CN106170367A - 用超快激光和束光学器件切割透明材料 - Google Patents

用超快激光和束光学器件切割透明材料 Download PDF

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Abstract

用于对材料进行激光钻孔的系统包含脉冲激光器，其构造成产生波长小于或等于约850nm的脉冲激光束(2),选定所述波长，从而在所述波长下材料是基本上透明的。所述系统还包含设置在激光束路径中的光学组装件(6),其构造成在光学组装件(6)的束出射侧上，将激光束(2)转换成沿着束传播方向取向的激光束聚焦线(2b)。

Description

用超快激光和束光学器件切割透明材料
相关申请
本申请根据35U.S.C.§120要求2014年10月31日提交的美国专利申请号14/529801的优先权，该美国专利申请要求2014年07月10日提交的美国临时专利申请号62/022888和2013年12月17日提交的美国临时专利申请号61/917,140的优先权。这些申请的全部说明通过参考纳入本文。
背景
最近几年，为了满足减少尖端装置的尺寸、重量和材料成本的客户的需求，精密机械加工及其工艺开发的改进已导致用于触摸屏、平板、智能手机和TV的高科技工业的快速发展，这使得在需要高精密性的应用中超快工业激光变为重要的工具。
存在许多切割玻璃的方法。在常规的玻璃激光切割过程中，玻璃的分离依赖于激光划割或穿孔以及通过机械力或热应力诱导的裂纹扩展的分离。几乎所有现有切割技术具有下述的一个或多个不足：(1)因为与较长脉冲激光(纳秒尺度或更长)相关的较大的受热影响区域(HAZ)，所以它们受限于只能在载体上实施薄玻璃的自由形式形状的切割，(2)它们产生热应力，其常常导致因冲击和不受控的材料除去而使靠近激光照射区域的表面形成裂纹，和(3)该过程形成表面下损坏，其延伸进入材料的主体大于或等于几十微米，这形成可能变成裂纹源头的缺陷位点。
因此，本领域需要改进的对材料例如玻璃进行激光钻孔的方法，所述方法使得如上所述问题中的一个或多个最小化或消除如上所述问题中的一个或多个，所述方法使得上所述的问题最小化或消除如上所述的问题。
概述
下文的实施方式涉及为了钻孔和切割之目的，在透明材料(例如玻璃、蓝宝石等)中形成较小(微米或更小)的“孔”或缺陷线的方法和设备。
具体来说，根据一些实施方式，将波长小于1000纳米的脉冲激光束聚焦成激光束聚焦线，并将所述聚焦线引导进入材料,其中所述激光束聚焦线在材料之内产生诱导吸收,所述诱导吸收在材料之内沿着激光束聚焦线形成缺陷线，所述缺陷线的直径小于或等于约300纳米。例如，对具有Gaussian分布的超短(10-10到10-15秒)脉冲激光束(波长小于1000纳米)进行成形和聚焦，以在材料的主体中形成线性聚焦区域。所得能量密度高于用于材料改变的阈值，在所述区域中形成“缺陷线”或“孔”。通过将这些特征紧密地间隔在一起，可沿着穿孔线分离(机械地或热学地)分离材料。在一些实施方式中，脉冲激光束的波长小于或等于850nm,在一些实施方式中小于或等于800nm,在一些实施方式中小于620nm,和在一些实施方式中不大于552nm。
例如,根据一些实施方式,将波长小于或等于约800nm(±50nm,优选地±20nm,更优选地±2nm)的脉冲激光束，例如由Ti:蓝宝石激光器形成的激光束,小于或等于约775nm(倍频Er-掺杂的纤维激光器),小于或等于约600nm(罗丹明(rhodamine)基染料激光器)和在一些实施方式中小于或等于约532nm(例如,532nm±20nm,更优选地±2nm),聚焦成激光束聚焦线,并将所述聚焦线引导进入材料,其中所述激光束聚焦线在材料之内产生诱导吸收,所述诱导吸收在材料之内沿着激光束聚焦线形成缺陷线，所述缺陷线的直径小于或等于约300纳米。例如，对具有Gaussian分布的超短(例如10-10到10-15秒)脉冲激光束(波长小于或等于约800nm,775nm,600nm,532nm，355nm,或266nm)进行成形和聚焦，以在材料的主体中形成线性聚焦区域。所得能量密度高于用于材料改变的阈值，在所述区域中形成“缺陷线”或“孔”。通过将这些特征紧密地间隔在一起，可沿着穿孔线分离(机械地或热学地)分离材料。
在一种实施方式中，对材料进行激光钻孔的方法包含将脉冲激光束聚焦成沿着束传播方向取向的激光束聚焦线，所述激光束的波长小于或等于约850纳米，选定所述波长使得在该波长下所述材料是基本上透明的。所述方法还包括将所述激光束聚焦线引导进入材料,所述激光束聚焦线在材料之内产生诱导吸收,所述诱导吸收在材料之内沿着激光束聚焦线形成缺陷线，所述缺陷线的直径小于或等于约300纳米。
诱导吸收可在材料之内产生最高达小于或等于约100微米(例如小于75微米)的深度的表面下损坏,和小于或等于约0.5微米的Ra表面粗糙度。表面的粗糙度可通过例如Ra表面粗糙度统计(取样表面的高度的绝对值的算术平均值)来表征。
在一些实施方式中，所述方法还包括相对于彼此平移材料和激光束，由此在材料之内钻出多个缺陷线，缺陷线隔开，从而将材料分离成至少两块。在一些实施方式中,激光是脉冲群激光，且激光脉冲群的重复率(即,脉冲群重复率)可为约10kHz-2000kHz，例如100kHz,200kHz,300kHz,400kHz,500kHz,1000kHz,或1500kHz。在一些实施方式中,激光束的波长小于或等于约775nm,小于或等于约600nm,或小于或等于约532nm。在一些实施方式中,激光的脉冲群之内的单个脉冲的脉冲持续时间可为约5皮秒-约100皮秒,例如10,20,30,40,50,60,75,80,90或100皮秒,或在它们之间。
脉冲激光可构造成发射以至少两脉冲/脉冲群的脉冲群形式形成的脉冲,相邻脉冲相隔约1纳秒-约50纳秒(更优选地15-30纳秒)的持续时间，且脉冲群重复频率是约1kHz-约500kHz(且优选地是200kHz)。在一些实施方式中,脉冲群之内的单个脉冲可相隔约20纳秒的持续时间。
在一些实施方式中,激光束聚焦线的长度L可为约0.1mm-约20mm,在一些实施方式中，可为10mm-20mm,例如长度是约0.1mm-约8mm。激光束聚焦线的平均光斑直径可为约0.1微米-约5微米。
在另一种实施方式中,用于对材料进行激光钻孔的系统包含脉冲激光器，其构造成产生波长小于或等于约850nm的脉冲激光束,选定所述波长，从而在所述波长下材料是基本上透明的。所述系统还包含设置在激光的束路径中的光学组装件，其构造成将激光束转换成激光束聚焦线,其沿着束传播方向取向,在所述光学组装件的束出射(emergence)侧,光学组装件包含具有球面像差(aberration)的聚焦光学元件，其构造成产生激光束聚焦线。激光束聚焦线可适于在材料之内产生诱导吸收,所述诱导吸收在材料之内沿着激光束聚焦线产生直径小于或等于约300nm的缺陷线。
在一些实施方式中,激光束的波长小于或等于约775nm,小于或等于约600nm,或小于或等于约532nm。诱导吸收可在材料之内产生最高达小于或等于约75微米例如小于或等于约40微米深度的表面下损坏,小于或等于约0.8微米的Ra表面粗糙度,和小于或等于约0.9微米的RMS表面粗糙度。光学组装件可包含环形光圈(aperture)，所述环形光圈设置在激光的束路径中且在聚焦光学元件之前，所述环形光圈构造成阻挡激光束中心的一个或多个射线，从而只有在中心以外的边际射线在聚焦光学元件上入射，并由此对于脉冲激光束的每一脉冲只产生沿着束方向取向的单一激光束聚焦线。聚焦光学元件可为球形切割的凸透镜。或者，聚焦光学元件可为具有非球体自由表面的锥形棱柱，例如轴棱锥。
在一些实施方式中,光学组装件还可包含散焦光学元件,设置和对齐所述光学元件，从而在散焦光学元件的束出射侧上于与散焦光学元件相距一定距离处产生激光束聚焦线。或者，光学组装件还可包含第二聚焦光学元件,设置和对齐这两个聚焦光学元件，从而在第二聚焦光学元件的束出射侧上于与第二聚焦光学元件相距一定距离处产生激光束聚焦线。脉冲激光可构造成发射以至少两个脉冲的(例如,至少3脉冲,至少4脉冲,至少5脉冲,至少10脉冲,至少15脉冲,至少20脉冲,或更多)脉冲群形式产生的脉冲。脉冲群之内的脉冲相隔约1纳秒-约50纳秒,例如10-30纳秒,例如约20纳秒的持续时间,且脉冲群重复频率可为约1kHz-约2MHz,例如脉冲群重复频率是约100kHz,约200kHz,约300kHz,约400kHz,约500kHz,约1MHz,或约1.5MHz。(脉冲群或产生脉冲群是一种激光操作，其中脉冲发射不是均匀和稳定的流，而是脉冲的紧密团簇。)相对于激光束移动玻璃(或相对于玻璃平移激光束)以形成穿孔线，其描绘出任何所需零件的形状。脉冲群激光束可具有选定的波长，从而材料在该波长下是基本上透明的。使用长度是约1mm的聚焦线,和产生在玻璃组合物处测量的约2W或更大的输出功率且脉冲群重复率是20kHz(约100微焦耳/脉冲群)的532nm皮秒激光,聚焦线区域中的光学强度高到足以在玻璃组合物中形成非线性吸收。在材料处测量的平均激光功率/脉冲群可为大于40微焦耳/毫米材料厚度,例如40微焦耳/毫米-2500微焦耳/毫米,或500-2250微焦耳/毫米。例如,对于0.4mm厚代码2320玻璃(可购自康宁有限公司(CorningIncorporated)，纽约康宁)，可使用100微焦耳脉冲群来切割和分离玻璃，其示例范围是250微焦耳/毫米。激光束聚焦线的长度可为0.1mm-20mm,平均光斑直径是0.1微米-5微米。
在另一种实施方式中,对材料进行激光钻孔的方法包含将脉冲激光束聚焦成沿着束传播方向取向的激光束聚焦线,且激光束的波长小于850nm。所述方法还包括将所述激光束聚焦线引导进入材料,所述激光束聚焦线在材料之内产生诱导吸收,所述诱导吸收在材料之内沿着激光束聚焦线形成缺陷线，所述缺陷线的内部直径小于约0.5纳米。在一些实施方式中,产生缺陷线包含产生内部直径小于0.4微米的缺陷线。在一些实施方式中,产生缺陷线还包含产生内部直径小于0.3微米或0.2微米的缺陷线。
这些实施方式具有许多益处，例如因激光波长小于或等于约850nm优选地小于或等于约532nm而导致的更少的表面下损坏,且与现有技术的激光钻孔方法相比，产生更少的表面碎屑,更少的粘合的碎屑,和更少的热相互作用。虽然因为较低的输出功率和脉冲能量，薄玻璃的激光烧蚀切割呈现缓慢的加工速度，但其优势在于在靠近烧蚀区域处无裂纹形成，自由形式的成形和通过焦距调节的可控切割厚度。对于平板显示器而言，在玻璃基材中避免边缘裂纹化和残留边缘应力是非常重要的，因为这种基材总是从边缘开始破碎，甚至当将应力施加到中央时亦是如此。通过使用不含可测量的热效应的冷烧蚀切割，超快激光的高峰值功率以及定制的束递送可避免这些问题。通过超快激光的激光切割在玻璃中基本上不形成残留应力。
附图简要说明
根据下文对如在附图中所示的示例实施方式的更具体的描述，上述内容将变得显而易见，在附图中在全部不同的视图中相同的附图标记表示相同的部分。附图不必按比例绘制，相反重点是显示实施方式。
图1的图表显示用于多种原子的离子化能随原子数目的变化。
图2A和2B显示设置激光束聚焦线，即，加工对该激光波长透明的材料。
图3A显示根据一种实施方式的用于激光钻孔的光学组装件。
图3B1到3B4显示通过相对于基材不同地设置激光束聚焦线的位置来加工基材的各种可能性。
图4是根据一些实施方式的用于激光钻孔的第二光学组装件的示意图。
图5A和5B显示根据一些实施方式的用于激光钻孔的第三光学组装件。
图6是根据一些实施方式的用于激光钻孔的第四光学组装件的示意图。
