用于加工材料的设备的制作方法

1.本发明涉及一种用于借助于超短脉冲激光器的超短激光脉冲来加工材料并且特别是将材料微结构化的设备，其特别是用于结合具有高数值孔径的加工光学器件的应用。


背景技术：

2.通过使用超短脉冲激光器的超短激光脉冲并且通过使用具有大数值孔径的加工光学器件的微结构化过程通常在生产率和处理速度方面被强烈限制。此外不能或者仅仅在特殊情况中在使用具有大数值孔径的光学器件中使用系统、例如多边形扫描器以用于材料的大面积的加工以及特别是微结构化。
3.由ep 2 359 193 b1公知了能旋转的光学扫描装置，所述光学扫描装置实现面状地实施微结构化过程。


技术实现要素：

4.从已知的现有技术出发，本发明的任务在于，提供一种改善的用于加工材料的设备。
5.该任务通过一种具有权利要求1的特征的用于加工材料的设备来解决。有利的进一步方案由从属权利要求、说明书和附图得出。
6.相应地，提出一种用于借助于超短脉冲激光器的激光束的超短激光脉冲加工材料的设备，其优选地用于将微结构引入到材料中，所述设备包括：相对于旋转轴线固定的耦合输入系统，所述耦合输入系统具有用于耦合输入激光束的耦合输入光学器件；能围绕旋转轴线旋转地与耦合输入系统连接的旋转系统，所述旋转系统具有旋转光学器件；以及与旋转系统连接且能与所述旋转系统一起旋转的加工光学器件用于将激光束成像到待加工的材料中或上，其中，耦合输入光学器件设计为使得将耦合输入到其中的激光束引导到对应的加工平面中，其中，旋转光学器件和加工光学器件设计为使得它们将对应的加工平面成像到待加工的材料的加工平面中。根据本发明，在耦合输入系统之前和/或中布置光束影响系统，用于将激光束在对应的加工平面中定位和/或成形。
7.超短脉冲激光器在此提供超短激光脉冲。超短可以在此是指，脉冲长度例如处于500皮秒和10飞秒之间、特别是20皮秒和50飞秒之间。超短脉冲激光器也可以提供由超短激光脉冲构成的猝发脉冲，其中，每次猝发脉冲包括多个激光脉冲的发射。
8.激光脉冲的时间间隔可以在此处于100纳秒和10微秒之间。也将下述时间成形的脉冲考虑作为超短激光脉冲，所述时间成形的脉冲具有幅度的在50飞秒和5皮秒之间的范围内值得注意的改变。在下文中重复地使用概念脉冲或激光脉冲。在这种情况中也包括激光脉冲序列和时间成形的激光脉冲，所述激光脉冲序列包括具有100mhz和50ghz之间的重复频率的多个激光脉冲，即使这未相应地明确实施。由超短脉冲激光器透射的超短激光脉冲相应地形成激光束。
9.超短脉冲激光器优选地设计为固定的系统。因为旋转光学器件与激光器不同地能
够运动，所以具有耦合输入光学器件的耦合输入系统承担下述任务，即将激光束从固定的激光器导入到旋转光学器件中。耦合输入系统在此相对于旋转轴线固定地保持，这可以尤其是指，耦合输入系统不与旋转系统一起旋转。
10.固定的耦合输入系统包括耦合输入光学器件，所述耦合输入光学器件可以包括一个或多个透镜和/或镜面的布置并且承担下述任务，即将由超短脉冲激光器提供的激光束成像到像侧的光学中间平面中，所述光学中间平面是所谓的对应的加工平面。
11.耦合输入光学器件可以还包括光束成形的或光束偏转的元件，其中，由该元件引起的光束影响通过耦合输入光学器件被成像到对应的加工平面中。
12.旋转系统与耦合输入系统连接。旋转系统和耦合输入系统能旋转地彼此连接。因为耦合输入系统固定地被保持，所以旋转系统可以至少区段地围绕通过耦合输入系统定义的旋转轴线运动。光束传播方向可以在此与旋转轴线一致。然而旋转轴线也可以平行于光束传播方向，或者相对于光束传播方向翻转，其中，聚焦必要时必须与旋转角度相关地被调整。能旋转地可以是指，旋转系统可以旋转至少360
°
或者其任意的数倍。然而这不排除以围绕耦合输入系统的一定受限的角度范围摆动，旋转系统特别是也可以以小于360
°
的角度振动并且由此仅仅实施来回进行的摆动运动。
13.能旋转的连接实现旋转系统围绕旋转轴线的摆动或旋转并且同时确保旋转系统在旋转期间可靠的保持并且可靠的引导。能旋转的连接在此可以例如通过球轴承实现。由此减小旋转系统和耦合输入系统之间的摩擦。然而另外的优选地低摩擦的连接也是可能的。
14.旋转系统具有旋转光学器件。旋转光学器件可以在此具有多个透镜或镜面。旋转光学器件基本上将像侧的中间平面、即对应的加工平面转送到加工光学器件的物侧的中间平面。换句话说，旋转光学器件可以在此用作光路的延长并且对应的加工平面共同借助加工光学器件朝向工件的方向转送。
15.旋转光学器件可以例如包括偏转光学器件，借助所述偏转光学器件将激光束从耦合输入光学器件的对应的加工平面偏转到旋转系统中。旋转光学器件可以还包括一个透镜或多个透镜，其中，旋转光学器件的物侧焦点与耦合输入光学器件的对应的加工平面重合。旋转光学器件可以还包括耦合输出镜面，所述耦合输出镜面将激光束从旋转系统朝向加工光学器件的方向偏转。
16.加工光学器件与旋转系统连接。加工光学器件和旋转系统彼此连接。连接可以例如是螺旋连接、卡扣连接、或插接连接。加工光学器件可以是物镜或者透镜和/或镜面的布置，其中，加工光学器件经过旋转光学器件将耦合输入光学器件的对应的加工平面成像到在材料中或上的加工平面。换句话说，由旋转光学器件和加工光学器件构成的系统将由耦合输入光学器件提供的对应的加工平面成像到在待加工的材料中的实际的加工平面上。
17.加工平面在数学的理想情况中、即在单个点状的聚焦中是垂直于光束传播方向的平面，该平面优选地平行于待加工的材料的表面延伸并且在该平面中要进行材料的加工。特别是在加工平面中能够将对应的加工平面清晰地成像。与此相应地，加工平面始终涉及加工光学器件。在实际的方案中，然而光路中的光学元件导致加工平面的微小的弯曲和畸变，从而加工平面大多数至少局部地弯曲。此外，通过加工光学器件对激光束的聚焦也具有有限的体积，在所述有限的体积中可以将微结构引入到材料中。特别是聚焦区域也在光束
传播方向上延伸，从而替代加工平面实际出现加工体积。加工平面此外也可以有意地弯曲，以例如实现材料的三维加工，或者以实现在弯曲的表面上加工。加工平面因此总体上理解为空间的体积，在所述体积中，通过激光束的能实现的成像可以将微结构引入到材料中。然而所述体积相对于激光束的传播方向的定向在此在好的近似中通过数学的加工平面的定向给出。因此在下文中始终提及加工平面，其中，然而始终一起考虑可达到的加工体积，即使未明确提及。
18.概念“聚焦”通常特别是可以理解为有针对性的强度增高，其中，激光能量会聚到“聚焦区域”中。因此在下文中，表述“聚焦”特别是与实际使用的光束形状和用于引起强度增高的方法无关地被使用。通过“聚焦”也可以影响沿着光束传播方向的强度增高的位置。强度增高例如可以是点状的，并且聚焦区域具有高斯形的强度横截面，例如所述强度横截面由高斯激光束提供。强度增高也可以线状地形成，其中，聚焦位置是贝塞尔形的聚焦区域，例如所述贝塞尔形的聚焦区域可以由非衍射的光束提供。此外，另外的更复杂的光束形状也是可能的，该光束形状的聚焦位置在三个维度上延伸，例如由高斯激光束和/或非高斯强度分布构成的多点轮廓。材料加工的强度在此还与加工光学器件的聚焦的位置相关。聚焦在此包括空间中的体积，在所述体积中通过加工光学器件将激光能量会聚，并且在所述体积中激光能量密度是足够大的，以便将微结构引入到材料中。激光束特别是可以被成像到材料上或中。这可以是指，通过加工光学器件对激光束的聚焦关于材料的表面进行，或者具体地在材料的表面上进行，或在材料的体积中进行。
