CN109843499A - 在玻璃基材中形成孔和狭缝 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在离子交换玻璃基材中切割和分离内轮廓的方法。所述方法涉及将第一脉冲激光束聚焦成激光束焦线；在沿着限定内部玻璃构件的封闭内轮廓(24)的多个位置处，将激光束焦线引导到离子交换玻璃基材中，所述激光束焦线在离子交换玻璃基材中产生诱导吸收，以使激光束焦线产生缺陷线，该缺陷线在所述多个位置中的每个位置处延伸通过离子交换玻璃基材的厚度；以及将另一个聚焦的激光束引导到内部玻璃构件的至少一部分(26)中，并且至少烧蚀该内部玻璃构件的所述至少一部分。

Description

在玻璃基材中形成孔和狭缝
本申请根据35 U.S.C.§119要求于2016年10月13日提交的系列号为62/407,900的美国临时申请的优先权权益，本申请以该申请的内容为基础，并且通过引用的方式全文纳入本文。
背景技术
在透明材料(例如玻璃)的薄基材中切割孔和狭缝可通过聚焦的激光束来完成，所述聚焦的激光束用于沿着孔或狭缝的轮廓烧蚀材料，其中，利用多次通过来逐层移除材料直到内部塞物不再附接于外部基材构件。
与此类工艺相关的问题在于：它们产生了大量的烧蚀碎屑，这些烧蚀碎屑会污染部件的表面，沿着轮廓边缘具有许多亚表面损伤(>100μm)。
因此，需要用于切割孔和狭缝的改进方法。
发明内容
本文所述的实施方式涉及用于在透明材料(尤其是玻璃)的薄基材中切割和分离内轮廓的方法。
在一个实施方式中，一种形成玻璃制品的方法包括：
I.将第一脉冲激光束聚焦成激光束焦线；
II.在沿着限定内部玻璃构件的封闭内轮廓的多个位置处，将激光束焦
线引导到离子交换玻璃基材中，所述激光束焦线在离子交换玻璃基材中产生
诱导吸收，以使激光束焦线产生缺陷线，该缺陷线在所述多个位置中的每个
位置处延伸通过离子交换玻璃基材的厚度；
III.将另一个聚焦的激光束引导到内部玻璃构件的至少一部分中，并且至
少烧蚀该内部玻璃构件的所述至少一部分。
根据一些实施方式，所述离子交换玻璃基材是化学强化玻璃基材。根据一些实施方式，所述离子交换玻璃基材至少部分位于显示器玻璃上方。根据一些实施方式，所述焦线不在显示器玻璃中产生诱导吸收。根据一些实施方式，所述离子交换玻璃基材至少部分位于显示器玻璃上方，并且至少部分位于至少一个电子部件上方，所述方法还包括以下步骤：在不损坏盖板玻璃或电子部件的情况下，从离子交换玻璃基材移除内部玻璃构件。
在至少一些实施方式中，离子交换玻璃基材是安装在消费电子装置中的盖板玻璃。在一些实施方式中，离子交换玻璃基材位于消费电子装置的电子部件上方。在一些实施方式中，离子交换玻璃基材位于消费电子装置的电子部件上方，第一脉冲激光束的波长对离子交换玻璃基材是透明的，但是对电子部件是不透明的。离子交换玻璃基材位于消费电子装置的电子部件上方，第一脉冲激光束的波长对离子交换玻璃基材是透明的，但是对电子部件是不透明的。在一些实施方式中，消费电子装置为显示装置或者包含显示装置。在一些实施方式中，离子交换玻璃基材位于显示装置的电子部件上方。在一些实施方式中，离子交换玻璃基材位于显示装置的电子部件上方，第一脉冲激光束的波长对离子交换玻璃基材是透明的，但对电子部件是不透明的。离子交换玻璃基材位于显示装置的电子部件上方，第一脉冲激光束的波长对离子交换玻璃基材是透明的，但对电子部件是不透明的。
附图说明
本专利或申请文件包含至少一幅彩色附图。具有彩色附图的本专利或专利申请公开的副本将在请求并支付所需费用之后由政府机关提供。
本发明的下述示例性实施方式的更为具体的描述将使前述内容更加清楚，在所示附图中，对于所有不同视图，同样的附图标记表示相同的部件。附图不一定是成比例的，而是将重点放在说明本发明的实施方式上。
图1是从用于一种示例性消费装置的起始玻璃片中切割下的各示例性部分的示意图。示例性部分可以同时具有外轮廓和内轮廓。外轮廓可以通过增加额外的切部或“释放线”而易于从起始(母)片材释放。
图2A和2B是对激光束焦线进行定位的示意图，即，由于沿着焦线的诱导吸收而加工对激光波长透明的材料。
图3A是用于激光钻取的光学组件的示意图。
图3B-1至3B-4是通过使激光束焦线相对于基材进行不同定位来加工基材的各种可能性的示意图。
图4是用于激光钻取的第二种光学组件的示意图。
图5A和5B是用于激光钻取的第三种光学组件的示意图。
图6是用于激光钻取的第四种光学组件的示意图。
图7A-7C是用于对材料进行激光加工的不同方案的示意图。图7A例示了未聚焦的激光束，图7B例示了利用球面透镜的聚光激光束，图7C例示了利用轴棱锥或衍射菲涅耳透镜的聚光激光束。
图8A示意性例示了示例性脉冲串中的激光脉冲的相对强度对比时间的关系，其中每个示例性脉冲串具有3个脉冲。
图8B示意性例示了示例性脉冲串中的激光脉冲的相对强度对比时间的关系，其中每个示例性脉冲串含有5个脉冲。
图8C是不同的激光步程(step)和路径的描述，追迹这些激光步程和路径以限定内轮廓并移除该轮廓内的材料。
图9是用于移除轮廓内的材料的CO2激光步程的描述。
图10是孔形成的一个实例(显微图像)。
图11A-11C是经改变的玻璃的裂线(或穿孔线)的示意图，所述裂线具有间距相等的缺陷线或损伤轨迹。
具体实施方式
以下描述示例性实施方式。
本文公开了用于在透明材料(尤其是玻璃)的薄基材中切割和分离内轮廓的方法。所述玻璃例如可以是安装在消费电子装置中的离子交换玻璃片。这种消费电子装置的一个实例是手机(例如“智能”手机)或平板电脑。所述方法涉及利用超短脉冲激光在基材中形成穿孔或孔。下文所述的激光方法在单次通过中产生了各种玻璃的完整切割件，具有低的亚表面损伤(<75um)以及优异的表面粗糙度(Ra<0.5um)。亚表面损伤(SSD)定义为垂直于玻璃构件切割边缘的裂纹或“裂缝”的范围。这些裂纹延伸到玻璃构件中的距离大小可决定用于改进玻璃边缘强度的研磨和抛光操作可能需要移除的材料的量。SSD可以通过下述测量：使用共聚焦显微镜观察从裂纹散射的光，并且确定在给定的切割边缘内，裂纹延伸到玻璃主体中的最大距离。
一个实施方式涉及一种利用一种分离工艺在材料(例如玻璃)中切割和分离内轮廓的方法，所述分离工艺显露出由上述穿孔工艺产生的高品质边缘，并且该分离工艺不损坏所述高品质边缘。当从基材切割下部分22时，其可包含内轮廓，如图1所示(通过虚线示出)。在一些情况中，对于高应力的材料和足够大的内轮廓，内部部分可以自分离并脱落。然而，对于小的孔和狭缝(例如10mm的孔，宽度小于几毫米的狭缝，例如宽度≤mm、或≤2mm或者甚至是≤1mm的狭缝)，即使是对于承受应力的材料，内部部分也不能脱落。孔22一般被定义为截面为圆形或基本圆形的特征。相反，狭缝22一般具有高度椭圆的特征，例如作为长度与宽度之比的纵横比(例如截面的，或者例如从顶部或底部观看的)>4:1，通常为25:1的特征，例如1.5mm×15mm、或3mm×15mm、或1mm×10mm、或1.5mm×7mm等。狭缝可以具有圆角，或者所述角可以具有尖锐的(90度)特征。
在玻璃构件中(例如在智能手机的盖板玻璃中)分离内轮廓(例如孔或狭缝)的挑战在于，即使该轮廓充分穿孔并且裂纹围绕该轮廓扩展，但是材料的内部塞物可能处在压缩应力下，并被围绕塞物的材料卡在原位(lock in place)。这意味着挑战部分在于：允许塞物脱落的自动释放过程。