图7A的图显示皮秒激光器的激光发射随时间的变化。每一发射的特征包括脉冲“脉冲群”，其可包含一个或多个脉冲。
图7B显示示例性脉冲群之内的激光脉冲的相对强度随时间变化的示意图，其中各示例性脉冲群含3个脉冲；
图7C显示示例性脉冲群之内的激光脉冲的相对强度随时间变化的示意图，其中各示例性脉冲群含5个脉冲。
图8是真空固定件上的康宁(Corning)2320玻璃样品的光学照片。
图9是康宁2320玻璃的失效概率随应力变化的图片，其显示使用处于压缩中的激光(LIC)和处于张力中的激光(LIT)的应力测试结果。
图10显示在20倍放大倍数下的各种切割表面的光学照片。
图11A-11D是代表性Zygo扫描的屏幕截图(对每一条件收集5次扫描)。图11B显示ST2强度部分条件的Zygo扫描的屏幕截图。
图12A-12C是SEM显微图，其比较使用532纳米方法获得的边缘的横截面视图与使用1064纳米方法获得的参比边缘的横截面视图(图12B)。
图13A-13B是SEM显微图，其比较使用1064纳米方法制备的参比边缘(图13A)和使用532纳米方法制备的边缘(13B)。
图14A-14B是康宁2320玻璃的失效概率随应力变化的图片，其显示用于通过1064纳米方法分离的边缘(图14A)以及用于通过532纳米方法分离的边缘(图14B)的使用处于压缩中的激光(LIC)和处于张力中的激光(LIT)的应力测试结果。
具体描述
下面将描述示例实施方式。
本文所述的是用于在具有低表面下损坏和较少碎屑的情况下，在透明材料中光学地产生高精确贯穿切割的方法或工艺和设备。此外，通过合理地选择光学器件，能选择性地切割堆叠的透明材料的单个层。
通过选择适当的激光源和波长以及束递送光学器件，实现在具有极少表面下损坏和表面碎屑的情况下对薄玻璃进行微加工和切割。激光源由提供亚纳秒持续时间的脉冲的超快激光系统以及辐照透明材料的主体之内的“线性”聚焦区域的束递送系统组成。沿着“线性”聚焦区域的能量密度需要大于分离该区的材料所需的能量。这使得必须使用高能脉冲激光源。
此外，选择波长是非常重要的。使用较短波长(即，小于1000nm,例如850nm,820nm,800nm,775nm,600nm,532nm,355nm,或266nm)时，具有较强分子键的材料将呈现“更好”的分离。此外，较短的波长更紧密地聚焦，这导致在聚焦区域中形成更高的体积能量密度。
因此，可使用单一高能脉冲群脉冲在透明材料中形成微观的(即，直径大于100纳米且小于0.5微米)的细长的“孔”(也称为穿孔或缺陷线)。这些单个穿孔可以几百千赫(几十万个孔眼/秒)的比率来形成。因此，借助激光源与材料之间的相对移动，可将这些穿孔邻近彼此设置(空间间距如所需地从亚微米变化到几微米)。可选定这些空间间距(节距)来促进切割。
在一些实施方式中,缺陷线是“通孔”,其是从透明材料的顶部延伸到底部的孔或开口通道。在一些实施方式中,缺陷线可以不是连续的通道，且可被固体材料(例如,玻璃)的部分或分段堵塞或部分地堵塞。如本文所定义，缺陷线的内部直径是开口通道或空气孔的内部直径。例如,在本文所述的实施方式中，缺陷线的内部直径是<500nm,例如≤400nm,≤300nm，或≤200nm。在本文所述的实施方式中,环绕孔的材料的打乱的或改变的区域(例如实密化的、熔融的或以其它方式改变的)优选地具有<50微米(例如,<0.10微米)的直径。
基于在透明材料中形成多光子吸收(MPA)的能力来预测激光源的选择。MPA是同时吸收两个或更多个相同或不同频率的光子，从而将分子从一个电子态(通常是基态)激发到更高能量电子态(离子化)。涉及的分子的较低和较高态之间的能量差异等于所述两个光子的能量之和。MPA也称作诱导吸收，其是三级过程，比线性吸收弱几个数量级。其与线性吸收的不同之处在于诱导吸收的强度取决于光强度的平方，因此其是非线性光学过程。
因此，激光需要产生足以在感兴趣的长度上在透明材料中激发MPA的脉冲能量。对于本申请，需要能提供每一脉冲的能量大于或等于约50微焦耳的532纳米(或更短波长)光脉冲的激光。如下所述以及如2013年1月15日提交的61/752,489所述来选择光学元件，从而在透明材料的主体之内形成激光束聚焦线，该文的全部内容通过引用纳入本文。然后，将脉冲能量成形和聚焦成线性聚焦区域，形成约100微焦耳/毫米的最小能量/长度。在聚焦区域(例如，约0.5毫米)之内，能量密度足够高，足以导致离子化。532纳米波长下的光子的能量是约2.3eV。在原子水平，单独的原子的离子化具有离散的能量要求，如图1所示。玻璃中常用的几种元素(例如Si,Na,K)具有较低的离子化能(约5eV)。在没有MPA现象的情况下，需要在约248纳米波长来在5eV下形成线性离子化。存在MPA时，在聚焦区域中选择性地离子化这些键，这导致与相邻的分子分离。分子键合的这种“打乱”可导致从该区域的非热烧蚀地除去材料(穿孔，并由此形成缺陷线)。这可使用高能皮秒脉冲的单一“脉冲群”(时间上紧密间隔在一起-以纳秒度量)来实现。这些“脉冲群”可以高脉冲群重复率(例如，几百kHz)重复。可通过控制基材的相对速度来隔开穿孔、孔或缺陷线(在本文中，这3个术语可互换使用)。例如,穿孔通常相隔0.5-15微米(例如,2-12微米,或5-10微米)。例如，在暴露于100kHz脉冲系列且以200毫米/秒的速度移动的薄的透明基材中，穿孔将相隔2微米。这种间隔节距足以实现机械分离或热分离。已注意到所得碎屑沉积在“切割”的长度为约50微米的附近的区域中，且当激光波长为532纳米时，碎屑轻轻地粘合到表面。碎屑的粒度通常小于约500nm。
缺陷线的内部直径(开放的空气孔直径)(通常小于约300纳米)符合如下所述的Abbé衍射限制。
转向图2A和2B,对材料进行激光钻孔的方法包含将脉冲激光束2聚焦成沿着束传播方向取向的激光束聚焦线2b。如图3所示，激光器3(未显示)发射激光束2，在称作2a的光学组装件6的束入射侧，激光束2入射到光学组装件6上。在输出侧上且在沿着束方向的限定的膨胀范围中(聚焦线的长度l)，光学组装件6将入射激光束转变成延伸的激光束聚焦线2b。待加工的平坦的基材1设置在束路径中且在光学组装件之后，其至少部分地与激光束2的激光束聚焦线2b重叠。附图标记1a表示朝向光学组装件6或激光的平坦的基材的表面，且分别地附图标记1b表示通常平行地隔开的基材1的相反表面。基材厚度(垂直于平面1a和1b测量，即垂直于基材平面测量)用d标记。
如图2A所示，基材1垂直于纵向束轴线对齐，并因此在由光学组装件6产生的相同聚焦线2b后面(基材垂直于附图平面)，并沿着束方向取向，基材1以下述方式相对于聚焦线2b设置：在束方向上观察时，聚焦线2b从基材的表面1a之前开始，并在基材的表面1b之前结束，即仍然在基材之内。在激光束聚焦线2b与基材1的重叠区域中,即在被聚焦线2b覆盖的基材材料中,延续的激光束聚焦线2b由此产生(假设沿着激光束聚焦线2b形成合适的激光强度,该强度通过激光束2在长度l部分上的聚焦即长度l的线状聚焦来确保)延续部分2c(沿着纵向束方向观察)，且沿着延续部分2c在基材材料中产生诱导吸收，这沿着部分2c在基材材料中诱导缺陷线或裂纹形成。裂纹形成不是局部的，而是在诱导吸收的延续部分2c的全部长度上。部分2c的长度(即，归根到底激光束聚焦线2b与基材1重叠的长度)用附图标记L标记。诱导吸收的部分(或者基材1的材料中经历裂纹形成的部分)的平均直径或平均延伸(extension)用附图标记D标记。这种平均延伸D基本上对应于激光束聚焦线2b的平均直径δ,即约0.1微米-约5微米的平均光斑直径。
如图2A所示，因为沿着聚焦线2b的诱导吸收，对于激光束2的波长λ透明的基材材料被加热。图2B显示加热的材料最终发生膨胀，从而相应的诱导张力导致形成微裂纹，且在表面1a处张力最大。
下面描述了可用来产生聚焦线2b的具体光学组装件6,以及其中可应用这些光学组装件的具体光学装置。所有组装件或装置基于上述，从而相同的附图标记用于相同的组件或特征或功能上等同的那些。因此，下面只描述不同之处。
因为最终导致分离的分离面具有或必须具有高质量(涉及破碎强度、几何精确性、粗糙度和避免再加工的要求),在基材表面上沿着分离线5设置的单个聚焦线应使用如下所述的光学组装件来产生(下文中,光学组装件也替代地称作激光光学器件)。粗糙度特别地来自聚焦线的光斑尺寸或光斑直径。在激光3(与基材1材料相互作用)的给定波长λ的情况下，为了获得例如0.5微米-2微米的较小的光斑尺寸，通常必须对激光光学器件6的数值孔径施加某些要求。这些要求通过如下所述的激光光学器件6来满足。
另一方面，为了获得所需的数值孔径，光学器件必需设置成给定焦距所需的开口，根据已知的Abbé公式(N.A.＝nsin(θ),n：被加工的玻璃的折射率,θ：孔径角的一半；且θ＝arctan(D/2f)；D：孔径,f：焦距)。另一方面,激光束必须照射最高达所需的孔径的光学器件，这通常通过在激光和聚焦光学器件之间使用宽化望远镜的束扩展来实现。
为了沿着聚焦线的均匀的相互作用，光斑尺寸变化不应太大。例如,这可通过下述来确保(参见下文的实施方式)：只在较小的圆形区域照射聚焦光学器件，从而束开口和因此数值孔径的百分比只稍微发生变化。
根据图3A(垂直于基材平面且在激光辐射2的激光束簇中的中央束处的截面；这里，激光束2也垂直地入射到基材平面,即角度β是0°，从而聚焦线2b或诱导吸收2c的延续部分平行于基材法向),由激光器3发射的激光辐射2a首先引导至圆形光圈(aperture)8上，其对所用的激光辐射是完全不透明的。使光圈8取向成垂直于纵向束轴并在所示束簇2a的中央束上居中。选定光圈8的直径，使得靠近束簇2a的中心的束簇或中央束(这里用2aZ标记)撞击光圈，并被其完全吸收。因为与束直径相比光圈尺寸下降，所以只有在束簇2a外周范围的束(边际射线，这里用2aR标记)没有吸收，而是横向地通过光圈8并撞击光学组装件6的聚焦光学元件的边际区域，在本文中其设计成球形切割的、双凸透镜7。
在中央束上居中的透镜7特意设计成常用球形切割透镜形式的非校准的双凸聚焦透镜。换句话说，特意使用这种透镜的球面像差。作为替代，还可使用偏离理想的校准系统的非球形或多透镜系统，其不形成理想的焦点而是形成具有限定长度的不同的细长聚焦线(即，没有单一焦点的透镜或系统)。透镜的区域因此沿着聚焦线2b聚焦，受制于与透镜中心的距离。越过束方向的光圈8的直径是束簇的直径(束簇直径由下降到1/e的伸展来限定)的约90％，且是光学组装件6的透镜直径的约75％。因此，使用通过在中心阻挡束簇产生的非像差校正的球形透镜7的聚焦线2b。图3A显示通过中央束的平面中的截面，且当所示的束绕着聚焦线2b旋转时，可看见完整的三维簇。
这类聚焦线条的一个潜在不足在于沿聚焦线(并因此沿着材料中所需的深度)的条件(光斑尺寸、激光强度)发生变化，因此所需类型的相互作用(无熔融、诱导吸收、直至裂纹形成的热塑性变形)可能会只能在聚焦线条的选定部分中发生。这进而意味着可能只有一部分的入射激光以所需的方式吸收。这样，一方面降低该工艺的效率(用于所需分离速度的所需的平均激光功率)，且另一方面，激光可能传输进入不需要的更深的位置(粘合到基材的零件或层或者固定基材的固定件)，并在那里以不利地方式(例如，加热、扩散、吸收、不想要的改性)进行相互作用。
