt zu codieren, wobei ein Strahl nicht fokussierter Laserstrahlung durch eine Maske hindurch geleitet wird, um das gewünschte Muster zu erzeugen, wobei die Intensität des Laserstrahls sorgfältig kontrolliert wird, so dass das Muster kaum auf die Oberfläche geätzt wird und für das unbewaffnete Auge unsichtbar bleibt. Dieses Muster kann aber, da es auf der Oberfläche des Bauteils vorliegt, zerstört oder entfernt werden. It is known to use articles or containers using laser radiation to mark. The markings produced often have the shape of an engraving or a detectable color change on a particular surface. For example, US-PS describes 4,758,703 a method, a microscopically visible pattern on a surface of a Hidden object to encode, wherein a beam of non-focused laser radiation through a mask is passed therethrough to produce the desired pattern, wherein the Intensity of the laser beam is carefully controlled, so that the pattern barely on the Surface is etched and remains invisible to the unaided eye. This pattern can but, being present on the surface of the component, it is destroyed or removed.

Andererseits beschreibt US-PS 4,769,310 ein Verfahren zum Markieren von keramischen Materialien, Glasuren, Glaskeramikmaterialien und Gläsern, das wenigstens einen strahlungsempfindlichen Zusatzstoff aufweist, wobei ein Laserstrahl auf die Oberfläche des zu markierenden Materials fokussiert wird, um so eine Farbänderung innerhalb des bestrahlten Gebiets zu induzieren. Diese Farbänderung ist nur auf der Oberfläche und kann mit einfachen Mitteln wieder beseitigt werden. On the other hand, US Pat. No. 4,769,310 describes a method of marking ceramic Materials, glazes, glass-ceramic materials and glasses, the at least one having radiation-sensitive additive, wherein a laser beam to the surface of the focused marking material, so as a color change within the irradiated Induce the area. This color change is only on the surface and can be done with simple Funds are eliminated again.

Bei einem aus WO 89/07302 vorbekannten Verfahren zum Versehen eines Bauteils mit einer unter der Oberfläche angeordneten Markierung ist der Hauptteil des Bauteils für die Laserstrahlung undurchlässig und lediglich mit einer für die Laserschicht durchlässigen Schicht überzogen. Es wird dort daher im wesentlichen auf die für die Markierung von undurchlässigen Materialien bekannten Verfahren zurückgegriffen, wobei die durchlässige Oberflächenschicht den Markiervorgang nicht stört, sondern sogar gewisse Vorteile gegenüber Fällen mit sich bringt, in denen die Schicht nicht vorgesehen ist. In a previously known from WO 89/07302 method for providing a component with a Below the surface arranged marking is the main part of the component for the Laser radiation impermeable and only with a transparent layer for the laser layer overdrawn. It is there, therefore, essentially on the impermeable for the marking Materials used in known methods, wherein the permeable surface layer does not interfere with the marking process, but even with certain advantages over cases brings in which the layer is not provided.

In DE 41 26 626 wird ein Verfahren zur Herstellung von Markierungen beschrieben, mit dem eine für das unbewaffnete Auge deutliche und dauerhafte Veränderung unter der Oberfläche eines transparenten Körpers geschaffen werden kann. Ein Laserstrahl wird in das Innere des transparenten Körpers fokussiert, um Mikrorisse im Volumen herzustellen. Diese Mikrorisse besitzen zwar starke Absorptions- und Streueigenschaften für Licht im optischen Spektralbereich und sind daher optisch gut sichtbar. Allerdings bewirkt das in DE 41 26 626 beschriebene Verfahren eine makroskopische Zerstörung im Innern des Bauteils. Die ursprünglichen mechanischen und thermischen Eigenschaften am Ort der Mikrorissbildung bleiben bei dem im DE 41 26 626 beschriebenen Verfahren nicht erhalten, sondern werden im Gegenteil wesentlich verändert und bilden die Grundlage zur optischen Modifikation mittels starker Streuung elektromagnetischer Strahlung. Dieses Verfahren führt aufgrund der lokalen Rissbildung zu einer Schwächung der mechanischen Stabilität und kann insbesondere bei dünnen Materialkörpern bzw. flachen Geometrien zur Zerstörung des Bauteils führen. In DE 41 26 626 a process for the preparation of markings is described, with the a significant and lasting change under the surface for the unaided eye a transparent body can be created. A laser beam enters the interior of the transparent body to produce micro-cracks in volume. These microcracks Although they have strong absorption and scattering properties for light in the optical Spectral range and are therefore optically visible. However, the effect in DE 41 26 626 described method a macroscopic destruction inside the component. The original mechanical and thermal properties at the site of microcracking remain in the process described in DE 41 26 626 not obtained, but are in The opposite is significantly changed and forms the basis for optical modification by means of strong scattering of electromagnetic radiation. This procedure results due to the local Cracking leads to a weakening of mechanical stability and can be especially at thin material bodies or flat geometries lead to the destruction of the component.

Auch in DE 44 07 547 wird ein Verfahren beschrieben, dass zur Kennzeichnung eines Bauteils bzw. Körpers im Innern nebeneinander angeordnete punktförmige Mikrorisse mittels gepulster Laserstrahlung induziert werden. Auch in diesem Verfahren entstehen Streuzentren, die eine Schwächung der mechanischen Eigenschaften des Bauteils bewirken. Also in DE 44 07 547 a method is described that for the identification of a component or body inside juxtaposed punctiform microcracks by means of pulsed Laser radiation can be induced. Also in this process arise scattering centers, the one Weakening the mechanical properties of the component.

Ähnliches gilt für die Ausführungen in DE 198 55 623, in der beschrieben wird, wie mit gepulster Laserstrahlung im UV nahe der Absorptionskante von transparenten Bauteilen unter der Oberfläche Markierungspunkte mit einem Durchmesser von 20 µm hergestellt werden. Bei den in DE 198 55 623 beschriebenen Laserparametern, insbesondere der langen Pulsdauer von 100 ns, können so im Wesentlichen nur Mikrorisse in bestimmten, für diese Strahlung geeignete Werkstoffe induziert werden. The same applies to the statements in DE 198 55 623, in which will be described as with pulsed laser radiation in the UV near the absorption edge of transparent components below the surface marking points are produced with a diameter of 20 microns. at the laser parameters described in DE 198 55 623, in particular the long pulse duration of 100 ns, so can essentially only micro-cracks in particular, for this radiation suitable materials are induced.