19.激光束被材料至少部分地吸收，从而材料例如被热学地加热或者转变到暂时的等离子状态中并且被蒸发或者被引入材料改性，所述材料改性使局部的键合结构或密度改变并且由此被处理。尤其也可能的是，除了线性的吸收过程以外也使用非线性的吸收过程，所述非线性的吸收过程能够通过使用高的激光能量达到。材料加工可以例如以材料的微结构化存在。微结构化可以是指，要将一维、二维或三维的结构或模式或者材料改性引入到材料中，其中，结构的尺寸典型地至少处于微米范围内的量纲，或者结构的分辨率处于所使用的激光的波长的数量级中。类贝塞尔光束例如可以具有毫米范围内的纵向延伸。
20.而超短脉冲激光器提供超短激光脉冲，并且加工光学器件将成形的脉冲从对应的加工平面成像到材料中或上，旋转系统围绕耦合输入光学器件旋转。所述旋转围绕通过耦合输入光学器件定义的旋转轴线以角速度进行。
21.由此实现，成形的激光脉冲在多个位置处被引入到材料中并且由此可以达到材料的高的加工密度。
22.通过在耦合输入系统之前和/或中提供光束影响系统可以实现将激光束在对应的加工平面中定位和/或成形。以所述方式可以实现光束聚焦不仅在通过待加工的材料的表面所在的平面中、而且关于聚焦位置在辐射方向上的微定位。
23.在耦合输入系统之前可以是指，在光束进入到耦合输入系统中之前，影响光束。光束影响系统特别是可以由此连接在耦合输入系统上游。在耦合输入系统中可以是指，在激光束被耦合输入到耦合输入系统中之后，光束影响系统影响激光束。在耦合输入系统之前和中可以是指，光束影响系统具有多个级，并且激光束例如在耦合输入系统之前首先被影响并且在耦合输入系统中又一次被其影响。然而每个级可以在此视为独立的光束影响系统。然而也可以的是，在耦合输入系统之前和中的光束影响系统作为一个单元起作用。
24.光束影响系统可以在此也对射入的激光束在其形状上进行影响。例如可以影响激光束的光束轮廓。例如可以由高斯光束轮廓产生平顶光束轮廓。然而横向光束轮廓、即激光束在垂直于光束传播的平面中的强度分布也可以例如是椭圆形的或三角形的或线状的或者另外地成形。
25.然而光束影响系统也可以改变激光束的传播方向，其方式是，使射入的激光束偏转。光束影响系统特别是可以时射入的激光束也平行于其原始传播方向在加工光学器件的加工平面中移动，即激光束在那里施加空间平行偏移。
26.换句话说，借助于光束影响系统、旋转光学器件和加工光学器件可以在其内部通过相应的技术规格、例如焦距和放大率(如果存在)以及另外的成像特性、例如由光束影响系统导致的最大偏转而利用加工光学器件在加工平面中实现下述工作区域，在所述加工区域中可以进行激光束的自由定位。加工平面中的工作区域可以例如具有激光束在这个加工平面中能达到的光束直径的2至500倍的扩展范围。
27.以所述方式可以借助于光束影响系统实现使光束位置在对应的加工平面中移动并且由此在成像到待加工的材料上之后也使聚焦在待加工的材料上的光束的位置移动。由此可以相应地除了旋转光学器件的运动和由此加工光学器件在材料上方的运动以外还给加工材料的激光束施加另外的定位。以所述方式可以相应地控制在材料中的另外的位置，从而与通过旋转系统的旋转运动以及材料和设备之间的进给而预定的几何位置无关地也可以控制材料上的另外的点。
28.光束影响系统此外也可以如下地进行激光束的成形，即调整激光束的强度分布的另外的空间设计。所述成形可以例如包含，从射入的激光束通过光束影响系统产生子光束并且可以调设所述子光束之间的间距。激光束可以优选地被分成至少两个子激光束，从而可用于材料加工的激光束的数量相应地被增加许多倍。包括多个子激光束的激光束的成形也称为多点几何形状。
29.子激光束优选地同步地或同时被引入到材料中。由此实现附加地优化材料加工时的热量积聚。通过时间同步地引入子激光束的激光脉冲可以使相继的脉冲的时间间隔最大化，以使激光到材料中的热量输入最小化。另一方面也可以在高的空间分辨率下通过单个脉冲获得提高的效果。
30.子激光束可以特别是并排地被引入到材料中和/或以不同的引入深度被引入到材料中。这特别是意味着，子激光束不彼此重叠。在多于两个子激光束的情况中，这会意味着，所有子激光束处于一条线、特别是直线上。然而也会意味着，允许二维的子激光束的布置。子激光束可以例如圆形地或矩形地或方格状地任意布置。子激光束也可以上下叠置并且彼此重叠并且子激光束可以以不同的引入深度被引入到材料中。子激光束特别是也可以在三个维度上任意布置。特别是也可以进行子激光束的三维的定位。光束影响系统例如也可以在弯曲的加工平面中实现用于每个子激光束的聚焦的移动。
31.光束影响系统特别是也可以用于产生子激光束的纯光束成形系统或复用系统。光束影响系统特别是也可以产生非衍射光束轮廓、例如贝塞尔光束或高斯-贝塞尔光束和/或另外的光束、例如横向成形的激光束、即垂直于传播方向成形的激光束。强度曲线的形成可以例如通过衍射光学元件或锥透镜实现。加工几何形状在此描述工作区域中的光束特性的总和。
32.加工几何形状可以例如包括5x5子激光束的阵列，所述子激光束都具有相同的光束轮廓或不同的光束轮廓。加工几何形状特别是可以通过子激光束以所谓的多点轮廓的布置实现。然而加工几何形状也包括单个子激光束或激光束的特性、例如位置、强度和光束轮廓。
33.每个子激光束可以在此也称为加工几何形状的组成部分。例如星形的光束轮廓是加工几何形状。工作区域中的圆形的光束轮廓和星形的光束轮廓也是加工几何形状。不仅圆形的激光束而且星形的激光束是加工几何形状的组成部分。如果所述两个组成部分中的至少一个组成部分的位置改变，则加工几何形状总体上也改变。如果一个组成部分的光束轮廓改变，则加工几何形状同样改变。加工几何形状通常也通过单个激光束在工作区域中实现。
34.光束影响系统可以包括光束成形元件和/或光束定位元件，所述光束定位元件布置在对应的加工平面的区域中。
35.由此实现特别高效的光束影响。
36.激光器可以优选地在其基本模式中运行，和/或激光束可以是激光器的多个模式的相干叠加，其中，衍射系数m2小于1.5。
37.激光器的模式在此通过激光器的谐振器确定，其中，激光器的基本模式典型地称为tem00，并且tem表示横模。基本模式在此在理想情况中相应于高斯光束形状，其中，这个基本模式与来自谐振器的频谱的更高的模式的叠加可以导致激光束的光束形状与高斯光束形状的偏差。所述偏差、即衍射系数被测量为实际的激光束相对于理想的高斯激光束的发散角度的商，其中，发散角度通过激光束在相同的光束腰下的包围的孔径角得出。
38.加工平面的法线可以相对于旋转轴线以小于10
°
倾斜。然而优选地，加工平面的法线不相对于旋转轴线倾斜，特别是加工平面的法线则平行于所述旋转轴线定向。
39.由此可以实现，加工平面可以在圆环中在材料上移动。
40.加工平面的法线可以垂直于旋转轴线定向。
41.由此可以实现，加工平面扫过柱体的周面、特别是内周面。由此所述设备在对于加工圆柱对称的表面上是适合的。
42.光束影响系统可以这样实现使对应的加工平面中的强度分布重新分布，以使得与在无光束影响系统的情况下能实现的强度相比，在加工平面内的部分区域中实现更高的强度。
43.由此能够以更高的强度加工材料。