图3B-1-4表明(不仅用于图3A中的光学组装件,而且基本上用于任何其它可应用的光学组装件6)可通过下述来不同地设置激光束聚焦线2b：合适地相对于基材1设置和/或对齐光学组装件6以及合适地选定光学组装件6的参数。如图3B-1所示,可调节聚焦线2b的长度l，使得它超出基材厚度d(这里是2倍)。例如，激光束聚焦线2b的长度l可为约0.1mm-约100mm或约0.1mm-约10mm。例如，各种实施方式可构造成包括约0.1mm,0.2mm,0.3mm,0.4mm,0.5mm,0.7mm,1mm,2mm,3mm或5mm的长度l。如果将基材1设置成(沿纵向束方向观察)居中于聚焦线2b,那么在全部基材厚度上产生诱导吸收2c的延续部分。
在图3B-2所示的情况中,产生长度l的聚焦线2b，其或多或少对应于基材伸展d。因为以线条2b在基材之前(即在基材以外)的点处开始的方式来相对于线条2设置基材1，诱导吸收2c的延伸部分(这里，其从基片表面延伸到限定的基材深度但没有到达相反表面1b)的长度L小于聚焦线2b的长度l。图3B-3显示其中基材1(沿着束方向观察)部分地设置在聚焦线2b的起始点之前的情况，从而这里也适用线2b的长度l，l＞L(L＝诱导吸收2c在基材1中的部分的伸展)。因此，聚焦线在基材之内开始，并在相反表面1b上延伸直到基材以外。图3B-4最后显示其中产生的聚焦线长度l小于基材厚度d的情况，从而-在相对于聚焦线条居中地设置基材且沿入射方向观察的情况下-聚焦线在表面1a附近从基材之内开始并在表面1b附近在基材之内结束(l＝0.75d)。
以下述方式来设置聚焦线是特别优选的：表面1a，1b中的至少一个被聚焦线覆盖，即诱导吸收2c的部分至少从一个表面上开始。这样，能获得实质上理想的切割，同时避免在表面处烧蚀、羽化和颗粒化。
图4显示另一种可用的光学组装件6。基础构造与图3A所示的相同，从而下面只描述不同之处。所示的光学组装件基于使用非球形自由表面的光学器件，从而产生聚焦线2b，其成形为形成具有限定长度l的聚焦线。为此，可将非球形体用作光学组装件6的光学元件。例如，在图4中，使用了所谓的锥形棱柱，其也常常称作轴棱锥(axicon)。轴棱锥是特殊的、锥形切割的透镜，其在沿着光轴的线上形成光斑源(或者将激光束转换成环)。这种轴棱锥的布置是本技术领域所公知的；在实施例中的锥角是10°。这里用附图标记9标记的轴棱锥的顶点朝向入射方向，并在束中央上居中。因为轴棱锥9的聚焦线2b已经在其内部之内开始，可将基材1(这里与主束轴垂直对齐)设置在束路径中且直接在轴棱锥9后面。如图4所示，因为轴棱锥的光学特征，还可在不离开在聚焦线条2b的范围的情况下，沿着束方向移动基材1。因此，在基材1的材料中的诱导吸收2c的延伸部分在全部基材深度d上延伸。
但是，所示的布局受到下述限制：因为轴棱锥9的聚焦线已经在透镜之内开始，在透镜和材料之间存在有限距离的情况下，显著部分的激光能量没有聚焦进入聚焦线2b的部分2c，其位于材料之内。此外，聚焦线2b的长度l与用于可用的轴棱锥9的折射率和锥角的束直径相关。这是在较薄材料(几个毫米)的情况下，总聚焦线过长的原因,其同样具有使激光能量不专门地聚焦进入材料的影响。
这是采用同时包括轴棱锥和聚焦透镜的增强的光学组装件6的原因。图5A显示这种光学组装件6，其中将含设计成形成延续激光束聚焦线2b的非球形自由表面的第一光学元件(沿着束方向观察)设置在激光3的束路径中。在图5A所示的情况中,这个第一光学元件是锥角为5°的轴棱锥10,其垂直于束方向设置并在激光束3上居中。轴棱锥的顶点朝着束方向取向。第二聚焦光学元件(这里是平面-凸透镜11(其弯曲部分朝向轴棱锥取向))沿束方向设置，并与轴棱锥10相距距离z1。在这种情况下，距离z1是约300mm,其以下述方式来选定：使由轴棱锥10形成的激光辐射在透镜11的边际区域上以圆形的形式入射。在限定长度(在这种情况下是1.5mm)的聚焦线2b上，透镜11在距离z2(在这种情况下，与透镜11相距约20mm)处在输出侧上聚焦该圆形辐射。这里，透镜11的有效焦距是25毫米。通过轴棱锥10对激光束进行的圆形变换用附图标记SR标记。
图5B详细显示根据图5A在基材1材料中形成聚焦线2b或诱导吸收2c。以下述方式选定两元件10，11的光学特征以及它们的设置：在束方向上的聚焦线2b的延伸l与基材1的厚度d精确地相同。结果，需要沿着束方向精确地设置基材1，从而聚焦线2b的位置正好在基材1的两个表面1a和1b之间，如图5B所示。
因此，如果在离开激光光学器件一定距离处形成聚焦线，以及如果将更大部分的激光辐射聚焦到所需的聚焦线端部，将是优选的。如本文所述，这可通过下述来实现：只在所需的区间以圆形的形式照射主要聚焦元件11(透镜)，这一方面用于获得所要求的数值孔径和因此获得所要求的光斑尺寸,然而另一方面,在所需的聚焦线2b之后，在光斑中心中非常短的距离上，扩散的圆的强度下降，因为形成基本上圆形的光斑。这样,在所要求的基材深度的较短距离之内停止裂纹形成。轴棱锥10和聚焦透镜11的组合满足这个要求。轴棱锥以两种不同方式发挥其作用：因为轴棱锥10，以环的形式将通常为圆形的激光光斑发射到聚焦透镜11，且轴棱锥10的非球形具有下述效果：形成超过透镜的焦平面聚焦线，而不是形成焦平面中的焦点。可通过轴棱锥上的束直径来调节聚焦线2b的长度l。另一方面,可通过轴棱锥-透镜距离z1和通过轴棱锥的锥角，来调节沿着聚焦线的数值孔径。这样,可在聚焦线中集中全部激光能量。
如果希望裂纹(缺陷线)形成继续到达基材出射侧，圆形照射仍然具有下述优势：一方面以最佳地可能的方式使用激光功率，因为大部分的激光仍然在聚焦线的所要求的长度中集中，另一方面能获得沿着聚焦线的均匀的光斑尺寸-和因此获得沿着聚焦线的均匀分离过程–这是由环形照射的区域以及通过其它光学作用设定的所需像差造成的。例如，缺陷线120延伸穿过玻璃板的厚度，在本文所述的示例性实施方式中，缺陷线120垂直于玻璃板的主要(平坦)表面。
与图5A所示的平面-凸透镜不同，还可使用聚焦半月形透镜或另外的较高校准的聚焦透镜(非球形的、多透镜系统)。
为了使用图5A所示的轴棱锥和透镜的组合来产生非常短的聚焦线2b，必需选定非常小的在轴棱锥上入射的激光束的束直径。这具有以下所述实际的不足：将束居中到轴棱锥的顶点上必须非常精确，因此结果对激光的方向变化(束浮动稳定性)非常敏感。此外，严格准直的激光束有很大程度的发散性的，即因为光挠曲，束簇在短距离上变得模糊。
如图6所示，通过插入另一透镜(准直透镜12)，可避免这两种效应，这个额外的正像(positive)透镜12用于非常严格地调节聚焦透镜11的圆形照射。以下述方式选定准直透镜12的焦距f’：所需的圆形直径dr来自轴椎体与准直透镜12的距离z1a，其等于f’。可通过距离z1b(准直透镜12到聚焦透镜11)来调节环的所需宽度br。作为纯几何学的问题，较小的圆形照射的宽度导致较短的聚焦线。在距离f’处可获得极小值。
因此，在图6中描述的光学组装件6基于图5A所示的光学组装件，因此下文只描述不同之处。准直透镜12在本文中也设计成平面-凸透镜(其弯曲部分朝向束方向)，将其额外地居中设置在一侧上的轴棱锥10(其顶点朝向束方向)和在另一侧上的平面-凸透镜11之间的束路径上。将准直透镜12与轴棱锥10的距离称作z1a,聚焦透镜11与准直透镜12的距离称作z1b,和将产生的聚焦线2b与聚焦透镜11的距离称作z2(总是沿束方向观察)。如图6所示,由轴棱锥10形成的圆形辐射SR在准直透镜12上发散地入射并具有圆直径dr,且可沿着距离Z1b将其调节到所要求的圆形宽度br，使得至少在聚焦透镜11处形成近似恒定的圆直径dr。在所示的情况中，假设产生非常短的聚焦线2b，从而因为透镜12的聚焦性质(在该实施例中，圆直径dr是22mm)，将透镜12处约4mm的圆宽度br降低到透镜11处的约0.5mm。
在所示实施例中，能获得小于0.5mm的聚焦线长度l，其使用2mm的典型激光束直径,聚焦透镜11的焦距f＝25mm,准直透镜的焦距f‘＝150mm,并且选定Z1a＝Z1b＝140mm和Z2＝15mm。
应指出，如图7A-7C所示，根据至少一些实施方式，这种皮秒激光器的典型操作形成脉冲720的“脉冲群”710(本文中有时也称作脉冲群)。每一个“脉冲群”710可包含具有非常短的持续时间(例如～10皮秒)的多个脉冲720(例如至少2脉冲,如图7A-7B所示的至少3脉冲,至少4脉冲,如图7C所示的至少5脉冲,至少10脉冲,至少15脉冲,至少20脉冲,或更多脉冲)。脉冲群之内的每一脉冲720在时间上以持续时间与相邻的脉冲分离，所述持续时间为约1纳秒-约50纳秒,例如约20纳秒(50MHz),且时间常常由激光腔体设计控制。每一“脉冲群”710之间的时间将长得多，对于约100kHz的激光脉冲群重复率，常常是约10微秒。即,脉冲群是脉冲“包(pocket)”,且脉冲群相互之间通过比每一脉冲群之内的单独的相邻脉冲之间更长的持续时间来分离。精确的时机、脉冲持续时间和脉冲群重复率可根据激光器设计而改变，但已显示具有高强度的较短脉冲(即，小于约15皮秒)特别良好地用于本技术的实施。
具体来说,在这些实施方式中，脉冲720通常具有最高达100皮秒的脉冲持续时间Td(例如,0.1皮秒,5皮秒,10皮秒,15皮秒,18皮秒,20皮秒,22皮秒,25皮秒,30皮秒,50皮秒,75皮秒,或在它们之间)。脉冲群之内每一单独脉冲500A的能量或强度可能不同于该脉冲群之内的其它脉冲的能量或强度,且脉冲群710之内多个脉冲的强度分布常常遵循随时间的指数衰减，其由激光设计控制。优选地,在本文所述的示例性实施方式中的脉冲群710之内的每一脉冲720在时间上与所述脉冲群中的后续脉冲相隔1纳秒-50纳秒的持续时间Tp(例如10-50纳秒,或10-30纳秒，且时间常常由激光腔设计来控制)。对于给定激光,脉冲群710之内相邻脉冲之间的时间间隔Tp(脉冲到脉冲间隔)是较均匀的(±10％)。例如，在一些实施方式中，脉冲群之内的每一脉冲在时间上与后续的脉冲相隔约20纳秒(50MHz)。例如,对于产生约20纳秒脉冲间隔Tp的激光,将脉冲群之内的脉冲到脉冲间隔Tp保持在约±10％之内,或是约±2纳秒。脉冲的每一“脉冲群”之间的时间(即,脉冲群之间的时间间隔Tb)将大得多(例如,0.25≤Tb≤1000微秒,例如1-10微秒,或3-8微秒)。在本文所述的激光的一些示例性实施方式中,对于具有约200kHz的脉冲群重复率或重复频率的激光，时间间隔Tb是约5微秒。激光脉冲群重复率定义为脉冲群中第一脉冲到后续的脉冲群中第一脉冲之间的时间。在一些实施方式中,脉冲群重复频率可为约1kHz-约4MHz。更优选地,激光脉冲群重复率可为例如约10kHz-650kHz。在每一脉冲群中的第一脉冲到后续脉冲群中第一脉冲之间的时间Tb可为0.25微秒(4MHz脉冲群重复率)-1000微秒(1kHz脉冲群重复率),例如0.5微秒(2MHz脉冲群重复率)-40微秒(25kHz脉冲群重复率),或2微秒(500kHz脉冲群重复率)-20微秒(50kHz脉冲群重复率)。确切的时机、脉冲持续时间和脉冲群重复率可根据激光设计而改变，但已显示具有高强度的较短脉冲(Td<20皮秒，优选地Td≤15皮秒)特别良好地凑效。
改变材料所要求的能量可通过脉冲群能量–在脉冲群之内包含的能量(每一脉冲群710包含一系列脉冲720)来描述,或通过在单一激光脉冲之内包含的能量(其中的许多可包含脉冲群)来描述。对于这些应用，能量/脉冲群可为25-750微焦耳,更优选地50-500微焦耳,或50-250微焦耳。在一些实施方式中，能量/脉冲群是100-250微焦耳。脉冲群之内的单个脉冲的能量更小，且确切的单个激光脉冲能量取决于脉冲群710之内的脉冲720的数目，以及激光脉冲随时间的衰减速率(例如，指数衰减速率)，如图7B和7C所示。例如,对于恒定能量/脉冲群,如果脉冲群包含10个单独激光脉冲720,那么每一单个激光脉冲720的能量将低于相同的脉冲群710只具有2个单个激光脉冲时的能量。
