ES2849249T3

ES2849249T3 - Dispositivo y procedimiento para la estructuración de interferencias de muestras planas

Info

Publication number: ES2849249T3
Application number: ES12193414T
Authority: ES
Inventors: Andrés Fabián Lasagni
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2021-08-17
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: EP2596899A3; US9233435B2; EP2596899B8; DE102011119764A1; EP2596899A2; DE102011119764B4; EP2596899B1; US20130153553A1

Abstract

Dispositivo para la estructuración de interferencias de una muestra plana (P) con un láser (1), una disposición de focalización (2) posicionada en la trayectoria de rayo del láser (1), con la que el rayo láser (L) se puede proyectar de forma focalizada en una primera dirección espacial (y) en un volumen de muestra (3), en el que se puede colocar o está colocada la muestra plana (P), donde el dispositivo presenta una disposición de ensanchamiento y separación (4). A este respecto, la disposición de ensanchamiento y separación (4) está posicionada en la trayectoria de rayo después de la disposición de focalización (2) y con la disposición de focalización (2) se puede ensanchar el rayo láser (L) en la primera dirección espacial (y) y en una segunda dirección espacial (x, w) no paralela a la primera dirección espacial (y), manteniendo la proyección focalizada en el volumen de muestra (3). El dispositivo presenta además un divisor de rayo (7). Con el divisor de rayo (7) se puede separar el rayo láser (L) en dos rayos parciales (L1, L2). El dispositivo presenta además uno o varios elementos de reflexión (a, 8b, 8c). Los dos rayos parciales (L1, L2) son dirigidos con el uno o los varios elementos de reflexión (8a, 8b, 8c) hacia el volumen de muestra (3), de modo que los dos rayos parciales (L1, L2) interfieren dentro del volumen de muestra (3) en una zona de interferencias (5). El dispositivo está caracterizado porque el dispositivo de ensanchamiento y separación presenta al menos una lente cilíndrica (6, 6a, 6b) para el ensanchamiento del rayo láser (L) o de los dos rayos parciales (L1, L2) en la segunda dirección espacial (x, w).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y procedimiento para la estructuración de interferencias de muestras planas

La presente invención se refiere a la estructuración de muestras planas con sistemas láser, en particular con láseres de fibras y/o con sistemas láser con alta frecuencia de pulso.

El documento US 2003/0035219 A1 describe un procedimiento para la estructuración de interferencias de una muestra. Este presenta un láser y una disposición de ensanchamiento y separación dispuesta en la trayectoria de rayo del láser, con la que el rayo láser se puede ensanchar en una dirección espacial y se puede dividir en dos rayos parciales. Los dos rayos parciales se dirigen hacia un volumen de muestra, donde interfieren.

El documento WO 2011/072663 A2 describe un dispositivo para la estructuración de interferencias, en el que antes de una disposición de separación está dispuesto un telescopio. El telescopio sirve para el control y la regulación del diámetro del rayo.

El documento JP 2006110587 A describe una disposición de ensanchamiento y separación.

Además, por el estado de la técnica se conocen por un lado dispositivos y procedimientos para la estructuración de interferencias, que trabajan en base a prismas: R. Sidharthan et al. "Periodic Patterning Using Multi-Facet Prism-Based Laser Interference Lithography", Laser Physics 19, 2009, pág. 505 a 510 así como n. Rizvi et al. "Production of Submicrometer Period Bragg Gratings in Optical Fibers Using Wavefront Division With a Bi-Prism and an Excemer Laser Source", Appl. Phys. Lett. 67 (6), 7, 739. La figura 1a) muestra esquemáticamente el principio correspondiente (la radiación láser incidente L del láser 1 se separa con la ayuda de un biprisma 34 en dos rayos parciales que se superponen sobre el sustrato P).

Por otro lado, por el estado de la técnica se conoce el uso de elementos ópticos difractivos (rejillas), para provocar una estructuración de interferencias de muestras. Véase, por ejemplo, T. Kondo et al. "Femtosecond laser interference technique with diffractive beam splitter for fabrication of three-dimensional photonic crystals", Applied Physics Letters 79 (2001), 725-727. La figura 1b) muestra el principio correspondiente: la radiación láser L se homogeniza con la ayuda de un diafragma de iris 30 y se guía sobre el elemento óptico difractivo 31 y los rayos parciales que se originan por la difracción se proyectan con la ayuda de un sistema de lentes 32, 33 para la estructuración de interferencias sobre la muestra P.

Los dispositivos y procedimientos conocidos por el estado de la técnica tienen en particular la desventaja que la superficie estructurable por unidad de tiempo está muy limitada. Además, estos dispositivos necesitan una longitud constructiva comparativamente grande y en particular los dispositivos basados en prismas presentan solo una pequeña variabilidad con vistas a las posibilidades de ajuste de las estructuras de interferencias.

Así por el documento DE 102006032053 A1 se conocen procedimientos de modificación de superficie y un dispositivo tal, en el que los rayos parciales de un rayo láser se generan con rejillas y se hacen interferir.

El documento WO 2011/072663 A2 muestra un procedimiento para la fabricación de un elemento de capa delgada, en el que varios rayos parciales se dirigen hacia una superficie a modificar con microlentes o mediante división de rayos.

Por el documento US 6,304,318 B1 se conocen un sistema de litografía y un procedimiento correspondiente en el que se utiliza este sistema.

El objetivo de la presente invención es por ello, partiendo del estado de la técnica, poner a disposición dispositivos y procedimientos para la estructuración de interferencias láser de muestras planas, con los que también se pueden estructurar grandes muestras planas de forma sencilla, fiable y con una alta velocidad de procesamiento. Además, el objetivo es poner a disposición dispositivos y procedimientos que implementan la estructuración de interferencias sobre un espacio compacto y con alta variabilidad en el ajuste de las estructuras de interferencias (p. ej. ajuste de su período).

Este objetivo se consigue mediante un dispositivo según la reivindicación 1, así como mediante un procedimiento según la reivindicación 15. Variantes de realización ventajosas se pueden deducir respectivamente de las reivindicaciones dependientes. Los usos según la invención están descritos en la reivindicación 16.

La idea base de la solución según la invención se basa en incorporar diferentes elementos ópticos, en particular lentes cilíndricas, divisores de rayo y espejos, no obstante, también otras lentes, polarizadores, etc. en la radiación láser de un láser pulsado preferentemente, a fin de posibilitar un ensanchamiento de rayo muy grande en una dirección hasta aproximadamente 20 a 40 cm). A este respecto, las diferentes combinaciones de los elementos ópticos individuales posibilitan la deformación, separación y orientación deseadas del rayo láser. En particular se usa(n) una o varias lentes cilindricas en la estructura de la invención para el ensanchamiento de rayo. También es especialmente ventajoso el uso de un diafragma que recorta el rayo láser (con distribución gaussiana en la sección transversal) en los bordes, con la que se puede producir una intensidad de rayo homogénea o casi homogénea sobre la sección transversal de rayo, antes de que el rayo láser se dirija hacia los otros elementos ópticos del dispositivo según la invención.

Si a continuación se habla de una disposición como parte del dispositivo según la invención, entonces esta disposición se puede componer de uno o también de varios elementos ópticos individuales (espejos, lentes, divisores de rayo, ...). Los elementos ópticos individuales también se pueden componer de nuevo por sí mismos de varias partes, es decir, estar configurados en varias partes.

