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3D Top-Hat Beam Shapers
Stabile Top-Hats für reale industrielle Produktionsbedingungen. Formen Sie einen Gauß-Strahl auf den kleinstmöglichen Top-Hat, und Qualität und Geschwindigkeit steigen sprunghaft — in der Produktion hält dieser Flat-Top aber meist nur genau im Fokus. Wir legen stattdessen die Schärfentiefe des Profils aus, damit es über einen deutlich größeren Arbeitsbereich flach bleibt: bis zu ein 5× größeres Prozessfenster.
Ein Flat-Top, der den Weg in die Produktion übersteht
Ein herkömmlicher Top-Hat sieht nur in der Fokusebene gut aus. Sobald Sie sie verlassen, durch Defokus, Verkippung oder eine andere Bauteilhöhe, fällt der Top-Hat zurück in ein Gauß-Profil: Die Ausbeute schwankt, und jeder Auftrag braucht ein exaktes Nachfokussieren. Der 3D Top-Hat ist stattdessen auf Schärfentiefe ausgelegt und hält einen sauberen, homogenisierten Flat-Top über einen erweiterten nutzbaren Bereich um den Fokus. So wird aus einem fragilen, fokuskritischen Schritt wird ein breites, gutmütiges Prozessfenster: schnelleres Einrichten, höhere Ausbeute, sichereres Bearbeiten in der Linie. Weil die Fluenz über die Tiefe gleichmäßig bleibt, wird auch der Schnitt selbst besser, mit steileren Wänden, weniger Konizität und höherer Oberflächenqualität als mit einem Gauß-Strahl.
Gebaut für die echte Produktion, nicht nur für die Fokusebene
Bis 5× größeres Prozessfenster
Hält unter realistischen Bedingungen einen guten Flat-Top über ±60 % der Rayleigh-Länge. Reguläre Shaper sind im Vergleich nur innerhalb von etwa ±12,5 % brauchbar.1 Das bringt Ihnen weniger Empfindlichkeit gegen Fokusverschiebung und eine deutlich tolerantere Konfiguration.
Kleinstmöglicher Flat-Top
Formt bis auf 1,5–1,8× den beugungsbegrenzten Spot. Das ist nahe an der physikalischen Auflösungsgrenze. So liefern Sie Energie auch bei den kleinen Strukturgrößen gleichmäßig ab, die die Mikrobearbeitung der nächsten Generation verlangt.
Hohe Effizienz, saubere Kanten
~85 % Effizienz bei einer Plateau-Uniformität ≤0,1, Flachheit ≥0,9 (ISO 13694) und Nebenmaxima ≤5 %. Vollreflektive mikrostrukturierte Spiegeloptik bleibt bei Leistung stabil, ohne merkliche Drift durch thermische Linsen.
1 ±60 % zR und der Vergleich von ~5× sind M²-abhängige Auslegungs- und Messwerte (reguläre Shaper in der Produktionspraxis ~±12,5 % zR gegenüber ±30 % laut Theorie). Der stabile Bereich skaliert mit der Strahlqualität — siehe Spezifikationen. Pro Konfiguration bestätigt.
Stabilität ist ein Problem der Schärfentiefe — also haben wir die Tiefe ausgelegt
Herkömmliche Top-Hat-Shaper formen den Strahl vor allem in der Fokusebene, in der Produktion entscheidet aber, wie sich der Strahl über die Schärfentiefe verhält. Ein typischer 2D-Shaper hält einen guten Top-Hat nur sehr nah am Fokus; der 3D Top-Hat hält ihn über einen definierten axialen Bereich flach und verlängert damit den nutzbaren Arbeitsbereich unter realistischen Bedingungen.
Typischer 2D-Shaper gegen den neuen 3D Top-Hat, Profil und 2D-Spot in jeder z-Ebene. Beispiel: Ø 5 mm (1/e²), λ 355 nm, M² 1,1, EFL 100 mm → stabil über z ≈ 210 µm (~55 % DOF), Flat-Top ≈ 16,5 µm (~1,65× beugungsbegrenzter Spot). OK-Kriterium: Flachheit >0,90 & Uniformität <0,10 (ISO 13694).
