DE102021108509A1 - Device and method for laser machining a workpiece - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks (104), welches ein für die Laserbearbeitung transparentes Material (102) aufweist, umfassend eine erste Strahlformungseinrichtung (106) mit einem Strahlteilungselement (112) zur Aufteilung eines in die erste Strahlformungseinrichtung (106) eingekoppelten ersten Eingangsstrahls (108) in eine Mehrzahl von Teilstrahlen (114), und eine der ersten Strahlformungseinrichtung (106) zugeordnete Fokussieroptik (116) zur Abbildung von aus der ersten Strahlformungseinrichtung (106) ausgekoppelten Teilstrahlen (114) in mindestens eine Fokuszone (122), wobei die Aufteilung des ersten Eingangsstrahls (108) mittels dem Strahlteilungselement (112) durch Phasenaufprägung auf den ersten Eingangsstrahl (108) erfolgt, die Teilstrahlen (114) zur Ausbildung der mindestens einen Fokuszone (122) in unterschiedliche Teilbereiche (120) der mindestens einen Fokuszone (122) fokussiert werden, zur Laserbearbeitung des Werkstücks (104) die mindestens eine Fokuszone (122) mittels der Fokussieroptik (116) unter mindestens einem Anstellwinkel (a) zu einer Außenseite (144; 146) des Werkstücks (104) in das Material (102) eingebracht wird und wobei durch Beaufschlagung des Materials (102) mittels der mindestens einen Fokuszone (122) Materialmodifikationen (156) in dem Material (102) erzeugt werden, welche mit einer Änderung eines Brechungsindex des Materials (102) assoziiert sind.The present invention relates to a device for laser processing a workpiece (104), which has a material (102) that is transparent for laser processing, comprising a first beam shaping device (106) with a beam splitting element (112) for splitting a beam that is coupled into the first beam shaping device (106). first input beam (108) into a plurality of partial beams (114), and focusing optics (116) assigned to the first beam shaping device (106) for imaging partial beams (114) coupled out of the first beam shaping device (106) into at least one focal zone (122), wherein the splitting of the first input beam (108) by means of the beam splitting element (112) takes place by impressing phases on the first input beam (108), the partial beams (114) for forming the at least one focal zone (122) into different partial regions (120) of the at least one focal zone (122) are focused for laser processing of the workpiece ks (104) the at least one focal zone (122) by means of the focusing optics (116) at at least one angle (a) to an outside (144; 146) of the workpiece (104) is introduced into the material (102), and by impinging on the material (102) by means of the at least one focal zone (122), material modifications (156) are produced in the material (102) which involve a change in one Index of refraction of the material (102) are associated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks, welches ein für die Laserbearbeitung transparentes Material aufweist.The invention relates to a device for laser processing of a workpiece, which has a material that is transparent for laser processing.

Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks, welches ein für die Laserbearbeitung transparentes Material aufweist.The invention further relates to a method for laser processing a workpiece which has a material that is transparent for the laser processing.

Aus der US 2020/0147729 A1 ist ein Verfahren zur Ausbildung eines abgeschrägten Kantenbereichs an einem Glassubstrat mittels eines Laserstrahls bekannt, wobei eine Form des abgeschrägten Kantenbereichs durch Anpassung einer axialen Energieverteilung des Laserstrahls angepasst wird.From the U.S. 2020/0147729 A1 there is known a method of forming a beveled edge portion on a glass substrate using a laser beam, wherein a shape of the beveled edge portion is adjusted by adjusting an axial energy distribution of the laser beam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung und ein eingangs genanntes Verfahren bereitzustellen, welche flexibel und vielseitig einsetzbar sind und mittels welchen insbesondere eine Laserbearbeitung des Werkstücks entlang unterschiedlicher Bearbeitungsgeometrien auf technisch einfache Weise durchführbar ist.The invention is based on the object of providing a device mentioned at the outset and a method mentioned at the outset which can be used flexibly and in a variety of ways and by means of which, in particular, laser processing of the workpiece along different processing geometries can be carried out in a technically simple manner.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine erste Strahlformungseinrichtung mit einem Strahlteilungselement zur Aufteilung eines in die erste Strahlformungseinrichtung eingekoppelten ersten Eingangsstrahls in eine Mehrzahl von Teilstrahlen umfasst, und eine der ersten Strahlformungseinrichtung zugeordnete Fokussieroptik zur Abbildung von aus der ersten Strahlformungseinrichtung ausgekoppelten Teilstrahlen in mindestens eine Fokuszone, wobei die Aufteilung des ersten Eingangsstrahls mittels dem Strahlteilungselement durch Phasenaufprägung auf den ersten Eingangsstrahl erfolgt, die Teilstrahlen zur Ausbildung der mindestens einen Fokuszone in unterschiedliche Teilbereiche der mindestens einen Fokuszone fokussiert werden, zur Laserbearbeitung des Werkstücks die mindestens eine Fokuszone mittels der Fokussieroptik unter mindestens einem Anstellwinkel zu einer Außenseite des Werkstücks in das Material eingebracht wird und wobei durch Beaufschlagung des Materials mittels der mindestens einen Fokuszone Materialmodifikationen in dem Material erzeugt werden, welche mit einer Änderung eines Brechungsindex des Materials assoziiert sind.In the device mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that the device comprises a first beam-shaping device with a beam-splitting element for dividing a first input beam coupled into the first beam-shaping device into a plurality of partial beams, and focusing optics assigned to the first beam-shaping device for imaging from the partial beams decoupled from the first beam-shaping device into at least one focal zone, with the splitting of the first input beam taking place by means of the beam splitting element by impressing phases on the first input beam, the partial beams being focused into different sub-areas of the at least one focal zone to form the at least one focal zone, for laser processing of the workpiece the at least a focus zone is introduced into the material by means of the focusing optics at at least one angle to an outside of the workpiece u nd wherein material modifications which are associated with a change in a refractive index of the material are produced in the material by impinging on the material by means of the at least one focal zone.

Durch Aufteilung des ersten Eingangsstrahls mittels dem Strahlteilungselement basierend auf Phasenaufprägung und anschließendes Fokussieren der ausgebildeten Teilstrahlen lässt sich die mindestens eine Fokuszone auf technisch einfache Weise mit unterschiedlichen Geometrien ausbilden. Die mindestens eine Fokuszone lässt sich dadurch insbesondere mit unterschiedlichen Abschnitten ausbilden, welche jeweils eine unterschiedliche Geometrie und/oder einen unterschiedlichen Anstellwinkel aufweisen. Es lässt sich dadurch auf technisch einfache Weise eine Laserbearbeitung des Werkstücks mit unterschiedlichen Bearbeitungsgeometrien erreichen.The at least one focus zone can be formed with different geometries in a technically simple manner by splitting the first input beam by means of the beam splitting element based on phase imprinting and subsequent focusing of the formed partial beams. As a result, the at least one focal zone can be formed in particular with different sections, each of which has a different geometry and/or a different setting angle. In this way, laser processing of the workpiece with different processing geometries can be achieved in a technically simple manner.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich insbesondere die mindestens eine Fokuszone unter dem Anstellwinkel in das Material einbringen, ohne dass hierfür ein Anstellen einer Optik bezüglich dem Werkstück erforderlich ist.In the solution according to the invention, in particular the at least one focus zone can be introduced into the material at the angle of incidence without it being necessary to position an optical system with respect to the workpiece.

Darunter, dass die Materialmodifikationen mit einer Änderung des Brechungsindex des Materials assoziiert sind, ist insbesondere zu verstehen, dass die Materialmodifikationen mit einer Änderung des Brechungsindex des Materials einhergehen und/oder dass bei Ausbildung der Materialmodifikationen eine Änderung des Brechungsindex im Material erfolgt.The fact that the material modifications are associated with a change in the refractive index of the material means in particular that the material modifications are accompanied by a change in the refractive index of the material and/or that the refractive index in the material changes when the material modifications are formed.

Das Strahlteilungselement ist insbesondere als diffraktives Strahlteilungselement ausgebildet und/oder als 3D-Strahlteilungselement ausgebildet. Mittels dem Strahlteilungselement erfolgt vorzugsweise eine Phasenaufprägung auf einen Strahlquerschnitt des ersten Eingangsstrahls.The beam splitting element is designed in particular as a diffractive beam splitting element and/or as a 3D beam splitting element. The beam splitting element is preferably used to impress a phase on a beam cross section of the first input beam.

Insbesondere erfolgt die Aufteilung des ersten Eingangsstrahls mittels dem Strahlteilungselement durch reine Phasenmanipulation der Phase des ersten Eingangsstrahls. Insbesondere ist die mittels dem Strahlteilungselement durchgeführte Phasenaufprägung auf den ersten Eingangsstrahl variabel einstellbar und/oder definierbar.In particular, the first input beam is split by means of the beam splitting element by pure phase manipulation of the phase of the first input beam. In particular, the phase imprinting on the first input beam, which is carried out by means of the beam splitting element, can be set and/or defined in a variable manner.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die mindestens eine Fokuszone eine Mehrzahl von Fokusverteilungen aufweist und/oder aus einer Mehrzahl von Fokusverteilungen gebildet ist. Beispielsweise sind die Fokusverteilungen in den unterschiedlichen Teilbereichen der Fokuszone angeordnet.In particular, it can be provided that the at least one focus zone has a plurality of focus distributions and/or is formed from a plurality of focus distributions. For example, the focus distributions are arranged in the different partial areas of the focus zone.

Jeweilige Fokusverteilungen der Fokuszone sind in der Fokuszone insbesondere zueinander beabstandet angeordnet. Es ist allerdings möglich, dass sich die jeweiligen Fokusverteilungen zumindest abschnittsweise räumlich überlappen.Respective focus distributions of the focus zone are arranged in particular at a distance from one another in the focus zone. However, it is possible for the respective focus distributions to spatially overlap at least in sections.

Insbesondere erstreckt sich die mindestens eine Fokuszone in einer Ebene. Vorzugsweise sind die Fokusverteilungen, aus welchen die mindestens eine Fokuszone gebildet ist, in einer Ebene angeordnet. Insbesondere ist diese Ebene senkrecht zu einer Vorschubrichtung orientiert, in welche die mindestens eine Fokuszone zur Laserbearbeitung des Werkstücks relativ zu dem Werkstück bewegt wird.In particular, the at least one focal zone extends in one plane. The focus distributions from which the at least one focus zone is formed are preferably arranged in one plane. In particular, this plane is perpendicular to a Oriented feed direction, in which the at least one focus zone for laser processing of the workpiece is moved relative to the workpiece.

Insbesondere ist jeder Fokusverteilung der mindestens einen Fokuszone ein Linsenanteil und/oder Gitteranteil der mittels dem Strahlteilungselement aufgeprägten Phasenverteilung zugeordnet. Insbesondere umfasst die aufgeprägte Phasenverteilung eine Mehrzahl überlagerter Linsenanteile und/oder Gitteranteile, wobei jeder Fokusverteilung der mindestens einen Fokuszone ein Linsenanteil und/oder Gitteranteil zugeordnet ist. Es lassen sich dadurch unterschiedliche Fokusverteilungen der Fokuszone mit einem Ortsversatz in einer zu einer Vorschubrichtung, in welche die Fokuszone zur Laserbearbeitung des Werkstücks relativ zu dem Werkstück bewegt wird, senkrecht orientierten Ebene anordnen.In particular, each focus distribution of the at least one focus zone is assigned a lens component and/or grating component of the phase distribution imposed by the beam splitting element. In particular, the imposed phase distribution comprises a plurality of superimposed lens components and/or grating components, with each focus distribution of the at least one focus zone being assigned a lens component and/or grating component. As a result, different focus distributions of the focus zone can be arranged with a spatial offset in a plane oriented perpendicularly to a feed direction in which the focus zone for laser processing of the workpiece is moved relative to the workpiece.

Beispielsweise ist die erste Strahlformungseinrichtung als Fernfeldstrahlformungselement ausgebildet oder umfasst ein oder mehrere Fernfeldstrahlformungselemente. Die mindestens eine Fokuszone wird beispielsweise durch Fokussierung von aus der ersten Strahlformungseinrichtung ausgekoppelten Teilstrahlen mittels der Fokussieroptik in die jeweiligen Teilbereiche der Fokuszone ausgebildet.For example, the first beam-shaping device is designed as a far-field beam-shaping element or includes one or more far-field beam-shaping elements. The at least one focal zone is formed, for example, by focusing partial beams decoupled from the first beam-shaping device by means of the focusing optics in the respective partial areas of the focal zone.

Beispielsweise ist die Fokussieroptik als Mikroskopobjektiv oder Linsenelement ausgebildet.For example, the focusing optics are designed as a microscope objective or lens element.

Bei einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die erste Strahlformungseinrichtung um eine zu einer Haupt-Propagationsrichtung des ersten Eingangsstrahls parallele Achse drehbar ist oder gedreht wird. Es lässt sich dadurch die mindestens eine Fokuszone beispielsweise um eine zu einer Vorschubrichtung, in welche die mindestens eine Fokuszone zur Laserbearbeitung des Werkstücks relativ zu dem Werkstück bewegt wird, senkrecht orientierte Drehachse drehen.In one embodiment, it can be provided that the first beam-shaping device can be rotated or is rotated about an axis parallel to a main propagation direction of the first input beam. As a result, the at least one focus zone can be rotated, for example, about an axis of rotation oriented perpendicularly to a feed direction in which the at least one focus zone is moved relative to the workpiece for laser processing of the workpiece.

Es kann vorgesehen sein, dass die Fokussieroptik in die erste Strahlformungseinrichtung integriert ist und/oder dass die Fokussieroptik Teil der ersten Strahlformungseinrichtung ist und/oder dass eine Funktionalität der Fokussieroptik in die erste Strahlformungseinrichtung integriert ist.Provision can be made for the focusing optics to be integrated into the first beam-shaping device and/or for the focusing optics to be part of the first beam-shaping device and/or for a functionality of the focusing optics to be integrated into the first beam-shaping device.

Insbesondere ist das Material des Werkstücks aus einem für einen Laserstrahl, aus welchem die mindestens eine Fokuszone gebildet ist, transparenten Material hergestellt.In particular, the material of the workpiece is made from a material that is transparent to a laser beam from which the at least one focal zone is formed.

Unter einem transparenten Material ist insbesondere ein Material zu verstehen, durch welches mindestens 70 % und insbesondere mindestens 80 % und insbesondere mindestens 90 % einer Laserenergie eines Laserstrahls, aus welchem die mindestens eine Fokuszone gebildet ist, transmittiert wird.A transparent material is to be understood in particular as a material through which at least 70% and in particular at least 80% and in particular at least 90% of a laser energy of a laser beam from which the at least one focal zone is formed is transmitted.

Insbesondere ist der erste Eingangsstrahl ein in die erste Strahlformungseinrichtung und/oder in das Strahlteilungselement eingekoppelter erster Eingangsstrahl.In particular, the first input beam is a first input beam coupled into the first beam shaping device and/or into the beam splitting element.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die mittels der mindestens einen Fokuszone in dem Material erzeugten Materialmodifikationen Typ I und/oder Typ II Modifikationen sind. Es werden dadurch bei der Laserbearbeitung Materialmodifikationen im Material des Werkstücks erzeugt, welche mit einer Änderung des Brechungsindex des Materials einhergehen. An diesen Materialmodifikationen lässt sich insbesondere eine Trennung des Materials durchführen.In particular, it can be provided that the material modifications produced in the material by means of the at least one focal zone are type I and/or type II modifications. As a result, material modifications are produced in the material of the workpiece during laser processing, which are accompanied by a change in the refractive index of the material. In particular, a separation of the material can be carried out on these material modifications.

Bei einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine zweite Strahlformungseinrichtung zur Strahlformung des in die erste Strahlformungseinrichtung eingekoppelten ersten Eingangsstrahls, wobei mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung durch Phasenaufprägung auf einen auf die zweite Strahlformungseinrichtung einfallenden zweiten Eingangsstrahl dem ersten Eingangsstrahl eine Fokusverteilung mit einer definierten geometrischen Form und/oder mit einem definierten Intensitätsprofil zugeordnet wird, sodass durch Fokussierung der aus der ersten Strahlformungseinrichtung ausgekoppelten Teilstrahlen mittels der Fokussieroptik in unterschiedlichen Teilbereichen der Fokuszone jeweils Fokusverteilungen basierend auf dieser geometrischen Form und/oder basierend auf diesem Intensitätsprofil ausgebildet werden. Es lässt sich dadurch eine Geometrie von Fokusverteilungen, aus welchen die mindestens eine Fokuszone gebildet ist, anpassen. Dadurch wird ein flexibler und vielseitiger Einsatz der Vorrichtung ermöglicht.In one embodiment, the device comprises a second beam-shaping device for beam-shaping the first input beam coupled into the first beam-shaping device, with the second beam-shaping device providing the first input beam with a focus distribution with a defined geometric shape and/or with phase impingement on a second input beam incident on the second beam-shaping device is assigned to a defined intensity profile, so that focus distributions based on this geometric shape and/or based on this intensity profile are formed by focusing the partial beams coupled out of the first beam-shaping device using the focusing optics in different partial areas of the focal zone. As a result, a geometry of focus distributions from which the at least one focus zone is formed can be adapted. This enables a flexible and versatile use of the device.

Insbesondere ist die zweite Strahlformungseinrichtung bezüglich einer Haupt-Propagationsrichtung von durch die Vorrichtung geführten Laserstrahlen vor der ersten Strahlformungseinrichtung angeordnet.In particular, the second beam-shaping device is arranged in front of the first beam-shaping device with respect to a main propagation direction of laser beams guided through the device.

Der zweite Eingangsstrahl ist insbesondere ein Eingangsstrahl der zweiten Strahlformungseinrichtung. Beispielsweise ist der zweite Eingangsstrahl ein von einer Laserquelle der Vorrichtung bereitgestellter Laserstrahl mit insbesondere gaußförmigem Strahlprofil.The second input beam is in particular an input beam of the second beam-shaping device. For example, the second input beam is a laser beam provided by a laser source of the device and has, in particular, a Gaussian beam profile.

Insbesondere ist der erste Eingangsstrahl ein aus der zweiten Strahlformungseinrichtung ausgekoppelter Strahl und/oder ein mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung bereitgestellter Strahl.In particular, the first input beam is a beam coupled out of the second beam-shaping device and/or a beam provided by the second beam-shaping device.

Insbesondere erfolgt mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung eine Modifikation und/oder Anpassung einer dem in die zweite Strahlformungseinrichtung eingekoppelten zweiten Eingangsstrahl zugeordneten Fokusverteilung. Insbesondere wird eine mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung modifizierte und/oder angepasste Fokusverteilung dem mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung bereitgestellten ersten Eingangsstrahl zugeordnet.In particular, the second beam-shaping device is used to modify and/or adapt a focus distribution associated with the second input beam coupled into the second beam-shaping device. In particular, a focus distribution modified and/or adapted by means of the second beam-shaping device is assigned to the first input beam provided by means of the second beam-shaping device.

Bei einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die zweite Strahlformungseinrichtung um eine zu einer Haupt-Propagationsrichtung des zweiten Eingangsstrahls parallele Achse drehbar ist oder gedreht wird. Es lässt sich dadurch die mindestens eine Fokuszone beispielsweise um eine zu einer Vorschubrichtung, in welche die mindestens eine Fokuszone zur Laserbearbeitung des Werkstücks relativ zu dem Werkstück bewegt wird, senkrecht orientierte Drehachse drehen.In one embodiment, it can be provided that the second beam-shaping device can be rotated or is rotated about an axis parallel to a main propagation direction of the second input beam. As a result, the at least one focus zone can be rotated, for example, about an axis of rotation oriented perpendicularly to a feed direction in which the at least one focus zone is moved relative to the workpiece for laser processing of the workpiece.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Phasenaufprägung auf den zweiten Eingangsstrahl derart ist, dass die Fokusverteilung bezüglich einer zugeordneten Haupterstreckungsrichtung eine langgezogene Form aufweist, und/oder dass die Phasenaufprägung auf den zweiten Eingangsstrahl derart ist, dass die Fokusverteilung ein quasi-nichtbeugendes und/oder Bessel-artiges Intensitätsprofil aufweist. Es lässt sich dadurch die mindestens eine Fokuszone beispielsweise aus einer Mehrzahl von Fokusverteilungen mit langgezogener Form aufbauen. Dadurch lässt sich insbesondere entsprechend längliche und/oder linienartige Materialmodifikationen ausbilden, wodurch beispielsweise eine verbesserte Einbringung von Ätzflüssigkeit zur Materialtrennung ermöglicht wird.In particular, it can be provided that the phase imprint on the second input beam is such that the focus distribution has an elongated shape with respect to an assigned main extension direction, and/or that the phase imprint on the second input beam is such that the focus distribution is a quasi-non-diffractive and/or or Bessel-like intensity profile. As a result, the at least one focus zone can be built up, for example, from a plurality of focus distributions with an elongated shape. In this way, in particular, correspondingly elongated and/or linear material modifications can be formed, as a result of which, for example, an improved introduction of etching liquid for material separation is made possible.

Die zweite Strahlformungseinrichtung ist oder umfasst insbesondere ein Strahlformungselement zur Durchführung der Phasenaufprägung, z.B. ein diffraktives optisches Element und/oder ein Axiconelement.The second beam-shaping device is or includes, in particular, a beam-shaping element for carrying out the phase imprinting, e.g. a diffractive optical element and/or an axicon element.

Insbesondere ist die Haupterstreckungsrichtung der Fokusverteilung mit langgezogener Form quer und insbesondere senkrecht zu einer Vorschubrichtung orientiert, in welche die mindestens eine Fokuszone zur Laserbearbeitung des Werkstücks relativ zu dem Werkstück bewegt wird.In particular, the main extension direction of the focus distribution with an elongated shape is oriented transversely and in particular perpendicularly to a feed direction in which the at least one focus zone for laser processing of the workpiece is moved relative to the workpiece.

