DE10203198A1

DE10203198A1 - Material processing with large spectral bandwidth laser pulses involves varying spectral parameters of laser pulses before and/or during processing to achieve defined effect specific to processing

Info

Publication number: DE10203198A1
Application number: DE10203198A
Authority: DE
Inventors: Mark Bischoff; Martin Hacker; Roland Sauerbrey; Gregor Stobrawa; Wolfgang Ziegler
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2022-01-22
Also published as: DE10203198B4

Abstract

The method involves subjecting the object being processed to incident laser pulses to cause a physical or chemical change in the material of the object. In order to achieve a defined effect specific to the processing, e.g. increasing processing speed, improved material selectivity or improved surface structuring, one or more spectral parameters of the laser pulse is/are varied before and/or during processing. AN Independent claim is also included for the following: (a) a device for implementing the inventive method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserimpulsen großer spektraler Bandbreite, insbesondere mit Femtosekunden- und Pikosekundenimpulsen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for processing material with large laser pulses spectral bandwidth, especially with femtosecond and picosecond pulses and an apparatus for performing the method.

Es ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt, welche die Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich mit Materie zum Schmelzen, Verdampfen, Abtragen (Ablation) von Werkstoff US 4,494,226, zur Induzierung von Phasenübergängen US 6,329,270 oder zur Änderung anderer physikalischer oder chemischer Materialeigenschaften nutzen. A variety of methods are known which involve the interaction electromagnetic radiation in the infrared, visible and ultraviolet spectral range with matter for melting, evaporation, ablation of material US 4,494,226, for Induction of phase transitions US 6,329,270 or to change others use physical or chemical material properties.

Wird das Wechselwirkungsgebiet von Laserlicht und Werkstück, beispielsweise durch optische Masken oder sukzessive Verschiebung des Laserfokus, auf der Oberfläche des Werkstücks räumlich geformt, so gelingt es, bei der Bearbeitung linien- und flächenhafte Strukturen zu erzeugen; und auch dreidimensionale Strukturen können durch schichtweise Abtragung sowie in transparenten Medien auch durch die Positionierung des Laserfokus in der Tiefe des Materials erzielt werden (DE 100 06 081 A1). Is the interaction area of laser light and workpiece, for example, by optical masks or successive shift of the laser focus, on the surface of the The workpiece is spatially shaped, so it is possible to achieve linear and area-like machining Create structures; and even three-dimensional structures can be created in layers Ablation as well as in transparent media also by positioning the laser focus in the depth of the material can be achieved (DE 100 06 081 A1).

Für viele dieser Verfahren bedarf es hoher Leistungsdichten, die insbesondere durch Anwendung gepulster Laserstrahlungsquellen erreicht werden können. Bei der Verwendung von Laserimpulsen kurzer Dauer (einige Nanosekunden) wird eine besonders effiziente Bearbeitung erzielt (US 6,281,471). Störende, durch thermische Effekte verursachte Veränderungen des Werkstücks außerhalb der Wechselwirkungszone können bei noch kürzerer Impulsdauer weiter verringert werden (US 6,150,630). Dadurch ist es möglich, beispielsweise mittels Ablation, sehr feine Strukturen zu erzeugen, bei denen die Größe der Materialgebiete, in denen eine Wechselwirkung mit der Strahlung erfolgt, und jene, die keine wesentliche Veränderung gegenüber ihrem Ausgangszustand erfahren, nur durch die Größe des Laserfokus gegeben ist. Die theoretische Grenze für die minimalen Strukturgrößen ist dann durch die Beugungsbegrenzung und somit letztlich durch die Wellenlänge der verwendeten Laserstrahlung bestimmt. Insbesondere die Verwendung von Laserimpulsen mit Impulsdauern im Bereich von etwa 20 fs bis 1000 ps ermöglicht die direkte Mikro-Materialbearbeitung (F. Korte et. al.: "Sub-diffraction limited structuring of solid targets with femtosecond laser pulses", Optics Express 7, 2000, 41), die neben technischen Anwendungen auch medizinische Anwendungen, insbesondere in der Mikrochirurgie, einschließt. Darüber hinaus finden Vorrichtungen zur Erzeugung spektral breitbandiger Laserimpulse als Ultrakurzpulslaser breite Anwendung in der Forschung. Many of these processes require high power densities, which can be achieved in particular by using pulsed laser radiation sources. When using laser pulses of short duration (a few nanoseconds), particularly efficient processing is achieved (US Pat. No. 6,281,471). Disturbing changes in the workpiece caused by thermal effects outside the interaction zone can be further reduced with an even shorter pulse duration (US Pat. No. 6,150,630). This makes it possible, for example by means of ablation, to produce very fine structures in which the size of the material areas in which there is an interaction with the radiation and those which do not experience any significant change compared to their initial state are given only by the size of the laser focus is. The theoretical limit for the minimum structure sizes is then determined by the diffraction limitation and thus ultimately by the wavelength of the laser radiation used. In particular, the use of laser pulses with pulse durations in the range from approximately 20 fs to 1000 ps enables direct micro-material processing (F. Korte et. Al .: "Sub-diffraction limited structuring of solid targets with femtosecond laser pulses", Optics Express 7 , 2000 , 41 ), which in addition to technical applications also includes medical applications, in particular in microsurgery. In addition, devices for generating spectrally broadband laser pulses as ultrashort pulse lasers are widely used in research.

