ES2971539T3 - Dispositivo óptico, procedimiento y uso - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo óptico, a su uso y a un método para la estructuración de interferencia de una muestra. Un láser emite un rayo láser que se divide en al menos dos subrayos mediante un divisor de haz. En la trayectoria del haz están dispuestas una primera lente cilíndrica y una segunda lente cilíndrica para refractar los rayos parciales en una zona de interferencia. Los rayos parciales interfieren de tal manera que en una zona de estructuración de la muestra se puede formar una estructura con elementos estructurales en forma de líneas. El eje cilíndrico de la primera lente cilíndrica está orientado paralelo al eje cilíndrico de la segunda lente cilíndrica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo óptico, procedimiento y uso

La invención se refiere a un dispositivo óptico, a un procedimiento y a un uso del dispositivo óptico para la estructuración por interferencia de una muestra.

En el sentido de la invención se entiende por muestras, por ejemplo, piezas constructivas que se integran en componentes más complejos y que durante su procesamiento deben dotarse de una estructura en una superficie relativamente grande.

En aras de la productividad, es deseable formar la estructuración en una gran superficie y en el menor tiempo posible.

Para ello es conocido prever la estructuración de la muestra mediante estructuración por interferencia, en donde un haz láser se dividide en dos haces parciales que interfieren entre sí mediante otros componentes ópticos en una zona estructural de la muestra, formándose la estructuración de la muestra como resultado de la distribución de energía interferométrica espacial de los haces parciales que interfieren entre sí. Un dispositivo conocido de este tipo se divulga, por ejemplo, en los documentos EP 2596899 A2 o US 2014/291308 A1 (base del preámbulo de la reivindicación 1), mediante el cual se pueden configurar en particular estructuras con elementos estructurales en forma de líneas. Debido al gran número de elementos ópticos, el dispositivo conocido es caro y propenso a desajustarse. Se debe poner especial esfuerzo en la conformación y desviación de los haces parciales y los ángulos al desviar los haces parciales deben mantenerse con mucha precisión. Esto es especialmente complicado cuando durante el mecanizado es necesario modificar parámetros para influir específicamente en modificaciones de estructuras o elementos estructurales individuales. Además, la diferencia en las longitudes de trayectoria recorridas por los haces parciales es tan grande que, en particular en el caso de radiación láser pulsada con duraciones de pulso cortas o incluso ultracortas, se sobrepasa la longitud de coherencia de la radiación láser, de modo que no se producen interferencias entre los haces parciales y, por tanto, no se estructura la muestra. Por lo tanto, el dispositivo conocido no es especialmente adecuado para pulsos de láser ultracortos cuya duración de pulso en el tiempo se sitúe en el rango de los femtosegundos y/o los picosegundos.

Por lo tanto, el objetivo de la invención puede verse en proporcionar un dispositivo mejorado que, al tiempo que evita las desventajas del estado de la técnica, permita una estructuración por interferencia más eficiente de la muestra, que en particular ofrezca un manejo simplificado y más económico y que, en particular, permita una estructuración por interferencia de la muestra con duraciones de pulso cortas. Lo mismo se aplica en cuanto al procedimiento y el uso.

El objetivo de la invención se consigue mediante un dispositivo óptico para la estructuración por interferencia de una muestra de acuerdo con la reivindicación 1.

El objetivo de la invención también se consigue mediante un procedimiento para la estructuración por interferencia de una muestra según la reivindicación 11.

Asimismo, el objetivo de la invención se consigue mediante el uso de un dispositivo de acuerdo con la invención para la estructuración por interferencia de una muestra, en particular de una pieza constructiva.

La invención se basa en la idea básica de que, mediante la orientación de acuerdo con la invención de los ejes de cilindro de al menos una primera, al menos una segunda y al menos una tercera lente cilíndrica, es posible manipular específicamente el haz láser, incluidos sus haces parciales, en un primer plano que comprende el eje óptico y está dispuesto normal al eje de cilindro de la al menos una primera lente cilíndrica, sin que la trayectoria de haz del haz láser se vea afectada en un segundo plano, dispuesto en perpendicular al primer plano. De este modo es especialmente fácil y eficiente influir en la estructuración por interferencia de la muestra. De este modo, el manejo del dispositivo de acuerdo con la invención se simplifica considerablemente en comparación con los dispositivos conocidos. Lo mismo se aplica al procedimiento de acuerdo con la invención y al uso de acuerdo con la invención. Otra ventaja del dispositivo de acuerdo con la invención resulta del hecho de que la diferencia de trayectoria de los haces parciales es relativamente pequeña, por lo que no se sobrepasa la longitud de coherencia de la radiación láser, de modo que, en particular en el caso de radiación láser con pulsos de láser cortos y/o ultracortos, se produce una interferencia de los haces parciales y es posible así una estructuración por interferencia de las muestras. Por lo tanto, el dispositivo de acuerdo con la invención es especialmente adecuado para radiación láser con duraciones de pulso cortas.

Por estructuración por interferencia en el sentido de la invención se entiende la estructuración de la muestra mediante interferencia de al menos dos haces láser. La distribución espacial de energía formada por la interferencia de los haces parciales interacciona con el material de la muestra de tal manera que la muestra se estructura conforme a la distribución de energía de la estructura de interferencia. En particular, la muestra se puede estructurar usando elementos estructurales en forma de líneas que están dispuestos en un período estructural. La estructuración por interferencia comprende, en este sentido, tanto un arranque de material de la muestra, por ejemplo mediante ablación, como una variación específica del material de la muestra, por ejemplo mediante fotopolimerización. Además, la estructuración por interferencia puede conducir a una refundición específica y/o a una variación específica de la composición química y/o a una variación de la estructura (cristalina) del material de la muestra. En el sentido de la invención, la muestra se estructura, por ejemplo, en la superficie de la muestra y/o dentro del volumen de la muestra, pudiendo mecanizarse en particular la muestra litográficamente mediante estructuración por interferencia, lo que también se denomina litografía por interferencia. La estructuración de la muestra sirve en particular para dotar a la muestra de una función técnica, de un aspecto estético y/o de una identificación. En el sentido de la invención, por 'haz arriba' se entiende una dirección opuesta a la dirección de propagación del haz láser, que por tanto está orientada hacia el láser. De manera correspondiente, 'haz abajo' se refiere a una dirección orientada en sentido opuesto al láser.

El láser puede estar diseñado como láser de estado sólido bombeado por diodos y emitir, en particular, radiación láser pulsada, pudiendo presentar los pulsos de láser una duración de pulso en el rango de los femtosegundos, los picosegundos y/o los nanosegundos y longitudes de onda en el rango UV, VIS y/o IR. Como es sabido, los pulsos láser con una duración de pulso en el rango de los femtosegundos y/o los picosegundos se denominan pulsos ultracortos. La duración de pulso de los pulsos láser se sitúa preferiblemente entre 10 fs y 10 ms. Preferiblemente, el láser emite radiación láser colimada, que en particular está orientada en paralelo al eje óptico.

El divisor de haz está diseñado preferiblemente como elemento óptico difractivo, en particular como rejilla. Alternativamente, el divisor de haz puede estar diseñado como prisma o, por ejemplo, como espejo semitransparente. Preferiblemente, el espejo está diseñado como espejo parcialmente reflectante. Los al menos dos haces parciales están dispuestos en particular en un plano común que comprende el eje óptico y que está dispuesto normal al eje de cilindro de la al menos una primera lente cilíndrica. Para un diseño sencillo del dispositivo, al menos dos haces parciales pueden tener en cada caso una dirección de propagación dispuesta en cada caso con el mismo ángulo con respecto al eje óptico. En un perfeccionamiento de la invención, los al menos dos haces parciales se dividen uniformemente en cuanto a intensidad, de modo que, por ejemplo, la intensidad del primer haz parcial es esencialmente igual a la intensidad del segundo haz parcial.

Por ángulo de interferencia se entiende, en el sentido de la invención, el ángulo con el que se refracta un haz parcial con respecto al eje óptico hacia la zona de interferencia detrás de la al menos una segunda lente cilíndrica. Debido a la manipulación de acuerdo con la invención de los haces parciales en el primer y segundo plano independientemente entre sí, el ángulo de interferencia puede referirse al primer plano, por ejemplo al plano yz, y/o al segundo plano, por ejemplo al plano xz. El ángulo de interferencia se puede variar para cambiar el período estructural del patrón de interferencia. Para ello, el divisor de haz preferiblemente es móvil en traslación en paralelo al eje óptico.

La al menos una primera lente cilíndrica puede estar configurada como lente convergente con al menos una superficie convexa y/o puede estar dispuesta haz arriba o haz abajo del divisor de haz. Además, la al menos una primera lente cilíndrica puede ser móvil en traslación en paralelo al eje óptico.