对于切割和改性透明材料例如玻璃而言，使用能产生这种脉冲群的激光器是优选的。与使用在时间上通过单脉冲激光重复率隔开的单脉冲相反,与使用单脉冲激光所能形成的相比，使用在脉冲群710之内的脉冲的快速序列上铺展激光能量的脉冲群脉冲序列使得实现在更长的时间尺度上与材料的高强度相互作用。虽然单一脉冲可在时间上扩展，但这样做时脉冲之内的强度必须下降，且下降倍数大致与脉冲宽度增加倍数相同。因此，如果将10皮秒单一脉冲扩展为10纳秒脉冲,强度将下降大约3个数量级。这种下降可将光学强度下降到其中非线性吸收不再显著的程度，且光-材料相互作用不再强烈到足以实现切割。相反，使用脉冲群激光时，在脉冲群710之内的每一脉冲720中的强度可仍然非常高-例如3个10皮秒脉冲720在时间上以约10纳秒隔开时仍然使得每一脉冲之内的强度约高于单一10皮秒脉冲的3倍，同时现在使得激光与材料相互作用的时间尺度比之前的高三个数量级。因此，在脉冲群之内的多个脉冲720的这种调节实现以下述方式操控激光-材料相互作用的时间尺度：所述方式可促进更多或更少的与预先存在的等离子体羽流(plume)的光相互作用，更多或更少的光-材料相互作用且材料的原子和分子已通过初始的或之前的激光脉冲进行预激发，以及材料之内可促进裂纹的受控生长的更多或更少的加热效应。改性材料所需的脉冲群能量的量取决于基材材料组成和用来与基材相互作用的线性聚焦的长度。相互作用区域越长，能量铺开的程度越大，且需要更高的脉冲群能量。确切的时机、脉冲持续时间和脉冲群重复率可根据激光设计而改变，但已显示具有高强度的较短脉冲(<15皮秒,或≤10皮秒)特别良好地适用于本技术。当激光脉冲的单一脉冲群撞击玻璃上基本上相同位置时，在材料中形成缺陷线或孔。即，单一脉冲群之内的多个激光脉冲对应于玻璃中的单一缺陷线或孔位置。当然，因为使玻璃进行平移(例如通过恒定移动台)或束相对于玻璃移动,所以脉冲群之内的单独脉冲不能精确地在玻璃上相同的空间位置处。但是，它们彼此肯定在1微米之内-即它们在基本上相同的位置撞击玻璃。例如，它们可在彼此相距间隔sp处撞击玻璃，其中0<sp≤500纳米。例如，当一个玻璃位置用20个脉冲的脉冲群撞击时，脉冲群之内的单独脉冲在彼此的250纳米之内撞击玻璃。因此，在一些实施方式中，1nm<sp<250nm。在一些实施方式中，1nm<sp<100nm。
所述激光束的波长小于或等于约850纳米，选定波长使得材料在该波长下是基本上透明的(即，吸收小于约10％/毫米材料深度，优选的小于约1％/毫米材料深度)，所述激光束在材料处测量的平均激光能量大于约50微焦耳/毫米材料的厚度,且脉冲持续时间是大于约1皮秒且小于约100皮秒，脉冲群重复率是约1kHz-约2MHz。所述方法包括随后将激光束聚焦线引导进入材料,所述激光束聚焦线在材料之内产生诱导吸收,所述诱导吸收在材料之内沿着激光束聚焦线形成缺陷线,且在材料之内产生最多达小于或等于100微米例如小于或等于约75微米和在一些实施方式中≤50微米、例如≤40微米深度的表面下损坏。
可通过使用共聚焦显微镜在切割表面上观察来测量表面下损坏的深度，显微镜的光学分辨率是几纳米。当探寻进入材料的裂纹时，忽略表面反射，裂纹显示为明亮的线。其随后步进进入材料直到不再存在“闪烁”，以常规间隔收集图象。然后，通过寻找裂纹并透过玻璃深度来追踪它们以获得表面下损坏的最大深度(通常以微米为单位进行测量)，来手动处理图象。通常存在成千上万的裂纹，因此通常只追踪最大的那些裂纹。通常在切割边缘的约5个位置上重复这个过程。使用这种方法时，检测不到直接垂直于玻璃边缘的任何裂纹。
在一些实施方式中，所述方法还包括相对于彼此平移材料和激光束，由此在材料之内钻出多个缺陷线，缺陷线隔开，从而将材料分离成至少两块。对于切割操作，激光启动通常与束下方的材料的平台驱动移动同步，所以激光脉冲群以固定间隔启动，例如每1微米或每5微米。在给定基材中的应力水平下，相邻穿孔或缺陷线之间的精确间隔由促进从穿孔(即，缺陷线)到穿孔的裂纹扩展的材料性质决定。但是，与切割基材不同，还可使用相同的方法来只对材料进行穿孔，例如用于形成用于从一个部分到另一个部分传导电信号的孔，由此形成称作插入层的组件。在插入层的情况下,缺陷线通常以比切割所需距离大得多的距离隔开–不是约10微米或更小的节距,而是缺陷线之间的间隔可为几百微米。缺陷线的精确位置无需具有规则的间隔–该位置只是由激发启动来灼烧的时间来决定，并可在部分之内的任意位置处。
本文所述的方法的实施方式可以0.25米/秒或更快的切割速度来切割玻璃。切割速度是激光束相对于透明材料(例如玻璃)的表面移动的速率，同时形成多个孔或改性的区域。较高切割速度例如400毫米/秒,500毫米/秒,750毫米/秒,1米/秒,1.2米/秒,1.5米/秒,或2米/秒,或甚至3米/秒-4米/秒常常是所需的，从而使得用于制造的资金投资最小化，且优化设备利用率。激光功率等于激光的脉冲群能量乘以脉冲群重复频率(重复率)。一般来说,为了以较高切割速度切割这种玻璃材料,损坏痕迹(track)通常相隔1-25微米,在一些实施方式中，间隔优选地大于或等于2微米，例如2-12微米,或例如3-10微米。
例如,为了获得300毫米/秒的线性切割速度,3微米孔节距对应于具有至少100kHz脉冲群重复率的脉冲群激光。对于600毫米/秒切割速度,3微米节距对应于具有至少200kHz脉冲群重复率的脉冲群-脉冲激光。在200kHz下产生至少40微焦耳/脉冲群并以600毫米/秒切割速度切割的脉冲群激光需要具有至少8瓦的激光功率。因此，更高的切割速度需要甚至更高的激光功率。
例如,在3微米节距和40微焦耳/脉冲群下的0.4米/秒的切割速度需要至少5W的递送的激光功率,在3微米节距和40微焦耳/脉冲群下的0.5米/秒的切割速度将需要至少6W的递送的激光功率。因此,优选地脉冲群皮秒激光的激光功率是6W或更高,更优选地至少8W或更高,和甚至更优选地至少10W或更高。例如,为了获得在4微米节距(缺陷线间隔，或损坏痕迹间隔之间)和100微焦耳/脉冲群下的0.4米/秒的切割速度需要至少10W激光,为了获得在4微米节距和100微焦耳/脉冲群下的0.5米/秒的切割速度将需要至少12W激光。例如，为了获得在3微米节距和40微焦耳/脉冲群下的1米/秒的切割速度将需要至少13W激光。还例如，在4微米节距和400微焦耳/脉冲群下的1米/秒的切割速度将需要至少100W激光。损坏痕迹之间的最佳节距和确切的脉冲群能量是取决于材料的，且可凭经验决定。但是，应指出升高激光脉冲能量或以更密的节距制备损坏痕迹并不是总能使基材材料更好地分离或具有改善的边缘质量的条件。损坏痕迹之间过密的节距(例如＜0.1微米,或在一些示例性实施方式中＜1微米,或在一些实施方式中＜2微米)有时可抑制附近的后续损坏痕迹的形成，且常常可抑制绕着穿孔轮廓的材料的分离，且可导致在玻璃之内的不想要的微观裂纹化增加。过长的节距(＞50微米，以及在一些玻璃中＞25微米或甚至＞20微米)可导致“不受控的微观裂纹化”-即，其中微观裂纹不是从孔到孔蔓延，而是微观裂纹沿着不同路径蔓延，且导致玻璃沿着不同的(不需要的)方向形成裂纹。这可最终降低分离的玻璃零件的强度，因为残留的微观裂纹用作弱化玻璃的缺陷。用于形成每一损坏痕迹的脉冲群能量过高(例如,＞2500微焦耳/脉冲群,和在一些实施方式中＞500微焦耳/脉冲群)可使已形成的相邻损坏痕迹的微观裂纹“愈合”或再次熔融，这可抑制玻璃的分离。因此，优选地脉冲群能量是＜2500微焦耳/脉冲群,例如,≤500微焦耳/脉冲群。此外，使用过高的脉冲群能量可导致形成极大的微观裂纹，并形成降低分离之后的部分的边缘强度的缺陷。过低的脉冲群能量(例如＜40微焦耳/脉冲群)可导致在玻璃之内没有可观的损坏痕迹形成，并因此需要非常高的分离强度或导致完全不能沿着穿孔的轮廓分离。
使用这种方法能获得的典型的示例性切割速率(速度)是例如0.250米/秒和更高。在一些实施方式中,切割速率是至少300毫米/秒。在本文所述的一些实施方式中,切割速率是至少400毫米/秒,例如,500毫米/秒-2000毫米/秒,或更高。在一些实施方式中，皮秒激光利用脉冲群来产生缺陷线，脉冲群的周期性是0.5微米-13微米，例如0.5和3微米。在一些实施方式中,脉冲激光的激光功率是10W-100W，材料和/或激光束以至少0.25米/秒的速率相对于彼此平移；例如以0.25米/秒-0.35米/秒,或0.4米/秒-5米/秒的速率。优选地，脉冲激光束的每一脉冲群在工件处测量的平均激光能量大于40微焦耳/脉冲群/毫米工件厚度。优选地，脉冲激光束的每一脉冲群在工件处测量的平均激光能量大于小于2500微焦耳/脉冲群/毫米工件厚度，优选地小于约2000微焦耳/脉冲群/毫米工件厚度，且在一些实施方式中，小于1500微焦耳/脉冲群/毫米工件厚度；例如，不大于500微焦耳/脉冲群/毫米工件厚度。
因此，优选地激光产生具有至少2个脉冲/脉冲群的脉冲群。例如,在一些实施方式中，脉冲激光的激光功率是10W-150W(例如,10W–100W)，并产生具有至少2脉冲/脉冲群(例如,2-25脉冲/脉冲群)的脉冲群。在一些实施方式中，脉冲激光的功率是25W-60W,并产生具有至少2-25脉冲/脉冲群的脉冲群,且用激光脉冲群产生的相邻缺陷线之间的距离或周期是2-10微米。在一些实施方式中,脉冲激光的激光功率是10W-100W,其产生具有至少2脉冲/脉冲群的脉冲群,且工件和激光束以至少0.25米/秒的速率相对于彼此平移。在一些实施方式中，工件和/或激光束以至少0.4米/秒的速率相对于彼此平移。
对于0.4米/秒-5米/秒的切割速度,激光功率应优选地是10W-150W,脉冲群能量是40-750微焦耳/脉冲群,2-25脉冲群/脉冲(取决于被切割的材料),孔间隔(节距)是3-15微米,或3-10微米。对于这些切割速度，使用皮秒脉冲群激光将是优选的，因为它们产生高功率和所需的脉冲数目/脉冲群。因此,根据一些示例性实施方式,脉冲激光产生10W–100W的功率,例如25W-60W,并产生至少2-25脉冲/脉冲群的脉冲群，且缺陷线之间的距离是2-15微米；以及激光束和/或工件相对于彼此以至少0.25米/秒,在一些实施方式中至少0.4米/秒,例如0.5米/秒-5米/秒,或更快的速率平移。
实施例
测试了康宁2320(离子交换的，也称作“完全Gorilla”(FG))玻璃样品的强度、表面下损坏和表面粗糙度，如图8所示。使用如上所述的532纳米方法切割的样品的边缘强度见图9。如下文的表1和2所示，使用532纳米方法切割的样品的平均表面粗糙度是约23微米，而使用2013年01月15日提交的美国专利申请号61/752,489所述的1064nm方法切割的样品的平均表面粗糙度是约74微米。
表1.RMS粗糙度和表面下损坏结果
表2.在不同脉冲群重复率和平台速度下的表面下损坏
图10包括几个切割表面的几种SEM显微图，其显示在20倍放大倍数下的激光共焦切割表面扫描。下文的表3显示使用Zygo光学表面轮廓仪测量的表面粗糙度测量随脉冲间隔的变化，其表明Ra和RMS表面粗糙度都似乎随着脉冲间隔而增加。Zygo公司，米德费耳德(Middlefield)，康涅狄格州。
表3.Zygo表面粗糙度随脉冲间隔的变化
Zygo代表性扫描参见图11A-11D。图12A-12C显示使用532nm过程(图12A和12C)切割的样品边缘的光学照片和使用1064nm过程切割的参比样品边缘的光学照片。图13A显示使用1064纳米过程制备的特征的更高放大倍数的光学照片，其中测定的孔的直径是347nm，与之相比，使用532纳米方法(图13B)制备的孔的直径是190nm。
