System zum Bearbeiten eines Materials mittels ultrakurzer Laserpulse
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Bearbeiten eines Materials mittels ultrakurzer Laserpulse eines Ultrakurzpulslasers, umfassend einen Ultrakurzpulslaser zur Erzeugung der ultrakurzen Laserpulse und zur Bereitstellung eines Laserstrahls, eine Hohlkernfaser, die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl zu einem Ausgang der Hohlkernfaser zu transportieren, und eine Einkoppeloptik, die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl in einen Eingang der Hohlkernfaser einzukoppeln.
Stand der Technik
Im Bereich der Mikrobearbeitung mit Lasern konnten in den letzten Jahren durch höhere mittlere Laserleistungen, kürzere Laserpulsdauern und optimierte Laserstrahlformung neue Anwendungsbereiche wie das Trennen transparenter Materialien, sowie das Schweißen mehrerer transparenter odertransparenter und opaker Materialien erschlossen werden. Insbesondere sind hierbei quasi nicht-beugende Laserstrahlen, besonders Besselstrahlen, für diese Art von Materialbearbeitung wegen ihrer in Strahlausbreitungsrichtung elongierten Fokuszone und den daraus resultierenden Vorteilen, wie eine große Fokuslagentoleranz, von Interesse.
In der EP3169477 wird zur Bearbeitung eines Materials die Verwendung eines kollimierten Laserstrahls vorgeschlagen, wobei die Länge der Fokuszone eines Besselstrahls durch Einstellen des Durchmessers des kollimierten Laserstrahls auf einem strahlformenden Element eingestellt wird.
Bislang wird für die Anbindung der oft stationären Laserquelle an die Bearbeitungsbeziehungsweise Strahlformoptik über eine Freistrahlführung mittels Spiegeln und Linsen realisiert. Diese erfordert jedoch eine aufwändige optische Justage, sowie eine Stabilisierung der Lage beziehungsweise der Winkel der optischen Elemente zueinander. Die Komponenten der Freistrahlführung sind jedoch anfällig für Verschmutzung, Herstellungsungenauigkeiten,
Temperatureinwirkungen und Montagefehler, die sich in einer Verschlechterung der Strahlqualität des Laserstrahls und somit in einer Verschlechterung der Materialbearbeitung niederschlagen. Des Weiteren ist eine genaue Spezifizierung der Lage des Laserstrahls beziehungsweise der Divergenz des Laserstrahls und des Strahldurchmessers nicht möglich beziehungsweise erschwert. Dies erschwert ein wohldefiniertes Ausleuchten des strahlformenden Elements.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes System zum Bearbeiten eines Materials bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein System zum Bearbeiten eines Materials mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird ein System zum Bearbeiten eines Materials mittels ultrakurzer Laserpulse eines Ultrakurzpulslasers vorgeschlagen, umfassend einen Ultrakurzpulslaser zur Erzeugung der ultrakurzen Laserpulse und zur Bereitstellung eines Laserstrahls, einer Hohlkernfaser, die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl zu einem Ausgang der Hohlkernfaser zu transportieren, eine Einkoppeloptik, die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl in einen Eingang der Hohlkernfaser einzukoppeln, wobei der Ausgang der Hohlkernfaser dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl aus der Hohlkernfaser unter einem Divergenzwinkel auszukoppeln, wobei eine Linsenvorrichtung, auf welche der aus der Hohlkernfaser ausgekoppelte Laserstrahl unter dem Divergenzwinkel fällt, ein strahlformendes Element, auf das der aus der Linsenvorrichtung austretende Laserstrahl fällt, und eine Fokussieroptik vorgesehen sind, wobei die Linsenvorrichtung dazu eingerichtet ist, den Divergenzwinkel des ausgekoppelten Laserstrahls zur Anpassung des Strahldurchmessers des Laserstrahls auf dem strahlformenden Element anzupassen, wobei das strahlformende Element dazu eingerichtet ist, dem Laserstrahl vor oder hinter der Fokussieroptik eine quasi nicht-beugende Strahlform mit in Strahlausbreitungsrichtung elongierter Fokuszone aufzuprägen, und wobei die Fokussieroptik dazu eingerichtet ist, die Einbringtiefe der Fokuszone in oder auf das Material einzustellen.
Das Material kann ein Metall oder ein Halbleiter oder ein Isolator oder eine Kombination davon sein. Insbesondere kann es auch ein Glas, eine Glaskeramik, ein Polymer oder ein Halbleiterwafer, beispielsweise ein Siliziumwafer, sein.
Der Ultrakurzpulslaser stellt hierbei ultrakurze Laserpulse zur Verfügung. Ultrakurz kann hierbei bedeuten, dass die Pulslänge beispielsweise zwischen 500 Pikosekunden und 1 Femtosekunden liegt, insbesondere zwischen 100 Pikosekunden und 10 Femtosekunden liegt. Der Ultrakurzpulslaser kann auch Bursts aus ultrakurzen Laserpulsen zur Verfügung stellen, wobei jeder Burst das Aussenden mehrerer Laserpulse umfasst. Der zeitliche Abstand der Laserpulse kann hierbei zwischen 10 Pikosekunden und 500 Nanosekunden groß sein, insbesondere zwischen 10 Nanosekunden und 80 Nanosekunden groß sein. Als ultrakurzer Laserpuls wird auch ein zeitlich geformter Puls betrachtet, der eine nennenswerte Änderung der Amplitude innerhalb eines Bereichs zwischen 50 Femtosekunden und 5 Pikosekunden aufweist. Im folgenden Text wird wiederholt der Begriff Puls oder Laserpuls verwendet. In diesem Fall werden auch Laserpulszüge, umfassend mehrere Laserpulse und zeitliche geformte Laserpulse mit eingeschlossen, auch wenn dies nicht jeweils explizit ausgeführt wird. Die von dem Ultrakurzpulslaser ausgesendeten ultrakurzen Laserpulse bilden entsprechend einen Laserstrahl aus.
Hohlkernfasern sind Lichtleitfasern, welche als photonische Kristallfasern mit hohlem Kern (Hollow Core Photonic Crystal Fiber - HC-PCF) ausgebildet sind. Grundlagen zu Lichtleitfasern sind beispielsweise in Benabid, Fetah "Hollow-core photonic bandgap fibre: new light guidance for new science and technology." Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 364.1849 (2006): 3439-3462 beschrieben.
Eine Lichtleitfaser kann als photonische Bandlücken-Faser (Band Gap Fiber) oder bevorzugt als Antiresonante Faser (Antiresonant Coupling Fiber) ausgebildet sein. Insbesondere kann eine Lichtleitfaser als Tubularfaser ausgebildet sein. Alternativ kann die Lichtleitfaser als gehemmte Kopplungsfaser (Inhibited Coupling Fiber) ausgebildet sein, insbesondere als Kagome-Faser. Hohlkernfasern eignen sich insbesondere zur Führung ultrakurzer Pulse, mithin für Ultrakurzpulsanwendungen.
Die Verwendung einer Hohlkernfaser hat den Vorteil, dass der Laserstrahl flexibel vom stationären Laser zum strahlformenden Element geführt werden kann, wobei durch die Hohlkernfaser eine wohldefinierte Schnittstelle gegeben ist, durch die der Divergenzwinkel und die Strahllage bestimmt sein kann. Insbesondere kann durch die Verwendung einer Hohlkernfaser die Strahlqualität des Laserstrahls erhalten werden.
Die Einkoppeloptik ist eine Anordnung, die eine oder mehrerer optische Elemente, insbesondere
Linsen und/oder Spiegel umfassen kann und welche die Aufgabe übernimmt, den von dem Ultrakurzpulslaser bereitgestellten Laserstrahl in die Hohlkernfaser abzubilden. Hierfür kann der
Laserstrahl des Ultrakurzpulslasers beispielsweise auf den Eingang der Hohlkernfaser fokussiert werden. Die Einkoppeloptik kann hierbei eine Austrittspupille aufweisen, die einen Durchmesser im Bereich der Größenordnung des Durchmessers der Hohlkernfaser aufweisen kann. Dadurch wird ermöglicht, dass die Laserenergie des Laserstrahls möglichst vollständig in die Hohlkernfaser eingekoppelt wird, und somit durch die Hohlkernfaser zum Ausgang der Hohlkernfaser transportiert wird.
Am Ausgang der Hohlkernfasertritt der Laserstrahl unter einem Divergenzwinkel aus der Hohlkernfaser aus. Der Divergenzwinkel kann hierbei durch die optischen Eigenschaften der Hohlkernfaser bestimmt sein. Insbesondere kann der Divergenzwinkel fix für die jeweilige Hohlkernfaser vorgegeben sein.
Der Laserstrahl beleuchtet anschließend eine Linsenanordnung, auf welche der aus der Hohlkernfaser ausgekoppelte Laserstrahl unter dem Divergenzwinkel fällt. Die Linsenvorrichtung ist dabei dazu eingerichtet, den Divergenzwinkel des ausgekoppelten Laserstrahls zur Anpassung des Strahldurchmessers des Laserstrahls auf dem strahlformenden Element anzupassen.