44.光束影响系统可以包括光束成形元件和/或光束定位元件和/或移动焦点的元件，所述光束成形元件或光束定位元件或移动焦点的元件不布置在对应的加工平面中。
45.所述布置导致，可以进行射入的激光束的能量在对应的加工平面中的能量重新分布并且由此使射到光束影响系统上的激光束的横向延伸变得非常小、例如至少以5倍变小，能量保持不变并且强度变大、例如至少以5倍变大。
46.此外可以通过所述布置实现，单位面积的射到光束影响元件上的能量可以被减小并且由此可以减小或避免损坏光束影响元件。
47.光束影响系统可以此外引起单个激光束、特别是子激光束的相干叠加。光束影响系统可以优选地包括声光偏转器单元，其中，声光偏转器单元由一个或多个声光偏转器构
成。
48.在声光偏转器的情况中，通过压电晶体上的交流电压在光学邻近的材料中产生例如呈波包、行波或驻波形式的声波，所述声波周期地调制光学材料的折射率。通过周期地调制折射率在此实现用于射入的激光束的衍射光栅。射入的激光束在衍射光栅处被衍射并且由此至少部分地在相对于其原始光束传播方向的角度下偏转。衍射光栅的光栅常数和由此偏转角度在此还与光栅振动的波长相关并且由此与所施加的交流电压的频率相关。通过两个声光偏转器组合成偏转器单元可以由此例如产生激光束在x方向和y方向上的偏转。
49.在一个优选的实施方式中，光束影响系统产生贝塞尔光束或类贝塞尔光束，从而所述贝塞尔光束或类贝塞尔光束真实地或虚拟地通过对应的加工平面。
50.因为光束影响系统布置在耦合输入系统之前和/或中，所以所述光束影响系统不一起旋转。由此在忽略成像误差的情况下产生被影响的激光束在其像侧的焦点中位置固定的、即相对于旋转轴线固定的成像。光束影响系统的像侧的焦点可以特别是与对应的加工平面重合，从而实现激光束在对应的加工平面中定位和/或成形。由此被影响的激光束则以相应的方式和方法到加工平面中被成像到材料中或上。
51.因为光束影响系统不一起旋转，然而光束影响系统的像在旋转光学器件中通过镜面光学器件被偏转并且所述镜面光学器件一起旋转，不旋转的对应的加工平面的成像被呈现在材料中或上。特别是工作区域通过这个过程、在坐标系中不旋转的耦合输入系统而在圆形轨道中被引导经过材料，其中，工作区域可以在两个不同的时间在空间上重叠。通过快速地控制声光偏转器单元可以补偿重叠，其方式是，借助光束影响系统产生的光束形状相应于旋转系统的角速度并且相应于当前角度定向被调整。特别是加工几何形状的不同的组成部分、例如子激光束由此可以通过在工作区域中快速的控制被重新安排，从而将微结构期望地多次引入到材料中。
52.光束影响系统优选地设计为使得实现激光束在对应的加工平面中脉冲精确的定位和/或成形并且优选地实现在待加工的材料的加工平面中脉冲精确的焦点定位或光束成形。
53.通过在光学器件和材料之间在旋转和进给下组合的相对运动的情况下使加工几何形状或激光束结合工作区域的适合的重叠而单个脉冲精确的焦点定位和成形可以自由地加工材料，而通过旋转将工作区域在圆环中或圆环段中引导经过工件。
54.加工光学器件优选地包括高数值孔径物镜或施瓦茨希尔德物镜，所述高数值孔径物镜优选地具有大于0.1的数值孔径、特别优选地具有大于0.2的数值孔径，所述施瓦茨希尔德物镜优选地能够通过聚焦装置、特别优选地压电移位器在焦点位置中被调整。
55.数值孔径na描述光学元件的聚焦光的能力。数值孔径在此由物镜的边缘光束的孔径角以及材料在物镜和焦点之间的折射率得出。当边缘光束和光轴之间的孔径角为90
°
时，达到最大数值孔径。最大分辨率或可通过物镜成像的最小结构尺寸则直接与激光的波长成比例地通过数值孔径被划分。
56.高数值孔径物镜与此相应地是具有大的数值孔径、即具有大的孔径角的物镜。由此能够借助高数值孔径物镜将微结构高分辨率地引入到材料中。数值孔径优选地大于0.1，特别优选地大于0.2。
57.施瓦茨希尔德物镜是下述光学构件，该光学构件与经典的物镜不同地不基于通过
光学元件、例如透镜对光束的衍射和折射。在施瓦茨希尔德物镜的情况中，成像特性通过镜面结构、即凸面镜和凹面镜的组合实现。数值孔径特别是通过凹面镜的曲率类似于反射式望远镜实现。施瓦茨希尔德物镜的优点一方面是，在高的数值孔径下并且也在适当的输入光束直径下可以实现物镜和材料之间的大的工作间距。此外使用反射部件，从而光不必通过透镜，以在其传播方向上被改变。后者尤其在uv应用或deep-uv应用中是有利的，在那里否则激光能量的大部分会被透镜吸收并且由此除了降低效率以外还会导致热学决定地影响光学器件的质量和/或毁坏光学器件。由此施瓦茨希尔德物镜尤其适用于在增高的激光功率的情况中、例如在例如以光刻或微光刻方法制造微芯片时被使用。
58.物镜的聚焦装置可以例如安置在旋转系统和加工光学器件之间。然而优选地，聚焦装置布置在不旋转的部分中。通过聚焦装置可以改变在加工光学器件和材料表面之间的路径。由此可以产生对应的加工平面的清晰的成像。
59.聚焦装置可以例如是压电移位器。压电移位器是下述压电构件，该压电构件在被施加电压下改变其几何延伸。通过将电压施加给压电移位器可以由此例如改变厚度。当压电移位器的厚度是物镜和材料表面之间的路径的一部分，则可以通过压电移位器确定焦点在材料上或中的位置。聚焦装置然而也可以通过tag透镜、可压电变形的镜面或者通过声光偏转器实现。
60.因此通过聚焦装置能实现，确保将激光束在期望的加工平面上清晰地成像。
61.总之，具有光束影响系统和高数值孔径加工光学器件的设备实现微加工过程，所述微加工过程对于小的结构尺寸和/或高的分辨率需要的是，在使用高的加工速度下将面状的材料加工缩放。
62.旋转系统可以面状地设计，优选地设计为柱体，或者臂状地设计。
63.面状的旋转系统可以例如是盘，其中，盘的垂直于旋转轴线的直径大于盘的沿着旋转轴线的厚度。直径例如可以是厚度的10倍或100倍大。旋转轴线特别是可以延伸通过盘的对称点之一、特别是下述点，在该点中盘的形状通过旋转对称表征。盘特别是可以从对称点出发具有小的不平衡性并且在径向方向上具有均匀的质量分布。附加地可以通过盘状的设计方案减小空气阻力并且减小损害的涡流，只要不在相应地大的欠压下工作。盘可以尤其是柱体，所述柱体的厚度明显小于直径，其中，旋转轴线延伸通过盘的中心点。加工光学器件特别是可以安置到面状的旋转系统上或处，从而加工光学器件从旋转系统的表面突出。加工光学器件然而也可以集成到旋转系统中。
64.臂状的旋转系统可以通过臂实现，其中，臂的长度大于其横截面的边长。旋转轴线可以延伸通过臂的纵向轴线的中心点，由此减小相应的不平衡性。然而旋转轴线也可以延伸通过纵向轴线的另外的点、特别是纵向轴线的端点。
65.旋转光学器件可以集成到盘或臂中并且特别是在盘或臂中的相应的空腔中延伸。然而也可以的是，旋转光学器件固定在盘或臂上或之下或处。在任何情况中，通过在盘或臂上的相应的补偿重量可以减小通过旋转光学器件和加工光学器件产生的不平衡性。
66.旋转光学器件可以包含成像的镜面光学器件和/或透镜光学器件。然而旋转光学器件也可以包括光束成形的元件、例如衍射光学元件或锥透镜。
67.成像的镜面光学器件是下述镜面，该镜面的表面具有曲率。通过所述曲率可以产生成像，或者可以改变、例如放大或缩小成像大小。同样适用于透镜光学器件。
68.通过旋转光学器件包含成像的镜面光学器件和/或透镜光学器件，对应的加工平面可以缩小或放大地被成像在加工平面中。由此特别是能够改变微结构的结构尺寸。