Günstig kann es sein, wenn die Phasenaufprägung auf den zweiten Eingangsstrahl derart ist, dass die Fokusverteilung bezüglich einer zugeordneten Haupterstreckungsrichtung ein Intensitätsprofil aufweist, welches ausgehend von einer Maximalintensität an einem Intensitätsmaximum des Intensitätsprofils auf das 1/e²-Fache der Maximalintensität um näherungsweise einen Faktor 3 schneller abfällt als dies bei einem gaußförmigen Intensitätsprofil der Fall ist , und/oder wenn die Phasenaufprägung auf den zweiten Eingangsstrahl derart ist, dass die Fokusverteilung eine Form und/oder ein Intensitätsprofil eines abrupt-selbstfokussierenden Strahls aufweist. Durch den schnellen Intensitätsabfall dieser Fokusverteilungen ergibt sich eine präzisere Materialbearbeitung bei verringerter Beschädigung des zu bearbeitenden Materials. Das Material lässt sich dadurch insbesondere mit einer besonderes ebenen und/oder glatten Kante trennen.It can be favorable if the phase imprint on the second input beam is such that the focus distribution has an intensity profile with respect to an associated main extension direction, which, starting from a maximum intensity at an intensity maximum of the intensity profile, is 1/e ² times the maximum intensity by approximately a factor 3 falls faster than is the case with a Gaussian intensity profile, and/or when the phase imprint on the second input beam is such that the focus distribution has an abrupt self-focusing beam shape and/or intensity profile. The rapid drop in intensity of these focus distributions results in more precise material processing with reduced damage to the material to be processed. As a result, the material can be separated in particular with a particularly flat and/or smooth edge.

Beispielsweise ist der Intensitätsabfall von der Maximalintensität auf das 1/e²-Fache der Maximalintensität um mindestens einen Faktor 2,5 schneller und/oder um höchstens einen Faktor 3,5 schneller als dies bei einem gaußförmigen Intensitätsprofil der Fall ist.For example, the intensity drop from the maximum intensity to 1/e ² times the maximum intensity is faster by at least a factor of 2.5 and/or faster by a factor of at most 3.5 than is the case with a Gaussian intensity profile.

Insbesondere weist das Intensitätsprofil ausgehend von dem Intensitätsmaximum in Haupterstreckungsrichtung eine Intensitätsabfallflanke auf, an welcher der Intensitätsabfall ausgebildet ist. Insbesondere liegt die Intensität des Intensitätsprofils in Haupterstreckungsrichtung auf die Intensitätsabfallflanke folgend unter dem Wert des 1/e²-Fachen der Maximalintensität.In particular, starting from the intensity maximum in the main direction of extent, the intensity profile has an intensity drop edge, on which the intensity drop is formed. In particular, the intensity of the intensity profile in the main extension direction following the intensity drop edge is below the value of 1/e ² times the maximum intensity.

Vorzugsweise ist die Intensitätsabfallflanke bei Laserbearbeitung des Werkstücks einem Gutstücksegment zugewandt. Es lässt sich dadurch bei einer Materialtrennung insbesondere eine besonders glatte Schnittkante realisieren.Preferably, the intensity drop edge faces a workpiece segment during laser processing of the workpiece. As a result, a particularly smooth cutting edge can be achieved when cutting the material.

Das genannte Intensitätsmaximum ist insbesondere ein Hauptmaximum und/oder globales maximum des Intensitätsprofils. Insbesondere weist das Intensitätsprofil ein oder mehrere Nebenmaxima auf, welche sich an das Intensitätsmaximum entgegen der Haupterstreckungsrichtung anschließen. Insbesondere nimmt eine jeweilige Maximalintensität der Nebenmaxima mit zunehmendem Abstand zu dem Hauptmaximum ab.The intensity maximum mentioned is in particular a main maximum and/or global maximum of the intensity profile. In particular, the intensity profile has one or more secondary maxima, which adjoin the intensity maximum counter to the main direction of extent. In particular, a respective maximum intensity of the secondary maxima decreases with increasing distance from the main maximum.

Insbesondere liegen die Nebenmaxima bei Laserbearbeitung des Werkstücks in einem Restwerkstücksegment und/oder Verschnittsegment. Es lassen sich dadurch in dem Restwerkstücksegment und/oder Verschnittsegment beispielsweise Risse und/oder Kanäle ausbilden, welche einen Ätzangriff zur Materialtrennung begünstigen.In particular, the secondary maxima lie in a residual workpiece segment and/or waste segment during laser processing of the workpiece. As a result, cracks and/or channels, for example, can be formed in the remaining workpiece segment and/or waste segment, which favor an etching attack for material separation.

Die Haupterstreckungsrichtung dieser Fokusverteilungen ist insbesondere parallel oder näherungsweise parallel zu einer Haupt-Propagationsrichtung des zweiten Eingangsstrahls orientiert.The main extension direction of these focus distributions is in particular oriented parallel or approximately parallel to a main propagation direction of the second input beam.

Es kann vorgesehen sein, dass mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung ein Zwischenbild der Fokusverteilung ausgebildet wird, wobei insbesondere das Zwischenbild der Fokusverteilung bezüglich einer Haupt-Propagationsrichtung des zweiten Eingangsstrahls vor der ersten Strahlformungseinrichtung angeordnet ist.It can be provided that an intermediate image of the focus distribution is formed by means of the second beam shaping device, in particular special the intermediate image of the focus distribution is arranged in front of the first beam-shaping device with respect to a main propagation direction of the second input beam.

Die zweite Strahlformungseinrichtung ist insbesondere als Nahfeldstrahlformungseinrichtung ausgebildet, d.h. eine Abbildung der Fokusverteilung als Zwischenbild erfolgt insbesondere mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung.The second beam-shaping device is designed in particular as a near-field beam-shaping device, i.e. the focus distribution is imaged as an intermediate image in particular by means of the second beam-shaping device.

Das mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung ausgebildete Zwischenbild ist insbesondere ein Abbild der Fokusverteilung, welche dem in die erste Strahlformungseinrichtung eingekoppelten ersten Eingangsstrahl zugeordnet ist.The intermediate image formed by means of the second beam-shaping device is in particular an image of the focus distribution which is associated with the first input beam coupled into the first beam-shaping device.

Bei einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine der zweiten Strahlformungseinrichtung zugeordnete Fernfeldoptik, wobei mittels der Fernfeldoptik eine Fernfeldfokussierung eines aus der zweiten Strahlformungseinrichtung ausgekoppelten Ausgangsstrahls in eine Brennebene der Fernfeldoptik erfolgt, und wobei insbesondere die erste Strahlformungseinrichtung in einem Bereich dieser Brennebene angeordnet ist.In one embodiment, the device comprises far-field optics assigned to the second beam-shaping device, with the far-field optics being used to far-field focus an output beam coupled out of the second beam-shaping device into a focal plane of the far-field optics, and with the first beam-shaping device in particular being arranged in a region of this focal plane.

Insbesondere entspricht dann ein aus der Fernfeldoptik ausgekoppelter Ausgangsstrahl dem in die erste Strahlformungseinrichtung einzukoppelnden ersten Eingangsstrahl.In particular, an output beam coupled out of the far-field optics then corresponds to the first input beam to be coupled into the first beam-shaping device.

Unter dem Bereich der Brennebene ist insbesondere ein sich um die Brennebene erstreckender Bereich zu verstehen, welcher insbesondere zu der Brennebene einen maximalen Abstand von 10 % einer Brennweite der Fernfeldoptik aufweist.The area of the focal plane is to be understood in particular as an area extending around the focal plane, which in particular has a maximum distance of 10% of a focal length of the far-field optics from the focal plane.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mittels der Fernfeldoptik eine Fernfeldfokussierung des mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung ausgebildeten Zwischenbilds der Fokusverteilung in die Brennebene erfolgt.In particular, it can be provided that far-field focusing of the intermediate image of the focus distribution formed by the second beam-shaping device takes place in the focal plane by means of the far-field optics.

Insbesondere erfolgt mittels der Fernfeldoptik eine Fouriertransformation des mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung erzeugten Zwischenbilds und/oder der mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung erzeugten Fokusverteilung.In particular, the far-field optics perform a Fourier transformation of the intermediate image generated by the second beam-shaping device and/or of the focus distribution generated by the second beam-shaping device.

Es kann vorgesehen sein, dass die Fernfeldoptik in die zweite Strahlformungseinrichtung integriert ist und/oder dass die Fernfeldoptik Teil der zweiten Strahlformungseinrichtung ist und/oder dass eine Funktionalität der Fernfeldoptik in die zweite Strahlformungseinrichtung integriert ist.Provision can be made for the far-field optics to be integrated into the second beam-shaping device and/or for the far-field optics to be part of the second beam-shaping device and/or for a functionality of the far-field optics to be integrated into the second beam-shaping device.

Insbesondere weist eine transversale Intensitätsverteilung des ersten Eingangsstrahls in der Brennebene eine Ringstruktur und/oder eine Ringsegmentstruktur auf.In particular, a transverse intensity distribution of the first input beam in the focal plane has a ring structure and/or a ring segment structure.

Es kann vorgesehen sein, dass die Fernfeldoptik und die Fokussieroptik eine Teleskopeinrichtung ausbilden, und/oder dass die Fernfeldoptik und die Fokussieroptik eine gemeinsame Brennebene aufweisen, wobei insbesondere die erste Strahlformungseinrichtung in einem Bereich dieser gemeinsamen Brennebene angeordnet ist.It can be provided that the far-field optics and the focusing optics form a telescope device and/or that the far-field optics and the focusing optics have a common focal plane, with the first beam-shaping device in particular being arranged in a region of this common focal plane.

Insbesondere ist eine Brennweite der Fernfeldoptik größer als eine Brennweite der Fokussieroptik.In particular, a focal length of the far-field optics is greater than a focal length of the focusing optics.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass dem ersten Eingangsstrahl eine Fokusverteilung mit einer definierten geometrischen Form und/oder mit einem definierten Intensitätsprofil zugeordnet ist, wobei den aus der ersten Strahlformungseinrichtung ausgekoppelten Teilstrahlen ebenfalls diese geometrische Form und/oder dieses Intensitätsprofil zugeordnet ist, und/oder wobei durch Fokussierung der aus der ersten Strahlformungseinrichtung ausgekoppelten Teilstrahlen mittels der Fokussieroptik in unterschiedlichen Teilbereichen der mindestens einen Fokuszone jeweils Fokusverteilungen basierend auf dieser geometrischen Form und/oder basierend auf diesem Intensitätsprofil ausgebildet werden. Es lässt sich dadurch insbesondere die mindestens eine Fokuszone aus zueinander beabstandeten und/oder benachbarten Fokusverteilungen mit definierter Geometrie aufbauen. Weiter ergibt sich dadurch beispielsweise eine Ausbildung der mindestens einen Fokuszone durch Aneinanderreihung von Fokusverteilungen als näherungsweise identische Kopien aufgrund von Strahlteilung mittels des Strahlteilungselements.In particular, it can be provided that the first input beam is assigned a focus distribution with a defined geometric shape and/or with a defined intensity profile, with the partial beams coupled out of the first beam-shaping device also being assigned this geometric shape and/or this intensity profile and/or focus distributions based on this geometric shape and/or based on this intensity profile being formed in different partial areas of the at least one focus zone by focusing the partial beams coupled out of the first beam shaping device by means of the focusing optics. In this way, the at least one focus zone can be constructed from focus distributions that are spaced apart from and/or adjacent to one another and have a defined geometry. This also results, for example, in a formation of the at least one focus zone by arranging focus distributions in a row as approximately identical copies due to beam splitting by means of the beam splitting element.

Eine Zuordnung einer definierten geometrischen Form und/oder eines definierten Intensitätsprofils zu dem ersten Eingangsstrahl erfolgt beispielsweise mittels einer Laserquelle, welche den ersten Eingangsstrahl bereitstellt. Alternativ hierzu erfolgt die Zuordnung mittels der vorstehend beschriebenen zweiten Strahlformungseinrichtung.A defined geometric shape and/or a defined intensity profile is assigned to the first input beam, for example, by means of a laser source that provides the first input beam. As an alternative to this, the assignment takes place by means of the second beam-shaping device described above.

Bei einer Ausführungsform weist der auf das Strahlteilungselement und/oder auf die erste Strahlformungseinrichtung einfallende erste Eingangsstrahl ein gaußförmiges Intensitätsprofil auf, z.B. wenn er direkt aus einer Laserquelle stammt. Dadurch wird dann beispielsweise die mindestens eine Fokuszone aus einer Mehrzahl von benachbarten „Fokuspunkten“ mit gaußförmiger Form und/oder gaußförmigem Intensitätsprofil aufgebaut und/oder ausgebildet.In one embodiment, the first input beam incident on the beam splitting element and/or on the first beam shaping device has a Gaussian intensity profile, e.g., when it originates directly from a laser source. As a result, for example, the at least one focus zone is then built up and/or formed from a plurality of adjacent “focus points” with a Gaussian shape and/or Gaussian intensity profile.

Günstig kann es sein, wenn die erste Strahlformungseinrichtung ein Strahlformungselement zur Modifikation der dem ersten Eingangsstrahl zugeordneten Fokusverteilung aufweist, wobei mittels dem Strahlformungselement eine Modifikation und/oder Ausrichtung der geometrischen Form und/oder des Intensitätsprofils der in die mindestens eine Fokuszone abgebildeten Fokusverteilung in einer zu einer Vorschubrichtung, in welche die mindestens eine Fokuszone zur Laserbearbeitung des Werkstücks relativ zu dem Werkstück bewegt wird, senkrecht orientierten Querschnittsebene erfolgt, und/oder wobei mittels dem Strahlformungselement eine Modifikation und/oder Ausrichtung der geometrischen Form und/oder des Intensitätsprofils der in die mindestens eine Fokuszone abgebildeten Fokusverteilung in einer zu einer Vorschubrichtung, in welche die mindestens eine Fokuszone zur Laserbearbeitung des Werkstücks relativ zu dem Werkstück bewegt wird, parallel orientierten Querschnittsebene erfolgt.It can be favorable if the first beam-shaping device is a beam-shaping element modification of the focus distribution assigned to the first input beam, wherein the beam-shaping element is used to modify and/or align the geometric shape and/or the intensity profile of the focus distribution imaged in the at least one focus zone in a direction relative to a feed direction, in which the at least one focus zone is used for laser processing of the workpiece is moved relative to the workpiece, in a vertically oriented cross-sectional plane, and/or wherein the beam-shaping element is used to modify and/or align the geometric shape and/or the intensity profile of the focus distribution imaged in the at least one focus zone in a direction relative to a feed direction in which the at least one focus zone for laser processing of the workpiece is moved relative to the workpiece, takes place in a cross-sectional plane oriented parallel.

Insbesondere ist die zur Vorschubrichtung parallel orientierte Querschnittsebene senkrecht zu einer Haupt-Propagationsrichtung von Strahlen orientiert, aus welchen die Fokusverteilung gebildet wird.In particular, the cross-sectional plane oriented parallel to the feed direction is oriented perpendicular to a main propagation direction of rays from which the focus distribution is formed.

Mittels dem Strahlformungselement der ersten Strahlformungseinrichtung erfolgt insbesondere eine Modifikation des in die erste Strahlformungseinrichtung eingekoppelten Eingangsstrahls innerhalb und/oder mittels der ersten Strahlformungseinrichtung.The beam-shaping element of the first beam-shaping device is used in particular to modify the input beam coupled into the first beam-shaping device within and/or by means of the first beam-shaping device.

Insbesondere ist oder umfasst das Strahlformungselement ein diffraktives oder refraktives Strahlformungselement, und/oder das Strahlformungselement ist oder umfasst einen diffraktiven field mapper. Insbesondere lassen sich mittels dem Strahlformungselement definierte Wellenfrontaberrationen auf einen in das Strahlformungselement eingekoppelten Eingangsstrahl aufprägen.In particular, the beam-shaping element is or includes a diffractive or refractive beam-shaping element, and/or the beam-shaping element is or includes a diffractive field mapper. In particular, wavefront aberrations defined by the beam-shaping element can be impressed on an input beam coupled into the beam-shaping element.

Das Strahlformungselement ist insbesondere derart eingerichtet, dass den aus der ersten Strahlformungseinrichtung ausgekoppelten Teilstrahlen die mittels dem Strahlformungselement modifizierte Fokusverteilung zugeordnet werden, sodass durch Fokussierung der aus der ersten Strahlformungseinrichtung ausgekoppelten Teilstrahlen mittels der Fokussieroptik in unterschiedlichen Teilbereichen der Fokuszone jeweils Fokusverteilungen mit dieser modifizierten geometrischen Form und/oder mit diesem modifiziertem Intensitätsprofil ausgebildet werden.The beam-shaping element is set up in particular in such a way that the partial beams coupled out of the first beam-shaping device are assigned the focus distribution modified by means of the beam-shaping element, so that focus distributions with this modified geometric shape and /or be formed with this modified intensity profile.

Insbesondere basiert diese modifizierte Form und/oder dieses modifizierte Intensitätsverteilung auf einer ursprünglichen Form und/oder auf einem ursprünglichen Intensitätsprofil, welches dem erstem Eingangsstrahl zugeordnet ist. Unter einer modifizierten Form und/oder modifizierten Intensitätsverteilung ist insbesondere eine auf der ursprünglichen Form und/oder auf dem ursprünglichen Intensitätsprofil basierende Abwandlung zu verstehen.In particular, this modified shape and/or this modified intensity distribution is based on an original shape and/or on an original intensity profile which is assigned to the first input beam. A modified shape and/or modified intensity distribution is to be understood in particular as a modification based on the original shape and/or on the original intensity profile.

Günstig kann es sein, wenn mittels dem Strahlformungselement eine Ausrichtung einer Haupterstreckungsrichtung der geometrischen Form und/oder des Intensitätsprofils der Fokusverteilung in einer zur Vorschubrichtung senkrecht orientierten Querschnittsebene einstellbar ist oder eingestellt wird, und insbesondere wenn eine Einstellung der Ausrichtung derart erfolgt, dass die Haupterstreckungsrichtung parallel oder näherungsweise parallel zu einer korrespondierenden lokalen Erstreckungsrichtung der Fokuszone orientiert ist. Es lässt sich dadurch beispielsweise eine zur lokalen Erstreckungsrichtung der Fokuszone näherungsweise parallel orientierte Ausbildung von Materialmodifikationen im Material des Werkstücks erreichen. Dies ermöglicht insbesondere eine optimierte Trennung des Materials.It can be favorable if an alignment of a main extension direction of the geometric shape and/or the intensity profile of the focus distribution can be set or is adjusted by means of the beam-shaping element in a cross-sectional plane oriented perpendicularly to the feed direction, and in particular if the alignment is adjusted in such a way that the main extension direction is parallel or is oriented approximately parallel to a corresponding local extension direction of the focal zone. This makes it possible, for example, to achieve a formation of material modifications in the material of the workpiece that is oriented approximately parallel to the local extension direction of the focal zone. This enables in particular an optimized separation of the material.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ausrichtung der Haupterstreckungsrichtung der geometrischen Form und/oder des Intensitätsprofils der Fokusverteilung derart erfolgt, dass die Haupterstreckungsrichtung quer zur korrespondierenden lokalen Erstreckungsrichtung orientiert ist. Beispielsweise schließt die Haupterstreckungsrichtung mit der lokalen Erstreckungsrichtung einen kleinsten Winkel von mindestens 1° und/oder höchstens 90° ein. Dadurch liegt die Fokusverteilung beispielsweise zumindest abschnittsweise in einem bei der Laserbearbeitung des Werkstücks entstehenden Restwerkstücksegment und/oder Verschnittsegment. Dadurch werden beispielsweise in dem Restwerkstücksegment und/oder Verschnittsegment Materialmodifikationen und/oder Kanäle ausgebildet, welche einen Ätzangriff zur Materialtrennung begünstigen.Provision can also be made for the alignment of the main direction of extent of the geometric shape and/or the intensity profile of the focus distribution to take place in such a way that the main direction of extent is oriented transversely to the corresponding local direction of extent. For example, the main extension direction encloses a smallest angle of at least 1° and/or at most 90° with the local extension direction. As a result, the focus distribution lies, for example, at least in sections in a residual workpiece segment and/or waste segment that occurs during the laser processing of the workpiece. As a result, material modifications and/or channels are formed, for example in the remaining workpiece segment and/or waste segment, which promote an etching attack for material separation.

Es ist grundsätzlich zusätzlich auch möglich, dass mittels dem Strahlformungselement die Fokusverteilung in der zur Vorschubrichtung senkrecht orientierten Querschnittsebene derart modifiziert wird, dass diese eine Haupterstreckungsrichtung in dieser zur Vorschubrichtung senkrechten Querschnittsebene aufweist.In principle, it is also possible for the beam-shaping element to modify the focus distribution in the cross-sectional plane perpendicular to the feed direction in such a way that it has a main extension direction in this cross-sectional plane perpendicular to the feed direction.

Es kann vorgesehen sein, dass mittels dem Strahlformungselement die Fokusverteilung in der zur Vorschubrichtung senkrecht orientierten Querschnittsebene derart modifiziert wird, dass diese eine gekrümmte Längsmittelachse aufweist.It can be provided that the focus distribution in the cross-sectional plane oriented perpendicularly to the feed direction is modified by means of the beam-shaping element in such a way that it has a curved longitudinal central axis.

Günstig kann es sein, wenn mittels dem Strahlformungselement eine Modifikation des Intensitätsprofils der Fokusverteilung in einer zur Vorschubrichtung parallel orientierten Querschnittsebene derart erfolgt, dass das Intensitätsprofil mindestens eine Vorzugsrichtung aufweist, wobei insbesondere die mindestens eine Vorzugsrichtung parallel oder quer oder senkrecht zur Vorschubrichtung orientiert ist. Es lässt sich dadurch insbesondere eine Ausbildung von Materialmodifikationen im Material des Werkstücks bei der Laserbearbeitung kontrollieren und/oder optimieren. Dadurch wird beispielsweise eine verbesserte Einbringung von Ätzflüssigkeit zur Materialtrennung ermöglicht.It can be favorable if the intensity profile of the focus distribution is modified by means of the beam-shaping element in a cross-sectional plane oriented parallel to the feed direction in such a way that the intensity profile has at least one preferred direction, wherein in particular the at least one preferred direction is oriented parallel or transverse or perpendicular to the feed direction. In this way, it is possible in particular to control and/or optimize the formation of material modifications in the material of the workpiece during laser processing. This enables, for example, an improved introduction of etching liquid for material separation.

Insbesondere liegen die mindestens eine Vorzugsrichtung und die Vorschubrichtung in einer gemeinsamen Ebene.In particular, the at least one preferred direction and the feed direction lie in a common plane.