Dazu kann die Linsenanordnung eine oder mehrere Linsen umfassen. Die Linsenanordnung kann auch eine entsprechend geformte Oberfläche des strahlformenden Elements oder eine diffraktive Mikrostruktur auf einer Oberfläche und/oder im Volumen des strahlformenden Elements umfassen. Die Linsenanordnung ist dabei schlussendlich dafür eingerichtet, den Strahldurchmesser des Laserstrahls beim Eintritt in das strahlformende Element zu beeinflussen. Über die Variation des Strahldurchmessers des in das strahlformende Element eintretenden Laserstrahls kann schließlich die Fokuslänge der Fokuszone beeinflusst werden.
Der mittels der Linsenanordnung in seinem Strahldurchmesser angepasste Laserstrahl tritt dann mit dem Strahldurchmesser in ein strahlformendes Element ein, welches in einem Gesamtabstand zum Ausgang der Hohlkernfaser angeordnet ist, wobei das strahlformende Element dem Laserstrahl eine Intensitätsverteilung in Strahlausbreitungsrichtung und senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung aufgeprägt. Die Gesamtheit der Intensitätscharakteristiken wird mit einem Strahlprofil beschrieben. Insbesondere hängt die Form des aufgeprägten Strahlprofils von der Art und Weise der Beleuchtung, beispielsweise der Beleuchtungsstärke, oder auch dem Durchmesser des Laserstrahls auf dem strahlformenden Element ab, so dass über ein Einstellen des Gesamtabstands die Form des aufgeprägten Strahlprofils eingestellt werden kann.
Insbesondere können durch das strahlformende Element sogenannte nicht-beugende Strahlen erzeugt werden. Nicht-beugende Strahlen genügen der Helmholtz-Gleichung:
V2f/(x, y, z) + fc2[/(x,y,z) = 0 und weisen eine klare Separierbarkeit in eine transversale und eine longitudinale Abhängigkeit der Form
U(x,y,z) = Ut(x,y) exp(ikzz~) auf. Hierbei ist k=w/c der Wellenvektor mit seinen transversalen und longitudinalen Komponenten k2=kz2+kt2 und Ut(x,y) eine beliebige komplexwertige Funktion, die nur von den transversalen Koordinaten x,y abhängt. Die z-Abhängigkeit in Strahlausbreitungsrichtung in U(x,y,z) führt zu einer reinen Phasenmodulation, so dass die zugehörige Intensität I der Lösung propagationsinvariant beziehungsweise nicht-beugend ist:
I(x,y,z) = \U(x,y,z)\2 = I(x,y)
Dieser Ansatz liefert verschiedene Lösungsklassen in unterschiedlichen Koordinatensystemen, wie beispielsweise Mathieu-Strahlen in elliptisch-zylindrischen Koordinaten oder Besselstrahlen in zirkularzylindrischen Koordinaten.
Experimentell lassen sich eine Vielzahl von nicht-beugenden Strahlen in guter Näherung, also quasi nicht-beugende Strahlen, realisieren. Diese führen, im Gegensatz zum theoretischen Konstrukt, nur eine endliche Leistung. Ebenso endlich ist die Länge L der Propagationsinvarianz dieser quasi nicht-beugenden Strahlen.
Basierend auf der Norm zur Laserstrahlcharakterisierung ISO11146 1-3 wird der Strahldurchmesser über die sogenannten 2. Momente bestimmt. Hierbei ist die Leistung des Laserstrahls oder auch das Moment 0. Ordnung definiert als:
P = f dx dy I(x,y .
Die räumlichen Momente der 1. Ordnung geben den Schwerpunkt der Intensitätsverteilung an und sind definiert als:
<y> = f dx dy y l(x,y).
Basierend auf den vorstehenden Gleichungen lassen sich die räumlichen Momente der 2. Ordnung der transversalen Intensitätsverteilung errechnen:
Mit den so vollständig definierten räumlichen Momenten der 2. Ordnung des Laserstrahls lassen sich die Strahldurchmesser, beziehungsweise die Größe der Fokuszone in den Hauptachsen bestimmen. Die Hauptachsen sind hierbei die Richtungen der minimalen und maximalen Ausdehnung des transversalen Strahlprofils, also die Intensitätsverteilung senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung, welche stets orthogonal zueinander verlaufen. Die Fokuszone d des Laserstrahls ergibt sich dann wie folgt:
Insbesondere ergeben sich durch die Werte dx und dy eine lange und eine kurze Hauptachse der transversalen Fokuszone.
Die Fokuszone eines Gauß'schen Strahls ist somit festgelegt über die 2. Momente des Strahls. Insbesondere ergibt sich daraus die Größe der transversalen Fokuszone dGF x,y und die longitudinale Ausdehnung der Fokuszone, die Rayleighlänge ZR. Die Rayleighlänge ZR ist gegeben durch ZR=TT(dGF x,y)2/4A. Sie beschreibt die Distanz entlang der Strahlausbreitungsrichtung ausgehend von der Position des Intensitätsmaximums, bei der die Fläche der Fokuszone um den Faktor 2 zugenommen hat.
Die Fokuszone des quasi nicht-beugenden Strahlen ist ebenfalls über die 2. Momente des Strahls festgelegt. Insbesondere ergibt sich die Fokuszone aus der Größe der transversalen Fokuszone dND x,y und der longitudinalen Ausdehnung der Fokuszone, die sogenannte charakteristische Länge L. Die charakteristische Länge L des quasi-nicht beugenden Strahls ist definiert über den Intensitätsabfall auf 50%, ausgehend vom lokalen Intensitätsmaximum, entlang der Strahlausbreitungsrichtung.
Ein quasi nicht-beugender Strahl liegt genau dann vor, wenn für dND x,y = dGF x,y , also ähnlichen transversalen Dimensionen, die charakteristische Länge L die Rayleighlänge des zugehörigen Gaußfokus deutlich überragt, beispielsweise, wenn L>10ZR.
Als Untermenge der quasi nicht-beugenden Strahlen sind quasi-Besselstrahlen oder Bessel- ähnliche Strahlen, hier auch Besselstrahlen genannt, bekannt. Hierbei gehorcht die transversale Feldverteilung Ut(x,y) in der Nähe der optischen Achse in guter Näherung einer Bessel-Funktion erster Art der Ordnung n. Eine weitere Untermenge dieser Klasse von Strahlen stellen die Bessel- Gauß-Strahlen dar, die aufgrund ihrer einfachen Erzeugung weit verbreitet sind. So erlaubt die Beleuchtung eines Axicons in refraktiver, diffraktiver oder reflektiver Ausführung mit einem kollimierten Gaußstrahl die Formung des Bessel-Gauß-Strahls. Die zugehörige transversale Feldverteilung in der Nähe der optischen Achse gehorcht dabei in guter Näherung einer Bessel- Funktion erster Art der Ordnung 0, die von einer Gauß-Verteilung eingehüllt ist.
Entsprechend kann es von Vorteil sein einen quasi nicht-beugenden Strahl, insbesondere einen Besselstrahl, zum Bearbeiten eines Materials zu verwenden, da hiermit eine große Fokuslagentoleranz erreicht werden kann.
Typische Bessel-Gauß Strahlen zum Bearbeiten eines Materials weisen beispielsweise eine dND x y=2,5 pm große transversale Fokuszone auf, wohingegen die charakteristische Länge 50 pm betragen kann. Für einen Gauß’schen Strahl mit einer dGF x y=2,5 pm großen transversalen Fokuszone beträgt die Rayleighlänge in Luft jedoch lediglich ZR=5pm bei A=1 pm. In diesen für die Materialbearbeitung relevanten Fällen kann demnach L»10ZR gelten.
Die transversale Fokuszone des quasi nicht-beugenden Strahlen kann insbesondere nichtradialsymmetrisch sein.
Nicht-radialsymmetrisch bedeutet hierbei beispielsweise, dass die transversale Fokuszone in eine
Richtung gestreckt ist. Eine nicht-radialsymmetrischer Fokuszone kann jedoch auch bedeuten, dass
die Fokuszone beispielsweise kreuzförmig ist, oder dreieckig ist oder N-eckig ist, beispielsweise fünfeckig ist. Eine nicht-radialsymmetrische Fokuszone kann zudem weitere rotations- und spiegelsymmetrische Strahlquerschnitte umfassen.
Beispielsweise kann eine elliptische Fokuszone senkrecht zur Ausbreitungsrichtung vorliegen, wobei die Ellipse eine lange Achse dx und eine kurze Achse dy aufweist. Eine elliptische Fokuszone liegt demnach vor, wenn das Verhältnis dx/dy größer als 1 ist, insbesondere dx/dy = 1 ,5 ist. Die elliptische Fokuszone des konkret vorliegenden Strahls kann einer idealen mathematischen Ellipse entsprechen. Die vorliegende konkrete Fokuszone des quasi nicht-beugenden Strahls kann aber auch lediglich die oben genannten Verhältnisse aus langer Hauptachse und kurzer Hauptachse b aufweisen, aber eine andere Kontur aufweisen - beispielsweise eine angenäherte mathematische Ellipse, eine Hantelform oder eine andere symmetrische oder asymmetrische Kontur, die von einer mathematisch idealen Ellipse eingehüllt ist.