69.旋转光学器件可以包括望远镜、优选地中继望远镜，所述望远镜与加工光学器件一起将耦合输入系统的对应的加工平面优选地缩小到加工平面中地成像到工件上或中。
70.望远镜是镜面和/或透镜的布置，所述布置具有成像特性或聚焦特性。成像特性特别是通过放大或缩小对应的加工平面实现。
71.中继望远镜尤其是成像元件的布置，所述成像元件用于延长成像的光学器件、例如耦合输入光学器件的光路或者颠倒所述像。
72.望远镜与加工光学器件一起将对应的加工平面缩小或放大地成像到工件上或中。在此，聚焦通过具有高数值孔径的物镜实现，所述物镜能够例如借助于压电移位器在焦点位置中被调整。
73.借助进给装置可以通过进给使激光束或带有旋转系统的耦合输入系统和材料彼此相对移动。
74.进给装置可以例如设计为xy台或xyz台或者卷对卷系统。由此能够使激光束与材料相对彼此移动，其中，相对移动替代涉及激光束也可以涉及设备的静止部分、即设备的耦合输入系统。在此则进行旋转与进给叠加的运动。
75.相对移动是指，进给或偏移通过进给装置引起，该进给装置使材料然而或者使设备、特别是耦合输入系统在所述空间方向中的一个空间方向上运动。所述进给特别是与进给速度相关，其中，所述进给沿着进给轨迹运动。如果借助进给装置使耦合输入系统移动，则激光束到耦合输入光学器件的传送可以通过光纤、例如中空芯光纤进行，或者通过自由辐射路径、例如借助于龙门轴系统进行。
76.通过进给装置能实现，给所述设备添加另外的平移自由度，从而通过与旋转装置连接能够以激光束加工材料的更大的面。
77.卷对卷过程的材料可以被引导通过加工平面。
78.在卷对卷过程中，材料在之间两个卷筒被压紧并且通过卷筒的旋转被输送，或者沿着输送方向移动。
79.通过使卷对卷过程的材料移动通过加工平面，可以实现借助根据本发明的设备快速地加工材料。
80.材料可以至少局部地是柱体状的，旋转轴线可以与柱体轴线重合，加工平面可以由此与柱体表面相匹配并且所述进给可以平行于所述旋转轴线定向。
81.由此实现加工柱体状的表面。
82.至少局部地柱体状的是指，材料仅仅区段地必须是柱体状的，特别是仅仅必须具有曲率半径。
83.例如在卷对卷过程中，卷绕在卷筒上的箔为了加工被退绕并且在加工之后又被卷绕。所述箔在此可以为了加工而区段地、即在有限的长度上与柱体面相匹配，其中，柱体轴线则很大程度上与旋转轴线一致，优选地与旋转轴线精确地一致。
84.优选地，控制系统可以设置用于将光束影响系统、旋转系统和超短脉冲激光器的控制同步，其中，光束影响系统使加工几何形状在对应的加工平面中这样移动，从而如果工作区域在两个相继的激光脉冲下重叠，则仅仅补充被引入到材料中或上的结构并且不导致
不期望的多次照射。
85.同步是指，控制装置、光束影响系统、旋转系统和超短脉冲激光器以及可选地进给装置具有共同的时基。为此，控制装置与脉冲式激光系统以及光束影响系统和旋转系统和可选地进给装置结合。
86.基于这个共同的时基可以通过控制装置这样控制不同的系统，以使得能够以期望的方式和方法将激光束引入到材料中。例如可以通过共同的时基例如补偿控制的时间延迟等。
87.相应的控制装置典型地基于具有快速连接的存储器的fpga(field programmable gate array)，其中，可以为特定的加工过程存储加工参数、例如聚焦位置、脉冲能量或模式(单个脉冲或激光猝发脉冲)。
88.控制指令或者其执行在此在所有连接的装置中以例如激光器的种子频率同步，其中，种子频率是激光器的基础脉冲频率，从而存在用于所有部件的共同的时基。通过相应地快速地控制脉冲式激光器、光束影响系统、旋转系统和进给装置可以由此调设并且改变在工件上的激光聚焦的准确的方位、位置以及脉冲能量。
89.种子频率则例如用于控制光束影响系统，例如用于时间准确地调制声光偏转器单元并且由此用于确定激光聚焦的位置。然而调制的大小和方向在此还通过控制系统实现。
90.例如通过结合共同的时基实现旋转装置的预定的或能控制的角速度而已知旋转装置在每个时间的准确的定向。
91.不同的能控制的元件基于种子频率的准确的调谐由此能实现更准确地控制加工过程。
92.进给装置可以使带有旋转系统的耦合输入系统相对于材料平行于所述旋转轴线移动。
93.特别是，如果加工平面的法线垂直于旋转轴线，由此可以扫过柱体的内周面。
94.旋转系统的半径可以能够被调整，其中，旋转光学器件设置用于补偿半径在旋转系统中的调整。
95.旋转系统的半径通过旋转轴线相对于加工光学器件的中心点的圆形运动的半径得出。
96.旋转系统的能调整的半径可以是指，能够调设加工光学器件与旋转轴线的间距。加工光学器件例如可以靠近于旋转轴线安置或者继续远离该旋转轴线。所提供的材料由此可以最优地被充分使用。加工光学器件特别是也可以在加工期间移动，从而实现用于加工光学器件的更大的工作区域。
97.加工例如则可以在不同的圆环或圆弧上进行。加工则不再局限于预定的半径，而是加工可以在下述表面上进行，该表面通过旋转系统的最大半径限定。
98.因为可以调整加工光学器件与旋转轴线的间距，所以必须也调整对应的加工平面与加工平面之间的光路。这可以借助旋转光学器件实现，其中，望远镜设计为使得通过移动不实现附加的扩大并且实现保持另外的特性、例如焦点位置。然而典型地，旋转系统的半径在加工过程期间不动态地改变，即使动态的改变也是可能的。
99.优选地，旋转系统可以具有至少两个旋转光学器件，所述至少两个旋转光学器件分别与自己的加工光学器件连接，并且光束影响系统优选地设置用于产生至少两个加工几
何形状，所述加工几何形状通过偏转光学器件分别被引入到旋转系统的旋转光学器件中的一个旋转光学器件中。
100.光束影响系统可以在此并列地或交替地产生多个加工几何形状。光束影响系统例如可以将两个子激光束成形，其中一个子激光束具有星形的光束轮廓，另一个子激光束具有矩形的光束轮廓，其中，这两个子光束彼此平行地偏移数微米、例如100μm。
101.偏转光学器件可以是镜面系统，该系统使一个或多个子光束朝向特定的加工光学器件的方向偏转。子光束由偏转光学器件因此特别是传导到特定的光路。偏转光学器件是旋转系统的部分并且由此特别是一起旋转。
102.所述设备可以具有多个加工光学器件，其中，每个加工光学器件可以通过旋转光学器件的特定的光路实现。这在旋转系统的臂状的设计方案的情况中是指，旋转系统例如具有n个臂，其中，n是自然数。每个加工光学器件具有自己的加工平面，其中，对应的加工平面通过耦合输入光学器件产生。特别是通过光束影响系统在对应的加工平面中提供多个不同的或相同的加工几何形状。特别是在此仅仅包括重新定位的加工几何形状。然而所有加工光学器件也可以访问相同的对应的加工平面。
103.通过由多个加工光学器件将激光束沿着多个光路引入到材料中，提高在材料加工时的生产率。
104.偏转光学器件能够是可切换的并且加工几何形状可以被偏转到确定的光路上。偏转光学器件特别是可以集成到光束影响光学器件中或者由所述光束影响光学器件支持。
105.通过偏转光学器件可以将特定的加工几何形状传导到特定的路径。这可以特别是通过使旋转系统、光束影响系统和超短脉冲激光器同步实现。