Regulärer Shaper
Guter Flat-Top nur innerhalb von etwa ±12,5 % der Rayleigh-Länge, so die Produktionspraxis. Verlässt der Prozess diesen schmalen Streifen, zerfällt das Profil zurück in ein Gauß-Profil.
3D Top-Hat
Der Flat-Top bleibt über ±60 % der Rayleigh-Länge flach, gleichmäßig und auf Maß und hält dabei durchgehend Flachheit >0,9 und Uniformität <0,1.
Was Sie davon haben
Mehr Toleranz gegen Fokusverschiebung heißt schnelleres Einrichten, höhere Ausbeute und sichereres Bearbeiten. Und weil der Top-Hat über die Tiefe gleichmäßig bleibt, wird der Schnitt besser: steilere Wände, weniger Konizität und höhere Oberflächenqualität als mit einem Gauß-Strahl.
Stabilität des Strahlprofils: von unseren Kunden bestätigt
Die gemessenen Strahlprofile stimmen mit der Simulation überein und bleiben über ~60 % der Schärfentiefe Top-Hat. Das ist die Grundlage für verlässliche Prozesse in der Mikrobearbeitung.
Ergebnis: vorhersagbarer, reproduzierbarer Abtrag mit flacherem Boden und saubereren Wänden als mit einem Gauß-Strahl — eine belastbare Grundlage für die Mikrobearbeitung. Gemessen mit einem Industriepartner.
Bedingungen: Die Werte gelten für die Konfiguration oben und hängen von Wellenlänge, Eingangsstrahl, M², optischem Aufbau und Anwendung ab. Wir bestätigen die Zahlen für Ihr genaues Setup und verweisen Sie nicht auf geratene Katalogwerte.
Passt es in Ihren Aufbau?
Jeder 3D Top-Hat wird auf Ihren Laser und Ihren Prozess ausgelegt. Gegen diese Parameter designen wir. Schicken Sie sie uns, und wir bestätigen den Fit für Ihre genaue Konfiguration.
Empfohlener Aufbau: kollimierter Gauß-Eingang in eine Fokussierlinse. Der stabile Fokusbereich skaliert mit M² — nennen Sie uns Ihre Strahlqualität, und wir bestätigen die nutzbare Tiefe für Ihren Prozess.
Wie die Zahlen in der Praxis aussehen
Nehmen Sie einen UV-Mikrobearbeitungsaufbau. 5 mm Eingangsstrahl bei 355 nm, M² 1,1, fokussiert mit einer 100-mm-Linse. Daraus wird ein Flat-Top-Spot von etwa 16,5 µm (≈1,65× Beugungsgrenze), der über rund ±210 µm Fokusweg stabil bleibt (~55 % der nutzbaren Tiefe) — der Unterschied zwischen einem Fokus auf Messers Schneide und einem Prozessfenster, in dem Sie produzieren können.
Beispielkonfiguration aus dem Datenblatt. Die genauen Werte werden pro Setup bestätigt.
