JP2016145980A - ほぼコリメートされたビームを焦束するための光学素子の配置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】狭い焦点エリア、及び／又は、長い加工間隙、及び／又は、加工される材料に対する高い可動性を有する、所定の直径の入射瞳にわたり分布するほぼコリメートされた光を焦束するためのビームフォーカサーを提供する。【解決手段】光軸ＯＡ周りのほぼコリメートされたビームＳの入口束ＥＢを焦点Ｆ周りの焦点エリアに焦束するためのビームフォーカサーＳＦは、光入口ＬＥから光出口ＬＡまでの光経路に沿って、アキシコン角を有する第１アキシコンＡ１と、これに続いて、同じアキシコン角を有する第２アキシコンＡ２とが入口側に配置され、そして、結像光学系Ｌが出口側に配置されている。第１及び第２アキシコンＡ１、Ａ２は光軸ＯＡに沿って鏡面対称に配置されている。結像光学系ＬはビームフォーカサーＳＦの出口側ＬＡに向けられた焦点Ｆを有している。【選択図】図３

Description

本発明は、ほぼコリメートされたビームを焦束するための光学素子の配置構造に関する。

ビーム焦束用の光学素子は、光軸周りのコリメートされた入力ビームを屈折して、焦点エリアで重なる出力ビームにするものであり、従来から知られている。従って、比較的広い入射瞳にわたり分布する比較的低い平均入口放射照度を、焦点エリアの比較的狭い断面に集中した比較的高い平均出口放射照度に変換することができる。重合反応、光穿孔、固体材料の溶融等の物理効果は、ある最低放射照度を超えるときに引き起されるものであり、従来において、上記光学素子を焦点エリア内だけで当該最低放射照度を超えるようにするために使用することが知られている。それによって、材料や生態組織を、焦点エリアによって比較的鋭く規定される空間部内で加工することができる。

所定の断面の入力ビームをとても狭い焦点エリア上に焦束することができる光学素子は、非常に高い放射照度レベル及び非常に正確な加工にとって好都合である。例えば、この目的ために非球面レンズが従来から知られており、当該レンズは、光線光学の理論に基づいて、ある波長の光に対しては、光軸に対して平行なあらゆる入射ビームを屈折して、非球面レンズの出口側の主平面から焦点距離離れて位置する光軸上の焦点で交差する出力ビームにすることができるように形成されている。

しかしながら、波動光学効果を考慮すると、このような非球面レンズでも無限小拡張の焦点を達成することはできず、そして、単波長の光に対しては、それに代わって、基本的には以下の数１のエアリーディスクｄ_Airyの直径によって示される有限拡張の焦点エリアとなる。

ここで、λは単色光の波長であり、ｎはレンズの周囲の媒体の屈折率であり、αは非球面レンズの出口側の開口角度の半分である。

従来技術に係る配置構造及び方法は、開口数を増加させることにより焦点エリアの広がりを減少させていた。入射瞳の断面が一定であれば、従来技術によるところの開口数の増加は、焦点距離を減少させる、従って、レンズの前面と加工される材料との加工間隙（作業距離）を減少させることによって達成される。従来技術によれば、開口数の増加は、空気よりも高い屈折率を有する浸漬液をレンズと加工される材料との間で使うことよっても達成される。

本発明の目的は、従来の配置構造よりも、狭い焦点エリア、及び／又は、長い加工間隙、及び／又は、加工される材料に対する高い可動性を有する、所定の直径の入射瞳にわたり分布するほぼコリメートされた光を焦束するためのビームフォーカサーを提供することにある。本願発明の目的は、前記ビームフォーカサーを調整するための方法を提供することにもある。さらに、本発明の目的は、前記ビームフォーカサー利用方法及び前記方法を実施するための配置構造を提供することを目的とする。

光軸周りのほぼコリメートされたビームの入口束を焦点エリアに焦束するためのビームフォーカサーでは、アキシコン角を有する第１アキシコンと、それに続き同じアキシコン角を有する第２アキシコンとが、入口側に配置され、ビームフォーカサーの光軸ＯＡに沿ってセンタリングされており、さらにそれに続いて、結像光学系が出口側に配置されている。第１アキシコン及び第２アキシコンは、光軸に沿って鏡面対称に配置されており、両アキシコンの頂点、または、両アキシコンの平面のどちらかが互いに向き合っている。即ち、第１アキシコンの平面がビームフォーカサーの入口側を向きかつ第２アキシコンの平面がビームフォーカサーの出口側を向く、若しくは、第１アキシコンの平面がビームフォーカサーの出口側を向きかつ第２アキシコンの平面がビームフォーカサーの入口側を向く。出口側に配置された結像光学系は、出口側で光軸上にある少なくとも１つの焦点を有する。