106.偏转光学器件尤其能够是可切换的，例如通过flip mirror系统实现，由此激光束可以被传导到第一路径上或者被传导到第二路径上。特别是通过可切换的偏转光学器件能够选择所提供的路径，从而激光束可以被偏转到确定的路径上。偏转光学器件例如也可以的是，使声光偏转器单元将加工几何形状在对应的加工平面中在特定的部位处提供或不提供。
107.光束影响系统可以将加工几何形状成像到扫描器、优选地1d或2d电流扫描器中，扫描器可以使激光束运动并且成像在对应的加工平面中。
108.电流扫描器在此是激光束的偏转装置，其中，产生透射的激光束相对于原始激光束的平行偏移。特别是一维的电流扫描器使激光束在仅仅一个方向上偏转，而二维的电流扫描器使激光束在两个不同的方向上偏转，所述两个不同的方向优选地彼此正交。
109.由此可以实现，加工光学器件以与旋转轴线的固定的间距所扫过的圆环可以被增大。
110.然而扫描器也可以理解为光束影响系统的一部分，因为所述扫描器影响激光束的位置。扫描器由此例如可以布置在光束影响系统之前和/或中。激光束例如可以通过第一声光偏转器单元被偏转并且然后被施加另外的位置偏移。激光束例如也可以首先通过声光偏转器单元被偏转，然后通过光束成形装置传导并且然后被传导到扫描器中。
附图说明
111.通过附图的下述说明具体地阐述本发明的优选的另外的实施方式。在此示出：
112.图1示出设备的示意性的结构；
113.图2示出设备的结构的细节图；
114.图3a，b示出旋转系统的不同的实施方案；
115.图4示出旋转系统结合光束影响系统的加工区域；
116.图5示出旋转系统结合光束影响系统和进给装置的加工区域；
117.图6a，b，c，d，e，f示出可能的加工策略的细节图；
118.图7a，b示出施瓦茨希尔德物镜和在旋转光学器件中的成像的元件的示意图；
119.图8示出具有两个不同的光路的设备的示意图；
120.图9a，b示出用于多个光路的偏转光学器件的示意图；
121.图10a，b示出设备具有扫描器光学器件的示意图；
122.图11a，b示出用于加工所述区段地柱体状的材料的设备的示意图；和
123.图12示出具有锥透镜的设备的示意图。
具体实施方式
124.下面借助附图描述优选的实施例。在此，相同的、类似的或相同作用的元件在不同的附图中设有相同的附图标记，并且部分地取消该元件的重复描述，以避免繁冗。
125.在图1中示意性地示出用于加工材料6的设备1的结构。超短脉冲激光器7提供超短激光脉冲，所述超短激光脉冲形成激光束70。超短激光脉冲或激光束70被耦合输入到耦合输入系统2中。激光脉冲通过耦合输入系统2并且继续传导到旋转系统3中。耦合输入系统2和旋转系统3在此能旋转地彼此连接。特别是耦合输入系统2相对于旋转轴线34固定地保持，而旋转系统3围绕旋转系统3的旋转轴线34旋转。旋转轴线34通过耦合输入系统2，特别是其耦合输入光学器件20以及在此尤其耦合输入光学器件20的光轴预定。在旋转系统3中将超短激光脉冲继续传导到加工光学器件4并且借助于所述加工光学器件引导到材料6并且在那里引入到表面上和/或体积中。
126.超短激光脉冲由材料6至少部分地吸收，由此材料6可以基于线性的或非线性的吸收过程被加工。材料加工可以例如是材料6的微结构化和/或改变。材料6特别是通过材料接收部与进给装置5连接，由此材料6可以相对于激光束70、特别是相对于耦合输入光学器件2移动。替换地，材料也可以固定地定位，其中，进给装置5使耦合输入系统2及旋转系统3在材料6上方运动(未示出)。在任何情况中，旋转系统3在进给运动期间围绕旋转轴线34旋转。
127.通过旋转光学器件3的旋转可能的是，借助例如具有高的数值孔径的加工光学器件4实现大面积地加工材料6。加工光学器件4通过旋转光学器件3在圆形上旋转或者在相对于材料在螺旋轨道上叠加地进给时被引导。工作区域与此相应地扫过圆环，激光可以被引入到所述圆环中。通过借助进给装置5的同时的移动由此能够相对于最初的圆环附加另外的圆弧段或螺旋段，以确保面状地加工材料6。
128.通过控制系统8可以使超短脉冲激光器7、耦合输入系统2、旋转系统3和进给装置5彼此同步。超短脉冲激光器7的种子频率或另外的高频信号可以在此用作用于同步的共同的时基。因为全系统地提供共同的时基，所以能够关于激光脉冲引入到材料6中进行准确的控制。
129.在图2中示出包括光路的设备1的示意性的结构的细节图。耦合输入系统2包括耦
合输入光学器件20。在示出的实施例中，耦合输入光学器件20包括光束影响系统22，所述光束影响系统使超短脉冲激光器7的射入的激光束70偏转或改变。在一个另外的实施例中，光束影响系统22也可以还连接在所述耦合输入系统之前并且布置在耦合输入系统2外部。
130.光束影响系统22可以尤其是声光偏转器单元。这个单元实现，单个脉冲精确地并且以几兆赫的偏转率释放每个脉冲或脉冲猝发脉冲在小的工作区域内的位置(random-access-scan)。工作区域在此例如是2和500个光束直径之间的大小，从而可以进行位置的相对小的改变，然而这个改变以非常高的速度进行。在此可以在对应的加工平面42中观察每个脉冲的位置改变。
131.一个特别突出强调的变体在此是，通过由光束影响系统22将激光束相应地预成形使焦点位置在材料6上也在光束传播方向上单个脉冲精确地移动。
132.通过光束影响系统22改变的激光束70最后在对应的加工平面42中被引导。旋转系统3与耦合输入系统2连接，在所述旋转系统中通过偏转光学器件32使激光束偏转。耦合输入系统2和旋转系统3通过能旋转的连接部24这样彼此连接，以使得旋转系统3能够相对于耦合输入系统2旋转并且同时可靠地实现激光束的通过。旋转系统3在此围绕旋转轴线34旋转。旋转轴线34和光束传播方向不强制地彼此平行地延伸。特别是可以在进行光束偏转时使光束传播方向从旋转轴线34偏离。
133.旋转系统3包括旋转光学器件30，所述旋转光学器件包括偏转光学器件32、望远镜36和耦合输出镜面38。加工光学器件4从旋转轴线34出发在间距r中与旋转系统3连接。激光束从旋转系统3通过耦合输出镜面38偏转到加工光学器件4中。
134.望远镜成像或4f成像也可以通过加工光学器件4与布置在旋转臂3中的部件组合实现。
135.加工光学器件4在此通过可选的压电移位器44与旋转系统3连接。通过压电移位器44能够借助加工光学器件4将激光束70聚焦在加工平面40中。特别是通过望远镜36结合加工光学器件4实现将光束影响系统22的对应的加工平面42在加工平面40中成像在材料6中或上。
136.图3a以俯视图或由鸟瞰图示出旋转系统3的柱体状的设计方案，所述旋转系统在图2中示意性地关于光路示出。换句话说，旋转系统3以扁平的柱体的形式设计，在所述旋转系统中布置旋转系统3的光学元件。激光束70通过耦合输入系统2传导到旋转系统3中。通过偏转光学器件32将激光束70偏转到旋转盘的平面、xy平面中。激光束70通过旋转光学器件30被传导并且最后通过加工光学器件4被引入到材料6中。
137.旋转系统3的柱体具有比高度大得多的直径，从而柱体也可以称为盘。旋转光学器件30和加工光学器件4可以安置在盘上或中，或者部分地或完全集成在所述盘中。通过适合的补偿重量可以补偿由加工光学器件和旋转光学器件30的光学部件引起盘的可能的不平衡性。