Para que en la zona de los máximos de interferencias de la radiación láser en el volumen de muestra se pueda realizar una remoción de material, una fusión de material, un cambio de fase, una fotopolimerización u otro cambio local de las propiedades químicas (es decir, una estructuración) en la muestra, se debe seleccionar de forma apropiada la densidad de energía de la radiación láser que está presente en los máximos de interferencias en el lugar de la muestra, por ejemplo, entre 0,1 y 10 J/cm2. Esto se puede implementar por selección apropiada del láser y las disposiciones ópticas del dispositivo (en particular: obtención de un tamaño de foco lo más pequeño posible en el sentido de la primera dirección espacial en el caso de extensión lo mayor posible del rayo en la segunda dirección espacial). Los elementos ópticos individuales del dispositivo según la invención (en particular: la(s) lente(s) cilíndrica(s), el divisor de rayo y los elementos de reflexión o espejos) pueden ser móviles unos respecto a otros y/o estar configurados de forma rotativa de modo que los parámetros (en particular: el período) de las estructuras de interferencias se pueden ajustar de forma variable en función de las propiedades del láser usado y/o de la muestra a estructurar.

Un dispositivo según la invención para la estructuración de interferencias de una muestra plana (p. ej. un sustrato de semiconductor o una lámina) comprende un láser, una disposición de focalización posicionada en la trayectoria de rayo del láser y una disposición de ensanchamiento y separación posicionada en la trayectoria de rayo después de la disposición de focalización. Con la disposición de focalización se puede proyectar el rayo láser de forma focalizada en una primera dirección espacial en un volumen de muestra en el que está colocada la muestra plana. Con la disposición de ensanchamiento y separación, el rayo láser se puede ensanchar (manteniendo la proyección focalizada en el volumen de muestra en la primera dirección espacial a través de la disposición de focalización) en una segunda dirección espacial (que no es idéntica a la primera dirección y preferiblemente es ortogonal respecto a la primera dirección espacial) y además se puede separar en dos rayos parciales y en forma de estos dos rayos parciales se puede dirigir hacia el volumen de muestra, de modo que los dos rayos parciales interfieren dentro del volumen de muestra en una zona de interferencias (en la que la muestra se estructura luego y/o se fotopolimeriza).

En otra forma de realización ventajosa, la disposición de focalización está configurada como disposición de focalización modificadora de la sección transversal de rayo, es decir, con ella el rayo láser se proyecta de forma focalizada no solo en la primera dirección espacial en el volumen de muestra, sino que además también se puede modificar todavía con vistas a su sección transversal de rayo. Preferiblemente, una modificación semejante es un ensanchamiento preferiblemente variable de la sección trasversal de rayo.

Preferentemente, el rayo láser se puede modificar o ensanchar con una disposición de focalización semejante con vistas a su sección transversal de rayo en dos direcciones espaciales no paralelas entre sí, preferiblemente ortogonales entre sí, donde estas dos direcciones espaciales son preferiblemente la primera y la segunda dirección espacial.

Según la invención, el rayo láser también se puede focalizar con la disposición de focalización en primer lugar en otra dirección espacial no coincidente con la primera dirección espacial (esta es preferiblemente la segunda dirección espacial), de modo que en esta otro dirección espacial también se proyectaría de forma focalizada en el volumen de muestra, antes de que esta focalización del rayo láser en la otra dirección se anule de nuevo en el trazado posterior de la trayectoria de rayo con la disposición de ensanchamiento y separación, a fin de posibilitar el ensanchamiento de la trayectoria de rayo en la segunda dirección espacial. No obstante, en el caso de estas modificaciones de la trayectoria de rayo láser en la otra dirección espacial se mantiene respectivamente la proyección focalizada del rayo láser en el volumen de muestra en la primera dirección espacial.

La modificación de la sección transversal de rayo (preferiblemente se aumenta la sección transversal de rayo, pero también se puede estrechar) por parte de la disposición de focalización se puede implementar, por ejemplo, porque esta contiene un expansor de rayo, preferiblemente en forma de un telescopio. En particular, es ventajoso configurar esta disposición o el telescopio de modo que el diámetro del rayo láser se pueda ajustar de forma variable, es decir, aumentarse (o eventualmente también reducirse), de modo que así la relación del diámetro de rayo después y antes de la disposición de focalización se puede ajustar a diferentes valores > 1 (o eventualmente también < 1).

No obstante, la disposición de focalización también puede estar configurada de modo que no modifique la sección transversal de rayo. Una disposición de focalización semejante, no modificadora de la sección transversal de rayo es en el caso más sencillo una lente convergente individual.

El telescopio está configurado preferentemente de modo que la trayectoria de rayo se ensancha (o estrecha) primeramente en dos direcciones ortogonales entre sí y el rayo ensanchado (o estrechado) se proyecta luego con, por ejemplo, una lente convergente apropiada del telescopio preferiblemente de forma focalizada en estas dos direcciones ortogonales entre sí sobre el volumen de muestra. En la trayectoria de rayo después del telescopio está dispuesta entonces una lente cilíndrica, con la que se anula de nuevo la focalización en una de las dos direcciones mencionadas anteriormente, para posibilitar el nuevo ensanchamiento eventualmente (que comprende la lente cilíndrica). A este respecto, bajo una nueva anulación de la focalización se entiende que un elemento óptico de la disposición de ensanchamiento y separación, en la trayectoria de rayo después de la disposición de focalización, se ocupa de que la trayectoria de rayo pierda de nuevo en la otra (preferiblemente la segunda) dirección espacial su propiedad focalizada, en tanto que el rayo se desfocaliza de nuevo, por ejemplo, por medio de una lente cilíndrica cóncava (lente divergente) para el ensanchamiento del rayo en esta dirección o en tanto que con una lente cilíndrica convexa (lente convergente) se focaliza el rayo en esta dirección en primer lugar más fuertemente, no obstante, se obtiene un ensanchamiento porque la distancia focal de la lente cilíndrica convexa se selecciona claramente más pequeña que la mitad del recorrido de rayo hacia el volumen de muestra que se sitúa en la trayectoria de rayo detrás de la lente cilíndrica convexa.

Según la invención, la trayectoria de rayo se ensancha una vez preferiblemente en primer lugar por una disposición de focalización modificadora de la sección transversal de rayo, antes de que todavía se ensanche una segunda vez en la segunda dirección espacial por medio de la disposición de ensanchamiento y separación. Por consiguiente, según la invención se pueden cubrir secciones largas en la segunda dirección espacial (hasta 20 a 40 cm) de la muestra con la estructura de interferencias para el procesamiento de muestra. Si entonces la muestra se mueve con respecto al dispositivo según la invención y perpendicularmente a la segunda dirección espacial (es decir, en general en la primera dirección espacial) con alta velocidad (por ejemplo, con la ayuda de una cinta transportadora o una unidad de transporte de rodillo a rodillo), entonces por unidad de tiempo se pueden procesar según la invención grandes secciones de muestra (hasta 1 m2/s).

Ventajosamente, el rayo láser se puede modificar en la sección transversal (preferentemente ensanchar) con la disposición de focalización en dos direcciones espaciales no paralelas entre sí, ortogonales entre sí preferentemente, que entonces concuerdan preferentemente con la primera y la segunda dirección espacial.

Además, preferentemente el rayo láser se ensancha con la disposición de focalización en primer lugar en estas dos direcciones espaciales no paralelas entre sí, antes de que luego se focalice luego en la primera dirección espacial y se proyecte en el volumen de muestra con esta focalización.

