Laserbearbeitung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsoptik zur Werkstückbearbeitung, insbesondere mittels einer Ultrakurzpuls-Laserquelle, umfassend: eine Polarisator- Anordnung, die ein doppelbrechendes Polarisator-Element zur Aufteilung mindestens eines insbesondere gepulsten Eingangslaserstrahls auf mindestens zwei Teilstrahlen mit jeweils einem von zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen umfasst, sowie eine im Strahlengang nach der Polarisator-Anordnung angeordnete Fokussieroptik zur Fokussierung der Teilstrahlen auf mindestens zwei Fokuszonen. Die Erfindung betrifft auch eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer solchen Bearbeitungsoptik, sowie ein Verfahren zum Laserbearbeiten eines Werkstücks mittels einer Bearbeitungsoptik, umfassend: Aufteilen mindestens eines insbesondere gepulsten Eingangslaserstrahls auf mindestens zwei Teilstrahlen, die jeweils einen von zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen aufweisen, an einem doppelbrechenden Polarisator-Element einer Polarisator-Anordnung, sowie Fokussieren der Teilstrahlen auf Fokuszonen im Bereich des Werkstücks mittels einer Fokussiereinrichtung der Bearbeitungsoptik. Im Sinne dieser Anmeldung werden unter Teilstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen linear polarisierte Teilstrahlen verstanden, deren Polarisationsrichtungen in einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet sind. Unter Teilstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen werden aber auch zirkular polarisierte Teilstrahlen mit entgegengesetztem Drehsinn verstanden, d.h. zwei links bzw. rechts zirkular polarisierte Teilstrahlen. Die Umwandlung von linear polarisierten Teilstrahlen mit senkrecht zueinander ausgerichteten Polarisationsrichtungen in zirkular polarisierte Teilstrahlen mit entgegengesetztem Drehsinn kann z.B. mit Hilfe einer geeignet orientierten Verzögerungsplatte (l/4-Platte) erfolgen.

Bei der Laserbearbeitung eines Werkstücks, insbesondere beim Laserabtragen, Laserschneiden, Oberflächenstrukturieren, Laserschweißen, Laserbohren, etc. ist es günstig, einen Eingangslaserstrahl in mehrere Teilstrahlen aufzuteilen, die an unterschiedlichen Orten auf das Werkstück auftreffen bzw. fokussiert werden. Die Aufteilung kann an einem Polarisator-Element erfolgen, wobei aus einem Eingangslaserstrahl in der Regel zwei Teilstrahlen mit jeweils einem von zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen, z.B. zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlen, als Ausgangslaserstrahlen gebildet werden. Es ist möglich, dass mehrere Eingangslaserstrahlen, die räumlich versetzt sind oder die einen Winkelversatz aufweisen, auf das Polarisator-Element auftreffen. Jeder der Eingangslaserstahlen kann in diesem Fall in ein Paar von Teilstrahlen mit jeweils einem von zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen aufgeteilt werden. Ob bzw. mit welchen Leistungsanteilen die beiden Teilstrahlen gebildet werden, hängt von der Polarisation des Eingangslaserstrahls ab.

In der WO2015/128833A1 ist ein Laser-Schneidkopf beschrieben, der ein im Strahlengang eines Laserstrahls angeordnetes polarisierendes Strahlversatzelement zur Erzeugung zweier linear polarisierter Teilstrahlen aufweist. Das polarisierende Strahlversatzelement ist in einem divergenten oder in einem konvergenten Strahlengang-Abschnitt des Laserstrahls angeordnet. Das Strahlversatzelement kann aus einem doppelbrechenden Material gebildet sein. Bei der Verwendung einer fokussierenden, vergrößernden Optik und einem im Strahlengang hinter der fokussierenden Optik angeordneten Strahlversatzelement kann es zu einer teilweisen Überlagerung der beiden Teilstrahlen in der Fokusebene kommen. Aus der WO2015/5114032 A1 ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung zur Werkstückbearbeitung bekannt geworden, die eine Bearbeitungsoptik aufweist, bei der ein Eingangslaserstrahl an einem Polarisator in zwei senkrecht polarisierte Teilstrahlen aufgeteilt wird. Die Bearbeitungsoptik weist eine größere Weglänge für den zweiten Teilstrahl als für den ersten Teilstrahl auf, wodurch der zweite Teilstrahl eine längere Laufzeit als der erste Teilstrahl aufweist. Der zweite Teilstrahl wird in mindestens einer geometrischen Strahleigenschaft gegenüber dem ersten Teilstrahl verändert. Der veränderte zweite Teilstrahl wird dem ersten Teilstrahl derart überlagert, dass beide Teilstrahlen einen gemeinsamen Ausgangslaserstrahl bilden.

In der WO2018/020145A1 ist ein Verfahren zum Schneiden von dielektrischem oder Halbleiter-Material mittels eines gepulsten Lasers beschrieben, bei dem ein Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, die in zwei räumlich getrennten, um einen Abstand zueinander versetzten Zonen auf das Material treffen. Der Abstand wird auf einen Wert unterhalb eines Schwellwerts eingestellt, um einen geradlinigen Mikro-Bruch in dem Material zu erzeugen, der in einer vorgegebenen Richtung zwischen den beiden zueinander versetzten Zonen verläuft. An den beiden Teilstrahlen kann eine Strahlformung zur Erzeugung einer Ortsverteilung auf dem Material in Form eines Bessel-Strahls durchgeführt werden.

Die WO2016/089799A1 beschreibt ein System zum Laserschneiden mindestens eines Glas-Artikels mittels einer gepulsten Laser-Baugruppe, die ein strahlformendes optisches Element zur Umwandlung eines Eingangsstrahls in einen quasi- nichtbeugenden Strahl, beispielsweise einen Bessel-Strahl, umfasst. Die Laser- Baugruppe umfasst auch ein Strahl-Transformations-Element zur Umwandlung des quasi-nichtbeugenden Strahls in mehrere zwischen 1 gm und 500 gm voneinander beabstandete Teilstrahlen. Die Phase mindestens eines der quasi-nichtbeugenden Teilstrahlen kann zwischen ca. TT/4 und ca. 2 p verschoben sein.

In der DE 102019205394.7 ist eine Bearbeitungsoptik zur Werkstückbearbeitung beschrieben, die ein doppelbrechendes Polarisator-Element zur Aufteilung mindestens eines Eingangslaserstrahls in ein Paar von senkrecht zueinander polarisierten Teilstrahlen sowie eine im Strahlengang nach dem Polarisator-Element angeordnete Fokussieroptik zur Fokussierung der Teilstrahlen auf Fokuszonen aufweist, wobei die Bearbeitungsoptik zur Erzeugung von zumindest teilweise überlappenden Fokuszonen der senkrecht zueinander polarisierten Teilstrahlen ausgebildet ist. Die Bearbeitungsoptik kann zur Erzeugung einer Mehrzahl von Paaren von zumindest teilweise überlappenden Fokuszonen entlang einer vorgegebenen Kontur in einer Fokusebene ausgebildet sein, wobei sich Fokuszonen von jeweils zwei senkrecht zueinander polarisierten Teilstrahlen von unmittelbar benachbarten Paaren zumindest teilweise überlappen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bearbeitungsoptik, eine Laserbearbeitungsvorrichtung damit sowie ein Verfahren zum Laserbearbeiten bereitzustellen, welche es ermöglichen, die Teilstrahlen in den Fokuszonen unter definierten Winkeln und/oder Positionen zur optischen Achse der Bearbeitungsoptik auszurichten.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bearbeitungsoptik der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Polarisator-Anordnung mindestens ein im Strahlengang nach dem doppelbrechenden Polarisator-Element angeordnetes weiteres optisches Element zur Veränderung eines Winkels und/oder eines Abstands mindestens eines der Teilstrahlen relativ zu einer optischen Achse der Bearbeitungsoptik aufweist.

Bei der Aufteilung des Eingangslaserstrahls auf die mindestens zwei Teilstrahlen an dem bzw. an einem einzigen doppelbrechenden Polarisator-Element kann ggf. nicht derjenige Abstand und/oder diejenige Ausrichtung der Teilstrahlen relativ zur optischen Achse der Bearbeitungsoptik erzeugt werden, der/die bei der Fokussierung der Teilstrahlen auf die Fokuszonen erzeugt werden soll. Dies ist darauf zurückzuführen, dass mittels ein- und desselben Polarisator-Elements in der Regel nicht gleichzeitig ein vorgegebener Orts- und/oder Winkelversatz der beiden Teilstrahlen relativ zueinander und ein gewünschter Winkel und/oder eine gewünschte Position in Bezug auf die optische Achse der Bearbeitungsoptik erzeugt werden können. Um beides zu erreichen, wird vorgeschlagen, mindestens ein weiteres optisches Element im Strahlengang nach dem doppelbrechenden Polarisator-Element anzuordnen.

In der Regel trifft der Eingangslaserstrahl parallel zur optischen Achse, insbesondere entlang der optischen Achse der Bearbeitungsoptik auf das doppelbrechende Polarisator-Element auf. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, durch eines oder mehrere optische Elemente, die im Strahlengang vor dem Polarisator-Element angeordnet sind, die Ausrichtung und/oder die Position des Eingangslaserstrahls relativ zur optischen Achse einzustellen bzw. vorzugeben.

Auch wenn in der nachfolgenden Beschreibung nur eine Polarisator-Anordnung mit einem doppelbrechenden Polarisator-Element zur Aufteilung in zwei Teilstrahlen beschrieben ist, können grundsätzlich auch zwei oder mehr doppelbrechende Polarisator-Elemente in der Bearbeitungsoptik vorgesehen sein. Beispielsweise kann in diesem Fall der von einer Laserquelle erzeugte, in die Bearbeitungsoptik eintretende Laserstrahl in zwei oder mehr Teilstrahlen aufgeteilt werden, die jeweils einen Eingangslaserstrahl für ein zugehöriges doppelbrechendes Polarisator- Element darstellen, oder es können die Laserstrahlen mehrerer Laserquellen als Eingangslaserstrahlen verwendet werden.

Bei einer Ausführungsform ist das Polarisator-Element zur Erzeugung eines Ortsversatzes und/oder eines Winkelversatzes zwischen den Teilstrahlen mit den unterschiedlichen Polarisationszuständen ausgebildet. In der Regel wird beim Aufteilen des Eingangsstrahls auf die mindestens zwei Teilstrahlen an einem doppelbrechenden Polarisator-Element ein lateraler Versatz (Ortsversatz) und/oder ein Winkelversatz zwischen den beiden Teilstrahlen erzeugt. Das doppelbrechende Polarisator-Element kann entweder zur Erzeugung eines lateralen (Orts-)Versatzes oder zur Erzeugung eines Winkelversatzes oder zur Erzeugung einer Kombination eines Winkelversatzes und eines Ortsversatzes zwischen den beiden Teilstrahlen mit den unterschiedlichen Polarisationszuständen ausgebildet sein. Mit Hilfe eines doppelbrechenden Polarisator-Elements, typischerweise in Form eines doppelbrechenden Kristalls, wird bei geeigneter Polarisation des Eingangslaserstrahls, z.B. bei einem unpolarisierten Eingangslaserstrahl bzw. bei einem Eingangslaserstrahl mit Undefinierter, elliptischer oder zirkularer Polarisation, das gezielte räumliche Aufteilen des Eingangslaserstrahls in seine Polarisationsbestandteile ermöglicht. Die Aufteilung der Leistung des Eingangslaserstrahls auf die beiden Teilstrahlen ist abhängig von der Polarisation des Eingangslaserstahls bzw. kann durch die Wahl der Polarisation des Eingangslaserstrahls festgelegt werden: Ist die Polarisation des Eingangslaserstrahls linear oder weist eine sonstige Vorzugsrichtung auf, z.B. bei elliptischer Polarisation, erfolgt typischerweise keine gleichmäßige Aufteilung der Leistung des Eingangslaserstrahls auf die beiden Teilstrahlen.

Es kann sinnvoll sein, die Polarisation des Eingangslaserstrahls mit Hilfe von geeigneten polarisationsbeeinflussenden optischen Elementen, beispielsweise in Form von Verzögerungsplatten, zu beeinflussen, um das Teilungsverhältnis bei der Aufteilung des Eingangslaserstrahls auf die beiden Teilstrahlen gezielt zu beeinflussen und ggf. die Aufteilung des Eingangslaserstrahls auf die beiden Teilstrahlen ein- oder auszuschalten. Ist der Eingangslaserstrahl zirkular polarisiert, kann unabhängig vom Winkel einer ggf. vorhandenen Vorzugsrichtung bei der Bearbeitung (s.u.) eine Aufteilung der Leistung des Eingangslaserstrahls auf zwei Teilstrahlen mit vergleichbaren Leistungsanteilen erzielt werden.

Abhängig von der Ausgestaltung des doppelbrechenden Polarisator-Elements kann ein wohldefinierter, reiner Ortsversatz, ein wohldefinierter, reiner Winkelversatz oder eine Kombination aus einem definierten Ortsversatz und einem definierten Winkelversatz zwischen den beiden Teilstrahlen mit den unterschiedlichen Polarisationszuständen erzeugt werden.