138.在图3b中由鸟瞰图示出旋转系统3的臂状的设计方案。臂状的旋转系统3在此在臂的端部处能旋转地与耦合输入系统2连接。臂状的旋转系统3的质量典型地明显小于柱体状的旋转系统，然而臂状的旋转系统3中的不平衡性会是明显更大的。这可以被消除，其方式是，旋转轴线34延伸通过臂状的旋转系统3的重心和/或臂状的旋转系统3关于旋转轴线34对称地设计并且例如具有两个彼此对置的加工光学器件4。
139.不仅在图3a中而且在图3b中，整个旋转系统在布置在其下的待加工的材料6或工件上方旋转，这导致在加工光学器件4的位置处高的轨道速度并且由此导致高的加工速度或高的生产率。通过快速的偏转系统尽管高的轨道速度可以在高的重复率下也在相同的位置上存在两个相继的脉冲，只要通过在工作区域内旋转进行移动。
140.在图4中示出加工区域400，该加工区域可以借助于用于加工材料的设备1在没有设备1与材料6之间另外的相对移动的情况下实现。加工区域400可以在此理解为工作区域706在时间上的叠加。工作区域706特别是布置在加工光学器件4的加工平面40中。
141.通过旋转系统3的旋转结合射入的激光束在光束影响系统22中初始的偏转可以经过相应于圆环的加工区域400。
142.换句话说，加工区域400通过由光束影响系统22引起的偏转不是仅仅相应于简单的圆形具有半径r(例如所述半径在固定的加工光学器件4中实现)，而是相应于在采用圆形的加工平面40情况下伸展的圆环，该加工区域由方形的工作区域706在很大程度上占满。借助于光束影响系统22可以在通过光束影响系统22实现在相应的工作区域706内偏转的框架内来影响进入到材料6中的脉冲的相应的位置。
143.光束影响系统22由此实现单个脉冲精确地并且以最多几兆赫的偏转率确定每个脉冲在小的工作区域706内的位置(random-access-scan)。工作区域在此例如是2和500个聚焦直径之间的大小，从而可以进行位置改变的相对小的改变，然而这个位置改变以非常高的速度进行。由此可能的是，在旋转系统3围绕旋转轴线34旋转时，相应的脉冲或者也脉冲序列或猝发脉冲在示意性地由工作区域706示出的位置处进入到材料6中。因为光束影响单元22是非常快速的，所以可以相应地实现在旋转系统3旋转期间在材料6中聚焦的准确的定位。由此可以一方面实现在材料6中相应的聚焦的非常准确的定位并且另一方面也在相同的分辨率下增大设备1与材料6之间的相对运动的进给速度。
144.通过光束影响系统22也可以到达下述位置，在设备1和材料6之间连续进给时基于设备1和由此加工光学器件4在进给方向上持续的运动在没有光束影响系统22的情况下不能到达该位置。光束影响系统22能够在此可以说也控制下述点，该点在进给方向上已经处于几何地通过加工光学器件4预定的圆形“之后”。
145.换句话说，在旋转系统3旋转期间，通过光束影响系统22可以将超短激光脉冲灵活地在从圆环扫过的位置处引入到材料6中。
146.借助于光束影响系统22此外也可以或者替换地可以这样进行激光束的成形，以使得也可以改变加工平面40中的聚焦位置。由此，在加工平面40中的聚焦位置的改变例如也可以理解为成形。换句话说，借助于光束影响系统22可以不仅实现在x/y平面中快速的定位，而且实现在z方向上快速的定位，从而通过使用连接在上游的光束影响系统22可以实现特别灵活地并且准确地使用设备1。
147.通过光束影响系统22也可以或替换地可以这样影响激光束70，以使得所述激光束在其形状上被改变。激光束70例如可以被分成两个子激光束702，704，则能够以所述子激光束同时进行材料6的加工。在示出的实例中，这两个子激光束具有线状的光束轮廓，其中，两个光束轮廓彼此平行并且上下叠置地定向。
148.通过光束影响系统22也可以或替换地可以产生所谓的多点强度分布，其中，产生多个子激光束。所述结构例如相应于示意性地示出的工作区域706中的所有位置的同时的
占据。所产生的子激光束也可以个别地在其形状上、即在其光束横截面上被改变。第一子激光束例如可以具有矩形的光束横截面，并且另一个子激光束可以具有圆形的光束横截面。
149.不仅多点强度分布而且线状的光束轮廓分别是被引入到材料中的加工几何形状700。
150.在图5中示例性地示出用于借助设备1加工材料6的加工策略。通过使耦合输入系统2、特别是光束影响系统22、旋转系统3和超短脉冲激光器7同步，根据加工光学器件4在圆弧区段中的当前的位置也可以通过光束影响系统22调整当前的偏转。
151.特别是所述像通过借助光束影响系统22的调整而不一起旋转，从而加工几何形状在加工平面中仅仅偏移地或移动地呈现。微结构化由此是灵活的并且与旋转坐标系无关，而是在材料6的位置固定的坐标系中能实现。材料6和激光束70特别是可以在加工期间相对彼此移动。
152.因此，面状的微结构可以通过多个轴运动的组合、即通过围绕旋转轴线34的快速的旋转以及沿着xyz轴的平移通过光束影响光学器件22借助激光束70的单个脉冲精确的偏转而产生。
153.为了缩放待加工的面可以在保持聚焦的以及特别优选地由声光偏转器单元构成的光束影响系统22的预定的数值孔径的情况下，通过调整或者通过补充另外的中继望远镜来增大旋转运动的半径r，其中，典型地加工平面中的分辨率和圆环的环厚度保持不变。
154.图6示出加工策略的另外的细节图。
155.在图6a中，首先将激光束70沿着圆环引入到材料中，由此材料6例如被微结构化(通过黑色三角形示意性地示出)。所述标记的每个标记在此又可以是多点几何形状。同时借助于移动装置使设备1和材料6相对彼此移动。
156.在图6b中，通过沿着x轴的进给v已经使圆环移动并且由此使能由激光束70扫过的区域移动。通过光束影响系统22的快速的控制以及超短脉冲激光器7与系统的其余部分的共同的时基可以现在将激光脉冲引入圆环中的下述部位上，在该部位处通过图6a中的先前的加工还未被引入激光脉冲。由此材料6的加工在移动通过期间随着进给而逐步被补充(作为黑色圆形示意性地示出)。
157.在图6c中，通过再次沿着x轴的进给已经使圆环移动。先前的加工步骤(灰色标记)再次通过激光脉冲补充(通过黑色方形示意性地示出)。在图6d中，通过进给使圆环再次偏移，其中，最后的空隙在到目前为止的加工区域中被加工(黑色三角形)。
158.在图6e中示出加工的最终状态。通过进给装置7的进给以及旋转系统3的旋转与通过光束影响系统22在圆环内快速的定位组合可以完全面状地加工材料6，其中，实现连续的进给并且由此实现高效的加工。被加工的面与所选择的圆形和圆环无关，因为被加工的面在进给期间被扩展和补充。
159.在图6f中示出加工光学器件4的轨迹，所述轨迹在借助进给装置7进给经过材料6期间产生。通过围绕旋转轴线34的旋转与进给的叠加产生螺旋形。沿着螺旋形可以在加工光学器件4的所提供的工作区域内将材料改性或微结构引入到材料6中。
160.图7a示出旋转系统3的另外的实施方式。旋转光学器件安装在旋转系统3中，所述旋转光学器件包含成像的镜面32。成像的或弯曲的镜面32是偏转光学器件32的一个特别的设计方案。通过结合紧接着的加工光学器件4对光束的成像可以产生加工几何形状的增大
或缩小，所述加工几何形状由光束影响系统22在对应的加工平面42中产生。
161.根据偏转光学器件32的实现方案，对应的加工平面42的位置必须例如通过中继望远镜30调整，从而实现有针对性地成像在工件上。