本申请一般涉及用于从玻璃基材中精确地切割和分离出任意形状的激光方法和设备，所述玻璃基材构成消费电子装置的部分，其中，所述玻璃基材位于一个或多个下方部件的上方。精确切割以可控的方式进行，并且对下方的装置部件具有最小的(或不显著的)热损坏。所开发的激光方法依赖于玻璃对线性范围中的激光波长的材料透明度，该材料透明度允许保持清洁且原始的表面品质，并且减少由激光焦点周围的高强度区域所形成的亚表面损伤。该方法的关键促成因素之一是由超短脉冲激光形成的缺陷的高纵横比。其允许形成从待被切割的材料顶表面延伸到底表面的裂线。原则上，该缺陷可通过单个激光脉冲形成，如果必要，可以使用另外的脉冲来增加缺陷区域(深度和宽度)的延伸。
使用短脉冲的皮秒激光和产生焦线的光学器件，在玻璃片中打孔有封闭轮廓。穿孔的直径小于几微米，通常各穿孔的间距为1-15μm，并且穿孔完全穿过玻璃片。
随后，对玻璃材料进行烧蚀的功率密度足够高的聚焦激光束(例如CO2激光束)围绕穿孔轮廓的内部追迹，从而形成槽(例如200-800微米宽)以促进移除内部的玻璃材料(即，移除玻璃塞物)。可以使激光通过一次或多次。可以随着时间展开该过程以最大程度地减少对下方部件的热损伤。
切割和分离透明材料的方法主要是基于在待用超短脉冲激光加工的材料上形成裂线。这取决于材料性质(吸光性、CTE、应力、组成等)以及选择用于加工所确定的材料的激光参数。
然而，即使玻璃具有足够的内部应力，以在形成缺陷线后开始自分离，但是切割轮廓的几何结构可能阻止内部的玻璃部分(塞物)相对于外部的玻璃部分移动。这是玻璃基材中的大多数封闭轮廓或内轮廓(例如简单的孔或狭缝22)的情况。由于与边缘紧密接触，因此孔的内部部分将保持在原位——裂纹可在各穿孔的缺陷之间扩展，但是不存在空间使该构件从母片脱落。
形成缺陷或穿孔线
对于第一工艺步骤，存在几种方法来形成所述缺陷线。形成线焦点的光学方法可采取多种形式，并且使用环形激光束和球面透镜、轴棱锥透镜、衍射元件，或者使用其他方法来形成高强度的线性区域。也可以改变激光类型(皮秒激光、飞秒激光等)和波长(IR、绿光、UV等)，只要达到足够的光学强度来产生对基材材料的损伤即可。所述波长可以是，例如1064nm、532,nm、355nm或266纳米。
超短脉冲激光可以与产生焦线的光学器件组合使用以完全穿过具有各种玻璃组成的主体。在一些实施方式中，各个脉冲的脉冲持续时间在大于约1皮秒至小于约100皮秒之间的范围内，例如大于约5皮秒且小于约20皮秒，并且各个脉冲的重复率可以在约1kHz至4MHz的范围内，例如在约10kHz至650kHz的范围内。
除了以上述各个脉冲重复率进行单脉冲操作，可以在具有两个脉冲或更多个脉冲(例如，3个脉冲、4个脉冲、5个脉冲、10个脉冲、15个脉冲、20个脉冲或更多)的脉冲串中产生脉冲，这些脉冲被脉冲串中的各个脉冲之间的持续时间分开，所述持续时间在约1纳秒至约50纳秒的范围内，例如10-50纳秒、或10至30纳秒，如约20纳秒，并且脉冲串重复频率可以在约1kHz至约200kHz的范围内(起脉冲串(bursting)或产生脉冲串是激光工作的一种类型，其中脉冲不以均匀且稳定的流的形式来发射，而是以密集的脉冲簇的形式来发射)。脉冲串激光束可以具有波长，对该波长进行选择，以使材料在该波长下基本上透明。在材料处测得的每个脉冲串的平均激光功率可以大于40微焦/毫米材料厚度，例如在40微焦/mm至2500微焦/mm之间，或者在200微焦/mm至800微焦/mm之间。例如，对于0.5mm-0.7mm厚的离子交换玻璃，可以使用150–300(如200μJ)的脉冲串来使玻璃穿孔，这给出了100-400μJ/mm的示例性范围。使玻璃相对于激光束移动(或者使激光束相对于玻璃平移)以形成追迹出任何所需部分形状的穿孔线。
激光形成穿过玻璃的整个深度的孔状缺陷区(或者损伤轨迹或缺陷线)，并且具有内部开口，其直径为例如约1微米。这些穿孔、缺陷区域、损伤轨迹或缺陷线一般间隔开1至15微米(例如2-12微米或3-10微米)。缺陷线例如延伸通过玻璃片的厚度，并且与玻璃片的主表面(平坦表面)正交。
在一个实施方式中，使用超短(～10皮秒)脉冲串脉冲激光，以一致、可控和可重复的方式形成所述高纵横比的垂直缺陷线。能够形成这种垂直缺陷线的光学设备的细节在下文有所描述，并且描述于2013年1月15日提交的第61/752,489号美国申请。这一概念的本质在于在光学透镜组件中使用轴棱锥透镜元件，以利用超短(皮秒或飞秒的持续时间)贝塞尔光束形成高纵横比的无锥度微通道的区域。换言之，轴棱锥将激光束会聚成具有圆柱形和高纵横比(长的长度和小的直径)的区域。由于会聚的激光束所形成的高强度，产生了激光电磁场与材料的非线性相互作用，并且将激光能转移到基材。然而，重要的是，实现了在激光能强度不高的区域中(例如玻璃表面，或者围绕中心会聚线的玻璃空间，或者位于玻璃下方并且下方材料散射激光能的任意区域的下方)，玻璃不发生任何变化，这是因为激光强度低于非线性阈值的原因。因此，根据本文公开的至少一些实施方式，贝塞尔光束的激光强度低于位于待被贝塞尔光束加工的玻璃基材部分正下方的电子装置(和/或消费电子装置的其他部件)的线性或非线性损伤(或烧蚀)阈值。这可以通过例如使电子部件或其壳体包含涂覆表面来实现，所述涂覆表面吸收贝塞尔光束的波长中的至少80％的光。转到图2A和2B，沿着光束的传输方向观察，一种对材料进行激光钻取的方法包括将脉冲激光束2聚焦成激光束焦线2b。如图3所示，激光器3(未示出)发射激光束2，在光学组件6的光束入射侧该激光束2被称为2a，其入射在光学组件6上。在限定的扩展范围内，光学组件6将入射激光束在输出侧上沿着光束方向转变成扩展的激光束焦线2b(焦线长度为l)。在光学组件至少部分重叠激光束2的激光束焦线2b后，待加工的平面基材1位于光束路径中。分别地，附图标记1a表示面向光学组件6或激光的平面基材表面，附图标记1b表示通常平行间隔开的基材1的背表面。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与纵向光束轴垂直对齐并因此位于由光学组件6产生的相同焦线2b后方(基材垂直于绘图平面)，并且当沿着光束方向观察时，其相对于焦线2b定位，以在光束方向上观察时，焦线2b在基材表面1a之前起始，并且在基材表面1b之前终止，即，焦线2b仍位于基材内。在激光束焦线2b与基材1重叠的区域中，即，在基材材料被焦线2b覆盖的区域中，扩展的激光束焦线2b因此产生了(在沿激光束焦线2b具有合适激光强度的情况下，由于激光束2聚焦在长度为l的区段上，即长度为l的线焦点，确保了该合适激光强度)扩展区段2c(沿着纵向光束方向观察)，沿着该扩展区段在基材材料中产生诱导吸收，该诱导吸收沿着区段2c在基材材料中诱导缺陷线或裂纹形成。裂纹形成不仅是局部的，而且是在具有诱导吸收的扩展区段2c的整个长度内。区段2c的长度(即，激光束焦线2b与基材1重叠的最终的长度)用附图标记L标记。诱导吸收区段(或经历裂纹形成的基材1的材料中的区段)的平均直径或平均扩展用附图标记D标记。该平均扩展D基本上对应于激光束焦线2b的平均直径，即平均光斑直径，其在约0.1μm至约5μm的范围内。
如图2A所示，由于沿着焦线2b的诱导吸收，对激光束2的波长A透明的基材材料得到加热。图2B示出了热的材料最终将膨胀，使得被相应诱导的张力导致微裂纹形成，并且该张力在表面1a处最高。