Zur Erzeugung des Ortsversatzes (ohne Winkelversatz) kann das doppelbrechende Polarisator-Element beispielsweise parallel ausgerichtete, in der Regel plane Strahleintritts- und Strahlaustrittsflächen aufweisen. Die optische Achse des doppelbrechenden Kristalls ist in diesem Fall typischerweise unter einem Winkel zur Strahleintrittsfläche ausgerichtet. Trifft der Eingangslaserstrahl senkrecht auf die Strahleintrittsfläche, wird an der Strahlaustrittsfläche ein reiner Ortsversatz erzeugt.

Zur Erzeugung des Winkelversatzes (ohne Ortsversatz) kann das doppelbrechende Polarisator-Element eine Strahlaustrittsfläche aufweisen, die unter einem Winkel zur Strahleintrittsfläche geneigt ist. Die optische Achse des doppelbrechenden Kristalls ist in diesem Fall typischerweise parallel zur Strahleintrittsfläche ausgerichtet. Die beiden Teilstrahlen treten in diesem Fall an der Strahlaustrittsfläche an demselben Ort und mit einem definierten Winkelversatz aus dem doppelbrechenden Kristall aus.

Zur Erzeugung eines Orts- und Winkelversatzes kann das doppelbrechende Polarisator-Element eine Strahlaustrittsfläche aufweisen, die unter einem Winkel zur Strahleintrittsfläche geneigt ist. Die optische Achse des doppelbrechenden Kristalls ist in diesem Fall typischerweise unter einem Winkel zur Strahleintrittsfläche und zur Strahlaustrittsfläche ausgerichtet. Ein doppelbrechendes Polarisator-Element, das einen reinen Ortsversatz erzeugt und ein doppelbrechendes Polarisator-Element, das einen reinen Winkelversatz erzeugt, stellen Spezialfälle des hier beschriebenen doppelbrechenden Polarisator-Elements dar, das sowohl einen Winkelversatz als auch einen Ortsversatz erzeugt.

Bei einer Weiterbildung ist das Polarisator-Element zur Erzeugung eines Winkelversatzes zwischen den Teilstrahlen mit den unterschiedlichen Polarisationszuständen ausgebildet und das weitere optische Element ist ausgebildet, den Winkel mindestens eines der beiden Teilstrahlen relativ zur optischen Achse zu verändern, um den mindestens einen Teilstrahl parallel zur optischen Achse auszurichten. Eine Ausrichtung (mindestens) eines der Teilstrahlen parallel zur optischen Achse ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Polarisator- Element bzw. die Polarisator-Anordnung um die optische Achse gedreht wird, um eine Vorzugsrichtung bei der Bearbeitung des Werkstücks zu verändern. Eine solche Ausrichtung ermöglicht es, einen unerwünschten, vom Drehwinkel des Polarisator- Elements um die Drehachse abhängigen Offset dieses Teilstrahls zu vermeiden bzw. bei der Drehung des Teilstrahls einen konstanten Offset um die optische Achse zu erzeugen. Bei einer Weiterbildung ist das weitere optische Element optisch isotrop ausgebildet, wobei das Polarisator-Element bevorzugt zur Erzeugung eines Winkelversatzes ohne Erzeugung eines Ortsversatzes ausgebildet ist. In diesem Fall ist das weitere optische Element bevorzugt als keilförmiges optisch isotropes Element ausgebildet. Der Keilwinkel des keilförmigen weiteren optischen Elements ist in diesem Fall typischerweise an einen Keilwinkel der Austrittsfläche des Polarisator-Elements angepasst, um den Winkelversatz eines der beiden Teilstrahlen zu kompensieren oder um den Winkelversatz für beide Teilstrahlen relativ zur optischen Achse auszumitteln. Generell kann durch eine geeignete Abstimmung des Keilwinkels des keilförmigen weiteren optischen Elements und des Keilwinkels des doppelbrechenden Polarisator-Elements ein gewünschter Abstand bzw. Offset des parallel ausgerichteten Teilstrahls von der optischen Achse vorgegeben werden, der bei der Drehung um die Drehachse beibehalten wird.

Durch die Verwendung eines keilförmigen optischen Elements, das zwei Keilwinkel aufweist, die in zueinander senkrechten Ebenen liegen, können die beiden Fokuszonen, die nach dem Durchlaufen der Fokussieroptik erzeugt werden, zusätzlich ein (für beide Teilstrahlen identischer) Winkel in einer Richtung senkrecht zur Einfallsebene bzw. zu der Ebene, in der die optische Achse des doppelbrechenden Polarisator-Elements angeordnet ist, aufgeprägt werden. Nach der Fourier-Transformation durch die Fokussieroptik wird der aufgeprägte Winkel in einen Ortsversatz in der Fokusebene umgewandelt. Bei geeignetem Abstand der Polarisator-Anordnung zur Fokussieroptik können die beiden Teilstrahlen in der Fokusebene parallel zur optischen Achse verlaufen und im gleichen Abstand von der optischen Achse positioniert werden.

Bei einer Weiterbildung weist die Polarisator-Anordnung eine Strahlversatz-Optik auf, die ein weiteres doppelbrechendes optisches Element umfasst, um beide Teilstrahlen parallel zueinander auszurichten. Ein zusätzliches optisches Element, das beispielsweise als keilförmiges optisches Element ausgebildet ist, und das im Strahlengang nach dem weiteren doppelbrechenden optischen Element angeordnet ist, kann die Strahlrichtung der beiden parallel ausgerichteten Teilstrahlen verändern, so dass beide Teilstrahlen parallel zur optischen Achse ausgerichtet werden. Durch die Einstellung des Abstandes zwischen dem weiteren doppelbrechenden Element und dem zusätzlichen optischen Element der Strahlversatz-Optik in Richtung der optischen Achse kann der Abstand festgelegt werden, den die beiden Teilstrahlen zur optischen Achse aufweisen.

Bei einer Weiterbildung ist die Polarisator-Anordnung ausgebildet, einen der Teilstrahlen auf der optischen Achse zu positionieren oder beide Teilstrahlen in gleichen Abständen von der optischen Achse zu positionieren. Insbesondere bei der Drehung des Polarisator-Elements um die optische Achse der Bearbeitungsoptik (Z- Richtung) hat es sich als günstig erwiesen, wenn einer der beiden Teilstrahlen auf der optischen Achse der Bearbeitungsoptik positioniert wird, so dass dessen Position sich bei der Drehung nicht verändert. Auch eine symmetrische Anordnung der beiden Teilstrahlen in Bezug auf die optische Achse, bei der beide Teilstrahlen in gleichen Abständen zur optischen Achse angeordnet werden, ist möglich. Zur Positionierung des Teilstrahls auf der optischen Achse bzw. der beiden Teilstrahlen symmetrisch zur optischen Achse bestehen mehrere Möglichkeiten:

Eine Möglichkeit besteht darin, bei der oben beschriebenen Strahlversatz-Optik den Abstand zwischen dem weiteren doppelbrechenden optischen Element und dem zusätzlichen optischen Element entlang der optischen Achse so vorzugeben oder ggf. mittels einer geeigneten Verschiebeeinrichtung so einzustellen, dass einer der beiden Teilstrahlen entlang der optischen Achse der Bearbeitungsoptik verläuft und der andere Teilstrahl zur optischen Achse versetzt verläuft oder dass beide Teilstrahlen im gleichen Abstand zur optischen Achse verlaufen.

Bei einer weiteren Weiterbildung ist das doppelbrechende Polarisator-Element zusätzlich zur Erzeugung des Winkelversatzes zur Erzeugung eines Ortsversatzes ausgebildet und das weitere optische Element ist doppelbrechend ausgebildet, um den Teilstrahl auf der optischen Achse zu positionieren. In diesem Fall sind die optische Achse des doppelbrechenden Materials des Polarisator-Elements sowie dessen Strahleintrittsfläche und dessen Strahlaustrittsfläche so ausgerichtet und in einem solchen Abstand zu dem weiteren doppelbrechenden Element angeordnet, dass einer der beiden Teilstrahlen parallel zur optischen Achse ausgerichtet sowie auf der optischen Achse der Bearbeitungsoptik positioniert wird. Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Polarisator-Anordnung ausgebildet, den Winkelversatz und/oder Ortsversatz zwischen den beiden Teilstrahlen zu verändern. Der von dem Polarisator-Element erzeugte Winkelversatz und/oder Ortsversatz zwischen den beiden Teilstrahlen ist - bei vorgegebenen Randbedingungen - typischerweise konstant. Um den von der Polarisator-Anordnung erzeugten Winkelversatz und/oder Ortsversatz zu verändern, ist das bzw. mindestens ein weiteres in der Regel doppelbrechendes optisches Element in der Polarisatoranordnung vorgesehen, welches es ermöglicht, den Winkelversatz und/oder den Ortsversatz zwischen den beiden Teilstrahlen zu verändern bzw. einzustellen. Zu diesem Zweck ist das weitere, in der Regel doppelbrechende optische Element typischerweise relativ zur optischen Achse der Polarisator- Anordnung bewegbar.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das weitere optische Element doppelbrechend ausgebildet und zur Veränderung des Winkelversatzes und/oder zur Veränderung des Ortsversatzes zwischen den beiden Teilstrahlen entlang der optischen Achse der Bearbeitungsoptik verschiebbar und/oder um die optische Achse der Bearbeitungsoptik drehbar. Zur Verschiebung des weiteren doppelbrechenden optischen Elements entlang der optischen Achse kann ein Translations-Antrieb dienen, der beispielsweise in der Art eines Linearantriebs oder dergleichen ausgebildet sein kann. Für die Drehung des weiteren optischen Elements um die optische Achse der Polarisator-Anordnung weist die Polarisator- Anordnung typischerweise einen Drehantrieb auf. Zur Ansteuerung des Translations- Antriebs und/oder des Drehantriebs kann eine Steuerungseinrichtung der Bearbeitungsoptik oder eine mit dieser in signaltechnischer Verbindung stehende Einrichtung, beispielsweise ein Steuerungs-Computer, verwendet werden. Bei der Verwendung einer solchen Polarisator-Anordnung kann der Abstand zwischen den Fokuszonen der beiden Teilstrahlen im Bereich des Werkstücks auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist das weitere optische Element doppelbrechend ausgebildet und vor dem weiteren optischen Element ist ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element, insbesondere eine l/4- Verzögegungsplatte oder eine l/2-Verzögegungsplatte, angeordnet. Durch das polarisationsbeeinflussende optische Element, das beispielsweise eine Verzögerung von l/4 erzeugt, können die beiden Teilstrahlen, die nach dem Austritt aus dem doppelbrechenden Polarisator-Element linear polarisiert sind, in zirkular polarisierte Teilstrahlen umgewandelt werden.

Bei einer Drehung des weiteren doppelbrechenden optischen Elements ist zu beachten, dass für den Fall, dass die optischen Achsen der beiden doppelbrechenden Elemente nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen (oder die mit den Strahlachsen aufgespannten Ebenen nicht senkrecht aufeinander stehen), im allgemeinen Fall aus dem Eingangslaserstrahl vier Teilstrahlen bzw. vier Ausgangslaserstrahlen gebildet werden, d.h. es erfolgt eine kaskadierte Strahlteilung. Ist eine kaskadierte Strahlteilung nicht gewünscht, ist es erforderlich, dass die beiden in das weitere doppelbrechende optische Element eintretenden Teilstrahlen senkrecht bzw. parallel zur optischen Achse des weiteren doppelbrechenden optischen Elements ausgerichtet werden. Dies kann beispielsweise mittels einer zu den beiden doppelbrechenden optischen Elementen geeignet ausgerichteten l/2-Verzögergungsplatte sichergestellt werden, die beim Drehen des weiteren doppelbrechenden optischen Elements entsprechend (jedoch mit dem halben Drehwinkel) mitgedreht wird, um eine Aufteilung auf vier Teilstrahlen zu verhindern.

Das polarisationsbeeinflussende optische Element, z.B. in Form einer l/4- Verzögegungsplatte, kann aber auch dazu genutzt werden, um aus den beiden Teilstrahlen vier Teilstrahlen zu erzeugen. Das polarisationsbeeinflussende optische Element kann in diesem Fall dazu verwendet werden, die Leistung des Eingangslaserstrahls gleichmäßig auf alle vier Teilstrahlen zu verteilen. Für den Fall, dass eine Drehung des doppelbrechenden Polarisator-Elements und des weiteren doppelbrechenden optischen Elements relativ zueinander erfolgt, ist es nicht erforderlich, das polarisationsbeeinflussende optische Element in Form der A/4- Verzögegungsplatte mitzudrehen, um den Effekt der gleichmäßigen Aufteilung beizubehalten. Abhängig vom Winkel der beiden doppelbrechenden optischen Elemente relativ zur optischen Achse der Bearbeitungsoptik bzw. von der Ausrichtung der optischen Achsen der doppelbrechenden optischen Elemente relativ zur optischen Achse der Bearbeitungsoptik können die vier Teilstrahlen wieder kollinear überlagert werden. Dies kann günstig sein, wenn beispielsweise vier oder mehr Teilstrahlen auf einer gemeinsamen Line bzw. entlang einer Vorzugsrichtung angeordnet werden sollen. Auch kann der Abstand zwischen den Teilstrahlen bzw. den Fokuszonen (s.u.) durch eine geeignete Wahl des relativen Drehwinkels der beiden doppelbrechenden optischen Elemente zueinander eingestellt werden.

