CN110121398A

CN110121398A - 透明材料的激光加工

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Publication number: CN110121398A
Application number: CN201780067436.4A
Authority: CN
Inventors: L·E·科默斯科特二世; J·高里尔; T·A·T·阮; G·A·皮奇; M·R·韦斯科特
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2019-08-13
Anticipated expiration: 2037-08-29
Also published as: US20180062342A1; US10522963B2; EP3507057A1; KR20190043586A; JP2019532908A; WO2018044843A1; KR102423775B1; CN110121398B

Abstract

对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：将脉冲激光束聚焦成激光束焦线引导进入工件中，激光束焦线在材料中产生感应吸收，以及感应吸收沿着激光束焦线在工件内产生缺陷线，其中，焦线具有长度L和基本均匀的强度分布，使得在焦线的至少85％的长度L上的峰值强度分布相对于其平均峰值强度变化不超过40％和优选不超过30或20％。

Description

透明材料的激光加工

本申请根据35U.S.C.§119，要求2016年08月30日提交的美国临时申请系列第62/381,345号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。本申请还根据35U.S.C.§119，要求2016年09月30日提交的美国临时申请系列第62/402,337号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

背景技术

本公开一般地涉及透明材料的激光加工，更具体地，涉及用通过非衍射激光束形成的焦线对此类材料进行切割或者在此类材料中形成孔。

本文的任何引用并不承认构成现有技术。申请人明确保留质疑任何引用文件的准确性和针对性的权利。

发明内容

本公开的一个实施方式涉及对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：将脉冲激光束聚焦成激光束焦线引导进入工件中，激光束焦线在材料中产生感应吸收，以及感应吸收沿着激光束焦线在工件内产生缺陷线，其中，所述焦线具有长度L和基本均匀的强度分布，使得在焦线的至少85％的长度L上的峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过40％，优选变化不超过30％，优选变化不超过20％，优选变化不超过20％，和甚至更优选变化不超过10％。根据一些实施方式，激光束焦线是轴对称的。根据其他实施方式，激光束焦线不是轴对称的(例如，其可以具有椭圆截面)。根据一些实施方式，通过高斯-贝塞尔束或贝塞尔束形成激光束焦线，其相对于中心点或中心突出部(central lobe)具有轴对称截面。根据一些实施方式，通过高斯-贝塞尔束或贝塞尔束形成激光束焦线，其相对于中心点或中心突出部(central lobe)具有非轴对称截面。

根据一些实施方式，方法还包括采用包含至少一个非球面表面的光学系统将所述脉冲激光束聚焦成所述激光束焦线导向到工件中。根据一些实施方式，非球面表面是折射或反射元件的弯曲表面。根据一些实施方式，光学系统包括至少两个非球面光学组件。

根据一些实施方式：(i)所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的至少90％的长度L上的峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过40％，例如：变化不超过35％或者甚至30％，优选变化不超过20％，优选变化不超过20％，优选变化不超过15％，和甚至更优选变化不超过10％；或者(ii)所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L上的强度分布变化不超过40％，优选变化不超过35％或30％，优选变化不超过20％，优选变化不超过20％，和甚至更优选变化不超过15％或甚至不超过10％。

根据一些实施方式，光学系统构造成形成所述激光束焦线，使得：(i)对于缺陷线的长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，激光束焦线直径D相对于最大直径变化不超过15％；或者(ii)对于缺陷线的长度L，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过10％。

根据一些实施方式，所述焦线表征为每单位长度的能量密度，以及在焦线至少90％的长度L上，沿着传播轴的每单位长度的焦线能量密度变化不超过15％，和优选地，在焦线至少90％的长度L上，变化不超过10％。

根据一些实施方式，光学系统构造成使得对于任意截面，在相对于焦线的不同高度，离开光学系统的光束以基本相同的角度β′(相互在10％内)朝向焦线会聚。

根据一些实施方式，用于激光加工透明材料的装置包括：

产生高斯强度分布束的激光源，

形成改进的高斯-贝塞尔束的光学系统，所述光学系统包括至少两个非球面组件和构造成提供取向沿着束传播轴的激光束焦线；

其中，激光束焦线具有轴上(on-axis)峰值强度分布，以及激光束焦线的光能被限制在沿着传播轴的区域内，使得：(i)大于75％、或者甚至大于80％的总强度被包含在沿着传播轴的峰值强度分布的半最大功率点之间；和/或(ii)对于至少90％的长度L，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过20％，和优选不超过10％。

根据这种装置的一些实施方式，装置光学系统包括至少一个非球面表面以将所述脉冲激光束聚焦成所述激光束焦线导向到工件中。根据一些实施方式，非球面表面是折射或反射元件的弯曲表面。根据一些实施方式，光学系统包括至少两个非球面光学组件。

根据一些实施方式，装置构造成使得束焦线具有非轴对称束截面，其包括截面x方向上的最小瑞利范围Z_{Rx，最小值}和截面y方向上的最小瑞利范围Z_{Ry，最小值}，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_{Ry，最小值}中较小的那个大于式中，F_D是无量纲分歧因子，其大于15和优选大于50，以及在至少一些实施方式中大于75(例如，100≥F_D≥10000)。

根据一些实施方式，束焦线具有非轴对称束截面，其包括截面x方向上的最小瑞利范围Z_{Rx，最小值}和截面y方向上的最小瑞利范围Z_{Ry，最小值}，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_{Ry，最小值}中较小的那个大于式中，F_D是无量纲分歧因子，其大于15和优选大于50，以及在至少一些实施方式中大于75(例如，100≥F_D≥10000)。

根据一些实施方式包括的方法，其包括如下步骤：采用位置在束源与透明工件之间的去相干(decohering)光学元件，将脉冲激光束的第一束部分与脉冲激光束的第二束部分去相干。例如，根据一些实施方式，将第一束部分偏振成第一偏振状态和将第二束部分偏振成第二偏振状态，其垂直于第二束部分，这使得第一束部分与第二束部分去相干。根据一些实施方式，去相干光学元件包括至少一个波片(例如，分裂四分之一波片(split quarterwaveplate)SQW)。

根据一些实施方式，方法还包括引导脉冲激光束超过光学阻挡元件，其中，光学阻挡元件的位置是在产生锥形波峰面的光学元件与透明工件之间。优选地，束截面是非轴对称束截面，其包括截面x方向上的最小瑞利范围Z_{Rx，最小值}和截面y方向上的最小瑞利范围Z_{Ry，最小值}，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_{Ry，最小值}中较小的那个大于式中，F_D是无量纲分歧因子，其大于15和优选大于50，以及在至少一些实施方式中大于75(例如，100≥F_D≥10000)。

根据一些实施方式，方法还包括使用光学延迟片，其构造成相对于另一部分(脉冲激光束的第二部分)，将特定的光学延迟(阻滞)引入脉冲激光束的第一部分中。例如，光学延迟片可以在半个脉冲激光束上诱发π光学迟滞(其中，认为激光波长的一个光学周期覆盖2π弧度的光学相，所以π光学迟滞是一半的光学周期延迟)，在半个脉冲激光束上诱发0.875π光学迟滞，以及在一些实施方式中，在半个激光束上诱发0.5π光学迟滞。优选地，束截面是非轴对称束截面，其包括截面x方向上的最小瑞利范围Z_{Rx，最小值}和截面y方向上的最小瑞利范围Z_{Ry，最小值}，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_{Ry，最小值}中较小的那个大于式中，F_D是无量纲分歧因子，其大于15和优选大于50，以及在至少一些实施方式中大于75(例如，100≥F_D≥10000)。

根据一些实施方式，所述工件包括：(a)包含涂层的至少一个部分；和(b)不包含涂层的至少一个部分。

本公开的一个实施方式涉及对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

将脉冲激光束聚焦成激光束焦线引导进入工件中，激光束焦线在材料中产生感应吸收，以及感应吸收沿着激光束焦线在工件内产生缺陷线，

其中，所述焦线具有长度L和基本均匀的强度分布，使得在焦线的至少85％的长度L上的峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过40％(例如，不超过35％、或者不超过30％、或者不超过25％、或者不超过20％)。

本公开的另一个实施方式涉及对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

其中，具有长度L的所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在束传播方向上的焦线的至少85％的长度L上的峰值强度分布相对于最大峰值强度变化不超过20％。

另一个实施方式涉及对工件进行激光加工的方法，该方法包括：

(i)将脉冲激光束聚焦成取向沿着束传播轴的激光束焦线；

(ii)将激光束焦线引导入工件中，激光束焦线在工件材料中产生感应吸收，以及感应吸收沿着激光束焦线在工件内产生缺陷线，其中，焦线具有长度L和峰值轴上光学功率分布，并且激光束焦线的光学功率被限制在沿着传播轴的区域内，使得80％的总功率被包含在沿着传播轴的功率分布的半最大功率点之间。