Bei der Lasermaterialbearbeitung von Verbundwerkstoffen besteht die Möglichkeit, das Amplitudenspektrum der verwendeten Laserimpulse so zu wählen, dass eine materialselektive Bearbeitung möglich ist. Die Auswahl eines geeigneten Lasers unter dem Gesichtspunkt einer Anpassung der Laserwellenlänge an das zu bearbeitende Material ist eine bekannte Methode (beispielsweise US 5,948,214, US 5,948,214, US 4,399,345 und US 5,569,398). Allerdings können sich die physikalisch-technischen Eigenschaften des Bearbeitungsobjektes im Bearbeitungsvorgang, beispielsweise durch Materialerwärmung, ändern. Insbesondere Veränderungen der Absorptionscharakteristik von Verbundkomponenten schränken dabei die Materialselektivität im Bearbeitungsvorgang ein (US 6,281,471), da eine adäquate Veränderung der Laserwellenlänge bei den zur Materialbearbeitung verwendeten Lasern kaum möglich ist. With laser material processing of composite materials, there is the possibility that Choose the amplitude spectrum of the laser pulses used so that a material-selective processing is possible. The selection of a suitable laser under the The point of view is an adaptation of the laser wavelength to the material to be processed a known method (for example US 5,948,214, US 5,948,214, US 4,399,345 and US 5,569,398). However, the physical and technical properties of the Processing object in the processing process, for example through material heating, to change. In particular, changes in the absorption characteristics of Composite components limit the material selectivity in the machining process (US 6,281,471), since an adequate change in the laser wavelength in the for Material processing lasers used is hardly possible.

Es war deshalb ein Verfahren zu schaffen, mit dem möglichst aufwandgering, flexibel und universell anwendbar Bearbeitungswirkungen ermöglicht werden, die jeweils spezifisch hinsichtlich Bearbeitungsaufgabe und Prozessverlauf festgelegt und angepasst werden können. It was therefore necessary to create a process that was as easy, flexible and effortless as possible universally applicable machining effects are made possible, each specific with regard to the processing task and the course of the process can.

Erfindungsgemäß werden für den Materialbearbeitungsprozess bzw. währenddessen ein oder mehrere spektrale Parameter der Laserimpulse, d. h. die spektrale Amplitude und/oder die spektrale Phase und/oder die spektrale Polarisation, gezielt verändert, um damit definierte bearbeitungsspezifische Effekte, wie beispielsweise die Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit, die Verbesserung der Materialselektivität, oder die Verbesserung der Oberflächenstrukturierung, zu bewirken. Dabei ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein spektraler Parameter in Abhängigkeit einer Messgröße aus dem Bearbeitungsprozess, vorzugsweise in einem Regelkreis, verändert wird. In den Unteransprüchen sind hierzu nähere Spezifikationen beispielhaft angeführt. According to the invention for the material processing process or during or multiple spectral parameters of the laser pulses, d. H. the spectral amplitude and / or the spectral phase and / or the spectral polarization, specifically changed to thereby defined processing-specific effects, such as increasing the Machining speed, improving material selectivity, or improving surface structuring. It is advantageous if at least one spectral parameters depending on a measurand from the machining process, preferably in a control loop. In the subclaims are detailed specifications given as examples.