Insbesondere lassen sich über quasi nicht-beugende Strahlen elliptische quasi nicht-beugende Strahlen erzeugen. Elliptisch quasi nicht-beugende Strahlen weisen hierbei spezielle Eigenschaften auf, die sich aus der Analyse der Strahlintensität ergeben. Beispielsweise weisen elliptische quasi nicht-beugende Strahlen ein Hauptmaximum auf, welches mit dem Zentrum des Strahls zusammenfällt. Das Zentrum des Strahls ist hierbei gegeben durch den Ort, an dem sich die Hauptachsen schneiden. Insbesondere können sich elliptische quasi nicht-beugende Strahlen aus der Überlagerung mehrere Intensitätsmaxima ergeben, wobei in diesem Fall lediglich die Einhüllende der beteiligten Intensitätsmaxima elliptisch ist. Insbesondere müssen die einzelnen Intensitätsmaxima kein elliptisches Intensitätsprofil aufweisen.
Die dem Hauptmaximum nächstgelegenen Nebenmaxima, die sich aus der Lösung der Helmholtz- Gleichung ergeben, weisen hierbei eine relative Intensität von über 17% auf. Somit wird - je nach transportierter Laserenergie im Hauptmaximum, auch in den Nebenmaxima so viel Laserenergie geführt, dass eine Materialbearbeitung ermöglicht wird. Zudem liegen die nächstgelegenen Nebenmaxima immer auf einer Geraden, die senkrecht zur langen Hauptachse, beziehungsweise parallel zur kurzen Hauptachse ist, und durch das Hauptmaximum verläuft.
Ein elliptischer quasi nicht-beugender Strahl kann hierbei entlang der langen Hauptachse eine nicht verschwindende Intensität aufweisen, insbesondere einen Interferenzkontrast lmax-lmin/(lmax+lmin)<0,9 aufweisen, so dass der Strahl entlang der langen Hauptachse überall Laserenergie transportiert.
Imax ist hierbei die maximale Strahlintensität entlang der langen Hauptachse, während Imin die minimale Strahlintensität ist. Wenn Imin = 0, dann kommt es entlang der langen Hauptachse zu einer vollständigen Interferenz und es ergibt sich ein Interferenzkontrast von 1 . Wenn Imin > 0, dann kommt es entlang der langen Hauptachse lediglich zu einer teilweisen oder zu keiner Interferenz, so dass der Interferenzkontrast < 1 ist.
Ist beispielsweise der Interferenzkontrast entlang der langen Hauptachse kleiner als 0,9, so kommt es entlang der langen Hauptachse zu keiner vollständigen Interferenz, sondern lediglich zu einer teilweisen Interferenz, welche nicht zur vollständigen Auslöschung der Laserintensität am Ort des Intensitätsminimums Imin führt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der quasi nicht-beugende Strahl mit einem doppelbrechenden Element, beispielsweise einem Quartz Angle Displacer oder einem Quartz Beam Displacer oder einer Kombination davon erzeugt wird.
Ein elliptischer quasi nicht-beugender Strahl kann entlang der langen Hauptachse jedoch auch eine verschwindende Intensität und einen Interferenzkontrast von 1 aufweisen, so dass der Strahl entlang der langen Hauptachse nicht überall Laserenergie transportiert. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der quasi nicht-beugende Strahl mit einem modifizierten Axicon erzeugt wird.
Die Fokussieroptik kann ein Objektiv sein oder eine Anordnung von Linsen und/oder Spiegeln, wobei die Fokussieroptik den quasi nicht-beugenden Strahl in oder auf das Material fokussiert, also in den Fokus, beziehungsweise in die Fokusebene abbildet. Dies kann bedeuten, dass der Fokus des Laserstrahls durch die Fokussieroptik über der Oberfläche des Materials liegt, oder genau auf der Oberfläche des Materials liegt, oder im Volumen des Materials liegt.
Insbesondere kann der Begriff „Fokus“ im Allgemeinen als eine gezielte Intensitätsüberhöhung verstanden werden, wobei die Laserenergie in einen „Fokusbereich“ konvergiert. Insbesondere wird daher im Folgenden der Ausdruck „Fokus“ unabhängig von der tatsächlich verwendeten Strahlform und den Methoden zur Herbeiführung einer Intensitätsüberhöhung verwendet. Durch eine „Fokussierung“ kann auch der Ort der Intensitätserhöhung entlang der Strahlausbreitungsrichtung beeinflusst werden. Beispielsweise kann Intensitätsüberhöhung linienförmig ausgebildet sein, wobei sich um die Fokusposition ein Besselförmiger Fokusbereich ergibt, wie er von einem nichtbeugenden Strahl zur Verfügung gestellt werden kann.
Durch die Fokussieroptik kann der Laserstrahl dementsprechend entlang der Ausbreitungsrichtung fokussiert werden. Bei der Fokussierung wird die Intensität des Laserstrahls hin zur Position des
Laserfokus maximiert. In Strahlausbreitungsrichtung vor oder hinter der Position des Laserfokus ist die Intensität des Laserstrahls dementsprechend geringer als in der Position des Laserfokus selbst.
Die Fokusebene der Fokussieroptik ist im mathematischen Idealfall eine Ebene senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung, die vorzugsweise parallel zur Oberfläche des zu bearbeitenden Materials verläuft und in der die Bearbeitung des Materials stattfinden soll. In der praktischen Umsetzung führen die optischen Elemente im Strahlengang jedoch zu geringfügigen Krümmungen und Verzerrungen der Fokusebene, so dass die Fokusebene meistens mindestens lokal gekrümmt ist. Zudem weist der Fokus des Laserstrahls ein endliches Volumen auf, in dem das Material bearbeitet werden kann. Somit ergibt sich durch die Fokussieroptik anstatt einer Fokusebene ein zugängliches Fokusvolumen, in dem eine Materialbearbeitung stattfinden kann. Dies wird im bei einem Fokus oder einer Fokusebene immer mitgedacht.
Durch eine Verschiebung der Position des Laserfokus entlang der Strahlausbreitungsrichtung, beziehungsweise einer Fokussierung, kann somit relativ zu einer Oberfläche eines zu bearbeitenden Materials die Einbringtiefe des Laserstrahls festgelegt werden, wobei die Einbringtiefe durch den Abstand der Fokusposition zur Oberfläche des Materials gegeben ist.
Das strahlformende Element kann vor und/oder nach der Fokussieroptik dem Laserstrahl eine quasi nicht-beugende Strahlform aufprägen. Wenn das strahlformende Element dem Laserstrahl vor der Fokussieroptik eine quasi nicht-beugende Strahlform aufprägt, dann kann über die Fokussierung die Einbringtiefe der Fokuszone in das Material bestimmt werden. Das strahlformende Element kann jedoch auch so ausgestaltet sein, dass es keine nicht-beugende Strahlform erzeugt, sondern sich die quasi nicht-beugende Strahlform erst durch eine Abbildung mit der Fokussieroptik ergibt.
Der Laserstrahl wird von dem Material mindestens teilweise absorbiert, sodass sich das Material beispielsweise thermisch erhitzt oder in einen temporären Plasmazustand übergeht und verdampft und dadurch bearbeitet wird. Insbesondere ist es auch möglich, dass neben linearen Absorptionsprozessen auch nicht-lineare Absorptionsprozesse genutzt werden, die durch die Nutzung hoher Laserenergien zugänglich werden.
Eine Materialbearbeitung kann beispielsweise in einer Mikrostrukturierung des Materials bestehen. Eine Mikrostrukturierung kann bedeuten, dass ein-, zwei- oder dreidimensionale Strukturen oder Muster oder Materialmodifikationen in das Material eingebracht werden sollen, wobei die Größe der Strukturen typischerweise im Mikrometerbereich liegen, beziehungsweise die Auflösung der Strukturen in der Größenordnung der Wellenlänge des verwendeten Laserlichts liegt. Insbesondere
umfasst eine solche Materialbearbeitung auch Prozesse die als Laserbohren oder Laserschneiden oder Laserpolieren bekannt sind.
Eine Bearbeitung des Materials kann aber auch in der Trennung des Materials entlang einer bestimmten Trennlinie bedeuten.
Eine Bearbeitung des Materials kann aber auch das Einbringen von Materialmodifikationen umfassen. Eine Materialmodifikation ist eine im thermischen Gleichgewicht permanente, stoffliche Veränderung des Materials, die ursächlich von der direkten Lasereinstrahlung stammt.
Die Materialmodifikation kann hierbei eine Modifikation der Struktur, insbesondere der kristallinen Struktur und/oder der amorphen Struktur und/oder der mechanischen Struktur, des Materials sein. Beispielsweise kann eine eingebrachte Materialmodifikation in ein amorphes Glasmaterial darin bestehen, dass das Glasmaterial durch eine lokale Erhitzung nur in diesem Bereich eine veränderte Netzwerkstruktur erhält. Eine Materialmodifikation kann insbesondere eine lokale Dichteänderung sein, die auch abhängig vom gewählten Material sein kann.