La disposición de ensanchamiento y separación comprende al menos uno, preferiblemente varios (o también todos) de los siguientes elementos ópticos: una o varias lente(s) cilíndrica(s) para el ensanchamiento del rayo láser o de los dos rayos parciales en la segunda dirección espacial, un divisor de rayo (en particular un espejo semitransparente) para la separación del rayo láser en los dos rayos parciales y uno o varios elemento(s) de reflexión (que están configurados preferentemente como espejo plano), para orientar los dos rayos parciales hacia el volumen de muestra, de modo que interfieren dentro del volumen de muestra en la zona de interferencias.

Son posibles diferentes órdenes de los elementos ópticos individuales del dispositivo según la invención:

Así la disposición de ensanchamiento y separación puede presentar en la trayectoria de rayo en primer lugar un primer elemento óptico, en particular en forma de una lente cilíndrica, con la que se implementa el nuevo ensanchamiento. En la trayectoria de rayo sigue entonces un segundo elemento óptico, en particular en forma de un divisor de rayo, con el que se separa el rayo láser en los dos rayos parciales. Finalmente, en la trayectoria de rayo siguen terceros elementos ópticos preferiblemente en forma de elementos de reflexión (en particular: espejo plano), para dirigir los dos rayos parciales hacia el volumen de muestra en el que interfieren entonces en la zona de interferencias.

A este respecto, el primer elemento óptico puede comprender en particular una lente cilíndrica convexa, que guía la trayectoria de rayo hacia el segundo elemento óptico que comprende un divisor de rayo. A este respecto, preferiblemente tanto la distancia focal ^{fzy i} de la lente cilíndrica convexa es menor que el recorrido óptico en la trayectoria de rayo entre la lente cilíndrica y el divisor de rayo, como también el recorrido óptico en la trayectoria de rayo entre la lente cilíndrica, por un lado, y el lugar del foco en el volumen de muestra (aquí se considera el foco en la primera dirección espacial), por otro lado, es mayor en más del factor 2, preferiblemente en al menos el factor 5 (preferentemente en un factor de al menos 10) que la distancia focal ^{fzy i} de la lente cilíndrica.

Pero el primer elemento óptico también puede comprender una lente cilíndrica convexa y proyectar la trayectoria de rayo sobre el segundo elemento óptico que comprende un divisor de rayo, de modo que la distancia focal de la lente cilíndrica sea mayor que el recorrido óptico en la trayectoria de rayo entre la lente cilíndrica y el divisor de rayo (en este caso, el foco de la lente cilíndrica se sitúa entonces detrás del divisor de rayo, mientras que en el caso descrito anteriormente se sitúa delante del divisor de rayo). En este caso, entonces el recorrido óptico en la trayectoria de rayo entre la lente cilíndrica, por un lado, y el foco en la primera dirección espacial en el volumen de muestra, por otro lado, puede ser mayor en al menos el factor 2, preferiblemente al menos el factor 5, preferiblemente al menos el factor 10, que la distancia focal de la lente cilíndrica.

No obstante, en una tercera posibilidad el primer elemento óptico también puede comprender una lente cilíndrica cóncava. En este caso, el rayo ya se guía de forma ensanchada sobre el divisor de rayo como segundo elemento óptico conforme a las propiedades de la lente cilíndrica dispersora usada, antes de que se ensanche todavía más fuertemente por el otro recorrido óptico hasta el volumen de muestra.

No obstante, alternativamente a las disposiciones ópticas descritas anteriormente del dispositivo según la invención también es posible que la disposición de ensanchamiento y separación presente en la trayectoria de rayo en primer lugar un primer elemento óptico preferiblemente en forma de un divisor de rayo, de modo que en primer lugar el rayo láser se separa en los dos rayos parciales. En la trayectoria de rayo luego siguen varios segundos elementos ópticos configurados p. ej. como elementos de reflexión, en particular: espejos planos, a fin de dirigir los dos rayos parciales hacia el volumen de muestra, de modo que interfieran dentro del mismo en la zona de interferencias. La dirección de irradiación que conduce a la interferencia ya está dada entonces para los dos rayos parciales, cuando finalmente en la trayectoria de rayo de estos dos rayos parciales siguen los terceros elementos ópticos, por ejemplo, en forma de lentes cilíndricas, que entonces provocan el nuevo ensanchamiento de la trayectoria de rayo en cada una de las trayectorias de rayo parcial. En este caso se debe prestar atención que la indicación de el ensanchamiento según la invención en la segunda dirección espacial se puede referir a la orientación de la superficie de la muestra, de modo que esta formulación no excluye un ensanchamiento de dos rayos parciales que inciden con diferentes direcciones de incidencia sobre la muestra.

Los dos terceros elementos ópticos pueden ser preferiblemente lentes cilíndricas convexas configuradas de forma idéntica, que proyectan respectivamente uno de los dos rayos parciales en el volumen de muestra. A este respecto, para las dos lentes cilíndricas la distancia focal ^{fzy i} puede ser menor respectivamente en más del factor 2 (preferiblemente todavía en un factor claramente mayor, p. ej. al menos el factor 5 o 10) que el recorrido óptico en la respectiva trayectoria de rayo entre la lente cilíndrica de la trayectoria de rayo parcial, por un lado, y el lugar del foco en el volumen de muestra (aquí se considera la focalización en la primera dirección espacial), por otro lado.

Alternativamente a ello, los dos terceros elementos ópticos también pueden ser preferiblemente lentes cilíndricas cóncavas configuradas de forma idéntica, que proyectan respectivamente uno de los dos rayos parciales directamente de forma ensanchada (es decir, sin focalización anterior y nueva desfocalización) en el volumen de muestra.

Preferentemente un dispositivo según la invención presenta adicionalmente una unidad de movimiento (por ejemplo, una cinta transportadora o un dispositivo de transporte basado en rodillos), con la que la muestra o al menos secciones de la misma se puede(n) mover en el volumen de muestra o a través del volumen de muestra. A este respecto, el movimiento se realiza preferentemente perpendicularmente para la dirección de ensanchamiento (es decir, respecto a la dirección espacial), es decir, en general en la primera dirección espacial. Esto tiene la ventaja que el dispositivo para la estructuración de interferencias (por ejemplo, en un cabezal de procesamiento) se puede implementar de forma compacta, es decir, con dimensiones comparativamente pequeñas. Si los ejemplos de realización descritos a continuación se implementan en esta forma, entonces los elementos ópticos individuales de la disposición están dispuestos durante el procesamiento de la muestra de forma fija en el sistema de coordenadas cartesianas mundial x, y, z (a este respecto, y está seleccionada como primera dirección espacial, x o la coordenada situada en el plano xz o dirección w forma la segunda dirección espacial) y la muestra P se mueve con respecto a este sistema de coordenadas mundial.

No obstante, alternativamente a ello también es posible no mover la muestra, sino el rayo láser o los dos rayos parciales. Para ello, la disposición de focalización y/o el dispositivo de ensanchamiento y separación puede(n) estar configurado(s) (por ejemplo, mediante elementos de reflexión, divisores de rayo y/o lentes translativos y/o rotativos en una configuración de escáner galvánicométrico apropiado), de modo que los dos rayos parciales se desvían con respecto a la muestra plana dispuesta de forma fija visto en el sistema de coordenadas mundial.