Spezifikationen
| Parameter | Eigenschaft |
|---|---|
| Ausgang & Leistung | |
| Ausgangsprofil | Flat-Top (Top-Hat) — rund als Standard, quadratisch auf Anfrage |
| Geformter Durchmesser | 1,5–1,8 × beugungsbegrenzter Spot — M²-abhängig (M² 1,0 → 1,8×; 1,1 → 1,7×; 1,2 → 1,6×; 1,3 → 1,5×) |
| Effizienz | ≥ 85 % | ≥ 82 % (Industrieversion) |
| Plateau-Uniformität | ≤ 0,1 (ISO 13694) |
| Flachheit | ≥ 0,9 (ISO 13694) |
| Nebenmaxima | ≤ 5 % |
| Stabiler Fokusbereich (z) | ± bis 60 % der Rayleigh-Länge — M²-abhängig (M² 1,0 → ±1,2 zR; 1,1 → ±1,0 zR; 1,2 → ±0,6 zR; 1,3 → ±0,3 zR) |
| Anforderungen an den Eingangsstrahl | |
| Eingangsstrahl | Gauß TEM₀₀, M² ≤ 1,3 |
| Regime | CW bis 300 fs Pulse |
| Eingangsstrahldurchmesser | 2,5 / 5,0 / 8,0 mm |
| Wellenlängen | 1030–1064 nm; 515–532 nm; 343–355 nm; weitere auf Anfrage |
| Freie Apertur | ≥ 2× Strahldurchmesser |
| Integration | |
| Einfallswinkel | 45° |
| Aufbau | Parallel / Z-Faltung, gefaltet oder im Scanner-Strahlengang (F-Theta) |
| Optik | |
| Typ | Mikrostrukturierter Spiegel (kontinuierliches reflektives DOE) |
| Beschichtung | Dielektrisch HR > 99,9 % @ 45° |
| Substrat | Quarzglas |
| Abmessungen | Ø 25,0 mm × 6,35 mm. Weitere Abmessungen auf Anfrage. |
Die genaue Leistung hängt von Wellenlänge, Eingangsstrahl, M², optischem Aufbau und Anwendung ab und wird pro Konfiguration bestätigt.
Er wird wie ein Spiegel montiert. Er wird wie eine Optik ausgerichtet.
Parallel / Z-Faltung
Shaper und ein Umlenkspiegel vor der Fokussierlinse — beliebiger Abstand zur Linse, Brennweite f bis zum Bauteil.
Gefaltet — ersetzt einen Spiegel
Shaper unter 45° faltet den Strahl direkt in die Linse — er nimmt den Platz eines schon vorhandenen Umlenkspiegels ein, ohne zusätzlichen Bauraum.
Scanner
Shaper vor Scanner und F-Theta-Objektiv — Flat-Top-Formung für scannende Bearbeitung.
Weitere Konfigurationen und Einfallswinkel (AOI) sind verfügbar. Nennen Sie uns Ihren Strahlengang, und wir schlagen die sauberste Integration vor.
Prozesse, die am Fokusfenster hängen
| Anwendung | Was der Flat-Top bringt | Leitbranchen |
|---|---|---|
| Hochwertige (schwarze) Markierung | Tiefer, gleichmäßiger Kontrast; keine Hotspots → Premium-Qualität | Consumer-Elektronik, Automotive |
| Laser-Lift-off (LLO) | Kontrollierte Delamination; homogener Energieeintrag | Displays (OLED, µLED, flexibel) |
| Präzisionsbohren | Keine Konizität; minimale Wärmeeinflusszone | PCB, Halbleiter-Packaging, Glas |
| Oberflächen-Mikrostrukturierung | Reproduzierbare Texturen; funktionalisierte Oberflächen | Medizintechnik, Automotive, PV |
| Feinschneiden | Glatte Kanten; kaum Schmelzablagerungen und Grat | Wafer-Dicing, Medizintechnik, Displays |
Passende Anwendungsfälle
Halbleiterbearbeitung
Ein homogenisierter Flat-Top, der über einen Fokusbereich von 4–6 mm auf Maß bleibt.
Anwendungsfall lesen → Präzise Mikrobearbeitung
Flachere Böden und sauberere Wände als mit einem Gauß-Strahl, gegen die Simulation geprüft.
Anwendungsfall lesen →
Gravieren auf einer gekippten Fläche
>3× größeres Prozessfenster und >2× bessere Oberfläche über 8° Neigung.
Anwendungsfall lesen →
Neue Strahlformen für das Laserschweißen
Ein elliptischer Flat-Top stabilisiert das Kupferschmelzbad — bis zu 93 % weniger Spritzer.
Anwendungsfall lesen →Wir haben mehr Prozesse belegt — manche dürfen wir nicht öffentlich zeigen.
