激光輻射在剝除凹陷的前進(jìn)的正面處通過多重反射或波引導(dǎo)的控制。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)僅僅剝除凹陷的直徑被縮小并且不存在全反射時(shí)，該有利的效應(yīng)也在剝除/切割時(shí)出現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)剝除或切割正面具有部分開放的導(dǎo)波幾何形狀并且不將輻射包圍在譬如圓柱形狀中(如這由光纖傳導(dǎo)已知)，則該效應(yīng)也在切割正面處出現(xiàn)。
[0026]針對(duì)在此使用的不同概念可以應(yīng)用下列定義:
激光輻射的門限強(qiáng)度1!?是達(dá)到電子密度的閾值P1?的強(qiáng)度。
[0027]側(cè)壁角w說(shuō)明剝除凹陷上的表面法線與材料的未被剝除的表面上的表面法線之間的角度。
[0028]極限角wmax是不能超過的極限角wmax的值。也就是說(shuō)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，側(cè)壁角w被限制，并且不能超過極限角wmax的值。極限角具有通常為70角度的材料特定的值，并且可以以實(shí)驗(yàn)方式來(lái)確定。
[0029]閾值P 是電子密度的閾值，在該閾值的情況下開始剝落/剝除。
[0030]閾值P ■是電子密度的閾值，在該閾值的情況下?lián)p傷/裂縫開始。
[0031]脈沖參數(shù)是用來(lái)表征入射激光輻射的空間、時(shí)間和光譜特性的一組參數(shù)。脈沖參數(shù)至少包括下列各項(xiàng)的值:
-脈沖時(shí)長(zhǎng)；
-脈沖中的強(qiáng)度的最大值；
-時(shí)間上的脈沖形狀；在此是單脈沖或脈沖序列(多重脈沖、脈沖突發(fā))中的激光輻射的強(qiáng)度的時(shí)間分布；
-強(qiáng)度的空間分布；以及 -強(qiáng)度的光譜分布(波長(zhǎng)混合)。
[0032]入射邊緣是工件表面的在空間上伸展的區(qū)域，在該區(qū)域處，工件表面的未改變部分過渡到表面的已經(jīng)進(jìn)行物料剝除并已經(jīng)產(chǎn)生剝除凹陷的部分。
[0033]剝除凹陷的邊緣是通過剝除物料生成的表面。
[0034]物料的背側(cè)是物料的背向激光輻射的表面。
[0035]在損傷/裂縫的前述三個(gè)不同的表現(xiàn)形式中，第一類裂縫是背側(cè)損傷，第二類裂縫是入射邊緣損傷，第三類裂縫是從剝除凹陷的表面、即從剝除凹陷的側(cè)壁出發(fā)的損傷。
[0036]為物料中的電子密度定義了兩個(gè)閾值P P ，所述閾值分別導(dǎo)致物料的損傷P損傷或剝除P剝落。對(duì)于每種物料，可以給電子密度P的這些不同閾值P m、P剝落，分配兩組激光輻射的參數(shù)值，其中P m < P剝落。
[0037]入射邊緣的光折射、例如聚焦特性對(duì)于本發(fā)明是特別重要的。也就是說(shuō)，入射邊緣可能具有能夠?qū)е聝煞N不期望的效果的幾何形狀和伸展，但是這兩種不期望的效果可以通過根據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)避免或顯著減少。首先，可能由于該幾何形狀而發(fā)生入射激光輻射到物料中的不期望的聚焦；以及其次，入射激光輻射的從入射邊緣所檢測(cè)的并然后聚焦到物料中的功率可能由于該伸展而不期望地具有某個(gè)值，使得入射邊緣的焦點(diǎn)處的強(qiáng)度生成如下電子密度P:該電子密度P超過了電子密度的損傷物料的閾值P，并且未達(dá)到電子密度的用于剝除的閾值P flJg；。
[0038]在損傷物料的情況下，出現(xiàn)前面已經(jīng)闡述的三個(gè)不同種類的裂縫。
[0039]第一類裂縫是這樣的在前側(cè)一一激光輻射入射之處一一還未發(fā)生損傷并且也未進(jìn)行剝除時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫。
[0040]第二類裂縫和第三類裂縫根據(jù)圖4和5被闡釋。
[0041]第二類裂縫或損傷一一亦稱尖狀物一一以入射邊緣為出發(fā)點(diǎn)。第二類的裂縫或損傷在一一與第三類裂縫相比一一大的深度上延伸到物料的體積中。這些以入射邊緣為出發(fā)點(diǎn)的材料改變/損傷也可以在體積中變得可見或產(chǎn)生(其于是也被稱為“細(xì)絲”;物理原因是克爾效應(yīng)和自聚焦)或者甚至到達(dá)物料的背側(cè)或背向激光輻射的表面。
[0042]第三類裂縫是沒那么深地侵入的裂縫并且附加于第二類裂縫或第二類損傷一一沿著被剝除的表面(切割邊緣)一一出現(xiàn)；其不限于接近入射邊緣的區(qū)域，并且出現(xiàn)在激光輻射在剝除凹陷中入射到被剝除的表面上之處。第三類裂縫從被剝除的表面伸展到物料中。第三類裂縫與第一類裂縫相比以較少的深度侵入到物料中。剝除凹陷的粗糙表面與入射邊緣相比具有擁有更小曲率半徑的粗糙度。粗糙的剝除凹陷的聚焦作用與入射邊緣的聚焦作用相比顯著更強(qiáng)。
[0043]在圖4和5中，玻璃中的裂縫/損傷作為陰影區(qū)域出現(xiàn)；第二類裂縫用附圖標(biāo)記22來(lái)表示，并且第三類裂縫用附圖標(biāo)記33來(lái)表示。