Preferiblemente, la al menos una segunda lente cilíndrica está dispuesta de tal manera que los haces parciales se refracten hacia la zona de interferencia en la que los haces parciales interfieren entre sí y está configurada preferiblemente como lente convergente con al menos una superficie convexa. La distancia focal de al menos una segunda lente cilíndrica es preferiblemente menor que la distancia focal de al menos una primera lente cilíndrica, de modo que se pueda ajustar el ángulo de interferencia más grande posible. Para un mejor ajuste del dispositivo de acuerdo con la invención, la al menos una segunda lente cilíndrica es preferiblemente móvil en traslación en paralelo al eje óptico.

La distancia entre la al menos una primera lente cilíndrica y la al menos una segunda lente cilíndrica es preferiblemente al menos o como máximo, en particular esencialmente, la suma de ambas distancias focales. Esto significa que los haces parciales se pueden enfocar en cada caso en puntos focales que se encuentran realmente delante de la segunda lente cilíndrica o virtualmente detrás de esta. La diferencia de trayectoria de los haces parciales es, en particular, tan pequeña que la interferencia de los haces parciales se produce, en cuanto a volumen, de tal modo que la zona de interferencia es tridimensional, es decir, se extiende en particular en dirección al eje óptico. Esto permite estructurar la muestra, en cuanto a volumen, en particular con el uso de longitudes de pulso ultracortas. Preferiblemente, los puntos focales de todos los haces parciales se sitúan en un plano focal común, que puede estar orientado normal al eje óptico. En otro diseño de la invención, las superficies convexas de las lentes cilíndricas primera y segunda están orientadas una hacia la otra y/o las superficies planas de las lentes cilíndricas primera y segunda están orientadas una en sentido opuesto a la otra.

Además, de acuerdo con la invención, está prevista al menos una tercera lente cilíndrica como lente convergente, cuyo eje de cilindro está orientado en perpendicular al eje de cilindro de la al menos una primera lente cilíndrica y, en particular, en perpendicular al eje óptico, de modo que con la al menos una tercera lente cilíndrica se puede influir en la trayectoria de haz en el segundo plano independientemente del primer plano. En un perfeccionamiento especialmente sencillo de la invención, la al menos una tercera lente cilíndrica está dispuesta haz arriba y/o haz abajo del divisor de haz. Preferiblemente, la distancia de la zona de interferencia de la al menos una tercera lente cilíndrica se corresponde con su distancia focal, de modo que el haz láser, incluidos sus haces parciales, se enfoca en la zona de interferencia en el segundo plano. Alternativamente, la distancia de la zona de interferencia de la al menos una tercera lente cilíndrica es mayor o menor que su distancia focal. Moviendo la al menos una tercera lente cilíndrica en traslación en paralelo al eje óptico, la extensión del patrón de interferencia se puede variar en ángulo recto con respecto al eje de cilindro de la al menos una tercera lente cilíndrica.

En un diseño ventajoso de la invención está prevista al menos una cuarta lente cilíndrica como lente divergente, cuyo eje de cilindro está dispuesto, en particular, en paralelo al eje de cilindro de la al menos una primera lente cilíndrica. La al menos una cuarta lente cilíndrica puede estar dispuesta haz abajo del divisor de haz y/o de la al menos una primera lente cilíndrica, pero preferiblemente haz arriba de todos los puntos focales de los haces parciales. La al menos una cuarta lente cilíndrica puede ser móvil en traslación, en particular en paralelo al eje óptico. Además, la al menos una cuarta lente cilíndrica puede ser móvil en rotación alrededor de su eje de cilindro. En un diseño especialmente ventajoso de la invención, cada haz parcial tiene asociada exactamente una cuarta lente cilíndrica, pudiendo ser las cuartas lentes cilíndricas móviles en rotación en cada caso alrededor de sus ejes de cilindro. Para el ajuste individual de cada haz parcial, en particular, al menos dos cuartas lentes cilíndricas pueden ser móviles independientemente entre sí, en donde, alternativa o adicionalmente, en el sentido de un ajuste simplificado, al menos dos cuartas lentes cilíndricas pueden ser móviles de forma sincrónica entre sí. La al menos una cuarta lente cilíndrica puede estar dispuesta de tal manera que al menos un haz parcial esté colimado después de la cuarta lente cilíndrica. Preferiblemente, la al menos una cuarta lente cilíndrica junto con la al menos una primera lente cilíndrica y con la al menos una segunda lente cilíndrica forma un sistema de lentes, que puede ser móvil en su conjunto en paralelo al eje óptico, en donde las posiciones relativas de los componentes del sistema de lentes entre sí pueden permanecer constantes a lo largo del eje óptico.

En otro diseño ventajoso de la invención está prevista al menos una quinta lente cilíndrica como lente convergente, cuyo eje de cilindro está orientado en paralelo al eje de cilindro de la al menos una primera lente cilíndrica y que forma, en particular, junto con la al menos una primera lente cilíndrica un sistema de lentes, de modo que errores ópticos en la primera lente cilíndrica puedan corregirse mediante la quinta lente cilíndrica. Para ello, la quinta lente cilíndrica preferiblemente está dispuesta inmediatamente adyacente a la al menos una primera lente cilíndrica.

Preferiblemente está prevista al menos una sexta lente cilíndrica como lente convergente, cuyo eje de cilindro está orientado en paralelo al eje de cilindro de la al menos una primera lente cilíndrica y que puede estar dispuesto haz arriba de la al menos una segunda lente cilíndrica. Una superficie convexa de la al menos una sexta lente cilíndrica puede estar orientada hacia la al menos una primera lente cilíndrica. Además, puede estar prevista al menos una séptima lente cilíndrica como lente divergente, cuyo eje de cilindro está orientado en paralelo al eje de cilindro de la al menos una primera lente cilíndrica y que puede estar dispuesto haz arriba de la al menos una segunda lente cilíndrica. La al menos una séptima lente cilíndrica forma preferiblemente junto con la al menos una sexta lente cilíndrica y con la al menos una segunda lente cilíndrica un sistema de lentes para corregir errores ópticos. Para ello, en particular la al menos una sexta lente cilíndrica y/o la al menos una séptima lente cilíndrica y/o la al menos una segunda lente cilíndrica son móviles independientemente entre sí en traslación en paralelo al eje óptico.

En otro diseño de la invención está previsto un primer prisma, cuyo eje de prisma dispuesto en perpendicular a la superficie de base está orientado en paralelo al eje de cilindro de la al menos una primera lente cilíndrica. En particular, el primer prisma ejerce un efecto óptico de enfoque sobre el haz láser, incluidos sus haces parciales. En particular, el primer prisma presenta una superficie de base poligonal, que está configurada, por ejemplo, en forma de un triángulo preferiblemente isósceles. Alternativamente, la superficie de base del al menos un prisma puede ser redonda, en particular elíptica. Al menos una superficie del al menos un primer prisma puede estar orientada normal al eje óptico. Preferiblemente, el al menos un primer prisma puede ser móvil en traslación en paralelo al eje óptico y/o está dispuesto haz abajo de la al menos una primera lente cilíndrica.

Preferiblemente está previsto al menos un segundo prisma, cuyo eje de prisma está orientado en paralelo al eje de cilindro de la al menos una primera lente cilíndrica. Por ejemplo, el al menos un segundo prisma ejerce un efecto óptico divergente sobre el haz láser, incluidos sus haces parciales. Además, el al menos un segundo prisma puede presentar una superficie de base que se corresponda con dos triángulos rectángulos ensamblados. El segundo prisma puede ser móvil en traslación en paralelo al eje óptico. En un diseño ventajoso de la invención, las superficies de base del primer prisma y del al menos un segundo prisma se corresponden, juntas, con un rectángulo. En un diseño especialmente preferido, cada haz parcial tiene asociado exactamente un segundo prisma, en donde, en particular, las superficies de base de los segundos prismas se corresponden en cada caso con un triángulo rectángulo. Al menos dos segundos prismas pueden ser móviles independientemente entre sí y/o al menos dos segundos prismas pueden moverse sincrónicamente entre sí. El al menos un primer prisma y/o el al menos un segundo prisma pueden estar dispuestos entre la al menos una primera lente cilíndrica y la al menos una segunda lente cilíndrica.

Preferiblemente, el divisor de haz y/o al menos una lente cilíndrica y/o al menos un prisma pueden ser móviles en traslación en paralelo al eje óptico para variar parámetros de la estructura de interferencia y/o corregir errores ópticos.