In DE 198 23 257 wird ein Verfahren zur Veränderung des Extinktionsspektrum metallpartikelhaltiger Dielektrika beschrieben. Die Einstrahlung ultrakurzer Laserimpulse verändert die Form der im Glaskörper bereits vorliegenden Metallpartikel und induziert eine polarisationsabhängige Farbverschiebung. Notwendige Voraussetzung für die Umsetzung dieses Verfahrens sind bereits vorhandener sphärischer Metallpartikel - erwähnt werden in DE 198 23 257 Silber- oder Goldpartikel - im Glaskörper mit einer Größe zwischen einigen nm bis 100 nm. DE 198 23 257 describes a method for changing the extinction spectrum Metal-particle-containing dielectrics described. The irradiation of ultrashort laser pulses changes the shape of the metal particles already present in the vitreous body and induces a polarization-dependent color shift. Necessary requirement for implementation this method are already existing spherical metal particles - are mentioned in DE 198 23 257 Silver or gold particles - in the glass body with a size between a few nm to 100 nm.

Es ist auch bekannt, dass z. B. im photochromen Glas die UV-Bestrahlung eine Separation der Silberhalogenide in Elektron-Loch-Paare hervorruft, die sich als Verdunklung im Material optisch auszeichnet. Allerdings bewirken Rekombinationsprozesse eine Rückführung in den ursprünglichen Zustand innerhalb weniger Minuten bzw. Sekunden. Eine dauerhafte Separation der Silberhalogenide durch Laserstrahlung zur erstmaligen Erzeugung von Metallpartikeln im Glaskörper ohne Erzeugung von Schäden im Inneren des Bauteils (z. B. Mikrorisse) wird erstmalig in dieser Erfindung angemeldet. In Erweiterung des Erfindungsgedankens wird in dieser Anmeldung das Verfahren für andere Anlaufgläser, z. B. Halbleiter dotierte Farbgläser, beschrieben. It is also known that z. B. in photochromic glass, the UV irradiation is a separation of Silver halides in electron-hole pairs causes, as a darkening in the material visually distinguished. However, recombination processes cause a return in the original state within a few minutes or seconds. A permanent separation the silver halides by laser radiation for the first generation of metal particles in the Glass body without generating damage inside the component (eg microcracks) is filed for the first time in this invention. In extension of the inventive concept is in this application, the process for other tempering glasses, z. B. semiconductor doped colored glasses, described.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass auf eine Oberfläche des Körpers ein Laserstrahl gerichtet wird, für den das Material durchlässig ist. Um Irrtümer zu vermeiden, bezieht sich der hier verwendete Ausdruck "durchlässig" und "transparent" unter Bezugnahme auf ein Material, in dem der Strahl hoher Leistungsdichte wenigstens bis zur Tiefe der gewünschten Markierung eindringen kann und schließt somit auch durchscheinende Materialien und Materialien wie z. B. Anlaufgläser, Farbfiltergläser, photochromes Glas oder Rauchglas ein, in dem die Transparenz für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich verringert, jedoch nicht beseitigt ist. Der Ausdruck "durchlässig" schließt auch Materialien ein, die für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich undurchlässig sind, die jedoch wenigstens teilweise elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen durchlassen können, die im selben Bereich des elektromagnetischen Spektrums wie diejenigen des Strahls hoher Leistungsdichte liegen. Der Ausdruck "sichtbar" oder "optisch sichtbar" bezieht sich auf einen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der für das unbewaffnete menschliche Auge erkennbar ist. The inventive method is characterized in that on a surface of the Body is directed a laser beam, for which the material is permeable. To make mistakes As used herein, as used herein, the terms "transmissive" and "transparent" refer to Referring to a material in which the high power density beam is at least down to depth The desired label can penetrate and thus includes translucent Materials and materials such. As tempered glasses, color filter glasses, photochromic glass or Smoke glass, in which the transparency for electromagnetic radiation at wavelengths in the Visible area is reduced, but not eliminated. The term "permeable" closes Also, materials that are suitable for electromagnetic radiation at wavelengths in the visible Impermeable to the area, but at least partially electromagnetic radiation Wavelengths that are in the same range of the electromagnetic spectrum can pass through like those of the beam of high power density. The term "visible" or "optically Visible "refers to an area of the electromagnetic spectrum used for the Unarmed human eye is recognizable.

Der Laserstrahl wird an einem Ort fokussiert, der von der Oberfläche einen Abstand aufweist und innerhalb des transparenten Körpers angeordnet ist, so dass dort eine hohe Leistungsdichte vorhanden ist. Die so erzielte hohe Leistungsdichte des Laserstrahls induziert nicht-lineare optische Effekte der Anregung, so dass eine sehr lokale Energieeinwirkung im transparenten Material erfolgt. Abhängig vom Bauteil und der Leistungsdichte des Laserstrahls können so Veränderungen in der komplexen Brechzahl erzielt werden, die eine Schaffung einer Markierung innerhalb des transparenten Materials in Form eines Gebietes von veränderten optischen Eigenschaften bewirkt. Diese veränderten optischen Eigenschaften der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Markierung sollen auf Änderungen im komplexen Brechungsindex beschränkt bleiben, z. B. durch lokale Photoreduktion, Bildung von stabilen Farbzentren, aber auch anderen Fluoreszenz- oder Absorptionszentren. Mikrorisse im Bauteil entstehen bei geeigneter Einstellung in diesem Verfahren nicht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bauteil für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Bereiches durchlässig oder auch nur teil-durchlässig. The laser beam is focused at a location spaced from the surface and is disposed within the transparent body, so that there is a high power density is available. The high power density of the laser beam thus obtained induces non-linear optical effects of excitation, allowing a very local energy effect in the transparent Material takes place. Depending on the component and the power density of the laser beam can so Changes in the complex refractive index are achieved, creating one Marker within the transparent material in the form of a domain of altered causes optical properties. These altered optical properties by the Marks generated according to the invention are intended to reflect changes in the complex Refractive index remain limited, z. B. by local photoreduction, formation of stable Color centers, but also other fluorescence or absorption centers. Micro cracks in the component do not arise in a suitable setting in this process. In a preferred Embodiment is the component for electromagnetic radiation at wavelengths within the visible area permeable or even partially permeable.