光軸に対してほぼコリメートされ、この光軸周りに回転対称にガウシアン形状に分布された放射照度を有する光線の入口束は、鏡面対称に配置されたアキシコンによって、輪状で結像光学系に当たる光軸に対してほぼ平行な光ビームの束に形付けられる。結像光学系は、この円環形状の光線の束を、該結像光学系の焦点周りに位置する焦点エリアに焦束する。ここで、放射照度強度は、焦点を含み該焦点にて光軸が通過する焦点面において、焦点に対して回転対称に分布する。

本発明に係るビームフォーカサーの利点は、放射照度の分布が、従来技術に係るビームフォーカサーよりも、焦点周りで密になることにある。放射照度分布が焦点面においてある最低放射照度を超えている有効領域は、従来技術のビームフォーカサーよりも小さい直径の円エリアとして形成される。これによって、前記最低放射照度を超えるときしか実質的に生じない物理効果に基づくビームフォーカサーの応用において正確性がより高くなる。代わりに、従来技術に係るビームフォーカサーでも達成できる有効範囲内で、より高い放射照度を生じさせることもできる。従って、従来から周知のビームフォーカサーで達成できなかった若しくはこれだけでは十分に達成できなかった物理効果の最低放射照度を達成することができる。

好ましくは、出口側に配置された結像光学系は、本発明によると、ビームフォーカサー中の非球面レンズとして設計される。非球面レンズは、出口側に配置された凸面を有する平凸非球面レンズとして設計することもでき、それを用いることで、球面収差を防止しながら、光軸に対して平行なコリメート光線の入口束の非常に狭い焦点範囲での回折限界焦束を達成することができる。

非球面レンズは、２つの曲面を有する両凸レンズとして形成されてもよい。好適に、それによって、ビームフォーカサーの光学素子同士の傾斜、及び／又は、各光学素子の光軸に対しての傾斜に対しての高いロバスト性が達成される。両凸レンズは、２つの非球面を有する両非球面レンズとして形成されてもよい。入口側の非球面の適切な湾曲によって、完全にコリメートされていない入力ビーム、即ち、所定の収束角または発散角まで収束または発散したビームも、焦点エリアに焦束させることができる。

平凸球面レンズまたは両球面レンズは球面収差を有するものであるが、結像光学系は、特に容易かつ安価に製造できる平凸球面レンズまたは両球面レンズでもよい。結像鮮明性を考慮せずに所定のエリアで有効領域を達成さえすればよいビームフォーカサーの利用においては、前記球面収差は許容できる。

結像光学系は、出口側に凸面を入口側に凹面を有する凹凸収束レンズとして、メニスカスレンズとして形成されてもよい。それよって、好適に、収束するまたは発散する、即ち、完全にはコリメートされていないビームの入口束を、所定の収束角または発散角までであれば、焦点エリアに焦束させることができる。前記凹凸収束レンズによって、ビームフォーカサーの光学素子同士の及び／又は光学素子の光軸に対する傾斜に対してのロバスト性を改善することもできる。

さらに、球面、及び／又は、非球面、及び／又は、平面を有する複数のレンズを含む系として、結像光学系を組み立てることができる。このような組み立てられた結像光学系によって、例えば、入口束が様々な波長の光からなるとき、色収差によって生じる焦点エリアの拡張、従って有効範囲の拡張を少なくすることができる。

本発明に係るビームフォーカサーの一実施形態では、第１アキシコンと第２アキシコンとの距離が調整可能である。好ましい方法では、結像光学系に向けられた光リングを、この距離の増加または減少によって拡大または収縮させることができ、それによって焦点面の位置、及び／又は、焦点面における放射照度分布を変化させることができる。