本公开的另一个实施方式涉及对玻璃工件进行激光加工的方法，该方法包括：

(i)将脉冲激光束聚焦成取向沿着束传播轴的激光束焦线；

(ii)将激光束焦线引导入玻璃工件中，激光束焦线在材料中产生感应吸收，以及感应吸收沿着激光束焦线在工件内产生缺陷线，其中，焦线具有轴上峰值强度分布，并且激光束焦线的光能被限制在沿着传播轴的区域内，使得>70％、和优选>75％或>80％的总强度被包含在沿着传播轴的峰值强度分布的半最大峰值强度点之间。

(i)将脉冲激光束聚焦成取向沿着束传播轴的激光束焦线；

(ii)将激光束焦线引导入玻璃工件中，激光束焦线在材料中产生感应吸收，以及感应吸收沿着激光束焦线在工件内产生缺陷线，其中，焦线具有轴上峰值强度分布，并且激光束焦线的光能被限制在沿着传播轴的区域内，使得75％、或者甚至大于>80％(例如，>85％或大于90％)的总能量被包含在沿着传播轴的峰值强度分布的半最大峰值强度点之间。

另一个实施方式涉及对透明材料进行激光加工的装置，其包括：

(i)产生高斯强度分布束的激光源，

(ii)形成改进的高斯-贝塞尔束的光学系统，所述光学系统包括至少两个非球面组件并且构造成提供取向沿着束传播轴的激光束焦线，

其中，激光束焦线具有轴上峰值强度分布，并且激光束焦线的光能被限制在沿着传播轴的区域内，使得大于80％的总强度被包含在沿着传播轴的峰值强度分布的半最大功率点之间。

另一个实施方式涉及用于对透明材料进行激光加工的装置，其包括：

(i)产生高斯强度分布束的激光源，

(ii)形成改进的高斯-贝塞尔束的光学系统，所述光学系统包括至少一个非球面组件，并且构造成提供取向沿着束传播轴的激光束焦线，使得激光束焦线具有长度L和直径D，以及对于至少90％的长度L，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于焦线的最大直径变化不超过20％。

在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。

应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。

所附附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。

附图说明

图1是入射到典型轴锥体组件上的准直高斯束和通过轴锥体形成的焦线的示意性截面图；

图2是形成焦线的示例性光学系统的光学组件的示意图，所述焦线用于在工件中形成缺陷线；

图3显示通过例如图2的光学系统形成的高斯-贝塞尔束的横截面图；

图4A和4B分别显示沿着焦线长度的高斯-贝塞尔束的建模和测量得到的峰值强度分布与沿着光轴的距离(mm)的函数关系；

图4C显示高斯-贝塞尔束强度分布中的大部分的光能是如何无法被利用的；

图5A显示典型的高斯-贝塞尔束强度分布以及通过根据一个实施方式提供的改进的高斯-贝塞尔束(MGB)所提供的“顶帽(top hat)”强度分布；

图5B显示图5A所示的MGB束内和高斯-贝塞尔束内所含的总能量(y轴)与强度阈值(表述为峰值强度的％，x轴)的关系图；

图6是对于高斯-贝塞尔束和MDB这两种情况，沿着光轴对激光束焦线％峰值强度变化(作为相同区域内的平均峰值强度的％)与相同区域内所含的激光焦线总能量百分比的关系图；

图7示意性显示当根据本发明的一个实施方式，计算产生改进的高斯-贝塞尔(MGB)束的合适光学表面时要考虑的光学系统特征；

图8A显示根据本发明的一个实施方式的光学组件(改进的轴锥体)和来自其的光线轨迹；

图8B显示根据本发明一些实施方式的其他光学组件；

图9A显示用于对玻璃和其他材料进行激光加工或切割的折射光学系统的一个实施方式。光学系统构造成形成改进的高斯-贝塞尔束，使得通过光学系统形成的焦线具有基本均匀的峰值强度分布和基本恒定的直径；

图9B显示图9A的光学组件的更多细节；

图10A和10B显示用于对玻璃和其他材料进行激光加工或切割的光学系统的其他实施方式，其构造成提供改进的高斯-贝塞尔束，形成的焦线具有基本均匀的峰值强度分布和基本恒定的直径；

图11A显示用于激光加工或切割玻璃和其他材料的光学系统的一个实施方式所形成的焦线内所测得的峰值强度分布；

图11B显示具有图11A所示的峰值强度分布的焦线的中心处和靠近焦线一端的束截面；

图11C显示对于对应于图11A和11B的实施方式，当形成焦线时，输入光线高度h_i与光线和光轴相交的位置的关系；

图12A显示对于另一个实施方式，当形成焦线时，输入光线高度h_i与光线和光轴相交的位置的关系；

图12B显示对于另一个实施方式，当形成焦线时，输入光线高度h_i与光线和光轴相交的位置的关系；

图12C显示根据一个实施方式，通过MGB束形成的建模和测量得到的峰值强度分布；

图13是根据一个实施方式，通过MGB束形成的测量得到的峰值强度分布；

图14显示对于采用相同实施方式光学系统的三种不同尺寸的输入高斯束，标准化峰值强度分布(I_最大值＝1)与沿着光轴的距离的关系图；

图15A-15B显示具有等间距缺陷线或损坏轨迹的改性玻璃的断层线(穿孔线)；

图16显示经由沿着焦线的感应吸收对材料进行加工的示意图，所述焦线是通过根据本文所述一些实施方式的光学系统形成的；和

图17a和17B显示脉冲群和脉冲群内的多个脉冲。

具体实施方式

本文所述的材料的激光加工领域包括宽范围的各种应用，涉及切割、钻孔、研磨、焊接、熔化等，以及不同类型的材料。这些材料可以是例如：化学强化玻璃基材(例如，购自康宁有限公司(Corning Incorporated)的玻璃)、或者碱土硼铝硅酸盐玻璃组合物玻璃(例如，TFT(薄膜晶体管)玻璃组合物，例如Eagle康宁Lotus^TM)、钠钙玻璃、热强化(回火)玻璃、熔合二氧化硅、或者其他玻璃基材。方法可用于例如根据需要从较大的玻璃基材切割玻璃片，在玻璃中产生打孔、产生缺陷线或穿孔，或者对玻璃进行斜切。本文所述的方法还可用于形成微米规格的孔，并且此类孔可用于例如制造可用于日常高速电子信号的玻璃“插入物”。

例如，为了从较大的玻璃基材切割玻璃片，工艺产生断层线、轮廓或路径110(参见例如图15)，其绘制出了所需的形状并且建立了对于裂纹传播具有最小抗性的路径，并由此从其基材基质分离和分开所需形状的玻璃。可以将激光分离方法调节和配置成实现玻璃形状从原始基材发生手动或机械分离、部分分离或者完全分离。

用激光5提供的脉冲激光束照射待加工的物体(例如，下文所述的玻璃工件7)。脉冲激光束可以是例如超短脉冲(脉冲宽度小于100ps)的激光束，其浓缩成高纵横比的线(焦线4')，具有基本均匀的强度分布和高能量密度，如下文所述。激光束的波长可以是例如小于或等于1064nm。焦线4'穿透正在进行加工的工件7的厚度。在一些实施方式中，工件7是玻璃基材。在这个高能量密度体积内，工件7的材料经由非线性效应发生改性。重要的是要注意到，在没有该高光学强度的情况下，不引发非线性吸收。低于这个强度阈值，材料对于激光辐射是透明的，并且保持其初始状态。通过使得经由激光束形成的焦线扫描过所需的线或路径，沿着轮廓或路径产生了多条窄的缺陷线120(数微米宽)，所述轮廓或路径可用于限定待分离的周界或形状。

焦线是这样一种区域，其中，光束的聚焦光斑维持在一定长度上，该长度大于通过高斯束形成的相同尺寸单焦光斑的典型衍射属性所预期的情况。不同于束聚焦成点(或者至少是非常短区域)，对应于焦线的束被聚焦成沿着束传播方向的拉伸的区域。如本文所述，焦线的“长度L”是(焦线内沿着束传播方向的)峰值截面束强度跌落到其1/2最大峰值的点之间的距离。对于高斯束，光斑尺寸维持在平方根因子内的典型长度是瑞利范围，通常是π*w0²/λ，其中，λ是光的波长，和w0是高斯束光斑的1/e²半径。形成焦线的一种策略是形成准非衍射束，作为常用于激光系统的高斯束分布的替代，其可以采用更为复杂的形状(例如，贝塞尔或高斯-贝塞尔分布)，其有效衍射要比高斯束慢得多。在本说明书的后面内容中提供了对于准非衍射束、瑞利范围、和如何测量这些更为复杂的束分布的光斑直径的更为细节讨论。