Der Strahleinfall auf das Bauteil kann relativ zum zu markierenden Körper beweglich gestaltete sein, so dass die sichtbare oder verborgene Markierung von vorbestimmter Form sein kann. Die Markierung kann z. B. dreidimensional sein und/oder eine oder mehrere Ziffern, Buchstaben oder Symbole oder eine Kombination derselben aufweisen, die wiederum eine Identifizierung, ein Warenzeichen, einen maschinenlesbaren Code oder irgendein anderes gewünschtes Merkmal darstellen können. Entscheidend ist, dass die im Volumen erzeugte Markierung nicht die mechanischen Eigenschaften des Bauteils offensichtlich verändert. Der Strahl hoher Leistungsdichte kann ein fokussierbarer Teilchenstrahl sein, wie z. B. ein Elektronenstrahl, der ausreichend Energie zum Bewirken gezielter lokaler Energieeinwirkung innerhalb des Körpers des Materials aufweist. The beam incidence on the component can be designed to be movable relative to the body to be marked so that the visible or hidden mark can be of predetermined shape. The mark can z. B. be three-dimensional and / or one or more digits, Letters or symbols or a combination thereof, which in turn has a Identification, a trademark, a machine readable code or any other represent desired feature. What matters is that the volume generated Marking does not obviously change the mechanical properties of the component. Of the High power density beam may be a focusable particle beam, such as. B. a Electron beam that has sufficient energy to effect targeted local energy within the body of the material.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Bauteil erforderlichenfalls durch folgende Methode (bzw. Kombination aus folgenden Methoden) vorbehandelt und dann zur dauerhaften, ortsgebundenen Veränderung des komplexen Brechungsindex ein Laserstrahl mit ausreichend hoher Leistungsdichte aus Laserimpulsen hoher Spitzenleistung und ultrakurzen Laserimpulsen eingesetzt:

1. Wärme-Behandlung des Bauteils und Einsatz kurzgepulste Laserstrahlung;
2. Bestrahlung des Bauteils durch elektromagnetische Strahlung im UV und Einsatz kurzgepulste Laserstrahlung;
3. Bestrahlung des Bauteils durch Teilchenstrahl und Einsatz kurzgepulste Laserstrahlung;
4. Kombination aus Bestrahlung des Bauteils durch elektromagnetische Strahlung im UV, Temperatur-Behandlung des Bauteils und Einsatz kurzgepulste Laserstrahlung;
5. Kombination aus Bestrahlung des Bauteils durch einen Elektronenstrahl, Wärme- Behandlung des Bauteils und Einsatz kurzgepulste Laserstrahlung;
6. Kombination aus Bestrahlung des Bauteils durch einen Teilchenstrahl und elektromagnetische Strahlung im UV, Wärme-Behandlung des Bauteils und Einsatz kurzgepulste Laserstrahlung.

In a preferred embodiment, the component is pretreated if necessary by the following method (or combination of the following methods) and then used for permanent, localized change in the complex refractive index, a laser beam with sufficiently high power density of laser pulses high peak power and ultrashort laser pulses:

1. heat treatment of the component and use short-pulse laser radiation;
2. Irradiation of the component by electromagnetic radiation in the UV and use of short-pulse laser radiation;
3. Irradiation of the component by particle beam and use short-pulse laser radiation;
4. Combination of irradiation of the component by electromagnetic radiation in the UV, temperature treatment of the component and use of short-pulse laser radiation;
5. Combination of irradiation of the component by an electron beam, heat treatment of the component and use of short-pulse laser radiation;
6. Combination of irradiation of the component by a particle beam and electromagnetic radiation in the UV, heat treatment of the component and use of short-pulse laser radiation.

Die Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und einem Bauteil hängt stark von dem Verhältnis der Energiedichte zur gewählten Leistungsdichte der betreffenden Laserstrahlung ab. Erst die Verwendung von zeitlich modulierte Laserstrahlung steigert das Verhältnis zwischen der Leistungsdichte und der Energiedichte eines Einzelpulses. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es notwendig, mit hoher Leistungsdichte bei geringer Energiedichte zu arbeiten, da Veränderung der komplexen Brechzahl ohne sichtbare mechanische Schädigung im Medium eine sehr präzise Lokalisierung der Energie in den Bauteil erfordert. Diese Bedingung kann z. B. durch den Einsatz ultrakurzer Laserimpulse im Pulsdauerbereich ≤ 10^-10 s erfüllt werden. Eine Leistungsdichte ab ca. 10¹⁰ W/cm² bewirkt eine effiziente Einkopplung der Laserenergie überwiegend über nicht-lineare optische Effekte der Multiphotonen-Absorption, Tunnel- und Kaskaden-Ionisation. Diese Grenze der Leistungsdichte wird bei der Fokussierung von Laserstrahlung mit Laserimpulsen von 10^-10 s bereits mit Einzelpulsenergie unter 10 nJ erreicht. Um die Lokalisierung der Energie im Volumen zu ermöglichen, wird in diesem Verfahren der Einsatz von Laserstrahlung in einem Spektralbereich vorausgesetzt, für die der Bauteil durchsichtig bleibt, bis die Laserstrahlung aufgrund der Fokussierung eine kritische Leistungsdichte von ca. 10¹⁰ W/cm² erreicht. The interaction between laser radiation and a component depends strongly on the ratio of the energy density to the selected power density of the laser radiation in question. Only the use of time-modulated laser radiation increases the ratio between the power density and the energy density of a single pulse. For the inventive method, it is necessary to work with high power density at low energy density, since changing the complex refractive index without visible mechanical damage in the medium requires a very precise localization of the energy in the component. This condition can z. B. by the use of ultrashort laser pulses in the pulse duration range ≤ 10 ^-10 s are met. A power density from about 10 ¹⁰ W / cm ² causes an efficient coupling of the laser energy predominantly via non-linear optical effects of multiphoton absorption, tunneling and cascade ionization. This power density limit is reached by focusing laser radiation with laser pulses of 10 ^-10 s already with single pulse energy below 10 nJ. In order to enable the localization of the energy in the volume, this method presupposes the use of laser radiation in a spectral range for which the component remains transparent until the laser radiation reaches a critical power density of approximately 10 ¹⁰ W / cm ² due to the focusing.