下面描述可用于产生焦线2b的具体的光学组件6，以及可应用这些光学组件的具体的光学设备。所有的组件或设备是基于上文的描述，因此相同的附图标记用于相同的部件或特征或者功能等同的部件或特征。因此，下文仅描述不同之处。
由于最终造成分离的分隔面具有或者必需具有高品质(就断裂强度、几何精度、粗糙度和避免重复机械加工的要求而言)，因此应使用下述光学组件(下文中，该光学组件或者也被称为激光光学器件)沿着分隔线5产生位于基材表面上的各个焦线。粗糙度具体是由焦线的光斑尺寸或光斑直径引起。为了获得低的光斑尺寸，例如在激光器3的给定波长A(与基材1的材料相互作用)的情况中，光斑尺寸为0.5μm至2μm，通常需对激光光学器件6的数值孔径施加某些要求。下述激光光学器件6符合这些要求。
一方面，根据已知的阿贝(Abbé)式(N.A.＝n sin(θ)，其中n是待被加工的玻璃的折射率，θ是一半的孔径角，且θ＝arctan(D/2f)；D是孔径，以及f是焦距)，为了获得所需的数值孔径，光学器件需设置针对给定焦距所需的开度(opening)。另一方面，激光束需照射光学器件以达到所需的孔径，这通常通过在激光与聚焦光学器件之间使用加宽望远镜而使光束加宽来实现。
为了沿着焦线均匀地相互作用，光斑尺寸不应变化得太剧烈。这例如可以通过仅在小的圆形区域中照射聚焦光学器件，以使光束开度仅略微变化以及因此数值孔径百分比仅略微变化来得到保证(参见下面的实施方式)。
根据图3A(在激光辐射2的激光束群(bundle)中的中心光束水平处，垂直于基材平面的截面；此处，激光束2的中心同样优选垂直入射到基材平面，即角度为0°，以使焦线2b或诱导吸收的扩展区段2c平行于基材法线)，激光器3发射的激光辐射2a首先被引导到圆形孔8上，该圆形孔8对所使用的激光辐射来说完全不透明。孔8垂直于纵向光束轴取向，并且以所示光束群2a的中心光束为中心。对孔8的直径进行选择，使得光束群2a的中心附近的光束群或者中心光束(此处标记为2aZ)撞击孔并且被孔完全吸收。由于孔尺寸相比于光束直径有所减小，因此仅光束群2a的外周范围中的光束未被吸收(边部光线，此处标记为2aR)，而是从孔8的旁边通过并且撞击光学组件6的聚焦光学元件的边部区域，此处聚焦光学元件被设计成球面切割的双凸透镜7。
以中心光束为中心的透镜7特地被设计成普通的球面切割透镜形式的未校正的双凸聚焦透镜。换言之，特地利用这种透镜的球面像差。作为替代，也可以使用偏离理想校正系统的非球面或多透镜系统，其不形成理想的焦点，而是形成长度限定的独特的细长焦线(即，透镜或系统不具有单个焦点)。因此，受到离透镜中心的距离限制，透镜区沿着焦线2b聚焦。在横向于光束方向上的孔8的直径是光束群直径的约90％(光束群直径定义为强度下降到1/e2的范围)，并且是光学组件6的透镜直径的约75％。因此使用非像差校正的球面透镜7的焦线2b，其通过阻挡中心中的光束群来产生。图3A示出了在通过中心光束的一个平面中的截面，当所示光束围绕焦线2b旋转时可观察到完整的三维光束群。
这种焦线的一个弊端是沿着焦线、并因此沿着材料中的所需深度的条件(光斑尺寸、激光强度)会变化，因此可能仅可在部分的焦线中选择所需的相互作用类型(在裂纹形成之前无熔化、诱导吸收、热塑变形)。这进而意味着可能仅部分的入射激光以所需的方式被吸收)。因此，一方面，工艺的效率(所需分离速度所要求的平均激光功率)降低，另一方面，激光可能透射到不期望的更深位置(附着于基材或保持基材的固定装置的部分或层)，并且以不期望的方式(加热、漫射、吸收、不期望的改性)在此处进行相互作用。
图3B-1-4显示出(不仅是针对图3A的光学组件，还基本上针对任何其他可适用的光学组件6)，通过相对于基材1适当地定位和/或对齐光学组件6，以及通过适当地选择光学组件6的参数，激光束焦线2b可以位于不同的位置。如图3B-1所示，可以调节焦线2b的长度l以使其超过基材厚度d(此处为2倍)。如果以焦线2b为中心来放置基材1(在纵向光束方向上观察)，则在整个基材厚度内产生具有诱导吸收的扩展区段2c。
在图3B-2所示的情况中，产生焦线2b，其长度l基本上与基材厚度d相同。由于基材1相对于线2定位而使焦线2b在基材之前(即在基材外)的点起始，因此具有诱导吸收的扩展区段2c的长度L(此处，其从基材表面延伸到限定的基材厚度，但是不延伸到背表面1b)小于焦线2b的长度l。图3B-3示出了基材1(沿着光束方向观察)部分定位在焦线2b的起始点之前的情况，因此，在此处，同样适用于焦线2b的长度l>L(L＝基材1中的具有诱导吸收的区段2c的范围)。因此，焦线在基材中起始，并且在背表面1b上延伸而超过基材。最后，图3B-4示出了产生的焦线长度l小于基材厚度d的情况，因此，如果在入射方向上观察时，基材相对于焦线是中心定位，则焦线起始于基材中的表面1a附近处，并终止于基材中的表面1b附近处(l＝0.75d)。
特别有利的是，以下述方式来实现焦线定位：使至少一个表面1a、1b被焦线覆盖，即具有诱导吸收的区段2c起始于至少一个表面上。以这种方式，可获得几乎理想的切割，从而避免在表面处具有羽痕和不期望的微粒化。
图4示出了另一种可应用的光学组件6。由于基本构造遵循图3A所示的光学组件，因此下文仅描述不同之处。所示的光学组件是基于使用具有非球面自由表面的光学透镜来产生焦线2b，焦线2b被整形而形成具有限定长度l的焦线。为此，非球面镜可以用作光学组件6的光学元件。例如，在图4中，使用所谓的锥棱镜，其也常被称为轴棱锥。轴棱锥是一种特殊的锥形切割透镜，其沿着光学轴在一条线上形成光斑源(或者将激光束转变成环)。这种轴棱锥的布置对于本领域的技术人员来说基本是已知的，在该实例中，锥角为10°。轴棱锥的顶点在此处标记为附图标记9，其向着入射方向引导，并且以光束中心为中心。由于轴棱锥9的焦线2b已在其内部中起始，因此基材1(此处与主光束轴垂直对齐)可定位在轴棱锥9正后方的光束路径中。如图4所示，出于轴棱锥的光学特性的原因，还可在不离开焦线2b的范围的情况下，使基材1沿着光束方向位移。因此，在基材1的材料中，具有诱导吸收的扩展区段2c在整个基材厚度d内延伸。
然而，所述布置受以下限制条件限制：由于轴棱锥9的焦线已在透镜中起始，因此大部分的激光能未聚焦到焦线2b的部分2c中，在透镜与材料之间的距离是有限的情况中，该部分2c位于材料中。另外，对于可用的折射率和轴棱锥9的锥角，焦线2b的长度l与光束直径相关，这是为何在相对薄的材料(几毫米)的情况中，总焦线过长而具有激光能无法再次特定聚焦到材料中的效果。
这是增强的光学组件6同时包含轴棱锥和聚焦透镜的原因。图5A描述了这种光学组件6，其中具有非球面自由表面的第一光学元件(沿着光束方向观察)被定位在激光器3的光束路径中，所述第一光学元件被设计用于形成扩展的激光束焦线2b。在图5A所示的情况中，该第一光学元件是锥角为5°的轴棱锥10，其垂直于光束方向定位并且以激光束3为中心。轴棱锥的顶点向着光束方向取向。第二聚焦光学元件在此处为平凸透镜11(其曲率向着轴棱锥取向)，该第二聚焦光学元件在光束方向上定位在离轴棱锥10距离z1处。在这种情况中，距离zl为约300mm，对距离z1进行选择，以使轴棱锥10所形成的激光辐射圆形地入射在透镜11的边部区域上(即，以圆形或环形的方式入射在透镜11上)。透镜11将圆形辐射聚焦在离透镜11距离z2(在本情况中为约20mm)处的输出侧上，聚焦在长度(在本情况中为1.5mm)限定的焦线2b上。此处，透镜11的有效焦距为25mm。由轴棱锥10引起的激光束的圆形转变用附图标记SR来标记。