Die Anordnung aus dem weiteren doppelbrechendem optischen Element und dem vor dem weiteren doppelbrechenden optischen Element angeordneten polarisationsbeeinflussenden optischen Element, insbesondere in Form einer l/4- Verzögerungsplatte, kann kaskadiert werden, d.h. diese Anordnung kann N-Mal wiederholt werden, um aus einem Eingangslaserstrahl eine Anzahl M von M = 2 ^N+1 Teilstrahlen zu erzeugen. Sollen alle Teilstrahlen kollinear angeordnet sein und entlang einer gemeinsamen Vorzugsrichtung verlaufen, ist es typischerweise erforderlich, die optischen Achsen allerweiteren doppelbrechenden optischen Elemente in einer gemeinsamen Ebene anzuordnen. Werden mit Hilfe einer jeweiligen l/4-Verzögerungsplatte zirkular polarisierte Teilstrahlen erzeugt, kann in diesem Fall eine gleichmäßige Leistungsaufteilung auf alle Teilstrahlen erfolgen.

Es versteht sich, dass an Stelle einer l/4-Verzögerungsplatte auch ein anderes polarisationsbeeinflussendes optisches Element in den Strahlengang der Teilstrahlen zwischen jeweils zwei aufeinander folgende doppelbrechende optische Elemente eingebracht werden kann, um die Polarisation geeignet einzustellen und auf diese Weise die Leistungsaufteilung zu beeinflussen. Auch kann zur Veränderung der Leistungsaufteilung bzw. zum Ein- oder Ausschalten der Aufteilung das polarisationsbeeinflussende optische Element relativ zu den jeweiligen doppelbrechenden optischen Elementen gedreht werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bearbeitungsoptik eine strahlformende Optik zur Umwandlung eines Eingangslaserstrahls mit Gauß förmigem Strahlprofil in einen austretenden Laserstrahl mit einem quasi- nichtbeugenden Strahlprofil, insbesondere mit einem Bessel-ähnlichen Strahlprofil.

Ein nicht-beugender Strahl stellt eine Lösung der Flelmholtz-Gleichung dar, die in einen longitudinalen Anteil und in einen transversalen Anteil separierbar ist. Ein solcher nicht-beugender Strahl weist ein transversales Strahlprofil auf, das propagationsinvariant ist, d.h. das sich bei der Propagation des nicht-beugenden Strahls nicht verändert. Abhängig vom verwendeten Koordinatensystem treten unterschiedliche Lösungsklassen von nicht-beugenden Strahlen auf, beispielsweise Mathieu-Strahlen in ellitpisch-zylindrischen Koordinaten oder Bessel-Strahlen in zirkular-zylindrischen Koordinaten.

Ein nicht-beugender Strahl stellt ein theoretisches Konstrukt dar, das sich in guter Näherung in Form von so genannten quasi-nichtbeugenden Strahlen realisieren lässt. Ein quasi-nichtbeugender Strahl weist die Propagationsinvarianz nur über eine endliche Länge (charakteristische Länge) L auf. Ein quasi-nichtbeugender Strahl liegt genau dann vor, wenn bei ähnlichem bzw. identischem Fokusdurchmesser die charakteristische Länge L die Rayleighlänge des zugehörigen Gaußfokus deutlich überragt, insbesondere wenn gilt: L > ZR, wobei ZR die Rayleigh-Länge des Gauß- Strahls bezeichnet. Die charakteristische Länge L kann z.B. in de Größenordnung von 1 mm oder darüber liegen.

Eine Untermenge der quasi-nichtbeugenden Strahlen stellen die Bessel-ähnlichen Strahlen dar, bei denen das transversale Strahlprofil in der Nähe der optischen Achse in guter Näherung einer Bessel-Funktion erster Art der Ordnung n entspricht. Eine Untermenge der Bessel-ähnlichen Strahlen stellen die Bessel-Gauß-Strahlen dar, bei denen das transversale Strahlprofil in der Nähe der optischen Achse in guter Näherung einer Bessel-Funktion erster Art der 0. Ordnung entspricht, die von einer Gauß-Verteilung eingehüllt ist.

Die Verwendung eines quasi-nichtbeugenden Strahlprofils hat sich insbesondere bei der Einbringung von Modifikationen in das Material des Werkstücks für Glastrenn- Anwendungen oder für selektive Laserätz-Anwendungen als vorteilhaft herausgestellt, da bei einem solchen Strahlprofil in longitudinaler Richtung über eine vergleichsweise lange Distanz ein im Wesentlichen homogenes Strahlprofil aufrecht erhalten werden kann, wodurch ein Modifikationsvolumen mit einer Vorzugsrichtung erzeugt wird

Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei ein Bessel-ähnlicher Strahl herausgestellt, ggf. können aber auch andere quasi-nichtbeugende Strahlprofile, z.B. ein Airy- Strahlprofil, ein Weber-Strahlprofil oder ein Mathieu-Strahlprofil mit der strahlformenden Optik erzeugt werden. Die strahlformende Optik kann insbesondere ausgebildet sein, ein quasi-nichtbeugendes Strahlprofil mit einem zur Propagationsrichtung rotationssymmetrischen Strahlquerschnitt zu erzeugen, wie dies beispielsweise bei einem Bessel-Gauß-Strahl der Fall ist.

Bei einer Weiterbildung ist die strahlformende Optik ausgebildet, ein quasi- nichtbeugendes Strahlprofil mit einem nicht rotationssymmetrischen Strahlquerschnitt, insbesondere mit einer Vorzugsrichtung, zu erzeugen. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die strahlformende Optik in diesem Fall als diffraktive Optik ausgebildet ist. Die Vorzugsrichtung des nicht-beugenden Strahlprofils stimmt in der Regel mit der (Vorzugs-)Richtung bzw. der Ebene überein, in welcher das Polarisator-Element der Polarisator-Anordnung die beiden Teilstrahlen erzeugt. Das quasi-nichtbeugende Strahlprofil kann entlang der Vorzugsrichtung eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten (Neben-)Maxima aufweisen, so dass die strahlformende Optik in der Art einer Strahlteiler-Optik wirkt und beispielsweise ein so genanntes Multi-Bessel-Strahlprofil erzeugt. Ein Strahlprofil mit einer Vorzugsrichtung kann auch mit Hilfe der weiter oben beschriebenen Kaskadierung von doppelbrechenden optischen Elementen der Polarisator-Anordnung mit zwischengeschalteten polarisationsbeeinflussenden optischen Elementen erzeugt werden.

Bei einer Weiterbildung ist die Bearbeitungsoptik zur Fokussierung der Teilstrahlen in zumindest teilweise überlappende Fokuszonen eines zusammenhängenden Wechselwirkungsbereichs, insbesondere entlang der Vorzugsrichtung, ausgebildet, wobei bevorzugt Teilstrahlen mit jeweils unterschiedlichen Polarisationszuständen in benachbarte Fokuszonen des zusammenhängenden Wechselwirkungsbereichs fokussiert werden.

Wird ein Laserstrahl, der z.B. von einem Single-Mode Laser erzeugt wird und ein Gauß-förmiges Strahlprofil aufweist, in zwei oder mehr Teilstrahlen aufgeteilt und die Teilstrahlen werden zumindest teilweise überlagert, kann dies zu unerwünschten Interferenz-Effekten führen, wenn die Teilstrahlen die gleiche oder eine ähnliche Polarisation aufweisen. Zwar können bei der Fokussierung der Teilstrahlen die Fokuszonen bzw. die Fokusquerschnitte daher beliebig nahe beieinander liegen, in diesem Fall treten aber die unerwünschten Interferenzeffekte im resultierenden Intensitätsprofil auf. Daher werden die Teilstrahlen in der Regel in voneinander beabstandeten Fokuszonen auf dem Werkstück fokussiert.

Bei der Nutzung von Teilstrahlen, die jeweils einen von zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen, insbesondere in Form von senkrecht aufeinander stehenden Polarisationszuständen, aufweisen, kommt es bei der (teilweisen) Überlagerung im Intensitätsprofil nicht zu Interferenz-Effekten der Laserstrahlung aus unterschiedlichen Orts- oder Winkelbereichen, sofern der Polarisationszustand der jeweiligen Teilstrahlen einheitlich über den gesamten relevanten Strahlquerschnitt bzw. die jeweilige Fokuszone ist. Die Polarisation eines jeweiligen Teilstrahls sollte daher ortsabhängig über den Strahlquerschnitt bzw. über die Fokuszone möglichst wenig variieren. In diesem Fall können die Fokuszonen beliebig nahe aneinander liegen, sich teilweise oder ggf. vollständig überlappen und sogar homogene Fokuszonen ausbilden, und zwar sowohl transversal, d.h. senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Teilstrahlen, als auch longitudinal, d.h. in Ausbreitungsrichtung der Teilstrahlen.

Entlang des vorgegebenen, nicht zwingend geradlinigen Wechselwirkungsbereichs wird eine - im Fall einer Vorzugsrichtung linienförmige - Strahlform bzw. Intensitätsverteilung gebildet, die in der Regel einen kontinuierlichen Übergang, d.h. keine Nullstellen in der Intensitätsverteilung zwischen den Teilstrahlen bzw. zwischen den Fokuszonen, aufweist. Hierbei überlappen sich jeweils senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlen der jeweiligen Paare, allerdings nur so weit, dass diese sich nicht mit dem jeweils anders polarisierten Teilstrahl eines jeweiligen Paars überlappen, so dass keine Überlagerung von identisch polarisierten Teilstrahlen auftritt.

Alternativ zur Nutzung von ganz oder teilweise überlappenden Teilstrahlen, die senkrecht aufeinander stehende Polarisationszustände aufweisen, können auch ganz oder teilweise überlappende Teilstrahlen genutzt werden, die einen Zeitversatz aufweisen, der so groß ist, dass praktisch keine Interferenz-Effekte auftreten. Dies ist typischerweise der Fall, wenn der Zeitversatz mindestens der Größenordnung der Pulsdauer oder der Größenordnung der Kohärenzlänge entspricht. Minimal wird hierbei in der Regel 50% des jeweils kleineren der beiden Werte (Pulsdauer bzw. Kohärenzlänge) als Zeitversatz gewählt.

Für die Fokussierung der Teilstrahlen oder einer Mehrzahl von Teilstrahlen, die jeweils - insbesondere paarweise - einen von zwei unterschiedlichen Polarisationszuständen aufweisen, auf teilweise überlappende Fokuszonen kann insbesondere die weiter oben beschriebene strahlformende Optik oder die weiter oben beschriebene Kaskadierung dienen. Die Lücken zwischen den Maxima des quasi-nichtbeugenden Strahlprofils können in diesem Fall durch die Aufteilung des Eingangslaserstrahls in die jeweils zwei Teilstrahlen an dem Polarisator-Element gefüllt werden. Auf diese Weise können zwei oder mehr zumindest teilweise überlappende Fokuszonen entlang einer vorgegebenen Kontur, in der Regel entlang der Vorzugsrichtung, erzeugt werden.

Die strahlformende Optik kann ein Axicon und/oder ein diffraktives optisches Element umfassen. Die Erzeugung eines (quasi-)nicht-beugenden Strahlprofils, beispielsweise in Form eines Bessel-Strahls, kann vorteilhafter Weise mittels eines Axicons erzeugt werden, das typischerweise mindestens eine im Wesentlichen konische Fläche umfasst. Wird ein solches Axicon, das eine rotationssymmetrische konische Fläche aufweist, mit einem kollimierten Gauß-Strahl bestrahlt, wird typischerweise ein Bessel-Gauß-Strahl erzeugt. Das Axicon kann geeignet modifiziert werden, um eine Vorzugsrichtung des Strahlprofils zu erzeugen (z.B. durch Verwendung einer nicht-rotationssymmetrischen konischen Fläche), um eine Flomogenisierung des Strahlprofils zu erzeugen, etc. Alternativ oder zusätzlich kann ein diffraktives optisches Element zur Erzeugung des (quasi-)nicht-beugenden Strahlprofils verwendet werden. Mittels eines solchen diffraktiven optischen Elements können die Eigenschaften eines Axicons nachgebildet und erweitert werden. Die strahlformende Optik kann ggf. alternativ oder zusätzlich ausgebildet sein, aus einem eintretenden Laserstrahl mit einem Gauß-förmigen Strahlprofil einen austretenden Laserstrahl mit einem Flat-T op-Strahlprofil erzeugen, etc.