Auf diese Weise ist es einerseits möglich, die für den vorgesehenen Bearbeitungsvorgang und den beabsichtigten Effekt dieser Materialbearbeitung bestmögliche Einstellung der spektralen Laserimpuls-Parameter (beispielsweise auf Grund von Testergebnissen oder sonstigen Erfahrungen oder Berechnungen) vorzunehmen. Darüber hinaus können andererseits die besagten spektralen Laserimpuls-Parameter nicht nur definiert vorgewählt, sondern für den Materialbearbeitungsprozess und/oder während dessen Durchführung in Abhängigkeit einer Regelgröße unmittelbar aus dem Bearbeitungsvorgang in Hinsicht auf die beabsichtigte Bearbeitungswirkung verändert und angepasst werden. Insofern kann auch auf die Veränderung physikalisch-technischer Eigenschaften des Bearbeitungsobjektes und der Prozessbedingungen im Bearbeitungsvorgang reagiert werden, um die bezweckte Bearbeitungswirkung zu verbessern oder zumindest nicht zu beeinträchtigen. Beispielsweise kann im Fall von Materialerwärmungen, welche bei der Bearbeitung von Verbundwerkstoffen im Allgemeinen nicht ohne Auswirkung auf die Materialselektivität bleibt, die spektrale Amplitude der Laserimpulse in Abhängigkeit der Wechselwirkung der Laserimpulse mit den Verbundwerkstoffen als Messgröße dynamisch verändert werden. Diese Veränderungen können sowohl kontinuierlich oder in Intervallen unmittelbar im Bearbeitungsvorgang durchgeführt werden (Regelbetrieb), als auch mit Unterbrechung des Bearbeitungsvorganges und Neueinstellung der spektralen Parameter für dessen Weiterführung erfolgen. In this way it is possible, on the one hand, for the intended machining operation and the intended effect of this material processing the best possible setting of spectral laser pulse parameters (for example based on test results or other experiences or calculations). In addition, you can on the other hand, said spectral laser pulse parameters are not only preselected, but for the material processing process and / or during its execution in Dependency on a controlled variable directly from the machining process the intended processing effect is changed and adapted. So far also on the change of physical-technical properties of the Machining object and the process conditions in the machining process are reacted to to improve the intended processing effect or at least not to impair it. For example, in the case of material heating, which occurs when machining Composites generally do not have an impact on material selectivity remains, the spectral amplitude of the laser pulses depending on the interaction of the Laser impulses with the composite materials as a measured variable can be changed dynamically. These changes can occur either continuously or at intervals immediately in the Processing process are carried out (regular operation), as well as with an interruption of the Processing process and readjustment of the spectral parameters for it Continuation take place.

Eigene Untersuchungen zur Mikrostrukturierung von optisch anisotropen Werkstoffen zeigen, dass durch eine gezielte Veränderung der Frequenzkomponenten eines spektral breitbandigen Laserimpulses der Wechselwirkungsprozess zwischen dem Laserimpuls und dem Bearbeitungsobjekt gesteuert werden kann. Insbesondere ermöglicht die gleichzeitige Regelung der spektralen Polarisation und der spektralen Phase bei der Bearbeitung anisotroper Werkstoffe die Kontrolle jenes Strukturierungsprozesses, der für die Erzeugung von anisotropen Wellenleiterstrukturen genutzt wird, zumal bekannte experimentelle Ergebnisse (F. Korte et. al.: "Sub-diffraction limited structuring of solid targets with femtosecond laser pulses", Optics Express 7, 2000, 41) belegen, dass sogar bei der Laserbearbeitung optisch isotroper Materialien nicht nur eine lokale Brechzahländerung erfolgt, sondern in der Regel auch eine lokale Anisotropie induziert wird. Our own investigations into the microstructuring of optically anisotropic materials show that the interaction process between the laser pulse and the processing object can be controlled by changing the frequency components of a spectrally broadband laser pulse. In particular, the simultaneous regulation of the spectral polarization and the spectral phase in the processing of anisotropic materials enables the control of the structuring process which is used for the generation of anisotropic waveguide structures, especially since known experimental results (F. Korte et. Al .: "Sub-diffraction limited structuring of solid targets with femtosecond laser pulses ", Optics Express 7 , 2000 , 41 ) prove that even with laser processing of optically isotropic materials not only does a local change in refractive index occur, but usually also a local anisotropy is induced.