En particular, la variante del dispositivo fijo con la muestra movida con respecto a él es apropiada para la integración en una instalación de fabricación o línea de fabricación.

Preferentemente según la invención se usan láseres pulsados, que pueden emitir en el rango ultravioleta, en el rango visible o también infrarrojo. Por ejemplo, se puede usar un láser Nd:YAG con una longitud de onda de 355 nm, una energía de pulso de 1 mJ, una frecuencia de pulso de 20 kHz y una semianchura de pulso de 8 ns.

La presente invención describe por consiguiente la estructura de un dispositivo o de un sistema óptico para la generación de patrones de interferencias unidimensionales o bidimensionales para la estructuración directa de diferentes materiales de muestra.

En comparación a los sistemas de estructuración del estado de la técnica, la presente invención posibilita una estructuración sencilla y rápida de sustratos largos, como por ejemplo láminas p. ej. en una configuración de rodillo a rodillo. Por consiguiente, en la comparación al estado de la técnica, también se puede reducir en particular el número de mesas lineales necesarias para el movimiento de la muestra, ya que la extensión del rayo láser sobre el sustrato (donde interfieren los rayos parciales) puede ser mayor o igual a la extensión de la muestra a procesar (de modo que eventualmente se puede prescindir de un desplazamiento lateral del rayo o de la muestra).

En función de la energía de pulso máxima del sistema láser usado (el dispositivo también se puede configurar para el uso flexible de diferentes sistemas láser o para el intercambio del mimo), se pueden ajustar de forma variable la forma del rayo láser y también el ángulo de irradiación © (véase a continuación) de los dos rayos parciales, de modo que según la superficie a procesar se puede seleccionar de forma variable la energía necesaria para la estructuración. A este respecto, en cualquier caso se puede obtener una extensión muy grande de la radiación irradiada en una dirección de proyección (segunda dirección espacial). Por consiguiente, se puede obtener una alta energía láser por unidad de superficie, simultáneamente se puede llevar a cabo la estructuración de grandes sustratos usando solo una dirección de movimiento.

Mediante una primera etapa de ensanchamiento (en una disposición de focalización que ensancha la sección transversal de rayo, en particular en un telescopio correspondiente) se puede conseguir con la presente invención una alta flexibilidad para distintos sistemas láser p. ej. por variación de la distancia de dos lentes en el telescopio, es decir, el dispositivo según la invención se puede adaptar al láser usado, antes de que luego en una segunda etapa de ensanchamiento se pueda conseguir (con la disposición de ensanchamiento y separación) una extensión muy grande del haz de rayos láser en la segunda dirección espacial.

Respecto a los conjuntos de prismas conocidos por el estado de la técnica, la presente invención tiene en particular la ventaja de que el ángulo de incidencia © decisivo para el período de la estructura a obtener de los dos rayos parciales se puede seleccionar libremente de forma práctica. Para obtener una extensión comparable en la segunda dirección espacial de 20 a 40 cm, además serían necesarios primas muy grandes (y pesados, solo fabricables de forma muy costosa), que condicionarían de nuevo una gran longitud espacial. La presente invención tiene correspondientemente por consiguiente la ventaja de que es más favorable el procesamiento correspondiente y es posible con una estructura más compacta.

Debido a una homogeneización del rayo láser debido a la fuerte focalización en una dirección (primera dirección espacial) también es posible según la invención una alta estética de los componentes estructurados, de modo que el uso de la invención también es posible en particular para la estructuración de elementos decorativos (véase la fig. 11). La invención posibilita por consiguiente la estructuración de diferentes materiales, de modo que es posible su aplicación en el sector de la tribología, la óptica, la mecánica y el procesamiento de muestras biológicas. En particular, grandes sustratos (por ejemplo, células solares y OLEDs) se pueden estructurar con coste comparablemente bajo y de forma rápida, donde es posible sin más una integración del dispositivo según la invención en el funcionamiento inline. Dado que la extensión del rayo láser en la segunda dirección espacial es muy grade, se pueden desarrollar cabezales de trabajo ópticos compactos que están fijados sobre estaciones de procesamiento.

A continuación se describe la presente invención mediante varios ejemplos de realización. A este respecto muestran: Figura 1 procedimientos de estructuración según el estado de la técnica.

Figura 2 un primer dispositivo según la invención.

Figura 3 un segundo dispositivo según la invención.

Figura 4a un tercer dispositivo según la invención.

Figura 4b un cuarto dispositivo según la invención.

Figura 4c un quinto dispositivo según la invención.

Figura 5a un sexto dispositivo según la invención.

Figura 5b un séptimo dispositivo según la invención.

Figura 6 un octavo dispositivo según la invención.

Figura 7 un noveno dispositivo según la invención.

Figura 8 un décimo dispositivo según la invención.

Figuras 9a y 9b estructuras de interferencias obtenibles con los dispositivos según la invención.

Figura 10 el uso de los dispositivos según la invención en el funcionamiento inline de distintas líneas de producción.

Figura 11 una lámina PI estructurada según la invención (extensión de foco del rayo láser en la primera dirección espacial: 30 pm, extensión del rayo láser en la segunda dirección espacial: 70 mm).

En las siguientes figuras 2 a 8 se muestran distintos ejemplos de realización concretos del dispositivo según la invención. A este respecto, los dispositivos están dispuestos respectivamente de forma fija en el sistema de coordenadas cartesianas mundial x, y, z, donde la dirección y es la primera dirección espacial en la que se proyecta el rayo láser L de forma focalizada en el volumen de muestra 3. El movimiento de la muestra P se realiza respectivamente en la primera dirección espacial y. Si en estos ejemplos de realización individuales, la disposición de focalización está configurada como disposición de focalización modificadora de la sección transversal (en particular: con ayuda de un telescopio), con la que se puede obtener ya un primer ensanchamiento de la sección transversal de rayo, entonces la disposición de focalización está designada en estos casos también como disposición de ensanchamiento y focalización 2.

En los ejemplos de realización de las figuras 2 a 4c y 6 a 8, la dirección x es aquella dirección en la que se ensancha el rayo láser en la disposición de ensanchamiento y separación 4. En las figuras 5a y 5b, la muestra P o su superficie a procesar (de otro modo que en las figuras 2 a 4c y 6 a 8, donde la muestra P está dispuesta en paralelo al plano xy) está dispuesta en paralelo a la dirección y, no obstante, de forma ladeada respecto al plano xy, de modo que la segunda dirección espacial w (en paralelo a la superficie de la muestra P) aquí es una dirección situada en el plano xz, es decir, perpendicularmente a la dirección y, pero que no concuerda con la dirección x.

Las figuras 2 a 8 (a excepción de la figura 4c) muestran para cada uno de los ejemplos de realización respectivamente en tres líneas desde arriba hacia abajo la disposición de los elementos individuales de los dispositivos según la invención y la muestra plana P en un plano perpendicularmente a la primera dirección espacial y (primera línea) y en un plano en paralelo a la primera dirección espacial y (segunda línea) y la sección transversal de rayo o la forma de rayo del rayo láser en diferentes posiciones a lo largo del eje de rayo principal óptico (dirección z) en la tercera línea. En la figura 4c está intercambiado el papel de la primera y la segunda línea. El eje principal óptico z está orientado a este respecto en las figuras 2 a 4c y 6 a 8 perpendicularmente a la superficie de la muestra P.