图5B根据图5A详细示出了在基材1的材料中形成焦线2b或诱导吸收2c。对元件10、11的光学性质以及它们的定位进行选择，以使焦线2b在光束方向上的扩展l与基材1的厚度完全相同。结果，要求基材1沿着光束方向准确定位，以在基材1的两个表面1a和1b之间准确地定位焦线2b，如图5B所示。
因此，如果焦线在离激光光学器件某个距离处形成，并且如果较大部分的激光辐射被聚焦到焦线的所需终点，则是有利的。如所描述的，这可以通过仅在所需区上圆形地照射主要聚焦元件11(透镜)来实现，所述区域一方面用于获得所需的数值孔径并因此获得所需的光斑尺寸，然而另一方面，随着形成了基本上为圆形的光斑，在所需焦线2b之后，在光斑中心中的非常短的距离内，漫射圆环的强度减小。由此，裂纹形成在所需的基材深度中的短距离内停止。轴棱锥10与聚焦透镜11的组合符合该要求。轴棱锥以两种方式起作用：由于轴棱锥10的原因，通常为圆的激光光斑以环的形式被发送到聚焦透镜11，而轴棱锥10的非球面性具有超出透镜的焦面形成焦线而不是在焦面中形成焦点的作用。可以通过轴棱锥上的光束直径来调节焦线2b的长度。另一方面，沿着焦线的数值孔径可以通过轴棱锥-透镜的距离z1以及通过轴棱锥的锥角来调节。由此，可以将全部的激光能集中在焦线中。
如果期望裂纹形成(即，缺陷线)持续到基材的出射侧，则圆形照射仍然具有优势，一方面，由于大部分的激光仍然集中在焦线的所需长度中，激光功率以可能的最佳方式得到了利用，另一方面，由于圆形照射区连同其他光学功能所设置的所需像差，因此可沿着焦线获得均匀的光斑尺寸——并因此沿着焦线实现了均匀的分离过程。
除了图5A所示的平凸透镜外，也可使用聚焦的弯月透镜或另外的校正程度更高的聚焦透镜(非球面、多透镜系统)。
为了利用图5A所示的轴棱锥和透镜的组合来产生极短的焦线2b，入射(或入射到)轴棱锥上的激光束需要选择极小的光束直径。这在实际中具有弊端，即，光束在轴棱锥的顶点上的中心需非常精确，因此，结果对激光的方向变化(光束飘移稳定性)非常敏感。另外，密集准直的激光束非常发散，即，由于光偏转，光束群在极短的距离内变得失焦(blurred)。
如图6所示，通过插入另一个透镜(准直透镜12)可避免这两种作用：另外，该正透镜12用于非常紧密地调节聚焦透镜11的圆形照射。对准直透镜12的焦距f'进行选择，使得所需的圆直径dr由距离z1a产生，所述距离z1a是从轴棱锥到准直透镜12的距离，其等于f'。可通过距离z1b(准直透镜12到聚焦透镜11的距离)来调节环的所需宽度br。由于纯几何的关系，小的圆形照射的宽度得到了短的焦线。在距离f'处可获得最小值。
这样，图6所示的光学组件6是基于图5A所示的光学组件，因此，下面仅描述不同之处。此处，准直透镜12也被设计成平凸透镜(其曲率朝向光束方向)，将该准直透镜12附加地放置在一侧上的轴棱锥10(其顶点朝向光束方向)与另一侧上的平凸透镜11之间的光束路径中心中。准直透镜12离轴棱锥10的距离被称为z1a，聚焦透镜11离准直透镜12的距离为z1b，所产生的焦线2b离聚焦透镜11的距离被称为z2(始终在光束方向上观察)。如图6所示，由轴棱锥10形成的圆形辐射SR发散地且以小于圆直径dr入射在准直透镜12上，为了在聚焦透镜11处具有至少大致恒定的圆直径dr，沿着距离z1b将该圆形辐射SR调整到所需的圆宽度br。在所示的情况中，期望产生极短的焦线2b，从而因为透镜12的聚焦性质，在透镜12处的约为4mm的圆宽度br在透镜11处下降到约0.5mm(在该实例中，圆直径dr为22mm)。
在所示的实例中，使用通常为2mm的激光束直径、焦距f＝25mm的聚焦透镜11以焦距f‘＝150mm的准直透镜，可获得小于0.5mm的焦线长度l。
另外，使用Z1a＝Z1b＝140mm且Z2＝15mm。
图7A-7C例示了在不同的激光强度范围下的激光-物质相互作用。在图7A所示的第一种情况中，未聚焦的激光束710通过透明基材720而未将任何改变引入到该透明基材720中。在这一具体的情况中，不存在非线性作用，因为激光能密度(或者由光束照射的每单位区域的激光能)低于诱导非线性作用所需的阈值。能量密度越高，电磁场的强度越高。因此，如图7B所示，当球面透镜730将激光束聚焦到如图7B所示的较小的光斑尺寸时，照射区域减小而能量密度增加，从而引发了非线性作用，该非线性作用将改变材料以仅在满足条件的空间中形成裂线。这样，如果聚焦的激光的束腰位于基材的表面处，则会发生表面的改变。相反，如果聚焦的激光的束腰位于基材的表面下方，则当能量密度低于非线性光学作用的阈值时，在表面处不会发生改变。但是在位于基材720的本体中的聚焦处740，激光强度足够地高以引发多光子非线性作用，并因此诱导对材料的损伤。最后，如图7C所示，在如图7C所示的轴棱锥的情况中，轴棱锥透镜750(或者菲涅耳轴棱锥)的衍射图案造成干涉，该干涉产生了贝塞尔形的强度分布(具有高强度的圆柱760)，并且强度仅在该空间中足够地高以产生非线性吸收并改变材料720。如本文所述，贝塞尔形强度分布足够地高以产生非线性吸收并改变材料的圆柱760的直径也是激光束焦线的光斑直径。贝塞尔光束的光斑直径D可以表示为D＝(2.4048A)/(2rrB)，其中A是激光束波长，B是轴棱锥角的函数。
注意，本文所述的这种皮秒激光的通常运行产生了“脉冲串”500，其具有脉冲500A。(例如参见图8A和8B)。每个“脉冲串”(在本文中也被称为“脉冲串”500)包含多个持续时间非常短的单独的脉冲500A(例如至少2个脉冲、至少3个脉冲、至少4个脉冲、至少5个脉冲、至少10个脉冲、至少15个脉冲、至少20个脉冲或更多)。也就是说，脉冲串是脉冲的“贮藏器”，并且各脉冲串通过比每个脉冲串中的各相邻脉冲的分离更长的持续时间而彼此分离。各脉冲500A的脉冲持续时间Td为最高至100皮秒(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皮秒或介于它们之间)。在脉冲串中的每个单独的脉冲500A的能量或强度可以不等于脉冲串中的其他脉冲的能量或强度，并且脉冲串500中的多个脉冲的强度分布在由激光设计决定的时间上常遵循指数式衰减。优选地，在本文所述的示例性实施方式的脉冲串500中的各个脉冲500A与脉冲串中的后续脉冲在时间上间隔持续时间Tp，其为1纳秒至50纳秒(例如10-50纳秒、或10-30纳秒，其中时间常由激光腔设计决定)。对于给定的激光，脉冲串500中的相邻脉冲之间的时间间隔Tp(脉冲之间的间隔)相对较均匀(±10％)。例如，在一些实施方式中，脉冲串中的每个脉冲与后续的脉冲在时间上间隔约20纳秒(50MHz)。例如，对于产生的脉冲间隔Tp为约20纳秒的激光，将脉冲串中的脉冲间的间隔Tp保持在相差约±10％以内，或者相差约±2纳秒以内。具有脉冲的各个“脉冲串”之间的时间(即，各脉冲串之间的时间间隔Tb)将显著更长(例如0.25微秒≤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，对于脉冲串的重复率或重复频率为约200kHz的激光来说，时间间隔Tb为约5微秒。激光脉冲串重复率与一脉冲串中的第一脉冲到后续脉冲串中的第一脉冲之间的时间Tb有关(激光脉冲串重复率＝1/Tb)。在一些实施方式中，激光脉冲串重复频率可以在约1kHz至约4MHz之间的范围内。更优选地，激光脉冲串重复率可以在例如约10kHz至650kHz的范围内。各个脉冲串中的第一脉冲至后续的脉冲串中的第一脉冲之间的时间Tb可以为0.25微秒(4MHz脉冲串重复率)至1000微秒(1kHz脉冲串重复率)，例如0.5微秒(2MHz脉冲串重复率)至40微秒(25kHz脉冲串重复率)或2微秒(500kHz脉冲串重复率)至20微秒(50k Hz脉冲串重复率)。精确的时间安排、脉冲持续时间和脉冲串重复率可以根据激光设计而变化，但是具有高强度的短的脉冲(Td<20皮秒，优选地Td≤15皮秒)显示出特别有效。