Eine Bearbeitung des Materials kann auch das Verschweißen von Materialien sein. Hierbei werden die Fügepartner aufeinander angeordnet und der Laserstrahl auf die sich ergebende Grenzfläche fokussiert. Durch ein Aufschmelzen eines oder beider Fügepartner in der Fokuszone kann die entstehende Schmelze die Grenzfläche zwischen den Fügepartnern überbrücken und nach dem Auskühlen eine permanente Verbindung der beiden Fügepartner herstellen.
Die Stärke der Materialbearbeitung hängt unter anderem von der Lage der Fokuszone durch die Fokussieroptik an. Beispielsweise kann die Fokuszone im gesamten Volumen des zu bearbeitenden Materials liegen, oder auf der Oberfläche angeordnet sein. Im ersten Fall kann eine Bearbeitung im Volumen stattfinden, während im zweiten Fall eine Bearbeitung der Oberfläche erfolgen kann.
Der Gesamtabstand des Ausgangs der Hohlkernfaser zum strahlformenden Element kann einstellbar sein, um die Beleuchtung des Eingangs des strahlformenden Elements und damit die Länge der elongierten Fokuszone einzustellen.
Insbesondere hängt die Form des aufgeprägten Strahlprofils von der Art und Weise der Beleuchtung, beispielsweise von dem Durchmesser des Laserstrahls auf dem strahlformenden Element ab. Somit kann über das ein Einstellen des Gesamtabstands der Durchmesser des
Laserstrahls auf dem strahlformenden Element und damit die Form des aufgeprägten Strahlprofils eingestellt werden.
Das strahlformende Element kann ein Axicon oder ein diffraktives optisches Element sein, wobei die Länge der elongierten Laserfokuszone in Strahlausbreitungsrichtung durch den Durchmesser des Laserstrahls auf dem Eingang des strahlformenden Elements bestimmt ist.
Ein Axicon ist ein konisch geschliffenes optisches Element, welches einem Gauß’schen Laserstrahl beim Hindurchtreten ein quasi nicht-beugendes Strahlprofil aufprägen kann. Insbesondere weist das Axicon einen Konuswinkel a auf, der gerechnet wird von der Strahleintrittsfläche zur Mantelfläche des Konus.
Ein diffraktives Element erlaubt ebenfalls, die räumliche Auffächerung des Laserstrahls auf eine vorgegebene Geometrie vorzunehmen.
Der Laserstrahl tritt wie oben beschrieben unter einem Divergenzwinkel aus dem Ausgang der Hohlkernfaser aus, so dass der Durchmesser des Laserstrahls in Strahlausbreitungsrichtung gemäß dem Divergenzwinkel wächst oder schrumpft. Insbesondere weist der Laserstrahl somit nach dem jeweiligen Gesamtabstand einen definierten Strahldurchmesser auf.
Indem der Laserstrahl durch die Strahleintrittsfläche des strahlformenden Elements fällt und in das strahlformende Element dringt, kann über Brechung und/oder Beugung und/oder Reflexion aus dem Laserstrahl ein quasi nicht-beugender Strahl mit elongierter Fokuszone geformt werden.
Beispielsweise kann der Laserstrahl mit dem durch den Gesamtabstand definierten Strahldurchmesser senkrecht auf die Strahleintrittsfläche eines Axicons fallen, wobei das Axicon einen ersten Brechungsindex n1 aufweist. Da der Laserstrahl senkrecht auf die flache Strahleintrittsfläche fällt, wird nahezu die gesamte Energie in das Axicon transmittiert. Insbesondere wird der Laserstrahl jedoch aufgrund des senkrechten Einfalls nicht gebrochen.
Anschließend tritt der Laserstrahl durch die konische Oberfläche des Axicons aus dem Medium des Axicon in das umgebende Medium über, welches einen zweiten Brechungsindex n2 aufweist, welcher für Luft n2=1 ist. Durch den Konuswinkel fällt der Laserstrahl im Axicon unter einem Winkel auf die (innere) Grenzfläche des Axicons, so dass der Laserstrahl hin zur optischen Achse gebrochen wird. Randferne Strahlen benötigen hierbei eine weitere Propagationsstrecke, bis sie die optische Achse zu schneiden, als randferne Strahlen. Hierdurch wird der Laserstrahl derart umgeformt, dass der Laserstrahl hinter dem Axicon eine elongierte Fokuszone aufweist. Die Länge
der elongierten Fokuszone hängt hierbei ab vom Durchmesser des einfallenden Laserstrahls sowie vom Brechungsindex des Axicons und dem Konuswinkel. Dies ergibt sich näherungsweise aus dem Snellius’schen Brechungsgesetz.
Das strahlformende Element kann zusätzlich mindestens einen Teil der Linsenvorrichtung ausbilden und eine weitere optisch abbildende Eigenschaft aufweisen, beispielsweise eine zumindest abschnittsweise sphärisch geformte Seite aufweisen, die gegen die Strahlausbreitungsrichtung orientiert ist, um den Divergenzwinkel des ausgekoppelten Laserstrahls beim Durchgang durch das strahlformende Element zu beeinflussen.
Indem das strahlformende Element eine abschnittsweise sphärisch geformte Seite aufweist, kann das strahlformende Element eine linsenähnliche Wirkung aufweisen. Die linsenähnliche Wirkung kann hierbei durch den Krümmungsradius der abschnittsweise sphärisch geformten Seite beeinflusst werden. Linsenähnliche Wirkung bedeutet hierbei, dass der Laserstrahl gebündelt oder gestreut werden kann. Dadurch ist es möglich, weitere optische Elemente im Strahlengang zwischen dem Ausgang der Hohlkernfaser und dem strahlformenden Element zu vermeiden.
Indem die abschnittsweise sphärisch geformte Seite des strahlformenden Elements gegen die Strahlausbreitungsrichtung orientiert ist, ist die Seite des strahlformenden Elements, welches hauptsächlich die Strahlformung vornimmt entgegen der Strahlausbreitungsrichtung orientiert. Dadurch erfährt der Laserstrahl erst eine Bündelung, Zerstreuung oder Kollimation, bevor der Laserstrahl geformt wird. Dementsprechend kann sicher der dadurch beeinflusste Laserstrahldurchmesser auf die Länge der elongierten Fokuszone auswirken.
Das strahlformende Element kann zur Ausbildung einer optisch abbildenden Eigenschaft alternativ oder zusätzlich eine diffraktive Mikrostruktur auf einer Oberfläche, beispielsweise der gegen die Strahlausbreitungsrichtung orientierten Seite des strahlformenden Elements, und/oder eine diffraktive Mikrostruktur im Volumen des strahlformenden Elements aufweisen. Mittels der diffraktiven Mikrostruktur können beispielsweise die oben bezüglich der sphärisch geformten Seite des strahlformenden Elements genannten Effekte erreicht werden.
Eine optisch abbildende Eigenschaft kann jedoch auch darin bestehen, dass das strahlformende Element auch die Funktion einer Phasenmaske aufweist. Beispielsweise kann ein diffraktives optisches Element die Strahlformung und Kollimation des Laserstrahls gleichzeitig und kombiniert übernehmen. Es ist aber auch möglich, dass die Rückseite eines Axicons mit einer Fresnel-Linse kombiniert ist, eine solche Linse in das Axicon geschrieben oder geätzt ist.
Es ist aber auch möglich, dass eine Asphäre oder einer Freiformfläche mit einseitiger Strukturierung als strahlformendes Element mit optisch abbildender Eigenschaft verwendet wird, beziehungsweise, dass eine Asphäre oder eine Freiformfläche mit einem strahlformenden Element zu einem strahlformenden Element mit optisch abbildender Eigenschaft kombiniert wird.
Die Linsenvorrichtung kann dazu eingerichtet sein den Divergenzwinkel des ausgekoppelten Laserstrahls einzustellen, wobei die Linsenvorrichtung zwischen dem Ausgang der Hohlkernfaser und dem Eingang des strahlformenden Elements in einem ersten Abstand angeordnet ist und die Linsenvorrichtung eine erste Linse umfasst, wobei die erste Linse eine erste Brennweite aufweist und die erste Linse in einem ersten Abstand zum Ausgang der Hohlkernfaser positioniert ist, wobei der erste Abstand fix ist oder eingestellt werden kann.
Die Brennweite der Linse ist hierbei die Länge auf der optischen Achse, nach der ein parallel eingehender Laserstrahl fokussiert ist.
Der Abstand zwischen der ersten Linse der Linsenvorrichtung und dem strahlformenden Element ist die Differenz aus Gesamtabstand und erstem Abstand. Hierbei ist die erste Linse in Strahlausbreitungsrichtung in einem ersten Abstand zum Ausgang der Hohlkernfaser positioniert, sodass die erste Linse den Laserstrahl aus der Hohlkernfaser sammelt, streut oder kollimiert. Insbesondere ist es möglich über den ersten Abstand einzustellen, ob der Divergenzwinkel des Laserstrahls aus der Hohlkernfaser vergrößert oder verkleinert werden soll. Es kann aber auch sein, dass der erste Abstand fix eingestellt ist, sodass der erste Abstand in seiner Größe nicht eingestellt werden kann.