En la primera forma de realización (figura 2), el rayo láser L de un láser 1 de conmutación de Q, bombeado por diodos y no mostrado aquí (5 kHz, potencia 5 W, duración de pulso 30 ns) se homogeniza en primer lugar con un diafragma cuadrado 11 (longitud lateral de la abertura de diafragma: 5 mm) (recorte de los flancos de borde descendentes del perfil de rayo esencialmente gaussiano) y se irradia sobre un telescopio 9 dispuesto en la trayectoria de rayo después del diafragma 11 como disposición de ensanchamiento y focalización 2. El telescopio 9 comprende aquí dos lentes convergentes. Gracias a la variación de la distancia de estas dos lentes convergentes a lo largo de la dirección de rayo principal z se puede ajustar de forma variable la relación de las longitudes laterales del rayo cuadrado en el lado de salida de rayo del telescopio 9 y en el lado de entrada de rayo del telescopio 9, por consiguiente, ajustar de forma variable la extensión de rayo en las dos direcciones x e y perpendicularmente a la dirección de irradiación z. El telescopio 9 o la distancia focal de la lente convergente del telescópico del lado de salida está configurado de modo que el rayo ensanchado L se focaliza en el lado de salida de rayo del telescopio a través de este (teniendo en cuenta las longitudes de recorrido óptico de los dos rayos parciales L1 y L2 sobre los otros elementos ópticos 6, 7, 8 descritos a continuación en la trayectoria de rayo) tanto en la dirección x como también en la dirección y sobre la superficie a procesar de la muestra P dispuesta en el volumen de muestra 3. No obstante, la muestra P también puede estar dispuesta en el volumen de muestra 3 fuera del lugar de la focalización.

En la trayectoria de rayo detrás del telescopio 9 está dispuesta una lente cilíndrica convexa 6 con su eje de focalización a lo lago de la primera dirección espacial y, es decir, de modo que el rayo láser L ya focalizado en las dos direcciones x e y se focaliza de nuevo en la segunda dirección espacial x (donde gracias a esta orientación del eje longitudinal de la lente cilíndrica 6 se mantiene la focalización en la primera dirección espacial y). La distancia focal fzyl de la lente cilíndrica 6 está seleccionada a este respecto de modo que, para los dos rayos parciales (véase a continuación L1 y L2), la relación de la longitud de recorrido óptico de la lente cilíndrica 6 hacia la superficie de muestra a procesar de la muestra P, por un lado, y la distancia foca fzyl, por otro lado, es claramente mayor que 2, aquí aproximadamente 12.

Aproximadamente a 1,5 veces la distancia de la distancia focal fzyl en la trayectoria de rayo detrás de la lente cilíndrica está dispuesto un espejo semitransparente 7 (divisor de rayo), con el que se separa la trayectoria de rayo L del láser en dos rayos parciales L1 y L2. La lente cilíndrica 6 proyecta el rayo láser L por consiguiente sobre el espejo semitransparente 7, de modo que el punto focal de la lente cilíndrica se sitúa, visto en la dirección de rayo, delante del espejo semitransparente 7.

La trayectoria de rayo parcial transmitida L1 del espejo semitransparente 7 se refleja en un primer espejo plano 8a, cae sobre un segundo espejo plano 8b y se irradia desde allí en el volumen de muestra 3, en el que está dispuesta la muestra P a procesar. La trayectoria de rayo parcial L2 reflejada en el espejo semitransparente 7 cae sobre un tercer espejo plano 8c y desde allí se conduce al volumen de muestra 3 o sobre la superficie a procesar de la muestra P. El espejo semitransparente 7 (divisor de rayo) así como los tres espejos planos 8a a 8c están posicionados a este respecto en el espacio local x, y, z, de modo que los dos rayos parciales L1 y L2 se irradian con un ángulo © > 0° (aquí p. ej. 30°) de forma interferente sobre la superficie a procesar de la muestra P. En el plano de corte entre la zona de interferencias (5) y la muestra (P) se realiza por consiguiente una estructuración de la superficie de muestra. Las dos trayectorias de rayo parcial L1 y L2 tienen la misma longitud aquí - referido a los rayos centrales correspondientes -del espejo 7 hasta la superficie de la muestra P (pero esto no debe ser el caso).

Gracias al primer ensanchamiento por medio del telescopio 9 en la dirección x e y, así como gracias al ensanchamiento adicional por medio de la lente cilíndrica 6 en la dirección x debido a la distancia focal fzyl de esta lente 6 mucho menor en comparación a toda la longitud de recorrido óptico después de la lente 6 se produce, conservando la focalización del rayo láser L o L1, L2 en la dirección y (véase el foco F en la línea central de la figura), un ensanchamiento en la dirección x en aproximadamente 10 cm. Por consiguiente, se produce una gran zona de interferencias 5 en el volumen de muestra 3, de modo que visto en la dirección x se puede procesar de una vez una sección proporcionalmente grande de la muestra P. Un transporte posterior de la muestra P en la dirección y (no mostrado aquí) posibilita entonces el procesamiento plano de la muestro (véase también la figura 9).

La disposición de ensanchamiento y separación 4 comprende por consiguiente la lente cilíndrica 6, el espejo semitransparente 7, así como los elementos de reflexión 8a, 8b, 8c.

En una variante de la forma de realización de la figura 2 (no mostrada), la estructura es idéntica a la estructura mostrada en la figura 2 a la excepción de que la relación de la distancia focal fzyl de la lente cilíndrica respecto a la longitud de recorrido óptico de la lente cilíndrica 6 hacia el espejo semitransparente 7 es mayor de 1. En este caso, la focalización de la radiación láser en la segunda dirección espacial x, que conduce en último término al ensanchamiento, se realiza así de manera que el foco de la lente cilíndrica 6 se sitúa en la trayectoria de rayo detrás del espejo semitransparente 7. Dado que, no obstante, aquí la longitud de recorrido óptico entre la lente cilíndrica 6 y la superficie de muestra a procesar es mayor en, por ejemplo, el factor 5 o 10, es decir, en claramente más del factor 2, que la distancia focal fzyl, aquí también se obtiene un fuerte ensanchamiento de la radiación láser en la segunda dirección espacial x por la lente cilíndrica 6 después de la focalización realizada debido a la nueva desfocalización. (Siempre y cuando la longitud de recorrido en las dos trayectorias de rayo parcial L1 y L2 no sea idéntica, como longitud de recorrido óptico entre la lente óptica 6 y la superficie de muestra P - como también en todas las otras formas de realización - se considera la longitud de recorrido promedio (L1 L2)/2.)

La figura 3 muestra una forma de realización según la invención, que está configurada básicamente como la forma de realización mostrada en la figura 2, de modo que aquí solo se describen la diferencias. En la figura 3 se suprime el diafragma cuadrado 11, de modo que el rayo láser L del láser 1 se proyecta sobre el telescopio 9 sin recortarse anteriormente. Aquí el diámetro de rayo también se puede ajustar con la ayuda del telescopio (variación de la distancia de lente en el telescopio 9). La ventaja de la disposición mostrada en la figura 3 es evitar pérdidas de intensidad por el recorte del rayo por parte del diafragma 11. Por el contrario, la disposición mostrada en la figura 2 tiene la ventaja de que la intensidad es prácticamente constante sobre toda la sección transversal de rayo después del diafragma, de modo que se produce una intensidad prácticamente constante después de la proyección óptica 9, 6, 7 y 8a a 8c sobre toda la extensión de la zona de interferencias 5 en el volumen de muestra en la dirección x. Todas las zonas de la muestra P, que se estructuran por la interferencia, se estructuran por consiguiente de modo y manera idénticos (así se evita, por ejemplo, una menor profundidad de penetración de las estructuras hacia el borde de la zona de interferencias 5, en comparación al centro mismo).