Möglichkeiten, die spektralen Parameter von spektral breitbandigen Laserimpulsen an sich zu verändern, sind hinreichend bekannt (US 4,655,547 oder Brixner and Gerber: Optics Letters 26, 2001, 557). Possibilities for changing the spectral parameters of spectrally broadband laser pulses per se are sufficiently known (US 4,655,547 or Brixner and Gerber: Optics Letters 26 , 2001 , 557 ).

Die Erfindung soll nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. The invention will be described below with reference to two in the drawing Exemplary embodiments are explained in more detail.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 Prinzipaufbau einer Vorrichtung zur Materialbearbeitung unter Formung der spektralen Laserimpuls-Parameter\ Fig. 1 Principle structure of a device for material processing by shaping the spectral laser pulse parameters \

Fig. 2 Prinzipaufbau einer Vorrichtung zur laserbasierten Unterbrechung elektrischer Leiterbahnen auf einem Mikrochip unter Veränderung der spektralen Amplitude der Laserimpulse. Fig. 2 Principle structure of a device for laser-based interruption of electrical conductor tracks on a microchip while changing the spectral amplitude of the laser pulses.

In Fig. 1 ist der Prinzipaufbau einer Vorrichtung zur Materialbearbeitung unter Formung der spektralen Laserimpuls-Parameter dargestellt. Ein Kurzpulslaser 1 als Quelle breitbandiger Laserimpulse 1 steht über einen Impulsformer 2 zur Formung der spektralen Parameter der Laserimpulse mit einer Bearbeitungseinheit 3 zur Materialbearbeitung eines nicht dargestellten Bearbeitungsobjektes in Verbindung. Die Impulse des Kurzpulslasers 1 werden somit in ihrer spektralen Amplitude und/oder der spektralen Phase und/oder der spektralen Polarisation geformt und rufen in der Bearbeitungseinheit 3 bei ihrem Auftreffen auf das Bearbeitungsobjekt eine physikalisch-technische Wechselwirkung mit dessen Material hervor. Dabei können die geformten Laserimpulse (wie gestrichelt dargestellt) ggf. auch über einen optischen Verstärker 4 zur Bearbeitungseinheit 3 gelangen. In Fig. 1 the principle structure of an apparatus for processing materials under formation of the spectral laser pulse parameters is shown. A short-pulse laser 1 as the source of broadband laser pulses 1 is connected via a pulse shaper 2 for shaping the spectral parameters of the laser pulses to a processing unit 3 for material processing of a processing object, not shown. The pulses of the short-pulse laser 1 are thus shaped in terms of their spectral amplitude and / or the spectral phase and / or the spectral polarization and, in the processing unit 3, cause a physical-technical interaction with its material when it hits the processing object. The shaped laser pulses (as shown in dashed lines) can optionally also reach the processing unit 3 via an optical amplifier 4 .

Mit Veränderung eines oder mehrerer spektralen Parameter der Laserimpulse durch den Impulsformer 2 kann die Wechselwirkung der Laserimpulse mit dem Material des Bearbeitungsobjektes zum Erreichen definierter bearbeitungsspezifischer Effekte, beispielsweise in Hinsicht auf Bearbeitungsgeschwindigkeit, Materialselektivität oder Oberflächenstrukturierung, für den Bearbeitungsprozess oder auch im Verlauf desselben beeinflusst werden. By changing one or more spectral parameters of the laser pulses by means of the pulse shaper 2 , the interaction of the laser pulses with the material of the processing object can be influenced in order to achieve defined processing-specific effects, for example with regard to processing speed, material selectivity or surface structuring, for the processing process or also in the course thereof.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die spektrale Parameteränderung in Abhängigkeit einer als Regelgröße dienenden Messgröße der Materialbearbeitung verändert wird. Zu diesem Zweck ist an die Bearbeitungseinheit 3 mit dem zu bearbeitenden Objekt vorzugsweise eine Messeinrichtung 5 gekoppelt, die über eine Steuereinheit 6 mit dem Impulsformer 2 in Verbindung steht. Die Messeinrichtung 5 misst beispielsweise die Ablationsrate, die Oberflächenrauhigkeit oder die Material- bzw. Umgebungstemperatur des Bearbeitungsobjektes und liefert über die Steuereinheit 6 eine messgrößenabhängige Regelgröße zur Veränderung der spektralen Amplitude und/oder der spektralen Phase und/oder der spektralen Polarisation der Impulse des Kurzpulslasers 1. It is advantageous if the spectral parameter change is changed as a function of a measured variable of the material processing serving as a control variable. For this purpose, a measuring device 5 , which is connected to the pulse shaper 2 via a control unit 6, is preferably coupled to the processing unit 3 with the object to be processed. The measuring device 5 measures, for example, the ablation rate, the surface roughness or the material or ambient temperature of the processing object and, via the control unit 6, supplies a control variable dependent on the measurement variable for changing the spectral amplitude and / or the spectral phase and / or the spectral polarization of the pulses of the short-pulse laser 1 ,