Für den Fall, dass die Teilstrahlen ein quasi-nichtbeugendes Strahlprofil, z.B. ein Bessel-ähnliches Strahlprofil, aufweisen, werden diese bei der Fokussierung mittels der Fokussieroptik auf ein im Vergleich zum Durchmesser der Fokuszone (z.B. in der Größenordnung von Mikrometern) vergleichsweise langes Fokusvolumen (z.B. in der Größenordnung von Millimetern) fokussiert. Dennoch wird nachfolgend zur Vereinfachung auch bei derartigen Strahlprofilen von einer Fokussierung in eine Fokusebene gesprochen. Die Fokusebene bzw. die weiter unten beschriebenen Ebenen sind durch die Eigenschaften der jeweiligen Optiken vorgegeben (unabhängig von der Art des Strahlprofils).

Die Anordnung der Polarisator-Anordnung bzw. des doppelbrechenden Polarisator- Elements im Strahlengang der Bearbeitungsoptik hängt neben der Art der Laserbearbeitung davon ab, ob ein reiner Ortsversatz, ein reiner Winkelversatz oder eine Kombination aus einem Ortsversatz und einem Winkelversatz erzeugt werden soll.

Das doppelbrechende Polarisator-Element der Polarisator-Anordnung kann zur Erzeugung eines Winkelversatzes ausgebildet und in einer zur Fokusebene optisch konjugierten Ebene angeordnet sein. Unter einer zur Fokusebene optisch konjugierten Ebene wird eine Ebene verstanden, die durch eine Fourier- Transformation, d.h. eine Winkel-zu-Orts-Transformation, mit der Fokusebene korreliert ist. Geht man davon aus, dass die Fokussieroptik eine (effektive) bildseitige Brennweite f2 aufweist, ist die konjugierte Ebene mit dem Polarisator-Element, welches zur Erzeugung eines Winkelversatzes ausgebildet ist, typischerweise im Abstand der objektseitigen Brennweite fi der Fokussieroptik angeordnet. Für den Spezialfall, dass fi = f ₂ = f gilt, ist das doppelbrechende Polarisator-Element im Abstand 2 f (bzw. allgemein 2 f + N x 4 f, N größer gleich 0, N ganzzahlig) von der Fokusebene angeordnet. Nachfolgend wird vereinfachend von einem 2f-Setup gesprochen, auch wenn die Bedingung fi = f ₂ = f nicht erfüllt ist.

Alternativ kann das doppelbrechende Polarisator-Element der Polarisator-Anordnung zur Erzeugung eines Ortsversatzes ausgebildet und im Strahlengang vor einer weiteren, bevorzugt kollimierenden Optik angeordnet sein, wobei die Bearbeitungsoptik ausgebildet ist, den Ortsversatz zwischen den an dem Polarisator- Element senkrecht zueinander polarisierten Teilstrahlen in die Fokusebene abzubilden. In diesem Fall kann das doppelbrechende Polarisator-Element in einer der Fokusebene entsprechenden Ebene vor der weiteren Optik angeordnet sein.

Eine solche Ebene ist beispielsweise über zwei Winkel-zu-Orts-Transformationen mit der Fokusebene korreliert. Geht man davon aus, dass die Fokussieroptik eine (effektive) Brennweite von f aufweist, kann die der Fokusebene entsprechende Ebene mit dem doppelbrechenden Polarisator-Element in einem Spezialfall, bei dem für die Kollimierung und die Fokussierung gleiche Brennweiten verwendet werden, in einem Abstand von 4 f (bzw. allgemein von 4 f + N x 4 f, N größer gleich Null, N ganzzahlig) von der Fokusebene angeordnet werden. Nachfolgend wird vereinfachend von einem 4f-Setup gesprochen, auch wenn die verwendeten optischen Elemente nicht zwingend eine einheitliche Brennweite f aufweisen. Für den Fall, dass das doppelbrechende Polarisator-Element im (im Wesentlichen) kollimierten Strahlengang angeordnet ist, kommt es auf die genaue Anordnung des Polarisator-Elements in einem vorgegebenen Abstand von der Fokusebene in der Regel nicht an, wesentlich ist nur eine (weitgehende) Orts-zu-Orts-Transformation, d.h. eine Abbildung zwischen der Ebene mit dem Polarisator-Element und der Fokusebene.

Das doppelbrechende Polarisator-Element sollte allerdings im Strahlengang vor der weiteren Optik angeordnet sein, die beispielsweise als kollimierende Optik zur Erzeugung einer Winkel-zu-Orts-Transformation ausgebildet sein kann. Zusammen mit der von der Fokussieroptik erzeugten Winkel-zu-Orts-Transformation (bzw. äquivalent Orts-zu-Winkel-Transformation) wird der Ortsversatz der Teilstrahlen, der an dem Polarisator-Element erzeugt wird, in einen Ortsversatz in der Fokusebene überführt bzw. abgebildet. Die weitere, z.B. kollimierende Optik kann gemeinsam mit der Fokussieroptik eine Abbildung der Ebene mit dem doppelbrechenden Polarisator- Element auf die Fokusebene, d.h. auf eine mit der Fokuszone verknüpfte Ebene, mit einem vorgegebenen, z.B. verkleinernden Abbildungsmaßstab bewirken.

Die Polarisator-Anordnung ist im Strahlengang der Bearbeitungsoptik in der Regel deutlich vor der hinteren Brennebene der Fokussieroptik angeordnet. Dies bietet zwei wichtige Vorteile: Einerseits sind die Fluenzen in der hinteren Brennebene sehr hoch, da sich dort im Quasi-Bessel-Fall ein Ringfokus ausbildet. Im Zusammenspiel mit kurzen Pulsen bei hoher Pulsenergie können Optiken nahe dieser Ebene durch die Laserstrahlung beschädigt werden. Zudem ist die hintere Brennebene insbesondere bei kurzen Brennweiten der Fokussieroptik mechanisch nicht gut zugänglich.

Bei der hier beschriebenen Bearbeitungsoptik ist typischerweise keine räumliche Separation der Strahlwege der von der Polarisator-Anordnung erzeugten Teilstrahlen erforderlich. Im Sinne einer kompakten und robusten Realisierung der Bearbeitungsoptik überlappen sich die Teilstrahlen typischerweise weitgehend über die gesamte zurückgelegte optische Weglänge bis zum zu bearbeitenden Werkstück zumindest teilweise. Weiterhin durchlaufen in der Regel alle von der Polarisator- Anordnung erzeugten Teilstrahlen dieselben optischen Komponenten.

Die Bearbeitungsoptik kann eine bevorzugt diffraktive Strahlteiler-Optik zur Erzeugung einer Mehrzahl von Paaren von senkrecht zueinander polarisierten Teilstrahlen aufweisen. Die Strahlteiler-Optik kann beispielsweise in Form eines diffraktiven optischen Elements ausgebildet sein, es kann sich aber auch um eine andere Art von Strahlteiler-Optik handeln, beispielsweise um eine geometrische Strahlteiler-Optik. Die Strahlteiler-Optik kann im Strahlengang des in die Bearbeitungsoptik eintretenden Laserstrahls vor dem Polarisator-Element bzw. vor der Polarisator-Anordnung angeordnet sein und mehrere Eingangslaserstrahlen erzeugen, die an dem Polarisator-Element jeweils in ein Paar von senkrecht zueinander polarisierten Teilstrahlen aufgeteilt werden. Auch der umgekehrte Fall ist möglich, d.h. die Strahlteiler-Optik kann im Strahlengang nach dem doppelbrechenden Polarisator-Element angeordnet sein. In diesem Fall wird aus dem Paar von Teilstrahlen, das von dem Polarisator-Element erzeugt wird, mittels der Strahlteiler-Optik eine Mehrzahl von Paaren von Teilstrahlen erzeugt, deren Fokuszonen sich insbesondere wie weiter oben beschrieben entlang einer Vorzugsrichtung teilweise überlappen können.

Die Strahlteiler-Optik kann in einer zur Fokusebene optisch konjugierten Ebene angeordnet sein. In der zur Fokusebene konjugierten Ebene kann ein Winkelversatz zwischen den Paaren von Teilstrahlen erzeugt werden, der von Fokussieroptik in einen Ortsversatz in der Fokusebene transformiert wird. Die Strahlteiler-Optik kann in diesem Fall beispielsweise in einer zur Fokusebene optisch konjugierten Ebene zwischen der weiter oben beschriebenen weiteren abbildenden Optik und der Fokussieroptik angeordnet sein, um aus einem von dem Polarisator-Element erzeugten Paar von Teilstrahlen die Mehrzahl von Paaren von Teilstrahlen zu erzeugen.

Die bevorzugt diffraktive Strahlteiler-Optik kann auch als strahlformende Optik zur Umwandlung eines eintretenden Laserstrahls mit Gauß-förmigem Strahlprofil in einen austretenden Laserstrahl mit einem Flat-Top-Strahlprofil ausgebildet sein. Die Formung eines Laserstrahls mit einem Flat-Top-Strahlprofil, d.h. mit einem Strahlprofil, das eine im Wesentlichen homogene Intensitäts-Verteilung mit steil abfallenden Flanken aufweist, ermöglicht die Kontrolle der Intensitätsverteilung auf einer Fläche, die im Wesentlichen senkrecht zur Propagationsrichtung orientiert ist. Für Details zur Formung des Flat-Top-Strahlprofils sei auf die eingangs zitierte DE DE 102019205394.7 verweisen, deren Inhalt durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bearbeitungsoptik einen Drehantrieb zum Drehen der Polarisator-Anordnung und/oder der strahlformenden Optik um eine (ggf. gemeinsame) Drehachse. Die Drehachse des Drehantriebs stimmt typischerweise mit der optischen Achse der Bearbeitungsoptik überein. Die Drehung ist insbesondere sinnvoll, wenn teilweise überlappende Fokuszonen entlang eines vorgegebenen Wechselwirkungsbereichs, insbesondere entlang einer Vorzugsrichtung, erzeugt werden sollen.

Beim Drehen wirkt sich günstig aus, dass das doppelbrechende Polarisator-Element bzw. die Polarisator-Anordnung insgesamt nur Justage-unkritische Komponenten enthält, was den Einsatz insbesondere in adaptiven Optiken begünstigt. Allerdings ist in der Regel der Ortsversatz oder der Winkelversatz, der von dem Polarisator- Element erzeugt wird, nicht symmetrisch zur Ausbreitungsrichtung des Eingangsstrahls, d.h. zur optischen Achse bzw. zur Drehachse. Bei der Drehung des Polarisator-Elements um eine Drehachse, die in der Regel in longitudinaler Richtung verläuft, d.h. entlang der Ausbreitungsrichtung des Eingangsstrahls bzw. der optischen Achse der Bearbeitungsoptik, tritt daher ggf. ein unerwünschter, vom Drehwinkel abhängiger Winkel- und/oder Orts-Offset der Teilstrahlen auf. Um diesen Offset zu kompensieren, kann in der Polarisator-Anordnung ein geeignet ausgebildetes weiteres optisches Element eingesetzt werden, beispielsweise das weiter oben beschriebene keilförmige optische Element.

Bei einer Werkstückbearbeitung in Form eines Laserschneidprozesses zum Schneiden von Glas entlang einer Bearbeitungsbahn kann es erforderlich bzw. günstig sein, die Vorzugsrichtung der Fokuszonen in Abhängigkeit von einer ortsabhängig veränderlichen Vorschubrichtung bei der Bewegung relativ zum Werkstück zu verändern, um eine Rissausbreitung im Glas entlang Vorschubrichtung zu fördern. Die gezielte Ausrichtung von Rissen beim Glastrennen ermöglicht das Arbeiten in einem Prozessregime, welches eine deutlich vereinfachte Separation des Glases ermöglicht. Bei einer solchen Glasschneide-Anwendung werden in der Regel die Fokuszonen von zwei oder mehr quasi-nichtbeugenden Strahlen mit einem vergleichsweise langen Fokusvolumen, beispielsweise in Form von Bessel-ähnlichen Strahlen, insbesondere in Form von Bessel-Gauß-Strahlen, räumlich zumindest teilweise überlagert, wie weiter oben näher beschrieben ist. Für die Veränderung der Vorzugsrichtung ist es in diesem Fall nicht erforderlich, Justage-kritische optische Elemente wie z.B. Linsen ebenfalls zu drehen, auch wenn eine solche Drehung grundsätzlich ebenfalls möglich ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Laserbearbeitungsvorrichtung, umfassend: eine Bearbeitungsoptik, die wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist, sowie eine Laserquelle, insbesondere eine Ultrakurzpuls-Laserquelle, zur Erzeugung eines Laserstrahls, insbesondere eines Laserstrahls mit einem Gauß-förmigen Strahlprofil. Die Laserquelle ist bevorzugt zur Erzeugung eines Single-Mode Laserstrahls mit einem Gauß-förmigen Strahlprofil ausgebildet, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Die Bearbeitungsoptik kann beispielsweise in einem Laserbearbeitungskopf bzw. in einem Gehäuse eines Laserbearbeitungskopfs, insbesondere in Form eines Moduls oder in Form von Modulen eines modular aufgebauten Laserbearbeitungskopfs, untergebracht sein, der relativ zu dem Werkstück bewegbar ist. Die Laserbearbeitungsvorrichtung kann alternativ oder zusätzlich eine Scannereinrichtung umfassen, um die Teilstrahlen auf das Werkstück bzw. auf unterschiedliche Positionen auf dem Werkstück auszurichten. Neben den weiter oben beschriebenen Optiken kann die Bearbeitungsoptik auch weitere Optiken aufweisen, die beispielsweise eine räumliche Filterung oder eine räumliche Umordnung des Eingangslaserstrahls ermöglichen, um die Strahlformung zu begünstigen, z.B. die Homogenisierung eines Bessel-ähnlichen Strahlprofils, Maskenabbildung, etc.