改变材料所需的能量可以根据脉冲串能量——脉冲串中所含的能量(每个脉冲串500含有一系列脉冲500A)——来描述，或者根据单个激光脉冲(其中的许多可以包含脉冲串)中所含的能量来描述。对于这些应用，每个脉冲串的能量可以为25-750μJ，更优选50-500μJ，或者50-250μJ。在一些实施方式中，每个脉冲串的能量为100-250μJ。脉冲串中的单独脉冲的能量将更小，并且单独的激光脉冲的准确能量将取决于脉冲串500中的脉冲500A的数目以及激光脉冲随时间衰减的速率(例如指数式衰减速率)，如图8A和8B所示。例如，对于恒定的能量/脉冲串，如果脉冲串包含10个单独的激光脉冲500A，则每个单独的激光脉冲500A将比若相同的脉冲串500仅具有2个单独的激光脉冲含有更少的能量。
使用能够产生这种脉冲串的激光对于切割或改变透明材料(例如玻璃)是有利的。与使用时间上间隔单脉冲激光的重复率的各单脉冲相比，使用脉冲串序列并且所述脉冲串序列将激光能扩散到脉冲串500中的快速脉冲序列内，可以获得比单脉冲激光可实现的更大的与材料高强度相互作用的时间尺度。虽然单脉冲可在时间上扩展，但是这样做的话，脉冲中的强度必然在脉冲宽度内大致下降。因此，如果10皮秒的单脉冲扩展成10纳秒的脉冲，则强度大致下降三个数量级。这种下降可使光学强度下降到非线性吸收不再显著且光与材料的相互作用不再强到足以进行切割的点。相反，在利用脉冲串激光的情况下，脉冲串500中的每个脉冲500A期间的强度可保持非常高——例如在时间上间隔约10纳秒的三个10皮秒脉冲500A仍然允许每个脉冲中的强度比单个10皮秒脉冲的强度高约三倍，同时允许该激光在现在大了三个数量级的时间尺度内与材料相互作用。因此，在脉冲串中具有多个脉冲500A的这种调整允许以某种方式来操纵激光-材料相互作用的时间尺度，该方式可促进光与预先存在的等离子体羽流的相互作用更大或更小；利用预先存在的原子和分子，通过初始或之前的激光脉冲而进行的光-材料相互作用更大或更小；以及使可促进微裂纹受控生长的材料中的热效应更大或更小。改变材料所需的脉冲串能的量将取决于基材的材料组成和用于与基材相互作用的线焦点的长度。相互作用区域越长，散布的能量越多，因而将需要更高的脉冲串能。精确的时间安排、脉冲持续时间和脉冲串的重复率可以根据激光设计而变化，但是具有高强度的短脉冲(<15皮秒或≤10皮秒)显示出对该技术特别有效。当具有脉冲的单脉冲串基本上撞击在玻璃上的相同位置时，在材料中形成了缺陷线或孔。也就是说，单个脉冲串中的多个激光脉冲对应于玻璃中的单个缺陷线或孔位置。当然，由于玻璃是被平移的(例如通过恒定移动的台来平移)或者光束相对于玻璃而移动，因此脉冲串中的各个脉冲无法位于玻璃上完全相同的空间位置处。但是，它们彼此相差远在1μm以内——即，它们在基本上相同的位置处撞击玻璃。例如，它们可以以彼此间隔间距sp撞击玻璃，其中0<sp≤500nm。例如，当玻璃位置被具有20个脉冲的脉冲串撞击时，脉冲串中的各个脉冲在彼此相差250nm以内撞击玻璃。因此，在一些实施方式中，1nm<sp<250nm。在一些实施方式中，1nm<sp<100nm。
多光子效应或多光子吸收(MPA)是频率相同或不同的两个或更多个光子的同时吸收，从而将分子从一种状态(通常是基态)激发到能量更高的电子态(电离)。所涉及的分子的低能态与高能态之间的能量差可以等于这两个光子的能量总和。MPA也被称为诱导吸收，其可以是例如比线性吸收弱几个数量级的二阶、三阶过程或高阶过程。MPA与线性吸收的区别在于：诱导吸收的强度可以例如与光强度的平方或立方(或更高的幂律)成比例，而不是与光强度自身成比例。因此，MPA是非线性光学过程。
各缺陷线(损伤轨迹)之间的侧向间距(节距)由基材在聚焦的激光束下方平移时的激光脉冲率决定。通常仅需要单个皮秒激光脉冲串来形成完整的孔，但是如果需要，可以使用多个脉冲串。为了以不同节距形成损伤轨迹(缺陷线)，可以较长或较短的时间间隔引发激光器发射。对于切割操作，激光器引发一般与光束下方的工件的平台驱动运动同步，因此激光脉冲串以固定的间距被引发，例如每隔1微米、或每隔5微米引发。在一些实施方式中，例如，沿着裂线方向的相邻的穿孔或缺陷线之间的距离或周期性可以大于0.1微米且小于或等于约20微米。例如，相邻穿孔或缺陷线之间的间距或周期性在0.5微米至15微米之间，或者在3微米至10微米之间，或者在0.5微米至3.0微米之间。例如，在一些实施方式中，周期性可以在2微米至8微米之间。
发现在具有线焦点的近似圆柱体积内使用具有某种体积脉冲能量密度(μJ/μm3)的脉冲串激光对于在玻璃中产生穿孔轮廓是优选的。这可以例如通过利用脉冲串激光(优选其具有至少2个脉冲/脉冲串)，以及在碱土金属硼铝硅酸盐玻璃(具有少量的碱金属或不具有碱金属)中提供以下体积能量密度来实现，所述体积能量密度为约0.005μJ/μm3或更高以确保形成损伤轨迹，但是小于0.100μJ/μm3，以不过分损伤玻璃，例如体积能量密度为0.005μJ/μm3-0.100μJ/μm3。
内轮廓过程
图1例示了待解决的问题。待从形成一部分消费电子装置100的玻璃片20中切除部分22。然而，各个内部孔或狭缝22被“卡在原位”并且难以移除。即使玻璃具有高的应力并且在孔或狭缝的外直径中发生孔到孔的裂纹扩展，内部的玻璃也不能释放，这时因为材料刚性太高并且被挤压力保持。
图8C例示了解决该问题的方法，并且已经成功地用于从0.7mm厚的编号为5318的玻璃(离子交换玻璃)中分离出直径小到1.5mm的孔，并且还用于形成狭缝。步骤1——使用皮秒脉冲串过程在玻璃片20中形成具有第一轮廓24的穿孔，其限定了待被切割的轮廓(例如孔、狭缝)的所需形状。例如，在一些实施方式中，使用150μJ-260μJ的脉冲来使材料穿孔，并且以6-10μm的节距形成损伤轨迹或缺陷线。根据确切的材料，也可以使用其他损伤轨迹间距，例如1-15微米、或3-10微米、或3-7微米。对于可离子交换的玻璃(如上述那些)，3-7微米的节距非常有效，但是对于其他玻璃，更小的这样的节距可能是优选的，例如1-3微米。在本文所述的实施方式中，通常的脉冲串激光功率是10W-150瓦特，并且25-60瓦特的激光功率对许多玻璃来说是足够的(且是最佳的)。在一个示例性实施方式中，玻璃为0.7mm的离子交换玻璃基材，皮秒激光为200kHz、48W(240μJ脉冲能)激光，节距(缺陷线的间距)为约8μm，并且焦线的长度为2.2mm。