在焦线4'中所含的光能可以在基本透明的材料(例如，玻璃复合工件)中产生多光子吸收(MPA)。MPA是相同或不同频率的两个或更多个光子的同时吸收，从而将分子从一个状态(通常是基态)激发到较高能电子态(电离)。

对于MPA，所涉及的分子的较低能态与较高能态之间的能量差等于所述两个或更多个光子的能量总和。MPA，也被称作感应吸收，可以是二阶或三阶过程(或者更高阶)，例如，比线性吸收弱数个数量级。其与线性吸收的不同之处在于，例如二阶感应吸收的强度会与光强度的平方成比例，因此其是非线性光学过程。

玻璃基材或工件7相对于激光束形成的焦线4'移动(或者激光束焦线相对于玻璃位移)，产生描绘出任意所需部件的形状的穿孔区域。例如，在至少一些实施方式中，激光束焦线4'产生孔状缺陷区(或损坏轨迹或缺陷线120)，其穿透玻璃的整个深度，内开口的直径是例如约0.3-1微米。这些穿孔、缺陷区域、损坏轨迹、或者缺陷线通常间隔1至50微米(例如，1-50微米、1-25微米、5-25微米、5-30微米、8-30微米、8-40微米、1-20微米、3-15微米、或5-10微米)。

一旦产生了具有缺陷或穿孔的线或轮廓，可以通过如下方式进行分离：1)固有的材料应力(例如，来自于化学强化)，在穿孔断层线110上或其附近的手动施加的应力或者其他机械方式产生应力；应力或压力应该产生拉伸，其将穿孔断层线110的两侧拉开并使得仍然粘结在一起的区域破裂；2)使用热源，在断层线110附近产生应力区，使得缺陷(本文也称作缺陷线120)或者穿孔断层线处于拉伸，诱发部分或完全分离。在两种情况下，分离都取决于数个工艺参数，例如，激光扫描速度、激光功率、透镜的参数、脉冲宽度、重复频率等。

根据本文所述的至少一些实施方式，激光切割或成孔过程使用超短脉冲激光5结合产生焦线4'的光学系统，从而使得各种玻璃组合物的主体发生完全穿孔。如本文所述，焦线4'沿着焦线的长度L内的所需距离提供基本均匀的光学强度分布(例如，如图5A的MGB曲线所示)。

在一些实施方式中，单个脉冲的脉冲持续时间范围是大于约1皮秒至小于约100皮秒，例如大于约5皮秒至小于约20皮秒，以及单个脉冲的重复频率可以约为1kHz至4MHz，例如约为10kHz至650kHz。

除了以前述单个脉冲重复频率运行的单次脉冲操作之外，可以以两个或更多个脉冲(例如，3个脉冲、4个脉冲、5个脉冲、10个脉冲、15个脉冲、20个脉冲或者更多个脉冲)的脉冲群来产生脉冲，它们被脉冲群中的单个脉冲之间的时间段所分隔开，该时间段是约1纳秒至约50纳秒，例如10至30纳秒，例如约20纳秒，以及脉冲群重复频率可以是约1kHz至约200kHz。(脉冲群的冲击或产生是这样一类激光操作，其中，脉冲的发射不是均匀且稳定流，而是紧密的脉冲簇。)选择脉冲群激光束的运行波长，使得材料在这个波长是基本透明的。在材料处测得的平均激光功率/群可以大于40微焦耳每mm材料厚度，例如40微焦耳/mm至2500微焦耳/mm，或者500至2250微焦耳/mm。例如，对于0.1mm-0.2mm厚的康宁Eagle玻璃，可以使用200μJ的脉冲群来切割和分离玻璃，其得到1000-2000μJ/mm的示例性范围。例如，对于0.5-0.7mm厚的康宁Eagle玻璃，可以使用400-700μJ脉冲群来切割和分离玻璃，其对应于570μJ/mm(400μJ/0.7mm)至1400μJ/mm(700μJ/0.5mm)的示例性范围。

如本文所定义，缺陷线120的直径或内直径是玻璃或工件中的开放通道或者空气孔的内直径。例如，在本文所述的一些实施方式中，缺陷线120的内直径<500nm，例如，≤400nm、或者≤300nm。此外，例如缺陷线的内直径可以大到如同激光束焦线的光斑直径。激光束焦线的平均光斑直径可以是约0.1微米至约5微米，例如1.5至3.5微米。在高斯-贝塞尔束的情况下，焦线直径D(D＝2R，参见例如图3A)可以被认为是贝塞尔函数的中心峰值强度与第一个零位(null)之间的距离的两倍，所述第一个零位近似为激光束焦线的截面分布与基材相互作用的地方。一旦沿着断层线或轮廓110分离了工件或玻璃部件，切割和分离表面上的缺陷线120仍然会是潜在可见的，并且可以具有与例如缺陷线的内直径相当的宽度。因此，通过本文所述实施方式方法制备的玻璃制品的切割表面上的缺陷线120的宽度可以是例如约0.1微米至约5微米的宽度。

除了单片玻璃之外，该工艺还可用于切割玻璃堆叠，并且可以以单次激光通过完全穿孔总高度高至数个mm的玻璃堆叠。玻璃堆叠还可额外地在各个位置具有空气间隙；激光加工仍然会在单次通过中，对该堆叠的上层玻璃层和下层玻璃层都完全穿孔。

一旦对玻璃进行了穿孔，如果玻璃具有足够的内应力，裂纹会沿着穿孔线扩展，并且玻璃片会分离成所需部件。

本文所述的方法和设备可用于例如从透明基材(更具体来说，玻璃)以可控方式切割和分离出任意形状，具有可忽略不计的碎屑和对于部件边缘具有最小破坏，这保留了边缘强度、边缘冲击强度和实现了高水平的玻璃边缘可靠性。开发的激光方法有利地实现了维持干净且原始表面质量和由绕着激光聚焦的高强度区域所产生的减小的表面下破坏。实现这个工艺的一个关键在于通过超短脉冲激光所产生的如下文所述的具有基本均匀强度分布的焦线4'所产生的缺陷或缺陷线120的高纵横比。这能够产生断层线110，其从待切割材料的顶表面延伸到底表面。原理上来说，可以通过单个激光脉冲或者单个群脉冲来产生这种缺陷。

可以通过如下方式进行产生焦线：将激光5提供的高斯激光束输送到光学系统125(本说明书中进一步详述)，在其中，经由改进的高斯-贝塞尔束(MGB束)产生焦线4'。焦线4'具有长度L(即，0.5最大强度点之间的距离)，其范围是约0.1mm至约100mm、或者0.3mm至10mm、或者约0.5mm至约5mm，例如：约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、或约9mm，或者长度范围是约0.1mm至约1mm。焦线4'还具有范围是约0.1微米至约5微米的平均光斑直径。因此，例如，焦线4'可以具有0.3mm至10mm的长度L，和(在其长度上的)0.1微米至约5微米(例如，0.2微米至1或2微米)的平均光斑直径。玻璃中产生的孔或缺陷线120的直径可以分别是0.1微米至10微米，例如，0.25至5微米(例如，0.2-0.75微米或者0.3-0.75微米)。

比较例：用高斯-贝塞尔束形成的焦线

标准激光机械加工系统通常采用高斯束(即，具有高斯强度分布的激光束)。当聚焦成足够小的光斑尺寸以具有足够强度从而对材料进行改性时，由于衍射现象，此类束具有短的焦深度，例如小于或等于数微米。相反地，可以用高斯-贝塞尔激光束进行激光机械加工，形成激光束焦线，并且此类束相比于通过高斯束形成的典型聚焦具有优势，因为其在玻璃片中产生了长的材料改性区域，这可以在玻璃片的深度上贯穿数毫米。可以通过如下方式形成高斯-贝塞尔束，例如：将具有高斯强度分布的典型激光束提供到光学组件，例如，折射或反射轴锥体，相改性元件(例如，空间光调制器)、或者格栅元件(例如，达曼光栅)，形成焦线。如图1所显示的比较例所示，将具有典型高斯强度分布的准直激光束2提供到轴锥体3(即，具有一个锥表面3a的透镜组件)，这形成了高斯-贝塞尔束，其在位置紧邻轴锥体的锥表面3a的地方产生伸长的焦线4。图2显示再成像光学系统6，其将伸长的焦线4在工件7(例如玻璃基材)内再成像为激光束焦线4'(本文也称作焦线)。图2的再成像光学系统6包括两个光学组件：具有焦长度F1的光学组件6a，和具有焦长度F2的光学组件6b。这些组件可以相互分开距离F1+F2。再成像的激光束焦线4'与再成像光学系统6的后表面间隔开，使得没有与透镜组件6b直接相邻形成焦线4'。