Beispielsweise wird das Intensitätsprofil der Fokusverteilung ist der zur Vorschubrichtung parallelen Ebene mittels dem Strahlformungselement beispielsweise elliptisch oder rechteckig oder quadratisch ausgebildet.For example, the intensity profile of the focus distribution in the plane parallel to the feed direction is formed, for example, elliptically or rectangularly or squarely by means of the beam-shaping element.

Unter der Vorzugsrichtung einer als Ellipse ausgebildeten Fokusverteilung ist beispielsweise eine große Halbachse der Ellipse zu verstehen.The preferred direction of a focus distribution designed as an ellipse is to be understood as meaning, for example, a major semi-axis of the ellipse.

Beispielsweise ist die Vorzugsrichtung der als Ellipse ausgebildeten Fokusverteilung parallel oder näherungsweise parallel zur Vorschubrichtung orientiert.For example, the preferred direction of the focus distribution designed as an ellipse is oriented parallel or approximately parallel to the feed direction.

Eine als Quadrat oder Rechteck ausgebildete Fokusverteilung weist beispielsweise zwei Vorzugsrichtungen auf, welche jeweils parallel zu einer Verbindungsrichtung zweier gegenüberliegender Punkte des Quadrats orientiert sind. Beispiel ist dann eine der Vorzugsrichtungen parallel zur Vorschubrichtung orientiert und die andere senkrecht hierzu.A focus distribution designed as a square or rectangle has, for example, two preferred directions which are each oriented parallel to a direction connecting two opposite points of the square. For example, one of the preferred directions is then oriented parallel to the feed direction and the other perpendicular to it.

Vorteilhaft kann es sein, wenn mittels dem Strahlformungselement der ersten Strahlformungseinrichtung eine Ausrichtung der mindestens einen Vorzugsrichtung der Fokusverteilung in der zur Vorschubrichtung parallel orientierten Querschnittsebene einstellbar ist oder eingestellt wird. Es lässt sich dadurch insbesondere eine Ausbildung von Materialmodifikationen im Material des Werkstücks bei der Laserbearbeitung kontrollieren und/oder optimieren.It can be advantageous if an alignment of the at least one preferred direction of the focus distribution in the cross-sectional plane oriented parallel to the feed direction can be set or is set by means of the beam-shaping element of the first beam-shaping device. In this way, it is possible in particular to control and/or optimize the formation of material modifications in the material of the workpiece during laser processing.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der mindestens eine Anstellwinkel der mindestens einen Fokuszone mindestens 1° und/oder höchstens 90° beträgt. Vorzugsweise beträgt der mindestens eine Anstellwinkel mindestens 10°.In particular, it can be provided that the at least one angle of incidence of the at least one focus zone is at least 1° and/or at most 90°. The at least one angle of attack is preferably at least 10°.

Unter dem Anstellwinkel ist insbesondere ein kleinster Winkel zwischen einer der mindestens einen Fokuszone zugeordneten lokalen Erstreckungsrichtung und einer Außenseite des Werkstücks zu verstehen. Beispielsweise wird die mindestens eine Fokuszone durch diese Außenseite hindurch in das Material des Werkstücks eingekoppelt und/oder eingebracht.The setting angle is to be understood in particular as a smallest angle between one of the local extension directions associated with the at least one focus zone and an outside of the workpiece. For example, the at least one focus zone is coupled and/or introduced through this outside into the material of the workpiece.

Es kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Fokuszone unterschiedliche Abschnitte mit unterschiedlichen lokalen Erstreckungsrichtungen und/oder Anstellwinkeln aufweist.Provision can be made for the at least one focal zone to have different sections with different local directions of extension and/or angles of incidence.

Günstig kann es sein, wenn die erste Strahlformungseinrichtung ein Polarisations-Strahlteilungselement aufweist, welches derart eingerichtet ist, dass die aus der ersten Strahlformungseinrichtung ausgekoppelten Teilstrahlen jeweils einen von mindestens zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen aufweisen, wobei mittels der Fokussieroptik Teilstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen in benachbarte Teilbereiche der mindestens einen Fokuszone fokussiert werden. Es lässt sich dadurch die mindestens eine Fokuszone durch Aneinanderreihung von Fokuspunkten und/oder Fokusverteilungen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen ausbilden.It can be favorable if the first beam-shaping device has a polarization beam-splitting element, which is set up in such a way that the partial beams coupled out of the first beam-shaping device each have one of at least two different polarization states, with the focusing optics being used to direct partial beams with different polarization states into adjacent partial regions of the at least be focused on a focal zone. As a result, the at least one focal zone can be formed by lining up focal points and/or focal distributions with different states of polarization.

Fokuspunkte und/oder Fokusverteilungen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen sind insbesondere aus zueinander inkohärenten Teilstrahlen gebildet. Dadurch lassen sich die Fokuspunkte und/oder Fokusverteilungen mit besonders geringem Abstand zueinander anordnen und/oder aneinanderreihen.Focus points and/or focus distributions with different states of polarization are formed in particular from mutually incoherent partial beams. As a result, the focus points and/or focus distributions can be arranged and/or lined up with a particularly small distance from one another.

Mittels des Polarisations-Strahlteilungselements erfolgt insbesondere eine Aufteilung eines in das Polarisations-Strahlteilungselement eingekoppelten Strahls in eine Mehrzahl von polarisierten Teilstrahlen, welche jeweils einen von mindestens zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen aufweisen.In particular, the polarization beam splitting element is used to split a beam coupled into the polarization beam splitting element into a plurality of polarized partial beams, each of which has one of at least two different polarization states.

Beispielsweise umfasst das Polarisations-Strahlteilungselement ein doppelbrechendes Keilelement und/oder ein doppelbrechendes Linsenelement. Es lässt sich dadurch beispielsweise vor der Fokussierung der Teilstrahlen mittels der Fokussieroptik ein Richtungsversatz und/oder ein Winkelversatz von Teilstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen erzeugen. Dadurch lassen sich die Teilstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen in räumlich unterschiedliche Teilbereiche der mindestens einen Fokuszone abbilden.For example, the polarization beam splitting element comprises a birefringent wedge element and/or a birefringent lens element. A directional offset and/or an angular offset of partial beams with different states of polarization can thus be generated, for example, before the focusing of the partial beams by means of the focusing optics. As a result, the partial beams with different states of polarization can be imaged in spatially different sub-areas of the at least one focal zone.

Insbesondere sind unter unterschiedlichen Polarisationszuständen unterschiedliche lineare Polarisationszustände zu verstehen.In particular, different states of polarization are to be understood as meaning different states of linear polarization.

Beispielsweise umfasst das Polarisations-Strahlteilungselement einen Quarzkristall zur Polarisationsstrahlteilung.For example, the polarization beam splitting element includes a quartz crystal for polarization beam splitting.

Erfindungsgemäß ist es bei dem eingangs genannten Verfahren vorgesehen, dass mittels eines Strahlteilungselements einer ersten Strahlformungseinrichtung ein auf das Strahlteilungselement einfallender erster Eingangsstrahl in eine Mehrzahl von Teilstrahlen aufgeteilt wird und die aus der ersten Strahlformungseinrichtung ausgekoppelten Teilstrahlen mittels einer der ersten Strahlformungseinrichtung zugeordneten Fokussieroptik in mindestens eine Fokuszone fokussiert werden, wobei die Aufteilung des ersten Eingangsstrahls mittels dem Strahlteilungselement durch Phasenaufprägung auf den ersten Eingangsstrahl erfolgt, die Teilstrahlen zur Ausbildung der mindestens einen Fokuszone in unterschiedliche Teilbereiche der mindestens einen Fokuszone fokussiert werden, zur Laserbearbeitung des Werkstücks die mindestens eine Fokuszone mittels der Fokussieroptik unter mindestens einem Anstellwinkel zu einer Außenseite des Werkstücks in das Material eingebracht wird und wobei durch Beaufschlagung des Materials mittels der mindestens einen Fokuszone Materialmodifikationen in dem Material erzeugt werden, welche mit einer Änderung eines Brechungsindex des Materials assoziiert sind.According to the invention, in the method mentioned at the outset it is provided that a first input beam incident on the beam splitting element is divided into a plurality of partial beams by means of a beam splitting element of a first beam shaping device, and the partial beams coupled out of the first beam shaping device are divided into at least one focal zone by means of focusing optics assigned to the first beam shaping device be focused, whereby the splitting of the first input beam takes place by means of the beam splitting element by phase impingement on the first input beam, the partial beams are focused into different partial areas of the at least one focus zone to form the at least one focus zone, for laser processing of the workpiece the at least one focus zone using the focusing optics at least one angle of attack to an outside of the workpiece is introduced into the material and by acting on the M aterials are generated in the material by means of the at least one focal zone material modifications, which are associated with a change in a refractive index of the material.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere ein oder mehrere Merkmale und/oder Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf.The method according to the invention has in particular one or more features and/or advantages of the device according to the invention.

Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbar. Insbesondere führt die erfindungsgemäße Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren aus.In particular, the method according to the invention can be carried out using the device according to the invention. In particular, the device according to the invention carries out the method according to the invention.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass zur Laserbearbeitung des Werkstücks die mindestens eine Fokuszone relativ zu dem Material des Werkstücks in eine Vorschubrichtung bewegt wird. Insbesondere wird eine in Vorschubrichtung orientierte Relativgeschwindigkeit zwischen dem Material und der mindestens einen Fokuszone eingestellt oder ist einstellbar.In particular, it can be provided that for the laser processing of the workpiece, the at least one focus zone is moved in a feed direction relative to the material of the workpiece. In particular, a relative speed between the material and the at least one focus zone, which is oriented in the feed direction, is set or can be set.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass durch Relativbewegung der mindestens einen Fokuszone bezüglich des Werkstücks in dem Material des Werkstücks Materialmodifikationen entlang einer Bearbeitungslinie und/oder Bearbeitungsfläche ausgebildet werden. Insbesondere lässt sich dadurch das Werkstück entlang der Bearbeitungslinie und/oder Bearbeitungsfläche trennen.In particular, it can be provided that material modifications are formed in the material of the workpiece along a machining line and/or machining surface by moving the at least one focal zone relative to the workpiece. In particular, this allows the workpiece to be separated along the machining line and/or machining surface.

Vorteilhaft kann es sein, wenn das Material des Werkstücks entlang der Bearbeitungslinie und/oder Bearbeitungsfläche durch Ausübung einer thermischen Beaufschlagung und/oder einer mechanischen Spannung und/oder durch Ätzen mittels mindestens einer nasschemischen Lösung trennbar ist oder getrennt wird. Beispielsweise erfolgt das Ätzen in einem ultraschallunterstützten Ätzbad.It can be advantageous if the material of the workpiece can be separated or is separated along the processing line and/or processing surface by applying thermal stress and/or mechanical stress and/or by etching using at least one wet-chemical solution. For example, the etching takes place in an ultrasonically assisted etching bath.

Insbesondere weisen die erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren ein oder mehrere der nachfolgenden Merkmale auf:

• Es kann vorgesehen sein, dass sich die mindestens eine Fokuszone zwischen zwei unterschiedlichen und/oder gegenüberliegenden Außenseiten des Werkstücks erstreckt und insbesondere durchgängig erstreckt. Beispielsweise sind diese Außenseiten parallel zueinander orientiert oder quer zueinander orientiert. Es lässt sich dadurch das Werkstück beispielsweise in zwei voneinander verschiedene Segmente trennen oder es lässt sich zur Kantenbearbeitung ein Segment vom Werkstück abtrennen. Dadurch lässt sich der Kantenbereich beispielsweise abschrägen oder anfasen.

In particular, the device according to the invention and/or the method according to the invention have one or more of the following features:

• It can be provided that the at least one focal zone extends between two different and/or opposite outer sides of the workpiece and in particular extends continuously. For example, these outer sides are oriented parallel to one another or oriented transversely to one another. In this way, the workpiece can be separated into two different segments, for example, or a segment can be separated from the workpiece for edge processing. This allows the edge area to be beveled or chamfered, for example.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die mindestens eine Fokuszone Fokusverteilungen aufweist, welche derart angeordnet sind, dass Materialmodifikationen in einem von dem Werkstück abzutrennenden Restwerkstücksegment und/oder Verschnittsegment ausgebildet werden. Diese Materialmodifikationen bilden beispielsweise Kanäle zur verbesserten Einbringung von Ätzflüssigkeit zur Materialtrennung.In particular, it can be provided that the at least one focus zone has focus distributions which are arranged in such a way that material modifications are formed in a residual workpiece segment and/or waste segment to be separated from the workpiece. These material modifications form, for example, channels for improved introduction of etching liquid for material separation.

Beispielsweise sind die Fokusverteilungen der mindestens einen Fokuszone so angeordnet, dass diese zumindest abschnittsweise in einem bei der Laserbearbeitung des Werkstücks gebildetes Restwerkstücksegment und/oder Verschnittsegment angeordnet sind oder zumindest abschnittsweise in einem bei der Laserbearbeitung des Werkstücks gebildetes Restwerkstücksegment hineinragen. Es lassen sich dadurch in dem Restwerkstücksegment und/oder Verschnittsegment beispielsweise Materialmodifikationen und/oder Kanäle ausbilden, welche eine Zuleitung von Ätzflüssigkeit an bei der Laserbearbeitung ausgebildete Materialmodifikationen begünstigen. Dadurch wird eine Verbesserte Materialtrennung entlang einer Bearbeitungsfläche ermöglicht, an welcher die Materialmodifikationen angeordnet sind.For example, the focus distributions of the at least one focus zone are arranged in such a way that they are arranged at least in sections in a residual workpiece segment and/or waste segment formed during the laser processing of the workpiece or at least partially protrude into a residual workpiece segment formed in the laser processing of the workpiece. In this way, for example, material modifications and/or channels can be formed in the remaining workpiece segment and/or offcut segment, which promote a supply of etching liquid to material modifications formed during laser processing. This enables improved material separation along a machining surface on which the material modifications are arranged.

Aus dem gleichen Grund kann es günstig sein, wenn die Fokusverteilungen der mindestens einen Fokuszone so angeordnet werden, dass ein Hauptmaximum und/oder ein globales Maximum der jeweiligen Fokusverteilung einem bei der Laserbearbeitung des Werkstücks entstehenden Gutstücksegment zugewandt ist und/oder einem Restwerkstücksegment abgewandt ist.For the same reason, it can be favorable if the focus distributions of the at least one focus zone are arranged in such a way that a main maximum and/or a global maximum of the respective focus distribution faces a workpiece segment created during the laser processing of the workpiece and/or faces away from a residual workpiece segment.

Unter einem Gutstücksegment ist beispielsweise ein bei einer Trennung des Werkstück entstehendes Nutzsegment (im Gegensatz zu einem Restwerkstücksegment und/oder Verschnittsegment) zu verstehen.A good piece segment is, for example, one that is formed when the workpiece is separated To understand end useful segment (in contrast to a remaining workpiece segment and / or waste segment).

Insbesondere weisen Fokusverteilungen der Fokuszone, aus welchen die Fokuszone gebildet ist, Intensitätsschwankungen von höchstens 20 % auf. In particular, focus distributions of the focus zone from which the focus zone is formed have intensity fluctuations of at most 20%.

Insbesondere umfasst die Vorrichtung eine Werkstückhalterung für das Werkstück, welche vorzugsweise eine nicht-reflektierende und/oder stark streuende Oberfläche aufweist.In particular, the device includes a workpiece holder for the workpiece, which preferably has a non-reflective and/or highly scattering surface.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Laserquelle zur Bereitstellung eines Laserstrahls aufweist, aus welchem die mindestens eine Fokuszone ausbildbar ist oder ausgebildet wird. Insbesondere wird mittels der Laserquelle ein gepulster Laserstrahl und/oder ein Ultrakurzpulslaserstrahl bereitgestellt.In particular, it can be provided that the device has a laser source for providing a laser beam, from which the at least one focus zone can be formed or is formed. In particular, a pulsed laser beam and/or an ultra-short pulsed laser beam is provided by the laser source.

Insbesondere ist die mindestens eine Fokuszone aus einem Ultrakurspulslaserstrahl ausgebildet oder mittels eines Ultrakurspulslaserstrahls bereitgestellt. Dieser Ultrakurzpulslaserstrahl umfasst insbesondere ultrakurze Laserpulse.In particular, the at least one focal zone is formed from an ultracourse pulsed laser beam or is provided by means of an ultracourse pulsed laser beam. This ultra-short-pulse laser beam includes, in particular, ultra-short laser pulses.

Beispielsweise beträgt eine Wellenlänge des Laserstrahls, aus welchem die mindestens eine Fokuszone ausbildbar ist oder ausgebildet wird, mindestens 300 nm und/oder höchstens 1500 nm. Beispielsweise beträgt die Wellenlänge 515 nm oder 1030 nm.For example, a wavelength of the laser beam from which the at least one focus zone can be formed or is formed is at least 300 nm and/or at most 1500 nm. For example, the wavelength is 515 nm or 1030 nm.

Insbesondere weist der Laserstrahl, aus welchem die mindestens eine Fokuszone ausbildbar ist oder ausgebildet wird, eine mittlere Leistung von mindestens 1W bis 1kW auf. Beispielsweise umfasst der Laserstrahl Pulse mit einer Pulsenergie von mindestens 10 µJ und/oder höchstens 50 mJ. Es kann vorgesehen sein, dass der Laserstrahl Einzelpulse oder Bursts umfasst, wobei die Bursts 2 bis 20 Subpulse und insbesondere einen zeitlichen Abstand von näherungsweise 20ns aufweisen.In particular, the laser beam from which the at least one focal zone can be formed or is formed has an average power of at least 1 W to 1 kW. For example, the laser beam includes pulses with a pulse energy of at least 10 μJ and/or at most 50 mJ. It can be provided that the laser beam comprises individual pulses or bursts, the bursts having 2 to 20 sub-pulses and in particular a time interval of approximately 20 ns.

Es kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Fokuszone um eine zu einer Vorschubrichtung, in welche die mindestens eine Fokuszone zur Laserbearbeitung des Werkstücks relativ zu dem Werkstück bewegt wird, senkrecht orientierte Drehachse drehbar ist. Es lässt sich dadurch das Werkstück beispielsweise entlang einer gekrümmten Bearbeitungslinie und/oder Bearbeitungsfläche bearbeiten.Provision can be made for the at least one focal zone to be rotatable about an axis of rotation oriented perpendicularly to a feed direction in which the at least one focal zone is moved relative to the workpiece for laser processing of the workpiece. As a result, the workpiece can be machined, for example, along a curved machining line and/or machining surface.

Insbesondere bildet die mindestens eine Fokuszone einen räumlich zusammenhängenden Wechselwirkungsbereich zur Laserbearbeitung des Werkstücks, wobei sich insbesondere durch Beaufschlagung des Materials des Werkstücks mit diesem Wechselwirkungsbereich an dem Wechselwirkungsbereich lokalisierte Materialmodifikationen ausbilden lassen, mittels welchen insbesondere eine Trennung des Materials ermöglicht wird. Insbesondere erfolgt zwischen einander benachbarten Materialmodifikationen eine Rissbildung und/oder eine Änderung eines Brechungsindex des Materials.In particular, the at least one focal zone forms a spatially coherent interaction area for laser processing of the workpiece, in which case localized material modifications can be formed in the interaction area, in particular by subjecting the material of the workpiece to this interaction area, by means of which a separation of the material is made possible in particular. In particular, cracking and/or a change in a refractive index of the material occurs between adjacent material modifications.

Die durch ultrakurze Laserpulse in transparente Materialien eingebrachten Materialmodifikationen werden in drei verschiedene Klassen unterteilt, siehe K. Itoh et al. „Ultrafast Processes for Bulk Modification of Transparent Materials“ MRS Bulletin, vol. 31 p.620 (2006): Typ I ist eine isotrope Brechungsindexänderung; Typ II ist eine doppelbrechende Brechungsindexänderung; und Typ III ist ein sogenannter Void beziehungsweise Hohlraum. Die erzeugte Materialmodifikation hängt hierbei von Laserparametern des Laserstrahls, aus welchem die Fokuszone gebildet ist, wie z.B. der Pulsdauer, der Wellenlänge, der Pulsenergie und der Repetitionsfrequenz des Laserstrahls, und von den Materialeigenschaften, wie unter Anderem der elektronischen Struktur und dem thermischen Ausdehnungskoeffizient, sowie von der numerischen Apertur (NA) der Fokussierung, ab.The material modifications introduced into transparent materials by ultrashort laser pulses are divided into three different classes, see K. Itoh et al. "Ultrafast Processes for Bulk Modification of Transparent Materials" MRS Bulletin, vol. 31 p.620 (2006): Type I is an isotropic refractive index change; Type II is a birefringent refractive index change; and Type III is a so-called void. The material modification produced depends on the laser parameters of the laser beam from which the focal zone is formed, such as the pulse duration, the wavelength, the pulse energy and the repetition frequency of the laser beam, and on the material properties, such as the electronic structure and the thermal expansion coefficient, as well as on the numerical aperture (NA) of focusing.

Die isotropen Brechungsindexänderungen des Typs I werden auf ein örtlich begrenztes Aufschmelzen durch die Laserpulse und eine schnelle Wiedererstarrung des transparenten Materials zurückgeführt. Beispielsweise ist bei Quarzglas die Dichte und der Brechungsindex des Materials höher, wenn das Quarzglas von einer höheren Temperatur schnell herunter gekühlt wird. Wenn also das Material im Fokusvolumen schmilzt und dann schnell abkühlt, weist das Quarzglas in den Bereichen der Materialmodifikation einen höheren Brechungsindex auf, als in den nicht modifizierten Bereichen.The type I isotropic refractive index changes are attributed to localized melting caused by the laser pulses and rapid resolidification of the transparent material. For example, with fused silica, the density and refractive index of the material is higher when the fused silica is rapidly cooled from a higher temperature. So if the material in the focus volume melts and then cools down quickly, the quartz glass has a higher refractive index in the areas of material modification than in the unmodified areas.

Die doppelbrechenden Brechungsindexänderungen des Typs II können beispielsweise durch Interferenzen zwischen dem ultrakurzen Laserpuls und dem elektrischen Feld des durch die Laserpulse erzeugten Plasmas entstehen. Diese Interferenz führt zu periodischen Modulationen in der Elektronenplasmadichte, welche beim Erstarren zu einer doppelbrechenden Eigenschaft, also richtungsabhängigen Brechungsindizes, des transparenten Materials führt. Eine Typ II Modifikation geht beispielsweise auch mit der Bildung von sogenannten Nanogratings einher.The type II birefringent refractive index changes can arise, for example, as a result of interference between the ultrashort laser pulse and the electric field of the plasma generated by the laser pulses. This interference leads to periodic modulations in the electron plasma density, which leads to a birefringent property, i.e. direction-dependent refractive indices, of the transparent material when it solidifies. A type II modification is also accompanied, for example, by the formation of so-called nanogratings.