162.在图7b中示出加工光学器件4的一个特别的设计方案。加工光学器件4在此以施瓦茨希尔德物镜的形式设计。施瓦茨希尔德物镜由凸面镜和凹面镜的组合构成。理想地，镜面系统旋转对称地设计。激光穿过凹面镜的开口、在一定程度上穿过凹面镜背侧射到凸面镜上。凸面镜将光反射回到凹面镜，所述凹面镜在那里将光再次反射并且在凸面镜旁边引导到焦点中。反射在施瓦茨希尔德物镜的焦点中进行，其中，成像通过不同的镜面表面的曲率特性实现。施瓦茨希尔德物镜是所谓的镜面物镜并且允许将对应的加工平面42成像到材料6上或中，而光不必穿过光学元件。由此防止，激光束70在已装配的光学材料之一中被吸收并且相应地特别适合用于激光的确定的波长。
163.然而施瓦茨希尔德物镜具有场曲。如果想借助施瓦茨希尔德物镜实现平坦的加工平面，则必须预先补偿所述场曲。这可以例如在旋转光学器件或光束影响光学器件中实现，其方式是，在那里借助适合的光学结构例如提供弯曲的对应的加工平面。
164.在图8中示出设备1的一个另外的变体。与出自图2的结构不同地，旋转系统3不具有仅仅一个唯一的用于激光束70的光路。确切地说，通过包括多个镜面32，32
‘
的偏转光学器件实现多个可能的光路。
165.通过光束影响系统22提供例如两个不同的子激光束或子激光束的布置。这也可以通过在光束影响系统22内部可能的分束装置实现。子激光束的第一布置可以在此射到镜面32上，而子激光束的另一个布置射到镜面32
‘
上。两个布置由此通过偏转光学器件32引导到不同的光路上，从而不同的加工几何形状通过不同的加工光学器件4，4
‘
被引入到材料6中。
166.偏转光学器件32特别是能够可切换地实现。这例如意味着，通过旋转系统3的特定的光路相应地将仅仅一个特定的加工几何形状引入到材料6中。可切换地实现尤其也可以是指，旋转系统3中的光路可以被接通或者可以被关闭，从而一定的加工几何形状仅仅可以在旋转系统3的确定的角度定向下被引入。
167.激光束70特别是可以通过光束影响系统22的控制、优选地通过声光偏转器单元22的控制被分成多个子激光束，其中，声光偏转器单元22可以将相应的子光束引导到所述可能的偏转光学器件32中的一个偏转光学器件上。例如在图8中示出的具有声光偏转器的结构中，第一半光束可以被传导到左边的镜面32上并且然后第二半光束被传导到右边的镜面32
‘
上。
168.对应的加工平面由此被分成在左边的臂中成像的区域以及在右边的臂中成像的区域。对应的加工平面的可由各个臂获得的部分的尺寸可以通过改变声光偏转器单元22实现，其方式是，例如电流扫描器的运动与声光偏转器单元的偏转叠加。
169.由此可以快速地在所述臂之间来回切换，并且通过旋转一起带来的径向偏移量可以通过从一个臂跳到另一个臂被补偿。
170.尤其也可以的是，激光束不被分成子激光束，而是通过光束影响系统22将加工几何形状施加给激光束70并且将所述加工几何形状传导到镜面32或镜面32
‘
上。即使旋转系统3以高的角速度运动，也可以通过呈声光偏转器单元形式的光束影响系统22确保，激光束70通过偏转光学器件32被引导到期望的光路中。
171.然而图8中示出的施加也可以实现，由光束影响系统22提供的加工几何形状通过偏转光学器件仅仅被复制，从而加工几何形状通过两个不同的光路基本上同时被引入到材料6中。
172.在图9a中示出偏转光学器件32的一个另外的形式。偏转光学器件32可以具有棱柱形状，其中，棱柱表面例如是反射的。棱柱特别是可以具有多个反射表面，其中，反射表面的数量优选地相应于旋转系统3的可能的光路的数量。
173.在图9b中示出旋转系统3的一个另外的形式。旋转系统3具有旋转光学器件30，所述旋转光学器件具有五个光路。五个光路的每个光路延伸到自己的加工光学器件4，通过该加工光学器件可以将激光束70的加工几何形状成像到材料6中或上。出于这个目的，偏转光学器件32具有五角的平面图，其中，偏转光学器件32的反射表面由偏转光学器件32的近似五边形的、棱锥形的形状的面得出。
174.声光偏转器单元22可以使激光束70在旋转系统3的不同的加工臂或光路之间来回切换并且由此相应地寻址到所述加工光学器件4中的一个加工光学器件。多个光路特别是可以例如通过快速切换的multispots(多点装置)同时地而不仅仅依次地被寻址。这意味着，通过多个加工光学器件4可以同时进行材料加工。
175.在图10中示出设备1的一个扩展的变体，其中，光束影响系统22包括声光偏转器单元28、成像单元27和电流扫描器26。声光偏转器单元28使射入的激光束70偏转，该激光束通过成像单元27被转送到电流扫描器中，其中，电流扫描器26给激光束70施加在对应的加工平面42中附加的位置补偿。由此增大借助加工光学器件4可获得的工作区域。特别是可以由此实现声光偏转器单元28的高速扫描区域到材料6上的成像的二维移动。
176.在图10b中示出通过图10a的加工光学器件4能寻址的圆环在耦合输入系统的非旋转的坐标系中的俯视图。通过电流扫描器26能够进一步增大可获得的圆环。
177.在图11a，b中以侧视图以及以俯视图示出设备1，该设备可以被使用用于加工箔6。箔6可以在此例如在卷对卷过程中被卷绕到卷筒上，为了加工而被退绕，并且在加工之后又被卷绕到卷筒上。箔6可以在此特别是为了加工而呈空心柱体的形状，其中，旋转轴线很大程度上与柱体轴线重合、优选地精确地重合。在这种情况中，进给v特别是可以沿着柱体轴线定向，从而通过设备1沿着柱体轴线的一维移动同时在卷对卷输送所述箔时实现加工整个箔6。
178.特别是，在这种情况中可以取消激光束70从旋转光学器件3过渡到加工光学器件4的偏转，从而可以借助光学和机械更稳定的设备1进行加工过程。
179.在图12中示出设备1，其中，光束影响系统2是锥透镜。如果激光束70通过锥透镜，则给激光束70施加非衍射光束轮廓。特别是在这种情况中，激光束70没有从旋转光学器件3偏转到加工光学器件4，从而所示的设备1适用于加工至少区段地柱体状的材料6。然而也可能的是，在设备1的另外的配置、例如图1至10的配置中使用锥透镜。
180.如果能应用，则在不脱离本发明的范围的情况下可以将实施例中所示的所有单个特征彼此组合和/或更换。
181.附图标记列表
182.1 设备
183.2 耦合输入系统
184.20耦合输入光学器件
185.22光束影响系统
186.24连接元件
187.26电流扫描器
188.27成像单元
189.28声光偏转器单元
190.3旋转系统
191.30旋转光学器件
192.32偏转光学器件
193.34旋转轴线
194.36望远镜
195.38耦合输出镜面
196.4加工光学器件
197.40加工平面
198.400加工区域
199.42对应的加工平面
200.44压电移位器
201.5 进给装置
202.6 材料
203.7 超短脉冲激光器
204.70激光束
205.700加工几何形状
206.702子激光束
207.704子激光束
208.706工作区域
209.8 控制装置。

技术特征：