結像光学系が非球面レンズとして形成されているならば、非球面レンズに入射する極狭の光リングがその直径の関数として光軸に沿った出口側の異なる位置で焦束するように、入口側非球面及び／又は出口側非球面上の任意の点においての光軸に対して回転対称な曲率半径を選択することができる。従って、本発明のこの実施形態では、光軸に沿った第１アキシコン及び第２アキシコンとの間の距離を変化させることによって、焦点面を移動させることができる。好適に、例えば、ビームフォーカサーと、加工されるワークピースまたは材料との間の加工間隙を変化させることができる。

本発明の一実施形態では、同じ透過関数を有する回折光学素子が、第１アキシコンの平面及び第２アキシコンの平面にそれぞれ配置されている。これらの回折光学素子の透過関数は、超短レーザーパルスの群速度分散がビームフォーカサーによるビーム経路に沿ってほぼ最小化されるように選択される。随意で、この回折光学素子の透過関数を、高次分散が前記超短レーザーパルスに対して最小化されるように選択することもできる。ビームフォーカサーの焦点領域における前記超短レーザーパルスのパルス形状の歪み及び／又は時間長さが、好適に制限されまたは最小化される。

第１アキシコンと第２アキシコンとの間の距離を調整可能な本発明のビームフォーカサーを調整するための調整方法では、当該距離は、この距離を実質的に単色光の波長の関数として示す計算されたまたは実験的に決定された特性値に基づいて調整され、当該光に対して、拡張が最小化された焦点エリアが達成される。様々な波長の単色光に対応することができ、最低放射照度強度を超えこの単色光の波長に適応した有効範囲が制限されるまたは最小化されるビームフォーカサーを実現することができる。したがって、例えば、異なるレーザー光源や、波長可変レーザー等、加工される材料やワークピースに対して最適に適応される様々な光源で、ビームフォーカサーを単純な方法で使用することができる。

第１アキシコンと第２アキシコンとの間の距離を調整可能な本発明のビームフォーカサーを調整するための調整方法では、演算されたまたは経験的に決定された特性値に従ってこの距離を変化させることによって、結像光学系と、焦点面、つまり焦点エリアとの光軸に沿った距離を変化させることもできる。従って、前記ビームフォーカサーでは、好適に、加工材料またはワークピースまでの加工間隙を、各加工目的に対して最適化された様々な加工間隙に調整することができる。

本発明のビームフォーカサーを用いてほぼコリメートされたビームを焦束するための方法では、物理効果のための放射照度閾値を越える放射照度が焦点エリア内で達成される。ここにおいて、当該物理効果は、放射照度閾値未満の放射照度ではほぼ完全に現れない。従って、ほぼ円形断面であり従来の方法と比べてとても小さな直径を有する有効範囲内でこの物理効果を実現することができる。それによって、とても高い正確性及び又は分解能を有する加工方法が可能となる。

例えば、物理効果が、放射照度閾値以上でほぼ完全に実行され、この放射照度閾値未満ではほぼ生じない重合反応に基づくものとすることができる。従って、本発明のビームフォーカサーによって、照射誘起の重合反応に基づくいわゆる３Ｄプリンティング処理を、とても高い分解能で好適に実行することができる。

方法の更なる実施形態では、放射照度閾値を越える光突孔を、処理される材料のとても小さく限られたエリアでとても正確に引き起こすことができる。それゆえ、例えば超短レーザーパルスを用いたレーザー原位置角膜切開反転術（ＬＡＳＩＫ）における角膜組織またはレンズ組織を分離するといった、レーザー誘起キャビテーションのための従来方法を、とても正確かつ慎重に実行することができる。しかしながら、レーザー手術のための多くの他の従来の方法を、正確性及び分解能を改善して実施することもできる。

方法の追加の実施形態では、固体材料が放射照度閾値を超えて溶融される。これによって、レーザー溶接、レーザー切断といった周知の方法がとても正確になり、及び／又はとても狭い溶接継目や溶接接合を達成できる。

本発明のビームフォーカサーを用いてほぼコリメートされたビームを焦束するため方法を実施するための配置構造では、ビームフォーカサーの入口側が、ほぼコリメートされた光で照射される。安価でかつ出力が高いレーザー光源を利用することができる。