Die Voids (Hohlräume) der Typ III-Modifikationen können beispielsweise mit einer hohen Laserpulsenergie erzeugt werden. Hierbei wird die Bildung der Voids einer explosionsartigen Ausdehnung von hoch angeregtem, verdampftem Material aus dem Fokusvolumen in das umgebende Material zugeschrieben. Dieser Prozess wird auch als Mikroexplosion bezeichnet. Da diese Ausdehnung innerhalb der Masse des Materials stattfindet, hinterlässt die Mikroexplosion einen weniger dichten oder hohlen Kern (der Void), beziehungsweise eine mikroskopische Fehlstelle im Submikrometer-Bereich oder im atomaren Bereich, der oder die von einer verdichteten Materialhülle umgeben ist. Durch die Verdichtung an der Stoßfront der Mikroexplosion entstehen in dem transparenten Material Spannungen, die zu einer spontanen Rissbildung führen können, beziehungsweise eine Rissbildung begünstigen können.The voids (cavities) of the type III modifications can be generated with a high laser pulse energy, for example. The formation of the voids is attributed to an explosive expansion of highly excited, vaporized material from the focus volume into the surrounding material. This process is also called microexplode designated. Because this expansion occurs within the bulk of the material, the microblast leaves behind a less dense or hollow core (the void), or submicron or atomic-scale microscopic defect, surrounded by a densified shell of material. Due to the compression at the impact front of the microexplosion, stresses arise in the transparent material, which can lead to spontaneous cracking or can promote cracking.

Insbesondere kann die Bildung von Voids auch mit Typ I und Typ II Modifikationen einhergehen. Beispielsweise können Typ I und Typ II Modifikationen in den weniger beanspruchten Gebieten um die eingebrachten Laserpulse herum entstehen. Wenn demnach vom Einbringen einer Typ III Modifikation die Rede ist, dann ist in jedem Fall ein weniger dichter oder hohler Kern beziehungsweise eine Fehlstelle vorhanden. Beispielsweise wird in Saphir bei einer Typ III Modifikation durch die Mikroexplosion kein Hohlraum erzeugt, sondern ein Bereich geringerer Dichte. Aufgrund der auftretenden Materialspannungen bei einer Typ III Modifikation geht eine solche Modifikation zudem oft mit einer Rissbildung einher oder begünstig diese zumindest. Die Bildung von Typ I und Typ II Modifikationen kann beim Einbringen von Typ III Modifikationen nicht vollständig unterbunden oder vermieden werden. Das Auffinden von „reinen“ Typ III Modifikationen ist daher nicht wahrscheinlich.In particular, the formation of voids can also be associated with type I and type II modifications. For example, Type I and Type II modifications can arise in the less stressed areas around the introduced laser pulses. Therefore, if a type III modification is introduced, then in any case a less dense or hollow core or a defect is present. For example, in a type III modification of sapphire, the microexplosion does not create a cavity, but rather an area of lower density. Due to the material stresses that occur in a type III modification, such a modification is often accompanied by cracking or at least promotes it. The formation of type I and type II modifications cannot be completely prevented or avoided when introducing type III modifications. Finding "pure" Type III modifications is therefore not likely.

Bei hohen Repetitionsraten des Laserstrahls kann das Material zwischen den Pulsen nicht vollständig abkühlen, sodass kumulative Effekte der eingebrachten Wärme von Puls zu Puls einen Einfluss auf die Materialmodifikation nehmen können. Beispielsweise kann die Repetitionsfrequenz des Laserstrahls höher sein als der Kehrwert der Wärmediffusionszeit des Materials, sodass in der Fokuszone durch sukzessive Absorption von Laserenergie eine Wärmeakkumulation stattfinden kann, bis die Schmelztemperatur des Materials erreicht ist. Durch den thermischen Transport der Wärmeenergie in die die Fokuszone umliegenden Gebiete kann zudem ein größerer Bereich als die Fokuszone aufgeschmolzen werden. Nach dem Einbringen von ultrakurzen Laserpulsen, kühlt das erwärmte Material schnell ab, so dass die Dichte und andere strukturelle Eigenschaften des Hochtemperaturzustands im Material gewissermaßen eingefroren werden.At high repetition rates of the laser beam, the material cannot cool down completely between the pulses, so that cumulative effects of the introduced heat from pulse to pulse can influence the material modification. For example, the repetition frequency of the laser beam can be higher than the reciprocal of the thermal diffusion time of the material, so that heat accumulation can take place in the focal zone by successive absorption of laser energy until the melting temperature of the material is reached. In addition, a larger area than the focus zone can be melted due to the thermal transport of the thermal energy into the areas surrounding the focus zone. After the introduction of ultrashort laser pulses, the heated material cools rapidly, so that the density and other structural properties of the high-temperature state in the material are effectively frozen.

Die mindestens eine Fokuszone umfasst insbesondere eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten und/oder benachbarten Fokusverteilungen, wobei zwischen einander benachbarten Fokusverteilungen die Fokuszone Unterbrechungen und/oder Nullstellen aufweisen kann, an denen es insbesondere zu keiner oder zu einer vernachlässigbaren Wechselwirkung mit dem Material kommt. Insbesondere weisen diese Unterbrechungen der Fokuszone eine räumliche Ausdehnung von höchstens 10 % einer maximalen Ausdehnung und/oder einer maximalen Länge der Fokuszone auf. Insbesondere weisen diese Unterbrechungen eine räumliche Ausdehnung von höchstens 100 µm und insbesondere höchstens 50 µm auf. Falls größere Unterbrechungen von Intensitätsverteilungen vorliegen, sind hierunter unterschiedliche Fokuszonen zu verstehen.The at least one focal zone comprises in particular a plurality of mutually spaced and/or adjacent focal distributions, wherein the focal zone can have interruptions and/or zero points between mutually adjacent focal distributions, at which in particular there is no or negligible interaction with the material. In particular, these interruptions in the focal zone have a spatial extent of at most 10% of a maximum extent and/or a maximum length of the focal zone. In particular, these interruptions have a spatial extension of at most 100 μm and in particular at most 50 μm. If there are larger interruptions in intensity distributions, this means different focal zones.

Beispielsweise weist die mindestens eine Fokuszone eine Gesamtlänge zwischen 50 µm und 5000 µm auf.For example, the at least one focal zone has an overall length of between 50 μm and 5000 μm.

Zur Bestimmung von räumlichen Dimensionen der mindestens einen Fokuszone, wie z.B. einer jeweiligen Länge und/oder eines jeweiligen Durchmessers, wird die Fokuszone in einer modifizierten Intensitätsverteilung betrachtet, welche nur Intensitätswerte aufweist, die oberhalb einer bestimmten Intensitätsschwelle liegen. Die Intensitätsschwelle wird hierbei beispielsweise so gewählt, dass unterhalb dieser Intensitätsschwelle liegende Werte eine derart geringe Intensität aufweisen, sodass diese für eine Wechselwirkung mit dem Material zur Ausbildung von Materialmodifikationen nicht mehr relevant sind. Beispielsweise beträgt die Intensitätsschwelle 50% eines globalen Intensitätsmaximums der tatsächlichen Intensitätsverteilung. Unter einer Länge der jeweiligen Fokuszone bzw. unter einem Durchmesser der jeweiligen Fokuszone ist dann eine maximale Erstreckungslänge und/oder eine Länge maximaler Ausdehnung der jeweiligen Fokuszone entlang einer Längsmittelachse der Fokuszone bzw. in einer zu der Längsmittelachse senkrecht orientierten Ebene unter Zugrundelegung der modifizierten Intensitätsverteilung zu verstehen.To determine spatial dimensions of the at least one focal zone, such as a respective length and/or a respective diameter, the focal zone is viewed in a modified intensity distribution that only has intensity values that are above a specific intensity threshold. The intensity threshold is selected here, for example, in such a way that values lying below this intensity threshold have such a low intensity that they are no longer relevant for an interaction with the material for the formation of material modifications. For example, the intensity threshold is 50% of a global intensity maximum of the actual intensity distribution. Under a length of the respective focus zone or under a diameter of the respective focus zone, a maximum extension length and/or a length of maximum extent of the respective focus zone along a longitudinal center axis of the focus zone or in a plane oriented perpendicularly to the longitudinal center axis, based on the modified intensity distribution to understand.

Insbesondere ist unter den Angaben „zumindest näherungsweise“ oder „näherungsweise“ im Allgemeinen eine Abweichung von höchstens 10 % zu verstehen. Falls nicht anders angegeben, ist unter den Angaben „zumindest näherungsweise“ oder „näherungsweise“ insbesondere zu verstehen, dass ein tatsächlicher Wert und/oder Abstand und/oder Winkel um höchstens 10 % von einem idealen Wert und/oder Abstand und/oder Winkel abweicht, und/oder dass eine tatsächliche geometrische Form von einer idealen geometrischen Form um höchstens 10 % abweicht.In particular, the statements “at least approximately” or “approximately” generally mean a deviation of no more than 10%. Unless otherwise stated, the statements “at least approximately” or “approximately” mean in particular that an actual value and/or distance and/or angle deviates by no more than 10% from an ideal value and/or distance and/or angle , and/or that an actual geometric shape deviates from an ideal geometric shape by no more than 10%.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

• 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks;
• 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks;
• 3a schematische Querschnittsdarstellungen eines Ausführungsbeispiels einer Fokusverteilung einer Fokuszone zur Laserbearbeitung des Werkstücks;
• 3b schematische Querschnittsdarstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Fokusverteilung einer Fokuszone zur Laserbearbeitung des Werkstücks;
• 3c schematische Querschnittsdarstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Fokusverteilung einer Fokuszone zur Laserbearbeitung des Werkstücks;
• 4a eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines Beispiels einer Fokuszone, welche in ein Material des Werkstücks eingebracht ist;
• 4b eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines weiteren Beispiels einer Fokuszone, welche in ein Material des Werkstücks eingebracht ist;
• 5 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Fokuszone, welche das Werkstück von einer ersten Außenseite zu einer zweiten Außenseite vollständig durchdringt;
• 6 eine schematische Querschnittsdarstellung von mittels einer Fokuszone erzeugten Materialmodifikationen im Material des Werkstücks, wobei diese Materialmodifikationen mit einer Rissbildung des Materials einhergehen;
• 7 eine schematische Querschnittsdarstellung von mittels einer Fokuszone erzeugten Materialmodifikationen im Material des Werkstücks, wobei diese Materialmodifikationen mittels Wärmeakkumulation erzeugt sind und/oder mit einer Brechungsindexänderung des Materials einhergehen;
• 8 eine Querschnittsdarstellung einer simulierten Intensitätsverteilung eines Beispiels einer Fokuszone, welche eine Mehrzahl zueinander beabstandeter langgezogener Fokusverteilungen aufweist;
• 9a eine Querschnittsdarstellung einer simulierten Intensitätsverteilung eines Beispiels eines abrupt-selbstfokussierenden Laserstrahls;
• 9b eine Intensitätsverteilung des abrupt-selbstfokussierenden Laserstrahls gemäß 9a entlang einer Haupterstreckungsrichtung dieses Laserstrahls;
• 10 eine Querschnittsdarstellung einer simulierten Intensitätsverteilung einer Fokuszone, welche eine Mehrzahl zueinander beabstandeter Fokusverteilungen aufweist, die als abrupt-selbstfokussierende Strahlen ausgebildet sind;
• 11 eine schematische Darstellung einer den abrupt-selbstfokussierenden Strahlen zugeordneten Phasenverteilung;
• 12a,c,e Querschnittsdarstellungen von simulierten Intensitätsverteilungen von drei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der Fokuszone,
• 12b,d,f schematische Darstellungen von Phasenverteilungen, welchen den Querschnittsdarstellungen gemäß 12a bzw. 12c bzw. 12e zugeordnet sind;
• 13a eine schematische perspektivische Darstellung von Materialmodifikationen, welche in dem Material des Werkstücks entlang einer Bearbeitungslinie und/oder Bearbeitungsfläche erzeugt werden; und
• 13b eine schematische Darstellung von zwei Segmenten des Werkstücks, welche durch Trennung des Werkstücks an der Bearbeitungslinie und/oder Bearbeitungsfläche gebildet werden.

The following description of preferred embodiments serves to explain the invention in more detail in conjunction with the drawings. Show it:

• 1 a schematic representation of an embodiment of a device for laser processing of a workpiece;
• 2 a schematic representation of a further exemplary embodiment of a device for laser machining a workpiece;
• 3a schematic cross-sectional representations of an exemplary embodiment of a focus distribution of a focus zone for laser processing of the workpiece;
• 3b schematic cross-sectional representations of a further exemplary embodiment of a focus distribution of a focus zone for laser processing of the workpiece;
• 3c schematic cross-sectional representations of a further exemplary embodiment of a focus distribution of a focus zone for laser processing of the workpiece;
• 4a a schematic cross-sectional representation of a portion of an example of a focal zone, which is introduced into a material of the workpiece;
• 4b a schematic cross-sectional representation of a section of a further example of a focal zone, which is introduced into a material of the workpiece;
• 5 a schematic cross-sectional representation of a focal zone, which completely penetrates the workpiece from a first outer side to a second outer side;
• 6 a schematic cross-sectional representation of material modifications produced by means of a focus zone in the material of the workpiece, these material modifications being associated with cracking of the material;
• 7 a schematic cross-sectional representation of material modifications in the material of the workpiece produced by means of a focal zone, these material modifications being produced by means of heat accumulation and/or being accompanied by a change in the refractive index of the material;
• 8th a cross-sectional representation of a simulated intensity distribution of an example of a focal zone, which has a plurality of mutually spaced elongated focal distributions;
• 9a Fig. 12 is a cross-sectional representation of a simulated intensity distribution of an example of an abrupt self-focusing laser beam;
• 9b an intensity distribution of the abrupt self-focusing laser beam according to FIG 9a along a main extension direction of this laser beam;
• 10 a cross-sectional representation of a simulated intensity distribution of a focus zone, which has a plurality of mutually spaced focus distributions, which are formed as abrupt self-focusing beams;
• 11 a schematic representation of a phase distribution associated with the abrupt self-focusing beams;
• 12a,c ,e Cross-sectional representations of simulated intensity distributions of three different embodiments of the focal zone,
• 12b,d ,f schematic representations of phase distributions, which correspond to the cross-sectional representations 12a or. 12c or. 12e assigned;
• 13a a schematic perspective representation of material modifications which are produced in the material of the workpiece along a processing line and/or processing surface; and
• 13b a schematic representation of two segments of the workpiece, which are formed by separating the workpiece at the processing line and/or processing surface.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.Identical or functionally equivalent elements are denoted by the same reference symbols in all exemplary embodiments.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks ist in 1 gezeigt und dort mit 100 bezeichnet. Mittels der Vorrichtung 100 lassen sich in einem Material 102 des Werkstücks 104 lokalisierte Materialmodifikationen, wie beispielsweise Fehlstellen im Submikrometerbereich oder atomaren Bereich, erzeugen, welche eine Materialschwächung zur Folge haben. An diesen Materialmodifikationen lässt sich das Werkstück beispielsweise in einem Folgeschritt in voneinander verschiedene Segmente trennen oder es lässt sich beispielsweise ein Segment von dem Werkstück 104 abtrennen. Insbesondere können mittels der Vorrichtung 100 Materialmodifikationen unter einem Anstellwinkel in das Material 102 eingebracht werden, sodass sich durch Abtrennung eines entsprechenden Segments von dem Werkstück 104 ein Kantenbereich des Werkstücks 104 anfasen oder abschrägen lässt.An embodiment of a device for laser machining a workpiece is in 1 shown and labeled 100 there. The device 100 can be used to produce localized material modifications in a material 102 of the workpiece 104, such as defects in the submicrometer range or at the atomic level, which result in a material weakening. At these material modifications, the workpiece can be separated into different segments, for example, in a subsequent step, or a segment can be separated from the workpiece 104, for example. In particular, the device 100 can be used to introduce material modifications into the material 102 at an angle of attack, so that an edge region of the workpiece 104 can be chamfered or beveled by separating a corresponding segment from the workpiece 104 .

Die Vorrichtung 100 umfasst eine erste Strahlformungseinrichtung 106, in welche ein erster Eingangsstrahl 108 eingekoppelt wird. Dieser erste Eingangsstrahl 108 ist beispielsweise ein Laserstrahl, welcher z.B. mittels einer Laserquelle 110 bereitgestellt wird und/oder aus einer Laserquelle 110 ausgekoppelt wird. Unter dem ersten Eingangsstrahl 108 ist insbesondere ein Strahlenbündel zu verstehen, welches eine Mehrzahl insbesondere parallel verlaufender Strahlen umfasst.The device 100 comprises a first beam shaping device 106 into which a first input beam 108 is coupled. This first input beam 108 is a laser beam, for example, which is provided, for example, by means of a laser source 110 and/or is coupled out of a laser source 110 . Below the first input beam 108 is in particular a bundle of rays understand, which includes a plurality of particular parallel beams.

Der mittels der Laserquelle 110 bereitgestellte Laserstrahl ist insbesondere ein gepulster Laserstrahl und/oder ein Ultrakurzpulslaserstrahl.The laser beam provided by the laser source 110 is in particular a pulsed laser beam and/or an ultra-short pulse laser beam.

Die erste Strahlformungseinrichtung 106 umfasst ein Strahlteilungselement 112, mittels welchem der erste Eingangsstrahl 108 in eine Mehrzahl von Teilstrahlen 114 und/oder Teilstrahlenbündeln aufgeteilt wird. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind zwei voneinander verschiedene Teilstrahlen 114a und 114b angedeutet.The first beam shaping device 106 comprises a beam splitting element 112, by means of which the first input beam 108 is divided into a plurality of partial beams 114 and/or partial beam bundles. At the in 1 In the example shown, two different partial beams 114a and 114b are indicated.

Die erste Strahlformungseinrichtung 106 und/oder das Strahlteilungselement 112 sind beispielsweise jeweils als Fernfeldstrahlformungselement ausgebildet.The first beam-shaping device 106 and/or the beam-splitting element 112 are each embodied as a far-field beam-shaping element, for example.

Zur Fokussierung der aus der ersten Strahlformungseinrichtung 106 ausgekoppelten Teilstrahlen 114 umfasst die Vorrichtung 100 eine Fokussieroptik 116, in welche die Teilstrahlen 114 eingekoppelt werden. Beispielsweise treffen voneinander verschiedene Teilstrahlen 114 mit einem Ortsversatz und/oder Winkelversatz auf die Fokussieroptik 116 auf.In order to focus the partial beams 114 coupled out of the first beam-shaping device 106, the device 100 comprises focusing optics 116, into which the partial beams 114 are coupled. For example, different partial beams 114 impinge on the focusing optics 116 with a spatial offset and/or angular offset.

Beispielsweise ist die Fokussieroptik 116 als Mikroskopobjektiv oder Linsenelement ausgebildet.For example, the focusing optics 116 are designed as a microscope objective or lens element.

Die Teilstrahlen 114 werden mittels der Fokussieroptik 116 in unterschiedliche Teilbereiche 120 einer Fokuszone 122 fokussiert, welche zur Laserbearbeitung des Werkstücks 104 wird in dessen Material 102 eingebracht wird.The partial beams 114 are focused by means of the focusing optics 116 in different partial areas 120 of a focus zone 122, which is introduced into the material 102 of the workpiece 104 for laser processing.

In 1 sind beispielsweise zwei unterschiedliche Teilbereiche 120a und 120b angedeutet, in welche die Teilstrahlen 114 zur Ausbildung der Fokuszone 122 fokussiert werden. Der Teilbereich 120a ist dabei beispielsweise dem Teilstrahl 114a zugeordnet und der Teilbereich 120b ist dem Teilstrahl 114b zugeordnet.In 1 For example, two different partial areas 120a and 120b are indicated, into which the partial beams 114 are focused to form the focal zone 122. The partial area 120a is assigned to the partial beam 114a, for example, and the partial area 120b is assigned to the partial beam 114b.

Dem in die erste Strahlformungseinrichtung 106 eingekoppelten ersten Eingangsstrahl 108 ist eine bestimmte Fokusverteilung zugeordnet. Unter dieser Fokusverteilung ist eine geometrische Form und/oder ein Intensitätsprofil zu verstehen, welche bzw. welches durch Fokussierung des ersten Eingangsstrahls 108 vor Einkopplung in die erste Strahlformungseinrichtung 106 ausgebildet werden würde.A specific focus distribution is assigned to the first input beam 108 coupled into the first beam-shaping device 106 . This focus distribution is to be understood as meaning a geometric shape and/or an intensity profile which would be formed by focusing the first input beam 108 before it is coupled into the first beam-shaping device 106 .

Beispielsweise weist der erste Eingangsstrahl 108, welcher z.B. mittels der Laserquelle 108 bereitgestellt wird, ein gaußförmiges Strahlprofil auf. Durch Fokussierung des ersten Eingangsstrahls 108 vor Einkopplung in die erste Strahlformungseinrichtung 106 würde in diesem Fall eine Fokusverteilung mit gaußförmiger Form und/oder gaußförmigem Intensitätsprofil ausgebildet werden.For example, the first input beam 108, which is provided, for example, by means of the laser source 108, has a Gaussian beam profile. In this case, a focus distribution with a Gaussian shape and/or a Gaussian intensity profile would be formed by focusing the first input beam 108 before it is coupled into the first beam-shaping device 106 .

Insbesondere ist unter der Form der Fokusverteilung eine charakteristische räumliche Form und/oder räumliche Ausdehnung der Fokusverteilung zu verstehen.In particular, the form of the focus distribution means a characteristic spatial form and/or spatial extent of the focus distribution.

Mittels des Strahlteilungselements 112 wird der in die erste Strahlformungseinrichtung 106 eingekoppelte erste Eingangsstrahl 108 derart aufgeteilt, dass den Teilstrahlen 114 ebenfalls diese Fokusverteilung zugeordnet ist. Durch Fokussierung dieser Teilstrahlen 114 mittels der Fokussieroptik 116 werden in den unterschiedlichen Teilbereichen 120 der Fokuszone 122 jeweils Fokusverteilungen 124 ausgebildet, wobei diese Fokusverteilungen 124 auf der dem ersten Eingangsstrahl 108 zugeordneten Fokusverteilung basieren.The first input beam 108 coupled into the first beam shaping device 106 is split by means of the beam splitting element 112 in such a way that the partial beams 114 are also assigned this focus distribution. By focusing these partial beams 114 using the focusing optics 116, focus distributions 124 are formed in the different partial areas 120 of the focus zone 122, with these focus distributions 124 being based on the focus distribution assigned to the first input beam 108.