In Fig. 2 ist der Prinzipaufbau einer speziellen Vorrichtung zur laserbasierten Unterbrechung elektrischer Leiterbahnen auf einem Mikrochip (link blow) dargestellt. Eine solche Aufgabe zur Materialbearbeitung besteht insbesondere bei Konditionierung von Speicherchips. Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft eingesetzt werden, um die erzielte Materialselektivität zur Vermeidung von Schäden am Substrat des Mikrochips zu nutzen, welche sonst durch Ungenauigkeit bei der räumlichen Überlagerung des Laserlichts mit den zu bearbeitenden Leiterbahnen entstehen (vgl. auch US 6,281,471). Da es bei der Materialbearbeitung auch zur Temperaturänderung des Bearbeitungsobjektes kommt, wodurch sich die Absorptionsspektren der einzelnen Materialkomponenten verschieben, ist die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft, weil ansonsten mit Verschiebung der besagten Absorptionsspektren der Verbundmaterialien eine Beeinträchtigung der Materialselektivität gegeben wäre. Dies könnte ebenfalls Bearbeitungsfehler und Schäden am Bearbeitungsobjekt zur Folge haben. In FIG. 2, the basic structure is shown a special device for laser-based interruption of electrical conductors on a microchip (link blow). Such a task for material processing exists in particular when conditioning memory chips. The method according to the invention can be used advantageously to use the material selectivity achieved to avoid damage to the substrate of the microchip, which otherwise occurs due to inaccuracy in the spatial overlay of the laser light with the conductor tracks to be processed (cf. also US Pat. No. 6,281,471). Since the temperature of the processing object also changes during material processing, which shifts the absorption spectra of the individual material components, the effect of the method according to the invention is particularly advantageous because otherwise the material spectra would be impaired if the absorption spectra of the composite materials were shifted. This could also result in processing errors and damage to the processing object.