このような配置構造の実施形態では、ビームフォーカサーの出口側は、１より大きい屈折率を有する浸漬液を通じて焦点エリアと繋がっており、当該浸液はビームフォーカサーの開口数の増加をもたらす。その結果、ビームフォーカサーの入口側の照射の幾何学性及び放射照度を変化させず、焦点エリアの狭窄、及び、それによる焦点面における放射照度強度の増加、及び／又は、有効範囲の断面の減少を達成できる。焦点エリアを変化させず、光線の入口束の断面を増加させることもでき、それによってビームフォーカサーへより高い光エネルギーを注入することができ、結果的に焦点面においてより高い放射照度を得ることができる。さらに、焦点エリアを変化させず、かつ、入口束の断面を変化させずに、結像光学系の直径を減少させることができ、それによって、より安価で製造し易いビームフォーカサーを使用することができる。

このような配置構造の別の実施形態では、光透過保護素子が、本発明のビームフォーカサーと焦点エリアとの間に配置されており、ビームフォーカサーへの、とりわけ出口側に配置された結像光学系への汚れや機械的ダメージを好適に防止する。例えば、このような保護素子は、レーザー溶接またはレーザー切断中におけるビームフォーカサーの結像光学系上への蒸発したまたは飛沫した材料の堆積を防止または減少させることができる。

本発明に係るこの実施形態の変形例では、保護素子が交換可能である。特に、汚れが集中する加工方法において、少ない労力で、汚れた保護素子を、新しいまたは清掃された保護素子に置き換えることができ、また清掃のために取り外すことができる。その結果、実質的に長期に渡り衰えない放射照度を有する加工、そして、セットアップ時間またはメンテナンス期間の減少も実現するこができる。

本発明の実施例は、以下で図面を参照してより詳細に説明される。

図１は、平凸非球面レンズを用いたときのビーム経路を概略的に示す。 図２は、光軸からの距離に沿った焦点エリアの放射照度のプロファイルを概略的に示す。 図３は、２つのアキシコンを有するビーム焦束用の配置構造を用いたときのビーム経路を概略的に示す。

全図面中で互いに対応する部分には、同じ符号が付されている。

図１は、従来技術に係る光軸ＯＡを有する平凸非球面レンズＬを通る光ビームＳの経路を概略的に示す。光軸ＯＡに対してコリメートされた入射ビームの入口束ＥＢは、光入口ＬＥで、平凸非球面レンズＬにその凸面Ｌ．ｋ側から入射する。収束出力ビームの出口束ＡＢは、平凸非球面レンズＬの平面Ｌ．ｐから光出口ＬＡへ出る。凸面Ｌ．ｋは、光軸ＯＡに対して回転対称に形成されており、幾何光学の理論に基づけば、出力ビームは、平凸非球面レンズＬの出口側に位置する焦点Ｆで交差する。

しかしながら、幾何光学の理論に反し、光の波動性ゆえに考慮すべき回折により、全ての入射光線Ｓに対して分布する全放射束は、焦点Ｆで集中するのではなく、むしろ焦点面で光軸ＯＡに対して回転対称に分布する。ここで、焦点面は、焦点Ｆを含み該焦点Ｆで光軸ＯＡと直交する平面である。

図２は、焦点面において焦点Ｆを通る仮想線に沿った放射照度の分布を放射照度プロファイルとして概略的に示し、焦点Ｆに対する位置の距離ｘが位置軸Ｘ上にプロットされ、この距離ｘで測定された放射強度の値が放射照度軸Ｅ上にプロットされている。同じ距離であるが焦点Ｆから反対方向にある焦点Ｆを通る仮想線に沿った位置では、符号が反転する。

平凸非球面レンズＬが、図１に概略的に示されるように、コリメートされたビームＳの入口束ＥＢで照射され、かつ、当該入口束ＥＢが、光軸ＯＡの周りに回転対称のガウシアン形状の放射照度分布を有するのであれば、焦点面では、放射照度分布は光軸ＯＡ周りに回転対称になり、かつ、放射照度プロファイルＥ_Ｌは、２つのゼロによって囲まれる位置ｘ＝０、即ち焦点Ｆの位置で最大となる。放射照度分布の光軸ＯＡに対する回転対称性から、放射照度プロファイルＥ_Ｌは位置ｘ＝０を通る垂線に対して鏡面対称の経路となる。