Die Wechselwirkung von Laserstrahlung ultrakurzer Impulse mit transparenten Bauteilen zeigt eine überraschende Vielfalt von Modifikationen, die zu einer wirksamen und dauerhaften Veränderung in der komplexen Brechzahl dieser Bauteile genutzt werden kann. Im räumlichen Bereich der Energieeinkopplung werden im transparenten Bauteil Elektron-Loch-Paare erzeugt, die Ausgangspunkt für weitere Veränderungen im Bauteil sein können. Einige Elektron-Loch-Paare können sich von ihrem räumlich und energetisch gebundenen Zustand lösen. Die Trennung von Elektron-Loch-Paaren bewirkt eine Bildung eines sog. Farbzentrums, die eine Veränderung der Absorptions- und Reflexionseigenschaften auf einem mikroskopisch kleinem Ort bewirkt. Der Einsatz ultrakurzer Laserimpulse induziert eine geeignete Konzentration von sog. Farbzentren (Kolloide) oder submikroskopische Metallpartikeln im Innern von Bauteile. Abhängig von der Konzentration und Gruppierung der Farbzentren bewirkt die lokale Ansammlung solcher Defekt eine Änderung der komplexen Brechzahl, somit eine Variation in- den Absorptions- und Dispersionseigenschaften. Völlig überraschend wurde die Erzeugung von Farbzentren sogar in einem UV durchlässigen LiF-Kristall mittels infraroten, ultrakurzen Laserimpulsen gezeigt, die in Form von langen gelben Kanälen sogar mit dem unbewaffneten Auge erkennbar waren. The interaction of laser radiation of ultrashort pulses with transparent components shows a surprising variety of modifications that lead to an effective and lasting Change in the complex refractive index of these components can be used. In the spatial In the transparent component, the area of energy coupling becomes electron-hole pairs generated, which can be the starting point for further changes in the component. Some Electron-hole pairs may differ from their spatially and energetically bound state to solve. The separation of electron-hole pairs causes a formation of a so-called. Color center, a change in the absorption and reflection properties on a microscopic small place causes. The use of ultrashort laser pulses induces a suitable one Concentration of so-called color centers (colloids) or submicroscopic metal particles in the Interior of components. Depending on the concentration and grouping of the color centers the local accumulation of such defect causes a change in the complex refractive index, thus a variation in absorption and dispersion properties. Was completely surprising the generation of color centers even in a UV-transparent LiF crystal means infrared, ultrashort laser pulses shown in the form of long yellow channels even with the unaided eye were recognizable.

Entscheidend ist, das erst mit der hier beschriebenen Vorrichtung die notwendigen Voraussetzung geschaffen wurden, um gezielt im Innern von diesen Bauteilen die ausreichende Menge an Energie einzukoppeln, um ausschließlich eine wirksame Änderung in der komplexen Brechzahl des Mediums herzustellen, ohne signifikante Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften. Die so im Bauteil erzeugten Markierungen entstehen nicht mehr auf der Grundlage von Mikrorissen oder einer laserinduzierten Änderung bereits vorhandener (sphärischen) Metallpartikel im Bauteil. Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt deshalb an, die Leistungsdichte der ultrakurzen Laserimpulse so einzustellen, so dass keine optische wirksame mechanische Veränderung des Bauteils in Form von Mikrorissen oder spannungsinduzierte Doppelbrechung auftritt. It is crucial that only with the device described here the necessary Conditions have been created to targeted in the interior of these components sufficient Amount of energy to couple in order to exclusively make an effective change in the complex Refractive index of the medium, without significantly affecting the mechanical Characteristics. The markings produced in the component no longer arise on the Based on microcracks or a laser-induced change already existing (spherical) metal particles in the component. The inventive method therefore indicates that Power density of ultrashort laser pulses to adjust, so no optical effective mechanical change of the component in the form of microcracks or stress-induced Birefringence occurs.

Nach diesem Verfahren steht dann auch ein Markierungsverfahren zur Verfügung, dass unterhalb der Oberfläche vorhanden wäre und nicht entfernt werden kann. Ein solches Verfahren würde offensichtlich fälschungssichere Anwendungen haben. Die Änderungen der komplexen Brechzahl könnte so beschaffen sein, dass verschiedene Absorptionszentren entstehen, welches ein Mehrfarbeneindruck bewirkt. Eine entsprechende Markierung von unterschiedlichen Änderungen der komplexen Brechzahl im Bauteil, z. B. nebeneinander, würde dann aus mehreren "Farben" bestehen. Eine andere Anwendungsmöglichkeit ist die Realisierung eines multispektralen 3-dimensionalen Speichers, z. B. in einem Bauteil, der aus einem Würfel aus transparenten Material besteht, der durch die beschriebene Vorrichtung mit diesem Verfahren in seiner komplexen Brechzahl an verschiedenen Positionen in Innern unterschiedlich modifiziert worden ist. Die Speicherdichte könnte gegenüber einer Auslesung bei einer Wellenlänge in einem multispektral veränderten Bauteil um ein vielfaches erhöht werden, da jetzt die Auslesung über mehrere Wellenlängen erfolgen kann. Die Änderung der komplexen Brechzahl könnte so beschaffen sein, dass diese linien- oder flächenförmig angeordnet sind. Die nach diesem Verfahren veränderten Bauteile besitzen dann räumlich begrenzte (Farb-)Filtereigenschaften für elektromagnetische Wellen für Anwendungen z. B. im Bereich der optischen Projektion. According to this method, a marking method is then available that below the surface and could not be removed. Such Procedure would obviously have forgery-proof applications. The changes of complex refractive index could be such that different absorption centers arise, which causes a multi-color impression. A corresponding mark of different changes in the complex refractive index in the component, eg. B. next to each other, would then consist of several "colors". Another application is the Realization of a multispectral 3-dimensional memory, eg. B. in a component that made a cube of transparent material, which by the described device with this method in its complex refractive index at various positions in the interior has been modified differently. The storage density could be opposite to a readout increased at a wavelength in a multi-spectrally modified component many times since now the reading can take place over several wavelengths. The change of complex refractive index could be such that these line or planar are arranged. The modified by this process components have then spatially limited (color) filter characteristics for electromagnetic waves for applications such. In the Area of optical projection.

Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei auf die Fig. 1, 2 und 3 Bezug genommen wird. Dabei wurde der in Fig. 4 illustrierte Aufbau eingesetzt. Ultrakurze Laserimpulse mit einer Pulsdauer von 200 fs und einer Wellenlänge von 800 nm wurden mit einer Quarzlinse einer Brennweite von 250 mm in ein photochromes Glas der Fa. Schott fokussiert, um die in Fig. 1 und 2 dokumentierten Innenmodifikationen zur erzeugen, die in einem Temperaturbereich bis mehrere 100 K oberhalb der Zimmertemperatur dauerhaft erhalten bleiben. Der Fokus des Laserstrahls lag somit unter der Oberfläche. Die Einzelpulsenergie wurde auf 40 µJ gesetzt, so dass die Energieflussdichte auf den Oberflächen des Glaskörpers nicht ausreichte, um diese zu verändern. Stattdessen konnten in Innern des Materials die Erzeugung von Weißlicht beobachtet werden. Eine Bestrahlungszeit von 1 Sekunde bei einer Wiederholrate von 1 kHz genügte, um die in Fig. 1 gezeigte Farbänderung im Innern des photochromen Glaskörpers dauerhaft zu induzieren. Die in Fig. 1 gezeigte lokale Färbung ist das Ergebnis einer laserinduzierten lokalen und dauerhaften Veränderung der komplexen Brechzahl im photochromen Glas und bewirkt eine Zunahme in der Absorption in einem bestimmten Spektralbereich. Diese Punkte können nebeneinander geordnet zu einem Strich geformt werden, wie in Fig. 2 zu sehen ist. Mikrorisse sind im in Fig. 1 und 2 gezeigten Bauteil nicht erkennbar, somit liegt ein völlig neues Verfahren für die Erzeugung dieser Mikromodifikation zugrunde. Durch eine geeignete Vorbehandlung mittels Wärme-, UV-, oder Teilchenstrahlung und dem nachfolgenden Einsatz von ultrakurzen Laserimpulsen konnte völlig überraschend dieser Rekombinationsprozess unterbrochen werden. Mit diesem Verfahren ist die Erzeugung von Absorptionszentren unterschiedlichem Transmissionswert möglich, d. h. verschiedene Graustufen lassen sich mit dieser Vorrichtung gezielt einstellen. In the following the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments, reference being made to FIGS. 1, 2 and 3. In this case, the structure illustrated in FIG. 4 was used. Ultrashort laser pulses with a pulse duration of 200 fs and a wavelength of 800 nm were focused with a quartz lens with a focal length of 250 mm in a photochromic glass from Schott to produce the documented in Fig. 1 and 2 internal modifications in a temperature range remain permanently up to several 100 K above room temperature. The focus of the laser beam was thus below the surface. The single pulse energy was set to 40 μJ so that the energy flux density on the surfaces of the glass body was insufficient to change it. Instead, the production of white light could be observed inside the material. An irradiation time of 1 second at a repetition rate of 1 kHz was sufficient to permanently induce the color change shown in Fig. 1 inside the photochromic glass body. The local coloration shown in Fig. 1 is the result of a laser-induced local and permanent change in the complex refractive index in the photochromic glass and causes an increase in the absorption in a certain spectral range. These points can be arranged side by side to form a dash, as shown in Fig. 2 can be seen. Microcracks are not visible in the component shown in FIGS. 1 and 2, thus a completely new method for the generation of this micro-modification is based. By a suitable pretreatment by means of heat, UV, or particle radiation and the subsequent use of ultrashort laser pulses, this recombination process could be interrupted completely unexpectedly. With this method, the generation of absorption centers of different transmission value is possible, ie different gray levels can be adjusted specifically with this device.