Die Vorrichtung enthält einen Femtosekundenlaser 7, der über eine Laserverstärkerstufe 8 mit einem amplitudenmodulierenden Pulsformer 9 in Verbindung steht, dessen Steuereingang zur Amplitudenmodulierung an den Ausgang einer Steuereinheit 10 angeschlossen ist. Die Laserimpulse des Femtosekundenlasers 7 gelangen nach Verstärkung und nach Modulierung ihrer spektralen Amplitude auf ein achromatisches Objektiv 11, welches den Laserstrahl auf einen Wechselwirkungsbereich 12 mit einem Bearbeitungsobjekt 13 lenkt. Das Bearbeitungsobjekt 13 ist auf einem Koordinatentisch 14 angeordnet, der eine Positionierung des Bearbeitungsobjektes 13 in drei Raumrichtungen erlaubt. Der amplitudenmodulierende Pulsformer 9 kann beispielsweise durch eine optische Anordnung gemäß US 4,655,547 realisiert werden, welche eine räumliche Separation der spektralen Komponenten des Laserstrahls mittels eines Beugungsgitters und eine nachfolgende Abbildung des Spektrums in eine Fourierebene mittels einer Linse beinhaltet. Eine in dieser Fourierebene angeordnete polarisationsrotierende, streifenförmige Flüssigkristallmatrix (twisted nematic liquid crystal matrix) dient als räumlicher Lichtmodulator und bewirkt eine Veränderung des Polarisationszustandes der die einzelnen Streifen durchsetzenden spektralen Komponenten. Ein nachfolgender Polarisator (Analysator) dient in der besagten Patentschrift zur Übertragung der auf diese Weise erzielten Änderung des Polarisationszustands der einzelnen spektralen Komponenten in die gewünschte spektrale Amplitudenmodulation. Eine weitere Linse und ein weiteres dispersives Element mit den gleichen Parametern der entsprechenden Eingangskomponenten bewirken eine Rücktransformation des räumlich separierten Spektrums in den Laserstrahl (Kollimation). The device contains a femtosecond laser 7 , which is connected via a laser amplifier stage 8 to an amplitude-modulating pulse shaper 9 , the control input of which is connected to the output of a control unit 10 for amplitude modulation. After amplification and after modulation of their spectral amplitude, the laser pulses of the femtosecond laser 7 reach an achromatic objective 11 , which directs the laser beam onto an interaction area 12 with a processing object 13 . The processing object 13 is arranged on a coordinate table 14 , which allows the processing object 13 to be positioned in three spatial directions. The amplitude-modulating pulse shaper 9 can be implemented, for example, by an optical arrangement in accordance with US Pat. No. 4,655,547, which includes spatial separation of the spectral components of the laser beam by means of a diffraction grating and subsequent imaging of the spectrum in a Fourier plane by means of a lens. A polarization-rotating, strip-shaped liquid crystal matrix (twisted nematic liquid crystal matrix) arranged in this Fourier plane serves as a spatial light modulator and brings about a change in the polarization state of the spectral components passing through the individual strips. A subsequent polarizer (analyzer) is used in the said patent to transmit the change in the polarization state of the individual spectral components achieved in this way into the desired spectral amplitude modulation. A further lens and a further dispersive element with the same parameters of the corresponding input components cause the spatially separated spectrum to be transformed back into the laser beam (collimation).

Bei geeigneter Wahl der Parameter für die Impulsformung lässt sich eine Materialselektivität durch die Anpassung der spektralen Amplitude der Laserimpulse an das Absorptionsspektrum der zu bearbeitenden Materialkomponente erzielen, um benachbarte Zonen anderen Materials bei der Laserbearbeitung nicht zu schädigen. Darüber hinaus kann auch auf Temperaturveränderungen reagiert werden, die infolge der Materialbearbeitung entstehen und die Absorptionsspektren der Verbundmaterialien verschieben. In diesem Fall könnte (vgl. Fig. 1) am Bearbeitungsobjekt 13 ein Messfühler zur Temperaturerfassung angeordnet sein (aus Übersichtsgründen nicht in Fig. 2 dargestellt), der mit der Steuereinheit 10 in Verbindung steht. In diesem Fall würde der Impulsformer mit einer temperaturabhängigen Steuerung während der Lasermaterialbearbeitung eine dynamische Anpassung der spektralen Amplitude der Laserimpulse an die Absorptionscharakteristik des zu ablatierenden Materials erlauben, so dass Temperaturveränderungen im Bearbeitungsprozess nicht die Materialselektivität beeinträchtigen. Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Kurzpulslaser
2 Impulsformer
3 Bearbeitungseinheit
4 optischer Verstärker
5 Messeinrichtung
6, 10 Steuereinheit
7 Femtosekundenlaser
8 Laserverstärkerstufe
9 amplitudenmodulierender Pulsformer
11 achromatisches Objektiv
12 Wechselwirkungsbereich
13 Bearbeitungsobjekt
14 Koordinatentisch
With a suitable choice of the parameters for the pulse shaping, material selectivity can be achieved by adapting the spectral amplitude of the laser pulses to the absorption spectrum of the material component to be processed, in order not to damage adjacent zones of other material during laser processing. In addition, it is also possible to react to temperature changes that arise as a result of material processing and shift the absorption spectra of the composite materials. In this case (see FIG. 1), a measuring sensor for temperature detection could be arranged on the processing object 13 (not shown in FIG. 2 for reasons of clarity), which is connected to the control unit 10 . In this case, the pulse shaper with a temperature-dependent control would allow dynamic adaptation of the spectral amplitude of the laser pulses to the absorption characteristics of the material to be ablated during laser material processing, so that temperature changes in the processing process do not impair the material selectivity. List of the reference numerals used 1 short pulse laser
2 pulse shapers
3 processing unit
4 optical amplifiers
5 measuring device
6 , 10 control unit
7 femtosecond lasers
8 laser amplifier stage
9 amplitude modulating pulse shaper
11 achromatic lens
12 Interaction area
13 processing object
14 coordinate table