Más preferiblemente, está previsto al menos un expansor de haz para variar la sección transversal de haz del haz láser, incluidos sus haces parciales, y/o para cambiar el período estructural. El expansor de haz puede estar diseñado para cambiar, por ejemplo, el ángulo de interferencia de los haces parciales, de modo que se pueda variar el período estructural del patrón de interferencia. Por ejemplo, el al menos un expansor de haz está formado por tres lentes cilíndricas y/o por una lente cilíndrica con un primer prisma y con al menos un segundo prisma. Debido a la movilidad de al menos uno de sus componentes, el expansor de haz está configurado preferiblemente como expansor de haz variable. Funcionalmente, el expansor de haz corresponde, por tanto, en particular, a un dispositivo para la ampliación óptica del haz láser, que aumenta la sección transversal del haz láser con un valor de aumento superior a 1 y reduce la sección transversal del haz láser con un valor de aumento entre 0 y 1.

El patrón de interferencia presenta preferiblemente elementos estructurales en forma de líneas, cuyas direcciones de extensión están dispuestas en particular en cada caso en paralelo al eje de cilindro de la primera lente cilíndrica. Además, el patrón de interferencia puede presentar en al menos una dirección un período estructural definido por el usuario, en particular variable, que se corresponde con la distancia entre dos elementos estructurales adyacentes. El patrón de interferencia es preferiblemente rectangular o elíptico, pudiendo tener el patrón de interferencia una extensión diferente en un primer eje, orientado en paralelo al eje de cilindro de la primera lente cilíndrica, que en un segundo eje, dispuesto en perpendicular al eje de cilindro del primer eje de cilindro. Las extensiones del patrón de interferencia y de su período estructural se pueden variar, en particular, cambiando los componentes ópticos del dispositivo de acuerdo con la invención, preferiblemente cambiando la posición y/o las propiedades ópticas. Además, la posición espacial del patrón de interferencia se puede variar, en particular moviendo la al menos una cuarta lente cilíndrica.

La extensión del patrón de interferencia en una dirección determinada se puede variar en particular cambiando al menos una de aquellas lentes cilíndricas cuyos ejes de cilindro estén dispuestos en perpendicular a esta dirección, en donde un cambio en este sentido comprende un cambio de la distancia focal y/o un cambio de la posición. Por ejemplo, la extensión del patrón de interferencia en la dirección y es posible variando la distancia focal de al menos una de aquellas lentes cilíndricas cuyo eje de cilindro esté dispuesto en paralelo a la dirección x, y a la inversa.

Preferiblemente, está previsto un dispositivo de conformación de haz, que está diseñado de tal manera que el perfil de sección transversal del haz láser se puede variar de una manera definida por el usuario para influir en la forma de la estructura de interferencia, pudiendo variarse el perfil de sección transversal en particular mediante efectos de difracción. De manera especialmente preferible, el dispositivo de conformación de haz está configurado para formar, en particular a partir de una distribución de intensidades espacial gaussiana del perfil de sección transversal, un perfil de sección transversal del haz láser elíptico o poligonal, en particular rectangular, siendo este último también denominado perfil de "sombrero de copa" o "de parte superior plana". Cambiando el perfil de sección transversal del haz láser, se puede variar la forma del patrón de interferencia, en donde, por ejemplo, un perfil de sección transversal rectangular, que se puede obtener, por ejemplo, con el dispositivo de conformación de haz ya descrito, da lugar a una forma rectangular del patrón de interferencia. El dispositivo de conformación de haz puede estar configurado integrado con el divisor de haz.

En un diseño especialmente preferido, están previstas una única primera lente cilíndrica y/o una única segunda lente cilíndrica para influir en todos los haces parciales en cada caso con una única lente cilíndrica. También es posible sustituir cualquier lente cilíndrica por un sistema de lentes para corregir errores ópticos. El haz láser, incluidos sus haces parciales, puede estar orientado al menos por secciones entre la al menos una primera lente cilíndrica y la al menos una segunda lente cilíndrica en paralelo al eje óptico, en particular colimado, o presentar una divergencia. Mediante la divergencia se puede influir en el tamaño de las secciones transversales de los haces parciales en la zona de interferencia y, con ello, en el tamaño del patrón de interferencia.

El procedimiento de acuerdo con la invención se lleva a cabo preferiblemente con un dispositivo óptico de acuerdo con la invención. Otras ventajas y características de la invención se desprenden de las reivindicaciones y de la siguiente descripción, en la que se explican en detalle ejemplos de realización de acuerdo con la invención y no de acuerdo con la invención haciendo referencia a los dibujos. A este respecto, muestran:

la Fig. 1 un ejemplo de realización no de acuerdo con la invención de un dispositivo óptico en el plano yz, la Fig. 2 el ejemplo de realización de la figura 1 en el plano xz,

la Fig. 3 patrones de interferencia obtenidos mediante el ejemplo de realización de la figura 1,

la Fig. 4 otro ejemplo de realización no de acuerdo con la invención del dispositivo,

la Fig. 5a otro ejemplo de realización del dispositivo no de acuerdo con la invención,

la Fig. 5b el ejemplo de realización de la figura 5a con el divisor de haz desplazado,

la Fig. 6 el ejemplo de realización de la figura 5 con la distancia focal de la segunda lente cilíndrica modificada, la Fig. 7 otro ejemplo de realización del dispositivo óptico de acuerdo con la invención con una tercera lente cilíndrica,

la Fig. 8 patrones de interferencia obtenidos mediante el ejemplo de realización de la figura 7,

la Fig. 9 el ejemplo de realización de la figura 7 con la posición de la tercera lente cilíndrica cambiada, la Fig. 10 otro ejemplo de realización del dispositivo de acuerdo con la invención,

la Fig. 11a otro ejemplo de realización del dispositivo óptico de acuerdo con la invención con una cuarta lente cilíndrica,

la Fig. 11b el ejemplo de realización de la figura 11a con componentes desplazados,

la Fig. 12 otro ejemplo de realización del dispositivo óptico de acuerdo con la invención con dos cuartas lentes cilíndricas y una quinta lente cilíndrica,

la Fig. 13 el ejemplo de realización de la figura 12 con las cuartas lentes cilíndricas desplazadas,

la Fig. 14a otro ejemplo de realización del dispositivo óptico de acuerdo con la invención con una sexta y una séptima lente cilíndrica,

la Fig. 14b el ejemplo de realización de la figura 14a con componentes desplazados,

la Fig. 15a otro ejemplo de realización del dispositivo óptico de acuerdo con la invención con una quinta y una sexta lente cilíndrica,

la Fig. 15b el ejemplo de realización de la figura 15a con componentes desplazados,

la Fig. 16a otro ejemplo de realización del dispositivo óptico de acuerdo con la invención con un primer prisma, la Fig. 16b el ejemplo de realización de la figura 16a con el primer prisma desplazado,

la Fig. 17 otro ejemplo de realización del dispositivo óptico de acuerdo con la invención con un segundo prisma, la Fig. 18a otro ejemplo de realización del dispositivo óptico de acuerdo con la invención con dos segundos prismas, la Fig. 18b el ejemplo de realización de la figura 18a con los prismas desplazados,

la Fig. 19a otro ejemplo de realización del dispositivo óptico de acuerdo con la invención con dos cuartas lentes cilíndricas y prismas,

la Fig. 19b el ejemplo de realización de la figura 19a con los prismas desplazados y

la Fig. 20 el ejemplo de realización de la figura 1 con un láser y una muestra.

La figura 1 muestra una representación esquemática de un ejemplo de realización del dispositivo óptico 10 de acuerdo con un sistema de coordenadas cartesiano en el plano yz, en donde el eje z corresponde al eje óptico z y el eje x y el eje y son en cada caso perpendiculares al eje z y están dispuestos en perpendicular entre sí.

