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Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserstrahlung sowie Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Method of laser processing, especially to excavate or displace material at a surface of interaction, focuses to beam waist but induces optical aberration causing controlled divergences from beam axis
: Petring, D.; Schneider, F.; Schulz, W.; Niessen, M.

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DE 102007024700 A: 20070525
DE 102007024700 A: 20070525
Patent, Elektronische Publikation
Fraunhofer ILT ()

(A1) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserstrahlung, bei dem die unfokussierte Laserstrahlung durch eine Fokussieroptik auf einen kleineren Strahlquerschnitt fokussiert wird, die optische Achse der fokussierten Laserstrahlung, als Strahlachse bezeichnet, auf die Materialoberflaeche gerichtet wird, die aus der Fokussierung resultierende Strahltaille der fokussierten Laserstrahlung im Bereich der sich ausbildenden Wechselwirkungsflaeche von Laserstrahlung und Material gehalten wird, die Laserstrahlung auf der Wechselwirkungsflaeche teilweise absorbiert wird, so dass die Wechselwirkungsflaeche durch induzierten Materialabtrag oder induzierte Materialverdraengung und damit auch die Laserstrahlung in das Material eindringt, wobei der Abstand der Strahltaille von der Ober- oder Unterseite der Wechselwirkungsflaeche in axialer Richtung maximal dem dreifachen Wert der Eindringtiefe der Wechselwirkungsflaeche in das Material entspricht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fokussierung derart erfolgt, dass Anteile der Laserstrahlung nicht nur in Ausbreitungsrichtung nach der Strahltaille, sondern auch in der Strahltaille und/oder auch in Ausbreitungsrichtung vor der Strahltaille divergent gemacht und somit von der Strahlachse weg gerichtet werden, und dass diese Anteile und Divergenzwinkel groesser als diejenigen der Auswirkungen von Abbildungsfehlern sind, die mit Standardoptiken unbeabsichtigt entstehen und in Kauf genommen werden. Weiterhin betrifft die ...


DE 102007024700 A1 UPAB: 20081217 NOVELTY - Focusing is effected to form a beam waist. Fractions of the beam (7) are deflected to diverge from the axis (4) at, ahead of and/or after the beam waist, hence being directed away from the beam axis. The fractions and their angles of divergence exceed those resulting from imaging errors arising inevitably with standard optics and which can be taken into account. DETAILED DESCRIPTION - The increased angles of divergence are used to reduce the angles of incidence on the surface of interaction (8), in this way increasing surface absorption and reducing variation of absorption with fluctuations in angle of incidence. Such divergences are produced internally or externally to the laser, using one or more beam-forming optics. They are achieved in one or more ways, as follows. The beam-forming optic has increased aberration. It has correspondingly-increased positive- or negative spherical aberrations and/or chromatic aberrations. Diffractive and/or diffusive optical elements are employed. The optical elements are solid, liquid and/or gaseous materials or media, with transmissive and/or refractive properties. Concave and convex optical interfaces achieve the aberration. The optic causing aberration, simultaneously collimates and/or focuses the beam. At least one aspherical surface is used. The optic is an axicon (conical lens) or Fresnel optic. Aberration is formed by one or more optics having a refractive index varying laterally and/or axially. The optic is adaptive, permitting the degree of aberration and/or the lateral and/or axial distribution of aberration to be adjusted. A control unit adjusts and matches working parameters during operation. These include: type of material (1), material thickness, operating velocity and/or laser power. The optic adjusts the maximum angle of divergence to form spatial power density distributions. These are ring- or top-hat distributions at the surface of interaction. AN INDEPENDENT CLAIM IS INCLUDED FOR corresponding equipment. USE - A method of focused laser beam processing, especially intended to remove or displace material at a surface of interaction. ADVANTAGE - The new method leads to partial absorption of the beam at the surface of interaction, to remove or displace material. The beam is formed in the interaction zone, in such a way that processing efficiency and stability, exceed those achievable by current techniques. Taking the example of cutting, the groove produced can be deeper for a given width. Excessive cutting width is avoided. All process parameters are optimized simultaneously by the control system, resulting in an increase of processing quality by avoidance of subjective errors.