光学系统6的透镜6a和6b简单地放大(或缩小)在紧靠轴锥体3的后方产生的焦线4。图3显示通过图2的光学系统形成的高斯-贝塞尔束(用于比较例的光束)的截面(径向分布)。图3所示的光束的中心部分4a'(本文也称作中心光斑、或者中心突出部)对应于焦线4'，以及绕着中心部分的环对应于朝向玻璃基材内的进一步向下的焦线的中心会聚的光学强度(束)。焦线4'的中心部分4a'具有直径D(其中，D＝2R)。在任意给定位置，大部分的激光束能量浓缩在中心部分4a'中，并且高斯-贝塞尔束的中心部分4a'被用于在玻璃基材7中产生缺陷线120。在一些实施方式中，可优选直径D是尽可能小的。

但是，通过比较例的典型高斯-贝塞尔束形成的焦线4(进而焦线4')沿着光轴OA(即，束传播方向)具有非常不均匀的峰值强度分布。此处，术语“峰值强度”用于描述在激光束的截面(或横向)分布中观察到的最大强度，其中，截面平面与束传播方向呈横向，这是在沿束传播方向的一个给定位置处评估的。峰值强度通常会与沿着束传播方向的给定位置处的高斯-贝塞尔束的中心光斑内所含的能量成比例。比较例高斯-贝塞尔束在沿着焦线4距离轴锥体(从所述轴锥体接收具有高斯强度分布的输入激光束)的尖端距离z处的x-y平面P中的强度具有如下等式：

I(r,z)＝I_o(R_z)R_z 2πk(sin(β)/cos²(β)) J_o ²(k R sin(β)) 等式1.1

式中，R_z是在入射高斯束2的1/e²点处测得的输入束半径，I_o(R_z)是照亮对应于输入束半径R_z的光束的强度(即，径向高度Rz处的高斯束强度)，β是激光束当其朝向焦线会聚时的会聚角，J_o是第一类的零阶贝塞尔函数(贝塞尔微分方程的解)，R是焦线的半径(即，中心部分4a'的半径)，和k＝2π/λ。由此，在距离z处，焦线的中心处的峰值强度如下：

I_p(z)＝I_o(R_z)R_z 2πk(sin(β)/cos²(β)) 等式1.2

这个等式描述了高斯-贝塞尔束的径向强度分布与沿着光轴(z)的距离的函数关系，对应于图4A-4C所示的那些。

如图4A-4C所示，典型高斯-贝塞尔束(沿着束传播方向)的峰值强度分布是高度不均匀的，如图4A-4C所示。焦线4的直径与角度β相关，而焦线的直径D与角度β'相关。角度β也可以被认为是光束照亮或产生了小段焦线的特定部分的数值孔径(NA)的测量。从光学物理学已知的是，通过光束形成的光斑直径D与该光束的数值孔径成反比。因此，如果角度β沿着焦线的长度变化，这相当于表明NA沿着焦线的长度变化，或者光斑直径沿着焦线的长度变化。如图，如图4A所示，当折射轴锥体、具有相同功能的相元件、或者衍射达曼光栅用于从输入高斯束产生焦线4'时，沿着束传播轴(光轴OA)的光束强度(I)分布导致过多的能量存在于沿着光轴OA(线z)的一些区域中，而在沿着束的其他区域中是不足的。这种不均匀的高斯-贝塞尔束强度分布会导致在玻璃工件接收到额外能量的区域中形成不合乎希望的微裂纹，而在能量接收太少的区域中具有不足的材料改性。高斯-贝塞尔束(沿着光轴OA)的不均匀的峰值强度分布还会引起形成截面尺寸不均匀的孔，或者如果玻璃工件7接收到的用于形成所述尺寸的孔的光功率不足的话引起不完全的孔。

更具体来说，图4A是通过图2所示的比较例光学系统的高斯-贝塞尔束形成的情况下，建模峰值束强度分布与沿着光轴OA(和沿着焦线4'的长度)的距离z的关系图。如图4A所示，距离L是沿着束传播方向，在0.5I_最大值点(半最大峰值强度点，也对应于半最大功率)之间的距离。例如，图4A的峰值强度曲线显示，在距离最后一个透镜组件6b的距离z为0.25mm处，比较例光束(高斯-贝塞尔束)的中心处的峰值强度约为最大强度I_最大值的40％，所述最大强度I_最大值存在于沿着光轴OA距离透镜组件6b约0.8mm处。但是，峰值强度I≤高斯-贝塞尔束的0.4I_最大值可能不足以对典型玻璃基材进行切割或改性，并且可能导致在基材中形成不完整的缺陷线。因此，位于比较例高斯-贝塞尔束的尾端中的光能通常不可用于玻璃切割应用。

图4B显示通过图2的示例性比较例光学系统产生的测量得到的光轴AO的不同位置处(距离最后一个透镜组件6b不同距离z)的峰值强度I。更具体来说，图4B是沿着光轴OA(焦线4'位于所述光轴OA上)测得的光束的测量得到的峰值强度与沿着光轴OA的距离函数关系图。采用轴锥体透镜3和双透镜系统6形成对应于图4B的高斯-贝塞尔束，这产生长度L近似为2mm的焦线4'。也就是说，在这个例子中，如图4B所示，对应于1/2最大强度(即，0.5I_最大值)的强度点(A，A')间隔约2mm。如图4B所示，测量得到的高斯-贝塞尔束的峰值强度沿着焦线4'的长度是高度不均匀的，并且具有类似于图4A所示的形状。

图4C类似于图4A和4B所示的那些情况，显示了通过高斯-贝塞尔束产生的另一种比较例焦线的峰值强度分布与沿着光轴距离z的函数关系，z值是0至12mm。(距离z是在再成像系统6的最后一个光学组件后面的距离。)在图4C中，实线对应于建模结果，圆圈对应于测量数据。对应于阴影区域的光学强度是在给定厚度的玻璃基材内对玻璃进行改性(即，制造缺陷线120，例如孔)所需的强度。在这个例子中，玻璃基材7的厚度t沿着光轴从位置z≈1.5mm延伸到位置z≈6.75mm。但是，从图4C看出，在这个比较例中，在阴影区域外的光功率是非常浪费的。在0<z<1.5mm和7mm<z<12mm的区域中，光功率(进而强度)没有强到足以有效地对玻璃进行改性。此外，在这个实施方式中，高于对玻璃进行改性所需的光功率(或强度)也被浪费了，因为其没有被用于生产。例如，位于图4C的阴影区域上方的对应于高于0.6I_最大值的峰值强度的光能超过了对玻璃进行有效改性所需的情况。此外，因为区域的中心(即，约3mm至5mm的距离z之间)的光功率极大地超过了对玻璃基材7进行钻孔或切割所需的能量，这种过多的能量会导致过度的材料破坏，例如在这个区域中形成不合乎希望的微裂纹。比较例高斯-贝塞尔束的测量测得的峰值强度表示为圆圈，并且可以看出，其类似于建模结果所得到的那样。

对于玻璃材料，以功率密度而言，当得到的激光能量密度高于材料内聚力，材料挥发，产生材料改性，这会形成致密化、裂纹、破坏轨迹、或孔。因此，希望在沿着焦线4'的长度的每个区段的功率密度高于给定阈值P_o(单位是瓦特/微米³)，从而产生的孔一路贯穿工件7(例如玻璃基材)。在图4C所示的例子中，束截面内的阈值强度(其对应于绕着该光轴位置的无穷小的体积区域中的功率密度)实现了产生的孔对应于强度阈值I_o＝0.6I_最大值，以及0.6P最大值/μm³的功率密度在玻璃中产生了所需的改性。在这个比较例中，当光功率密度跌落使得其对应于I_o<0.6I_最大值时，焦线4'不能可靠地通过单个激光脉冲或单个脉冲群产生致密化、裂纹、破坏轨迹、或孔。

希望提供玻璃分离或玻璃加工方法，其实现了：

I)作为基材7内的材料深度的函数，激光束具有更均匀的峰值强度和更均匀的功率密度；和/或

II)相比于通过典型高斯-贝塞尔束所产生的情况，焦线4'具有沿着束传播方向更好的峰值强度均匀性。

因此，希望产生的焦线4'使得对于所需的焦线长度区域，激光能量密度在整个所需的材料厚度上高于材料内聚力，但是没有高到因为比产生材料改性(这会形成致密化、裂纹、破坏轨迹、或孔)所需的情况多得多的能量入射到焦线内的材料上而使得大量的束功率被浪费。如下文更详细所述，光学系统125的实施方式有利地提供了改进的高斯贝塞尔束(MGB束)，其沿着焦线4'的所需长度具有基本均匀的光学强度分布。

因此，本文所述的光学系统125的实施方式构造成形成改善的激光束焦线4'，其具有基本恒定的峰值强度，即比通过等式1.2所描述的光学高斯贝塞尔强度分布具有更恒定的峰值强度分布。例如，这种改善的峰值强度分布如图5A所示，并且在本文中也被称作改进的高斯贝塞尔(MGB)束强度分布，或者“顶帽”分布。根据本文所述的至少一些实施方式，通过光学系统125形成的改善的激光束焦线4'有利地具有基本恒定的束直径D。