ある最低放射照度Ｅ_ｍｉｎが、例えば、重合反応、光穿孔、材料の溶融といったある物理効果を達成するために必要な場合、この物理効果は、焦点面にて、半径が距離値ｘ_Ｌ_ｍｉｎによって与えられる光軸ＯＡ周りの有効範囲内だけで実現される。なお、放射照度プロファイルＥ_Ｌによれば、距離が当該距離値のときに放射照度がちょうど最低放射照度Ｅ_ｍｉｎに達する。

放射照度プロファイルＥ_Ｌの、焦点Ｆにおける最大値を囲む二つのゼロの位置は、平凸非球面レンズＬの開口数によって決定される。開口数の増加はこの二つのゼロをより近付け、放射照度プロファイルＥ_Ｌ下の面積としての全放射電力は変化しないので、それゆえ、より高い最大値及びこの最大値周りの急傾斜をもたらす。従来の配置構造及び方法では、それゆえ、物理効果を実施するためのより高い最低放射照度Ｅ_ｍｉｎを得るために、及び／又は、物理効果を実施しているときの正確性を改善するためには、平凸非球面レンズＬの開口数の増加を試みていた。

図３は、本発明のビームフォーカサーＳＦを通るビーム経路を概略的に示すものであり、このビームフォーカサーＳＦによって、同じ開口数で、従来技術に係る配置構造及び方法よりも、焦点Ｆ周りの小さい有効範囲、及び／又は、焦点Ｆでの高い放射照度を達成することができる。ビームフォーカサーＳＦは、第１アキシコンＡ１、第２アキシコンＡ２、及び、平凸非球面レンズＬを備えており、これらは共通の光軸ＯＡに沿って配置されている。

第１アキシコン及び第２アキシコンＡ１、Ａ２は、空気よりも高い屈折率を有する材料からなる円錐状グラウンドレンズとして形成され、それぞれ、平面Ａ１．ｐ、Ａ２．ｐと、円錐側面Ａ１．ｋ、Ａ２．ｋとを備えており、第１アキシコン及び第２アキシコンＡ１、Ａ２の前記円錐側面Ａ１．ｋ、Ａ２．ｋは、同じ開口角を有している。従って、第１アキシコンＡ１及び第２アキシコンＡ２は、同じアキシコン角も有している。第１アキシコンＡ１は、その平面Ａ１．ｐがビームフォーカサーＳＦの光入口ＬＥの方を向いており、それによって入口ハッチを形成している。第２アキシコンＡ２は、その平面Ａ２．ｐがビームフォーカサーＳＦの光出口ＬＡの方を向いている。従って、両アキシコンの円錐側面Ａ１．ｋ、Ａ２．ｋは互いに対向し、光軸ＯＡに対して回転対称である。第２アキシコンＡ２後の出口側に、空気よりも高い屈折率を有する材料からなる平凸非球面レンズＬが、その平面Ｌ．ｐがビームフォーカサーＳＦの出口を向くように配置されている。従って、平凸非球面レンズＬの凸面Ｌ．ｋは、光軸ＯＡに対して回転対称であって、第２アキシコンＡ２の平面Ａ２．ｐと対向する。平凸非球面レンズＬの平面Ｌ．ｐは、ビームフォーカサーＳＦの出口ハッチを形成する。

円形状の断面を有し、光軸ＯＡに対して平行にコリメートされた光軸ＯＡ周りのビームＳの入口束ＥＢは、第１アキシコンＡ１によって屈折され、内径及び外径が第１アキシコンＡ１から出口方向へ距離が増加するにつれて最初のうちは均一に減少しそれから均一に増加する円環形状の断面を有するビームになる。

第２アキシコンＡ２が第１アキシコンＡ１から距離ｌ離れて配置されることで、円環形状のビームは、入口束ＥＢの円形状の断面の直径より実質的に大きい内径で、円錐面Ａ２．ｋに当たる。幾何光学の理論によれば、第２アキシコンＡ２は、第１アキシコンＡ１と同じアキシコン角を有するので、光軸ＯＡに対してコリメートされかつ第２アキシコンＡ２の円錐面Ａ２．ｋに当たるビームの円環形状の断面とほぼ等しい円環形状の断面を有するビームを射出する。