Unter Einsatz ultrakurzer Laserimpulse und teilweise mit thermischer Vorbehandlung der Bauteile konnte überraschend gezeigt werden, das z. B. in Anlaufgläsern dauerhaft punktförmige, strichförmige und flächenhafte Veränderungen in den optischen Eigenschaften generiert werden. Fig. 3 zeigt dies am Beispiel für ein Farbfilterglas, GG420 von der Fa. Schott. Dieses Anlaufglas wurde mit Halbleitermaterialien geeignet dotiert, dass die Absorptionskante bei 420 nm liegt, d. h. unterhalb der Wellenlänge von 420 nm absorbiert GG420 Glas, oberhalb 420 nm ist dieses Glas transparent. Durch die Dotierung mit Halbleitermaterialien zur Erzeugung des Anlaufglases entstehen vor der erfindungsgemäßen Behandlung keine submikroskopischen Metallpartikel im Innern des Glaskörpers. Ultrakurze Laserimpulse mit einer Pulsdauer von 200 fs und einer Wellenlänge von 800 nm wurden mit geeigneter Optik zur Strahlführung auf einen parallelen Strahlbündel mit einem konstanten Strahldurchmesser von 600 µm durch einen 10 mm dicken GG420 Glaskörper gelenkt. Vor dem Glas wurde eine Schablone des Firmenlogos der Laser- und Medizin-Technologie, Berlin GmbH (LMTB) im Kontakt vor das Anlaufglas gesetzt und der Laserstrahl mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/s über diese Fläche gerastert (gescant). In den ausgeschnittenen Bereichen der Schablone dringt der Laserstrahl in das Anlaufglas und führt zu der in Fig. 3 gezeigten Veränderung im Innern des Glasbauteils. Die Gesamtgröße der Markierung in diesem Ausführungsbeispiel ist ca. 3 mm × 3 mm und verbleibt als dauerhafte Innenmodifikation im Glaskörper auch bei Erwärmung deutlich über der Zimmertemperatur erhalten. Die Transmissionseigenschaft der laserinduzierten Modifikation ändert sich dramatisch und bleibt auch hier bei Zimmertemperatur dauerhaft bestehen. Die Transmission ab Wellenlängen von 420 nm fällt in diesem Beispiel von über 90% vor der Behandlung auf unter 25% nach der erfindungsgemäßen Behandlung. Die Oberfläche an der Vorder- und Rückseite des Glaskörpers bleibt unverändert. Die Einzelpulsenergie der Laserimpulse wurde auf 190 µJ gesetzt, so dass die Energieflussdichte von weniger als 200 mJ/cm² auf den Oberflächen des Glaskörpers nicht ausreichte, um diese zu verändern. Eine Bestrahlungszeit 1/100 Sekunde bei einer Wiederholrate von 1 kHz genügte, um im Innern von diesem Anlaufglas GG420 eine sichtbare, dauerhafte Transmissionsänderung zu induzieren. Bei Fokussierung der Laserstrahlung mit Laserimpulsen im Picosekunden-Impulsbreitenbereich genügen Einzelpulsenergien im Bereich von 100 pJ bis 100 nJ, um die erfindungsgemäße Veränderung im Innern von Anlaufgläsern zu induzieren. Using ultrashort laser pulses and sometimes with thermal pretreatment of the components could be surprisingly shown that z. B. in start-up glasses permanently punctual, line-shaped and areal changes in the optical properties are generated. FIG. 3 shows this using the example of a color filter glass, GG420 from Schott. This starting glass was suitably doped with semiconductor materials such that the absorption edge is at 420 nm, ie below the wavelength of 420 nm GG420 absorbs glass, above 420 nm this glass is transparent. By doping with semiconductor materials to produce the temper glass, no submicroscopic metal particles are formed in the interior of the glass body before the treatment according to the invention. Ultrashort laser pulses with a pulse duration of 200 fs and a wavelength of 800 nm were directed with suitable optics for beam guidance onto a parallel beam bundle with a constant beam diameter of 600 μm through a 10 mm thick GG420 glass body. In front of the glass, a stencil of the company logo of the Laser and Medical Technology, Berlin GmbH (LMTB) was placed in contact with the start-up glass and the laser beam was scanned over this surface at a speed of 1 mm / s (scanned). In the cut-out areas of the template, the laser beam penetrates into the starting glass and leads to the change in the interior of the glass component shown in FIG . The total size of the mark in this embodiment is about 3 mm × 3 mm and remains as a permanent internal modification in the glass body even when heated significantly above the room temperature. The transmission property of the laser-induced modification changes dramatically and persists permanently at room temperature. The transmission from wavelengths of 420 nm falls in this example from over 90% before treatment to less than 25% after the treatment according to the invention. The surface on the front and back of the glass body remains unchanged. The single pulse energy of the laser pulses was set at 190 μJ, so that the energy flux density of less than 200 mJ / cm ² on the surfaces of the glass body was insufficient to change. An irradiation time of 1/100 second at a repetition rate of 1 kHz was sufficient to induce a visible, permanent change in transmission inside this starter lens GG420. When focusing the laser radiation with laser pulses in the picosecond pulse width range, single pulse energies in the range from 100 pJ to 100 nJ suffice to induce the change according to the invention inside start-up lenses.

Wenn das zu markierende Bauteil für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Bereichs durchlässig ist, dann wird zum Erzeugen des Strahls mit der erforderlichen hohen Spitzenleistung vorzugsweise ein Ti : Saphir Laser (mit Titan dotierter Saphir Kristall) oder Cr-Fosterite (ein mit Chrom dotierter Fosterite Kristall) eingesetzt, die bei einer Grundwellenlänge von ca. 0,8 µm und 1,3 µm arbeiten oder ein modengekoppelter Nd : YAG Lasersystem oder ähnliche Lasersysteme, die ultrakurze Laserimpulse zwischen 0,1 × 10^-12 und 10 × 10^-12 s erzeugen. Der Brennpunkt des Strahls kann relativ zum Körper bewegt werden oder umgekehrt, der Körper kann auch relativ zur Fokuslage geführt werden. Es kann zur Fokussierung des Strahles ein Linsenelement vorgesehen sein, entweder in Form einer korrigierenden Linse, die den Strahl in derselben Tiefe innerhalb des Körpers unabhängig von irgendwelchen Krümmungen in dessen Oberfläche fokussiert, oder aber durch Mikroobjektive (Mikroskopobjektive mit unterschiedlicher Brennweite), oder aber durch Hochleistungsachromaten (speziell entwickelte Achromaten für ultrakurze Laserimpulse), oder aber durch Immersionsoptiken. Durch Abstandsvariation zwischen Bauteil und Linse können diese Markierungen in unterschiedlichen Tiefen innerhalb des Körpers hergestellt werden, so dass dreidimensionale Markierungen erzeugt werden. Des weiteren kann die Optik so gewählt werden, dass mit einem parallelen Laserstrahlbündel das Scannen bzw. Abrastern einer Schablone im Kontakt vor dem Glaskörper ausgeführt wird, oder die Schablone direkt durch optische Projektion in den Glaskörper abgebildet wird. If the member to be marked is transparent to electromagnetic radiation at wavelengths within the visible range, then preferably a Ti: sapphire laser (titanium-doped sapphire crystal) or Cr-Fosterite (a chromium-doped) is produced to produce the beam with the required high peak power Fosterite crystal) used at a fundamental wavelength of about 0.8 microns and 1.3 microns or a mode-locked Nd: YAG laser system or similar laser systems, the ultrashort laser pulses between 0.1 × 10 ^-12 and 10 × 10 ^-12 s generate. The focal point of the beam can be moved relative to the body or vice versa, the body can also be guided relative to the focus position. It can be provided for focusing the beam, a lens element, either in the form of a corrective lens that focuses the beam at the same depth within the body regardless of any curvature in the surface, or by micro-objectives (microscope lenses with different focal lengths), or through High-performance achromats (specially developed achromats for ultrashort laser pulses), or by immersion optics. By varying the distance between the component and the lens, these markings can be produced at different depths within the body, so that three-dimensional markings are produced. Furthermore, the optics can be chosen such that the scanning or scanning of a template in contact in front of the glass body is performed with a parallel laser beam, or the template is imaged directly by optical projection into the glass body.