更具体来说，图5A显示典型高斯-贝塞尔(GB)激光束的峰值强度分布(W/μm²)以及根据至少一个本文所述实施方式(例如，本文所述MGB)的沿光束的光轴的峰值强度分布，两个强度分布都标准化至相同面积(每个分布中的总能量＝1)。图5A显示光学系统125(本文也称作焦线强度映射光学系统(FLIMOS))的实施方式构建成提供焦线4'，其沿着光轴具有比高斯-贝塞尔束所提供的情况明显更均匀的峰值强度分布。图5A还显示相比于高斯-贝塞尔束所含的情况，在MGB束内的0.5I_最大值点之间(点A与A'之间)所含的明显更多比例的激光束能量。这表明相比于等价的高斯-贝塞尔束，MGB束可以利用更大比例的激光束能量用于激光改性。说明书下文中描述了用于形成MGB束的示例性实施方式。

图5B显示对于对应于图5A的MGB和高斯-贝塞尔分布，给定强度阈值(％峰值强度)与所含的总能量的关系图。如图5B所示，对于任意给定功率阈值，通过光学系统125所产生的强度分布中所含的总能量总是更高。

图5B显示，至少在起始时，强度阈值的提升几乎不影响经由光学系统125的改善的峰值能量分布(例如，MGB能量分布)所提供的％功率。例如，当对玻璃基材进行改性的阈值强度是最大峰值强度I_最大值的60％，以及通过高斯-贝塞尔束形成焦线时，在焦线中0.6I_最大值点(60％阈值)之间所含的光能量是总能量的约70％(即，所含的功率分数是0.7)。相反地，当通过形成MGB束的示例性光学系统125(FLIMOS)所形成的焦线中的峰值强度是最大峰值强度的60％时，在焦线中0.6I_最大值之间所含的能量是总能量的约95％(即，所含的功率分数是0.95)。也就是说，当使用MGB束时，仅浪费了约5％的功率或脉冲能量，相反地，当采用高斯-贝塞尔束时，浪费了30％的功率。此外，例如，如果对玻璃基材进行改性的阈值功率是最大峰值强度I_最大值的80％，以及通过高斯-贝塞尔束形成焦线，则焦线中0.8I_最大值点之间所含的光能量仅是总光功率的约50％。相反地，通过示例性光学系统125(用MGB束)形成的焦线中的0.8I_最大值点之间的焦线中所含的光功率量是总功率的约95％。即，当使用MGB束时，仅损失了约10％的能量，相反地，当采用高斯-贝塞尔(GB)束时，损失了50％的能量。

图5A所示的MGB强度分布具有其他优点。当尝试在靠近基材上的敏感涂层(例如，聚合物层、黑色基质涂层、金属迹线等)的区域中对基材进行切割时，形成的不在基材自身中的焦线部分的任何能量不仅被浪费并且还起到了对附近涂层加热或破坏的作用。例如，形成GB束焦线的尾端的光线确实撞击了基材，但是在大的环形光圈上，之后它们聚焦形成焦线的尾端处的强芯(intense core)。焦线的头部或顶部存在相同情况，在那里，光线首先聚焦以形成致密芯，然后会聚，在那里，它们形成仍然会撞击到基材上的环面。因而，通过将能量限制到正好足以切割基材自身的分布长度，MGB束有利地实现了最优切割，对于附近涂层的破坏最小(或者没有破坏)，因而能够比GB束更靠近涂层来进行切割。因此，根据本文所揭示的装置和/或方法的一些实施方式，工件包括包含涂层(例如，聚合物层、黑色基质涂层、金属、或任意其他涂层)的部分，以及不包含涂层的部分。根据一些实施方式，未涂覆部分具有厚度d，以及焦线的中心与涂层(与焦线相邻的涂层)之间的距离小于500μm，优选小于350μm，例如：10μm至250μm，或者10μm至200μm，或者例如10μm至300μm，或者10μm至500μm，或者15μm至400μm，或者20μm至500μm，或者20μm至350μm，或者20μm至250μm，或者25μm至400μm，或者25μm至250μm。根据一些实施方式，本文所述的方法和/或装置在工件不包含涂层的部分中(经由所述焦线)产生多个穿孔或缺陷，以及穿孔或缺陷形成相距工件的涂覆部分的距离Z_d。测量的距离Z_d是边缘至边缘的，即，从穿孔或缺陷的边缘到与穿孔或缺陷相邻的涂层的边缘。根据一些实施方式，Z_d≤d/3且Z_d>5μm，例如Z_d>10μm、或者>15μm，式中，d是工件未涂覆部分的厚度。根据一些实施方式，Z_d≤d/4且Z_d>5μm，例如Z_d>10μm、或者Z_d>15μm、Z_d>25μm，式中，d是工件未涂覆部分的厚度。

此外，通过平坦顶部能量分布(例如，图5C的MGB所示情况)，会使得切割工艺对于聚焦或基材高度变化的敏感性最小化。对于图5C所示的GB，如果沿着光轴移动基材位置，则不同的基材深度会看到增加或减小的能量密度，因为GB函数的强度沿着光轴变化。但是，对于MGB，只要基材完全包含在MGB强度分布的宽度内，则根据本文所述的实施方式，聚焦的小变化不会导致基材的任意深度接收到较多或较少的强度。这意味着MGB有利地提供了更为一致的切割或钻孔工艺，其中，小的聚焦变化(落在平坦顶部能量分布或焦线长度范围内的那些)没有对工艺或者最终产品或工件的质量造成强烈影响。

根据至少一些实施方式，玻璃基材内的焦线具有基本均匀的强度分布，使得：对于位于0.5I_最大值点之间的焦线4'的长度L的至少80％，激光束焦线的峰值强度沿其光轴相对于其最大峰值强度I_最大值变化不超过35％、或者不超过30％、或者不超过25％，以及优选不超过20％。(长度L是在束传播方向上，沿着焦线的中心的0.5I_最大值点(A，A')之间的距离)。根据一些示例性实施方式，对于焦线长度的至少80％，激光束焦线4'的峰值强度沿其光轴相对于其最大峰值强度I_最大值变化不超过10％。根据至少一些实施方式，玻璃基材内形成的焦线具有作为距离函数的基本均匀的强度分布，使得：至少对于焦线4'的形成的缺陷线的长度L，激光束焦线的峰值强度沿其光轴相对于其最大峰值强度I_最大值变化不超过25％(并且优选小于15％，例如小于10％、或者5％或更小)。

根据至少一些实施方式，玻璃基材7内的焦线4'具有基本均匀的强度分布，使得：对于焦线4'的长度L的至少85％，激光束焦线的峰值强度沿其光轴相对于其最大峰值强度I_最大值变化不超过25％(例如，变化≤20％、≤15％、≤10％、≤5％、和甚至≤3％)。根据至少一些实施方式，玻璃基材内的焦线具有基本均匀的强度分布，使得：对于焦线4'的长度L的至少90％，激光束焦线的峰值强度沿其光轴相对于其最大峰值强度I_最大值变化不超过25％(例如，变化≤20％、≤15％、≤10％、≤5％、和甚至≤3％)。

对玻璃工件进行加工的方法可用于切割玻璃，和用于使得玻璃片相互分离。激光切割工艺以可控方式分离玻璃部件，具有可忽略不计的碎片且对于边缘具有最小化的缺陷和低表面损坏，保留了部件强度。

本文所述的激光加工方法良好地适用于对于选定激光波长是透明的材料。这个波长可以是例如，1064、1030、532、530、355、343、或266纳米。优选地，工件对于选定的激光波长是基本透明的(例如，每mm的材料深度的吸收小于约20％，优选小于10％，和优选小于约1％)。本文所述的工艺步骤产生断层线或轮廓110，其描绘出所需形状并建立了对于裂纹扩展具有最小抗性的路径，因此形状从其基材基质的分离和分开具有最小抗性。可以将激光分离方法调节和配置成实现玻璃形状从原始基材发生手动或机械分离、热分离、和部分分离或者完全分离。

根据一些实施方式，例如如图5B所示，在通过改进的高斯-贝塞尔束(MGB束)形成的焦线4'中，超过0.85(或者85％)的总光学功率被包含在(1/2)I_最大值点之间(即，当强度阈值＝(1/2)I_最大值时)。根据一些实施方式，在通过MGB束形成的焦线4'中，超过90％的总功率，以及在一些实施方式中，超过95％是被包含在0.5I_最大值点之间。例如，在一些实施方式中，在通过改进高斯-贝塞尔(MGB)束形成的焦线4'中，85％至99％的总能量被包含在0.5I_最大值点之间。相反地，在通过普通高斯-贝塞尔束形成的焦线4'中，仅80％的总功率被包含在0.5I_最大值点之间。