Das hat den Vorteil, dass über die Linsenvorrichtung der Divergenzwinkel des Laserstrahls nach der Linsenvorrichtung eingestellt werden kann und somit über den Abstand zwischen der ersten Linse und dem Eingang des strahlformenden Elements und dem Divergenzwinkel der Durchmesser des Laserstrahls auf dem strahlformenden Element eingestellt werden kann.
Die erste Linse kann eine Streulinse sein.
Dadurch kann erreicht werden, dass der Divergenzwinkel des Laserstrahls aus dem Eingang der Hohlkernfaser vergrößert wird.
Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass der Laserstrahl nach kürzerer Propagation bereits den gewünschten Strahldurchmesser aufweist. Dadurch kann insbesondere die Baugröße des optischen Systems reduziert werden.
Dadurch kann erreicht werden, dass die Eigenschaften des Laserstrahls an die optischen Eigenschaften der nachfolgenden Linsenvorrichtung optimal angepasst werden können.
In Strahlrichtung hinter der ersten Linse kann eine Strahlteileroptik angeordnet sein, die dazu eingerichtet ist einen Teil des Laserstrahls von der Strahlrichtung abzulenken.
Eine Strahlteileroptik kann beispielsweise ein Strahlteilerwürfel sein oder eine Strahlteilerplatte, wobei beim Durchgang des Laserstrahls durch die Strahlteileroptik der Laserstrahl in mindestens zwei Teillaserstrahlen aufgespalten wird. Die beiden Teilstrahlen können dieselbe Intensität oder unterschiedliche Intensitäten aufweisen, je nach Teilungsverhältnis der Strahlteileroptik.
Insbesondere kann die Strahlteileroptik so angeordnet sein, dass lediglich ein Teil des Laserstrahls von der Strahlrichtung abgelenkt wird, während der andere Teil weiterhin entlang der ursprünglichen Strahlrichtung propagiert.
Der abgelenkte Strahlteil des Laserstrahls kann mindestens einem weiteren strahlformenden Element und mindestens einerweiteren Bearbeitungsoptik zugänglich gemacht werden.
Dadurch ist es möglich, dass der Laserstrahl, der von dem Ultrakurzpulslaser zur Verfügung gestellt wird, aufgespalten wird und so die Bearbeitung des Materials an verschiedenen Stellen über die Teillaserstrahlen ermöglicht wird. Alternativ kann ein weiteres Material oder ein weiteres Werkstück gleichzeitig bearbeitet werden.
Die Linsenvorrichtung kann zusätzlich eine zweite Linse aufweisen und die zweite Linse kann in einem zweiten Abstand in Strahlrichtung hinter der ersten Linse zur ersten Linse positioniert sein, wobei der zweite Abstand fix ist oder eingestellt werden kann.
Der zweite Abstand wird insbesondere relativ zur Position der ersten Linse gemessen, sodass der Abstand der zweiten Linse zum strahlformenden Element gegeben ist durch die Differenz des Gesamtabstands sowie der Summe der ersten und zweiten Abstände.
Durch die Linsenvorrichtung, die eine erste Linse und eine zweite Linse umfasst, ist es insbesondere möglich eine optische Anordnung herzustellen, die wie ein Teleskop wirkt. Insbesondere sind dadurch vergrößernde und verkleinernde optische Abbildungen möglich. Dadurch kann erreicht werden, dass der Durchmesser des Laserstrahls auf dem strahlformenden Element genau eingestellt werden kann. Des Weiteren ist durch die zwei Linsen der Linsenvorrichtung eine genauere Anpassung des Divergenzwinkels des Laserstrahls möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der erste Abstand fix sein, wobei der erste Abstand gleich der ersten Brennweite ist und dadurch der Laserstrahl von der ersten Linse kollimiert wird, wobei zum Einstellen des Durchmessers des Laserstrahls auf dem strahlformenden Element die erste Linse gegen eine weitere erste Linse mit einer weiteren ersten Brennweite getauscht wird, die weitere erste Linse in einem weiteren ersten Abstand vor dem Ausgang der Hohlkernfaser angeordnet wird, der weitere erste Abstand gleich der weiteren ersten Brennweite ist, und dadurch der Laserstrahl von der weiteren ersten Linse kollimiert wird.
Dies hat den Vorteil, dass jeweils die erste Linse und die weitere erste Linse in dem ersten Abstand beziehungsweise dem weiteren ersten Abstand den Laserstrahl kollimieren, so dass nach dem Gesamtabstand ein definierter Strahldurchmesser auf dem strahlformenden Element erreicht ist. Indem die ersten Abstände jeweils fix sind und somit insbesondere nicht eingestellt werden können, werden justagekritische Elemente wie beispielsweise ein Teleskop mit Positionsänderungsmöglichkeit der Linsen oder justierbarer Objektive nicht benötigt.
Indem die ersten Linsen in verschiedenen Abständen hinter dem Ausgang der Hohlkernfaser angeordnet sind und der Divergenzwinkel der Hohlkernfaser konstant ist, variiert der Strahldurchmesser, unter dem der Laserstrahl auf die ersten Linsen fällt. Indem jedoch der Abstand der ersten Linsen zur Hohlkernfaser jeweils gleich den ersten Brennweiten ist, wird in beiden Fällen der Laserstrahl kollimiert, wobei der Durchmesser des kollimierten Laserstrahls auf dem strahlformenden Element dem Durchmesser des Laserstrahls auf den ersten Linsen entspricht.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform kann der erste Abstand einstellbar sein, wobei durch das Einstellen des ersten Abstands der Divergenzwinkel des Laserstrahls aus der Hohlkernfaser eingestellt wird, wobei der zweite Abstand einstallbar sein kann und so eingestellt wird, dass der Brennpunkt der zweiten Linse mit dem Punkt zusammenfällt, dem der Laserstrahl mit dem eingestellten Divergenzwinkel scheinbar entspringt, wobei die zweite Linse dazu eingerichtet ist den divergenten Laserstrahl zu kollimieren, und durch das Einstellen des ersten Abstands und des zweiten Abstands der Durchmesser des Laserstrahls auf dem strahlformenden Element eingestellt werden kann.
Insbesondere trifft der divergente Laserstrahl aus dem Ausgang der Hohlkernfaser nach dem ersten Abstand auf die erste Linse, wodurch die Divergenz des Laserstrahls entsprechend geändert wird. Die zweite Linse ist in dem Abstand angebracht, sodass der Brennpunkt der zweiten Linse in dem Punkt liegt in dem der Laserstrahl für die zweite Linse scheinbar entspringt. Der Abstand der zweiten Linse wird dementsprechend auf den Divergenzwinkel des Laserstrahls durch die erste
Linse angepasst. Soll die Länge der Fokuszone variiert werden, so wird sowohl der erste Abstand der ersten Linse als auch der zweite Abstand der zweiten Linse geändert.
Dadurch kann eine einfache Einstellung des Strahldurchmessers auf dem strahlformenden Element erreicht werden.
Beispielsweise kann die Divergenz beziehungsweise die numerische Apertur NA aus der Hohlkernfaser 0,02 betragen. Die erste Linse kann eine Brennweite f1 von -200 mm aufweisen und in einem Abstand von 33,7 mm zum Ausgang der Hohlkernfaser angeordnet sein. Eine zweite Linse kann einer Brennweite F2 gleich 150 mm aufweisen und in einem Abstand von -121 ,2 mm zur ersten Linse positioniert sein. Somit ergibt sich näherungsweise ein kollimierter Strahldurchmesser von 7,5 mm hinter der zweiten Linse. Wird der erste Abstand auf 118,3 mm verändert und der zweite Abstand auf 75,5 mm verändert, so entsteht ebenfalls ein kollimierter Teilstrahl, jedoch mit einem Strahldurchmesser von 10,2 mm.
Wird lediglich eine der beiden Linsen bewegt, so führt dies zu einem divergenten oder einem konvergenten Laserstrahl. Dementsprechend wird der Strahldurchmesser größer, wenn der erste Abstand vergrößert wird.
Eine kompaktere Bauweise kann hierbei zusätzliche realisiert werden, indem die Divergenz der Hohlkernfaser durch eine vor der ersten Linse positionierte weitere Linse zur Erhöhung der Divergenz positioniert wird.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Gesamtabstand einstellbar sein, wobei durch das Einstellen des Gesamtabstands der Durchmesser des Laserstrahls auf dem strahlformenden Element eingestellt werden kann.
Beispielsweise kann das strahlformende Element hierzu eine optisch abbildende Eigenschaft aufweisen. Beispielsweise kann das strahlformende Element ein Axicon sein und eine zumindest abschnittsweise sphärisch geformte Seite aufweisen, die gegen die Strahlausbreitungsrichtung orientiert ist, um den Divergenzwinkel des ausgekoppelten Laserstrahls beim Durchgang durch das Axicon zu beeinflussen. Es kann aber auch sein, dass das strahlformende Element ein diffraktives optisches Element ist, wobei die Linsenwirkung mit in das diffraktive optische Element geschrieben ist, sodass es sowohl eine Linsenwirkung als auch eine strahlformende Wirkung aufweist.