[0044]如果從被剝除的表面出發(fā)的裂縫22到達(dá)物料的下側(cè)或背向激光輻射的表面，則常常不再能夠?qū)⑵渑c第一類裂縫、即在工件的上側(cè)還未被剝除時(shí)工件下側(cè)的損傷相區(qū)分。第三類裂縫或損傷是在粗糙的剝除凹陷處、即在被剝除的表面處以及被剝除的表面與平坦性具有偏差之處開始的。
[0045]剝除凹陷與平坦性的該偏差是通過如下方式產(chǎn)生的:入射激光輻射在剝除凹陷的入口處并且在其走向中被衍射到工件的深度中(剝除正面、切割邊緣)并且具有衍射結(jié)構(gòu)，如這在圖6和圖7中示出。
[0046]該衍射結(jié)構(gòu)是強(qiáng)度的空間調(diào)制，并且生成與平坦剝除正面的偏差。剝除凹陷中針對(duì)輻射強(qiáng)度所產(chǎn)生的衍射結(jié)構(gòu)導(dǎo)致剝除正面處的強(qiáng)度的過高，并且因此導(dǎo)致剝除正面的與平滑或平坦剝除正面的偏差。
[0047]利用根據(jù)本發(fā)明的如下措施:漸漸地縮小激光輻射在剝除凹陷的入口處的射束半徑直到出現(xiàn)側(cè)壁角w從小于或等于材料特定的極限值wmax的值w ( wmax到側(cè)壁角w的接近90角度大的值的變換并且可達(dá)到剝除深度變?yōu)橹辽?倍，生成了具有大側(cè)壁角w的剝除凹陷，其中側(cè)壁角w超過極限角wmax，并且其中剝除凹陷的側(cè)壁角w隨著剝除深度z增加而圍繞關(guān)于剝除深度z的平均值〈w>z—一以小角度一一波動(dòng)。
[0048]通過應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施，側(cè)壁角的平均值<w>z可以具有值<w>z=90度，并且不限于小于從現(xiàn)有技術(shù)中公知的極限角wmax的值。
[0049]既避免或明顯抑制了在剝除凹陷入口處產(chǎn)生的深度侵入材料中的細(xì)絲形式的第二類裂縫，又避免或明顯抑制了從物料中的剝除凹陷的粗糙表面出發(fā)的改變/損傷/裂縫形成形式的第三類裂縫，如同樣可以從圖1中辨認(rèn)出。
[0050]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施的模擬。
[0051]在圖7中，激光輻射從右邊入射到材料上，并且生成剝除凹陷I。在繪圖中，剝除了總共的材料厚度d。剝除深度z從右Z=O向左z=d增加。側(cè)壁角w的平均值<w>z隨著剝除深度z增加而接近<w>z=90度的值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于借助于激光輻射剝除脆硬材料的方法，其中通過剝除在材料中形成剝除凹陷，所述剝除凹陷具有剝除凹陷的側(cè)壁的側(cè)壁角W，其中所述側(cè)壁角W被定義成剝除凹陷的側(cè)壁上的表面法線與材料的未被剝除的表面上的表面法線之間的角度，其中在剝除期間，側(cè)壁角W超過材料特定的極限角wmax，其特征在于，小地調(diào)整激光福射在剝除凹陷的入口處的射束半徑，使得側(cè)壁角w幾乎達(dá)到90角度并且可實(shí)現(xiàn)的剝除深度至少為針對(duì)以下較大射束半徑情況的2倍，在所述較大射束半徑的情況下側(cè)壁角小于材料特定的極限角wmax。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，射束半徑的值通過如下方式來(lái)確定:漸漸地縮小射束半徑，直到出現(xiàn)側(cè)壁角w從小于或等于材料特定的極限角wmax的值w ( wmax到側(cè)壁角w的接近90角度大的值的門限式的變換。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于借助于激光輻射剝除脆硬材料的方法，其中通過剝除在材料中形成剝除凹陷，所述剝除凹陷具有剝除凹陷的側(cè)壁的側(cè)壁角w，其中所述側(cè)壁角w被定義成剝除凹陷的側(cè)壁上的表面法線與材料的未被剝除的表面上的表面法線之間的角度，其中在剝除期間，側(cè)壁角w超過材料特定的極限角wmax。小地調(diào)整激光輻射在剝除凹陷的入口處的射束半徑，使得側(cè)壁角w幾乎達(dá)到90角度，并且可實(shí)現(xiàn)的剝除深度至少為針對(duì)以下較大射束半徑情況的2倍，在所述較大射束半徑的情況下側(cè)壁角小于材料特定的極限角wmax。
【IPC分類】B23K26/38, B23K26/36, B23K26/40, C03C23/00
【公開號(hào)】CN105228790
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480030380
【發(fā)明人】W.舒爾茨, U.埃佩爾特
【申請(qǐng)人】弗勞恩霍弗實(shí)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì), 德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2014年3月21日
【公告號(hào)】DE102013005139A1, EP2978561A2, WO2014154342A2, WO2014154342A3