根据一些实施方式，在通过改进的高斯-贝塞尔(MGB)束形成的焦线4'中，超过60％的总光学功率被包含在0.8I_最大值点之间(即，当强度阈值＝(0.8)I_最大值时)。相反地，在通过普通高斯-贝塞尔束形成的焦线4'中，小于55％的总功率被包含在0.8I_最大值点之间。

根据一些实施方式，在通过改进的高斯-贝塞尔束形成的焦线4'中，超过70％的总光学功率被包含在0.8I_最大值点之间。根据一些实施方式，在通过MGB束形成的焦线4'中，超过80％的总功率，以及在一些实施方式中，超过85％的总功率是被包含在0.8I_最大值点之间。例如，在一些实施方式中，在通过MGB束形成的焦线4'中，70％至90％的总功率被包含在0.8I_最大值点之间。此外，例如在对应图5B的实施方式中，在通过MGB束形成的焦线4'中，超过90％(例如，≥95％)的总光学功率(因而超过90％(例如，≥95％)的束能量)被包含在0.4I_最大值点之间(即，当强度阈值＝0.4I_最大值时)。

图6是沿着光轴的激光束焦线的％峰值强度变化(作为该相同区域内的均匀峰值强度的％)与该区域内所含的光学强度的总％的关系图。本文所述的改进的高斯-贝塞尔束实施方式形成的焦线总是会具有比通过高斯-贝塞尔束形成的焦线更小的强度变化(更小的强度变化％)。例如，如图6所示，对于图5A所示的理想高斯-贝塞尔(GB)束，含有80％的总光能的区域会具有相对于该区域内的平均峰值强度的至少63％的强度变化性。(可以通过例如如下方式来计算平均峰值强度：沿着长度L，测量至少5个(例如，5至10个，或者5至15个)等间距位置处的焦线的峰值强度，其中，这些点之间的总距离占据了距离L的至少90％，以及对获得的峰值强度值取平均值。)类似地，对于相同的高斯-贝塞尔(GB)束，含有90％的总光能的区域会在该区域内(相对于平均(平均值)峰值强度)具有至少100％的强度变化性。不是完美高斯-贝塞尔(GB)束的高斯-贝塞尔束可能具有比图6的高斯-贝塞尔所示情况甚至更高％的强度变化性。即，高斯-贝塞尔束越不理想，则它会具有更多的变化性，并且其变化性曲线会位于高于高斯-贝塞尔束曲线的区域中(参见例如，图6所示的曲线A)。例如，当轴锥体具有圆状而不是完美的锥尖端时，或者由于形成焦线的光栅中的缺陷，可能形成图6的高斯-贝塞尔曲线A。

相反地，根据本文所述实施方式通过光束(MGB束2')形成的激光束焦线4'会具有位于高斯-贝塞尔(GB)束下方的变化性曲线。这显示为例如：图6的MGB曲线标记为B、C和MGB。(图6中标记为MGB的曲线对应于图5A的示例性MGB曲线)。因此，根据本文所述实施方式，焦线4'含有80％总光能的区域相对于该区域内的平均峰值强度会具有小于55％、和优选小于50％的强度变化性；以及含有90％总光能的区域在该区域内(相对于这个区域内的平均峰值强度)会具有小于约90％(例如，0至80％、或0至70％、或0至60％、或0至50％、或0至25％)的强度变化性。因此，根据实施方式，通过MGB束形成的焦线的强度变化性曲线是位于高斯-贝塞尔(GB)束的下方。例如，根据本文所述实施方式，焦线4'含有80％总光能的区域相对于该区域内的平均峰值强度会具有小于50％(例如，0％至50％、或0％至40％、或者甚至0至25％)的强度变化性；以及含有90％总光能的区域在该区域内(相对于这个区域内的平均峰值强度)会具有小于约70和在一些实施方式中小于50％(例如，0至50％、或0至40％)的强度变化性。根据本文所述的至少一些实施方式，焦线4'含有60％的总光能的区域会相对于该区域内平均峰值强度具有0至25％的强度变化性。

例如，根据一些实施方式，如图6的MGB曲线所示，对于改善的焦线能量分布(例如，如图5A所示的近乎完美但不是非常完美的顶帽能量分布)，含有80％总光能的区域相对于该区域内的平均峰值强度会具有约1％的强度变化性，以及含有90％总光能的区域会具有小于约30％的峰值强度变化性。

在本文所述的本发明的一些实施方式中，焦线具有非轴对称束截面而不是圆形截面。因此，在一些实施方式中，脉冲激光束被导向到透明工件7的部分包括：波长λ，有效光斑尺寸W_o，eff，和非轴对称截面，其包括：截面x方向上的最小瑞利范围Z_{Rx，最小值}和截面y方向上的最小瑞利范围Z_{Ry，最小值}，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_{Ry，最小值}中较小的那个大于式中，F_D是无量纲分歧因子。在至少一些实施方式中，F_D≥10、F_D≥10、或≥20、或者甚至≥50。在一些实施方式中，F_D≥75和甚至≥100。例如，在本文所述的示例性实施方式中，10000≥F_D100。例如，在本文所述的示例性实施方式中，1000≥F_D≥100。根据至少一些实施方式，脉冲激光束被导向到透明工件的部分包括的非轴对称截面包括：长轴W_{o，最大值}和短轴W_{o，最小值}，其中，长轴W_{o，最大值}比短轴W_{o，最小值}长，并且长轴W_{o，最大值}与短轴W_{o，最小值}的长宽比大于1.1或者甚至大于1.3。在一些实施方式中，长轴W_{o，最大值}与短轴W_{o，最小值}的长宽比是1.2至15.0或者1.5至3.0。在一些实施方式中，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_{Ry，最小值}中较小的那个大于

例如，焦线束截面可以是椭圆形的，并且在此类实施方式中，焦线4'的中心部分4a'会具有两个直径：沿着椭圆长轴的最大直径和沿着椭圆短轴的最小直径。在至少一些实施方式中，最大直径与最小直径之比大于1.1，例如大于1.3(例如，1.2至15.0或者1.5至3.0)。

当准非衍射束或焦线具有非轴对称截面(例如，椭圆截面)时，通过焦线形成的非轴对称光斑内的光强度通常小于通过轴对称焦线形成的圆形光斑内的强度，因为能量更多地通过椭圆(或另一种长椭圆形截面形状)的长轴展开。此外，可用于产生此类非轴对称束的许多方法包括使得束的一个区段与另一个区段去相干。这意味着存在额外的强度损失，这是因为通过非轴对称束形成的两个束区段的非相干加和，这导致光斑内的平均强度弱于通过通常形成轴对称光斑的光的相干加和所产生的情况。这两个效应意味着，相比于更为对称的非衍射束，非轴对称束形成方法经受了固有的能量劣势。在GB束的情况下，此类能量不利情况会造成是否能够切割特定材料之间的差异，当能量必须展开到更长的线长度上的时候是否能够切割较厚的材料片的差异，或者是否能够以更为成本有效的方式将一束激光束分成两束以制造装备片的差异。但是，使用比GB束更为能量高效的MGB束会是特别有利的，如果MGB是非轴对称准非衍射束的话。因为使用MGB束分布能够(在焦线内)恢复一些由于使用非轴对称束而损失的能量效率。

要注意的是，本文所示的图中，峰值强度百分比(y轴)也对应于相同百分比的峰值光功率。峰值强度和峰值功率这两者都是在焦线的给定束截面内(通常沿着光轴)所观察到的最大值。

如上文所述，为了在玻璃基材中产生孔或者为了切割玻璃，有利的是利用这样的焦线4'，其具有沿其长度L的至少80％、85％、或90％基本均匀的峰值强度分布。如图7示意性所示是当计算用MGB束来生产具有如图5A所示的“顶帽”能量分布的焦线4'的示例性光学系统125(FLIMOS)的合适的光学表面时要考虑的光学系统特征。这个示例性实施方式的光学系统(FLIMOS)将输入高斯贝塞尔束2会聚成MGB束2'。更具体来说，在这个实施方式中，通过光学系统125(FLIMOS)将高斯束2的至少1/e²强度映射(map)成焦线4'，从而使得其沿着焦线4'的长度L具有基本均匀的峰值强度分布。在一些实施方式中，光学系统125至少将输入高斯束的1.2倍1/e²之间所含的能量映射至焦线4'。在一些实施方式中，光学系统125至少将输入高斯束2的1.3倍1/e²区域映射至焦线4'。在一些实施方式中，光学系统125至少将输入高斯束的1.5倍1/e²区域之间所含的能量映射至焦线4'。在一些实施方式中，光学系统125至少将输入高斯束的1.7倍1/e²区域之间所含的能量映射至焦线4'，以及在一些实施方式中，光学系统125至少将输入高斯束2的2倍1/e²区域之间所含的能量映射至焦线4'。本说明书以更多细节更详细地公开了光学系统125、映射、以及执行上文所述映射功能的实施方式光学系统125的示例性特征以及图7。

