[发明专利]用于透明材料的激光加工的方法和装置

权利要求书

1.一种用于通过在工件材料中形成切割表面或分裂表面来加工透明材料的方法，所述方法包括两个加工阶段：

-阶段A，在所述阶段A中，执行利用激光的切割表面或分裂表面形成而不使工件部分彼此完全分离，其中，所述阶段A包括下述步骤：

A.1激光器生成TEM₀₀模式的相干超短脉冲激光辐射光束，

A.2将所生成的激光辐射光束引导到光学系统中，其中，所述光学系统形成所述激光辐射光束的设定直径、总脉冲能量和光偏振，

A.3将在步骤A.2中形成的所述激光辐射光束引导到光学元件中，其中，所述光学元件根据预定规则对入射的激光辐射光束进行变换，

A.4将所形成的激光辐射光束定位在工件中，所述工件的材料对激光光束辐射而言几乎是透明的，并且激光辐射脉冲的预定参数确保在经加工的工件的聚焦区域中的激光辐射能量密度足以改变所述工件材料的性质，

A.5使所述经加工的工件相对于所述激光辐射光束进行可控移动，使得所述工件中的激光辐射光束焦点分别移位，从而产生所需数量的损伤区域并在所述工件中形成所需轨迹切割和/或分裂的表面，

-阶段B，在所述阶段B中，基于在所述阶段A期间形成的所述切割表面和/或所述分裂表面的轨迹，通过将所述工件安置在化学介质中来执行所述工件部分彼此的完全分离，其中，所述化学介质在损伤区域处蚀刻所述工件材料，

其特征在于，在步骤A.3中，根据所述预定规则的激光辐射光束变换在光学元件(10)中发生，所述光学元件(10)包括对垂直激光辐射光束的Pancharatnam-Berry相位(PBP)进行平滑地改变的双折射结构，其中，在所述光学元件(10)中形成所述结构的具有不同PBP变换规则并具有相对于所述激光辐射光束接近所述元件的取向的至少两个区域，其中，所述结构的所述至少两个区域分别形成至少两个子光束，所述至少两个子光束能够根据接近所述光学元件(10)的激光辐射的参数比如偏振类型来改变所述子光束的能量、相位和偏振分布，所述偏振类型表示线性或圆形或径向或方位角、和/或线性偏振平面相对于所述元件中的切割轨迹或分裂轨迹的方向的取向，其中，

所形成的子光束彼此干涉以获得总的非衍射激光辐射光束，所述总的非衍射激光辐射光束具有设定的能量、相位和偏振焦线的偏心对称分布，所述偏心对称分布在垂直于激光辐射光束传播方向的平面中具有更好的伸长率，其中，能够通过改变在步骤A.2期间形成的接近所述光学元件(10)的激光辐射的参数来获得上述分布的期望形式，其中，所述非衍射激光辐射光束的所述偏心对称分布在光传播的垂直平面中具有主长方形能量最大值和次能量最大值，所述主长方形能量最大值包含具有密度ρ的脉冲的大部分能量，并且所述次能量最大值在所述平面中伸长，其中能量密度在ρ/6至ρ/3之间，

将所获得的总激光辐射光束定位在所述工件中，其中，每个激光辐射脉冲形成由物理变化和化学变化构成的长形的一般损伤区域，所述物理变化由由于所述主能量最大值的影响而产生的腔和/或裂纹形成，所述化学变化由由于所述次能量最大值的影响而产生的所述工件材料中的化学变化形成，其中，通过使所述元件(10)围绕所述元件(10)的轴线旋转并且使经加工的工件以受控的方式移动，使得由于所述工件材料的物理变化而导致所形成的长形损伤区域在纵向方向上以一个接一个且沿着所述切割轨迹和/或所述分裂轨迹具有间隙的方式定位，

而在步骤A4和步骤A5中，激光脉冲能量和功率以及工件运动速度选择成使得由于所述工件材料的化学变化而形成的损伤区域将由于损伤的物理变化而出现的损伤区域沿着所述切割轨迹延伸到使得相邻的共同损伤区域合并或重叠的程度；并且在阶段B中，化学介质将在整个切割轨迹上同时作用在所述工件材料上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所形成的长形共同损伤区域位于与光传播方向垂直的椭圆平面中并且具有大致恒定的尺寸，所述大致恒定的尺寸沿着所述方向从平均值开始变化不超过+/-15％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过沿着所述切割表面或所述分裂表面的轨迹以与光束的横向尺寸相当的距离传播一个以上的非衍射光束而从所述长形共同损伤区域形成所述切割表面或所述分裂表面的轨迹。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，由所述工件的物理变化引起的长形损伤布置有超过所述损伤的宽度至少1.5倍的台阶部。