Für Glastrenn-Anwendungen oder für andere Anwendungen kann die Laserquelle ausgebildet sein, einen Laserstrahl mit Einzelpulsen oder mit Burst-Pulsen (z.B. 2-6 Pulse im Burst mit einem Burst-Pulsabstand von 2 ns bis 150ns, bevorzugt 13 ns bis 40 ns) zu erzeugen. Die Einzel-Pulse oder die Pulse im Burst weisen vorteilhafter Weise eine Pulsdauer zwischen 200 fs und 20 ps, insbesondere zwischen 300 fs und 20 ps, auf. Die Pulsenergie (Gesamter Burst oder im Einzelpuls) liegt bevorzugt zwischen 10 pJ und 10 mJ, insbesondere zwischen 30 pJ und 1 mJ. Der räumliche Pulsabstand bzw. der Modifikationsabstand zwischen benachbarten Fokuszonen des Wechselwirkungsbereichs, der von der Laserbearbeitungsvorrichtung erzeugt wird, beträgt bei einer Glastrenn-Anwendung vorzugsweise zwischen ca. 0,8 pm und ca.

30 pm.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren der eingangs genannten Art, weiter umfassend: Verändern eines Winkels und/oder eines Abstands mindestens eines der Teilstrahlen relativ zu einer optischen Achse der Bearbeitungsoptik an mindestens ein im Strahlengang nach dem doppelbrechenden Polarisator-Element angeordneten weiteren optischen Element der Polarisator-Anordnung. Das Verfahren bietet die weiter oben in Zusammenhang mit der Bearbeitungsoptik beschriebenen Vorteile. Beim Laserbearbeiten bzw. bei der Werkstückbearbeitung kann es sich um Laserabtragen, Laserschneiden, Oberflächenstrukturieren, Laserschweißen, Laserbohren, ... handeln.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeich nung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschlie ßende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1a-c schematische Darstellungen von drei doppelbrechenden Polarisator-

Elementen zur Erzeugung eines Winkelversatzes ohne Ortsversatz, eines Ortsversatzes ohne Winkelversatz sowie eines Ortsversatzes und eines Winkelversatzes zwischen zwei Teilstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen,

Fig. 2a, b schematische Darstellungen einer Polarisator-Anordnung mit einem doppelbrechenden Polarisator-Element und einem isotropen optischen Element zur Ausrichtung eines der beiden Teilstrahlen parallel zur optischen Achse,

Fig. 3a-c schematische Darstellungen einer Polarisator-Anordnung mit einem doppelbrechenden Polarisator-Element und mit weiteren optischen Elementen zur Positionierung eines der beiden Teilstrahlen auf der optischen Achse bzw. zur Positionierung beider Teilstrahlen in gleichen Abständen von der optischen Achse,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Polarisator-Anordnung mit einem doppelbrechenden Polarisator-Element und mit einem weiteren doppelbrechenden optischen Element zur Bildung von zwei Teilstrahlen, die sich in einem vorgegebenen Abstand von der Polarisator-Anordnung schneiden,

Fig. 5a-c schematische Darstellungen einer Polarisator-Anordnung mit einem doppelbrechenden Polarisator-Element sowie mit einem weiteren doppelbrechenden optischen Element, das zur Veränderung eines Ortsversatzes bzw. eines Winkelversatzes zwischen den beiden Teilstrahlen um die optische Achse drehbar bzw. entlang der optischen Achse verschiebbar ist,

Fig. 6a, b schematische Darstellungen des mit der Polarisator-Anordnung von Fig.

5a erzeugten Ortsversatzes bzw. des mit der Polarisator-Anordnung von Fig. 5b erzeugten Winkelversatzes in Abhängigkeit vom Drehwinkel des weiteren doppelbrechenden optischen Elements,

Fig. 7a, b schematische Darstellungen einer Bearbeitungsoptik mit einer strahlformenden Optik zur Bildung von zwei teilweise überlappenden Teilstrahlen mit Bessel-förmigem Strahlprofil sowie mit einer Polarisator- Anordnung gemäß Fig. 2a zur Erzeugung eines Winkelversatzes bzw. mit einem Polarisator-Element gemäß Fig. 1b zur Erzeugung eines Ortsversatzes zwischen den beiden Teilstrahlen,

Fig. 8a-c eine schematische Darstellung einer Bearbeitungsoptik mit einer strahlformenden Optik sowie mit einem Wechselwirkungsbereich mit zwei sich teilweise überlappenden Teilstrahlen, die einen Ortsversatz aufweisen bzw. einer Bearbeitungsoptik, die eine Polarisator-Anordnung gemäß Fig. 2a bzw. gemäß Fig. 3c aufweist.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1a-c zeigen schematisch jeweils ein doppelbrechendes Polarisator-Element 1a, 1b, 1c in Form eines doppelbrechenden Kristalls. Als Kristall-Material für das Polarisator-Element 1a, 1b, 1c können unterschiedliche doppelbrechende Materialien verwendet werden, z.B. alpha-BBO (alpha-Bariumborat), YV04 (Yttrium-Vandanat), kristalliner Quarz, etc.

Das doppelbrechende Polarisator-Element 1a von Fig. 1a ist keilförmig ausgebildet, d.h. eine plane Strahleintrittsfläche 2a zum Eintritt eines Eingangslaserstrahls 3 und eine plane Strahlaustrittsfläche 2b des Polarisator-Elements 1a sind unter einem (Keil-)Winkel zueinander ausgerichtet. Die optische Achse bzw. eine optische Achse 4 des Kristall-Materials ist parallel zur Strahleintrittsfläche 2a ausgerichtet.

Der unpolarisierte, elliptisch oder zirkular polarisierte Eingangslaserstrahl 3, der in das in Fig. 1a gezeigte doppelbrechende Polarisator-Element 1a senkrecht zur Strahleintrittsfläche 2a eintritt, wird an der unter einem Winkel zur Strahleintrittsfläche 2a geneigten Strahlaustrittsfläche 2b in zwei Teilstrahlen 5a, 5b aufgeteilt, die senkrecht zueinander (s- bzw. p-polarisiert) sind. In Fig. 1a ist wie allgemein üblich der erste, p-polarisierte Teilstrahl 5a durch einen Doppelpfeil gekennzeichnet, während der zweite, p-polarisierte Teilstrahl 5b durch einen Punkt gekennzeichnet ist. Der erste, p-polarisierte Teilstrahl 5a wird beim Austritt aus dem doppelbrechenden Polarisator-Element 1a stärker gebrochen als der zweite, s- polarisierte Teilstrahl 5b, so dass ein Winkelversatz Da zwischen dem ersten und dem zweiten Teilstrahl 5a, 5b auftritt. Der erste und zweite Teilstrahl 5a, 5b treten hierbei an derselben Stelle an der Strahlaustrittsfläche 2b aus dem doppelbrechenden Polarisator-Element 1a aus, d.h. es wird zwar der Winkelversatz Da, aber kein Ortsversatz zwischen den beiden Teilstrahlen 5a, 5b von dem doppelbrechenden Polarisator-Element la erzeugt.

Wie in Fig. 1 a ebenfalls zu erkennen ist, wird der erste Teilstrahl 5a, der den ordentlichen Strahl bildet, unter einem ersten Winkel a ₀ relativ zu einer optischen Achse 6 gebrochen, welche die Verlängerung der Propagationsrichtung des Eintrittslaserstrahls 3 bildet (nicht zu verwechseln mit der optischen Achse 4 des doppelbrechenden Kristalls). Der zweite Teilstrahl 5b, welcher den außerordentlichen Strahl bildet, wird unter einem zweiten, kleineren Winkel a _eo relativ zur optischen Achse 6 gebrochen.

Die Leistungsanteile bei der Aufteilung des Eintrittslaserstrahls 3 auf den ersten, ordentlichen Teilstrahl 5a und den zweiten, außerordentlichen Teilstrahl 5b hängen von der Polarisation des Eintrittslaserstrahls 3 ab: Ist der Eintrittslaserstrahl 3 elliptisch polarisiert, kann durch das Verhältnis der Flalbachsen des Eintrittslaserstrahls 3 in X-Richtung bzw. in Y-Richtung das Leistungsverhältnis des ordentlichen Teilstrahls 5a und des außerordentlichen Teilstrahls 5b eingestellt werden. Bei einem unpolarisierten, linear bzw. zirkular polarisierten Eintrittslaserstrahl 3 können die Leistungsanteile ggf. durch eine unterschiedliche Ausrichtung relativ zur XZ-Ebene eingestellt werden. Die Verwendung eines unpolarisierten bzw. zirkular polarisierten Eingangslaserstrahls 3 ist insbesondere günstig, wenn die Vorzugsrichtung bei der Bearbeitung gedreht werden soll (s.u.). Bei dem in Fig. 1b gezeigten Polarisator-Element 1b sind die Strahleintrittsfläche 2a und die Strahlaustrittsfläche 2b parallel zueinander ausgerichtet und die optische Achse 4 des doppelbrechenden Kristall-Materials ist unter einem Winkel von 45° zur Strahleintrittsfläche 2a ausgerichtet. Der senkrecht zur Strahleintrittsfläche 2a auftreffende Eingangsstrahl 3 wird in diesem Fall an der Strahleintrittsfläche 2a in einen ersten, ordentlichen Teilstrahl 5a und einen zweiten, außerordentlichen Teilstrahl 5b aufgeteilt. Die beiden Teilstrahlen 5a, 5b treten an der Strahlaustrittsfläche 2b parallel, d.h. ohne einen Winkelversatz, aber mit einem Ortsversatz Dc aus.

Bei dem in Fig. 1c gezeigten Polarisator-Element 1c ist die Strahleintrittsfläche 2a unter einem Winkel zur optischen Achse 6 ausgerichtet und die Strahlaustrittsfläche 2b ist senkrecht zur optischen Achse 6 ausgerichtet. Die optische Achse 4 des Kristall-Materials ist im gezeigten Beispiel unter einem Winkel von 45° zur Strahlaustrittsfläche 2b ausgerichtet, kann aber auch unter einem anderen Winkel ausgerichtet sein. Der senkrecht zur Strahlaustrittsfläche 2b auftreffende Eingangsstrahl 3 wird in diesem Fall an der Strahleintrittsfläche 2a in einen ersten, ordentlichen Teilstrahl 5a und einen zweiten, außerordentlichen Teilstrahl 5b aufgeteilt. Die beiden Teilstrahlen 5a, 5b treten an der Strahlaustrittsfläche 2b mit einem Winkelversatz Da und mit einem Ortsversatz Dc aus.

Die in Fig. 1a bis Fig. 1 c dargestellten doppelbrechenden Polarisator-Elemente 1a, 1b, 1c unterscheiden sich somit grundlegend dadurch, dass das in Fig. 1a gezeigte Polarisator-Element 1a einen Winkelversatz Da (ohne Ortsversatz), dass das in Fig. 1b gezeigte Polarisator-Element 1b einen Ortsversatz Dc (ohne Winkelversatz) und dass das in Fig. 1c dargestellte Polarisator-Element 1c einen Ortsversatz Dc und einen Winkelversatz Da erzeugt.

Die in Fig. 1a-c gezeigten Polarisator-Elemente 1a-c können jeweils eine Komponente einer Polarisator-Anordnung 7 bilden, wie sie beispielsweise in Fig.

2a, b dargestellt ist. Die Polarisator-Anordnung 7 von Fig. 2a, b weist jeweils ein zusätzliches optisches Element 8 auf, bei dem es sich um ein nicht doppelbrechendes, optisch isotropes optisches Element handelt. Bei der in Fig. 2a gezeigten Polarisator-Anordnung 7 ist das Polarisator-Element 1a wie in Fig. 1a dargestellt ausgebildet und dient zur Erzeugung eines Winkelversatzes Da ohne Erzeugung eines Ortsversatzes. Wie in Fig. 2a und insbesondere in Fig. 1a zu erkennen ist, werden die beiden Teilstrahlen 5a, b von dem doppelbrechenden optischen Element 1a unterschiedlich stark in die gleiche Richtung gebrochen, d.h. keiner der beiden Teilstrahlen 5a, 5b verläuft beim Austritt aus dem doppelbrechenden Polarisator-Element 1a parallel zur optischen Achse 6.