Un láser 12, no representado en la figura 1, emite un haz láser 8, que incide, colimado, sobre un divisor de haz 1 y se divide en dos haces parciales 8.1, 8.2, ambos desviados en un ángulo finito y en cada caso idéntico con respecto al eje óptico z, es decir, axisimétricamente respecto al mismo, y que en cada caso siguen estando colimados. El divisor de haz 1 está configurado, a modo de ejemplo, como elemento óptico difractivo en forma de rejilla, de modo que la división del haz láser 8 se produce mediante efectos de difracción. Alternativamente, el divisor de haz 1 puede estar configurado como espejo parcialmente reflectante. Por lo tanto, los haces parciales 8.1, 8.2 únicamente se desvían en la dirección y; no tiene lugar ningún desplazamiento de los haces parciales 8.1, 8.2 en la dirección x. Los haces parciales 8.1, 8.2 inciden, haz abajo del divisor de haz 1, sobre una primera lente cilíndrica 2, cuyo eje de cilindro ZA1 está orientado en paralelo al eje x. La superficie de la primera lente cilíndrica 2 orientada hacia el divisor de haz 1 es convexa en el plano yz de la figura 1, mientras que la superficie orientada en sentido opuesto al divisor de haz 1 es plana, de modo que la primera lente cilíndrica 2 tiene la forma de una lente convergente convexoplana. Gracias a la primera lente cilíndrica 2, ambos haces parciales 8.1, 8.2 incidentes, en cada caso colimados, se enfocan en cada caso hacia un punto focal, estando ambos puntos focales a la misma distancia en cada caso respecto a la primera lente cilíndrica 2. Después de atravesar los respectivos puntos focales, los haces parciales 8.1, 8.2 divergen e inciden sobre una segunda lente cilíndrica 3, en este caso planoconvexa, cuya superficie orientada hacia el divisor de haz 1 es plana y la superficie orientada en sentido opuesto al divisor de haz 1 es convexa. El eje de cilindro ZA2 de la segunda lente cilíndrica 3 está orientado en paralelo al eje x, de modo que el eje de cilindro ZA1 de la primera lente cilíndrica 2 y el eje de cilindro ZA2 de la segunda lente cilíndrica 3 están orientados en paralelo entre sí.

Ambos haces parciales 8.1, 8.2 son colimados en cada caso por la segunda lente cilíndrica 3 y dirigidos con un ángulo de interferencia 0 finito con respecto al eje óptico z entre sí y en dirección a una muestra 13 que se va a mecanizar, no representada en la figura 1, de tal modo que los haces parciales 8.1, 8.2 interfieren entre sí en una zona de interferencia 14 y forman un patrón de interferencia 15, estando dispuesta la muestra 13 en la zona de interferencia 14, véase la figura 20. Debido a la distribución espacial de la energía del patrón de interferencia 15 y a la interacción de la radiación láser con el material de muestra, la muestra 13 se estructura en una zona estructural 16, como se muestra mediante los patrones de interferencia 15 en la figura 3. La estructura 9 de la muestra 13 está formada por el patrón de interferencia 15 con elementos estructurales 15a en forma de líneas y un período estructural A predefinido, que se comentará más adelante.

En la figura 1 se puede ver que los haces parciales 8.1, 8.2 se comportan simétricamente con respecto al eje óptico z. La distancia d1 de la primera lente cilíndrica 2 a la segunda lente cilíndrica 3 se corresponde con la suma de las distancias focales de ambas lentes cilíndricas 2, 3. Debido a los ejes de cilindro ZA1, ZA2 orientados en paralelo entre sí de las lentes cilíndricas primera y segunda 2, 3, el haz láser 8, incluidos sus haces parciales 8.1, 8.2, se puede manipular en el plano yz, independientemente del plano xz. Esto significa que la geometría de la estructura 9 obtenida en la muestra 13 se puede manipular en el eje y, independientemente del eje x, lo que también se muestra en los ejemplos de realización siguientes. El ángulo de interferencia 0 representado en la figura 1 se refiere al plano yz representado en la misma, en el que tiene lugar la división ya mencionada de los haces parciales 8.1, 8.2. Debido al enfoque de los haces parciales 8.1, 8.2 entre la primera lente cilíndrica 2 y la segunda lente cilíndrica 3, la diferencia de trayectoria de los haces parciales 8.1, 8.2, es decir, la diferencia en las trayectorias en cada caso recorridas por los haces parciales 8.1, 8.2, se mantiene lo más pequeña posible para conseguir una zona de interferencia 14 lo más grande posible espacialmente.

La figura 2 muestra el dispositivo 10 de la figura 1 en el plano xz, que está dispuesto en perpendicular al plano yz de la figura 1. Debido a la naturaleza del divisor de haz 1, los haces parciales 8.1, 8.2 del haz láser 8, como ya se ha mencionado, solo se desvían en el plano yz, de modo que los haces parciales 8.1, 8.2 se superponen en el plano xz y no se pueden ver por separado en el mismo. Puesto que los ejes de cilindro ZA1, ZA2 de la primera lente cilíndrica 2 y de la segunda lente cilindrica 3 están orientados en cada caso en paralelo al eje x, los haces parciales 8.1, 8.2 no son refractados en el plano xz ni por la primera lente cilíndrica 2 ni por la segunda lente cilíndrica 3. El haz láser 8, en particular sus haces parciales 8.1, 8.2, se dirige, colimado en el plano xz, hacia la zona de interferencia 14.

La figura 3 muestra los patrones de interferencia 15 obtenidos mediante el dispositivo óptico 10 de acuerdo con las figuras 1 y 2 y, con ello, también estructuras 9 en una zona estructural 16 de la muestra 13 con elementos estructurales 15a en forma de líneas, que están dispuestos uno junto a otro en un período estructural A predefinido, en este caso fijo, estando los elementos estructurales 15a en forma de líneas orientados en paralelo al eje y, y dispuestos unos adyacentes a otros a lo largo del eje x. Además, el período estructural A designa la distancia entre dos elementos estructurales 15a adyacentes. El patrón de interferencia 15 dispuesto a la izquierda en la figura 3 es elíptico, siendo el semieje en la dirección x mayor que el semieje en la dirección y. Como ya se ha mencionado, la estructura 9 de la muestra 13 se forma por la interferencia de los haces parciales 8.1, 8.2. Dependiendo del caso de aplicación se mecaniza una superficie de muestra orientada hacia el divisor de haz 1 o un volumen de muestra en el interior de la muestra 13. Debido a la interacción de la radiación láser con el material de la muestra, la muestra 13 se mecaniza mediante arranque de material, por ejemplo mediante procesos de ablación, y/o mediante una modificación del material de la muestra, por ejemplo mediante polimerización.

Además del patrón de interferencia 15 elíptico, puede obtenerse un patrón de interferencia rectangular 15 representado a la derecha en la figura 3 y, por tanto, una estructura 9 correspondientemente formada de la muestra 13, usando, por ejemplo, un dispositivo de conformación de haz 17 que forma parte integral del divisor de haz 1 y que convierte una sección transversal circular del haz láser 8 entrante en una sección transversal rectangular tras una distribución de intensidad normalmente gaussiana, lo que también se denomina perfil de "sombrero de copa" o "parte superior plana". La sección transversal rectangular modificada de la radiación láser da como resultado un patrón de interferencia 15 rectangular en la zona de interferencia 14, que, como se mencionó, da lugar a una estructuración correspondiente de la muestra 13. En la figura 3 está dispuesta en el centro una zona ampliada del patrón de interferencia 15a, de la que se puede ver que el período estructural A se corresponde con la distancia entre dos elementos estructurales 15a adyacentes.

El ejemplo de realización de la figura 4 se corresponde esencialmente con el ejemplo de realización de las figuras 1 y 2, habiéndose modificado en este caso la distancia focal de la primera lente cilíndrica 2 de tal manera que los puntos focales de los haces parciales 8.1, 8.2 están dispuestos en cada caso virtualmente detrás de la segunda lente cilíndrica 3 tras pasar por la primera lente cilíndrica 2. En particular cuando se utilizan pulsos de fs se puede minimizar la diferencia de trayectoria de los haces parciales, lo que da lugar a un patrón de interferencia espacialmente más extenso. Reducir la distancia d1 de la segunda lente cilíndrica 3 respecto a la primera lente cilíndrica 2 tendría el mismo efecto. Los haces parciales 8.1, 8.2 ya no están colimados después de la segunda lente cilíndrica 3, sino que se enfocan en puntos focales que están dispuestos en cada caso a la misma distancia entre la segunda lente cilíndrica 3 y la zona de interferencia 14. Después de los puntos focales, los haces parciales 8.1, 8.2 divergen en cada caso e interfieren, como ya se ha descrito, en la zona de interferencia 14.

En el ejemplo de realización de la figura 5a, el divisor de haz 1 y la primera lente cilíndrica 2 están intercambiados en comparación con el ejemplo de realización de la figura 1, de tal forma que el haz láser 8 incide primero sobre la primera lente cilíndrica 2 y, luego, debido al efecto óptico de la primera lente cilíndrica 1 como lente convergente, incide sobre el divisor de haz 1 de manera enfocada. La distancia d1 entre la primera lente cilíndrica 2 y la segunda lente cilíndrica 3 corresponde a la suma de las distancias focales de ambas lentes cilíndricas 2, 3, de modo que los haces parciales 8.1, 8.2 después del divisor de haz 1 se enfocan en cada caso en un punto focal delante de la segunda lente cilíndrica 3. Después de la segunda lente cilíndrica 3, los haces parciales 8.1, 8.2, de forma similar a la figura 1, se refractan en cada caso colimados hasta la zona de interferencia 14. En el en el ejemplo de realización de la figura 5a, el divisor de haz 1 se puede mover en traslación a lo largo del eje óptico, es decir, en la dirección z, de modo que mediante un movimiento del divisor de haz 1 puede variarse el lugar en el que los haces parciales 8.1, 8.2 inciden en cada caso sobre la segunda lente cilíndrica 3, lo cual se muestra en la figura 5b.