La tercera forma de realización de la invención mostrada en la figura 4 también es idéntica a la forma de realización mostrada en la figura 2 con solo la diferencia descrita a continuación: en la figura 4a, en lugar de un telescopio que comprende dos lentes convergentes convexas se usa un telescópico 9, en el que en la trayectoria de rayo está dispuesta en primer lugar una lente divergente cóncava y a continuación una lente convergente convexa.

La cuarta forma de realización de la invención mostrada en la figura 4b está configurada igualmente idéntica a la forma de realización mostrada en la figura 2 con excepción de las diferencias descritas a continuación: en la figura 4b se suprime, asimismo como en la figura 3, el diafragma 11. Además, en la figura 4b se usa en lugar de la disposición de ensanchamiento y focalización 2 usada en la figura 2 en forma de un telescopio 9 una lente convergente sencilla 12 como disposición de focalización 2 (no modificadora de la sección transversal de rayo). Con la ayuda de esta lente convergente 12 se proyecta el rayo L del láser 1 en primer lugar de forma focalizada tanto en la primera dirección espacial y como también en la segunda dirección espacial x en el volumen de muestra 3, antes de que el rayo láser L focalizado de esta manera se guíe sobre la lente cilíndrica 6, con lo que, según se ha descrito anteriormente, se anula de nuevo la focalización en la segunda dirección espacial x para el ensanchamiento de la trayectoria de rayo en la segunda dirección espacial x (manteniéndose la proyección focalizada en la primera dirección espacial y).

La quinta forma de realización de la invención mostrada en la figura 4c está configurada igualmente de forma idéntica la forma de realización mostrada en la figura 2 a excepción de la orientación de la lente cilíndrica 6 con respecto a la disposición 7, 8a a 8c de la disposición de ensanchamiento y separación 4. El eje longitudinal de la lente cilíndrica 6 se sitúa por consiguiente, al contrario a la figura 2 donde este eje longitudinal está orientado en perpendicular al plano fijado por los dos rayos parciales L1 y L2 (en la figura 2 el plano x-z), aquí en paralelo al plano fijado por los dos rayos parciales L1 y L2 (o sus rayos centrales, compárese el rayado en la figura 4c). El ángulo con el que interfieren los dos rayos parciales L1 y L2 está designado aquí igualmente con 0. El ensanchamiento del rayo láser L o de los dos rayos parciales L1 y L2 se realiza aquí por consiguiente perpendicularmente al plano fijado por los dos rayos parciales L1 y L2 (el plano y-z), es decir, en el plano x-z, compárese la figura 4c línea central. (Respecto a la forma de las estructuras de interferencia generada con ellos, compárese la figura 9b).

La forma de realización mostrada en la figura 5a también es idéntica básicamente en su estructura a la forma de realización mostrada en la figura 2, de modo que de nuevo solo se describen la diferencias. En la forma de realización mostrada en la figura 5a, el guiado de rayo después del espejo semitransparente 7 de la disposición de ensanchamiento y separación 4 se realiza en base a solo dos espejos de reflexión 8a y 8c, se suprime el tercer espejo de reflexión 8b en la primera trayectoria de rayo parcial L1. En cada una de las dos trayectorias de rayo parcial L1 y L2, el rayo parcial correspondiente se desvía por consiguiente por medio de exactamente un espejo de reflexión 8 en aquí 90° (también son posibles otros ángulos), antes de que el rayo parcial correspondiente incida sobre la superficie a procesar de la muestra P. Los dos rayos parciales L1 y L2 inciden aquí por consiguiente uno respecto a otro con un ángulo de corte de © = 90° (el ángulo se refiere aquí, como también en los otros ejemplos de realización, al eje de rayo principal en la respectiva trayectoria de rayo parcial) sobre la superficie de muestra. La superficie de muestra P está orientada aquí en paralelo a la primera dirección espacial y, no obstante, ahora ya no se sitúa en paralelo al plano xy, sino de forma ladeada en p. ej.45°, en comparación al caso mostrado en la figura 2. La segunda dirección espacial w, en la que en la zona de interferencias 5 aquí se ha alcanzado el ensanchamiento máximo, aquí se sitúa por consiguiente antes como después perpendicularmente a la primera dirección espacial y, no obstante, ahora está girada en p. ej. 45° alrededor de esta primera dirección espacial y con respecto al eje x en sentido antihorario.

La forma de realización mostrada en la figura 5b es básicamente idéntica a la forma de realización mostrada en la figura 5a a excepción de la disposición de focalización 2 usada: en lugar de la disposición de ensanchamiento y focalización 2 usada en la figura 5a en forma de un telescópico 9, con la que ya está implementado un primer ensanchamiento de rayo, en la trayectoria de rayo L antes de la lente cilíndrica 6 en la figura 5b está dispuesta una lente convergente sencilla 12, con la que el rayo láser L se proyecta en primer lugar de forma focalizada en las dos direcciones espaciales y y w, antes de que entonces se anule de nuevo la focalización en la segunda dirección espacial w por la lente cilíndrica 6 para el primer ensanchamiento de la trayectoria de rayo L. En la figura 5b se realiza por consiguiente - al contrario al ensanchamiento doble por el telescopio 9 y el guiado de rayo después de la lente cilíndrica 6 en la figura 5a - solo un único ensanchamiento de la trayectoria de rayo mediante el guiado de rayo detrás de la lente cilíndrica 6.

La octava forma de realización de la invención mostrada en la figura 6 también está configurada básicamente como la forma de realización mostrada en la figura 2, de modo que de nuevo se describen solo las diferencias. En lugar de la lente cilíndrica convexa 6 en la trayectoria de rayo entre el telescopio 9 y el espejo semitransparente 7, la disposición de ensanchamiento y separación 4 de este ejemplo de realización presenta en la posición de esta lente cilíndrica una lente cilíndrica aquí cóncava, es decir, dispersante 6. El ensanchamiento posterior del rayo L en la segunda dirección espacial x (manteniendo la focalización F en la primera dirección espacial y) se realiza aquí por consiguiente por las propiedades dispersantes de la lente 6, donde el grado del nuevo ensanchamiento o la extensión de los rayos parciales L1 y L2 en la zona de interferencias 5 en la dirección x se puede ajustar por la distancia focal de la lente 6. Cuanto mayor es el desfocalización por parte de la lente 6, tanto mayor es el ensanchamiento de rayo en la segunda dirección espacial x en el lugar del procesamiento de muestra (con recorrido óptico mantenido constante entre la lente 6 y muestra P). Gracias al desplazamiento apropiado de los dos espejos de reflexión 8b y 8c en sentido contrario a la segunda dirección espacial x o en la segunda dirección espacial x (y cambio correspondiente del ángulo de ladeo de los espejos con respecto al plano xy) se puede variar de modo y manera sencillos - como también en las otras formas de realización - el ángulo de interferencia © y por consiguiente el período a de las estructuras de interferencia aplicadas (véase la figura 9).