下文的表4比较了使用1064nm过程切割的样品和使用如上所述的532纳米切割的样品之间的RMS表面粗糙度和表面下损坏(SSD)。
表4.1064nm与532nm直接比较
注解：
1)0.55mm 2320FG玻璃
2)0.40mm 2320FG玻璃(2μm间隔切割-强度样品)
图14A和14B比较了使用1064nm方法(图14A)和532纳米过程(图14B)切割的样品的边缘强度，其表明用两种方法生产的样品的边缘强度是比较相似的。
本文引用的所有专利、专利申请公开和参考文献的相关教导都通过引用全文纳入本文。
虽然本文描述了示例性实施方式，但本领域普通技术人员应理解在不偏离所附权利要求所包含的范围的情况下，可改变其中的各种形式和细节。

Claims (44)

1.一种对材料进行激光钻孔的方法，该方法包括：
将脉冲激光束聚焦成沿着束传播方向取向的激光束聚焦线，所述激光束的波长小于或等于约850纳米；和
将所述激光束聚焦线引导进入材料,所述激光束聚焦线在材料之内产生诱导吸收,所述诱导吸收在材料之内沿着激光束聚焦线形成缺陷线，所述缺陷线的直径小于或等于约300纳米。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束的波长小于或等于约775nm。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述激光束的波长小于或等于约600nm。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述激光束的波长小于或等于约532nm。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光产生具有至少2脉冲/脉冲群的脉冲群。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光的激光功率是10W-150W，并产生具有至少2脉冲/脉冲群的脉冲群。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光的激光功率是10W-100W，并产生具有至少2-25脉冲/脉冲群的脉冲群。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光的激光功率是25W-60W，并产生具有至少2-25脉冲/脉冲群的脉冲群，且所述缺陷线之间的距离是0.5-10微米。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，脉冲激光的激光功率是10W-100W，且工件或激光束相对于彼此以至少0.25米/秒的速率平移。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，(i)脉冲激光的激光功率是10W-100W；和(ii)工件或激光束相对于彼此以至少0.4米/秒的速率平移。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述诱导吸收在材料之内产生最高达小于或等于约75微米深度的表面下损坏。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述诱导吸收在材料之内产生最高达小于或等于约40微米深度的表面下损坏。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述诱导吸收产生小于或等于约0.5微米的Ra表面粗糙度。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使得材料和激光束相对于彼此平移，由此在材料之内钻出多个缺陷线，缺陷线隔开，从而将材料分离成至少两块。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲持续时间是大于约1皮秒且小于约100皮秒。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述脉冲持续时间是大于约5皮秒-小于约20皮秒。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲群重复率是约1kHz-2MHz。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述脉冲群重复率是约10kHz-650kHz。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在材料处测量的脉冲激光束的平均激光功率大于40微焦耳/毫米材料厚度。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光构造成发射脉冲，所述脉冲以相隔持续时间的至少两个脉冲的脉冲群的形式来产生，所述持续时间是约1纳秒-约50纳秒,以及脉冲群重复频率是约1kHz-约2MHz。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述脉冲相隔约20纳秒的持续时间。
22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，激光束聚焦线的长度是约0.1mm-约100mm。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，激光束聚焦线的长度是约0.1mm-约8mm。
24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束聚焦线的平均光斑直径是约0.1微米-约5微米。
25.一种用于对材料进行激光钻孔的系统,所述系统包含:
脉冲激光器，其构造成产生波长小于或等于约850nm的脉冲激光束；和
设置在激光的束路径中的光学组装件，其构造成在所述光学组装件的束出射侧上将激光束转换成沿着束传播方向取向的激光束聚焦线,所述光学组装件包含具有球面像差的聚焦光学元件，其构造成产生激光束聚焦线，所述激光束聚焦线适于在材料之内产生诱导吸收,所述诱导吸收在材料之内沿着激光束聚焦线产生直径小于或等于约300nm的缺陷线。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述激光束的波长小于或等于约775nm。
27.如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述激光束的波长小于或等于约600nm。
28.如权利要求27所述的系统，其特征在于，所述激光束的波长小于或等于约532nm。
29.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述诱导吸收在材料之内产生最高达小于或等于约75微米的表面下损坏。
30.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述诱导吸收产生小于或等于约0.5微米的Ra表面粗糙度。
31.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述光学组装件包含环形光圈，所述环形光圈设置在激光的束路径中且在聚焦光学元件之前，所述环形光圈构造成阻挡激光束中心的一个或多个射线，从而只有在中心以外的边际射线在聚焦光学元件上入射，并由此对于脉冲激光束的每一脉冲只产生沿着束方向观察的单一激光束聚焦线。
32.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述聚焦光学元件是球形切割的凸透镜。
33.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述聚焦光学元件是具有非球形自由表面的锥形棱柱。
34.如权利要求33所述的系统，其特征在于，所述锥形棱柱是轴棱锥。
35.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述光学组装件还包含散焦光学元件,设置和对齐所述光学元件，从而在散焦光学元件的束出射侧上于与散焦光学元件相距一定距离处产生激光束聚焦线。
36.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述光学组装件还包含第二聚焦光学元件,设置和对齐这两个聚焦光学元件，从而在第二聚焦光学元件的束出射侧上于与第二聚焦光学元件相距一定距离处产生激光束聚焦线。
37.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述脉冲激光构造成发射脉冲，所述脉冲以相隔持续时间的至少两个脉冲的脉冲群的形式来产生，所述持续时间是约1纳秒-约50纳秒,以及脉冲群重复率是约1kHz-约2MHz。
38.如权利要求37所述的系统，其特征在于，所述脉冲相隔约20纳秒的持续时间。
39.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述激光束聚焦线的长度是0.1mm-100mm。
40.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述激光束聚焦线的平均光斑直径是0.1微米-5微米。
41.一种对材料进行激光钻孔的方法，该方法包括：
将脉冲激光束聚焦成沿着束传播方向取向的激光束聚焦线，所述激光束的波长小于850纳米；和
将所述激光束聚焦线引导进入材料,所述激光束聚焦线在材料之内产生诱导吸收,所述诱导吸收在材料之内沿着激光束聚焦线形成缺陷线，所述缺陷线的内部直径小于约0.5纳米。
42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，产生缺陷线包含产生内部直径小于0.4微米的缺陷线。
43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，产生缺陷线包含产生内部直径小于0.3微米的缺陷线。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，产生缺陷线包含产生内部直径小于0.2微米的缺陷线。
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WO (1) WO2015095014A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110039205A (zh) * 2019-04-30 2019-07-23 大族激光科技产业集团股份有限公司 Led晶圆片的加工方法
CN110316950A (zh) * 2018-03-31 2019-10-11 财团法人工业技术研究院 硬脆材料切割方法及其装置
CN111085786A (zh) * 2018-10-18 2020-05-01 先进科技新加坡有限公司 使用激光脉冲进行的材料切割
TWI801405B (zh) * 2017-08-11 2023-05-11 美商康寧公司 用於同步多雷射處理透明工件的設備及方法

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014079478A1 (en) 2012-11-20 2014-05-30 Light In Light Srl High speed laser processing of transparent materials