Alle Anwendungsfälle ansehen →Wo er eingesetzt wird
Schweißen & Schneiden
Kontrollierter Energieeintrag für stabile Nähte in hoher Qualität.
Ansehen → Feine Strukturen, hohe PräzisionMikrobearbeitung & Präzisionsstrukturierung
Schärfere Strukturen und ein weiteres, gutmütigeres Prozessfenster.
Ansehen → TGV / HBM, WaferbearbeitungHalbleiter & Advanced Packaging
Schärfentiefe und Konizität im Griff für Waferbearbeitung und TGV-Bohren.
Ansehen → Eine Optik, kein aktiver FokusBeschriftung & Rückverfolgbarkeit
Gleichmäßige Markierqualität an gekrümmten und höhenvarianten Teilen — ohne f-Theta, ohne aktiven Fokus.
Ansehen →Häufige Fragen
Worin unterscheidet er sich von einem herkömmlichen Top-Hat?
Ein herkömmliches Flat-Top-DOE arbeitet nur für eine einzige Fokusebene und zerfällt beim Defokussieren in ein Gauß-Profil. Der 3D Top-Hat ist stattdessen auf Schärfentiefe ausgelegt: Er hält einen homogenisierten Flat-Top über einen erweiterten nutzbaren Bereich um den Fokus, bis zu ±60 % der Rayleigh-Länge. In der Produktion haben Sie damit ein deutlich breiteres, gutmütigeres Prozessfenster.
Wie viel größer ist das Prozessfenster wirklich?
Bis zu etwa 5×: In der Produktionspraxis liefert ein regulärer Shaper einen guten Flat-Top nur innerhalb von rund ±12,5 % der Rayleigh-Länge, der 3D Top-Hat hält Flachheit >0,9 und Uniformität <0,1 über ±60 %. Der genaue Wert ist M²-abhängig — prüfen Sie ihn für Ihr System mit unserem interaktiven Rechner.
Mit welchen Lasern ist er kompatibel?
Mit einer Gauß-Quelle im TEM₀₀ und M² ≤ 1,3, von CW bis 300 fs Pulse, bei 1030–1064, 515–532 oder 343–355 nm (weitere auf Anfrage). Schicken Sie uns Wellenlänge, Regime, M² und Eingangsstrahldurchmesser, dann bestätigen wir den Fit.
Wie klein kann der Flat-Top werden?
Bis auf etwa 1,5–1,8× den beugungsbegrenzten Spot, abhängig von der Strahlqualität — nahe an der physikalischen Auflösungsgrenze, und genau das braucht die Mikrobearbeitung der nächsten Generation.
Wie integriere ich ihn?
Es ist eine vollreflektive Optik, typischerweise unter 45° Einfallswinkel. In den meisten Köpfen ersetzt sie deshalb einfach einen vorhandenen Umlenkspiegel, ohne zusätzliche Baulänge. Sie kann vor einer Fokussierlinse sitzen (parallel/Z-Faltung), in einem gefalteten Strahlengang oder vor Scanner und F-Theta-Objektiv. Gereinigt wird sie wie ein normaler Spiegel.
Kann ich die Spezifikationen wirklich reproduzieren?
Ja, darum geht es: Die gemessenen Profile stimmen mit der Simulation überein und bleiben über ~60 % der Schärfentiefe Top-Hat. Wir liefern keine Katalogteile mit Laborwerten: Wir begleiten Sie durch die Integration und bleiben dabei, während Sie das Profil unter Ihren realen Prozessbedingungen validieren.
Wie lang ist die Lieferzeit?
Kundenspezifische Optiken liefern wir typischerweise innerhalb von drei Wochen, je nach Konfiguration.
Ist der 3D Top-Hat das Richtige für Ihren Prozess?
Schicken Sie uns Ihren Laser und Ihre Anwendung. Wir prüfen die Machbarkeit und starten gemeinsam Ihr erstes Projekt.
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