Claims

1. Process for material processing with laser pulses of large spectral bandwidth, in which the laser pulses strike a processing object and cause a physical or chemical change in the material, characterized in that, in order to achieve defined processing-specific effects, such as, for example, increasing the processing speed, improving the Material selectivity, or the improvement of the surface structuring, one or more spectral parameters of the laser pulses can be changed specifically before and / or during the machining process.

2. The method according to claim 1, characterized in that as a spectral parameter the spectral amplitude of the laser pulses is changed.

3. The method according to claim 1, characterized in that as a spectral parameter the spectral phase of the laser pulses is changed.

4. The method according to claim 1, characterized in that as a spectral parameter the spectral polarization of the laser pulses is changed.

5. The method according to claim 1, characterized in that at least one spectral Parameters depending on a measured variable from the machining process are preferred is changed dynamically.

6. The method according to claim 5, characterized in that the measured variable Material removal rate is used.

7. The method according to claim 5, characterized in that the measured variable Surface roughness serves.

8. The method according to claim 5, characterized in that in particular Generation or processing of an optical waveguide the transmission of the Processing object is used as a measurement variable.

9. The method according to claim 5, characterized in that in particular in the Generation or processing of an optical waveguide the reflection electromagnetic waves is used as a measured variable.

10. The method according to claim 5, characterized in that the of Processing area reflected portion of the laser light serves as a measurement variable.

11. The method according to claim 5, characterized in that in particular in the Production or processing of a micromechanical component at least one its resonance frequencies is used as a measurement.

12. The method according to claim 5, characterized in that in particular in the Production or processing of a micromechanical component Resonance amplitude at a defined vibration frequency is used as a measurement variable.

13. The method according to claim 5, characterized in that the hydrophobicity or the hydrophilicity of the processing surface is evaluated as a measured variable.

14. The method according to claim 5, characterized in that the anisotropy of the processed material is evaluated as a measurement variable.

15. The method according to claim 5, characterized in that when processing Composites the material selectivity the interaction of the laser impulses with the composite materials is used as a measurement.

16. The method according to claim 5, characterized in that when processing microelectronic components at least one of their electrical properties, such as Conductivity or capacitance, is used as a measurement.

17. The method according to claim 1, characterized in that the spectral parameters the effect of the laser pulses on the intended machining process be tested and that subsequently the in relation to the targeted Machining effect selected spectral parameters as output variables for the Material processing process can be set.

18. The method according to claim 1, characterized in that the experience or Known spectral parameters of the laser pulses as output variables for calculations the machining process can be set.

19. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that a laser ( 1 ) for generating laser pulses of large spectral bandwidth via a pulse shaper ( 2 ) for setting or changing the spectral amplitude and / or the spectral phase and / or the spectral polarization of the laser pulses is connected to a processing unit ( 3 , 11 ) for the laser pulse treatment of a processing object ( 13 ).

20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the pulse shaper ( 2 ) at least one amplifier stage ( 4 , 8 ) for amplifying the laser pulses is connected upstream and / or downstream.

21. The apparatus according to claim 19, characterized in that a measuring device ( 5 ) is provided for monitoring the machining process, which is connected to the pulse shaper ( 2 ) via a control unit ( 6 , 10 ).

22. The apparatus according to claim 21, characterized in that the measuring device ( 5 ) has at least one transducer for measuring the removal rate of the material processing.

23. The device according to claim 21, characterized in that the measuring device ( 5 ) has at least one transducer for measuring the temperature of the material processing.

24. The device according to claim 21, characterized in that the measuring device ( 5 ) has at least one measurement sensor for measuring the surface roughness of the processing object ( 14 ).

25. The device according to claim 21, characterized in that the measuring device ( 5 ) has at least one optical sensor.