Dies erweist sich als ungünstig, wenn die gesamte Polarisator-Anordnung 7 mittels eines Drehantriebs 9 um die optische Achse 6 gedreht wird, wie dies in Fig. 2a dargestellt ist, da es hierbei zu einem ungewollten Strahltaumeln der beiden Teilstrahlen 5a, 5b um die optische Achse 6 kommen kann. Um dies zu vermeiden, ist bei der in Fig. 2a dargestellten Polarisator-Anordnung 7 das weitere, keilförmige optische Element 8, bei dessen optisch isotropem Material es sich beispielsweise um synthetisches Quarzglas („fused silica“) handeln kann, so auf das Polarisator- Element 1 a abgestimmt, dass einer der beiden Teilstrahlen 5a, b, im gezeigten Beispiel der zweite, außerordentliche Teilstrahl 5b, parallel zur optischen Achse 6 ausgerichtet wird.

Um dies zu erreichen, ist ein Keilwinkel gk des keilförmigen optisch isotropen Elements 8 - unter Berücksichtigung der jeweiligen Brechungsindizes der eingesetzten Materialien - an den Keilwinkel y der Strahlaustrittsfläche 2b des doppelbrechenden Polarisator-Elements 1a angepasst, so dass der zweite Teilstrahl 5b beim Eintritt in das optisch isotrope Element 8 derart gebrochen wird, dass dieser parallel zur optischen Achse 6 ausgerichtet wird, d.h. a _e o = 0°. Aufgrund des geringen Abstandes zwischen dem doppelbrechenden Polarisator-Element 1a und dem optisch isotropen Element 8 verläuft der zweite Teilstrahl 5b fast exakt entlang der optischen Achse 6, d.h. dieser weist nur einen sehr geringen Abstand zur optischen Achse 6 auf, vgl. auch die Darstellung in Fig. 2a auf der rechten Seite, die eine Draufsicht auf die beiden Teilstrahlen 5a, b in der XY-Ebene senkrecht zur optischen Achse 6 zeigt. Der Winkelversatz Da zwischen den beiden Teilstrahlen 5a, b bleibt beim Durchlauf durch das optisch isotrope Element 8 erhalten. Es ist möglich, dass der zweite Teilstrahl 5b exakt auf der optischen Achse 6 positioniert wird, wenn das optisch isotrope Element 8 um die Y-Achse gedreht bzw. verkippt wird. Ähnlich wie bei einem verkippten planparallelen optischen Element entsteht in diesem Fall ein zusätzlicher paralleler Versatz der beiden Teilstrahlen 5a, 5b, der so gewählt werden kann, dass der erste Teilstrahl 5a entlang der optischen Achse 6 verläuft.

Generell ist die mit der optischen Achse 6 zusammenfallende Drehachse Z (eines XYZ-Koordinatensystems) fest vorgegeben und durch die Wahl des in Fig. 2a gezeigten Keilwinkels gk des keilförmigen optisch isotropen Elements 8, der in der XZ-Ebene liegt, sowie durch die Wahl des Keilwinkels g des doppelbrechenden Polarisator-Elements 1a können die beiden Teilstrahlen 5a, 5b in beliebigen Abständen in X-Richtung zur Drehachse Z positioniert werden. Der Abstand Xeo des zweiten, außerordentlichen Teilstrahls 5b zur optischen Achse 6, hängt vom Keilwinkel gk des keilförmigen optisch isotropen Elements 8 ab und ist im gezeigten Beispiel nicht von der Position in Z-Richtung abhängig, da der zweite Teilstrahl 5b parallel zur optischen Achse 6 ausgerichtet ist. Der Ortsversatz DC zwischen den beiden Teilstrahlen 5a, 5b ist vom Keilwinkel g _r des doppelbrechenden Polarisator- Elements 1a sowie von der Position in Z-Richtung abhängig.

Zusätzlich zur Positionierung der beiden Teilstrahlen 5a, 5b in X-Richtung können bei dem in Fig. 2a gezeigten Beispiel, bei dem das optisch isotrope Element 8 einen zusätzlichen Keilwinkel gk in der ZY-Ebene aufweist (vgl. Fig. 2a, unten), die beiden Teilstrahlen 5a, 5b, auch gemeinsam in der YZ-Ebene abgelenkt werden. Wie in Fig. 2a rechts unten zu erkennen ist, kann auf diese Weise der (identische) Abstand Y ₀ , Yeo der beiden Teilstrahlen 5a, 5b von der optischen Achse 6 in Y-Richtung vorgegeben werden, der von der Position in Z-Richtung abhängig ist.

Die in Fig. 2a gezeigte Polarisator-Anordnung 7, die ein doppelbrechendes Polarisator-Element 1a verwendet, das nur einen Winkelversatz Da, aber keinen Ortsversatz erzeugt, kann in einer kompakten Bauform realisiert werden und hat sich bei Anwendungen, bei denen eine Drehung der Polarisator-Anordnung 7 um die Drehachse Z erforderlich ist, als besonders günstig erwiesen. Beispielsweise kann die Polarisator-Anordnung 7 besonders einfach in eine mechanische Fassung integriert werden. Auch hat sich die Verwendung des Polarisator-Elements 1a gegenüber der Verwendung des in Fig. 1 b gezeigten Polarisator-Elements 1 b bei derartigen Anwendungen aus anderen Gründen als vorteilhaft erwiesen. Fig. 2b zeigt eine Polarisator-Anordnung 7, die ein doppelbrechendes Polarisator- Element 1c aufweist, welches wie in Fig. 1c sowohl einen Ortsversatz Dc als auch einen Winkelversatz Da erzeugt. Bei dem in Fig. 2b gezeigten Polarisator-Element 1c ist die optische Achse 4 des doppelbrechenden Kristalls unter 45° zur Strahleintrittsfläche 2a ausgerichtet. Der Ortsversatz Dc an der Strahlaustrittsfläche 2b hängt von der Ausrichtung der optischen Achse 4 des doppelbrechenden Kristalls ab und ist bei der gezeigten Ausrichtung unter 45° maximal. Auch bei der in Fig. 2b dargestellten Polarisator-Anordnung 7 wird einer der beiden Teilstrahlen 5a, b an dem optisch isotropen keilförmigen Element 8 parallel zur optischen Achse 6 ausgerichtet. Im Gegensatz zu dem in Fig. 2a gezeigten Beispiel handelt es sich hierbei aber um den ersten, ordentlichen Teilstrahl 5a. Wie in Fig. 2b ebenfalls zu erkennen ist, werden beide Teilstrahlen 5a, 5b an dem optisch isotropen Element 8 zur optischen Achse 6 hin gebrochen. Der erste, ordentliche Teilstrahl 5a verläuft nach dem optisch isotropen Element 8 parallel zur optischen Achse 6, während der zweite, außerordentliche Teilstrahl 5b nach dem Durchlaufen des optisch isotropen Elements 8 auf die optische Achse 6 zuläuft und diese unter einem Winkel a _e o schneidet.

Fig. 3a, b zeigen jeweils eine Polarisator-Anordnung 7, die ausgebildet ist, die beiden Teilstrahlen 5a, b parallel zueinander auszurichten. Die in Fig. 3a, b gezeigte Polarisator-Anordnung 7 weist zu diesem Zweck die in Fig. 2a gezeigte Anordnung aus dem doppelbrechenden Polarisator-Element 1a und dem optisch isotropen Element 8 sowie eine im Strahlengang 10 nachfolgende Strahlversatz-Optik 9 auf, die ein weiteres doppelbrechendes optisches Element 11 sowie ein im Strahlengang 10 nachfolgendes weiteres optisch isotropes Element 12 aufweist. Das weitere doppelbrechende optische Element 11 der Strahlversatz-Optik 9 dient dazu, die beiden Teilstrahlen 5a, 5b beim Austritt aus dem weiteren doppelbrechenden optischen Element 11 parallel zueinander auszurichten. Die beiden parallel zueinander ausgerichteten Teilstrahlen 5a, b werden an einer Strahleintrittsfläche des weiteren optisch isotropen Elements 12 gebrochen und hierbei parallel zur optischen Achse 6 ausgerichtet, so dass beide Teilstrahlen 5a, 5b einen Winkel a ₀ bzw. a _e o von 0° zur optischen Achse 6 aufweisen.

Der Abstand zwischen dem weiteren doppelbrechenden optischen Element 11 und dem weiteren optisch isotropen Element 12 entlang der optischen Achse 6 ist bei dem in Fig. 3a gezeigten Beispiel so gewählt, dass der zweite Teilstrahl 5b genau auf der optischen Achse 6 positioniert wird. Mit Hilfe der in Fig. 3a gezeigten Polarisator- Anordnung 7 können zudem beide Teilstrahlen 5a, b parallel zueinander ausgerichtet werden, so dass diese beim Austritt aus der Polarisator-Anordnung 7 einen Strahlversatz Dc' aber keinen Winkelversatz zueinander aufweisen, ohne dass zu diesem Zweck ein doppelbrechendes Polarisator-Element 1b verwendet werden muss, welches einen Ortsversatz Dc ohne einen Winkelversatz Da erzeugt.

Durch Veränderung des Abstands entlang der optischen Achse 6 (in Z-Richtung) zwischen dem optisch isotropen Element 8 und der Strahlversatz-Optik 11 kann der Strahlversatz Dc' beim Austritt aus der Polarisator-Anordnung 7 eingestellt werden. Wird zusätzlich der Abstand in Z-Richtung zwischen dem weiteren doppelbrechenden optischen Element 11 und dem weiteren optisch isotropen Element 12 der Strahlversatz-Optik 11 geeignet angepasst, kann der zweite Teilstrahl 5b stets auf der optischen Achse 6 positioniert werden.

Alternativ zur Positionierung des zweiten Teilstrahls 5b auf der optischen Achse 6, wie dies in Fig. 3a dargestellt ist, können beide Teilstrahlen 5a, 5b im gleichen Abstand X ₀ , Xeo zur optischen Achse 6 positioniert werden, wie dies in Fig. 3b dargestellt ist. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, den Abstand in Z-Richtung zwischen dem weiteren doppelbrechenden optischen Element 11 und dem weiteren optisch isotropen Element 12 geeignet zu wählen bzw. anzupassen. Auch in diesem Fall kann der Strahlversatz Dc' der beiden Teilstrahlen 5a, 5b beim Austritt aus der Polarisator-Anordnung 7 und somit deren Abstand von der optischen Achse 6, wie weiter oben beschrieben wurde, durch eine Veränderung des Abstands zwischen dem optisch isotropen Element 8 und der Strahlversatz-Optik 11 entlang der optischen Achse 6 (d.h. in Z-Richtung) eingestellt werden.

Fig. 3c zeigt eine Polarisator-Anordnung 7, welche ein doppelbrechendes Polarisator-Element 1c aufweist, das zusätzlich zur Erzeugung eines Winkelversatzes Da zur Erzeugung eines Ortsversatzes Dc ausgebildet ist. Die Polarisator-Anordnung 7 umfasst ein weiteres optisches Element 13, das doppelbrechend ausgebildet ist, um den ersten Teilstrahl 5a parallel zur optischen Achse 6 auszurichten (a ₀ = 0°) und auf der optischen Achse 6 zu positionieren. Der zweite, außerordentliche Teilstrahl 5b wird an dem weiteren doppelbrechenden optischen Element 13 zur optischen Achse 6 hin gebrochen und schließt mit dieser einen Winkel a _e o ein.

Die in Fig. 4 gezeigte Polarisator-Anordnung 7 weist ein doppelbrechendes Polarisator-Element 1 b auf, das wie in Fig. 1 b ausgebildet ist und das einen Ortsversatz Dc ohne einen Winkelversatz Da erzeugt. Im Strahlengang 10 nach dem doppelbrechenden Polarisator-Element 1b ist ein weiteres doppelbrechendes optisches Element 13 angeordnet, das die beiden unter einem Winkel a ₀ bzw. a _e o von 0° zur optischen Achse 6 ausgerichteten Teilstrahlen 5a, b unterschiedlich stark bricht, so dass diese nach dem Durchlaufen des weiteren doppelbrechenden optischen Elements 13 jeweils einen Winkel a ₀ bzw. a _e o zur optischen Achse 6 aufweisen. Der Winkel a _e o, unter dem der zweite, außerordentliche Teilstrahl 5b zur optischen Achse 6 verläuft, ist hierbei kleiner als der Winkel a ₀ , unter dem der erste Teilstrahl 5a zur optischen Achse 6 verläuft. Aufgrund des Ortsversatzes Dc zwischen den beiden Teilstrahlen 5a, 5b schneiden sich diese in einem vorgegebenen Abstand hinter der Polarisator-Anordnung 7, wie dies in Fig. 4 ebenfalls zu erkennen ist. Die in Fig. 4 gezeigte Polarisator-Anordnung 7 weist ähnliche Eigenschaften wie die in Fig. 3c gezeigte Polarisator-Anordnung 7 auf. Bei der in Fig. 4 gezeigten Polarisator-Anordnung 7 kann aber Abstand zwischen dem doppelbrechenden Polarisator-Element 1b und dem weiteren doppelbrechenden optischen Element 13 in Z-Richtung frei gewählt werden, so dass diese Polarisator- Anordnung 7 weniger toleranzempfindlich ist.