Esto significa que también se puede variar el ángulo de interferencia 0 con el que los haces parciales 8.1, 8.2 se refractan con respecto al eje óptico z hacia la zona de interferencia 14, lo cual afecta al período estructural A de los elementos estructurales 15a. En comparación con el patrón de interferencia 15 mostrado en la figura 3, el patrón de interferencia 15 mostrado a la derecha en la figura 5a tiene un período estructural A mayor, ya que los elementos estructurales 15a están dispuestos más separados entre sí. La movilidad del divisor de haz 1 se representa mediante una doble flecha.

En la figura 5b, el divisor de haz 1 se ha aproximado a la segunda lente cilíndrica 3 en paralelo al eje óptico z en comparación con la figura 5a. De este modo, los haces parciales 8.1, 8.2 inciden en cada caso sobre la segunda lente cilíndrica 3 a una distancia radialmente menor del eje óptico z. Además, los haces parciales 8.1, 8.2 son refractados por la segunda lente cilíndrica con un ángulo de interferencia 0 menor respecto a la zona de interferencia 14 en comparación con la figura 5a. Por consiguiente, los elementos estructurales 15a del patrón de interferencia 15 de acuerdo con la figura 5b se encuentran a una distancia mayor que en la figura 5a; por lo que el período estructural A es mayor en la figura 5b que en la figura 5a.

El ejemplo de realización de la figura 6 se basa en el ejemplo de realización de la figura 5a, estando ahora la segunda lente cilíndrica 3 a una mayor distancia d1 de la primera lente cilíndrica 2. Para ello, la primera lente cilíndrica 2 y/o la segunda lente cilíndrica 3 pueden ser móviles en traslación a lo largo del eje óptico z. Al aumentar la distancia d1 entre la primera lente cilíndrica 2 y la segunda lente cilíndrica 3, ambos haces parciales 8.1, 8.2 ya no se coliman en cada caso después de la segunda lente cilíndrica 3 como en el ejemplo de realización de la Fig. 5, sino que ahora cada uno se refracta enfocado hacia la zona de interferencia 14, de forma similar a lo ya descrito en el ejemplo de realización de la figura 4. El patrón de interferencia 15 resultante, que se muestra esquemáticamente a la derecha en la figura 6 , tiene una extensión menor en la dirección y en comparación con el patrón de interferencia 15 de la figura 5a, ya que los haces parciales 8.1 , 8.2 se enfocan con mayor intensidad en la dirección y, pero no en la dirección x, debido a la disposición modificada de las lentes cilíndricas 2, 3. El período estructural A del patrón de interferencia 15 de la figura 6 es mayor que el de la figura 5a, pero menor que el de la figura 5b.

El ejemplo de realización de la figura 7 se corresponde con el ejemplo de realización de la figura 1, en donde una tercera lente cilíndrica 11 está ahora dispuesta adicionalmente delante del divisor de haz 1 , cuyo eje de cilindro ZA3 está orientado en paralelo al eje y, por tanto, en perpendicular a los ejes de cilindro ZA1, ZA2 de las lentes cilíndricas primera y segunda 2, 3. A este respecto, la tercera lente cilíndrica 11 no tiene ninguna influencia significativa sobre la trayectoria del haz en el plano yz mostrado en la parte superior de la figura 7. Por el contrario, la tercera lente cilíndrica 11 provoca, en el plano xy, representado en la parte inferior de la figura 7, un enfoque del haz láser 8 , incluidos los haces parciales 8.1 , 8.2 , correspondiéndose la distancia focal de la tercera lente cilíndrica 11 con la distancia d2 de la tercera lente cilíndrica 11 hasta la zona de interferencia 14. Debido al enfoque del haz láser 8 en el plano xz, los patrones de interferencia 15 obtenidos con este ejemplo de realización y mostrados en la figura 8 tienen en cada caso una menor extensión en la dirección x en comparación con el patrón de interferencia de la figura 3, manteniéndose las extensiones en la dirección y sin cambios y sin que la tercera lente cilíndrica 11 influya en el período estructural A.

En el ejemplo de realización de la figura 9, partiendo del ejemplo de realización de la figura 7, la tercera lente cilíndrica 11 se ha aproximado al divisor de haz 1 en paralelo al eje óptico z. De este modo, los haces parciales 8.1, 8.2 en la zona de interferencia 14 ya no están enfocados en el plano xz, como en el ejemplo de realización de la figura 7, sino que tienen una extensión espacial mayor, lo que se refleja en una zona de interferencia 14 ampliada correspondientemente en la dirección x. El comportamiento de la trayectoria del haz en el plano yz no se ve afectado significativamente por el movimiento de la tercera lente cilíndrica 11 ; en particular, el ángulo de interferencia 0 se corresponde con el del ejemplo de realización de la figura 7.

Partiendo del ejemplo de realización de la figura 7 se pueden intercambiar las posiciones del divisor de haz 1 y de la primera lente cilíndrica 2, lo cual se muestra en el ejemplo de realización de la figura 10. En la misma, el haz láser 8 sigue incidiendo primero sobre la tercera lente cilíndrica 11 , pero luego incide sobre la primera lente cilíndrica 2 y, luego, sobre el divisor de haz 1, que es móvil a lo largo del eje óptico z para variar el período estructural A de los elementos estructurales, como ya se describió anteriormente. En comparación con el patrón de interferencia 15 de la figura 8, el patrón de interferencia 15 de la figura 10 tiene un período estructural A algo mayor.

Partiendo del ejemplo el ejemplo de realización de la figura 7, en el ejemplo de realización de la figura 11a está dispuesta además una cuarta lente cilíndrica 4 entre la primera lente cilíndrica 2 y la segunda lente cilíndrica 3. El eje de cilindro ZA4 de la cuarta lente cilíndrica 4 está orientado en paralelo al eje x y, por tanto, en paralelo al eje de cilindro ZA1 de la primera lente cilíndrica 2. En el plano yz mostrado en la parte superior de la figura 11a, la cuarta lente cilíndrica 4 tiene una superficie cóncava orientada hacia el divisor de haz 1, mientras que la superficie orientada en sentido opuesto al divisor de haz 1 es plana. Por lo tanto, la cuarta lente cilíndrica 4 está configurada como lente divergente planocóncava. Después de la cuarta lente cilíndrica 4, ambos haces parciales 8.1, 8.2 se refractan en cada caso alejándose del eje óptico z, incidiendo después ambos haces parciales 8.1 , 8.2 sobre la segunda lente cilíndrica 3 para ser refractados en dirección a la zona de interferencia 14. La combinación de la primera lente cilíndrica 2, la cuarta lente cilíndrica 4 y la segunda lente cilíndrica 3 se corresponde funcionalmente con un expansor de haz 18, en donde la primera lente cilíndrica 2, la cuarta lente cilíndrica 4 y la segunda lente cilíndrica 3 son móviles en cada caso en traslación e independientemente entre sí a lo largo del eje óptico z, para influir, además de en las propiedades ópticas de los haces parciales 8.1 , 8.2 , en particular en el ángulo de interferencia 0 y, con ello, también en el período estructural A del patrón de interferencia 15 mostrado a la derecha en la figura 11a. En el plano xz mostrado en la parte inferior en la figura 11a, la trayectoria del haz del ejemplo de realización se corresponde esencialmente con la de la figura 7, ya que la cuarta lente cilíndrica 4 no influye significativamente en la trayectoria del haz desde el punto de vista óptico debido a su diseño biplano en el plano xz.

En la figura 11b, partiendo de la figura 11a, se han variado las posiciones de los componentes del divisor de haz 18: La primera lente cilíndrica 2 se ha movido en dirección al divisor de haz 1, la cuarta lente cilíndrica 4 y la segunda lente cilíndrica 2 se han movido alejándose del divisor de haz 1, teniendo lugar los movimientos en cada caso de forma sincrónica entre sí. Como resultado, el ángulo de interferencia 0 en la figura 11b se reduce en comparación con el de la figura 11a, lo que se refleja en un período estructural A mayor del patrón de interferencia 15 mostrado a la derecha en la figura 11b.