Die Fokuszone 122 wird dadurch durch Aneinanderreihung unterschiedlicher Fokusverteilungen 124 aufgebaut und/oder ausgebildet. Unter unterschiedlichen Fokusverteilungen 124 sind vorliegend Fokusverteilungen 124 an unterschiedlichen räumlichen Positionen der Fokuszone 122 zu verstehen, wobei diese unterschiedlichen Fokusverteilungen 124 zumindest näherungsweise die gleiche geometrische Form und/oder das gleiche geometrische Intensitätsprofil aufweisen.The focus zone 122 is thereby built up and/or formed by arranging different focus distributions 124 in a row. In the present case, different focus distributions 124 are to be understood as meaning focus distributions 124 at different spatial positions of the focus zone 122, these different focus distributions 124 having at least approximately the same geometric shape and/or the same geometric intensity profile.

Unterschiedliche Fokusverteilungen 124 sind in der Fokuszone 122 zueinander beabstandet angeordnet. Es ist grundsätzlich möglich, dass sich zueinander benachbarte unterschiedliche Fokusverteilungen 124 räumlich überlappen.Different focus distributions 124 are arranged at a distance from one another in the focus zone 122 . In principle, it is possible for different focus distributions 124 that are adjacent to one another to spatially overlap.

Durch Strahlteilung mittels dem Strahlteilungselement 112 werden insbesondere Fokusverteilungen als identische Kopien ausgebildet, welche in unterschiedliche Teilbereiche 120 der Fokuszone 122 abgebildet werden.In particular, focus distributions are formed as identical copies by beam splitting by means of the beam splitting element 112 , which are imaged in different partial regions 120 of the focus zone 122 .

Beispielsweise ist das Strahlteilungselement 112 als 3D-Strahlteilungselement ausgebildet. Hinsichtlich der technischen Realisierung und Eigenschaften des Strahlteilungselements 112 wird auf die wissenschaftliche Veröffentlichung „Structured light for ultrafast laser micro- and nanoprocessing‟ von D. Flamm et al., arXiv:2012.10119v1 [physics.optics], 18. Dezember 2020, verwiesen. Hierauf wird ausdrücklich und vollinhaltlich Bezug genommen.For example, the beam splitting element 112 is designed as a 3D beam splitting element. With regard to the technical realization and properties of the beam splitting element 112, reference is made to the scientific publication "Structured light for ultrafast laser micro- and nanoprocessing" by D. Flamm et al., arXiv:2012.10119v1 [physics.optics], December 18, 2020. Reference is made expressly and in full to this.

Insbesondere lässt sich mittels des Strahlteilungselements 112 ein Abstand d1 und/oder ein Ortsversatz zwischen einander benachbarten Fokusverteilungen 124 einstellen.In particular, a distance d1 and/or a spatial offset between adjacent focus distributions 124 can be set by means of the beam splitting element 112 .

Zwischen einander benachbarten Fokusverteilungen 124 lassen sich beispielsweise ein Abstand dx und/oder ein Ortsversatz in einer x-Richtung und ein Abstand dz und/oder ein Ortsversatz in einer zu der x-Richtung senkrecht orientierten z-Richtung einstellen.For example, a distance dx and/or a spatial offset in an x-direction and a distance dz and/or a spatial offset in a z-direction oriented perpendicularly to the x-direction can be set between mutually adjacent focus distributions 124 .

Hierzu werden beispielsweise mittels des Strahlteilungselements 112 voneinander verschiedene Teilstrahlen 114 derart ausgebildet, dass diese mit einem bestimmten Ortsversatz und/oder mit einer bestimmten Konvergenz und/oder Divergenz auf die Fokussieroptik 116 treffen. Die voneinander verschiedenen Teilstrahlen 114 werden dann mittels der Fokussieroptik 116 mit einem sich hieraus ergebenden Ortsversatz in x-Richtung und/oder z-Richtung abgebildet.For this purpose, partial beams 114 that differ from one another are formed, for example by means of the beam splitting element 112, in such a way that they impinge on the focusing optics 116 with a specific spatial offset and/or with a specific convergence and/or divergence. The mutually different partial beams 114 are then imaged by means of the focusing optics 116 with a resulting spatial offset in the x-direction and/or z-direction.

Zur Durchführung der Strahlteilung mittels dem Strahlteilungselement 112 wird auf einen transversalen Strahlquerschnitt des ersten Eingangsstrahls 108 eine definierte transversale Phasenverteilung aufgeprägt. Beispiele für transversale Phasenverteilungen von aus dem Strahlteilungselement 112 ausgekoppelten Strahlen und zugehörige Fokuszonen 112 sind beispielsweise in den 12a, b bzw. 12c, d bzw. 12 e, f gezeigt.A defined transverse phase distribution is impressed on a transverse beam cross section of the first input beam 108 in order to carry out the beam splitting by means of the beam splitting element 112 . Examples of transverse phase distributions of beams coupled out of the beam splitting element 112 and associated focal zones 112 are shown, for example, in FIGS 12a, b or. 12c, i.e or. 12e, f shown.

Zur Erzeugung des Ortsversatzes in x-Richtung und/oder in z-Richtung erfolgt die Phasenaufprägung mittels dem Strahlteilungselement 112 beispielsweise derart, dass die zugeordnete Phasenverteilung für jede Fokusverteilung 124 einen bestimmten optischen Gitteranteil und/oder optischen Linsenanteil aufweist. Aufgrund des optischen Gitteranteil ergibt sich eine Winkelablenkung von Teilstrahlen 114 vor der Fokussieroptik 116, welcher nach erfolgter Fokussierung in einem Ortsversatz in x-Richtung resultiert. Aufgrund des optischen Linsenanteils treffen Teilstrahlen 116 mit unterschiedlicher Konvergenz und/oder Divergenz auf die Fokussieroptik 116, was nach erfolgter Fokussierung in einem Ortsversatz in z-Richtung resultiert.To generate the spatial offset in the x-direction and/or in the z-direction, the phase is impressed by means of the beam splitting element 112, for example in such a way that the assigned phase distribution for each focus distribution 124 has a specific optical grating component and/or optical lens component. Due to the optical grating portion, there is an angular deflection of partial beams 114 in front of the focusing optics 116, which results in a spatial offset in the x-direction after focusing has taken place. Due to the optical lens component, partial beams 116 with different convergence and/or divergence impinge on the focusing optics 116, which results in a spatial offset in the z-direction after focusing has taken place.

Es kann vorgesehen sein, dass die erste Strahlformungseinrichtung 106 ein Polarisations-Strahlteilungselement 126 aufweist. Mittels des Polarisations-Strahlteilungselements 126 wird eine Polarisationsstrahlteilung des ersten Eingangsstrahls 108 und/oder eines aus dem Strahlteilungselement 112 ausgekoppelten Strahls in Strahlen durchgeführt, welche jeweils einen von mindestens zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen aufweisen.Provision can be made for the first beam-shaping device 106 to have a polarization beam-splitting element 126 . The polarization beam splitting element 126 is used to carry out a polarization beam splitting of the first input beam 108 and/or a beam coupled out of the beam splitting element 112 into beams which each have one of at least two different polarization states.

Durch Polarisationsstrahlteilung mittels dem Polarisations-Strahlteilungselement 126 weisen die aus der ersten Strahlformungseinrichtung 106 ausgekoppelten Teilstrahlen 114 jeweils einen von mindestens zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen auf. Diese Teilstrahlen 114 mit unterschiedlichen Polarisationszuständen werden mittels der Fokussieroptik 116 in die unterschiedlichen Teilbereiche 120 der Fokuszone 122 fokussiert.As a result of polarization beam splitting by means of the polarization beam splitting element 126, the partial beams 114 coupled out of the first beam shaping device 106 each have one of at least two different polarization states. These partial beams 114 with different states of polarization are focused into the different partial regions 120 of the focal zone 122 by means of the focusing optics 116 .

Beispielsweise ist das Polarisations-Strahlteilungselement 126 bezüglich einer Haupt-Propagationsrichtung 128 des in die erste Strahlformungseinrichtung 106 eingekoppelten ersten Eingangsstrahls 108 vor oder hinter dem Strahlteilungselement 116 angeordnet.For example, the polarization beam splitting element 126 is arranged in front of or behind the beam splitting element 116 with respect to a main propagation direction 128 of the first input beam 108 coupled into the first beam shaping device 106 .

Bei dem gezeigten Beispiel ist die Haupt-Propagationsrichtung 128 parallel oder näherungsweise parallel zur z-Richtung orientiert. Insbesondere sind die x-Richtung und die z-Richtung jeweils senkrecht zu einer y-Richtung orientiert. Diese y-Richtung ist bei dem gezeigten Beispiel parallel oder näherungsweise parallel zu einer Vorschubrichtung 129 orientiert, in welche die Fokusverteilungen 124 zur Laserbearbeitung des Werkstücks 104 relativ zu dem Werkstück 104 bewegt werden.In the example shown, the main propagation direction 128 is oriented parallel or approximately parallel to the z-direction. In particular, the x-direction and the z-direction are each oriented perpendicular to a y-direction. In the example shown, this y-direction is oriented parallel or approximately parallel to a feed direction 129 in which the focus distributions 124 for laser processing of the workpiece 104 are moved relative to the workpiece 104 .

Hinsichtlich der Funktionsweise und Ausführung des Polarisations-Strahlteilungselements 126 wird auf die nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen mit Aktenzeichen 10 2020 207 715.0 (Anmeldetag: 22. Juni 2020) und mit Aktenzeichen 10 2019 217 577.5 (Anmeldetag: 14. November 2019) der gleichen Anmelderin verwiesen. Hierauf wird ausdrücklich und vollinhaltlich Bezug genommen.With regard to the functioning and design of the polarization beam splitting element 126, reference is made to the unpublished German patent applications with file numbers 10 2020 207 715.0 (Filing date: June 22, 2020) and with file number 10 2019 217 577.5 (Filing date: November 14, 2019) from the same applicant. Reference is made expressly and in full to this.

Insbesondere sind unter den Polarisationszuständen der Teilstrahlen 114 lineare Polarisationszustände zu verstehen, wobei beispielsweise zwei unterschiedliche Polarisationszustände vorgesehen sind und/oder wobei beispielsweise jeweilige Polarisationsrichtungen voneinander verschiedener Teilstrahlen unter einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet sind.In particular, the polarization states of the partial beams 114 are linear polarization states, with two different polarization states being provided, for example, and/or with the respective polarization directions of partial beams that are different from one another being aligned at an angle of 90° to one another.

Insbesondere sind die Teilstrahlen 114 derart polarisiert, dass ein elektrisches Feld in einer Ebene senkrecht zu deren Propagationsrichtung orientiert ist (transversal elektrisch).In particular, the partial beams 114 are polarized in such a way that an electric field is oriented in a plane perpendicular to their direction of propagation (transversally electric).

Zur Polarisationsstrahlteilung weist das Polarisations-Strahlteilungselement 126 beispielsweise ein doppelbrechendes Linsenelement und/oder ein doppelbrechendes Keilelement auf. Das doppelbrechende Linsenelement und/oder das doppelbrechende Keilelement sind beispielsweise aus einem Quarzkristall hergestellt oder umfassen einen Quarzkristall.For polarization beam splitting, the polarization beam splitting element 126 has, for example, a birefringent lens element and/or a birefringent wedge element. The birefringent lens element and/or the birefringent wedge element are made of, for example, a quartz crystal or comprise a quartz crystal.

Mittels des doppelbrechenden Linsenelements werden beispielsweise Teilstrahlen 114 mit unterschiedlichem Polarisationszustand derart ausgebildet, dass diese durch Fokussierung mittels der Fokussieroptik 116 mit einem Ortsversatz in z-Richtung und/oder x-Richtung abgebildet werden. Es lassen sich dadurch beispielsweise in der Fokuszone 122 aus Teilstrahlen 114 mit unterschiedlichem Polarisationszustand ausgebildete Fokusverteilungen 124 mit einem Ortsversatz in z-Richtung und/oder x-Richtung anordnen.The birefringent lens element is used, for example, to form partial beams 114 with different polarization states in such a way that, by focusing using the focusing optics 116, they can be offset with a spatial offset in the z-Rich tion and/or x-direction are mapped. As a result, for example, focus distributions 124 formed from partial beams 114 with different polarization states can be arranged in the focus zone 122 with a spatial offset in the z-direction and/or x-direction.

Mittels des Polarisations-Strahlteilungselements 126 lässt sich beispielsweise eine Aneinanderreihung von Fokusverteilungen 124 in der Fokuszone 122 realisieren, wobei zueinander benachbarte Fokusverteilungen 124 jeweils aus Teilstrahlen 114 mit unterschiedlichen Polarisationszuständen gebildet sind.By means of the polarization beam splitting element 126, for example, a series of focus distributions 124 can be implemented in the focus zone 122, wherein mutually adjacent focus distributions 124 are each formed from partial beams 114 with different polarization states.

Weiter kann es vorgesehen sein, dass die erste Strahlformungseinrichtung 106 ein Strahlformungselement 130 aufweist, mittels welchem die dem ersten Eingangsstrahl 108 zugeordnete Fokusverteilung nach dessen Einkopplung in die erste Strahlformungseinrichtung 106 modifizierbar ist.Furthermore, it can be provided that the first beam-shaping device 106 has a beam-shaping element 130, by means of which the focus distribution assigned to the first input beam 108 can be modified after it has been coupled into the first beam-shaping device 106.

Hinsichtlich der technischen Realisierung und Eigenschaften des Strahlformungselements 130 wird auf die wissenschaftliche Veröffentlichung „Structured light for ultrafast laser micro- and nanoprocessing‟ von D. Flamm et al., arXiv:2012.10119v1 [physics.optics], 18. Dezember 2020, und auf das Buch „Laser Beam Shaping: Theory and Techniques“, Fred M. Dickey, ed., CRC press, 2014, verwiesen. Hierauf wird ausdrücklich und vollinhaltlich Bezug genommen.With regard to the technical realization and properties of the beam shaping element 130, reference is made to the scientific publication "Structured light for ultrafast laser micro- and nanoprocessing" by D. Flamm et al., arXiv:2012.10119v1 [physics.optics], December 18, 2020, and on the book Laser Beam Shaping: Theory and Techniques, Fred M. Dickey, ed., CRC press, 2014. This is expressly and fully referred to.

Das Strahlformungselement 130 ist beispielsweise als diffraktives oder refraktives Phasenelement zur Aufprägung von definierten Wellenfrontaberrationen auf einen in das Strahlformungselement 130 eingekoppelten Strahl ausgebildet. Beispielsweise ist das Strahlformungselement 130 als diffraktiver field mapper ausgebildet.The beam-shaping element 130 is designed, for example, as a diffractive or refractive phase element for impressing defined wavefront aberrations on a beam coupled into the beam-shaping element 130 . For example, the beam-shaping element 130 is designed as a diffractive field mapper.

Beispielsweise ist das Strahlformungselement 130 bezüglich der Haupt-Propagationsrichtung 128 des ersten Eingangsstrahls 108 vor oder hinter dem Strahlteilungselement 112 angeordnet.For example, the beam-shaping element 130 is arranged in front of or behind the beam-splitting element 112 with respect to the main propagation direction 128 of the first input beam 108 .

Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist das Strahlformungselement 130 zwischen dem Strahlteilungselement 112 und dem Polarisations-Strahlteilungselement 126 angeordnet. Beispielsweise wird der Eingangsstrahl 108 zuerst mit dem Strahlteilungselement 112 bearbeitet und anschließend mit dem Strahlformungselement 130 und/oder mit dem Polarisations-Strahlteilungselement 126.At the in 1 In the example shown, the beam-shaping element 130 is arranged between the beam-splitting element 112 and the polarization beam-splitting element 126 . For example, the input beam 108 is first processed with the beam splitting element 112 and then with the beam shaping element 130 and/or with the polarization beam splitting element 126.

Mittels dem Strahlformungselement 130 sind eine geometrische Form und/oder ein Intensitätsprofil der in die Fokuszone 122 abgebildeten Fokusverteilungen 124 modifizierbar.A geometric shape and/or an intensity profile of the focus distributions 124 imaged in the focus zone 122 can be modified by means of the beam-shaping element 130 .

Eine Modifikation der Fokusverteilungen 124 der Fokuszone 122 mittels dem Strahlformungselement 130 kann in einer zur Vorschubrichtung 129 parallelen Querschnittsebene erfolgen, wobei diese Querschnittsebene insbesondere senkrecht zur Haupt-Propagationsrichtung 128 und/oder senkrecht zur z-Richtung orientiert ist (3a, 3b und 3c).A modification of the focus distributions 124 of the focus zone 122 by means of the beam-shaping element 130 can take place in a cross-sectional plane parallel to the feed direction 129, with this cross-sectional plane being oriented in particular perpendicular to the main propagation direction 128 and/or perpendicular to the z-direction ( 3a , 3b and 3c ).

Weiter kann eine Modifikation der Fokusverteilungen 124 der Fokuszone 122 mittels dem Strahlformungselement 130 in einer zur Vorschubrichtung 129 senkrechten Querschnittsebene erfolgen (4a und 4b). Diese Querschnittsebene ist bei dem gezeigten Beispiel parallel zur x-Richtung und parallel zur Haupt-Propagationsrichtung 128 und/oder z-Richtung orientiert.Furthermore, the focus distributions 124 of the focus zone 122 can be modified by means of the beam-shaping element 130 in a cross-sectional plane perpendicular to the feed direction 129 ( 4a and 4b) . In the example shown, this cross-sectional plane is oriented parallel to the x-direction and parallel to the main propagation direction 128 and/or z-direction.

Bezüglich der zur Vorschubrichtung 129 parallel orientierten Querschnittsebene erfolgt die Modifikation der Fokusverteilung 124 beispielsweise derart, dass die Form und/oder das Intensitätsprofil der Fokusverteilung 124 in dieser Querschnittsebene eine Vorzugsrichtung 132 aufweist. Unter dieser Vorzugsrichtung 132 ist insbesondere eine Richtung zu verstehen, in welcher eine Erstreckungslänge der Fokusverteilung 124 lokal oder global maximiert ist. Beispielsweise ist unter der Vorzugsrichtung 132 eine HauptErstreckungsrichtung der Fokusverteilung 124 zu verstehen.With regard to the cross-sectional plane oriented parallel to the feed direction 129, the focus distribution 124 is modified, for example, in such a way that the shape and/or the intensity profile of the focus distribution 124 has a preferred direction 132 in this cross-sectional plane. This preferred direction 132 is to be understood in particular as a direction in which an extension length of the focus distribution 124 is maximized locally or globally. For example, the preferred direction 132 is to be understood as meaning a main extension direction of the focus distribution 124 .

Bei dem in 3b gezeigten Beispiel ist die Fokusverteilung 124 in der zur Vorschubrichtung 129 parallelen Ebene elliptisch und/oder als Ellipse ausgebildet. Die Vorzugsrichtung 132 ist in diesem Fall parallel zu einer großen Halbachse dieser Ellipse orientiert.At the in 3b In the example shown, the focus distribution 124 in the plane parallel to the feed direction 129 is elliptical and/or embodied as an ellipse. In this case, the preferred direction 132 is oriented parallel to a major semi-axis of this ellipse.

Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Fokusverteilung 124 mehrere Vorzugsrichtungen 132 aufweist. Bei dem in 3c gezeigten Beispiel ist die Fokusverteilung 124 in der zur Vorschubrichtung 129 parallelen Ebene rechteckförmig und/oder als Rechteck und insbesondere quadratisch ausgebildet. In diesem Fall weist die Fokusverteilung 124 eine erste Vorzugsrichtung 132'a auf, welche beispielsweise parallel zur x-Richtung orientiert ist, und eine zweite Vorzugsrichtung 132'b, welche beispielsweise quer und insbesondere senkrecht zur x-Richtung orientiert ist, d.h. in dem gezeigten Beispiel parallel zur y-Richtung.In principle, it is also possible for the focus distribution 124 to have a plurality of preferred directions 132 . At the in 3c In the example shown, the focus distribution 124 in the plane parallel to the feed direction 129 is rectangular and/or rectangular and in particular square. In this case, the focus distribution 124 has a first preferred direction 132'a, which is oriented, for example, parallel to the x-direction, and a second preferred direction 132'b, which is oriented, for example, transverse and in particular perpendicular to the x-direction, ie in the one shown Example parallel to the y-direction.

Beispielsweise liegen die erste Vorzugsrichtung 132'a und die zweite Vorzugsrichtung 132'b jeweils parallel zu Verbindungslinien zwischen einander gegenüberliegenden Ecken des Rechtecks.For example, the first preferred direction 132'a and the second preferred direction 132'b are each parallel to connecting lines between opposite corners of the rectangle.

Es kann vorgesehen sein, dass die dem ersten Eingangsstrahl 108 zugeordnete Fokusverteilung 124 in der zur Vorschubrichtung 129 senkrecht orientierten Querschnittsebene eine längliche und/oder langgezogene Form aufweist (4a und 4b). Dies wird beispielsweise dadurch realisiert, dass dem ersten Eingangsstrahl 108, welcher in die erste Strahlformungseinrichtung 106 eingekoppelt wird, ein quasi-nichtbeugendes und/oder Bessel-artiges Strahlprofil zugeordnet ist.It can be provided that the focus distribution assigned to the first input beam 108 124 has an elongate and/or elongated shape in the cross-sectional plane oriented perpendicularly to the feed direction 129 ( 4a and 4b) . This is realized, for example, in that the first input beam 108, which is coupled into the first beam-shaping device 106, is assigned a quasi-non-diffracting and/or Bessel-like beam profile.

Die Fokusverteilung 124 weist beispielsweise eine Haupterstreckungsrichtung 134 auf, entlang welcher die Fokusverteilung 124 in der zur Vorschubrichtung 129 senkrecht orientierten Querschnittsebene insbesondere eine größte Länge und/oder insbesondere eine größte Ausdehnung aufweist (siehe auch 3c). Focus distribution 124 has, for example, a main direction of extent 134, along which focus distribution 124 has, in particular, a greatest length and/or in particular a greatest extent in the cross-sectional plane oriented perpendicularly to feed direction 129 (see also 3c ).