EP2754524B1 (de) * 2013-01-15 2015-11-25 Corning Laser Technologies GmbH Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen Substraten, d.h. Wafer oder Glaselement, unter Verwendung einer Laserstrahlbrennlinie
EP2781296B1 (de) 2013-03-21 2020-10-21 Corning Laser Technologies GmbH Vorrichtung und verfahren zum ausschneiden von konturen aus flächigen substraten mittels laser
US20150059411A1 (en) * 2013-08-29 2015-03-05 Corning Incorporated Method of separating a glass sheet from a carrier
US9676167B2 (en) 2013-12-17 2017-06-13 Corning Incorporated Laser processing of sapphire substrate and related applications
US9517963B2 (en) 2013-12-17 2016-12-13 Corning Incorporated Method for rapid laser drilling of holes in glass and products made therefrom
US20150166393A1 (en) * 2013-12-17 2015-06-18 Corning Incorporated Laser cutting of ion-exchangeable glass substrates
US9701563B2 (en) 2013-12-17 2017-07-11 Corning Incorporated Laser cut composite glass article and method of cutting
US10442719B2 (en) 2013-12-17 2019-10-15 Corning Incorporated Edge chamfering methods
US9850160B2 (en) 2013-12-17 2017-12-26 Corning Incorporated Laser cutting of display glass compositions
US20150165560A1 (en) 2013-12-17 2015-06-18 Corning Incorporated Laser processing of slots and holes
US9815730B2 (en) 2013-12-17 2017-11-14 Corning Incorporated Processing 3D shaped transparent brittle substrate
US11556039B2 (en) 2013-12-17 2023-01-17 Corning Incorporated Electrochromic coated glass articles and methods for laser processing the same
US9815144B2 (en) 2014-07-08 2017-11-14 Corning Incorporated Methods and apparatuses for laser processing materials
CN107073642B (zh) * 2014-07-14 2020-07-28 康宁股份有限公司 使用长度和直径可调的激光束焦线来加工透明材料的系统和方法
US10611667B2 (en) 2014-07-14 2020-04-07 Corning Incorporated Method and system for forming perforations
CN107073641B (zh) 2014-07-14 2020-11-10 康宁股份有限公司 接口块；用于使用这种接口块切割在波长范围内透明的衬底的系统和方法
EP3536440A1 (en) 2014-07-14 2019-09-11 Corning Incorporated Glass article with a defect pattern
US10047001B2 (en) 2014-12-04 2018-08-14 Corning Incorporated Glass cutting systems and methods using non-diffracting laser beams
EP3245166B1 (en) 2015-01-12 2020-05-27 Corning Incorporated Laser cutting of thermally tempered substrates using the multi photon absorption method
WO2016138054A1 (en) 2015-02-27 2016-09-01 Corning Incorporated Optical assembly having microlouvers
HUE055461T2 (hu) 2015-03-24 2021-11-29 Corning Inc Kijelzõ üveg kompozíciók lézeres vágása és feldolgozása
CN107666983B (zh) 2015-03-27 2020-10-02 康宁股份有限公司 可透气窗及其制造方法
WO2016183148A1 (en) 2015-05-13 2016-11-17 Corning Incorporated Light guides with reduced hot spots and methods for making the same
WO2017011296A1 (en) * 2015-07-10 2017-01-19 Corning Incorporated Methods of continuous fabrication of holes in flexible substrate sheets and products relating to the same
DE102015111490A1 (de) * 2015-07-15 2017-01-19 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum lasergestützten Abtrennen eines Teilstücks von einem flächigen Glaselement
EP3338520A1 (en) * 2015-08-21 2018-06-27 Corning Incorporated Glass substrate assemblies having low dielectric properties
US10442720B2 (en) * 2015-10-01 2019-10-15 AGC Inc. Method of forming hole in glass substrate by using pulsed laser, and method of producing glass substrate provided with hole
SG11201809797PA (en) 2016-05-06 2018-12-28 Corning Inc Laser cutting and removal of contoured shapes from transparent substrates
US10410883B2 (en) 2016-06-01 2019-09-10 Corning Incorporated Articles and methods of forming vias in substrates
US10794679B2 (en) 2016-06-29 2020-10-06 Corning Incorporated Method and system for measuring geometric parameters of through holes
WO2018022476A1 (en) 2016-07-29 2018-02-01 Corning Incorporated Apparatuses and methods for laser processing
US10522963B2 (en) 2016-08-30 2019-12-31 Corning Incorporated Laser cutting of materials with intensity mapping optical system
KR102078294B1 (ko) 2016-09-30 2020-02-17 코닝 인코포레이티드 비-축대칭 빔 스폿을 이용하여 투명 워크피스를 레이저 가공하기 위한 기기 및 방법
KR102428350B1 (ko) * 2016-10-24 2022-08-02 코닝 인코포레이티드 시트형 유리 기판의 레이저 기반 기계 가공을 위한 기판 프로세싱 스테이션
US10752534B2 (en) 2016-11-01 2020-08-25 Corning Incorporated Apparatuses and methods for laser processing laminate workpiece stacks
US10688599B2 (en) 2017-02-09 2020-06-23 Corning Incorporated Apparatus and methods for laser processing transparent workpieces using phase shifted focal lines
WO2018189296A1 (en) 2017-04-12 2018-10-18 Saint-Gobain Glass France Electrochromic structure and method of separating electrochromic structure
DE102017208290A1 (de) * 2017-05-17 2018-11-22 Schott Ag Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks entlang einer vorbestimmten Bearbeitungslinie
US11078112B2 (en) 2017-05-25 2021-08-03 Corning Incorporated Silica-containing substrates with vias having an axially variable sidewall taper and methods for forming the same