Anders als dies in Fig. 3c und in Fig. 4 dargestellt ist, kann der mittlere Winkel 1/2(a ₀ + aeo), unter dem die beiden Teilstrahlen 5a, 5b zur optischen Achse 6 ausgerichtet sind, auch bei 0° liegen (a ₀ = - a _e o). In diesem Fall verlaufen die beiden Teilstrahlen 5a, 5b spiegelsymmetrisch zur ZY-Ebene.

Fig. 5a-c zeigen jeweils eine Polarisator-Anordnung 7, die ausgebildet ist, den von einem jeweiligen doppelbrechenden Polarisator-Element 1a, 1b vorgegebenen, konstanten Winkelversatz Da bzw. konstanten Ortsversatz Dc zu verändern. Zu diesem Zweck weist die Polarisator-Anordnung 7 von Fig. 5a-c jeweils ein weiteres doppelbrechendes optisches Element 13 auf. Bei der in Fig. 5a gezeigten Polarisator-Anordnung 7 ist das doppelbrechende Polarisator-Element 1b zur Erzeugung eines konstanten Ortsversatzes Dc (ohne Winkelversatz) zwischen den beiden Teilstrahlen 5a, 5b ausgebildet und auch das weitere doppelbrechende optische Element 13 ist zur Erzeugung eines Ortsversatzes (ohne Winkelversatz) ausgebildet. Die Polarisator-Anordnung weist einen Drehantrieb 14a auf, der zur Drehung des weiteren optischen Elements 13 um eine Drehachse Z ausgebildet ist, die mit der optischen Achse 6 übereinstimmt. Durch die Drehung des weiteren doppelbrechenden optischen Elements 13 um die Drehachse Z unter einem jeweiligen einstellbaren Drehwinkel cp kann ein von der Polarisator- Anordnung 7 erzeugter Ortsversatz Dc' zwischen den beiden Teilstrahlen 5a, 5b eingestellt werden, wie dies in Fig. 6a zu erkennen ist.

Bei dem in Fig. 5a gezeigten Beispiel ist vor dem weiteren doppelbrechenden optischen Element 13 ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element 15 z.B. in Form einer geeignet ausgerichteten l/2-Verzögerungsplatte angeordnet. Dies ist günstig, da für den Fall, dass die optischen Achsen 4 des doppelbrechenden Polarisator-Elements 1b und des doppelbrechenden weiteren optischen Elements 13 nicht in einer Ebene liegen, im allgemeinen Fall nicht zwei, sondern vier Teilstrahlen 5a-d gebildet werden, wie dies in Fig.5a gestrichelt angedeutet ist. Wird die l/2- Verzögerungsplatte 15 bei der Drehung des weiteren doppelbrechenden optischen Elements 13 entsprechend (mit dem halben Drehwinkel) mitgedreht, kann erreicht werden, dass auch bei der Drehung des weiteren doppelbrechenden optischen Element 13 eine Aufteilung der Leistung des Eingangslaserstrahls nur auf zwei Teilstrahlen 5a, 5b erfolgt.

Für den Fall, dass das polarisationsbeeinflussende optische Element 15 als l/4- Verzögerungsplatte ausgebildet ist, können die beiden Teilstrahlen 5a, 5b, die nach dem Austritt aus dem doppelbrechenden Polarisator-Element 1b linear polarisiert sind, in zirkular polarisierte Teilstrahlen umgewandelt werden. Mit Hilfe der die l/4- Verzögerungsplatte 15 oder mit Hilfe von anderen polarisationsbeeinflussenden optischen Elementen kann eine gezielte Aufteilung der Leistung des Eingangslaserstrahls auf die beiden Teilstrahlen 5a, 5b erfolgen. Es ist auch möglich, mit Hilfe der l/4-Verzögerungsplatte 15 gezielt eine kaskadierte Strahlteilung vorzunehmen, um beispielsweise vier Teilstrahlen 5a-d zu erzeugen, wie dies in Fig. 5a angedeutet ist. Bei einer geeigneten Ausrichtung der l/4- Verzögerungsplatte 15 zu dem weiteren doppelbrechenden optischen Element 13 kann auch in diesem Fall eine gleichmäßige Aufteilung der Leistung des Eingangslaserstrahls auf die vier Teilstrahlen 5a-d erfolgen. Für den Fall, dass bei einer solchen Aufteilung das polarisationsbeeinflussende optische Element 13 mit Hilfe des Drehantriebs 14a gedreht wird, um den Abstand bzw. den Strahlversatz DC zwischen den Teilstrahlen 5a-d in X-Richtung einzustellen, ist es typischerweise nicht erforderlich, die l/4-Verzögerungsplatte 15 entsprechend mitzudrehen, um den Effekt der gleichmäßigen Aufteilung beizubehalten.

Die Anordnung aus dem weiteren doppelbrechendem optischen Element 13 und dem vor diesem angeordneten polarisationsbeeinflussenden optischen Element 15, z.B. in Form der l/4-Verzögerungsplatte, kann kaskadiert werden, d.h. die in Fig. 5a durch einen gestrichelten Rahmen umgebene Anordnung kann N-Mal wiederholt im Strahlengang angeordnet werden, um aus einem Eingangslaserstrahl eine Anzahl M von M = 2 ^N+1 Teilstrahlen zu erzeugen.

Abhängig vom Drehwinkel cp der beiden doppelbrechenden optischen Elemente 7, 13 relativ zueinander bzw. von der Ausrichtung der optischen Achsen 4 der doppelbrechenden optischen Elemente 7, 13 relativ zueinander können die vier Teilstrahlen 5a-d wieder kollinear überlagert werden, wie dies in Fig. 5a angedeutet ist. Sollen alle vier oder mehr Teilstrahlen 5a-d kollinear angeordnet sein und entlang einer gemeinsamen Vorzugsrichtung, z.B. der X-Richtung, verlaufen, ist es typischerweise erforderlich, die optischen Achsen 4 aller weiteren doppelbrechenden optischen Elemente 13 bei der Kaskadierung in einer gemeinsamen Ebene anzuordnen. Werden mit Hilfe einer jeweiligen l/4-Verzögerungsplatte 15 zirkular polarisierte Teilstrahlen erzeugt, kann auch bei einer solchen Kaskadierung eine gleichmäßige Leistungsaufteilung auf alle M= 2 ^N+1 Teilstrahlen erfolgen.

Bei der in Fig. 5b gezeigten Polarisator-Anordnung 7 ist das weitere doppelbrechende optische Element 13 ebenfalls mittels eines Drehantriebs 14 relativ zum doppelbrechenden Polarisator-Element 1 a um die optische Achse 6 drehbar, um einen von der Polarisator-Anordnung 7 erzeugten Winkelversatz Da' einzustellen bzw. zu verändern. Bei der in Fig. 5b gezeigten Polarisator-Anordnung 7 ist das doppelbrechende Polarisator-Element 1a zur Erzeugung eines konstanten Winkelversatzes Da ausgebildet und der von der Polarisator-Anordnung 7 erzeugte Winkelversatz Da' kann in Abhängigkeit vom Drehwinkel cp des weiteren doppelbrechenden optischen Elements 13 eingestellt werden, wie dies in Fig. 6b dargestellt ist. Um die Aufteilung auf vier Teilstrahlen 5a-d bei der Drehung zu vermeiden, kann auch bei dem in Fig. 5b dargestellten Beispiel ein polarisationsbeeinflussendes optisches Element 15 vor dem weiteren doppelbrechenden optischen Element 13 angeordnet sein.

Bei der in Fig. 5c gezeigten Polarisator-Anordnung 7 ist das weitere doppelbrechende optische Element 13 mit Hilfe eines translatorischen Antriebs 14b entlang der optischen Achse 6 verschiebbar. Das doppelbrechende Polarisator- Element 1a ist wie in Fig. 5b zur Erzeugung eines konstanten Winkelversatzes Da (ohne Ortsversatz) ausgebildet. Mit Hilfe des weiteren keilförmigen doppelbrechenden optischen Elements 13 wird der (konstante) Winkelversatz Da in einen Ortsversatz Dc' umgewandelt, dessen Betrag vom Abstand zwischen dem doppelbrechenden Polarisator-Element 1a und dem doppelbrechenden weiteren optischen Element 13 abhängig ist, der mit Hilfe des translatorischen Antriebs 15 verändert wird.

Bei den in Fig. 5a-c gezeigten Beispielen können im einfachsten Fall das jeweilige doppelbrechende Polarisator-Element 1a, 1b und das weitere doppelbrechende optische Element 13 baugleich ausgebildet sein.

Alle weiter oben dargestellten Polarisator-Anordnungen 7 können eine Komponente einer Bearbeitungsoptik 16 bilden, die beispielsweise wie in Fig. 7a, b dargestellt ausgebildet sein kann. Die in Fig. 7a, b dargestellte Bearbeitungsoptik 16 weist eine Fokussieroptik 17 auf, die zur Fokussierung der beiden Teilstrahlen 5a, 5b im Bereich einer Fokusebene 18 dient, die in Fig. 2a, b an der Oberseite eines zu bearbeitenden Werkstücks 19 liegt. Anders als in Fig. 7a, b dargestellt ist, kann die Fokusebene 18 auch im Strahlengang 10 der Bearbeitungsoptik 16 kurz vor dem Werkstück 19, in einer Ebene innerhalb des Werkstücks 19 oder kurz nach dem Werkstück 19 liegen. Der Eingangslaserstrahl 3, der auf das doppelbrechende Polarisator-Element 1a-c der Polarisator-Anordnung 7 trifft, entspricht einem von einer Laserquelle 20 erzeugten, in die Bearbeitungsoptik 16 eintretenden Laserstrahl 21. Die in Fig. 7a, b gezeigte Bearbeitungsoptik 16 ist ausgebildet, die beiden Teilstrahlen 5a, 5b auf zwei Fokuszonen 22a, 22b in bzw. in der Nähe der Fokusebene 18 zu fokussieren, die sich teilweise überlappen und die in Fig. 7a, b durch einen schwarzen und einen weißen Kreis dargestellt sind. Die in Fig. 7a dargestellte Bearbeitungsoptik 16 bildet zusammen mit der Laserquelle 11 eine Laserbearbeitungsvorrichtung 23 zur Bearbeitung des Werkstücks 19, beispielsweise in Form einer abtragenden Laserbearbeitung. Die Bearbeitungsoptik 16 kann zu diesem Zweck relativ zum Werkstück 19 bewegt werden und/oder eine Scannereinrichtung zur Ausrichtung der Teilstrahlen 5a, 5b an unterschiedliche Orte im Bereich der Fokusebene 18 aufweisen.

Bei der in Fig. 7a dargestellten Bearbeitungsoptik 6 ist die Polarisator-Anordnung 7 mit dem doppelbrechenden Polarisator-Element 1a und dem weiteren optisch isotropen Element 8 von Fig. 2a in bzw. in der Nähe einer zur Fokusebene 18 optisch konjugierten Ebene 24 angeordnet. Die optisch konjugierte Ebene 24 ist mit der Fokusebene 18 durch eine Winkel-zu-Orts-Transformation (Fourier-Transformation) verknüpft, die von der Fokussieroptik 17 erzeugt wird. Winkel in der optisch konjugierten Ebene 24 entsprechen Orten in der Fokusebene 18 und umgekehrt. Die beiden mit dem Winkelversatz Da aus dem Polarisator-Element 1a austretenden Teilstrahlen 5a, 5b werden daher mit einem Ortsversatz DC“ der beiden Zentren der Fokuszonen 22a, b in der Fokusebene 18 fokussiert, der kleiner ist als der Durchmesser der Fokuszonen 22a, b, so dass die beiden Fokuszonen 22a, b einander überlappen. Aufgrund des nicht vorhandenen Ortsversatzes der beiden aus dem Polarisator-Element 1a austretenden Teilstrahlen 5a, 5b sind die beiden Teilstrahlen 5a, 5b nach dem Durchlaufen der Fokussieroptik 17 parallel und senkrecht zur Fokusebene 18 ausgerichtet. Der Abstand zwischen der Fokusebene 18 und der optisch konjugierten Ebene 24 liegt bei dem in Fig. 7a gezeigten Beispiel bei 2 f, wobei f die Brennweite der Fokussieroptik 17 bezeichnet.