Beispielsweise ist die Haupterstreckungsrichtung 134 parallel zu einer Verbindungslinie zwischen einem Anfangspunkt und einem Endpunkt der Fokusverteilung 124 bezüglich einer Richtung größter Ausdehnung der Fokusverteilung 124 orientiert.For example, the direction of main extent 134 is oriented parallel to a connecting line between a starting point and an end point of the focus distribution 124 with respect to a direction of greatest extent of the focus distribution 124 .

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mittels dem Strahlformungselement 130 eine Ausrichtung 136 und/oder Orientierung der Fokusverteilung 124 in der zur Vorschubrichtung 129 senkrecht orientierten Querschnittsebene anpassbar ist, wobei beispielsweise die Ausrichtung 136 der jeweiligen Haupterstreckungsrichtung 134 der Fokusverteilung 124 anpassbar ist.In particular, it can be provided that an alignment 136 and/or orientation of the focus distribution 124 in the cross-sectional plane oriented perpendicularly to the feed direction 129 can be adjusted by means of the beam-shaping element 130, with the alignment 136 of the respective main extension direction 134 of the focus distribution 124 being adjustable, for example.

Bei dem in den 4a und 4b gezeigten Beispielen ist die Ausrichtung 136 der jeweiligen Fokusverteilung 124 in der x-z-Ebene anpassbar.At the in the 4a and 4b In the examples shown, the orientation 136 of the respective focus distribution 124 in the xz plane can be adjusted.

Die jeweilige Ausrichtung 136 der Fokusverteilungen 124 wird mittels dem Strahlformungselement 130 beispielsweise derart angepasst, dass die Ausrichtung 136 parallel oder näherungsweise parallel zu einer der jeweiligen Fokusverteilung 124 zugeordneten lokalen Erstreckungsrichtung 138 der Fokuszone 122 orientiert ist.The respective alignment 136 of the focus distributions 124 is adjusted by means of the beam-shaping element 130, for example, in such a way that the alignment 136 is oriented parallel or approximately parallel to a local direction of extension 138 of the focus zone 122 associated with the respective focus distribution 124 .

Unter der lokalen Erstreckungsrichtung 138 der Fokuszone 122 ist beispielsweise eine lokale Abstandsrichtung von benachbarten Fokusverteilungen 124, beispielsweise von zwei oder drei benachbarten Fokusverteilungen 124, zu verstehen. Die Fokusverteilungen 124 der Fokuszone 122 können beispielsweise in unterschiedlichen Abschnitten der Fokuszone 122 mit unterschiedlichen lokalen Erstreckungsrichtungen 138 angeordnet sein.The local extension direction 138 of the focus zone 122 is to be understood, for example, as a local distance direction from adjacent focus distributions 124, for example from two or three adjacent focus distributions 124. The focus distributions 124 of the focus zone 122 can be arranged, for example, in different sections of the focus zone 122 with different local directions of extension 138 .

In der zur Vorschubrichtung 129 senkrecht orientierten Querschnittsebene kann die Fokusverteilung 124 durch Anpassung mittels dem Strahlformungselement 130 beispielsweise mit einer gekrümmten Form versehen werden (4b). Beispielsweise lässt sich dadurch die Fokusverteilung 124 als gekrümmter Bessel-artiger Strahl und/oder als beschleunigter Bessel-artiger Strahl erzeugen.In the cross-sectional plane oriented perpendicularly to the feed direction 129, the focus distribution 124 can be provided with a curved shape, for example, by adaptation using the beam-shaping element 130 ( 4b) . For example, the focus distribution 124 can thereby be generated as a curved Bessel-like beam and/or as an accelerated Bessel-like beam.

Hinsichtlich der Ausbildung und Eigenschaften von quasi-nichtbeugenden und/oder Bessel-artigen Strahlen mit gekrümmter Form wird auf die wissenschaftliche Veröffentlichung „Bessel-like optical beams with arbitrary trajectories“ von I. Chremmos et al., Optics Letters, Vol. 37, No. 23, 1. Dezember 2012, verwiesen.With regard to the formation and properties of quasi-non-diffractive and/or Bessel-like beams with curved shapes, reference is made to the scientific publication "Bessel-like optical beams with arbitrary trajectories" by I. Chremmos et al., Optics Letters, Vol. 37, No . 23, December 1, 2012.

Beispielsweise weist die Fokusverteilung 124 eine Längsmittelachse 140 auf, entlang welcher sie sich erstreckt. Diese Längsmittelachse 140 ist beispielsweise geradlinig ausgebildet (4a). Im Fall einer Fokusverteilung mit gekrümmter Form weist die Längsmittelachse 140 eine gekrümmte Form oder eine abschnittsweise gekrümmte Form auf (4b).For example, the focus distribution 124 has a longitudinal central axis 140 along which it extends. This longitudinal center axis 140 is, for example, formed in a straight line ( 4a) . In the case of a focus distribution with a curved shape, the longitudinal central axis 140 has a curved shape or a shape that is curved in sections ( 4b) .

Die der Fokuszone 122 zugeordneten Fokusverteilungen 124 werden mittels der ersten Strahlformungseinrichtung 106 entlang einer Längsachse 142 der Fokuszone 122 angeordnet, welche beispielsweise geradlinig ausgebildet ist ( 4a und 4b).The focus distributions 124 assigned to the focus zone 122 are arranged by means of the first beam-shaping device 106 along a longitudinal axis 142 of the focus zone 122, which is formed, for example, in a straight line ( 4a and 4b) .

Die Längsachse 142 ist nicht notwendigerweise geradlinig und/oder stetig ausgebildet. Beispielsweise kann die Längsachse 142 zumindest abschnittsweise gekrümmt sein. Es ist auch möglich, dass die Längsachse 142 Richtungswechsel und insbesondere unstetige Richtungswechsel aufweist.The longitudinal axis 142 is not necessarily formed in a straight line and/or continuously. For example, the longitudinal axis 142 can be curved at least in sections. It is also possible for the longitudinal axis 142 to have changes of direction and, in particular, discontinuous changes of direction.

Bei dem in 5 gezeigten Beispiel erstreckt sich die Fokuszone 122 in dem Material 102 des Werkstücks 104 von einer ersten Außenseite 144 des Werkstücks 104 zu einer zweiten Außenseite 146 des Werkstücks 104, wobei die zweite Außenseite 146 bezüglich einer Tiefenrichtung 148 des Werkstücks 104 zu der ersten Außenseite 144 beabstandet ist. Insbesondere durchläuft die Fokuszone 122 das Werkstück 104 in Tiefenrichtung 144 vollständig und/oder unterbrechungsfrei.At the in 5 In the example shown, the focal zone 122 in the material 102 of the workpiece 104 extends from a first outer side 144 of the workpiece 104 to a second outer side 146 of the workpiece 104, the second outer side 146 being spaced apart from the first outer side 144 with respect to a depth direction 148 of the workpiece 104 . In particular, the focus zone 122 runs through the workpiece 104 completely and/or without interruption in the depth direction 144 .

Die erste Außenseite 144 und die zweite Außenseite 146 des Werkstücks 104 sind beispielsweise parallel oder näherungsweise parallel zueinander orientiert.The first outer side 144 and the second outer side 146 of the workpiece 104 are oriented parallel or approximately parallel to one another, for example.

Zur Laserbearbeitung des Werkstücks 104 wird die Fokuszone 122 beispielsweise durch die erste Außenseite 144 oder durch die zweite Außenseite 146 in das Material 102 des Werkstücks 104 eingebracht und/oder eingekoppelt.For the laser processing of the workpiece 104, the focal zone 122 is introduced and/or coupled into the material 102 of the workpiece 104, for example through the first outer side 144 or through the second outer side 146.

Die Fokuszone 122 weist einen von der ersten Außenseite 144 ausgehenden ersten Abschnitt 150 auf, an welchen sich in Tiefenrichtung 148 ein zweiter Abschnitt 152 der Fokuszone 122 anschließt. Weiter weist die Fokuszone 122 einen auf diesen zweiten Abschnitt 152 in Tiefenrichtung 148 folgenden dritten Abschnitt 154 auf.The focus zone 122 has a first section 150 emanating from the first outer side 144 , which is adjoined by a second section 152 of the focus zone 122 in the depth direction 148 . Furthermore, the focal zone 122 has a third section 154 following this second section 152 in the depth direction 148 .

Bei dem gezeigten Beispiel ist die Längsachse 142 der Fokuszone 122 in jedem der Abschnitte 150, 152 und 154 geradlinig ausgebildet, wobei die Längsachse 142 an den Übergängen von dem ersten Abschnitt 150 zu dem zweiten Abschnitt 152 und von dem zweiten Abschnitt 152 zu dem dritten Abschnitt 154 insbesondere jeweils einen Richtungswechsel aufweist.In the example shown, the longitudinal axis 142 of the focal zone 122 is rectilinear in each of the sections 150, 152 and 154, with the longitudinal axis 142 being at the transitions from the first section 150 to the second section 152 and from the second section 152 to the third section 154 in particular has a change of direction in each case.

Jedem dieser Abschnitte 150, 152 und 154 ist eine unterschiedliche lokale Erstreckungsrichtung 138 zugeordnet, mit welcher die Fokusverteilungen 122 angeordnet sind.Each of these sections 150, 152 and 154 is assigned a different local extension direction 138 with which the focus distributions 122 are arranged.

Weiter ist jedem der Abschnitte 150, 152 und 154 ein bestimmter Anstellwinkel α zugeordnet. Unter diesem Anstellwinkel α ist ein kleinster Winkel zwischen der lokalen Erstreckungsrichtung 138 des entsprechenden Abschnitts 150, 152, 154 und der ersten Außenseite 144 und/oder oder zweiten Außenseite 146 zu verstehen.Furthermore, each of the sections 150, 152 and 154 is assigned a specific angle of attack α. This angle of incidence α is to be understood as a smallest angle between the local extension direction 138 of the corresponding section 150, 152, 154 and the first outer side 144 and/or second outer side 146.

Beispielsweise weisen der erste Abschnitt 150 und der dritte Abschnitt 154 einen Anstellwinkel α von 45° auf und der zweite Abschnitt 152 weist einen Anstellwinkel α von 90° auf.For example, the first section 150 and the third section 154 have an angle of attack α of 45° and the second section 152 has an angle of attack α of 90°.

Das Material 102 des Werkstücks 104 ist für eine Wellenlänge von Laserstrahlen, aus welchen die Fokuszone 122 und/oder die Fokusverteilungen 124 gebildet sind, transparenten Material hergestellt.The material 102 of the workpiece 104 is made of transparent material for a wavelength of laser beams from which the focus zone 122 and/or the focus distributions 124 are formed.

Zur Laserbearbeitung des Materials 102 wird die Fokuszone 122 in das Material 102 eingebracht. Durch diese Beaufschlagung des Materials 102 mit der Fokuszone 122 werden an den Fokusverteilungen 124 jeweils lokalisierte Materialmodifikationen 156 ausgebildet (6), welche beispielsweise entlang der Längsachse 142 der Fokuszone 122 beabstandet zueinander angeordnet sind.The focal zone 122 is introduced into the material 102 for the laser processing of the material 102 . As a result of this exposure of the material 102 to the focal zone 122, localized material modifications 156 are formed on the focal distributions 124 ( 6 ), which are arranged at a distance from one another, for example, along the longitudinal axis 142 of the focal zone 122 .

Durch geeignete Wahl von Bearbeitungsparametern, wie beispielsweise Laserparametern und/oder Vorschubgeschwindigkeit, können die Materialmodifikationen 156 als Typ III Modifikationen erzeugt werden, welche zu einer spontanen Bildung von Rissen 157 im Material 102 führen (6). Die bei der Laserbearbeitung des Materials 102 ausgebildeten Risse 157 erstrecken sich insbesondere zwischen einander benachbarten Materialmodifikationen 156.By suitably selecting processing parameters, such as laser parameters and/or feed rate, the material modifications 156 can be produced as type III modifications, which lead to the spontaneous formation of cracks 157 in the material 102 ( 6 ). The cracks 157 formed during the laser processing of the material 102 extend in particular between adjacent material modifications 156.

Unter der Vorschubgeschwindigkeit ist eine Geschwindigkeit einer Relativbewegung zwischen der Fokuszone 122 und dem Material 102 in Vorschubrichtung 129 zu verstehen.The feed rate is a speed of a relative movement between the focus zone 122 and the material 102 in the feed direction 129 .

Alternativ hierzu ist es möglich, durch geeignete Wahl der Bearbeitungsparameter die Materialmodifikationen 156 als Typ I und/oder Typ II Modifikationen zu erzeugen, welche mit einer Wärmeakkumulation im Material 102 und/oder mit einer Änderung eines Brechungsindex des Materials 102 einhergehen.As an alternative to this, it is possible, by suitably selecting the processing parameters, to produce the material modifications 156 as type I and/or type II modifications, which are associated with heat accumulation in the material 102 and/or with a change in a refractive index of the material 102 .

Die Ausbildung der Materialmodifikationen 156 als Typ I und/oder Typ II Modifikationen ist mit einer Wärmeakkumulation im Material 102 des Werkstücks 104 assoziiert. Insbesondere liegen die erzeugten Materialmodifikationen 156 in diesem Fall derart dicht aneinander, dass es bei deren Ausbildung durch Beaufschlagung des Materials 102 mit der Fokuszone 122 zu dieser Wärmeakkumulation kommt (angedeutet in 7).The formation of the material modifications 156 as Type I and/or Type II modifications is associated with heat accumulation in the material 102 of the workpiece 104 . In particular, the material modifications 156 produced are so close to one another in this case that this accumulation of heat occurs when the material 102 is exposed to the focal zone 122 (indicated in 7 ).

Bei einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 100 eine zweite Strahlformungseinrichtung 158, welche bezüglich der Haupt-Propagationsrichtung 128 des in die erste Strahlformungseinrichtung 106 eingekoppelten ersten Eingangsstrahls 108 vor dieser ersten Strahlformungseinrichtung 106 angeordnet ist. Mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 lässt sich die dem ersten Eingangsstrahl 108 zugeordnete Fokusverteilung vor dessen Einkopplung in die erste Strahlformungseinrichtung 106 anpassen.In one embodiment, the device 100 comprises a second beam-shaping device 158 which is arranged in front of this first beam-shaping device 106 with respect to the main propagation direction 128 of the first input beam 108 coupled into the first beam-shaping device 106 . The focus distribution assigned to the first input beam 108 can be adapted by means of the second beam-shaping device 158 before it is coupled into the first beam-shaping device 106 .

Bei dieser Ausführungsform wird in die zweite Strahlformungseinrichtung 158 ein zweiter Eingangsstrahl 160 eingekoppelt, welche insbesondere mittels der Laserquelle 110 bereitgestellt ist und/oder ein aus der Laserquelle 100 ausgekoppelter Laserstrahl ist.In this embodiment, a second input beam 160 is coupled into the second beam-shaping device 158, which is provided in particular by means of the laser source 110 and/or is a laser beam coupled out of the laser source 100.

Analog zu dem ersten Eingangsstrahl 108 ist demnach unter dem zweiten Eingangsstrahl 160 insbesondere ein Strahlenbündel verstehen, welches eine Mehrzahl insbesondere parallel verlaufender Strahlen umfasst.Analogously to the first input beam 108, the second input beam 160 is therefore to be understood in particular as a bundle of rays which comprises a plurality of rays, in particular running parallel.

Der in die erste Strahlformungseinrichtung 106 eingekoppelte erste Eingangsstrahl 128 ist bei dem gezeigten Beispiel ein aus der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 ausgekoppelter Strahl und/oder ein aus der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 ausgekoppeltes Strahlenbündel.In the example shown, the first input beam 128 coupled into the first beam-shaping device 106 is a beam coupled out of the second beam-shaping device 158 and/or a beam bundle coupled out of the second beam-shaping device 158 .

Mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 erfolgt eine Phasenaufprägung auf den zweiten Eingangsstrahl 160, wodurch die dem in die erste Strahlformungseinrichtung 106 eingekoppelten ersten Eingangsstrahl 108 zugeordnete Fokusverteilung definiert wird. Es lässt sich dadurch die geometrische Form und/oder das Intensitätsprofil der dem ersten Eingangsstrahl 108 zugeordneten Fokusverteilung mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 definieren.The second beam-shaping device 158 applies a phase to the second input beam 160, as a result of which the focus distribution associated with the first input beam 108 coupled into the first beam-shaping device 106 is defined. As a result, the geometric shape and/or the intensity profile of the focus distribution assigned to the first input beam 108 can be defined by means of the second beam shaping device 158 .

Der in die zweite Strahlformungseinrichtung 158 eingekoppelte zweite Eingangsstrahl 160 weist beispielsweise ein gaußförmiges Strahlprofil auf, d.h. der zweite Eingangsstrahl 160 weist eine gaußförmige Form und/oder ein gaußförmiges Intensitätsprofil auf.The second input beam 160 coupled into the second beam-shaping device 158 has, for example, a Gaussian beam profile, ie the second input beam 160 has a Gaussian shape and/or a Gaussian intensity profile.

Bei einer Ausführungsform ist die zweite Strahlformungseinrichtung 158 derart eingerichtet und ausgebildet, dass mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 dem in die erste Strahlformungseinrichtung 106 eingekoppelten ersten Eingangsstrahl 108 ein quasi-nichtbeugendes und/oder Bessel-artiges Strahlprofil zugeordnet wird.In one embodiment, the second beam-shaping device 158 is set up and configured such that the second beam-shaping device 158 is used to assign a quasi-non-diffracting and/or Bessel-like beam profile to the first input beam 108 coupled into the first beam-shaping device 106 .

Der erste Eingangsstrahl 108 lässt sich dadurch insbesondere in eine Fokusverteilung mit einem quasi-nichtbeugenden und/oder Bessel-artigem Strahlprofil abbilden. Bei dieser Ausführungsform weist die in die Fokuszone 122 abgebildete Fokusverteilung 124 eine langgezogene Form und/oder ein langgezogenes Intensitätsprofil auf (2 und 8). Insbesondere weist die Fokusverteilung 124 bei dieser Ausführungsform eine Haupterstreckungsrichtung 162 auf, entlang welcher sie sich erstreckt.As a result, the first input beam 108 can be imaged in particular in a focus distribution with a quasi-non-diffracting and/or Bessel-like beam profile. In this embodiment, the focus distribution 124 imaged into the focal zone 122 has an elongated shape and/or an elongated intensity profile ( 2 and 8th ). In particular, the focus distribution 124 in this embodiment has a main extension direction 162 along which it extends.

Beispielsweise ist oder umfasst die zweite Strahlformungseinrichtung 158 ein diffraktives optisches Element und/oder ein Axiconelement zur Aufprägung der Phasenverteilung auf den zweiten Eingangsstrahl 160 zur Ausbildung der Fokusverteilung 124 mit langgezogener Form und/oder langgezogenem Intensitätsprofil.For example, the second beam shaping device 158 is or includes a diffractive optical element and/or an axicon element for impressing the phase distribution on the second input beam 160 to form the focus distribution 124 with an elongated shape and/or elongated intensity profile.

Der bei dieser Ausführungsform mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 bereitgestellte erste Eingangsstrahl 108 wird in die erste Strahlformungseinrichtung 106 eingekoppelt. Dieser erste Eingangsstrahl 108 wird, wie vorstehend beschrieben, mittels des Strahlteilungselements 112 der ersten Strahlformungseinrichtung 106 in voneinander verschiedene Teilstrahlen 114 aufgeteilt, welche mittels der Fokussieroptik 116 in die unterschiedlichen Teilbereiche 120 der Fokuszone 122 abgebildet werden. Die mittels der Fokussieroptik 116 in die Fokuszone 122 abgebildeten Fokusverteilungen 124 stellen hinsichtlich ihrer Form und/oder ihrem Intensitätsprofil Kopien der dem ersten Eingangsstrahl 108 zugeordneten Fokusverteilung dar, wobei durch Fokussierung mittels der Fokussieroptik 116 insbesondere eine verkleinerte Abbildung der Fokusverteilungen 124 erfolgt.The first input beam 108 provided by the second beam-shaping device 158 in this specific embodiment is coupled into the first beam-shaping device 106 . As described above, this first input beam 108 is divided into mutually different partial beams 114 by means of the beam splitting element 112 of the first beam shaping device 106 , which are imaged in the different partial regions 120 of the focal zone 122 by means of the focusing optics 116 . Focus distributions 124 imaged in focus zone 122 by means of focusing optics 116 represent, in terms of their shape and/or their intensity profile, copies of the focus distribution assigned to first input beam 108, with focusing by means of focusing optics 116 in particular resulting in reduced imaging of focus distributions 124.

Ein Beispiel von mittels der Fokussieroptik 116 in die Fokuszone 122 abgebildeten Fokusverteilungen 124 mit langgezogener Form und/oder langgezogenem Intensitätsprofil ist in 8 als Graustufenverteilung dargestellt, wobei hellere Graustufenwerte für größere Intensitäten stehen.In FIG 8th represented as a grayscale distribution, with lighter grayscale values representing greater intensities.

Bei dem in 8 gezeigten Beispiel sind die Fokusverteilungen 124 quer zur Längsachse 142 und/oder zur lokalen Erstreckungsrichtung 138 orientiert.At the in 8th In the example shown, the focus distributions 124 are oriented transversely to the longitudinal axis 142 and/or to the local direction of extent 138.