En el ejemplo de realización de la figura 12, partiendo del ejemplo de realización de la figura 1, se dispone una quinta lente cilíndrica 5 inmediatamente adyacente y haz arriba de la primera lente cilíndrica 2 como lente convergente, cuya superficie convexa está orientada hacia la primera lente cilindrica 2 y cuyo eje de cilindro ZA5 está orientado en paralelo al eje de cilindro ZA1 de la primera lente cilíndrica 2. La quinta lente cilíndrica 5 forma junto con la primera lente cilíndrica 2 un sistema de lentes 19, corrigiendo en particular la quinta lente cilíndrica 5 errores ópticos en la primera lente cilíndrica 2. En comparación con el ejemplo de realización de la figura 1, en la trayectoria del haz entre la primera lente cilíndrica 2 y la segunda lente cilíndrica 3 están previstas adicionalmente dos cuartas lentes cilíndricas 4.1,4.2 como lentes divergentes, cuyos ejes de cilindro ZA4 están orientados en cada caso en paralelo al eje x, y, por tanto, en paralelo al eje de cilindro ZA1 de la primera lente cilíndrica 2. Las dos cuartas lentes cilíndricas 4.1,4.2 son en cada caso concavoplanas en el plano yz, están dispuestas desplazadas entre sí en la dirección y, y se encuentran en cada caso a la misma distancia de la primera lente cilíndrica 2 y de la segunda lente cilíndrica 3. Mediante el uso de las dos cuartas lentes cilíndricas 4.1, 4.2 se pueden ajustar los haces parciales 8.1, 8.2 independientemente entre sí, antes de que la segunda lente cilíndrica 3 refracte ambos haces parciales 8.1, 8.2 hasta la zona de interferencia 14 de la manera ya descrita. En el ejemplo de realización de la figura 12, el primer haz parcial 8.1 tiene asociada la primera cuarta lente cilíndrica 4.1 y el segundo haz parcial 8.2, la segunda cuarta lente cilíndrica 4.2. En el plano xz representado en la parte inferior de la figura 12, las dos cuartas lentes cilíndricas 4.1,4.2 están dispuestas una encima de otra y, debido a sus superficies, en este sentido, biplanas, no influyen significativamente en el haz láser 8.

Para el ajuste independiente de los dos haces parciales 8.1, 8.2 entre sí, las dos cuartas lentes cilíndricas 4.1, 4.2 pueden rotarse en cada caso en paralelo al eje x alrededor de sus ejes de cilindro ZA4, en particular sincrónicamente. La figura 13 muestra el ejemplo de realización de la figura 12 con las cuartas lentes cilíndricas 4.1,4.2, en este sentido, rotadas. Además, las dos cuartas lentes cilíndricas 4.1, 4.2 son en cada caso móviles en traslación en las direcciones x, y y/o z, independientemente entre sí. Debido a los movimientos de las cuartas lentes cilíndricas 4.1, 4.2 se pueden ajustar independientemente entre sí las posiciones de los haces parciales 8.1, 8.2 enfocados sobre la muestra 13 mediante la segunda lente cilíndrica 3. De este modo se pueden compensar desajustes y se puede influir en la posición del patrón de interferencia 15, en particular sobre la muestra 13, así como en su extensión en las direcciones x e y. En particular, con el ejemplo de realización de las figuras 12 y 13 se puede obtener una extensión particularmente pequeña del patrón de interferencia 15 en la dirección y, y un período estructural A particularmente pequeño. A este respecto, resulta esencial que los haces parciales 8.1, 8.2 se refracten después de la segunda lente cilíndrica 3 en cada caso con el mayor ángulo de interferencia 0 posible con respecto a la zona de interferencia 14. Para ello, en el ejemplo de realización de las figuras 12 y 13, el divisor de haz 1 es móvil en traslación a lo largo del eje óptico z.

En el ejemplo de realización de la figura 14a, en comparación con el ejemplo de realización de la figura 12, una sexta lente cilíndrica 6 está dispuesta en la trayectoria del haz entre las dos cuartas lentes cilíndricas 4.1, 4.2 y la segunda lente cilíndrica 3 como lente convergente y una séptima lente cilíndrica 7 como lente divergente, cuyos dos ejes de cilindro ZA6, ZA7 están orientados en cada caso en paralelo al eje x. La sexta lente cilíndrica 6 es convexoplana en el plano yz y la séptima lente cilíndrica 7 es concavoplana, con ambas superficies planas orientadas en cada caso hacia la segunda lente cilíndrica 3. Después de pasar a través de las dos cuartas lentes cilíndricas 4.1, 4.2, los dos haces parciales 8.1 , 8.2 , en cada caso colimados y orientados en paralelo al eje óptico z, inciden sobre la sexta lente cilíndrica 6 , a través de la cual se enfocan los haces parciales 8.1 , 8.2 en dirección al eje óptico z, estando dispuestos los puntos focales en cada caso virtualmente detrás de la séptima lente cilíndrica 7. Debido al diseño en cada caso planocóncavo de la séptima lente cilíndrica 7, los haces parciales 8.1, 8.2 se refractan de manera divergente hacia la tercera lente cilíndrica 3, a través de la cual los haces parciales 8.1, 8.2 se enfocan en la zona de interferencia 14 con el ángulo de interferencia 0 de la manera ya descrita. La sexta lente cilíndrica 6 , la séptima lente cilíndrica 7 y la tercera lente cilíndrica 3 son en cada caso desplazables en traslación a lo largo del eje óptico zy, y corresponden funcionalmente a un expansor de haz 18 variable, pudiendo variarse el período estructural A del patrón de interferencia 15 mediante los movimientos de las lentes cilíndricas 6 , 7, 3 a lo largo del eje óptico z, estando señalada la movilidad de los componentes en cada caso mediante flechas dobles. En el ejemplo de realización de la figura 14a, el divisor de haz 1 hace que el haz láser 8 se divida únicamente en la dirección y. Dado que todos los ejes de cilindros ZA1 a ZA7 de las lentes cilíndricas 2, 3, 4.1, 4.2, 5, 6, 7 están orientados en paralelo al eje x, la trayectoria del haz en el plano xz mostrado en la parte inferior en la figura 14 no se ve afectada significativamente, mientras que se produce un enfoque relativamente fuerte en el plano yz. Correspondientemente, el patrón de interferencia 15 mostrado a la derecha en la figura 14 es muy estrecho en el eje y, mientras que en la dirección x no se produce ninguna influencia significativa.

En la figura 14b, las posiciones de la sexta lente cilíndrica 6, la séptima lente cilíndrica 7 y la segunda lente cilíndrica 3 se han variado de tal manera que los haces parciales 8.1, 8.2 se refractan con un ángulo de interferencia 0 menor con respecto a la zona de interferencia en comparación con la figura 14a, lo que se refleja en un período estructural A del patrón de interferencia 15 ampliado con respecto a la figura 14a, sin que hayan variado significativamente su posición y forma.

La figura 15a muestra un ejemplo de realización con una quinta lente cilíndrica 5 dispuesta delante del divisor de haz 1 en la dirección de la trayectoria del haz como lente convergente, que es convexoplana en el plano yz mostrado en la parte superior en figura 15a. El eje de cilindro ZA5 de la quinta lente cilíndrica 5 está orientado en paralelo al eje x y, por tanto, en paralelo al eje de cilindro ZA1 de la primera lente cilíndrica 2. Gracias a la quinta lente cilíndrica 5, el haz láser 8 colimado que incide sobre ella se enfoca hacia el divisor de haz 1 en el plano yz, con lo que el haz láser 8 se divide en dos haces parciales 8.1,8.2 de la manera ya descrita. Debido al enfoque mediante la quinta lente cilíndrica 5 se enfocan ambos haces parciales 8.1, 8.2 en cada caso hacia puntos focales dispuestos simétricamente con respecto al eje óptico z. Después de atravesar los puntos focales, los dos haces parciales 8.1, 8.2 inciden en cada caso sobre la sexta lente cilindrica 6 como lente convergente, cuyo eje de cilindroZ Aestá orientado en paralelo al eje de cilindro ZA1 de la primera lente cilíndrica 2 y que está diseñada para ser planoconvexa en el plano yz. La distancia d3 de la quinta lente cilíndrica 5 a la sexta lente cilíndrica 6 corresponde a la suma de ambas distancias focales, de modo que los haces parciales 8.1, 8.2 están colimados en cada caso después de pasar por la sexta lente cilíndrica 6. Dado que los haces parciales 8.1, 8.2 inciden oblicuamente sobre la superficie de la sexta lente cilíndrica 6, estos se refractan entre sí con un ángulo finito con respecto al eje óptico z después de pasar por la sexta lente cilíndrica 6, de modo que los haces parciales 8.1, 8.2, en cada caso colimados, se cruzan y, a continuación, inciden sobre la primera lente cilíndrica 2.