入口束ＥＢに対して拡張されたこの光線の円環状の束は、今度は、出口側に配置された平凸非球面レンズＬの凸面Ｌ．ｋに当たり、それによって、屈折される。凸面Ｌ．ｋは、幾何光学の理論により、全ての光線が出口側焦点Ｆに集まるように形成されている。

本発明の一実施形態では、平面Ｌ．ｐの代わりに球面または非球面のどちらでもよい光軸ＯＡに対して回転対称の入口側曲面を有する非球面レンズを、平凸非球面レンズＬの代わりに用いてもよい。このような非球面レンズによって、光線が完全にコリメートされずわずかに発散または収束していても、この光線の入口束ＥＢを焦点Ｆに焦束することができる。このような非球面レンズによって、好適に、本発明のビームフォーカサーＳＦの各光学素子の互いに対する傾斜、各光学素子の光軸ＯＡに対する傾斜に関してのより高いロバスト性が達成される。

実際、光の回折により、焦点面における放射照度の分布は、ここでもまた、無限小焦点Ｆに集中するのではなくこれを超えて回転対称となる。図２は、本発明のビームフォーカサーＳＦによって得られた放射照度プロファイルＥ_ＳＦと、加えて、ビーム拡張用のアキシコンＡ１、Ａ２を用いない従来技術に係る平凸非球面レンズＬの放射照度プロファイルＥ_Ｌを示している。ここで、両者は、同じ開口数を有している。

図２から明らかな通り、ビームフォーカサーＳＦによって生じる放射照度プロファイルＥ_ＳＦの中央最大部は、即ち、最大値を囲む２つの最小値であるゼロ間のエリアは、従来技術に係る放射照度プロファイルＥ_Ｌの中央最大部より狭い。とりわけ、所定の最低放射照度Ｅ_ｍｉｎを超えるエリアも、ビームフォーカサーＳＦで形成されるビームによるもののほうが狭くなっており、これは半径が距離値ｘ_ＳＦ_ｍｉｎによって決定される光軸ＯＡ周りの円に相当する。なお、放射照度プロファイルＥ_ＳＦによれば、距離が当該距離値のときに放射照度がちょうど最低放射照度Ｅ_ｍｉｎに達する。

従って、ワークピースや材質の加工がこのような所定の最低放射照度Ｅ_ｍｉｎを超えるときだけ引き起こされる物理効果に基づくものであるときには、好適に、より正確な当該加工が、従来知られている不利な作用を伴う開口数の増加を必要とせずに達成される。

光軸ＯＡに対して、正確にコリメートされたビームＳだけでなく、例えば５度未満で、わずかに発散または収束した、即ちわずかに傾斜したビームＳからなる入口束ＥＢによっても、放射照度プロファイルが、原理的にはとりわけ中央最大部の高さ及び幅に関して放射照度プロファイルＥ_ＳＦの図示された曲線と類似することは、当業者にとって自明である。従って、ビームフォーカサーＳＦは、正確にコリメートされていない光源に対しても好適に使用することができる。

ＳＦ ビームフォーカサー
Ｓ 光ビーム、ビーム
Ｌ 平凸非球面レンズ
Ｌ．ｐ 平凸非球面レンズの平面
Ｌ．ｋ 平凸非球面レンズの凸面
ＯＡ 光軸
ＥＢ 入口束
ＡＢ 出口束
ＬＥ 光入口
ＬＡ 光出口
Ｆ 焦点
Ｘ 位置軸
Ｅ 放射照度軸
Ｅ_Ｌ 平凸非球面レンズの放射照度プロファイル
Ｅ_ＳＦ ビームフォーカサーの放射照度プロファイル
Ｅ_ｍｉｎ 最低放射照度
Ａ１ 第１アキシコン
Ａ２ 第２アキシコン
ｌ 距離
Ａ１．ｐ 第１アキシコンの平面
Ａ２．ｐ 第２アキシコンの平面
Ａ１．ｋ 第１アキシコンの円錐側面
Ａ２．ｋ 第２アキシコンの円錐側面

Claims (18)