Es kann vorgesehen sein, dass in der ersten Strahlformungseinrichtung 106 wie vorstehend beschrieben eine Strahlformung mittels dem Strahlformungselement 130 und/oder eine Strahlteilung mittels dem Polarisations-Strahlteilungselement 126 durchgeführt wird. In diesem Fall basieren die mittels der Fokussieroptik 116 abgebildeten Fokusverteilungen 124 hinsichtlich ihrer Form und/oder ihrem Intensitätsprofil auf der dem ersten Eingangsstrahl 108 zugeordneten Fokusverteilung, weisen aber aufgrund der Bearbeitung mittels dem Strahlformungselement 130 und/oder dem Polarisations-Strahlteilungselement 126 gegenüber der dem ersten Eingangsstrahl 108 zugeordneten Fokusverteilung eine modifizierte Form und/oder modifizierte Polarisationseigenschaften auf.It can be provided that in the first beam shaping device 106, as described above, beam shaping is carried out by means of the beam shaping element 130 and/or beam splitting by means of the polarization beam splitting element 126. In this case, the shape and/or intensity profile of the focus distributions 124 imaged by the focusing optics 116 are based on the focus distribution assigned to the first input beam 108, but due to the processing by the beam-shaping element 130 and/or the polarization beam-splitting element 126 they point in comparison to that of the first Input beam 108 associated focus distribution has a modified shape and / or modified polarization properties.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Strahlformungseinrichtung 158 derart eingerichtet und ausgebildet, dass mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 dem in die erste Strahlformungseinrichtung 106 eingekoppelten ersten Eingangsstrahl 108 ein Strahlprofil zugeordnet wird, dessen Intensitätsprofil ausgehend von einem Intensitätsmaximum 164 bezüglich einer Haupterstreckungsrichtung 166 und/oder Haupterstreckungsachse einen abrupten Intensitätsabfall aufweist (9a und 9b). Derartige Strahlen werden beispielsweise als abrupt-selbstfokussierende Strahlen bezeichnet.In a further embodiment, the second beam-shaping device 158 is set up and configured such that the second beam-shaping device 158 is used to assign a beam profile to the first input beam 108 coupled into the first beam-shaping device 106, the intensity profile of which is based on an intensity maximum 164 with respect to a main extension direction 166 and/or main extension axis has an abrupt drop in intensity ( 9a and 9b) . Such beams are referred to, for example, as abrupt self-focusing beams.

Es lässt sich dadurch durch Abbildung der aus der ersten Strahlformungseinrichtung 106 ausgekoppelten Teilstrahlen 114 die Fokuszone 122 aus einer Mehrzahl von Fokusverteilungen 124 mit einem solchen Intensitätsprofil ausbilden (10). Insbesondere weist dann das Intensitätsprofil jeder der Fokusverteilungen 124 der Fokuszone 122 den abrupten Intensitätsabfall auf.As a result, the focus zone 122 can be formed from a plurality of focus distributions 124 with such an intensity profile by imaging the partial beams 114 coupled out of the first beam-shaping device 106 ( 10 ). In particular, the intensity profile of each of the focus distributions 124 of the focus zone 122 then has the abrupt drop in intensity.

Eine Graustufendarstellung einer zugehörigen zweidimensionalen Phasenverteilung von aus der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 ausgekoppelten Strahlen ist in 11 dargestellt, wobei die zugeordnete Graustufenskala von Weiß (Phase +Pi) bis Schwarz (Phase -Pi) reicht.A grayscale representation of an associated two-dimensional phase distribution of beams coupled out of the second beam-shaping device 158 is shown in FIG 11 with the associated gray scale ranging from white (phase +Pi) to black (phase -Pi).

Insbesondere ist die Phasenverteilung bezüglich einer zugeordneten Mittelachse 167 und/oder Strahlmittelachse radialsymmetrisch und/oder rotationssymmetrisch ausgebildet. Diese Mittelachse 167 ist beispielsweise parallel oder näherungsweise parallel zur einer Haupt-Propagationsrichtung 267 des auf die zweite Strahlformungseinrichtung 158 einfallenden zweiten Eingangsstrahls 160 orientiert.In particular, the phase distribution is radially symmetrical and/or rotationally symmetrical with respect to an associated center axis 167 and/or beam center axis. This central axis 167 is, for example, parallel or approximately parallel to a main direction of propagation 267 of the beam shaping onto the second means 158 incident second input beam 160 oriented.

Insbesondere nimmt eine der Phasenverteilung zugeordnete Phasenfrequenz in radialer Richtung 367 ausgehend von der Mittelachse 167 mit zunehmendem radialen Abstand zu der Mittelachse 167 zu.In particular, a phase frequency associated with the phase distribution increases in the radial direction 367 starting from the central axis 167 with an increasing radial distance from the central axis 167 .

Bei dieser Ausführungsform wird dem in die erste Strahlformungseinrichtung 106 eingekoppelten ersten Eingangsstrahl 108 eine Form und/oder ein Intensitätsprofil eines abrupt-selbstfokussierenden Strahls zugeordnet. Hinsichtlich der Ausbildung und Eigenschaften derartiger Strahlen wird auf die wissenschaftlichen Veröffentlichungen „Abruptly autofocusing waves“ von Efremidis, Nikolaos K., and Demetrios N. Christodoulides, Optics letters 35.23 (2010): 4045-4047 und „Observation of abruptly autofocusing waves“ von Papazoglou et al., Optics letters 36.10 (2011): 1842-1844, verwiesen. Hierauf wird ausdrücklich und vollinhaltlich Bezug genommen.In this specific embodiment, the first input beam 108 coupled into the first beam-shaping device 106 is assigned a shape and/or an intensity profile of an abruptly self-focusing beam. With regard to the formation and properties of such rays, reference is made to the scientific publications "Abruptly autofocusing waves" by Efremidis, Nikolaos K., and Demetrios N. Christodoulides, Optics letters 35.23 (2010): 4045-4047 and "Observation of abruptly autofocusing waves" by Papazoglou et al., Optics letters 36.10 (2011): 1842-1844. Reference is made expressly and in full to this.

Bei der in den 9a und 9b gezeigten Ausführungsform weist die Fokusverteilung 124 ausgehend von dem Intensitätsmaximum 164 in Haupterstreckungsrichtung 166 eine Intensitätsabfallflanke 165 auf.At the in the 9a and 9b In the embodiment shown, the focus distribution 124 has an intensity drop edge 165 starting from the intensity maximum 164 in the main extension direction 166 .

Charakteristisch für den abrupt-selbstfokussierenden Strahl ist, dass an der Intensitätsabfallflanke 165 die Intensität ausgehend von dem Intensitätsmaximum 164 auf einen Wert von 1/e² näherungsweise 3-Fach schneller abfällt als dies bei einem gaußförmigen Intensitätsprofil der Fall wäre.It is characteristic of the abrupt self-focusing beam that at the intensity drop edge 165 the intensity, starting from the intensity maximum 164, drops to a value of 1/e ² approximately 3 times faster than would be the case with a Gaussian intensity profile.

Das Intensitätsmaximum 164 ist insbesondere ein Hauptmaximum und/oder globales Maximum des Intensitätsprofils des abrupt-selbstfokussierenden Strahls. Insbesondere weist das Intensitätsprofil ein oder mehrere Nebenmaxima 164a auf, welche ausgehend von dem Intensitätsmaximum 164 entgegen der Haupterstreckungsrichtung 166 auf das Intensitätsmaximum 164 folgen. Insbesondere weisen die Nebenmaxima 164 mit zunehmendem Abstand vom Intensitätsmaximum 164 bezüglich der Haupterstreckungsrichtung 166 jeweils geringere maximale Intensitätswerte auf.In particular, the intensity maximum 164 is a main maximum and/or global maximum of the intensity profile of the abrupt self-focusing beam. In particular, the intensity profile has one or more secondary maxima 164a, which, starting from the intensity maximum 164, follow the intensity maximum 164 counter to the main extension direction 166. In particular, the secondary maxima 164 each have lower maximum intensity values as the distance from the intensity maximum 164 with respect to the main extension direction 166 increases.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die zweite Strahlformungseinrichtung 158 als Nahfeldstrahlformungseinrichtung ausgebildet ist.In particular, provision can be made for the second beam-shaping device 158 to be in the form of a near-field beam-shaping device.

Beispielsweise wird mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 ein Zwischenbild 168 (angedeutet in 2) der dem ersten Eingangsstrahl 108 zugeordneten Fokusverteilung ausgebildet. Dieses Zwischenbild 168 ist bezüglich der Haupt-Propagationsrichtung 128 des ersten Eingangsstrahls 108 zwischen der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 und der ersten Strahlformungseinrichtung 106 angeordnet.For example, an intermediate image 168 (indicated in 2 ) of the focus distribution associated with the first input beam 108 is formed. This intermediate image 168 is arranged between the second beam-shaping device 158 and the first beam-shaping device 106 with respect to the main propagation direction 128 of the first input beam 108 .

Insbesondere ist der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 eine Fernfeldoptik 170 zugeordnet, mittels welcher eine Fernfeldfokussierung eines aus der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 ausgekoppelten Ausgangsstrahls 172 und/oder Ausgangsstrahlbündels in eine Brennebene 174 der Fernfeldoptik 170 erfolgt.In particular, the second beam-shaping device 158 is assigned far-field optics 170, by means of which far-field focusing of an output beam 172 and/or output beam bundle coupled out of the second beam-shaping device 158 into a focal plane 174 of the far-field optics 170 takes place.

Insbesondere erfolgt mittels der Fernfeldoptik 170 eine Fernfeldfokussierung des Zwischenbilds 168 in die Brennebene 174.In particular, the far-field optics 170 are used to focus the intermediate image 168 far-field into the focal plane 174.

In dieser Brennebene 174 wird durch die Fernfeldfokussierung des Ausgangsstrahls 172 und/oder Ausgangsstrahlbündels eine Intensitätsverteilung in Form einer Ringstruktur und/oder Ringsegmentstruktur ausgebildet, welche insbesondere um eine optische Achse 176 der Fernfeldoptik 170 angeordnet ist.An intensity distribution in the form of a ring structure and/or ring segment structure is formed in this focal plane 174 by the far field focusing of the output beam 172 and/or output beam bundle, which is arranged in particular around an optical axis 176 of the far field optics 170 .

Bei dem in 2 gezeigten Beispiel wird mittels der Fernfeldoptik 170 und der Fokussieroptik 116 eine Teleskopeinrichtung 178 der Vorrichtung 100 ausgebildet. Hierzu weist die Fernfeldoptik 170 insbesondere eine größere Brennweite auf als die Fokussieroptik 116.At the in 2 In the example shown, a telescope device 178 of the device 100 is formed by means of the far-field optics 170 and the focusing optics 116 . For this purpose, the far-field optics 170 have, in particular, a greater focal length than the focusing optics 116.

Die Brennebene 174 ist insbesondere eine gemeinsame Brennebene der Fernfeldoptik 170 und der Fokussieroptik 116. Insbesondere ist die Brennebene 174 eine Brennebene der Teleskopeinrichtung 178.The focal plane 174 is in particular a common focal plane of the far-field optics 170 and the focusing optics 116. In particular, the focal plane 174 is a focal plane of the telescope device 178.

Die erste Strahlformungseinrichtung 106 ist insbesondere in der Brennebene 174 und/oder in einem Bereich der Brennebene 174 angeordnet. Unter diesem Bereich ist ein sich um die Brennebene 174 erstreckender Bereich zu verstehen, welcher beispielsweise zu der Brennebene 174 einen maximalen Abstand von 10 % der Brennweite der Fernfeldoptik 170 aufweist. Eine Abstandsrichtung dieses maximalen Abstands ist insbesondere parallel zur optischen Achse 176 und/oder zur Haupt-Propagationsrichtung 128 des ersten Eingangsstrahls 108 orientiert.The first beam-shaping device 106 is arranged in particular in the focal plane 174 and/or in a region of the focal plane 174. This area is to be understood as an area extending around the focal plane 174, which has a maximum distance of 10% of the focal length of the far-field optics 170 from the focal plane 174, for example. A distance direction of this maximum distance is in particular oriented parallel to the optical axis 176 and/or to the main propagation direction 128 of the first input beam 108 .

Unter dem genannten Bereich der Brennebene 174 ist insbesondere ein Fernfeldbereich der Teleskopeinrichtung 178 zu verstehen, in welchem insbesondere eine Fernfeldfokussierung des aus der zweiten Strahlformungseinrichtung 158 ausgekoppelten Ausgangsstrahls 172 und/oder des in die erste Strahlformungseinrichtung 106 einzukoppelnden ersten Eingangsstrahls 108 vorliegt.The region of focal plane 174 mentioned is to be understood in particular as a far-field region of telescope device 178 in which, in particular, there is a far-field focusing of output beam 172 coupled out of second beam-shaping device 158 and/or of first input beam 108 to be coupled into first beam-shaping device 106.

Mittels dem Strahlteilungselement 112 der Vorrichtung 100 ist es grundsätzlich möglich, die Fokusverteilungen 124 entlang unterschiedlicher Pfade anzuordnen und dadurch Fokuszonen mit unterschiedlicher Geometrie auszubilden.Using the beam splitting element 112 of the device 100, it is basically possible to arrange the focus distributions 124 along different paths and thereby form focus zones with different geometries.

Bei dem in den 12a und 12b gezeigten Beispiel sind die Fokusverteilungen 124 entlang der Längsachse 142 der Fokuszone 122 angeordnet, wobei die Längsachse 142 geradlinig ausgebildet ist. Der Fokuszone 122 ist in diesem Fall beispielsweise ein einziger Anstellwinkel α zugeordnet, mit welchem die Fokuszone 122 bezüglich der ersten Außenseite 144 und/oder der zweiten Außenseite 146 angewinkelt ist. Insbesondere weist die Fokuszone 122 bei diesem Ausführungsbeispiel durchgängig die gleiche lokale Erstreckungsrichtung 138 auf, d.h. die lokale Erstreckungsrichtung 138 ist insbesondere über die gesamte Erstreckung der Fokuszone 122 konstant.At the in the 12a and 12b In the example shown, the focus distributions 124 are arranged along the longitudinal axis 142 of the focus zone 122, with the longitudinal axis 142 being formed in a straight line. In this case, for example, the focal zone 122 is assigned a single angle of incidence α, with which the focal zone 122 is angled with respect to the first outer side 144 and/or the second outer side 146 . In particular, the focal zone 122 in this exemplary embodiment has the same local direction of extent 138 throughout, ie the local direction of extent 138 is constant in particular over the entire extent of the focal zone 122 .

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 12c und 12d weist die Fokuszone 122 einen ersten Abschnitt 180 und einen zweiten Abschnitt 182 auf, wobei die Fokusverteilungen 124 der Fokuszone 122 in dem ersten Abschnitt 180 und in dem zweiten Abschnitt 182 jeweils mit einer unterschiedlichen lokalen Erstreckungsrichtung 138 angeordnet sind. Beispielsweise weist die Fokuszone 122 bei diesem Ausführungsbeispiel im ersten Abschnitt 180 und im zweiten Abschnitt 182 jeweils durchgängig die gleiche lokale Erstreckungsrichtung 138 auf.In the embodiment according to the 12c and 12d the focus zone 122 has a first section 180 and a second section 182, wherein the focus distributions 124 of the focus zone 122 in the first section 180 and in the second section 182 are each arranged with a different local direction of extent 138. For example, in this exemplary embodiment, the focal zone 122 has the same local direction of extent 138 throughout in the first section 180 and in the second section 182 .

Insbesondere weist die Fokuszone 122 in dem ersten Abschnitt 180 und in dem zweiten Abschnitt 182 den gleichen Anstellwinkel α auf, mit welchem die Fokuszone 122 bezüglich der ersten Außenseite 144 und/oder der zweiten Außenseite 146 angewinkelt ist. Insbesondere ist dann ein kleinster Winkel zwischen der jeweiligen lokalen Erstreckungsrichtung 138 des ersten Abschnitts 180 und des zweiten Abschnitts 182 doppelt so groß wie der Anstellwinkel α.In particular, the focal zone 122 has the same angle of incidence α in the first section 180 and in the second section 182, at which the focal zone 122 is angled with respect to the first outer side 144 and/or the second outer side 146. In particular, a smallest angle between the respective local extension direction 138 of the first section 180 and the second section 182 is then twice as large as the angle of attack α.

Die Längsachse 142 der Fokuszone 122, entlang welcher die Fokusverteilungen 124 angeordnet sind, ist nicht notwendigerweise geradlinig ausgebildet. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Längsachse 142 zumindest abschnittsweise eine gekrümmte Form aufweist. Beispielsweise weist die Fokuszone 122 bei dem in den 12e und 12f gezeigten Beispielen eine durchgängig gekrümmte Form auf.The longitudinal axis 142 of the focal zone 122, along which the focal distributions 124 are arranged, is not necessarily formed in a straight line. For example, it can be provided that the longitudinal axis 142 has a curved shape at least in sections. For example, the focus zone 122 in the in the 12e and 12f examples shown on a continuously curved shape.

Beispielsweise weist dann die Fokuszone 122 eine vaiierende lokale Erstreckungsrichtung 138 auf, d.h. die lokale Erstreckungsrichtung 138 der Fokuszone 122 ist an verschiedenen Positionen der Fokuszone 122 und/oder an verschiedenen Fokusverteilungen 124 der Fokuszone 122 jeweils unterschiedlich.For example, the focus zone 122 then has a varying local direction of extent 138, i.e. the local direction of extent 138 of the focus zone 122 is different at different positions of the focus zone 122 and/or at different focus distributions 124 of the focus zone 122.

In den , und ist jeweils eine den , bzw. zugeordnete Phasenverteilung von aus dem Strahlteilungselement 112 ausgekoppelten Strahlen dargestellt, wobei die zugeordnete Graustufenskale von Weiß (Phase +Pi) bis Schwarz (Phase -Pi) reicht.In the , and is one den , or. associated phase distribution of beams coupled out of the beam splitting element 112, with the associated gray scale ranging from white (phase +Pi) to black (phase -Pi).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 funktioniert wie folgt:The device 100 according to the invention works as follows:

Zur Durchführung der Laserbearbeitung wird das Material 102 des Werkstücks 104 mit der Fokuszone 122 beaufschlagt und die Fokuszone 122 wird in Vorschubrichtung 129 relativ zu dem Werkstück 104 durch dessen Material 102 bewegt.To carry out the laser processing, the material 102 of the workpiece 104 is acted upon by the focal zone 122 and the focal zone 122 is moved in the feed direction 129 relative to the workpiece 104 through its material 102 .

Das Material 102 ist hierbei insbesondere ein für eine Wellenlänge von Strahlen, aus welchen die Fokuszone 122 gebildet ist, transparentes oder teiltransparentes Material. Beispielsweise ist das Material 102 ein Glasmaterial.In this case, the material 102 is in particular a material that is transparent or partially transparent for a wavelength of rays from which the focal zone 122 is formed. For example, the material 102 is a glass material.

Die Fokuszone 122 wird beispielsweise entlang einer vordefinierten Bearbeitungslinie 184 und/oder Bearbeitungsfläche durch das Material 102 des Werkstücks 104 bewegt. Die Bearbeitungslinie 184 kann beispielsweise gerade und/oder gekrümmte Abschnitte aufweisen.The focal zone 122 is moved through the material 102 of the workpiece 104 along a predefined processing line 184 and/or processing surface, for example. The processing line 184 can have straight and/or curved sections, for example.

Durch Beaufschlagung des Materials 102 mit der Fokuszone 122 werden in dem Material 102 Materialmodifikationen 156 ausgebildet, welche entlang der Längsachse 142 der Fokuszone 122 angeordnet sind (5 und 13a). Es werden dadurch in dem Material Modifikationslinien 186 ausgebildet, an welchen die Materialmodifikationen 156 angeordnet sind, wobei diese Modifikationslinien 186 insbesondere eine der Längsachse 142 der Fokuszone 122 entsprechende Form aufweisen. Bei dem in 13a gezeigten Beispiel erstrecken sich die Modifikationslinien 186 von der ersten Außenseite 144 bis zur zweiten Außenseite 146.By subjecting the material 102 to the focal zone 122, material modifications 156 are formed in the material 102, which are arranged along the longitudinal axis 142 of the focal zone 122 ( 5 and 13a) . As a result, modification lines 186 are formed in the material, on which the material modifications 156 are arranged, these modification lines 186 in particular having a shape corresponding to the longitudinal axis 142 of the focal zone 122 . At the in 13a shown example, the modification lines 186 extend from the first outer side 144 to the second outer side 146.

Aufgrund der Relativbewegung der Fokuszone 122 bezüglich dem Material 102 wird eine Mehrzahl von Modifikationslinien 186 ausgebildet, welche parallel zur Vorschubrichtung 129 beabstandet positioniert sind. Es ergibt sich dadurch insbesondere eine flächige Ausbildung von Materialmodifikationen 156 in dem Material 102 (13a).Due to the relative movement of the focal zone 122 with respect to the material 102, a plurality of modification lines 186 are formed, which are positioned parallel to the feed direction 129 at a distance. This results in particular in a planar formation of material modifications 156 in the material 102 ( 13a) .

Ein Abstand von in Vorschubrichtung 129 benachbarten Modifikationslinien 186 lässt sich beispielsweise durch geeignete Wahl einer Pulsdauer eines Laserstrahls, aus welchem die Fokuszone 122 gebildet ist, und/oder einer in Vorschubrichtung 129 orientierten Vorschubgeschwindigkeit definieren.A distance between modification lines 186 that are adjacent in feed direction 129 can be defined, for example, by suitably selecting a pulse duration of a laser beam from which focus zone 122 is formed and/or a feed rate oriented in feed direction 129 .

Die entlang der Bearbeitungslinie 184 und/oder Bearbeitungsfläche ausgebildeten Materialmodifikationen 156 haben insbesondere eine Verringerung einer Festigkeit des Materials 102 zur Folge. Es lässt sich dadurch das Material 102 nach Ausbildung der Materialmodifikationen 156 an der Bearbeitungslinie 184 und/oder Bearbeitungsfläche, beispielsweise durch Ausübung einer mechanischen Kraft, in zwei voneinander verschiedene Segmente 188a und 188b trennen (13b).The material modifications 156 formed along the processing line 184 and/or processing surface result in particular in a reduction in the strength of the material 102 . As a result, the material 102 can be separated into two different segments 188a and 188b after the material modifications 156 have been formed on the processing line 184 and/or processing surface, for example by exerting a mechanical force ( 13b) .

Das Segment 188b ist bei dem gezeigten Beispiel ein Gutstücksegment mit einer gewünschten Kantenform. Das Segment 188a ist in diesem Fall ein Restwerkstücksegment und/oder Verschnittsegment.In the example shown, the segment 188b is a good item segment with a desired edge shape. In this case, segment 188a is a remaining workpiece segment and/or waste segment.

Vorzugsweise erfolgt eine Beaufschlagung des Materials 102 mit der Fokuszone 122 derart, dass die Fokuszone 122 das Material 102 durchdringt. Beispielsweise erstreckt sich die Fokuszone 122 durchgängig und/oder unterbrechungsfrei über eine gesamte Dicke D des Materials 102 durch das Material 102. Es lässt sich dadurch beispielsweise, wie in den 13a und 13b gezeigt, eine vollständige Trennung des Materials über seine Dicke D erreichen.The material 102 is preferably acted upon by the focal zone 122 in such a way that the focal zone 122 penetrates the material 102 . For example, the focal zone 122 extends continuously and/or without interruption over an entire thickness D of the material 102 through the material 102. As a result, for example, as in FIGS 13a and 13b shown to achieve complete separation of the material across its thickness D.