步骤2——既然两片玻璃在物理上是不同的，可以各种方式移除玻璃的中心部分(塞物)。主要目标是限制对装置1000下方的部件造成热损伤。这可以利用激光加工，通过选择足够的波长以使激光被玻璃基材20高度吸收来实现(例如1/e吸收深度<10微米)。这也可以通过选择足够短(<50纳秒)的激光脉冲持续时间以限制热损伤来实现。在本实例中，高度聚焦的CO2激光28被聚焦成光斑并且通过追迹稍微位于上述穿孔轮廓内部[例如在轮廓内侧约(50至300微米，如100μm、150或200微米)]的近似路径而用于烧蚀孔内的材料。
激光28对玻璃的加工将使孔或狭缝内侧的玻璃材料物理熔化、烧蚀并脱离。例如，如果所述玻璃是购自康宁股份有限公司的编号为2320的0.7mm厚的离子交换玻璃或编号为5318(0.8mm厚)的玻璃，则可以使用约14瓦特的CO2激光功率以及直径为约100μm的聚焦光斑尺寸，并且CO2激光以约0.35m/分钟的速度围绕路径平移，通过5-15次以完全移除围绕玻璃塞物的环状槽中的材料，通过的次数首先取决于玻璃厚度以及孔或狭缝的确切几何结构。由于主要目标是减少对下方部件的热损伤，因此需要利用牺牲代用物或通过迭代的方法，针对给定玻璃来优化确切的通过次数。一般地，对于该工艺步骤，如果CO2光束获得了足够高的强度以使玻璃材料被该高强度烧蚀，则该CO2光束会被限定为“聚焦的”。例如，根据激光束在表面上行进的所需速度，聚焦光斑的功率密度可以为约1750W/mm2，这能够通过上述条件实现，或者其可以为500W/mm2至5000W/mm2。
图9示出了该上述方法的侧视图，以说明CO2烧蚀是怎样进行的。
样品结果：
图10示出了针对通常的手持式电话的盖板玻璃而言的所述方法的结果。孔的几何尺寸为约5.0mm。更具体地，图10示出了玻璃的显微顶视图像，该图像示出了在化学强化(在本实施方式中为离子强化)的盖板玻璃上使用贝塞尔光束(第一脉冲激光束形成为激光束焦线)之后的孔的形成。激光束焦线(在本实施方式中是通过贝塞尔光束形成的焦线)“追迹出”封闭的内轮廓，该封闭的内轮廓限定了内部的玻璃构件并在玻璃中产生诱导吸收，从而形成多个穿孔(纳米尺寸的穿孔)而建立了封闭的内轮廓。(图10所示的模糊圆位于CO2激光损伤的外部，其是直径为5mm的圆，该圆限定了封闭的内轮廓——即，其是围绕烧蚀的玻璃区域的玻璃外部区域)。然后使用激光28的聚焦(CO2)激光束来烧蚀位于内轮廓中的至少一部分内部玻璃构件。例如，该烧蚀部分可以是围绕实心的中心玻璃塞物的环状区域。通过向玻璃塞物施加真空吸力，或者甚至是通过将粘胶带施加于玻璃塞物的表面并随后从周围的玻璃提出塞物而易于移除玻璃塞物。
纳米穿孔轮廓的功能在于包含由烧蚀过程引起的损伤。纳米穿孔能够使在内部塞物中形成的裂纹停止、偏离或者捕获该裂纹，并且防止它们扩展出来而进入到盖板玻璃的外部区域中。
如图11A-11C所例示的，切割和分离透明材料[更具体为化学强化(例如离子交换)的玻璃组合物]的方法主要是基于用超短脉冲激光140在待被加工的材料或工件130中形成裂线110，该裂线110由多个垂直缺陷线120形成。缺陷线120例如延伸通过玻璃片的厚度，并且与玻璃片的主表面(平坦表面)正交。本文中，“裂线”也被称为“轮廓”。虽然裂线或轮廓(或它们的部分)可以是线性的，如图11A所示的裂线110，但是裂线或轮廓也可以是的非线性的并具有曲率。弯曲的裂线或轮廓例如可以通过使工件130或激光束140中的任一者相对于另一者在二维而非一维上平移来产生。如图11A所例示的，多个缺陷线可限定出轮廓。具有缺陷线的分离的边缘或表面由轮廓限定。形成缺陷线的诱导吸收可以在分离的边缘或表面上产生平均直径小于3微米的颗粒，这得到了非常干净的切割过程。
在一些实施方式中，例如，沿着裂线110的方向的相邻缺陷线120之间的距离或周期性可以大于0.1微米且小于或等于约20微米。例如，在一些实施方式中，相邻缺陷线120之间的周期性可以在0.5微米至15微米之间，或者在3微米至10微米之间，或者在0.5微米至3.0微米之间。例如，在一些实施方式中，相邻缺陷线120之间的周期性可以在0.5微米至1.0微米之间。
有多种方法来形成缺陷线。形成线焦点的光学方法可采取多种形式，并且使用环形激光束和球面透镜、轴棱锥透镜、衍射元件，或者使用其他方法来形成高强度的线性区域。也可以改变激光类型(皮秒激光、飞秒激光等)和波长(IR、绿光、UV等)，只要达到足够的光学强度以在聚焦区域中产生对基材材料的破坏即可，从而通过非线性光学作用而对基材材料或玻璃工件造成破坏。优选地，所述激光是脉冲串激光，其允许通过调整给定脉冲串中的脉冲数目而随着时间控制能量沉积。
在本申请中，使用超短脉冲激光，以一致、可控和可重复的方式形成高纵横比的垂直缺陷线。能够形成这种垂直缺陷线的光学设备的细节在下文有所描述，并且描述于2013年1月15日提交的第61/752,489号美国申请，该申请的全部内容通过引用纳入本文，就如同在本文中进行了完整阐述一样。这一概念的本质是使用光学器件在透明部分中形成高强度激光束的线焦点。这一概念的一个说法是在光学透镜组件中使用轴棱锥透镜元件，以利用超短(皮秒或飞秒的持续时间)贝塞尔光束形成高纵横比的无锥度微通道的区域。换言之，轴棱锥将激光束会聚成具有圆柱形和高纵横比(长的长度和小的直径)的高强度区域。由于会聚的激光束所形成的高强度，发生了激光的电磁场与基材材料的非线性相互作用，并且激光能被转移到基材以实现缺陷的形成，该缺陷成为裂线的组成部分。然而，重要的是，实现了在激光能强度不高的材料区域(例如围绕中心会聚线的基材的玻璃空间)中，材料对激光是透明的，并且不具有将能量从激光转移到材料的机制。结果，当激光强度低于非线性阈值时，玻璃或工件不发生变化。
上述方法提供了以下益处，这些益处可以转化为增强的激光加工能力和成本的节约从而降低了制造成本。所述切割方法提供了：
1)被切割的内轮廓的完整分离：上述方法能够以干净和受控的方式，在可离子交换玻璃(例如玻璃、编号为2318、2319、2320等的康宁玻璃)中完全分离/切割出孔和狭缝，所述可离子交换玻璃通过熔合拉制工艺或其他玻璃成形工艺生产，然后玻璃部分再经历化学强化。
2)在对周围的玻璃的热损伤有限的情况下形成孔/狭缝。本文公开的方法已经用于在消费电子装置中，在0.8mm厚的盖板玻璃中移除直径尺寸例如为5mm的玻璃塞物而不损坏下方的结构或部件。
3)在功能齐全的消费电子装置的盖板玻璃中形成孔或狭缝，同时外部盖板玻璃的剩余部分保持完整。
切割不同尺寸的复杂轮廓和形状
上述方法能够按照许多形式和形状切割/分离玻璃和其他基材，而这在其他竞争性技术中是一个限制。可以切割出狭小的半径(<2mm)，从而能够形成小的孔和狭缝(例如手机应用中的扬声器/麦克风所需的)。并且，由于缺陷线高度控制任何裂纹扩展的位置，所述方法大大地控制了切割处的空间位置，并允许切割和分离小到几百微米的结构和特征。