1.一种用于借助于超短脉冲激光器(7)的激光束(70)的超短激光脉冲来加工材料(6)的设备(1)，其优选地用于将微结构引入到材料中，所述设备包括：相对于旋转轴线(34)固定的耦合输入系统(2)，所述耦合输入系统具有用于耦合输入激光束(70)的耦合输入光学器件(20)；能围绕所述旋转轴线(34)旋转地与所述耦合输入系统(2)连接的旋转系统(3)，所述旋转系统具有旋转光学器件(30)；以及与所述旋转系统(3)连接且能与所述旋转系统一起旋转的加工光学器件(4)，用于将激光束(70)引导到待加工的材料(6)中或上，其中，所述耦合输入光学器件(20)设计为使得将耦合输入到其中的激光束(70)引导到对应的加工平面(42)中，其中，所述旋转光学器件(30)和所述加工光学器件(4)设计为使得它们将所述对应的加工平面(42)引导到待加工的材料(6)的加工平面(40)中，其特征在于，在所述耦合输入系统(2)之前和/或中布置光束影响系统(22)，用于将激光束(70)在所述对应的加工平面(42)中定位和/或成形。2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述加工平面(40)的法线相对于所述旋转轴线(34)以不大于10
°
倾斜，优选地不相对于所述旋转轴线(34)倾斜，特别是平行于所述旋转轴线(34)定向。3.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述加工平面(40)的法线基本上垂直于所述旋转轴线(34)定向。4.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述光束影响系统(22)能够使所述对应的加工平面(42)中的强度分布重新分布，以使得与在无所述光束影响系统(22)的情况下能实现的强度相比，在所述加工平面(40)内的部分区域中能够实现更高的强度。5.根据权利要求1，2或3所述的设备(1)，其特征在于，所述光束影响系统(22)包含光束成形元件和/或光束定位元件，该光束成形元件或光束定位元件不布置在所述对应的加工平面(42)中。6.根据权利要求1，2或3所述的设备(1)，其特征在于，所述光束影响系统(22)包含光束成形元件和/或光束定位元件，该光束成形元件或光束定位元件布置在所述对应的加工平面(42)的区域中。7.根据权利要求1，2，3或4所述的设备(1)，其特征在于，所述激光器在其基本模式中运行，和/或激光束是所述激光器的多个模式的相干叠加，其中，衍射系数m2小于1.5。8.根据权利要求1，2，3或4所述的设备(1)，其特征在于，所述光束影响系统引起单个激光束、特别是多个子激光束的相干叠加。9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述光束影响系统(22)包括声光偏转器单元。10.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述光束影响系统(22)设计为使得实现激光束(70)在所述对应的加工平面(42)中脉冲精确的定位和/或成形，和/或优选地实现在待加工的材料(6)的加工平面(40)中脉冲精确的焦点定位或光束成形。11.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述加工光学器件(4)包括高数值孔径物镜或施瓦茨希尔德物镜，所述高数值孔径物镜具有优选地大于0.1的数值孔径、特别优选地大于0.2的数值孔径。
12.根据权利要求11所述的设备(1)，其特征在于，焦点位置能够被调整，优选地能够通过在所述光束影响系统内可切换的功能和/或通过聚焦装置(44)、特别优选地通过压电移位器被调整。13.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述旋转系统(3)面状地设计，优选地设计为柱体，或者臂状地设计。14.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述旋转光学器件(30)包含成像的镜面光学器件和/或透镜光学器件。15.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述旋转光学器件(30)包括望远镜或望远镜的部分，优选是中继望远镜，所述望远镜与所述加工光学器件(4)一起将所述耦合输入系统(2)的对应的加工平面(42)优选地缩小到所述加工平面(40)中地成像到所述工件(6)上或中。16.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，设置进给装置(5)，借助于该进给装置能够使激光束(70)或带有旋转系统(3)的耦合输入系统(2)和材料(6)彼此相对移动。17.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，设置进给装置(5)，借助于该进给装置使带有旋转系统(3)的耦合输入系统(2)相对于材料平行于旋转轴线移动。18.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述旋转系统(3)的半径(r)能够被调整，其中，所述旋转光学器件(30)设置用于补偿所述半径(r)在所述旋转系统(3)中的调整。19.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述旋转系统(3)具有至少两个旋转光学器件(30)，所述至少两个旋转光学器件分别与加工光学器件(4)连接，并且所述光束影响系统(22)优选地设置用于产生至少两个加工几何形状，所述加工几何形状通过偏转光学器件(32)分别被引入到所述旋转系统(3)的旋转光学器件(30)中的一个旋转光学器件中。20.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述光束影响系统(22)将加工几何形状成像到扫描器(26)、优选地1d或2d电流扫描器中，所述扫描器使所述激光束(70)运动并且成像在所述对应的加工平面(42)中。21.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，卷对卷过程的材料(6)被引导通过加工平面(40)。22.根据权利要求3至21中任一项所述的设备(1)，其特征在于，材料(6)至少局部地是柱体状的，所述旋转轴线基本上与柱体轴线重合，所述加工平面(40)由此与柱体表面相匹配，并且进给平行于所述旋转轴线(34)定向。

技术总结
本发明涉及一种用于借助于超短脉冲激光器(7)的激光束(70)的超短激光脉冲来加工材料(6)的设备(1)，其包括：固定的耦合输入系统(2)，所述耦合输入系统具有耦合输入光学器件(20)；能围绕旋转轴线(34)旋转地与耦合输入系统(2)连接的旋转系统(3)，所述旋转系统具有旋转光学器件(30)；以及与旋转系统(3)连接且能与所述旋转系统一起旋转的加工光学器件(4)，用于将激光束(70)引导到待加工的材料(6)，其中，所述耦合输入光学器件(20)设计为使得耦合输入到所述耦合输入光学器件中的激光束(70)引导到对应的加工平面(42)中，其中，所述旋转光学器件(30)和所述加工光学器件(4)设计为使得其它们将对应的加工平面(42)成像到待加工的材料(6)的加工平面(40)，其中，在耦合输入系统(2)之前和/或中这样设置光束影响系统(22)，以使得实现将激光束(70)在所述对应的加工平面(42)中定位和/或成形。面(42)中定位和/或成形。面(42)中定位和/或成形。


技术研发人员：D
受保护的技术使用者：通快激光有限责任公司
技术研发日：2021.12.07
技术公布日：2023/9/7