Es ist auch möglich, mittels der Fokuszone 122 einen Kantenbereich 190 des Materials 102 zu bearbeiten (angedeutet in 13a). Beispielsweise erstreckt sich die Fokuszone 122 dann durchgängig und/oder unterbrechungsfrei zwischen zueinander quer orientierten Außenseiten des Werkstücks 104. Es lässt sich dadurch beispielsweise in dem Kantenbereich 190 ein Kantensegment von dem Werkstück 104 abtrennen. Dadurch kann das Werkstück 104 in dem Kantenbereich 190 beispielsweise abgeschrägt und/oder angefast werden.It is also possible to process an edge area 190 of the material 102 using the focal zone 122 (indicated in 13a) . For example, the focus zone 122 then extends continuously and/or without interruption between outer sides of the workpiece 104 oriented transversely to one another. An edge segment can thereby be separated from the workpiece 104 in the edge region 190, for example. As a result, the workpiece 104 can be beveled and/or chamfered in the edge region 190, for example.

Das Material 102 des Werkstücks 104 ist beispielsweise Quarzglas. Beispielsweise weist dann zur Ausbildung der Materialmodifikationen 156 als Typ I und/oder Typ II Modifikationen ein Laserstrahl, aus welchem die Fokusverteilungen 124 der Fokuszone 122 gebildet sind, eine Wellenlänge von 1030 nm und eine Pulsdauer von 1 ps auf. Weiter beträgt dann eine der Fokussieroptik 116 zugeordnete numerische Apertur 0,4 und eine einer einzigen Fokusverteilung 124 zugeordnete Pulsenergie 100 nJ.The material 102 of the workpiece 104 is quartz glass, for example. For example, to form the material modifications 156 as type I and/or type II modifications, a laser beam from which the focus distributions 124 of the focus zone 122 are formed has a wavelength of 1030 nm and a pulse duration of 1 ps. Furthermore, a numerical aperture assigned to the focusing optics 116 is 0.4 and a pulse energy assigned to a single focus distribution 124 is 100 nJ.

Zur Ausbildung der Materialmodifikationen 156 als Typ III Modifikationen beträgt, bei ansonsten gleichen Parametern, die einer einzigen Fokusverteilung 124 zugeordnete Pulsenergie 1000 nJ.For forming the material modifications 156 as type III modifications, with otherwise the same parameters, the pulse energy assigned to a single focus distribution 124 is 1000 nJ.

BezugszeichenlisteReference List

αa

Anstellwinkelangle of attack

DD

Dickethickness

d1d1

AbstandDistance

dxdx

Abstand in x-Richtungdistance in x-direction

dzdouble

Abstand in z-Richtungdistance in z-direction

100100

Vorrichtungcontraption

102102

Materialmaterial

104104

Werkstückworkpiece

106106

erste Strahlformungseinrichtungfirst beam shaping device

108108

erster Eingangsstrahlfirst input beam

110110

Laserquellelaser source

112112

Strahlteilungselementbeam splitting element

114114

Teilstrahlpartial beam

114a114a

Teilstrahlpartial beam

114b114b

Teilstrahlpartial beam

116116

Fokussieroptikfocusing optics

120120

Teilbereichsubarea

120a120a

Teilbereichsubarea

120b120b

Teilbereichsubarea

122122

Fokuszonefocus zone

124124

Fokusverteilungfocus distribution

126126

Polarisations-Strahlteilungselementpolarization beam splitting element

128128

Haupt-Propagationsrichtungmain propagation direction

129129

Vorschubrichtungfeed direction

130130

Strahlformungselementbeam shaping element

132132

Vorzugsrichtungpreferred direction

132'a132'a

erste Vorzugsrichtungfirst preferred direction

132'b132'b

zweite Vorzugsrichtungsecond preferred direction

134134

Haupterstreckungsrichtungmain extension direction

136136

Ausrichtungalignment

138138

lokale Erstreckungsrichtunglocal extension direction

140140

Längsmittelachselongitudinal central axis

142142

Längsachselongitudinal axis

144144

erste Außenseitefirst outside

146146

zweite Außenseitesecond outside

148148

Tiefenrichtungdepth direction

150150

erster Abschnittfirst section

152152

zweiter Abschnittsecond part

154154

dritter Abschnittthird section

156156

Materialmodifikationmaterial modification

157157

RissCrack

158158

zweite Strahlformungseinrichtungsecond beam shaping device

160160

zweiter Eingangsstrahlsecond input beam

162162

Haupterstreckungsrichtungmain extension direction

164164

Intensitätsmaximummaximum intensity

164a164a

Nebenmaximumsecondary maximum

165165

Intensitätsabfallflankeintensity falling edge

166166

Haupterstreckungsrichtungmain extension direction

167167

Mittelachsecentral axis

267267

Haupt-Propagationsrichtungmain propagation direction

367367

radiale Richtungradial direction

168168

Zwischenbildintermediate image

170170

Fernfeldoptikfar field optics

172172

Ausgangsstrahloutput beam

174174

Brennebenefocal plane

176176

optische Achseoptical axis

178178

Teleskopeinrichtungtelescopic device

180180

erster Abschnittfirst section

182182

zweiter Abschnittsecond part

184184

Bearbeitungslinieediting line

186186

Modifikationsliniemodification line

188a188a

Segmentsegment

188b188b

Segmentsegment

190190

Kantenbereichedge area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

• US 2020/0147729 A1 [0003]US 2020/0147729 A1 [0003]
• DE 102020207715 [0137]DE 102020207715 [0137]
• DE 102019217577 [0137]DE 102019217577 [0137]

Claims (15)

Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks (104), welches ein für die Laserbearbeitung transparentes Material (102) aufweist, umfassend eine erste Strahlformungseinrichtung (106) mit einem Strahlteilungselement (112) zur Aufteilung eines in die erste Strahlformungseinrichtung (106) eingekoppelten ersten Eingangsstrahls (108) in eine Mehrzahl von Teilstrahlen (114), und eine der ersten Strahlformungseinrichtung (106) zugeordnete Fokussieroptik (116) zur Abbildung von aus der ersten Strahlformungseinrichtung (106) ausgekoppelten Teilstrahlen (114) in mindestens eine Fokuszone (122), wobei die Aufteilung des ersten Eingangsstrahls (108) mittels dem Strahlteilungselement (112) durch Phasenaufprägung auf den ersten Eingangsstrahl (108) erfolgt, die Teilstrahlen (114) zur Ausbildung der mindestens einen Fokuszone (122) in unterschiedliche Teilbereiche (120) der mindestens einen Fokuszone (122) fokussiert werden, zur Laserbearbeitung des Werkstücks (104) die mindestens eine Fokuszone (122) mittels der Fokussieroptik (116) unter mindestens einem Anstellwinkel (a) zu einer Außenseite (144; 146) des Werkstücks (104) in das Material (102) eingebracht wird und wobei durch Beaufschlagung des Materials (102) mittels der mindestens einen Fokuszone (122) Materialmodifikationen (156) in dem Material (102) erzeugt werden, welche mit einer Änderung eines Brechungsindex des Materials (102) assoziiert sind.Device for laser processing a workpiece (104), which has a material (102) that is transparent for the laser processing, comprising a first beam shaping device (106) with a beam splitting element (112) for splitting a first input beam (108) coupled into the first beam shaping device (106) into a plurality of partial beams (114), and focusing optics (116) assigned to the first beam-shaping device (106) for imaging partial beams (114) coupled out of the first beam-shaping device (106) into at least one focal zone (122), with the division of the first input beam (108) by means of the beam splitting element (112) by phase impingement on the first input beam (108), the partial beams (114) are focused in different partial areas (120) of the at least one focus zone (122) to form the at least one focus zone (122). , for laser processing of the workpiece (104) the at least one focus zone ( 122) by means of the focusing optics (116) at at least one angle (a) to an outside (144; 146) of the workpiece (104) is introduced into the material (102), and by impinging on the material (102) by means of the at least one focal zone (122), material modifications (156) are produced in the material (102) which involve a change in one Index of refraction of the material (102) are associated. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der mindestens einen Fokuszone (122) in dem Material (102) erzeugten Materialmodifikationen (156) Typ I und/oder Typ II Modifikationen sind.device after claim 1 , characterized in that the material modifications (156) produced in the material (102) by means of the at least one focal zone (122) are type I and/or type II modifications. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zweite Strahlformungseinrichtung (158) zur Strahlformung des in die erste Strahlformungseinrichtung (106) eingekoppelten ersten Eingangsstrahls (108), wobei mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung (158) durch Phasenaufprägung auf einen auf die zweite Strahlformungseinrichtung (158) einfallenden zweiten Eingangsstrahl (160) dem ersten Eingangsstrahl (108) eine Fokusverteilung mit einer definierten geometrischen Form und/oder mit einem definierten Intensitätsprofil zugeordnet wird, sodass durch Fokussierung der aus der ersten Strahlformungseinrichtung (106) ausgekoppelten Teilstrahlen (114) mittels der Fokussieroptik (116) in unterschiedlichen Teilbereichen (120) der Fokuszone (122) jeweils Fokusverteilungen (124) basierend auf dieser geometrischen Form und/oder basierend auf diesem Intensitätsprofil ausgebildet werden.device after claim 1 or 2 , characterized by a second beam-shaping device (158) for beam-shaping the first input beam (108) coupled into the first beam-shaping device (106), with the second beam-shaping device (158) being used to impress a phase on a second input beam (160 ) a focus distribution with a defined geometric shape and/or with a defined intensity profile is assigned to the first input beam (108), so that by focusing the partial beams (114) coupled out of the first beam shaping device (106) by means of the focusing optics (116) in different partial areas ( 120) of the focus zone (122) in each case focus distributions (124) are formed based on this geometric shape and/or based on this intensity profile. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenaufprägung auf den zweiten Eingangsstrahl (160) derart ist, dass die Fokusverteilung (124) bezüglich einer zugeordneten Haupterstreckungsrichtung (162) eine langgezogene Form aufweist, und/oder dass die Phasenaufprägung auf den zweiten Eingangsstrahl (160) derart ist, dass die Fokusverteilung (124) ein quasi-nichtbeugendes und/oder Bessel-artiges Intensitätsprofil aufweist.device after claim 3 , characterized in that the phase imprint on the second input beam (160) is such that the focus distribution (124) has an elongated shape with respect to an associated main extension direction (162), and/or that the phase imprint on the second input beam (160) is such that the focus distribution (124) has a quasi-non-diffracting and/or Bessel-like intensity profile. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenaufprägung auf den zweiten Eingangsstrahl (160) derart ist, dass die Fokusverteilung (124) bezüglich einer zugeordneten Haupterstreckungsrichtung (166) ein Intensitätsprofil aufweist, welches ausgehend von einer Maximalintensität an einem Intensitätsmaximum (164) des Intensitätsprofils auf das 1/e²-Fache der Maximalintensität um näherungsweise einen Faktor 3 schneller abfällt als dies bei einem gaußförmigen Intensitätsprofil der Fall ist, und/oder dass die Phasenaufprägung auf den zweiten Eingangsstrahl (160) derart ist, dass die Fokusverteilung (124) eine Form und/oder ein Intensitätsprofil eines abrupt-selbstfokussierenden Strahls aufweist.device after claim 3 or 4 , characterized in that the phase imprinting on the second input beam (160) is such that the focus distribution (124) has an intensity profile with respect to an associated main extension direction (166) which, starting from a maximum intensity at an intensity maximum (164) of the intensity profile, extends to the 1st /e ² -times the maximum intensity decreases by approximately a factor of 3 faster than is the case with a Gaussian intensity profile, and/or that the phase imprint on the second input beam (160) is such that the focus distribution (124) has a shape and/or or has an intensity profile of an abrupt self-focusing beam. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung (158) ein Zwischenbild (168) der Fokusverteilung (124) ausgebildet wird, und insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbild (168) der Fokusverteilung (124) bezüglich einer Haupt-Propagationsrichtung (267) des zweiten Eingangsstrahls (160) vor der ersten Strahlformungseinrichtung (106) angeordnet ist.Device according to one of claims 3 until 5 , characterized in that an intermediate image (168) of the focus distribution (124) is formed by means of the second beam shaping device (158), and in particular characterized in that the intermediate image (168) of the focus distribution (124) with respect to a main propagation direction (267) of the second input beam (160) is arranged in front of the first beam shaping device (106). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch eine der zweiten Strahlformungseinrichtung (158) zugeordnete Fernfeldoptik (170), wobei mittels der Fernfeldoptik (170) eine Fernfeldfokussierung eines aus der zweiten Strahlformungseinrichtung (158) ausgekoppelten Ausgangsstrahls (172) in eine Brennebene (174) der Fernfeldoptik (170) erfolgt, und insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlformungseinrichtung (106) in einem Bereich dieser Brennebene (174) angeordnet ist.Device according to one of claims 3 until 6 , characterized by far-field optics (170) assigned to the second beam-shaping device (158), with the far-field optics (170) being used to focus an output beam (172) coupled out of the second beam-shaping device (158) into a focal plane (174) of the far-field optics (170). , and in particular characterized in that the first beam shaping device (106) is arranged in a region of this focal plane (174). Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Fernfeldoptik (170) eine Fernfeldfokussierung des mittels der zweiten Strahlformungseinrichtung (158) ausgebildeten Zwischenbilds (168) der Fokusverteilung (124) in die Brennebene (174) erfolgt.device after claim 6 and 7 , characterized in that the intermediate image (168) of the focus distribution (124) formed by the second beam-shaping device (158) is far-field focused into the focal plane (174) by means of the far-field optics (170). Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fernfeldoptik (170) und die Fokussieroptik (116) eine Teleskopeinrichtung (178) ausbilden, und/oder dass die Fernfeldoptik (170) und die Fokussieroptik (116) eine gemeinsame Brennebene (174) aufweisen, wobei insbesondere die erste Strahlformungseinrichtung (106) in einem Bereich dieser gemeinsamen Brennebene (174) angeordnet ist.device after claim 7 or 8th , characterized in that the far-field optics (170) and the focusing optics (116) form a telescope device (178), and/or that the far-field optics (170) and the focusing optics (116) have a common focal plane (174), in particular special the first beam shaping device (106) is arranged in a region of this common focal plane (174). Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Eingangsstrahl (108) eine Fokusverteilung mit einer definierten geometrischen Form und/oder mit einem definierten Intensitätsprofil zugeordnet ist, wobei den aus der ersten Strahlformungseinrichtung (106) ausgekoppelten Teilstrahlen (114) ebenfalls diese geometrische Form und/oder dieses Intensitätsprofil zugeordnet ist, und/oder wobei durch Fokussierung der aus der ersten Strahlformungseinrichtung (106) ausgekoppelten Teilstrahlen (114) mittels der Fokussieroptik (116) in unterschiedlichen Teilbereichen (120) der Fokuszone (122) jeweils Fokusverteilungen (124) basierend auf dieser geometrischen Form und/oder basierend auf diesem Intensitätsprofil ausgebildet werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first input beam (108) is assigned a focus distribution with a defined geometric shape and/or with a defined intensity profile, the partial beams (114) coupled out of the first beam-shaping device (106) also having this geometric shape and/or this intensity profile is assigned, and/or wherein focus distributions (124 ) based on this geometric shape and/or based on this intensity profile. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlformungseinrichtung (106) ein Strahlformungselement (130) zur Modifikation einer dem ersten Eingangsstrahl (108) zugeordneten Fokusverteilung aufweist, wobei mittels dem Strahlformungselement (130) eine Modifikation und/oder Ausrichtung der geometrischen Form und/oder des Intensitätsprofils der in die mindestens eine Fokuszone (122) abgebildeten Fokusverteilung (124) in einer zu einer Vorschubrichtung (129), in welche die mindestens eine Fokuszone (122) zur Laserbearbeitung des Werkstücks (104) relativ zu dem Werkstück (104) bewegt wird, senkrecht orientierten Querschnittsebene erfolgt, und/oder wobei mittels dem Strahlformungselement (130) eine Modifikation und/oder Ausrichtung der geometrischen Form und/oder des Intensitätsprofils der in die mindestens eine Fokuszone (122) abgebildeten Fokusverteilung (124) in einer zu einer Vorschubrichtung (129), in welche die mindestens eine Fokuszone (122) zur Laserbearbeitung des Werkstücks (104) relativ zu dem Werkstück (104) bewegt wird, parallel orientierten Querschnittsebene erfolgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first beam-shaping device (106) has a beam-shaping element (130) for modifying a focus distribution assigned to the first input beam (108), the beam-shaping element (130) being used to modify and/or align the geometric Shape and/or the intensity profile of the focus distribution (124) imaged in the at least one focus zone (122) in a feed direction (129) in which the at least one focus zone (122) for laser processing the workpiece (104) relative to the workpiece ( 104) is moved, in a vertically oriented cross-sectional plane, and/or wherein the beam-shaping element (130) is used to modify and/or align the geometric shape and/or the intensity profile of the focus distribution (124) imaged in the at least one focus zone (122) in a to a feed direction (129) in which the at least one focal zone (122) for the laser processing of the workpiece (104) is moved relative to the workpiece (104), takes place in a parallel-oriented cross-sectional plane. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels dem Strahlformungselement (130) eine Ausrichtung (136) einer Haupterstreckungsrichtung (134) der geometrischen Form und/oder des Intensitätsprofils der Fokusverteilung (124) in einer zur Vorschubrichtung (129) senkrecht orientierten Querschnittsebene einstellbar ist oder eingestellt wird, und insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellung der Ausrichtung (136) derart erfolgt, dass die Haupterstreckungsrichtung (134) parallel oder näherungsweise parallel zu einer korrespondierenden lokalen Erstreckungsrichtung (138) der Fokuszone (122) orientiert ist.device after claim 11 , characterized in that by means of the beam-shaping element (130) an alignment (136) of a main extension direction (134) of the geometric shape and/or of the intensity profile of the focus distribution (124) can be set or is set in a cross-sectional plane oriented perpendicularly to the feed direction (129), and in particular characterized in that the alignment (136) is adjusted in such a way that the main extension direction (134) is oriented parallel or approximately parallel to a corresponding local extension direction (138) of the focal zone (122). Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels dem Strahlformungselement (130) eine Modifikation des Intensitätsprofils der Fokusverteilung (124) in einer zur Vorschubrichtung (129) parallel orientierten Querschnittsebene derart erfolgt, dass das Intensitätsprofil mindestens eine Vorzugsrichtung (132) aufweist, wobei insbesondere die mindestens eine Vorzugsrichtung (132) parallel oder quer oder senkrecht zur Vorschubrichtung (129) orientiert ist.device after claim 11 or 12 , characterized in that the beam-shaping element (130) is used to modify the intensity profile of the focus distribution (124) in a cross-sectional plane oriented parallel to the feed direction (129) in such a way that the intensity profile has at least one preferred direction (132), the at least one preferred direction in particular (132) is oriented parallel or transverse or perpendicular to the feed direction (129). Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlformungseinrichtung (106) ein Polarisations-Strahlteilungselement (126) aufweist, welches derart eingerichtet ist, dass die aus der ersten Strahlformungseinrichtung (106) ausgekoppelten Teilstrahlen (114) jeweils einen von mindestens zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen aufweisen, wobei mittels der Fokussieroptik (116) Teilstrahlen (114) mit unterschiedlichen Polarisationszuständen in benachbarte Teilbereiche (120) der mindestens einen Fokuszone (122) fokussiert werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first beam shaping device (106) has a polarization beam splitting element (126), which is set up in such a way that the partial beams (114) coupled out of the first beam shaping device (106) each have one of at least two have different states of polarization, with the focusing optics (116) being used to focus partial beams (114) with different states of polarization in adjacent partial regions (120) of the at least one focal zone (122). Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks (104), welches ein für die Laserbearbeitung transparentes Material (102) aufweist, bei dem mittels eines Strahlteilungselements (112) einer ersten Strahlformungseinrichtung (106) ein in die erste Strahlformungseinrichtung (106) eingekoppelter erster Eingangsstrahl (108) in eine Mehrzahl von Teilstrahlen (114) aufgeteilt wird und die aus der ersten Strahlformungseinrichtung (106) ausgekoppelten Teilstrahlen (114) mittels einer der ersten Strahlformungseinrichtung (106) zugeordneten Fokussieroptik (116) in mindestens eine Fokuszone (122) fokussiert werden, wobei die Aufteilung des ersten Eingangsstrahls (108) mittels dem Strahlteilungselement (112) durch Phasenaufprägung auf den ersten Eingangsstrahl (108) erfolgt, die Teilstrahlen (114) zur Ausbildung der mindestens einen Fokuszone (122) in unterschiedliche Teilbereiche (120) der mindestens einen Fokuszone (122) fokussiert werden, zur Laserbearbeitung des Werkstücks (104) die mindestens eine Fokuszone (122) mittels der Fokussieroptik (116) unter mindestens einem Anstellwinkel (a) zu einer Außenseite (144; 146) des Werkstücks (104) in das Material (102) eingebracht wird und wobei durch Beaufschlagung des Materials (102) mittels der mindestens einen Fokuszone (122) Materialmodifikationen (156) in dem Material (102) erzeugt werden, welche mit einer Änderung eines Brechungsindex des Materials (102) assoziiert sind.Method for laser processing a workpiece (104), which has a material (102) that is transparent for the laser processing, in which, by means of a beam splitting element (112) of a first beam shaping device (106), a first input beam (108) coupled into the first beam shaping device (106) is a plurality of partial beams (114) is divided and the partial beams (114) coupled out of the first beam-shaping device (106) are focused into at least one focal zone (122) by means of focusing optics (116) assigned to the first beam-shaping device (106), the splitting of the first input beam (108) by means of the beam splitting element (112) by phase imprinting on the first input beam (108), the partial beams (114) for forming the at least one focal zone (122) are focused into different partial regions (120) of the at least one focal zone (122). are, for laser processing of the workpiece (104) at least ei ne focal zone (122) by means of the focusing optics (116) at at least one angle (a) to an outside (144; 146) of the workpiece (104) is introduced into the material (102), and by impinging on the material (102) by means of the at least one focal zone (122), material modifications (156) are produced in the material (102) which involve a change in one Index of refraction of the material (102) are associated.

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