Beispielsweise kann der Radius der Rückseite der Sphäre des Axicons 75mm mm betragen. Dies kann zu einem kollimierten Laserstrahl führen, der einen Strahldurchmesser von näherungsweise
6,5 mm aufweist, wobei der Abstand des Ausgangs der Hohlkernfaser zum strahlformenden Element dem doppelten Radius entspricht und somit 150 mm beträgt. Bei einer Verschiebung des Axicons ist der Laserstrahl nicht mehr kollimiert, sondern divergent, so dass es zu einer Änderung der Länge der Fokuszone durch das strahlformende Element kommt. Beispielsweise wird die Fokuszone kürzer, wenn der Abstand der Hohlkernfaser zum Axicon kürzer wird. Umgekehrt wird die Fokuszone länger, wenn der Abstand der Hohlkernfaser zum Axicon länger wird.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform kann der erste Abstand fix sein, der Gesamtabstand kann einstellbar sein und durch das Einstellen des Gesamtabstands kann der Durchmesser des Laserstrahls auf dem strahlformenden Element eingestellt werden.
Beispielsweise kann der divergente Strahl aus dem Ausgang der Hohlkernfaser mit beispielsweise NA = 0,02 auf die erste Linse treffen. Diese weist einen ersten fixen Abstand zum Ausgang der Hohlkernfaser auf. Zur Anpassung der Länge der Fokuszone wird der Gesamtabstand zwischen strahlformendem Element und Ausgang der Hohlkernfaser variiert.
Beispielsweise kann der erste Abstand 41 mm betragen, wobei die erste Brennweite 56 mm betragen kann. Der Gesamtabstand kann 241 mm betragen, sodass der Abstand zwischen der ersten Linse und dem strahlformenden Element 200 mm beträgt. Der Strahldurchmesser auf dem strahlformenden Element beträgt in diesem Fall in guter Näherung 4 mm. Wird der Gesamtabstand auf 441 mm vergrößert, sodass der Abstand zwischen strahlformendem Element und erster Linse 400 mm beträgt, so vergrößert sich der Strahldurchmesser auf rund 6,3 mm.
Die sich aus dem nicht kollimierten Strahl ergebende Beeinflussung der Fokuszone kann durch Verschieben der Fokussieroptik entlang oder entgegen der Strahlausbreitungsrichtung kompensiert werden.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform kann der erste Abstand einstellbar sein und der Gesamtabstand fix sein, wobei durch das Einstellen des ersten Abstands der Durchmesser des Laserstrahls auf dem strahlformenden Element eingestellt wird.
Dadurch kann insbesondere ein gezielt divergenter Teilstrahl erzeugt werden.
Ausgehend von einer möglichen numerischen Apertur der Faser mit NA = 0,02 kann beispielsweise die erste Linse verschoben werden. Der erste Abstand der ersten Linse kann beispielsweise 56 mm betragen, wobei die erste Brennweite ebenfalls 56 mm beträgt. Der Abstand des Ausgangs der Hohlkernfaser zum strahlformenden Element, sprich der Gesamtabstand, kann 256 mm betragen,
sodass sich ein Strahldurchmesser von 2,38 mm auf dem strahlformenden Element ergibt. Wird der erste Abstand auf 46 mm verändert, so vergrößert sich der Strahldurchmesser auf dem strahlformenden Element auf 3,54 mm. Insbesondere wird dadurch klar, dass bei kleiner werdendem ersten Abstand der ersten Linse zum Ausgang der Hohlkernfaser der Strahldurchmesser auf dem strahlformenden Element größer wird und damit die Länge der Fokuszone ebenfalls größer wird.
Die sich aus dem nicht kollimierten Strahl ergebende Beeinflussung der Fokuszone kann durch Verschieben der Fokussieroptik entlang oder entgegen der Strahlausbreitungsrichtung kompensiert werden.
In allen oben beschriebenen unterschiedlichen Ausgestaltungen der Linsenanordnung ist es besonders bevorzugt, die Linsenanordnung mit höchstens zwei Linsen aufzubauen, wobei eine dieser Linsen auch bereits in das strahlformende Element integriert sein kann, beispielsweise in Form einer sphärisch geformten und gegen die Strahlausbreitungsrichtung orientierten Seite oder in Form einer diffraktiven Mikrostruktur auf einer Oberfläche, beispielsweise der gegen die Strahlausbreitungsrichtung orientierten Seite, des strahlformenden Elements, und/oder in Form einer diffraktiven Mikrostruktur im Volumen des strahlformenden Elements. Durch den Aufbau der Linsenanordnung auf diese Weise kann ein einfach zu justierendes System zum Bearbeiten eines Materials bereitgestellt werden, bei dem eine Einstellung der Länge der Fokuszone ermöglicht wird.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 einen schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Axicons und die Erzeugung einer in
Strahlausbreitungsrichtung elongierten Fokuszone;
Figur 3A, B eine schematische Darstellung der Erzeugung unterschiedlicher
Strahldurchmesser nach der ersten Ausführungsform;
Figur 4 einen schematischen Aufbau einer zweiten Ausführungsform;
Figur 5A, B, C eine schematische Darstellung der Erzeugung unterschiedlicher
Strahldurchmesser nach der zweiten Ausführungsform;
Figur 6 einen schematischen Aufbau einer dritten Ausführungsform;
Figur 7 eine schematische Darstellung eines Axicons mit abschnittsweiser sphärischer Rückseite;
Figur 8 einen schematischen Aufbau einer vierten Ausführungsform;
Figur 9 einen schematischen Aufbau einer fünften Ausführungsform; und
Figur 10A, B, C, D eine schematische Darstellung quasi nicht-beugender Strahlen.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In den folgenden Figuren werden als strahlformende Elemente 6 lediglich Axicone gezeigt, jedoch sollen diese repräsentativ für weitere strahlformende Elemente verstanden werden, insbesondere für Axicon, diffraktive optische Elemente, generalisierte Axicone oder reflektive Axicone.
In Figur 1 ist schematisch eine erste Ausführungsform eines Systems 1 zum Bearbeiten eines Materials 2 mittels ultrakurzer Laserpulse eines Ultrakurzpulslasers 3 gezeigt.
Das System 1 umfasst entsprechend einen Ultrakurzpulslaser 3, der einen Laserstrahl 32 aus ultrakurzen Laserpulsen 30 zur Verfügung stellt. Der Laserstrahl 32 wird über eine Einkoppeloptik 41 in den Eingang 40 einer Hohlkernfaser 4 eingekoppelt. Die Hohlkernfaser 4 kann hierbei den eingekoppelten Laserstrahl nahezu verlustfrei zum Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 weiterleiten. Dadurch ist es insbesondere möglich, dass die Erzeugung des Laserstrahls 32 in dem stationären Ultrakurzpulslaser 3 von den eigentlichen, später beschriebenen, optischen Elementen 6, 7, 8, 9 des Systems 1 räumlich getrennt stattfindet.
Am Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 koppelt der Laserstrahl 32 unter einem Divergenzwinkel a aus der Hohlkernfaser 4 aus. Eine erste Linse 81 einer Linsenvorrichtung 8 erfasst den Laserstrahl 32
und formt ihm den optischen Eigenschaften der Linse 81 entsprechend um. Dies kann bedeuten, dass der Divergenzwinkel a des Laserstrahls 32 durch die erste Linse 81 angepasst, beispielsweise reduziert, wird.
Der Laserstrahl 32 fällt anschließend auf eine Strahlteileroptik 9, wobei der Laserstrahl 32 in einen ersten Teillaserstrahl 32 und einen zweiten Teillaserstrahl 32‘ aufgespalten wird. Der erste Teillaserstrahl 32 wird weitergeleitet zu einem strahlformenden Element 6, welches dazu eingerichtet ist, dem Laserstrahl 32 eine quasi nicht-beugende Strahlform mit in Strahlausbreitungsrichtung elongierter Fokuszone 320 aufzuprägen. Der quasi nicht-beugende Laserstrahl 320 wird anschließend durch eine Fokussieroptik 7 weitergeleitet, wobei die Fokussieroptik 7 aus einer Anordnung von Linsen bestehen kann und insbesondere die Länge des Laserfokus auf diese Weise einstellt. Dadurch kann insbesondere die Eindringtiefe der Fokuszone 322 des Laserstrahls 32 bestimmt werden.
Die Fokussieroptik 7 kann insbesondere ein Teleskop sein, welches den nicht-beugenden Strahl abbildet, wodurch der transversale Durchmesser und die Länge in Strahlausbreitungsrichtung der elongierten Fokuszone 322 eingestellt werden können. Die Position des nicht-beugenden Strahls in Strahlausbreitungsrichtung in oder auf dem Werkstück wird typischerweise durch Verfahren der Fokussieroptik 7 und des strahlformenden Elements 6 eingestellt, wobei der Laserstrahl 32 hierbei bevorzugt kollimiert ist.
Das Material 2 absorbiert mindestens teilweise die von dem Laserstrahl 32 zur Verfügung gestellte Energie. Durch lineare Absorption oder nicht-lineare Absorptionsmechanismen kann hierbei das Material 2 erwärmt werden oder photomechanisch abgetragen werden, so dass eine Materialbearbeitung stattfindet. Hierbei entspricht die Form des Bearbeitungsbereiches des Materials insbesondere der Form der Fokuszone 322 des quasi nicht-beugenden Laserstrahls 320.