因此，根据一些实施方式，玻璃制品具有至少一个内轮廓边缘，其具有垂直于玻璃片的面延伸至少250μm的多个缺陷线，所述缺陷线各自的直径小于或等于约5μm。例如，玻璃制品具有至少一个内轮廓边缘，其具有垂直于玻璃片的平坦主面(即相对于侧部较大的面)延伸至少250μm的多个缺陷线，所述缺陷线各自的直径小于或等于约5μm。在一些实施方式中，由内轮廓边缘限定的内轮廓的最小尺寸或宽度小于5mm，例如，其宽度(或直径)可以是0.1mm至3mm，如0.5mm至2mm。根据一些实施方式，玻璃制品包含离子交换后的玻璃。根据一些实施方式，缺陷线延伸所述至少一个内轮廓边缘的整个厚度。至少根据一些实施方式，所述至少一个内轮廓边缘的表面粗糙度Ra小于约0.5μm。至少根据一些实施方式，所述至少一个内轮廓边缘的亚表面损伤一直到小于或等于约75μm的深度。至少在玻璃制品的一些实施方式中，缺陷线延伸边缘的整个厚度。各缺陷线之间的距离例如小于或等于约7μm。
在下面的段落A到Z6中描述另外的实施方式：
A.根据一些实施方式，一种形成玻璃制品的方法包括：
I.将第一脉冲激光束聚焦成激光束焦线；
II.在沿着限定内部玻璃构件的封闭内轮廓的多个位置处，将激光束焦线引导到离子交换玻璃基材中，所述激光束焦线在离子交换玻璃基材中产生诱导吸收，以使激光束焦线产生缺陷线，该缺陷线在所述多个位置中的每个位置处延伸通过离子交换玻璃基材的厚度；
III.将另一个聚焦的激光束引导到内部玻璃构件的至少一部分中，并且至少烧蚀该内部玻璃构件的所述至少一部分。
B.根据A所述的方法，其还包括从离子交换玻璃基材移除内部玻璃构件。
C.根据A或B所述的方法，其中，所述另一个聚焦的激光束被引导到封闭内轮廓的内周界。
D.根据段落A-C中任一个段落所述的方法，其中，所述封闭内轮廓是圆。
E.根据D所述的方法，其还包括从离子交换玻璃基材移除内部玻璃构件的玻璃材料。
F.根据A-E所述的方法，其中，离子交换玻璃基材是安装在消费电子装置中的盖板玻璃。
G.根据F所述的方法，其中，离子交换玻璃基材位于消费电子装置的电子部件上方，并且第一脉冲激光束的波长对离子交换玻璃基材透明，但对电子部件不透明。
H.根据F或G所述的方法，其中，离子交换玻璃基材位于另一个玻璃的顶部上。
I.根据H所述的方法，其中，所述焦线不在该另一个玻璃中产生诱导吸收。
J.根据A所述的方法，其中，所述离子交换玻璃基材至少部分位于显示器玻璃上方。
K.根据J所述的方法，其中，所述焦线不在显示器玻璃中产生诱导吸收。
L.根据A-F所述的方法，其中，所述离子交换玻璃基材至少部分位于电子部件的上方，并且焦线不损伤电子部件。
M.根据A-L所述的方法，其中，激光束焦线不在电子部件中产生诱导吸收。
N.根据段落A-M所述的方法，所述另一个激光束是高斯激光束。
O.根据段落A-F中任一段落所述的方法，所述离子交换玻璃基材至少部分位于另一装置部件上方，其中，第一聚焦脉冲激光束的波长大于1.2微米或小于380nm。
根据权利要求A-F或O中任一项所述的方法，所述离子交换玻璃基材至少部分位于另一装置部件的上方，并且激光束焦线不延伸到所述另一装置部件中。
Q1.根据段落A-F中任一段落所述的方法，其中
(i)离子交换玻璃基材是安装在消费电子装置中的盖板玻璃；并且
(ii)离子交换玻璃基材至少部分位于消费电子装置的另一部件上方，并且
(iii)对玻璃进行烧蚀的所述另一个聚焦的激光束的波长被离子交换玻璃基材的玻璃强烈吸收，但不被另一部件强烈吸收。
Q2.如Q1所述的方法，其中，所述离子交换玻璃基材至少部分位于显示器玻璃上方，并且至少部分位于至少一个电子部件上方，所述方法还包括以下步骤：在不损坏盖板玻璃或所述至少一个电子部件的情况下，从离子交换玻璃基材移除内部玻璃构件。
Q3.如Q1或Q2所述的方法，其中，所述另一个聚焦的激光束具有以下中的至少一项：(a)波长对所述至少一个电子部件的壳体是不透明的；
(b)单脉冲频率≤50ns。
Q4.如Q3所述的方法，其中，对所述至少一个电子部件的壳体不透明的所述波长或者大于1.2微米或者小于380nm。
Q5.如段落Q1或Q2所述的方法，其中，所述另一个聚焦的激光束由皮秒激光器产生。
R1.根据段落A-F中任一段落所述的方法，其中，步骤III包括使红外激光束在封闭的内轮廓内追迹。
R2.根据R1所述的方法，其中第三红外激光束的波长在约9微米至约11微米的范围内。
R3.根据R2所述的方法，其中，所述第三红外激光束是CO2激光束。
S.根据段落A所述的方法，其中
(i)离子交换玻璃基材是安装在消费电子装置中的盖板玻璃；并且
(ii)离子交换玻璃基材至少部分位于：(a)消费电子装置的显示器玻璃上方，和(b)至少部分位于消费电子装置的电子部件上方；并且
(c)其中，聚焦的第一脉冲激光束具有波长；并且
(d)其中，所述电子部件具有壳体，所述壳体包含吸收所述波长中的光的材料，并且该吸收性材料位于孔下方的所述至少一个电子部件之间，以吸收线焦点波长。
T.根据段落A所述的方法，其中
(i)离子交换玻璃基材是安装在消费电子装置中的盖板玻璃；并且
(ii)离子交换玻璃基材至少部分位于：(a)消费电子装置的显示器玻璃上方，和(b)至少部分位于消费电子装置的电子部件上方；并且限定内部玻璃构件的封闭内轮廓不位于显示器玻璃的上方，而是位于电子部件的上方。
U.根据段落A所述的方法，其中，离子交换玻璃基材是安装在消费电子装置中的盖板玻璃；所述盖板玻璃具有边框区域，并且限定内部玻璃构件的封闭内轮廓位于边框区域内侧。
V.一种对离子交换材料进行激光钻取的方法，所述方法包括：
沿着光束传输方向观察，将脉冲激光束聚焦成激光束焦线；
在第一位置处，将激光束焦线引导到离子交换材料中，所述激光束焦线在材料中产生诱导吸收，所述诱导吸收沿着激光束焦线在材料中产生损伤轨迹；
沿着第一封闭轮廓，从第一位置出发，使所述材料和脉冲激光束相对于彼此平移，由此沿着第一封闭轮廓在材料中激光钻取多个孔；以及
将聚焦的激光引导到包含在第一封闭轮廓中的第二封闭轮廓周围的材料中，以促进沿着第一封闭轮廓移除材料的内部塞物。
W.如V所述的方法，其中，所述第二封闭轮廓与所述第一封闭轮廓偏离小于500μm。
X.根据权利要求V或W所述的方法，其中，引导到包含在第一封闭轮廓中的第二封闭轮廓周围的材料中的聚焦的激光是CO2激光。
Y.一种对离子交换材料进行激光钻取的方法，所述方法包括：
沿着光束传输方向观察，将脉冲激光束聚焦成激光束焦线；
在第一位置处，将激光束焦线引导到离子交换材料中，所述激光束焦线在材料中产生诱导吸收，所述诱导吸收沿着激光束焦线在材料中产生损伤轨迹；
沿着第一封闭轮廓，从第一位置出发，使所述材料和脉冲激光束相对于彼此平移，由此沿着第一封闭轮廓在材料中激光钻取多个孔；以及
将聚焦的激光引导到包含在第一封闭轮廓中的第二封闭轮廓周围的材料中，以促进沿着第一封闭轮廓移除材料的内部塞物。
Z.如Y所述的方法，其中，所述材料的厚度在约100μm至约8mm之间的范围内。
本文引用的所有专利、公开申请和参考文献的相关教导都通过引用全文纳入本文。
虽然本文公开了示例性的实施方式，但是本领域技术人员应理解，可在形式和细节上做出各种改变而不偏离所附权利要求书涵盖的本发明范围。

Claims (32)

1.一种形成玻璃制品的方法，所述方法包括：
(i).将第一脉冲激光束聚焦成激光束焦线；
(ii).在沿着限定内部玻璃构件的封闭内轮廓的多个位置处，将激光束焦线引导到离子交换玻璃基材中，所述激光束焦线在离子交换玻璃基材中产生诱导吸收，以使激光束焦线产生缺陷线，该缺陷线在所述多个位置中的每个位置处延伸通过离子交换玻璃基材的厚度；