Die in Fig. 7b dargestellte Bearbeitungsoptik 16 weist eine weitere abbildende Optik 25 auf, die im Strahlengang 10 vor der Fokussieroptik 17 angeordnet ist. Die weitere abbildende Optik 25 bildet gemeinsam mit der Fokussieroptik 17 die beiden an dem im Strahlengang 10 vor der weiteren abbildenden bzw. kollimierenden Optik 25 angeordneten doppelbrechenden Polarisator-Element 1b der Polarisator-Anordnung 7 von Fig. 5a mit einem variablen Ortsversatz Dc' erzeugten Teilstrahlen 5a, 5b in die Fokusebene 18 ab. Der Abbildungsmaßstab bei der Abbildung in die Fokusebene 18 ist hierbei derart gewählt, dass der Durchmesser der beiden Teilstrahlen 5a, b sowie der Abstand Ax“ zwischen den beiden Teilstrahlen 5a, b in der Fokusebene 8 reduziert wird. Das Polarisator-Element 1b ist bei dem in Fig. 7b dargestellten Beispiel vereinfachend in einem Abstand von 4 f von der Fokusebene 18 in einer der Fokusebene 18 entsprechenden, weiteren Ebene 24 angeordnet. In der Regel weisen die weitere Optik 25 und die Fokussieroptik 17 unterschiedliche Brennweiten fi, f2 auf, d.h. die weitere Ebene 24 ist im Abstand 2 (fi + f2) angeordnet. Durch die Wahl geeigneter unterschiedlicher Brennweiten fi, f2 kann der Abbildungsmaßstab eingestellt werden, beispielsweise um die weiter oben beschriebene Verkleinerung zu bewirken.

Die Ortsverteilung in der weiteren Ebene 24 entspricht der Ortsverteilung in der Fokusebene 18 (mit einer Anpassung des Maßstabs). Da das Polarisator-Element 1b im kollimierten Strahlengang 10 des in die Bearbeitungsoptik 16 eintretenden Laserstrahls 21 angeordnet ist, ist es nicht zwingend erforderlich, dass dieses in der weiteren Ebene 24 positioniert ist, vielmehr kann dieses auch im Strahlengang 10 vor oder nach der weiteren Ebene 24 angeordnet sein.

Die Bearbeitungsoptik 16 von Fig. 7a, b weist auch eine strahlformende Optik 26 zur Umwandlung eines in die Bearbeitungsoptik 16 eintretenden Laserstrahls, der im gezeigten Beispiel mit dem von der Laserquelle 20 erzeugten Laserstrahl 21 mit Gauß-förmigen Strahlprofil übereinstimmt, in einen Eingangslaserstrahl 3 mit einem quasi-nichtbeugenden Strahlprofil, genauer gesagt mit einem Bessel-ähnlichen Strahlprofil auf, der auf die Polarisator-Anordnung 7 trifft.

Das Bessel-ähnliche Strahlprofil kann rotationssymmetrisch zur Ausbreitungsrichtung sein, es ist aber auch möglich, dass die strahlformende Optik 26 ein nicht rotationssymmetrisches Strahlprofil erzeugt, welches eine Vorzugsrichtung aufweist, d.h. die strahlformende Optik 26 wirkt in der Art einer Strahlteiler-Optik. Auch andere bzw. komplexere Strahlprofile, z.B. nicht-beugende Strahlprofile wie Airy- Strahlprofile, Mathieu-Strahlprofile, eine Strahl-Homogenisierung, die Erzeugung eines Vortex, einer Bottle, ... können mit Hilfe der strahlformenden Optik 26 erzeugt werden. Die strahlformende Optik 26 kann als diffraktives optisches Element, als Axicon, ... oder einer Kombination aus diesen Elementen ausgebildet sein. Die strahlformende Optik 26 kann auch als diffraktives optisches Element ausgebildet sein, welches die Funktion eines Axicons aufweist.

Nach der strahlformenden Optik 26 liegt im vorliegenden Beispiel ein Strahlprofil vor, welches einem im Wesentlichen rotationssymmetrischen Bessel-Strahl entspricht, d.h. einem radialen Intensitätsverlauf in transversaler Richtung in Form einer Bessel- Funktion.

Die in Fig. 7a gezeigte Bearbeitungsoptik 16 weist zusätzlich eine abbildende bzw. kollimierende Optik 25 auf, die im Strahlengang 10 zwischen der strahlformenden Optik 26 und dem Polarisator-Element 1a der Polarisator-Anordnung 7 angeordnet ist und die zur verkleinerten Abbildung dient. Am Ort des Polarisator-Elements 1a liegt in Fig. 7a das Fernfeld des Bessel-ähnlichen Strahlprofils vor. Die Erzeugung eines Strahlprofils in Form eines Bessel-ähnlichen Strahls hat sich für das Trennen eines Werkstücks 19 als vorteilhaft erwiesen, welches aus einem transparenten Werkstoff, beispielsweise aus Glas, hergestellt ist und bei dem eine Trennung und ggf. Rissführung entlang einer vorgegebenen Richtung günstig ist, die der in Fig.

7a, b gezeigten Vorzugsrichtung X entsprechen kann, die aber auch unter einem vorgegebenen Winkel zu der Vorzugsrichtung X ausgerichtet sein kann oder ggf. einer von einer Linie abweichende, vorgegebene Kontur bildet. Auch die Tatsache, dass das longitudinale Strahlprofil der Teilstrahlen 5a, 5b, die in das Werkstück 19 eindringen, über eine vergleichsweise große Länge nahezu homogen verläuft, erleichtert die Trennung, ggf. unter Rissbildung, und damit die trennende Bearbeitung des Glas-Materials.

Mit Hilfe einer in Fig. 7a, b nicht bildlich dargestellten Strahlteiler-Optik der Bearbeitungsoptik 16 kann eine Mehrzahl von Paaren von Fokuszonen 22a, 22b im Bereich der Fokusebene 18 erzeugt werden, die nebeneinander entlang der Vorzugsrichtung X angeordnet sind, wobei sich Fokuszonen 22a, 22b von benachbarten Teilstrahlen 5a, 5b teilweise überlappen und einen zusammenhängenden Wechselwirkungsbereich 27 bilden, der sich im gezeigten Beispiel entlang der Vorzugsrichtung X erstreckt. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann sich der Wechselwirkungsbereich 27 auch entlang einer nicht geradlinigen Kontur erstrecken, die sich insbesondere auch in Z-Richtung in das Volumen des Werkstücks 19 hinein erstrecken kann. Für Details der Strahlteilung mit Hilfe der Strahlteiler-Optik sowie für Details der transversalen bzw. longitudinalen Strahlprofile, die mit Hilfe der strahlformenden Optik 26 erzeugt werden, sei auf die eingangs zitierte DE 102019205394.7 verweisen.

Der Strahlengang 10 der in Fig. 7a, b schematisch dargestellten Bearbeitungsoptik 16 ist in Fig. 8a-c in realistischerer Weise dargestellt. Fig. 8a zeigt hierbei den Strahlengang 10 ohne die Polarisator-Einrichtung 7, d.h. nur die strahlformende Optik 26, die aus dem in die Bearbeitungsoptik 16 eintretenden Laserstrahl 12 ein Bessel-ähnliches Strahlprofil erzeugt. Zu diesem Zweck kann die strahlformende Optik 26 ein refraktives optisches Element in Form eines Axicons aufweisen, an Stelle des Axicons kann aber auch ein diffraktives optisches Element als strahlformende Optik 26 verwendet werden. Insbesondere bei Verwendung eines diffraktiven optischen Elements kann auch ein Bessel-ähnliches Strahlprofil mit einer Vorzugsrichtung (X-Richtung) mit einer Mehrzahl von sich paarweise überlappenden Teilstrahlen 5a, b erzeugt werden (vgl. Fig. 7a, b), d.h. die strahlformende Optik 26 wirkt in der Art einer Strahlteiler-Optik.

Fig. 8b zeigt die Bearbeitungsoptik 16 von Fig. 7a, die zusätzlich die Polarisator- Anordnung 7 von Fig. 2a mit dem Polarisator-Element 1a und dem weiteren optisch isotropen Element 8 aufweist, die im Strahlengang 10 hinter der strahlformenden Optik 26 angeordnet ist und die den Eingangslaserstrahl 3 in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlen 5a, 5b aufteilt, um den in Fig. 8a gezeigten, in longitudinaler Richtung Z ausgedehnten Wechselwirkungsbereich 27 zu erzeugen. Wie in Fig. 8a zu erkennen ist, weist der Wechselwirkungsbereich 27 eine Vorzugsrichtung X auf, entlang derer die beiden Teilstrahlen 5a, 5b bzw. die beiden Fokuszonen 22a, 22b einen Ortsversatz Ax“ zueinander aufweisen. Die in Fig. 8c gezeigte Bearbeitungsoptik 16 unterscheidet sich von der in Fig. 8b dargestellten Bearbeitungsoptik 16 durch die Polarisator-Anordnung 7, die wie in Fig. 3c dargestellt ausgebildet ist. Die Polarisator-Anordnung 7 umfasst ein doppelbrechendes Polarisator-Element 1c, das sowohl einen Ortsversatz Dc als auch einen Winkelversatz Da erzeugt, sowie ein weiteres doppelbrechendes optisches Element 13.

Die Fokussieroptik 17 ist in Fig. 8b, c nur beispielhaft als Linse dargestellt und weist in der Regel mehrere optische Elemente auf, die gemeinsam ein Objektiv bilden. Die Fokussieroptik 17 weist neben der vorderen, dem Werkstück 19 zugewandten Brennebene 18 auch eine hintere Brennebene 18a auf, die der Polarisator- Anordnung 7 zugewandt ist.

Die jeweilige Polarisator-Anordnung 7 der in Fig. 8b, c gezeigten Bearbeitungsoptiken 16 ermöglicht es, einen der beiden Teilstrahlen 5a, 5b auf der optischen Achse 6 zu positionieren, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist dies günstig, um ein Strahltaumeln zu verhindern, wenn die Polarisator- Anordnung 7 - typischerweise gemeinsam mit der strahlformenden Optik 26 - mittels des Drehantriebs 9 um die optische Achse 6 der Bearbeitungsoptik 16 gedreht wird, um die Lage der Vorzugsrichtung in der XY-Ebene während der Bearbeitung des Werkstücks 19 zu verändern (zu drehen).

Mit Hilfe der in Fig. 8a-c dargestellten Bearbeitungsoptik 16 lässt sich u.a. eine Glasschneide- bzw. Glastrenn-Anwendung besonders vorteilhaft durchführen, die in der Regel hohe Fluenzen benötigt. Bei einer solchen Anwendung wird typischerweise ein Laserstrahl 21 mit Einzelpulsen oder mit Burst-Pulsen (z.B. 2-6 Pulse im Burst mit einem Burst-Pulsabstand von 2 ns bis 150ns, bevorzugt 13 ns bis 40 ns) verwendet. Die Einzel-Pulse oder die Pulse im Burst weisen vorteilhafter Weise eine Pulsdauer zwischen 200 fs und 20 ps, insbesondere zwischen 300 fs und 20 ps, auf, d.h. die Laserquelle 20 ist als Ultrakurzpuls-Laserquelle ausgebildet. Die Pulsenergie (Gesamter Burst oder im Einzelpuls) liegt bevorzugt zwischen 10 pJ und 10 mJ, insbesondere zwischen 30 pJ und 1 mJ. Der räumliche Pulsabstand bzw. der Modifikationsabstand zwischen benachbarten Fokuszonen 22a, 22b des Wechselwirkungsbereichs 27 beträgt typischerweise zwischen ca. 0,8 gm und ca. 30 gm.

Ein wesentlicher Vorteil der in Fig. 8a-c gezeigten Bearbeitungsoptik 16 besteht darin, dass die Polarisator-Anordnung 7 vergleichsweise weit von der hinteren Brennebene 18a der Fokussieroptik 17 angeordnet werden kann. In der hinteren Brennebene 18a der Fokussieroptik 17 sind die auftretenden Fluenzen insbesondere im Quasi-Bessel-Fall sehr groß, da sich dort in diesem Fall ein Ringfokus ausbildet. Durch den vergleichsweise großen Abstand der Polarisator-Anordnung 7, genauer gesagt des letzten optischen Elements 8, 13 der Polarisator-Anordnung 7, von der rückseitigen Brennebene 18a, der typischerweise mindestens so groß ist wie die rückseitige Brennweite der Fokussieroptik 17 kann eine Beschädigung der Polarisator-Anordnung 7 durch zu hohe Fluenzen in der Regel vermieden werden. Zudem ist die hintere Brennebene 18a insbesondere bei kurzen Brennweiten der Fokussieroptik 17 mechanisch nicht gut zugänglich.

Abhängig von der Anwendung kann es sinnvoll sein, in der Fokusebene 18 an Stelle von linear polarisierten Teilstrahlen 5a, 5b links bzw. rechts zirkular polarisierte Teilstrahlen 5a, 5b zu erzeugen. Zu diesem Zweck kann ein Verzögerungs-Element, z.B. in Form einer l/4-Platte, an geeigneter Stelle im Strahlengang 10 nach der Polarisator-Anordnung 7 angeordnet werden.