In der vorliegenden Ausführungsform der Figur 1 umfasst die Linsenvorrichtung 8 lediglich eine erste Linse 81 , welche in einem variablen Abstand x1 in Strahlrichtung hinter dem Ausgang der Hohlkernfaser 42 angeordnet ist. Die erste Linse 81 weist hierbei eine erste Brennweite f1 auf. Je nach Größe des ersten Abstands x1 zwischen erster Linse 81 und Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 kann der Divergenzwinkel a des Laserstrahls 32 eingestellt werden. Insbesondere kann die erste Linse 81 im Abstand der ersten Brennweite f1 hinter dem Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 angeordnet werden, sodass die erste Linse 81 den Laserstrahl 32 kollimiert. Sobald der Laserstrahl 32 kollimiert ist bedeutet dies, dass die Randstrahlen des Laserstrahls 32 parallel zueinander
verlaufen, sodass bei der weiteren Propagation des Laserstrahls 32 von der ersten Linse 81 zum strahlformenden Element 6 einen konstanten Durchmesser D aufweist.
Der Durchmesser D auf dem strahlformenden Element 6 bestimmt die Größe der in Strahlausbreitungsrichtung elongierten Fokuszone 322 des Laserstrahls 320 hinter dem strahlformenden Element 6. Somit kann insbesondere durch eine Variation des Durchmessers D des Laserstrahls 32 auf dem strahlformenden Element 6 die Größe der in Strahlausbreitungsrichtung elongierten Fokuszone 322 des Laserstrahls 320 hinter dem strahlformenden Element e beeinflusst werden.
Insbesondere kann in dieser ersten Ausführungsform der Laserstrahl 32 beim Strahlteiler 9 in einen ersten Teillaserstrahl 32, der zu dem bereits beschriebenen strahlformenden Element 6 geleitet wird, und einen zweiten Teillaserstrahl 32‘ aufgeteilt werden, der zu einem weiteren strahlformenden Element 6‘ und einerweiteren Fokussieroptik 7‘ weitergeleitet wird.
In Figur 2 ist schematisch gezeigt, wie der Strahldurchmesser D am strahlformenden Element 6 die Länge L der in Strahlausbreitungsrichtung elongierten Fokuszone 322 bestimmt. Dargestellt ist sehr schematisch als strahlformendes Element 6 ein Axicon 62. Das Axicon 62 ist ein konisch aufgebautes optisches Element, welches im vorliegenden Fall eine flache Rückseite 622 aufweist, die entgegen der Strahlausbreitungsrichtung orientiert ist beziehungsweise dem Laserstrahl 32 zugewandt ist. Das Axicon 62 weist des Weiteren eine Konus-förmige Mantelfläche 620 auf, wobei der Konus mit der flachen Rückseite des Axicons 62 einen Winkel ß einschließt. Der parallele Laserstrahl 32 wird bei senkrechtem Einfall auf die flache Rückseite des Axicons 62 ungebrochen weiter durch das Material des Axicons geleitet. Jedoch trifft der Laserstrahl 32 schließlich auf die konisch geformte Seite des Axicons 62, sodass der Laserstrahl 32 mit der Flächennormale des Axicons 62 den Winkel ß einschließt. Dementsprechend wird gemäß des Snellius'schen Brechungsgesetzes beim Übergang des Laserstrahls vom Axicon 62 in das umgebende Medium der Laserstrahl 32 gebrochen. Da der Übergang des Laserstrahls 32 vom optisch dichteren Medium, sprich im Axicon 62, beispielsweise in Luft stattfindet, wird der Laserstrahl 32 zur optischen Achse hin gebrochen. Da das Axicon 62 rotationssymmetrisch aufgebaut ist, folgt daraus, dass über den kompletten Durchmesser des Axicons 62 eine Brechung des Laserstrahls hin zur optischen Achse 624 erfolgt. Aus grundlegenden trigonometrischen Überlegungen ergibt sich schließlich, dass über den Brechungswinkel y und den Durchmesser D des einfallenden Laserstrahls 320 die Länge L der Zone gegeben ist, in der eine künstliche Intensitätsüberhöhung durch das Axicon 62 erzeugt wird.
In den Figuren 3A und 3B ist beispielhaft gezeigt, wie mit der ersten Ausführungsformen der Figur 1 der Durchmesser des Laserstrahls auf dem strahlformenden Element 6 eingestellt werden kann.
In Figur 3A ist eine erste Linse 81 in einem Abstand x1 zum Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 angeordnet. Der erste Abstand x1 entspricht hierbei der ersten Brennweite f1 der ersten Linse 81 . Dadurch wird der von der Hohlkernfaser 4 ausgehende divergierende Laserstrahl 32 in einen parallelen Laserstrahl 32 umgeformt. Der Durchmesser D des Laserstrahls 32 am strahlformenden Element 6 ergibt sich hierbei aus dem Divergenzwinkel a des Laserstrahls von der Hohlkernfaser 4 und der Brennweite f1 der ersten Linse 81 .
In Figur 3B wird die erste Linse 81 durch eine weitere erste Linse 81 ‘ ersetzt. Die weitere erste Linse 81 ‘ weist eine weitere Brennweite f 1 ‘ auf. Um einen parallelen Laserstrahl 32 aus dem divergenten Laserstrahl 32 der Hohlkernfaser 4 zu formen, muss die weitere erste Linse 81 ‘ in einem weiteren ersten Abstand x1 ‘ hinter dem Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 angeordnet werden. Da die Divergenz des Laserstrahls hinter dem Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 unabhängig von der Brennweite der Linse ist, wird durch die unterschiedlichen Abstände x1 , x1 ‘ ein anderer Durchmesser D‘ des Laserstrahls 32 auf der ersten Linse 81 ‘ erzeugt. Da der Laserstrahl 32 nach dem Durchgang durch die erste Linse 81 ‘ parallel verläuft, entspricht der Durchmesser D‘ des Laserstrahls 32 auf dem strahlformenden Element 6 dem Durchmesser D‘ des Laserstrahls 32 auf der ersten Linse 81 ‘.
Durch die Variation des Durchmessers D, D‘ des Laserstrahls 32 auf dem strahlformenden Element 6 wird die Länge L der elongierten Fokuszone 322 variiert.
In Figur 4 ist eine zweite Ausführungsform des Systems 1 gezeigt. Hierbei ist in Strahlausbreitungsrichtung hinter dem Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 eine Linsenvorrichtung 8 angeordnet, welche zwei Linsen 81 , 82 umfasst. Sowohl der Abstand der ersten Linse 81 , die in einem ersten Abstand x1 zum Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 angeordnet ist, als auch der Abstand der zweiten Linse 82, die in einem zweiten Abstand x2 zur ersten Linse 81 angeordnet ist, können variiert werden.
Die erste Linse 81 hat in diesem Fall die Aufgabe den Divergenzwinkel a des austretenden Laserstrahls 32 aus dem Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 anzupassen. Insbesondere kann der Divergenzwinkel a des Laserstrahls 32 nach der ersten Linse 81 variiert werden, indem der erste Abstand x1 zum Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 angepasst wird. Die zweite Linse 82 wird in besagtem Falle in einem Abstand x2 zur ersten Linse 81 angeordnet, sodass der Brennpunkt der
zweiten Linse 82 mit dem Punkt zusammenfällt dem der Laserstrahl 32 aus Sicht der zweiten Linse
82 scheinbar entspringt. Dadurch wird insbesondere relativ zur Position der ersten Linse 81 eine Kollimation des Laserstrahls 32 nach der zweiten Linse 82 erreicht.
In den Figuren 5A, 5B, 5C sind verschiedene Szenarien der zweiten Ausführungsformen gezeigt.
In Figur 5A fällt der Laserstrahl 32 aus dem Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 nach dem Abstand x1 auf eine erste Linse 81 der Linsenvorrichtung 8, wobei die erste Linse 81 eine Streulinse ist. Die Streulinse bewirkt, dass der Divergenzwinkel a des Laserstrahls 32 vergrößert wird. Dadurch wird ein größerer Durchmesser D des Laserstrahls auf der zweiten Linse 82 der Linsenvorrichtung 8 nach einem kürzeren Abstand x2 erreicht. Dadurch ist es insbesondere möglich, dass der Laserstrahl 32 bereits nach einem kürzeren Gesamtabstand xG kollimiert ist, so dass die optische Baulänge des Systems insgesamt reduziert werden kann (nicht gezeigt). Die zweite Linse 82 ist hierbei in einem Abstand x2 zur ersten Linse 81 angeordnet, wobei der Abstand x2 ungleich der Brennweite F2 ist. Insbesondere ist der Abstand x2 so gewählt, dass der Brennpunkt der Linse 82 mit dem Punkt zusammenfällt, in dem der Laserstrahl 32 aus Sicht der zweiten Linse 82 scheinbar entsteht. Dieser Punkt kann insbesondere zwischen der Streulinse 81 und dem Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 liegen.