根据一些实施方式，焦线4'具有均匀的强度分布，使得：对于缺陷线120的长度L的至少90％，激光束焦线的峰值强度沿其光轴变化不超过35％、30％、25％、20％、或15％、或10％、或者甚至5％。

根据至少一些实施方式，在对应于长度L的焦线区域内，焦线的直径D相对于其平均直径变化不超过20％。根据至少一些实施方式，在焦线4'的区域L内，在这个区域内的焦线4'的直径D相对于其最大直径变化不超过20％。如果焦线4'具有非轴对称截面(例如，椭圆截面)，则对于包括焦线的中心(即，包括焦线的峰值强度芯部分)的任何焦线截面仍然会满足上述条件。例如，如果焦线4'的截面是轴对称的(例如，椭圆)，并且焦线满足焦线的直径D相对于对应于长度L的焦线区域内它的平均直径变化不超过20％，则这意味着：1)焦线的焦线最大直径D_最大值相对于对应于长度L的焦线区域内平均最大直径变化不超过20％；和2)焦线的椭圆最小直径相对于对应长度L的焦线区域内它的最小直径变化也没有超过20％。类似地，如果焦线4'的截面是椭圆的，并且焦线满足在对应于长度L的焦线区域内，焦线的直径D相对于这个区域内的最大直径变化不超过20％，则这意味着：

1)焦线的最大直径(焦线的D_最大值)相对于对应于长度L的焦线区域内它的平均最大值变化不超过20％；和

2)焦线的椭圆的最小直径相对于对应于长度L的焦线区域内它的最小值变化也没有超过20％。

根据至少一些实施方式，通过控制形成焦线4'的光线的角度β′的变化性来控制焦线4'的直径。根据至少一些实施方式，形成焦线4'的光线的角度β′相对于对应于长度L的焦线区域内的光线的平均角度(平均β′)变化不超过10％。根据至少一些实施方式，形成焦线4'的光线的角度β′相对于对应于焦线4'的长度L的焦线区域内的光线它的平均角度β′变化不超过5％。如果焦线4'具有椭圆截面，则对于任意焦线截面满足上述条件。例如，在对应于椭圆最大直径的焦线的截面中，形成焦线4'的光线的角度β′相对于对应于长度L的焦线区域内的光线它的平均角度β变化不超过15％、和更优选变化不超过10％。此外，在对应于椭圆最大直径的焦线的截面中，形成焦线4'的光线的角度β′相对于对应于长度L的(这个截面的)焦线区域内的光线它的平均角度β变化不超过10％。

根据至少一些实施方式，对于光束2'的(包含焦线的中心的)任意给定截面，形成焦线4'且对应于光线高度h_i的光线的角度β′相对于对应光线高度h_i-1的光线的会聚角β′变化不超过10％，这是对于位于光束2的1/e²点内的任意光线而言的。根据至少一些实施方式，对于位于半径Rz'(其中，Rz＝1.1R_z)内的光束2的任意光线，形成焦线4'且对应于光线高度h_i的光线的角度β′相对于对应光线高度h_i-1的光线的角度β′变化不超过10％(例如，小于7％或者甚至小于5％，或者不超过3％)。根据至少一些实施方式，对于位于半径Rz'(其中，Rz＝1.2R_z)内的光束2的任意光线，形成焦线4'且对应于光线高度h_i的会聚光线的角度β′相对于对应光线高度h_i-1的光线的角度β′变化不超过10％。根据至少一些实施方式，对于位于半径Rz'(其中，Rz＝1.3R_z)内的光束2的任意光线，形成焦线4'且对应于光线高度h_i的光线的会聚角β′相对于对应光线高度h_i-1的光线的角度β′变化不超过10％(例如，小于7％或者甚至小于5％)。

图7是根据本发明一些实施方式的光学系统125(FLIMOS)的一个实施方式的示意图。光学系统125从激光源5提供的输入高斯束2产生改进的高斯-贝塞尔(MGB)束2'，和产生焦线4'，所述焦线4'对于规定距离z至少沿着缺陷线120的长度在光轴上具有基本均匀的光学强度分布(例如，近“顶帽”强度分布)。

为了产生具有沿着光轴基本恒定的峰值强度且同时在焦线4'的每个子段中具有基本恒定束直径D的焦线4'，光学系统125优选满足下面两个条件。

第一，希望将束2内相同能量的部分沿着相同或基本相同长度X'的区段再成像到焦线区域4'内的光轴中(条件1)。这个条件至少在焦线4'的90％的L部分内产生基本恒定的峰值强度。

第二，形成焦线4′的会聚光线的角度β还应该基本相互相等(条件2)。这个条件有助于至少在焦线4的90％的L部分内产生基本恒定的直径D。

因此，当将束2的高斯能量分布细分成等功率(但不一定是等宽度w_i)的环状环时，光学系统125对每个环内的能量进行成像，使得宽度w_i的每个环内的能量被包含在焦线4'具有相同或基本相同长度的区域内(X_i′≈X′，从而对应于输入高斯束2中的相同功率的不同环的长度X_i'相互在15％内、优选10％内、和更优选在0-5％内)。例如，在图8A的实施方式中，通过光学组件3形成的焦线4内的距离X_i相互全都相等，因而，在通过再成像光学系统6再成像为焦线4'之后，沿着焦线4'的对应距离X_i'也会相互相等。

根据一个实施方式，为了满足这个这些条件，进行如下：

将输入高斯束2离散成一系列的环，每个对应于光线高度h_i，i从1到任意数字N，N优选小于100(例如，5≤N≤20)，最大光线高度Rz′＝h_i最大值，式中，Rz′≥0.9R_z。优选地，为了使得可能存在于焦线4和/或4'的端部的不希望的能量尖峰最小化，径向距离Rz'至少等于对应于高斯束2的1/e²半径的半径(即，Rz′≥R_z)。根据一些实施方式，Rz'对应于束2内高斯能量(强度)至少是1.1倍1/e²半径的径向距离(即，Rz′≥1.1R_z)。根据一些实施方式，Rz′≤2倍1/e²半径(即，Rz′＝2R_z)。根据一些实施方式，R_z≤1.7x 1/e²(即，Rz′≤1.7R_z)。根据一些实施方式，Rz'是束2内对应于强度水平为1.1倍1/e²至1.5倍1/e²的径向距离(即，1.1R_z≤Rz′≤1.5R_z)。根据一些实施方式，Rz'是束2内对应于强度水平为1.1倍至1.3倍1/e²的径向距离(即，1.1R_z≤Rz′≤1.3R_z)。

以如下方式对上文所述的每个环的高度hi(参见例如图8A)进行选择或计算：使得两个相邻环h_i与h_i+1之间的任意环状物内所含的光功率或强度是恒定的。

当传播进入光学系统125时，源自每个环h_i的光线通过光学系统125在位置x_i成像到沿着焦线4'的光轴OA上。为了实现沿着焦线4'的长度基本均匀的照射分布(基本均匀的峰值强度分布)，第一个条件是：对于每组光线[i，i+1]，通过光轴交叉点[x_i，x_i+1]限定的每个子区段的长度具有基本均匀的长度Xi'(例如，公差±15，和优选±10％，以及根据一些实施方式不超过±5％)。

其次，束在焦线的每个子区段中的直径由光线角度β′所规定。

因此，为了确保沿着焦线的恒定束直径，根据本文所述的至少一些示例性实施方式，光学系统125(FLIMOS)满足的第二个条件是：每个光线[i]的角度β′需要是恒定的，例如，公差±20％、或者±15％，和优选±10％或者甚至±10％或±5％，或者更小。存在限制角度β′基本恒定条件的原因在于，在没有此类限制的情况下，焦线4'的直径D会发生变化。直径D的变化会引起焦线该区段内的光学强度的相应变化。过于严重的直径D变化(大变化)可能导致在一些玻璃区域中没有发生玻璃内的破坏(例如，没有形成孔)，或者导致太多的微裂纹，这可能破坏玻璃或者产生不一致的破坏。