(iii).将另一个聚焦的激光束引导到内部玻璃构件的至少一部分中，并且至少烧蚀该内部玻璃构件的所述至少一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括从离子交换玻璃基材移除内部玻璃构件。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述另一个聚焦的激光束被引导到封闭内轮廓的内周界。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述封闭内轮廓是圆。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包括从离子交换玻璃基材移除内部玻璃构件的玻璃材料。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，离子交换玻璃基材是安装在消费电子装置中的盖板玻璃。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，离子交换玻璃基材位于消费电子装置的电子部件上方，并且第一脉冲激光束的波长对离子交换玻璃基材透明，但对电子部件不透明。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，离子交换玻璃基材位于另一个玻璃的顶部上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述焦线不在该另一个玻璃中产生诱导吸收。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述离子交换玻璃基材至少部分位于显示器玻璃上方。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述焦线不在显示器玻璃中产生诱导吸收。
12.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述离子交换玻璃基材至少部分位于电子部件的上方，并且焦线不损伤电子部件。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，激光束焦线不在电子部件中产生诱导吸收。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述另一个激光束是高斯激光束。
15.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，所述离子交换玻璃基材至少部分位于另一个装置部件的上方，其中，聚焦的第一脉冲激光束的波长大于1.2微米或小于380nm。
16.根据权利要求1-6或15中任一项所述的方法，所述离子交换玻璃基材至少部分位于另一个装置部件的上方，并且激光束焦线不延伸到所述另一个装置部件中。
17.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，
(i)离子交换玻璃基材是安装在消费电子装置中的盖板玻璃；并且
(ii)离子交换玻璃基材至少部分位于消费电子装置的另一个部件的上方；并且
(iii)对玻璃进行烧蚀的所述另一个聚焦的激光束的波长被离子交换玻璃基材的玻璃强烈吸收，但不被另一个部件强烈吸收。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述离子交换玻璃基材至少部分位于显示器玻璃的上方，并且至少部分位于至少一个电子部件的上方，所述方法还包括以下步骤：在不损坏盖板玻璃或所述至少一个电子部件的情况下，从离子交换玻璃基材移除内部玻璃构件。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述另一个聚焦的激光束具有以下中的至少一项：(a)波长对所述至少一个电子部件的壳体是不透明的；
(e)单脉冲频率≤50ns。
20.如权利要求19所述的方法，其中，对所述至少一个电子部件的壳体不透明的所述波长或者大于1.2微米或者小于380nm。
21.如权利要求18所述的方法，其中，所述另一个聚焦的激光束由皮秒激光器产生。
22.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，步骤III包括使红外激光束在封闭的内轮廓内追迹。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，第三红外激光束的波长在约9微米至约11微米的范围内。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，第三红外激光束是CO2激光束。
25.根据权利要求1所述的方法，其中：
(i)离子交换玻璃基材是安装在消费电子装置中的盖板玻璃；并且
(ii)离子交换玻璃基材至少部分位于：
(a)消费电子装置的显示器玻璃上方，和(b)至少部分位于消费电子装置的电子部件上方；并且
(b)其中，聚焦的第一脉冲激光束具有波长；并且
(c)其中，所述电子部件具有壳体，所述壳体包含吸收所述波长的材料；并且该吸收性材料位于孔下方的所述至少一个电子部件之间，以吸收线焦点波长。
26.根据权利要求1所述的方法，其中：
(i)离子交换玻璃基材是安装在消费电子装置中的盖板玻璃；并且
(ii)离子交换玻璃基材至少部分位于：(a)消费电子装置的显示器玻璃上方，和(b)至少部分位于消费电子装置的电子部件上方；并且限定内部玻璃构件的封闭内轮廓不位于显示器玻璃的上方，而是位于电子部件的上方。
27.根据权利要求1所述的方法，其中，离子交换玻璃基材是安装在消费电子装置中的盖板玻璃；所述盖板玻璃具有边框区域，并且限定内部玻璃构件的封闭内轮廓位于边框区域内侧。
28.一种对离子交换材料进行激光钻取的方法，所述方法包括：
沿着光束传输方向观察，将脉冲激光束聚焦成激光束焦线；
在第一位置处，将激光束焦线引导到离子交换材料中，所述激光束焦线在材料中产生诱导吸收，所述诱导吸收沿着激光束焦线在材料中产生损伤轨迹；
沿着第一封闭轮廓，从第一位置出发，使所述材料和脉冲激光束相对于彼此平移，由此沿着第一封闭轮廓在材料中激光钻取多个孔；以及
将聚焦的激光引导到包含在第一封闭轮廓中的第二封闭轮廓周围的材料中，以促进沿着第一封闭轮廓移除材料的内部塞物。
29.如权利要求28所述的方法，其中，所述第二封闭轮廓与所述第一封闭轮廓偏离小于500μm。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其中，引导到包含在第一封闭轮廓中的第二封闭轮廓周围的材料中的聚焦的激光是CO2激光。
31.一种对离子交换材料进行激光钻取的方法，所述方法包括：
沿着光束传输方向观察，将脉冲激光束聚焦成激光束焦线；
在第一位置处，将激光束焦线引导到离子交换材料中，所述激光束焦线在材料中产生诱导吸收，所述诱导吸收沿着激光束焦线在材料中产生损伤轨迹；
沿着第一封闭轮廓，从第一位置出发，使所述材料和脉冲激光束相对于彼此平移，由此沿着第一封闭轮廓在材料中激光钻取多个孔；以及将聚焦的激光引导到包含在第一封闭轮廓中的第二封闭轮廓周围的材料中，以促进沿着第一封闭轮廓移除材料的内部塞物。
32.如权利要求30所述的方法，其中，所述材料的厚度在约100μm至约8mm之间的范围内。
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