Al cruzarse los dos haces parciales 8.1, 8.2, en la figura 15a está dispuesto el primer haz parcial 8.1 abajo y el segundo haz parcial 8.2 arriba, después de la sexta lente cilíndrica 6. Después de pasar por la primera lente cilíndrica 2, los centros de gravedad de ambos haces parciales 8.1, 8.2 están orientados en cada caso en paralelo al eje óptico z. De manera similar al ejemplo de realización de la figura 12, en el recorrido del haz después de la primera lente cilíndrica 2 están previstas dos cuartas lentes cilíndricas 4.1,4.2, estando asociada en este caso la primera cuarta lente cilíndrica 4.1 al segundo haz parcial 8.2, superior, y la segunda cuarta lente cilíndrica 4.2 al primer haz parcial 8.1, inferior. Tras pasar por las dos cuartas lentes cilíndricas 4.1, 4.2, ambos haces parciales 8.1, 8.2 están en cada caso colimados y orientados en paralelo al eje óptico z e inciden sobre la segunda lente cilíndrica 3, a través de la cual ambos haces parciales 8.1, 8.2 se refractan de una manera conocida hasta la zona de interferencia 14.

En la figura 15a, la primera lente cilíndrica 2, las dos cuartas lentes cilíndricas 4.1, 4.2 y la segunda lente cilíndrica 3 forman juntas un sistema de lentes 19 que es desplazable a lo largo del eje óptico z, en donde las posiciones relativas de los componentes del sistema de lentes 19 a lo largo del eje óptico z no varían, de modo que los componentes del sistema de lentes 19 son móviles sincrónicamente. Además, el divisor de haz 1 se puede mover en traslación a lo largo del eje óptico z para influir junto con un movimiento del sistema de lentes 19, en particular, en el período estructural A. El divisor de haz 1 está dispuesto en la figura 15b más cerca de la sexta lente cilíndrica 6 en comparación con la figura 15a. Además, las dos cuartas lentes cilíndricas 4.1,4.2 son móviles en traslación, en particular a lo largo del eje y, para corregir las posiciones de los haces parciales 8.1, 8.2 en la zona de interferencia 14 y compensar errores de ajuste, en particular, de tal manera que los haces parciales 8.1, 8.2 después de las cuartas lentes cilíndricas 4.1, 4.2 siempre deban estar en cada caso colimados. En la figura 15b, las dos cuartas lentes cilíndricas 4.1, 4.2 se han movido en cada caso a lo largo del eje y hasta el eje óptico z, es decir, aproximándose la una hacia la otra. La movilidad de los componentes en traslación se señala en cada caso mediante una doble flecha. Debido al movimiento de los componentes descrito anteriormente, el ángulo de interferencia 0 de la figura 15b es menor que el de la figura 15a, lo que se refleja en un período estructural A correspondientemente ampliado del patrón de interferencia 15. Dado que, en el ejemplo de realización de la figura 15a, todos los ejes de cilindro ZA1 a ZA6 de las lentes cilíndricas 2, 3, 4.1, 4.2, 5, 6 están orientados en paralelo entre sí, el haz láser 8, incluidos sus haces parciales 8.1, 8.2, no se ve afectado desde el punto de vista óptico de manera significativa en el plano xz mostrado abajo en la figura 15a, lo cual también es válido en el caso del movimiento de los componentes que puede verse en la figura 15b.

El ejemplo de realización de la figura 16a es un perfeccionamiento del ejemplo de realización representado en la figura 7, estando dispuesto adicionalmente un primer prisma 20 entre la primera lente cilíndrica 2 y la segunda lente cilíndrica 3. El primer prisma 20 tiene como superficie de base A1 un triángulo isósceles, estando ambos lados 21,22 orientados hacia el divisor de haz 1. El eje de prisma PA1 del primer prisma 20, dispuesto normal a la superficie de base A1, está orientado en paralelo al eje x. El primer prisma 20 está dispuesto más cerca de la primera lente cilíndrica 2 que de la segunda lente cilíndrica 3, de modo que los puntos focales de los haces parciales 8.1, 8.2 se encuentran en cada caso entre el primer prisma 20 y la segunda lente cilíndrica 3. Debido a que las superficies de sus lados 21, 22 están inclinadas con respecto a los haces parciales 8.1, 8.2, el primer prisma 20 enfoca los mismos, en el plano yz, de modo que, como ya se describió, la diferencia de trayectoria de los haces parciales 8.1, 8.2 se mantiene lo más pequeña posible. Además, el primer prisma 20 es móvil en traslación a lo largo del eje óptico z, de modo que el período estructural A del patrón de interferencia 15 es variable. En la figura 16b, el primer prisma 20 se ha movido en dirección a la segunda lente cilíndrica 3 en comparación con la figura 16a, lo que provoca una reducción del ángulo de interferencia 0 y, por lo tanto, un aumento del período estructural A del patrón de interferencia 15. Además, el primer prisma 20 se puede rotar 180° alrededor del eje x, de modo que los lados 21,22 del primer prisma 20 estén orientados hacia la segunda lente cilíndrica 3. Gracias a su disposición, el primer prisma 20 no influye significativamente en la trayectoria del haz en el plano xz, que corresponde esencialmente a la trayectoria del haz mostrada en la figura 7.

Como se muestra en las figuras 16a y 16b, en el ejemplo de realización representado en la figura 17 está dispuesto un segundo prisma 23 en la trayectoria del haz entre el primer prisma 20 y la segunda lente cilíndrica 3, en particular detrás de los puntos focales de los haces parciales 8.1, 8.2. La superficie de base A2 del segundo prisma 23 corresponde a dos triángulos rectángulos unidos entre sí, cuyos catetos dispuestos en paralelo entre sí y unidos entre sí están dispuestos en cada caso en paralelo al eje y. El eje de prisma PA2 del segundo prisma 23 está dispuesto en paralelo al eje x. El segundo prisma 23 provoca, debido a su disposición y diseño, una divergencia de los haces parciales 8.1, 8.2 que lo atraviesan. El primer prisma 20 y el segundo prisma 23 son en cada caso móviles en traslación a lo largo del eje óptico z y, junto con la tercera lente cilíndrica 3, representan en este ejemplo de realización un expansor de haz 18 variable, a través del cual puede variarse el período estructural A del patrón de interferencia 15, en particular cambiando el ángulo de interferencia 0. Si solo se mueve el segundo prisma 23 en traslación en paralelo al eje óptico z, se cambia el ángulo de interferencia 0 y, por tanto, el período estructural A, pero no la posición espacial de la zona de interferencia 14.

El segundo prisma 23 se puede sustituir por dos segundos prismas 23.1, 23.1 separados, cada uno de los cuales se puede mover en traslación en paralelo al eje óptico z, lo que se muestra en el ejemplo de realización de la figura 18a. Los dos segundos prismas 23.1, 23.2 están configurados y dispuestos simétricamente con respecto al eje óptico z. Ambos segundos prismas 23.1, 23.2 tienen en cada caso un triángulo rectángulo como superficie de base A21, A22, estando los ejes de prisma PA21, PA22 de ambos prismas 23.1, 23.2 dispuestos en cada caso en paralelo al eje x. Alternativamente, en lugar de los dos segundos prismas 23.1,23.2 también pueden estar previstas dos placas de cuña con un diseño correspondiente. El primer segundo prisma 23.1 está asociado al primer haz parcial 8.1 y el segundo segundo prisma 23.2, al segundo haz parcial 8.2. En la figura 18b, partiendo de la figura 18a, el primer prisma 20 se ha movido a lo largo del eje óptico z hacia la primera lente cilíndrica 2 y los dos segundos prismas 23.1, 23.2 se han movido hacia la segunda lente cilíndrica 3, de modo que el ángulo de interferencia 0 en la figura 18b se ha reducido en comparación con el de la figura 18a.

En el ejemplo de realización de la figura 19a, partiendo del ejemplo de realización de la figura 14b, la sexta lente cilíndrica 6 ha sido sustituida por el primer prisma 20 y la séptima lente cilíndrica 7 por los dos segundos prismas 23.1, 23.2, en donde el primer prisma 20 y los dos segundos prismas 23.1, 23.2 siguen siendo móviles en traslación a lo largo del eje óptico z y, junto con la tercera lente cilíndrica 3, como ya se ha descrito, forman un expansor de haz 18 variable. Debido a su geometría, el primer prisma 20 tiene el mismo efecto óptico que la sexta lente cilíndrica 6; Lo mismo es válido para los dos segundos prismas 23.1, 23.2 con respecto a la séptima lente cilíndrica 7. Por lo tanto, la trayectoria del haz de la figura 19a se corresponde con la de la figura 14b, siendo los patrones de interferencia 15 obtenidos en cada caso idénticos.