US10580725B2 (en) 2017-05-25 2020-03-03 Corning Incorporated Articles having vias with geometry attributes and methods for fabricating the same
US10626040B2 (en) 2017-06-15 2020-04-21 Corning Incorporated Articles capable of individual singulation
US10947148B2 (en) 2017-08-07 2021-03-16 Seagate Technology Llc Laser beam cutting/shaping a glass substrate
US10689286B2 (en) 2017-10-13 2020-06-23 Seagate Technology Llc Separation of glass shapes using engineered induced thermal gradients after process cutting
US11554984B2 (en) 2018-02-22 2023-01-17 Corning Incorporated Alkali-free borosilicate glasses with low post-HF etch roughness
EP3770698A1 (fr) 2019-07-26 2021-01-27 Comadur S.A. Pierre minérale de type monocristalline munie d'un cone de recentrage d'un pivot, et son procédé de fabrication
RU2720791C1 (ru) * 2019-09-06 2020-05-13 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") Способ лазерной обработки прозрачного хрупкого материала и устройство его реализующее
CN110711937B (zh) * 2019-11-14 2022-01-04 安徽同兴科技发展有限责任公司 一种切割机激光对焦的参数确定方法
CN114178710A (zh) * 2020-08-24 2022-03-15 奥特斯(中国)有限公司 部件承载件及其制造方法
CN112372151A (zh) * 2020-10-29 2021-02-19 大昶(重庆)电子科技有限公司 一种玻璃用镭切设备及其生产工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1573364A (zh) * 2003-05-22 2005-02-02 液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司 用于激光切割的聚焦光学元件
CN101965242A (zh) * 2008-03-07 2011-02-02 Imra美国公司 利用超短脉冲激光的透明材料加工
US20120145331A1 (en) * 2009-08-28 2012-06-14 Kior, Inc, Methods for laser cutting articles from ion exchanged glass substrates
CN103079747A (zh) * 2010-07-12 2013-05-01 费拉瑟美国有限公司 由激光成丝作用进行材料处理的方法
WO2013184740A1 (en) * 2012-06-05 2013-12-12 Corning Incorporated Methods of cutting glass using a laser

Family Cites Families (86)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1790397A (en) 1931-01-27 Glass workins machine
US3647410A (en) 1969-09-09 1972-03-07 Owens Illinois Inc Glass ribbon machine blow head mechanism
US3775084A (en) 1970-01-02 1973-11-27 Owens Illinois Inc Pressurizer apparatus for glass ribbon machine
US4646308A (en) 1985-09-30 1987-02-24 Spectra-Physics, Inc. Synchronously pumped dye laser using ultrashort pump pulses
US4918751A (en) 1987-10-05 1990-04-17 The University Of Rochester Method for optical pulse transmission through optical fibers which increases the pulse power handling capacity of the fibers
US4764930A (en) 1988-01-27 1988-08-16 Intelligent Surgical Lasers Multiwavelength laser source
US4907586A (en) 1988-03-31 1990-03-13 Intelligent Surgical Lasers Method for reshaping the eye
US5040182A (en) 1990-04-24 1991-08-13 Coherent, Inc. Mode-locked laser
JPH07503382A (ja) 1991-11-06 1995-04-13 ライ，シュイ，ティー． 角膜手術装置及び方法
US5265107A (en) 1992-02-05 1993-11-23 Bell Communications Research, Inc. Broadband absorber having multiple quantum wells of different thicknesses
CA2112843A1 (en) 1993-02-04 1994-08-05 Richard C. Ujazdowski Variable repetition rate picosecond laser
JPH06318756A (ja) 1993-05-06 1994-11-15 Toshiba Corp レ−ザ装置
US5637244A (en) * 1993-05-13 1997-06-10 Podarok International, Inc. Method and apparatus for creating an image by a pulsed laser beam inside a transparent material
US6489589B1 (en) 1994-02-07 2002-12-03 Board Of Regents, University Of Nebraska-Lincoln Femtosecond laser utilization methods and apparatus and method for producing nanoparticles
US5436925A (en) 1994-03-01 1995-07-25 Hewlett-Packard Company Colliding pulse mode-locked fiber ring laser using a semiconductor saturable absorber
US5400350A (en) 1994-03-31 1995-03-21 Imra America, Inc. Method and apparatus for generating high energy ultrashort pulses
US5778016A (en) 1994-04-01 1998-07-07 Imra America, Inc. Scanning temporal ultrafast delay methods and apparatuses therefor
JP2526806B2 (ja) 1994-04-26 1996-08-21 日本電気株式会社 半導体レ―ザおよびその動作方法
WO1995031023A1 (en) 1994-05-09 1995-11-16 Massachusetts Institute Of Technology Dispersion-compensated laser using prismatic end elements
US6016324A (en) 1994-08-24 2000-01-18 Jmar Research, Inc. Short pulse laser system
US5776220A (en) 1994-09-19 1998-07-07 Corning Incorporated Method and apparatus for breaking brittle materials
US5696782A (en) 1995-05-19 1997-12-09 Imra America, Inc. High power fiber chirped pulse amplification systems based on cladding pumped rare-earth doped fibers
JPH09207343A (ja) * 1995-11-29 1997-08-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工方法
US5736709A (en) 1996-08-12 1998-04-07 Armco Inc. Descaling metal with a laser having a very short pulse width and high average power
US7353829B1 (en) 1996-10-30 2008-04-08 Provectus Devicetech, Inc. Methods and apparatus for multi-photon photo-activation of therapeutic agents
US6156030A (en) 1997-06-04 2000-12-05 Y-Beam Technologies, Inc. Method and apparatus for high precision variable rate material removal and modification
BE1011208A4 (fr) 1997-06-11 1999-06-01 Cuvelier Georges Procede de decalottage de pieces en verre.