In Figur 5B ist die zweite Ausführungsform in einem Beispiel gezeigt, bei dem beide Linsen 81 , 82 der Linsenvorrichtung 8 Sammellinsen sind, die typischerweise den Divergenzwinkel a des Laserstrahls verkleinern. Insbesondere ist die erste Linse 81 im Abstand x1 zum Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 angeordnet, wobei die zweite Linse 82 im Abstand x2 zur ersten Linse 81 angeordnet ist. Die erste Linse 81 kollimiert den Laserstrahl 32 hierbei nicht. Eine Kollimation des Laserstrahls 32 findet erst durch die zweite Linse 82 statt. Dadurch ist es insbesondere möglich den Durchmesser D des Laserstrahls 32 auf dem strahlformenden Element 6 genau einzustellen.
In Figur 5C ist die Situation gezeigt, in der die erste Linse 81 der Linsenvorrichtung 8 in einem geringen Abstand x1 ’ hinter dem Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 angeordnet ist, als in Figur 5B. Da die Abstände x1 sowie x1’ unterschiedlich sind, sind die erzeugten Strahldurchmesser D, D‘ auf den ersten Linsen 81 , 81 ‘ unterschiedlich. Die zweiten Linsen 82, 82’ kollimieren den Laserstrahl 32 entsprechend. Durch die unterschiedliche Ausleuchtung der ersten und zweiten Linsen 81 , 82 werden somit in den Figuren 5B und 5C unterschiedliche Strahldurchmesser D, D‘ auf dem strahlformenden Element 6 erzeugt.
In Figur 6 ist eine dritte Ausführungsform gezeigt, in der das strahlformende Element 6 eine weitere optisch abbildende Eigenschaft aufweist. Insbesondere ist in der Ausführungsformen ein Axicon 62 gezeigt, welches eine mindestens abschnittsweise sphärische Rückseite 622 aufweist. Mit anderen Worten weist das strahlformende Element 6 auch eine Linsenvorrichtung 8 in Form der sphärischen Rückseite 622 auf.
In dieser Ausführungsform kann der Gesamtabstand xG zwischen dem Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 und dem strahlformenden Element 6 variiert werden, um den Strahldurchmesser D des Laserstrahls 32 auf dem strahlformenden Elemente 6 einzustellen. Der Strahldurchmesser D ist hierbei insbesondere direkt durch den Divergenzwinkel a der Hohlkernfaser 4 und dem Gesamtabstand xG gegeben. Die abschnittsweise sphärisch ausgebildete Rückseite 622 des Axicons hat beispielsweise die Aufgabe, den Laserstrahl 32 zumindest teilweise zu kollimieren, oder aber in eine geeignete Bahn zu lenken, sodass eine anschließende Fokussieroptik 7 den Laserstrahl 320 entsprechend in das Material 2 einbringen kann.
In Figur 7 ist eine schematische Detailzeichnung eines Axicons 62 wie aus dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 mit abschnittsweise sphärischer Rückseite 622 gezeigt. Der Laserstrahl 32 fällt mit einem Divergenzwinkel a auf die sphärische Rückseite 622 des Axicons 62. Die sphärische Rückseite 622 ermöglicht in einem geeigneten Abstand xG eine Kollimation des Laserstrahls 32 im Medium des Axicons, sodass eine elongierte Fokuszone 322 auf der optischen Achse 624 des Axicons 62 erzeugt wird.
Sollte das Axicon 62 nicht in einem Abstand x1 angeordnet sein, dass die Strahlen in dem Axicon 62 nicht parallel verlaufen, so kann die Divergenz des Laserstrahls 320 mit einer entsprechenden Fokussieroptik 7 ausgeglichen werden.
Das Axicon 62 kann zur Ausbildung einer optisch abbildenden Eigenschaft alternativ oder zusätzlich eine hier nicht gezeigte diffraktive Mikrostruktur auf einer Oberfläche, beispielsweise der gegen die Strahlausbreitungsrichtung orientierten Rückseite 622 des Axicons 62, und/oder eine hier nicht gezeigte diffraktive Mikrostruktur im Volumen des Axicon 62 aufweisen. Mittels der diffraktiven Mikrostruktur können beispielsweise die oben bezüglich der sphärisch geformten Rückseite 622 des Axicons 62 genannten Effekte erreicht werden und die diffraktive Mikrostruktur kann anstelle der sphärischen Rückseite beispielsweise auf einer flachen Rückseite 622 wie in Figur 2 gezeigt vorgesehen sein.
In Figur 8 ist eine vierte Ausführungsform gezeigt, bei der der erste Abstand x1 der ersten Linse 82 fix ist und der Gesamtabstand xG zwischen strahlformendem Element 6 und Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 eingestellt werden kann.
Der Laserstrahl 32 fällt mit dem Divergenzwinkel a auf die erste Linse 81 . Die erste Linse 81 kann hierbei beispielsweise eine Sammellinse sein, die den Laserstrahl 32 zumindest teilweise kollimiert. Mit anderen Worten kann quasi ein „Vorkollimieren“ des divergenten Laserstrahls 32 durchgeführt werden, beispielsweise, wenn der Divergenzwinkel a für den jeweiligen Aufbau zu groß ist. Über den Abstand zwischen erster Linse 81 und strahlformendem Element 6 kann somit der Durchmesser D des Laserstrahls 32 auf dem strahlformenden Element 6 variiert werden und damit die Länge L der Fokuszone variiert werden.
In Figur 9 ist eine fünfte Ausführungsform gezeigt, bei der die Linsenvorrichtung 8 lediglich eine erste Linse 81 umfasst, welche in einem einstellbaren Abstand x1 zum Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 angeordnet ist. Der Gesamtabstand xG zwischen strahlformendem Element 6 und dem Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 ist in dieser Ausführungsform fix. Dementsprechend kann der Durchmesser D des Laserstrahls 32 auf dem strahlformenden Element 6 dadurch eingestellt werden, dass die erste Linse 81 zwischen dem strahlformenden Element 6 und dem Ausgang 42 der Hohlkernfaser 4 bewegt wird. Dadurch ist es möglich den Durchmesser D des Laserstrahls 32 auf dem strahlformenden Element 6 anzupassen. Eine verbleibende Restdivergenz des Strahls 32 nach dem strahlformenden Element 6 kann durch eine geeignete Anordnung der Fokussieroptik 7 ausgeglichen werden.
Bei allen gezeigten Ausführungen können weitere optische Elemente im Strahlengang dem Axicon nachfolgend angeordnet werden, z.B. Filter, Blenden, Strahlteiler, Keilplatten, doppelbrechende Linsen. Des Weiteren kann die in den Abbildungen gezeigte erst Linse des nachfolgenden Teleskops auch in das Axcion integriert werden.
In Figur 10A ist der Intensitätsverlauf eines quasi nicht-beugenden Laserstrahls 320 gezeigt. Insbesondere ist der quasi nicht-beugende Strahl 320 ein Bessel-Gauß-Strahl. In der transversalen Fokuszone in derx-y Ebene weist der Bessel-Gauß-Strahl eine Radialsymmetrie auf, so dass die Intensität des Laserstrahls nur vom Abstand zur optischen Achse abhängt.
In Figur 10B ist die longitudinale Fokuszone entlang der Strahlausbreitungsrichtung gezeigt. Die Fokuszone 322 ist in Strahlausbreitungsrichtung elongiert und ist etwa 3mm groß. Damit ist die
Fokuszone 322 in Ausbreitungsrichtung deutlich größer als die transversale Fokuszone in der x-y Ebene.
In Figur 10C ist analog zu Figur 10A ein quasi nicht-beugender Strahl gezeigt, dessen transversale Fokuszone nicht-radialsymmetrisch ist. Insbesondere erscheint die transversale Fokuszone in der y-Richtung gestreckt, nahezu elliptisch, so dass hier eine lange und eine kurze Hauptachse der transversalen Fokuszone vorliegt im gezeigten Beispiel weißt die lange Hauptachse eine Ausdehnung von etwa 3 pm auf.
In Figur 10D ist ein Querschnitt in der x-z Ebene durch die longitudinale Fokuszone des quasi nichtbeugenden Strahls gezeigt. Die Ausdehnung der Fokuszone entlang der z-Achse beträgt etwa 3mm. Dementsprechend weist auch der quasi nicht-beugende Strahl eine in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone 322 auf.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezuqszeichenliste
1 System
2 Material
3 Laser
30 Laserpulse
32 Laserstrahl
320 nicht-beugender Strahl
322 elongierter Fokusbereich
4 Hohlkernfaser
40 Eingang der Hohlkernfaser
41 Einkoppeloptik
42 Ausgang der Hohlkernfaser
6 strahlformendes Element
62 Axicon
620 Mantelfläche
622 Rückseite
624 optische Achse
7 Fokussieroptik
8 Linsenvorrichtung
81 erste Linse
82 zweite Linse
83 weitere Linse
9 Strahlteileroptik a Divergenzwinkel x1 erster Abstand x2 zweiter Abstand xG Gesamtabstand
L Länge der Fokuszone
D Durchmesser des Laserstrahls d Durchmesser der Fokuszone f1 erste Brennweite f2 zweite Brennweite