Gemäß der Erfindung kann ein optisch markiertes Bauteil geschaffen werden, in dem die Markierung aus einer Zone von Änderungen in der komplexen Brechzahl innerhalb des Bauteils besteht, die das Ergebnis von lokaler Einbringung von Energie ist und einen Abstand von der Oberfläche des Körpers aufweist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bauteil für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Bereiches durchlässig. Z. B. kann das Material aus Glas oder Kunststoff bestehen. Die Markierung kann dreidimensional sein und/oder eine oder mehrere Zahlen, Buchstaben oder Symbole oder eine Kombination davon aufweisen. Die Erfindung wird im folgenden anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. According to the invention, an optically marked component can be created, in which the Marking out a zone of changes in the complex refractive index within the Component is the result of local contribution of energy and a distance from the surface of the body. In a preferred embodiment this is Component for electromagnetic radiation at wavelengths within the visible range permeable. For example, the material may be made of glass or plastic. The marker can be three-dimensional and / or one or more numbers, letters or symbols or one Combination thereof. The invention will be described below with reference to an advantageous Embodiment described by way of example with reference to the drawings.

Es zeigt Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, erzeugt eine Quelle 1 einen Strahl von Laserstrahlung 2, die so gerichtet ist, dass sie auf ein Bauteil 4 auftritt, der im vorliegenden Beispiel die Form einer Scheibe hat. Da die zu erzeugende Markierung unterhalb der Oberfläche angeordnet sein soll, ist das Bauteil 4 so ausgewählt, dass sie aus Material wie Glas oder Kunststoff besteht, das für elektromagnetische Strahlung innerhalb des sichtbaren und infraroten Bereiches des elektromagnetischen Spektrums durchlässig ist. Außerdem ist die Quelle 1 so ausgewählt, dass das Material der Bauteil 4 für den Strahl der Laserstrahlung 2, die diese erzeugt, ähnlich durchlässig ist. Das Bauteil 4 wurde, abhängig vom Material und Zweck der Markierung durch Wärme-, UV- und/oder Teilchenstrom vorbehandelt, um den Vorgang einer schonenden Änderung der komplexen Brechzahl zu unterstützen oder die notwendigen physikalischen Voraussetzungen hierfür zu schaffen. In der gezeigten Vorrichtung weist die Quelle 1 ein gepulstes Lasersystem aus, das ultrakurze Laserimpulse hoher Spitzenleistung vorzugsweise bei einer Wellenlänge zwischen 0,8 und 1,3 µm aussendet. Auch die Umwandlung der gepulsten Laserstrahlung 2 in andere Wellenlänge mittels Frequenzkonversion kann durchgeführt werden, vorausgesetzt die Oberfläche des Bauteils ist für die Strahlung durchlässig. Ein Linsenelement 3 fokussiert den Strahl 2 an einen vorgegebenen Punkt 5 in einem Abstand von der Oberfläche des Bauteils 4 innerhalb der Dicke des Glas- oder Kunststoffmaterials, aus dem das Bauteil hergestellt ist. Wie wohlbekannt, ist die maximale Leistungsdichte des Strahls 2 umgekehrt proportional zum Quadrat des Strahlradius in seinem Brennpunkt 5. Der Strahlradius im Brennpunkt 5 kann durch Reduzierung der Brennweite von Linse 3 verkleinert werden, was in erster Näherung zu einer Erhöhung der Leistungsdichte führt. Andere Methoden zur Erhöhung der Leistungsdichte sind vorzugsweise Verkürzung der Laserimpulse und Ausnutzung der Selbstfokussierung. Vergrößerung der Einzelpulsenergie liefert auch eine Erhöhung der Leistungsdichte, führt aber in erster Näherung nicht zu einer Verbesserung im Verhältnis Leistungsdichte zur Energiedichte. Die Gefahr einer mechanischen Schädigung des Bauteils bzw. der Bildung einer erkennbaren Beschädigungszone durch Mikrorisse und Spannungen im Bauteil nimmt bei steigender Einzelpulsenergie zu. Mit Linsenelement 3 kann auch eine Projektion einer Schablone im Innern des Bauteils erfolgen, oder durch geeignete Bewegung der Probe oder des Laserstrahls eine Schablone im Kontakt mit dem Bauteil abgerastert werden, so wie dies im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 geschehen. Durch Bewegen der Bauteil 4 relative zum Strahl 2 und Linse 3 kann eine Markierung in einer vorbestimmten Form und insbesondere so hergestellt werden, dass sie eine oder mehrere Ziffern, Buchstaben oder Symbole oder eine Kombination derselben aufweist. Zusätzliche technische Hilfsmittel, z. B. geeignete optische Instrumente, werden zu Sichtbarmachung benötigt, wenn die nach diesem Verfahren hergestellte Markierung für das unbewaffnete Auge nicht sichtbar ist. Bezugszeichenliste 1 Laserquelle
2 Laserstrahlung
3 Linsenelement/Strahlformung/Strahlablenkung
4 Bauteil/Zielkörper
5 Wirkort/Brennpunkt/Gebiet der Veränderung der komplexen Brechzahl
FIG. 4 shows a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention. As can be seen from Fig. 4, a source 1 generates a beam of laser radiation 2 which is directed to impinge on a component 4 , which in the present example has the shape of a disk. Since the mark to be formed is to be located below the surface, the component 4 is selected to be made of material such as glass or plastic, which is permeable to electromagnetic radiation within the visible and infrared regions of the electromagnetic spectrum. In addition, the source 1 is selected so that the material of the component 4 for the beam of the laser radiation 2 , which generates them, is similarly permeable. The component 4 was pretreated, depending on the material and purpose of the marking by heat, UV and / or particle flow in order to support the process of gentle change of the complex refractive index or to provide the necessary physical conditions for this. In the apparatus shown, the source 1 comprises a pulsed laser system which emits ultra high power peak laser pulses preferably at a wavelength between 0.8 and 1.3 μm. The conversion of the pulsed laser radiation 2 into another wavelength by means of frequency conversion can also be carried out, provided that the surface of the component is permeable to the radiation. A lens element 3 focuses the beam 2 at a predetermined point 5 at a distance from the surface of the component 4 within the thickness of the glass or plastic material from which the component is made. As is well known, the maximum power density of the beam 2 is inversely proportional to the square of the beam radius at its focal point 5 . The beam radius at the focal point 5 can be reduced by reducing the focal length of the lens 3 , resulting in a first approximation to an increase in power density. Other methods for increasing the power density are preferably shortening the laser pulses and utilizing self-focusing. Increasing the single pulse energy also provides an increase in power density, but does not lead to a first approximation to an improvement in the ratio of power density to energy density. The risk of mechanical damage to the component or the formation of a recognizable damage zone due to microcracks and stresses in the component increases with increasing single pulse energy. Lens element 3 can also be used to project a template in the interior of the component, or a template can be scanned in contact with the component by suitable movement of the sample or laser beam, as is done in the exemplary embodiment of FIG . By moving the component 4 relative to the beam 2 and lens 3 , a mark can be made in a predetermined shape, and in particular, having one or more numerals, letters or symbols or a combination thereof. Additional technical aids, eg. As appropriate optical instruments are required for visualization, if the marker produced by this method is not visible to the unaided eye. LIST OF REFERENCES 1 Laser source
2 laser radiation
3 lens element / beam shaping / beam deflection
4 component / target body
5 site of action / focal point / area of change in the complex refractive index