Aquí, como también en los otros ejemplos de realización, para la extensión del ensanchamiento en la segunda dirección espacial o para la relación de las extensiones del rayo láser en la segunda dirección espacial y en la primera dirección espacial (focalizada) son decisivas la distancia de las lentes en el telescopio 9 (si está presente), la distancia focal de la(s) lente(s) cilíndrica(s) 6 (o 6a, 6b, véase a continuación) y las longitudes de camio óptico en los dos rayos parciales L1 y L2. Gracias a la variación apropiada de los parámetros correspondientes, el ensanchamiento deseado en la segunda dirección espacial (junto al ángulo © por desplazamiento o giro de los espejos 8a, 8b, 8c) se puede ajustar de modo y manera sencillos.

A continuación se describen otros dos ejemplos de realización (novena y décima forma de realización de la invención), en los que el ensanchamiento posterior en la segunda dirección espacial x se realiza en base a estas dos lentes cilíndricas 6a y 6b. A este respecto, las piezas básicas de las dos formas de realización son como en el ejemplo de realización mostrado en la figura 2, de modo que a continuación se describen respectivamente de nuevo solo las diferencias.

Las dos formas de realización usan una disposición de ensanchamiento y separación 4 alternativa, en la que en la trayectoria de rayo después del telescopio 9 sigue en primer lugar el espejo semitransparente 7, antes de que la trayectoria de rayo parcial transmitido L1 se desvíe a través de los dos espejos de reflexión 8a y 8b, por un lado, y la trayectoria de rayo parcial L2 se desvíe por medio del tercer espejo de reflexión 8c, por otro lado, para la implementación de la interferencia con el ángulo de interferencia © > 0 (aquí: 35°) en la zona de interferencias 5 o sobre la superficie de muestra P a procesar en el volumen de muestra 3.

No obstante, a diferencia de los ejemplos de realización descritos anteriormente, en la novena forma de realización en la figura 7 en cada una de las dos trayectorias de rayo parcial L1 y L2 después de los espejos de reflexión 8 b (trayectoria de rayo L1) y 8c (trayectoria de rayo L2) está dispuesta respectivamente exactamente una lente cilíndrica cóncava, es decir dispersante. El eje longitudinal de la lente cilíndrica 6a en la trayectoria de rayo L1 y el eje longitudinal de la lente cilíndrica 6b en la trayectoria de rayo L2 están orientados a este respecto respectivamente en paralelo a la primera dirección espacial y, de modo que se realiza un ensanchamiento de estas dos trayectorias de rayo L1 y L2 en la segunda dirección espacial x. El grado del ensanchamiento en la superficie de muestra P se puede ajustar casi a voluntad a través de la distancia focal de las lentes cilíndricas 6a y 6b configuradas aquí de forma idéntica, no obstante, dispuesta de forma ladeada en este ángulo para la implementación del ángulo de solapamiento 0, así como por la distancia (en los dos camios de rayo L1 y L2) entre la respectiva lente cilíndrica y la superficie de muestra.

El ejemplo de realización mostrado en la figura 8 es idéntico al ejemplo de realización mostrado en la figura 7, no obstante, usa en lugar de las dos lentes cilíndricas cóncavas 6a y 6b dos lentes cilíndricas convexas configuradas de forma idéntica (cuyo eje longitudinal señala igualmente en la dirección y). El ensanchamiento en la segunda dirección espacial x se consigue aquí por consiguiente por una corta distancia focal fzyl de las dos lentes cilíndricas 6a y 6b, es decir, por una focalización fuerte en primer lugar y luego de nuevo desfocalización de las dos trayectorias de rayo parcial L1 y L2 en el plano perpendicular a la primera dirección espacial y. Si la distancia de la muestra P de las dos lentes cilíndrica 6a y 6b se selecciona mucho mayor (p. ej. factor 10 a 20) que la distancia focal fzyl, entonces se produce un ensanchamiento adicional considerable (en comparación al ensanchamiento en el telescopio 9, que aquí está configurado, asimismo como en la figura 7 y como otra diferencia para la estructura en la figura 2, como en la variante mostrada en la figura 5) en la segunda dirección espacial x.

En comparación al noveno y décimo ejemplo de realización, los ejemplos de realización 1 a 7 en las figuras 2 a 6 tienen la ventaja de un ajuste sencillo: en las figuras 7 y 8 se deben adaptar las dos lentes cilíndricas 6a y 6b de forma muy exacta entre sí, a fin de llevar los rayos parciales a la zona de solapamiento 5 en paralelo al solapamiento. Los ejemplos de realización mostrados en las figuras 1 a 5 también permiten en cambio ligeras desviaciones durante la instalación de los elementos ópticos 6, 7 y 8 sin repercusión grave sobre el solapamiento paralelo deseado en la zona de interferencias 5.

En todas las formas de realización mostradas de las figuras 2 a 8 se pueden usar otros elementos ópticos, como por ejemplo polarizadores, para la optimización del guiado de rayo o para la adaptación adicional de la estructuración. Por ejemplo, se pueden usar directamente antes de los elementos 11 y/o 2 homogeneizadores de rayo.

La figura 9a muestra los ejemplos a) a d) para estructuras de interferencia aplicables según la invención en las piezas de las fig. 2 a 4b y 5 a 8 por medio de un láser pulsado sobre la superficie a procesar. Según la fórmula mostrada en la figura 9a, el período a de las estructuras de interferencia, es decir, la distancia de líneas adyacentes de la estructura de interferencias, solo depende de la longitud de onda de la luz láser 1, así como del ángulo de interferencia 0 (véase p. ej. la figura 2) entre los dos rayos parciales L1 y L2 irradiados sobre la superficie de muestra P. Según muestra la figura 9a, según la invención se pueden conseguir períodos a en el rango de nm hasta pm, extensiones de foco en la primera dirección espacial y en el rango de pm hasta mm y extensiones de procesamiento en la segunda dirección espacial x o w de hasta 20 a 40 cm, véase la figura 9a-a), también es concebible una menor extensión de foco (hasta por debajo de 0.01 cm) en esta dirección.

Según muestran los ejemplos en las figuras 9a-b), 9a-c), gracias a la selección apropiada del avance de la muestra P p. ej. en la dirección y (véase la figura 10) o también solo en la dirección x o tanto en la dirección x como también en la y, por un lado, y una frecuencia de pulso adaptada a ello del pulso láser individual, por otro lado, (figura 9a-b)) se pueden generar estructuras de interferencia bidimensionales (frecuencia de pulso elevada en comparación al avance de muestra conduce a una distancia aumentada de estructuras de interferencia adyacentes por dos pulsos sucesivos en la dirección y) o también (figura 9a-c)) estructuras de interferencia unidimensionales, que se originan por solapamiento de las estructuras de interferencia de pulsos adyacentes temporalmente en la dirección y mediante reducción apropiada de la velocidad de transporte en la dirección y. (En la figura 9a-b) la distancia d1 de las estructuras de pulso láser sucesivo es mayor que la extensión de las estructuras en la dirección de focalización y, en la figura 9ac) es válido lo inverso para la distancia d2.)

Según muestra la figura 9a-d, por medio de un avance de muestra, que presenta un componente adicional en la segunda dirección espacial x, se puede generar un patrón de interferencia decalado en la segunda dirección espacial x. dy designa aquí (como también de1 y d2) la distancia de dos estructuras adyacentes en la dirección y, dx designa el decalado adicional de dos estructuras de interferencia adyacentes en la dirección x.