DE19728766C1 (de) 1997-07-07 1998-12-17 Schott Rohrglas Gmbh Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung einer Sollbruchstelle bei einem Glaskörper
US6078599A (en) 1997-07-22 2000-06-20 Cymer, Inc. Wavelength shift correction technique for a laser
DE19750320C1 (de) 1997-11-13 1999-04-01 Max Planck Gesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Lichtpulsverstärkung
GB2335603B (en) 1997-12-05 2002-12-04 Thermolase Corp Skin enhancement using laser light
US6501578B1 (en) 1997-12-19 2002-12-31 Electric Power Research Institute, Inc. Apparatus and method for line of sight laser communications
JPH11197498A (ja) 1998-01-13 1999-07-27 Japan Science & Technology Corp 無機材料内部の選択的改質方法及び内部が選択的に改質された無機材料
US6272156B1 (en) 1998-01-28 2001-08-07 Coherent, Inc. Apparatus for ultrashort pulse transportation and delivery
JPH11269683A (ja) 1998-03-18 1999-10-05 Armco Inc 金属表面から酸化物を除去する方法及び装置
US6160835A (en) 1998-03-20 2000-12-12 Rocky Mountain Instrument Co. Hand-held marker with dual output laser
US6256328B1 (en) 1998-05-15 2001-07-03 University Of Central Florida Multiwavelength modelocked semiconductor diode laser
JPH11347758A (ja) 1998-06-10 1999-12-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 超精密加工装置
JP4396953B2 (ja) 1998-08-26 2010-01-13 三星電子株式会社 レーザ切断装置および切断方法
EA199900040A1 (ru) * 1998-10-13 1999-10-28 Ооо "Лазтекс" Способ резки пластин хрупких материалов
US7649153B2 (en) * 1998-12-11 2010-01-19 International Business Machines Corporation Method for minimizing sample damage during the ablation of material using a focused ultrashort pulsed laser beam
US6445491B2 (en) 1999-01-29 2002-09-03 Irma America, Inc. Method and apparatus for optical sectioning and imaging using time-gated parametric image amplification
US6381391B1 (en) 1999-02-19 2002-04-30 The Regents Of The University Of Michigan Method and system for generating a broadband spectral continuum and continuous wave-generating system utilizing same
US6484052B1 (en) 1999-03-30 2002-11-19 The Regents Of The University Of California Optically generated ultrasound for enhanced drug delivery
US6373565B1 (en) 1999-05-27 2002-04-16 Spectra Physics Lasers, Inc. Method and apparatus to detect a flaw in a surface of an article
US6449301B1 (en) 1999-06-22 2002-09-10 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for mode locking of external cavity semiconductor lasers with saturable Bragg reflectors
US6573026B1 (en) 1999-07-29 2003-06-03 Corning Incorporated Femtosecond laser writing of glass, including borosilicate, sulfide, and lead glasses
US6339208B1 (en) 2000-01-19 2002-01-15 General Electric Company Method of forming cooling holes
US6552301B2 (en) 2000-01-25 2003-04-22 Peter R. Herman Burst-ultrafast laser machining method
JP4659300B2 (ja) 2000-09-13 2011-03-30 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法及び半導体チップの製造方法
KR100673073B1 (ko) 2000-10-21 2007-01-22 삼성전자주식회사 레이저 빔을 이용한 비금속 기판의 절단 방법 및 장치
SG108262A1 (en) 2001-07-06 2005-01-28 Inst Data Storage Method and apparatus for cutting a multi-layer substrate by dual laser irradiation
US6552298B1 (en) * 2001-09-28 2003-04-22 Corning Incorporated Apparatus and method for making a lens on the end of an optical waveguide fiber
JP2005138143A (ja) 2003-11-06 2005-06-02 Disco Abrasive Syst Ltd レーザ光線を利用する加工装置
JP4418282B2 (ja) 2004-03-31 2010-02-17 株式会社レーザーシステム レーザ加工方法
US7804043B2 (en) 2004-06-15 2010-09-28 Laserfacturing Inc. Method and apparatus for dicing of thin and ultra thin semiconductor wafer using ultrafast pulse laser
JP4692717B2 (ja) 2004-11-02 2011-06-01 澁谷工業株式会社 脆性材料の割断装置
JP4222296B2 (ja) 2004-11-22 2009-02-12 住友電気工業株式会社 レーザ加工方法とレーザ加工装置
JP4490883B2 (ja) 2005-07-19 2010-06-30 株式会社レーザーシステム レーザ加工装置およびレーザ加工方法
RU2288196C1 (ru) * 2005-08-26 2006-11-27 Борис Григорьевич Бердитчевский Способ создания цветных изображений в прозрачных стеклах
US7626138B2 (en) 2005-09-08 2009-12-01 Imra America, Inc. Transparent material processing with an ultrashort pulse laser
ES2428826T3 (es) 2006-07-03 2013-11-11 Hamamatsu Photonics K.K. Procedimiento de procesamiento por láser y chip
US8168514B2 (en) 2006-08-24 2012-05-01 Corning Incorporated Laser separation of thin laminated glass substrates for flexible display applications
DE102007024700A1 (de) * 2007-05-25 2008-12-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserstrahlung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JP5345334B2 (ja) 2008-04-08 2013-11-20 株式会社レミ 脆性材料の熱応力割断方法
JP5071868B2 (ja) * 2008-08-11 2012-11-14 オムロン株式会社 レーザ加工方法、レーザ加工装置、光学素子の製造方法、および光学素子
US20100252959A1 (en) 2009-03-27 2010-10-07 Electro Scientific Industries, Inc. Method for improved brittle materials processing
KR101561729B1 (ko) 2009-05-06 2015-10-19 코닝 인코포레이티드 유리 기판의 캐리어
US20120234807A1 (en) 2009-12-07 2012-09-20 J.P. Sercel Associates Inc. Laser scribing with extended depth affectation into a workplace
WO2012070490A1 (ja) * 2010-11-24 2012-05-31 株式会社フジクラ 微細孔の製造方法および微細孔を有する基体
RU2459691C2 (ru) * 2010-11-29 2012-08-27 Юрий Георгиевич Шретер Способ отделения поверхностного слоя полупроводникового кристалла (варианты)
US8539794B2 (en) 2011-02-01 2013-09-24 Corning Incorporated Strengthened glass substrate sheets and methods for fabricating glass panels from glass substrate sheets
US8933367B2 (en) 2011-02-09 2015-01-13 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Laser processing method
CN103380482B (zh) 2011-02-10 2016-05-25 信越聚合物株式会社 单结晶基板制造方法及内部改质层形成单结晶部件
DE102011000768B4 (de) 2011-02-16 2016-08-18 Ewag Ag Laserbearbeitungsverfahren und Laserbearbeitungsvorrichtung mit umschaltbarer Laseranordnung
KR101120471B1 (ko) 2011-08-05 2012-03-05 (주)지엘코어 다중 초점 방식의 펄스 레이저를 이용한 취성 재료 절단 장치
US10239160B2 (en) 2011-09-21 2019-03-26 Coherent, Inc. Systems and processes that singulate materials
TW201343296A (zh) 2012-03-16 2013-11-01 Ipg Microsystems Llc 使一工件中具有延伸深度虛飾之雷射切割系統及方法
FR2989294B1 (fr) 2012-04-13 2022-10-14 Centre Nat Rech Scient Dispositif et methode de nano-usinage par laser
CN102672355B (zh) 2012-05-18 2015-05-13 杭州士兰明芯科技有限公司 Led衬底的划片方法
WO2014079478A1 (en) 2012-11-20 2014-05-30 Light In Light Srl High speed laser processing of transparent materials
EP2754524B1 (de) 2013-01-15 2015-11-25 Corning Laser Technologies GmbH Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen Substraten, d.h. Wafer oder Glaselement, unter Verwendung einer Laserstrahlbrennlinie
US9102007B2 (en) * 2013-08-02 2015-08-11 Rofin-Sinar Technologies Inc. Method and apparatus for performing laser filamentation within transparent materials
US9517929B2 (en) * 2013-11-19 2016-12-13 Rofin-Sinar Technologies Inc. Method of fabricating electromechanical microchips with a burst ultrafast laser pulses
US10005152B2 (en) * 2013-11-19 2018-06-26 Rofin-Sinar Technologies Llc Method and apparatus for spiral cutting a glass tube using filamentation by burst ultrafast laser pulses
DE102013223637B4 (de) * 2013-11-20 2018-02-01 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Behandeln eines lasertransparenten Substrats zum anschließenden Trennen des Substrats

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1573364A (zh) * 2003-05-22 2005-02-02 液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司 用于激光切割的聚焦光学元件
CN101965242A (zh) * 2008-03-07 2011-02-02 Imra美国公司 利用超短脉冲激光的透明材料加工
US20120145331A1 (en) * 2009-08-28 2012-06-14 Kior, Inc, Methods for laser cutting articles from ion exchanged glass substrates
CN103079747A (zh) * 2010-07-12 2013-05-01 费拉瑟美国有限公司 由激光成丝作用进行材料处理的方法
WO2013184740A1 (en) * 2012-06-05 2013-12-12 Corning Incorporated Methods of cutting glass using a laser

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI801405B (zh) * 2017-08-11 2023-05-11 美商康寧公司 用於同步多雷射處理透明工件的設備及方法
CN110316950A (zh) * 2018-03-31 2019-10-11 财团法人工业技术研究院 硬脆材料切割方法及其装置
CN111085786A (zh) * 2018-10-18 2020-05-01 先进科技新加坡有限公司 使用激光脉冲进行的材料切割
CN110039205A (zh) * 2019-04-30 2019-07-23 大族激光科技产业集团股份有限公司 Led晶圆片的加工方法
CN110039205B (zh) * 2019-04-30 2021-07-20 大族激光科技产业集团股份有限公司 Led晶圆片的加工方法

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