Claims

1. Verfahren und Vorrichtung zum Versehen eines Bauteils mit einer in der Tiefe des Materials angeordneten, dauerhaften Markierung, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Oberfläche des Körpers ein Strahl hoher Energiedichte gerichtet wird, für den das Material durchlässig ist, so dass die Schaffung einer Markierung überwiegend innerhalb des transparenten Materials in Form eines Gebietes von erhöhter Absorption oder Reflexion für elektromagnetische Strahlung induziert wird. A method and apparatus for providing a component having a permanent mark disposed in the depth of the material, characterized in that a high energy density beam is directed onto a surface of the body for which the material is permeable, such that the creation of a mark is predominantly induced within the transparent material in the form of a region of increased absorption or reflection for electromagnetic radiation.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Bereiches durchlässig ist und dass die Markierung nur durch die Änderung der komplexen Brechzahl entsteht. 2. The method according to claim 1, characterized in that the component for electromagnetic radiation at wavelengths within the visible range is permeable and that the mark only by changing the complex refractive index arises.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung dreidimensional ist. 3. The method according to any one of claims 1 to 2, characterized in that the marking is three-dimensional.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung eine oder mehrere Ziffern, Buchstaben, Symbole oder eine Kombination derselben aufweist 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the marking one or more numbers, letters, symbols or a combination thereof

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung mittels eines fokussierten Strahles erfolgt. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the marking by means of a focused beam.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung mittels des Abrastern einer Maske mit einem fokussierten oder parallelen Strahl erfolgt. 6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the marking by scanning a mask with a focused or parallel beam.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung mittels der Belichtung einer Maske mit einem parallelen Strahl erfolgt. 7. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the marking by exposure of a mask with a parallel beam.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mittels Wärmestrahlung oder anderer thermischen Methoden vorbehandelt wurde. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the component was pretreated by thermal radiation or other thermal methods.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mittels hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung im Ultraviolettem, Röntgen- bis Gammastrahlungsbereich vorbehandelt wurde. 9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the component by means of high-energy electromagnetic radiation in the ultraviolet, X-ray until Gamma radiation area was pretreated.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mittels ionisierender Teilchenstrahlung aus Elektronen, Ionen oder Molekülen vorbehandelt wurde. 10. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the component pretreated by means of ionizing particle radiation from electrons, ions or molecules has been.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, das der Strahl hoher Leistungsdichte ein Laserstrahl ist. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the beam high power density is a laser beam.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl eine Leistungsdichte am Brennpunkt von wenigstens 10¹⁰ W/cm² hat. 12. The method according to claim 11, characterized in that the laser beam has a power density at the focal point of at least 10 ¹⁰ W / cm ² .

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser eine mit einer Pulsdauer von weniger als 10^-10 Sekunden gepulst ist. 13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that the laser is pulsed with a pulse duration of less than 10 ^-10 seconds.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der Laserstrahlung zwischen 0,2 und 11 µm liegt. 14. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the Wavelength of the laser radiation is between 0.2 and 11 microns.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl durch einen Ti : Saphir, Cr : Fosterite oder anderen Lasersystemen zur Generierung ultrakurzer Laserimpulse erzeugt wird. 15. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the Laser beam through a Ti: sapphire, Cr: Fosterite or other laser systems Generation of ultrashort laser pulses is generated.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennpunkt des Strahls relativ zum Körper bewegt wird, um so eine Markierung vorbestimmter Form zu erzeugen. 16. The method according to any one of claims 11 to 15, characterized in that the Focus of the beam is moved relative to the body, so as to mark produce predetermined shape.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper relativ zum Brennpunkt des Strahls bewegt wird, um so eine Markierung vorbestimmter Form zu erzeugen. 17. The method according to any one of claims 11 to 16, characterized in that the body is moved relative to the focal point of the beam, so as to mark a predetermined To create shape.

18. Markiertes Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung aus einer Zone mit unbewaffneten Auge sichtbarer Farbzentren innerhalb des Bauteils besteht, die als Ergebnis lokalisierter Energieeinbringung von einer Oberfläche des Körpers einen Abstand aufweist. 18. Marked component, characterized in that the marking from a zone with unarmed eye visible color centers within the component exists as a result localized energy input from a surface of the body has a distance.

19. Markiertes Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus Kunststoffen, Oxiden, Fluoriden, Gläsern, Farbgläsern, photochromen Gläsern oder anderen Anlaufgläsern besteht. 19. Marked component, characterized in that the component made of plastics, oxides, Fluorides, glasses, stained glasses, photochromic glasses or other tempering glasses.