1. 光軸周りのコリメートされたビームの入口束を焦点周りの焦点エリアに焦束させるためのビームフォーカサーであって、
   入口側に配置され、アキシコン角を有する第１アキシコンと、
   前記第１アキシコンと同じアキシコン角を有する第２アキシコンと、
   前記第１アキシコン及び前記第２アキシコンに続いて出口側に配置され、前記光軸に沿ってセンタリングされた結像光学系と、を備え、
   前記第１アキシコン及び前記第２アキシコンは、前記光軸に沿って鏡面対称に配置され、
   前記結像光学系の焦点は、前記ビームフォーカサーの出口側に向けられており、
   前記第１アキシコンの平面及び前記第２アキシコンの平面上に、回折光学素子が配置されており、前記回折光学素子の透過関数は、超短レーザーパルスの群速度分散、及び、随意で高次分散が、前記ビームフォーカサーによるビーム経路に沿って最小化されるように、選択されている、ことを特徴とするビームフォーカサー。
2. 前記第１アキシコンと前記第２アキシコンとの間の距離が調整可能である、ことを特徴とする請求項１に記載のビームフォーカサー。
3. 光軸周りのほぼコリメートされたビームの入口束を焦点周りの焦点エリアに焦束させるためのビームフォーカサーであって、
   入口側に配置され、アキシコン角を有する第１アキシコンと、
   前記第１アキシコンと同じアキシコン角を有する第２アキシコンと、
   前記第１アキシコン及び前記第２アキシコンに続いて出口側に配置され、前記光軸に沿ってセンタリングされた結像光学系と、を備え、
   前記第１アキシコン及び前記第２アキシコンは、前記光軸に沿って鏡面対称に配置され、
   前記結像光学系の焦点は、前記ビームフォーカサーの出口側に向けられており、
   前記結像光学系は、非球面レンズとして形成されている、
   ことを特徴とするビームフォーカサー。
4. 前記結像光学系は、入口側に平面を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のビームフォーカサー。
5. 前記結像光学系は、入口側に凹面を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のビームフォーカサー。
6. 前記第１アキシコンと前記第２アキシコンとの間の距離が調整可能である、ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のビームフォーカサー。
7. 前記焦点周りの前記焦点エリアが前記第１アキシコンと前記第２アキシコンとの間の距離の調整により前記光軸に沿って移動するように、前記非球面レンズの出口側面のいずれの点及び／又は入口側面のいずれの点における曲率半径は、当該点の前記光軸からの垂直距離に基づいて選択されている、ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記第１アキシコンの平面が入口側を向き、前記第２アキシコンの平面が出口側を向く、ことを特徴とする請求項１または請求項３に記載のビームフォーカサー。
9. 単色光を焦束するための請求項２または請求項６に記載のビームフォーカサーを調整するための調整方法であって、
   前記第１アキシコンと前記第２アキシコンと間の波長依存距離を設定することによって、前記焦点周りの焦点エリアが、前記単色光に対しての最小断面を有するように調整可能である、ことを特徴とする調整方法。
10. 請求項２または請求項６に記載のビームフォーカサーを調整するための調整方法であって、
    前記第１アキシコンと前記第２アキシコンとの間の距離を設定することによって、前記焦点エリアの前記結像光学系からの距離が調整可能である、ことを特徴とする調整方法。
11. 請求項１または請求項３に記載のビームフォーカサーを用いてコリメートされたビームを焦束するための方法であって、
    前記焦点エリア内で、最低放射照度を超える放射照度が、前記焦点周りの前記焦点エリア外では実質的に生じない物理効果のために達成可能である、ことを特徴とする方法。
12. 前記物理効果は、前記最低放射照度を超える重合反応に基づくものである、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記物理効果は、前記最低放射照度を超える光穿孔に基づくものである、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 前記物理効果は、前記最低放射照度を超える固体材料の溶融に基づくものである、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 請求項１１に記載の方法を実施するための配置構造であって、前記ビームフォーカサーは、入口側において、コリメートされた光によって照射される、ことを特徴とする配置構造。
16. 前記ビームフォーカサーは、前記焦点周りの前記焦点エリアと、１より大きい屈折率を有する浸漬液によって繋がっている、ことを特徴とする請求項１５に記載の配置構造。
17. 前記ビームフォーカサーと前記焦点周りの前記焦点エリアとの間に、光透過保護素子が配置されている、ことを特徴とする請求項１５に記載の配置構造。
18. 前記光透過保護素子は、交換可能である、ことを特徴とする請求項１７に記載の配置構造。

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