En la figura 19b, partiendo de la figura 19a, el primer prisma 20 y los dos segundos prismas 23.1,23.2 se han movido aproximándose el uno al otro a lo largo del eje óptico z, lo que conduce a un aumento del ángulo de interferencia 0 y, por tanto, también a una reducción del período estructural del patrón de interferencia 15.

La figura 20 muestra el ejemplo de realización de la figura 1 con un láser 12 como fuente de radiación que, como láser de estado sólido bombeado por diodos, emite la radiación láser pulsada colimada representada en la figura 1 con una duración de pulso en el tiempo en el rango de los fs. En el lado derecho de la figura 20, en la zona de interferencia 14 ya descrita de los haces parciales 8.1, 8.2 está dispuesta una muestra 13 de tal manera que su superficie está dotada de una estructuración 9 conforme a la estructura de interferencia 15 mostrada en la figura 3.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo óptico (10) para la estructuración por interferencia de una muestra (13) con un láser (12) para la emisión de un haz láser (8), un divisor de haz (1) para dividir el haz láser (8) en al menos dos haces parciales (8.1, 8.2), al menos una primera lente cilíndrica (2), al menos una segunda lente cilíndrica (3) para refractar los al menos dos haces parciales (8.1, 8.2) en dirección a una zona de interferencia (14), en donde el divisor de haz (1), la al menos una primera lente cilíndrica (2) y la al menos una segunda lente cilíndrica (3) están dispuestos en la trayectoria del haz láser (8) de tal manera que los al menos dos haces parciales (8.1, 8.2) del haz láser (8) interfieren entre sí en la zona de interferencia (14) de tal manera que en una zona estructural (16) de la muestra (13) se puede formar una estructura (9) con elementos estructurales (15a) en forma de líneas y en donde el eje de cilindro (ZA<1>) de la al menos una primera lente cilíndrica (2) está orientado en paralelo al eje de cilindro (ZA<2>) de la al menos una segunda lente cilíndrica (3), estando previsto al menos una tercera lente cilíndrica (11) como lente convergente, cuyo eje de cilindro (ZA<3>) está orientado en perpendicular al eje óptico,caracterizado por queel eje de cilindro (ZA<3>) de la tercera lente cilíndrica (11) está orientado en perpendicular al eje de cilindro (ZA<1>) de la al menos una primera lente cilíndrica (2).

2. Dispositivo según la reivindicación 1,caracterizado por quela al menos una tercera lente cilíndrica (11) está dispuesta haz arriba y/o haz abajo del divisor de haz (1), y/o por que la distancia de la zona de interferencia (14) a la al menos una tercera lente cilíndrica (11) corresponde esencialmente a su distancia focal.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 o 2,caracterizado por queestá prevista al menos una cuarta lente cilíndrica (4, 4.1, 4.2) como lente divergente, en donde, en particular, el eje de cilindro (ZA<4>) de la al menos una cuarta lente cilíndrica (4, 4.1,4.2) está dispuesto en paralelo al eje de cilindro (ZA<1>) de la al menos una primera lente cilíndrica (2), y/o la al menos una cuarta lente cilíndrica (4, 4.1, 4.2) está dispuesta haz abajo de la al menos una primera lente cilíndrica (2).

4. Dispositivo según la reivindicación 3,caracterizado por quela al menos una cuarta lente cilíndrica (4, 4.1,4.2) es móvil en al menos un eje (x, y, z) en traslación y/o alrededor de su eje de cilindro (ZA<4>) en rotación, y/o por que cada haz parcial (8.1, 8.2) tiene asociada exactamente una cuarta lente cilíndrica (4.1,4.2), y/o por que al menos dos cuartas lentes cilíndricas (4, 4.1,4.2) son móviles independientemente entre sí y/o sincrónicamente entre sí.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado por queestá prevista al menos una quinta lente cilíndrica (5) como lente convergente, cuyo eje de cilindro (ZA<5>) está orientado en paralelo al eje de cilindro (ZA<1>) de la al menos una primera lente cilíndrica (2), y que junto con la al menos una primera lente cilíndrica (2) forma un sistema de lentes (19), y/o por que está prevista al menos una sexta lente cilíndrica (6) como lente convergente, cuyo eje de cilindro ( ZA<6>) está orientado en paralelo al eje de cilindro (ZA<1>) de la al menos una primera lente cilíndrica (2) y que está dispuesta haz arriba de la al menos una segunda lente cilíndrica (3), y/o por que está prevista al menos una séptima lente cilíndrica (7) como lente divergente, cuyo eje de cilindro (ZA<7>) está orientado en paralelo al eje de cilindro (ZA<1>) de la al menos una primera lente cilíndrica (2) y que está dispuesta haz arriba de la al menos una segunda lente cilíndrica (3), en donde, en particular, la al menos una primera lente cilíndrica (2) junto con la al menos una segunda lente cilíndrica (3) y con la al menos una cuarta lente cilíndrica (4, 4.1,4.2) y/o la al menos una séptima lente cilíndrica (7) junto con la al menos una segunda lente cilíndrica (3) y la al menos una sexta lente cilíndrica (6) forman en cada caso un sistema de lentes (19).

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizado por queestá previsto al menos un primer prisma (20), cuyo eje de prisma (PA<1>) está orientado en paralelo al eje de cilindro (ZA<1>) de la al menos una primera lente cilíndrica (2), en donde, en particular, una superficie del al menos un primer prisma (20) está orientada normal al eje óptico (z), y/o por que está previsto al menos un segundo prisma (23, 23.1,23.2), cuyo eje de prisma (PA<2>, PA<21>, PA<22>) está orientado en paralelo al eje de cilindro (ZA<1>) de la al menos una primera lente cilíndrica (2), en donde, en particular, la superficie de base (A<2>, A<21>, A<22>) del al menos un segundo prisma (23, 23.1, 23.2) junto con la superficie de base (A<1>) del al menos un primer prisma (20) se corresponde con un rectángulo.

7. Dispositivo según la reivindicación 6,caracterizado por queal menos dos segundos prismas (23, 23.1, 23.2) son móviles independientemente entre sí, y/o por que el al menos un primer prisma (20) y/o el al menos un segundo prisma (23, 23.1, 23.2) están dispuestos entre la al menos una primera lente cilíndrica (2) y la al menos una segunda lente cilíndrica (3).

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7,caracterizado por queel divisor de haz (1) y/o al menos una lente cilíndrica (2, 3, 11, 4, 4.1, 4.2, 5, 6, 7) y/o al menos un prisma (20, 23, 23.1, 23.2) son móviles en traslación en paralelo al eje óptico (z) y/o por que está previsto al menos un expansor de haz (18) para variar la sección transversal de haz del haz láser (8) y/o para variar el período estructural (A), en donde, en particular, el al menos un expansor de haz (18) está formado por tres lentes cilíndricas (3, 6, 7) y/o por una lente cilíndrica (3) con un primer prisma (20) y con al menos un segundo prisma (23, 23.1, 23.2).

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8,caracterizado por quela zona de interferencia (14) presenta un patrón de interferencia (15) con elementos estructurales (15a) en forma de líneas, en donde, en particular, el patrón de interferencia (15) tiene un período estructural (A) definido por el usuario, en particular variable, en al menos una dirección (x, y).

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9,caracterizado por queestá previsto un dispositivo de conformación de haz (17), que está diseñado de tal manera que el perfil de sección transversal del haz láser (8) se puede variar de manera definida por el usuario, en donde, en particular, el dispositivo de conformación de haz (17) está configurado para formar un perfil de sección transversal elíptico o poligonal del haz láser (8).

11. Procedimiento para la estructuración por interferencia de una muestra (13) con las siguientes etapas: proporcionar un láser (12) para la emisión de un haz láser (8), dividir el haz láser (8) en al menos dos haces parciales (8.1, 8.2), disponer al menos una primera lente cilíndrica (2), disponer al menos una segunda lente cilíndrica (3) de tal manera que los al menos dos haces parciales (8.1, 8.2) se refracten en dirección a una zona de interferencia (14) de tal manera que los al menos dos haces parciales (8.1, 8.2) del haz láser (8) interfieran entre sí en la zona de interferencia (14), de tal manera que en una zona estructural (16) de la muestra (13) se puede formar una estructura (9) con elementos estructurales (15a) en forma de líneas, y orientar el eje de cilindro (ZA<1>) de la al menos una primera lente cilíndrica (2) en paralelo al eje de cilindro (ZA<2>) de la al menos una segunda lente cilíndrica (3), en donde el procedimiento se lleva a cabo con un dispositivo óptico (10) según una de las reivindicaciones 1 a 10.

12. Uso de un dispositivo óptico (10) según una de las reivindicaciones 1 a 10 para la estructuración por interferencia de una muestra (13), en particular de una pieza constructiva.