La figura 9b muestra las estructuras de interferencia implementables con la estructura de la figura 4c. Según muestra la figura, al contrario a la figura 9a (donde los máximos de intensidad individuales discurren respectivamente en paralelo a la primera dirección espacial y y están dispuestos uno junto a otro en la dirección de la segunda dirección espacial x o w), los máximos de intensidad individuales discurren aquí a lo largo de la segunda dirección espacial x, es decir, la dirección de ensanchamiento (y por ello están extendidos mucho más lejos que los máximos de intensidad individuales mostrados en la figura 9a), y están dispuestos unos junto a otros en la dirección de la primera dirección y (la primera dirección espacial y es por consiguiente en la figura 9b la dirección de la periodicidad a de los máximos individuales, mientras que en la figura 9a la dirección de periodicidad es la segunda dirección espacial x). En el caso mostrado en las figuras 4c y 9b también se produce cuantitativamente para el período a = A/(2sin(©/2)).

Según muestra la figura 10a), con la ayuda de una cinta transportadora 10 solo indicada aquí se puede transportar la muestra P que descansa sobre la cinta en la dirección y, a fin de estructurar el patrón de interferencia unidimensional o bidimensional según la velocidad de transporte. La figura 10b) indica que la muestra P también se puede disponer sobre un cilindro giratorio para la estructuración. La figura 10c muestra finalmente que el avance en la dirección y también se puede realizar con el dispositivo de transporte de rodillo a rodillo. Los componentes grandes se pueden estructurar rápidamente del modo y manera mostrados.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para la estructuración de interferencias de una muestra plana (P) con

un láser (1),

una disposición de focalización (2) posicionada en la trayectoria de rayo del láser (1), con la que el rayo láser (L) se puede proyectar de forma focalizada en una primera dirección espacial (y) en un volumen de muestra (3), en el que se puede colocar o está colocada la muestra plana (P), donde el dispositivo presenta una disposición de ensanchamiento y separación (4).

A este respecto, la disposición de ensanchamiento y separación (4) está posicionada en la trayectoria de rayo después de la disposición de focalización (2) y con la disposición de focalización (2) se puede ensanchar el rayo láser (L) en la primera dirección espacial (y) y en una segunda dirección espacial (x, w) no paralela a la primera dirección espacial (y), manteniendo la proyección focalizada en el volumen de muestra (3).

El dispositivo presenta además un divisor de rayo (7).

Con el divisor de rayo (7) se puede separar el rayo láser (L) en dos rayos parciales (L1, L2).

El dispositivo presenta además uno o varios elementos de reflexión (a, 8b, 8c).

Los dos rayos parciales (L1, L2) son dirigidos con el uno o los varios elementos de reflexión (8a, 8b, 8c) hacia el volumen de muestra (3), de modo que los dos rayos parciales (L1, L2) interfieren dentro del volumen de muestra (3) en una zona de interferencias (5).

El dispositivo está caracterizado porque

el dispositivo de ensanchamiento y separación presenta al menos una lente cilíndrica (6, 6a, 6b) para el ensanchamiento del rayo láser (L) o de los dos rayos parciales (L1, L2) en la segunda dirección espacial (x, w).

2. Dispositivo según la reivindicación anterior,

caracterizado porque

la disposición de focalización (2) es una disposición de focalización modificadora de la sección transversal de rayo (9), con la que el rayo láser (L) también se puede modificar con vistas a su sección transversal de rayo.

3. Dispositivo según la reivindicación anterior,

caracterizado porque

el rayo láser (L) se puede modificar con vistas a su sección transversal de rayo en dos direcciones espaciales no paralelas entre sí con la disposición de focalización (2) configurada como disposición de focalización modificadora de la sección transversal de rayo (9).

4. Dispositivo según la reivindicación 1,

caracterizado porque

el rayo láser (L) también se puede proyectar con la disposición de focalización (2) de manera focalizada en otra dirección no paralela a la primera dirección espacial (y) en el volumen de muestra (3).

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

la disposición de ensanchamiento y separación (4)

• presenta un espejo semitransparente como el mencionado divisor de rayo (7) para la separación del rayo láser (L) en los dos rayos parciales (L1, L2).

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1, 4 o 5,

caracterizado porque

la disposición de focalización (2) o

es una disposición de focalización modificadora de la sección transversal de rayo (9) y comprende la lente cilíndrica, o

porque la disposición de focalización (2) es una disposición de focalización no modificadora de la sección transversal de rayo.

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 o 6,

caracterizado porque

la disposición de ensanchamiento y separación (4) presenta en la trayectoria de rayo (L, L1, L2) una lente cilíndrica como primer elemento óptico (6) para provocar el ensanchamiento en la segunda dirección espacial (x, w), luego presenta un segundo elemento óptico (7) para la separación del rayo láser (L) en los dos rayos parciales (L1, L2), y finalmente presenta uno o varios terceros elementos ópticos (8a, 8b, 8c), a fin de dirigir los dos rayos parciales (L1, L2) hacia el volumen de muestra (3), de modo que interfieren dentro del volumen de muestra (3) en la zona de interferencias (5).

8. Dispositivo según la reivindicación anterior,

caracterizado porque

la lente cilíndrica es una lente cilíndrica convexa (6) y proyecta la trayectoria de rayo (L) sobre el segundo elemento óptico que comprende un divisor de rayo (7).

9. Dispositivo según la reivindicación 7,

caracterizado porque

la lente cilíndrica es una lente cilíndrica convexa (6) y proyecta la trayectoria de rayo (L) sobre el segundo elemento óptico que comprende un divisor de rayo (7), de modo que tanto la distancia focal ^{fzy i} de la lente cilíndrica (6) es mayor que el recorrido en la trayectoria de rayo (L, L1, L2) entre la lente cilíndrica (6) y el divisor de rayo (7), como también el recorrido ^dzyi-fok en la trayectoria de rayo (L, L1, L2) entre la lente cilíndrica (6), por un lado, y el lugar del foco (F) en el volumen de muestra (3) en la primera dirección espacial (y), por otro lado, es mayor en más del factor 2 que la distancia focal ^fzyo de la lente cilíndrica (6).

10. Dispositivo según la reivindicación 7,

caracterizado porque

dos de los tres elementos ópticos son lentes cilíndricas convexas (6a, 6b), que proyectan respectivamente uno de los dos rayos parciales (L1, L2) en el volumen de muestra (3).

11. Dispositivo según la reivindicación 7,

caracterizado porque

dos de los tres elementos ópticos son lentes cilíndricas cóncavas (6a, 6b), que proyectan respectivamente uno de los dos rayos parciales (L1, L2) en el volumen de muestra (3).

12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

con una unidad de movimiento (10), con la que la muestra (P) o secciones de la misma se puede mover en el volumen de muestra (3) o a través del volumen de muestra (3),

o donde

la disposición de focalización (2), la disposición de ensanchamiento y separación (4) y/o partes al menos de una de estas dos disposiciones (2, 4) está(n) configurada(s) para desviar el rayo láser (L) y/o los dos rayos parciales (L1, L2) que se desprenden de este con respecto a la muestra plana (P) dispuesta de forma fija.

13. Procedimiento para la estructuración de infraestructuras de una muestra plana (P), donde el procedimiento se lleva a cabo con un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

14. Uso de un dispositivo o de un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores para la estructuración de interferencias de una lámina como muestra (P) o una muestra (P) en una configuración de rodillo a rodillo.