图8A显示光学系统125的光学组件3'。在这个实施方式中，光学组件3'是改进的轴锥体。从图8A所示的实施方式可以看出，光学组件3'的表面3a'不是具有恒定斜率的典型轴锥体锥表面，作为替代，表面具有更复杂的形状(例如，非球面轮廓形状，使得随着其径向高度的变化，表面的斜率在表面上发生变化)。在这个实施方式中，从附图可以看出，光学组件3'的表面3a'具有略微的波动(截面中显示斜率变化)，这保持了对于距离z，焦线4'内的光束峰值强度基本均匀。更具体来说，在这个实施方式中，光学组件3'的表面3a'具有变化的曲率半径，表面3a'的形状发生变化，从而撞击到这个表面的光线遇到略微不同的表面形状，并且弯曲以朝向焦线会聚，从而实现沿着焦线4的长度基本均匀的峰值强度分布，并因而实现沿着长度焦线4'的均匀的峰值强度分布。但是，如图8B示意性所示，也可以采用不同的光学组件3'，例如，改进的复合轴锥体(waxicon)，改进的倒轴锥体(折射或反射)、或者非球面组件(锥状或非锥状)，具有至少一个发生变化的光学表面3a'，从而撞击到这个表面的光线遇到略微不同的表面形状，并且弯曲以朝向焦线会聚，从而实现沿着焦线的长度L基本均匀的照射分布(并因而实现基本均匀的峰值强度分布)。光学组件3'可以是例如满足上述两种条件的空间光调制器或格栅。

更具体来说，在图8A的实施方式中，光学组件3'折叠了光线，从而每个子区段具有恒定能量(并进而具有恒定峰值强度)，即，对于每组光线[i，i+1]，通过光轴交叉点[x_i，x_i+1]所限定的每个子区段的长度全都具有基本相同的长度Xi'，公差是约±10％。可以通过例如如下方式来设计光学组件3'的表面3a'：起始是类似于图1所示的轴锥体组件，然后通过如下方式(经由利用使用商用透镜设计程序的设计)来优化组件的表面3a：改变表面的非球面系数同时指定具有特定高度h_i的特定光线应该会光轴相交的位置来限定表面3a'。一种替代解决方案是反向追踪穿过点x_i，x_i+1的光线，并计算这些光线应该与光学表面3a'相交的位置，以对应到光学组件3a'的输入侧上的光线高度h_i...h_N。交叉点会限定光学组件3'的表面3a'。

如图8A所示，当向所得到的改进的轴锥体3'提供高斯束2(其分成一系列的环，每个环具有光瞳高度(pupil height)h_i，i从1到任意数字N(其中，以使得两个相邻环h_i与h_i+1之间的任意环状物内所包含的能量是恒定的方式来计算每个环的高度))，对于每组光线[i，i+1]，通过光轴交叉点[x_i，x_i+1]限定的每个子区段的长度是相互基本相等的(例如，公差±15％，和优选±10％、±5％或更小)。

但是，从图8A可以看出，当光线离开光学组件3'时，形成焦线4的每个光线[i]的角度β不是恒定的。也就是说，当单独使用(而没有经过适当设计的再成像系统6)时，图8A的改进的轴锥体仅满足上文所述两个条件中的一个。仅可以实现焦线4的每个单位长度的恒定能量(恒定峰值强度)，但是光线以略微不同会聚角β会聚在改进的轴锥体外面，这会影响焦线4的直径。例如，光线以不同的角度会聚而不是保持相互平行。此外，光学组件3'的尖端附近的光线分散。如果这个区域较大的话，这会在靠近光学组件的尖端处产生不合乎希望的能量尖峰。如果用没有对形成焦线4的会聚光线的不同光线角度β进行校正的光学系统6对焦线进行再成像的话，则所得到的焦线4'不会具有基本恒定的直径D。

因此，为了满足上文所述的第二个条件，即为了使得离开光学系统125(FLIMOS)的每个光线具有基本相同的角度β'，采用具有非球面表面的另一种光学组件会是有利的。这种组件可以是例如再成像系统6'的非球面透镜。图9A显示再成像光学系统6'和示例性光学组件6a和6b(其中一个是具有非球面表面的透镜)。这个组件也可以是例如具有非球面性的反射组件。

更具体来说，在一些实施方式中(参见例如图9B)，改进的轴锥体3'可以与再成像透镜系统6'的至少一个组件联用，从而为对应于形成焦线4'的径向距离Rz'中所含的束2中的光线的每个光线[i]提供基本恒定的角度β′(例如，所有角度β′都相互在±15％内)。优选地，如本文所述的实施方式所示，会聚形成焦线4'的所有光线以相互在±10％之内(更优选相互在±5％之内)的角度β′会聚。在这些实施方式中，再成像透镜系统6'包括光学组件6a'和6b'，它们类似于图2所示的那些，但是光学组件6a'、6b'中的至少一个具有非球形表面。因而，成像系统6'的光学组件6a'和6b'再成像了拉伸的聚焦(即，焦线)作为激光束焦线4'，从而当光线离开光学组件6b'时，会聚形成焦线4'的每个光线[i]的角度β′是基本恒定的。在一些实施方式中，Rz′＝R_z，以及在一些实施方式中，Rz′大于R_z但是小于3R_z。在一些实施方式中，Rz′大于R_z但是小于或等于2R_z。在一些实施方式中，Rz′≤1.5R_z。在一些实施方式中，Rz′至少是1.2R_z。

优选地，根据一些实施方式，光学系统125(FLIMOS)采用至少两个非球形光学组件，它们相互间隔开，并且在光学系统的设计过程中，调节一个或两个光学组件的所述一个或多个非球面化系数(也称作更高阶非球面系数或非球面系数a₂-a₁₂，如下文所述)，以同时满足两个条件。例如，光学系统125(FLIMOS)的至少一个光学组件可以具有描述为一种或多种非零的非球面系数a₂-a₁₂的非球面表面，例如如实施例1的实施方式所示，和参见表1所述。

下文所述的实施方式采用一对此类非球面组件。但是，也可以使用超过2个非球面组件，并且光学系统125的非球面组件可以具有一个或两个非球面表面。

通过以下实施例进一步阐述各个实施方式。

实施例1实施方式

图9A显示构造成形成改进的高斯-贝塞尔束的折射光学系统125，所述改进的高斯-贝塞尔束具有如下特性：(i)至少对于距离Z(或者焦线的长度L)基本均匀的功率分布；和(ii)基本恒定的直径D。图9A显示，光学系统125的这个实施方式包括：具有非球面表面3a'的改进的轴锥体3'，和包括至少两个光学组件6a'和6b'的再成像透镜系统6'。光学组件6a'包括非球面表面(在这个附图中标记为L1非球面)，其在这个实施方式中面朝光学组件6b'。在这个实施方式中，第二光学组件6b'不具有非球面表面，并且可以被不同焦长度的另一个透镜组件简单替换，从而改变焦线的放大倍数。但是，在一些实施方式中，其可以具有非球面表面。图9B显示图9A的示例性光学组件的形状。在这个附图中，T1、T2、T3、T4是每个玻璃元件的厚度，S1、S2和S3是光学元件之间沿着光轴的空气间距(它们未成比例显示)，以及R1-R8表示每个光学元件的曲率半径。组件或元件位于“组”中。例如，如图9B所示，组“A”对应改进的轴锥体3'，组“B”对应透镜组件6A，和组“C”对应透镜组件6B(成对物)。下表1提供了用于图9A和9B所示折射光学系统125的实施方式的光学参数。

表1

在这个实施方式中，F1＝125mm；F2＝40mm，且F1+F2＝165mm。在下面提供了对应于表1的实施方式的半径R2和R4的表面的锥常数/非球面系数，并通过等式1.3描述。

非球面表面是其形状通过如下等式描述的表面：

z′＝(cr²/1+(1-(1+k)c²r²)^1/2)+(a₁r+a₂r²+a₃r³+a₄r⁴+a₅r⁵+a₆r⁶+a₇r⁷+a₈r⁸⁺a₉r⁹+a₁₀r¹⁰+a₁₁r¹¹+a₁₂r¹²) 等式1.3

式中，z'是表面弯垂，r是径向方向上表面相对于光轴的高度(例如，x或y高度，这取决于表面截面)，c是表面曲率(即，c_i＝1/R_i)，k是锥常数，以及系数a_i是描述表面的第1阶至第12阶非球面系数或者更高阶非球面系数(多项式非球面)。

在表1实施方式中，光学组件3'具有表面3a'(对应表1中的R₂)，其描述为如下系数，a₁-a₇分别是：-0.085274788、0.065748845、0.077574995、-0.054148636、0.022077021、-0.0054987472、0.0006682955，以及非球面系数a₈-a₁₂是0。在这个实施方式中，这个表面3a'具有锥常数K＝0，但是a₁系数具有非零值，这相当于锥常数K具有非零值。因此，等价的表面可以描述为非零的锥常数K，或者系数a₁系数非零值(或者非零的K和a₁的组合)。

在表1的实施方式中，对应R₄(组B组件)的光学元件的表面具有锥常数K＝4.518096；和系数a₁-a₁₂是0。在组件6a的替代实施方式中，表面中的一个由更高阶的非球面系数a₂至a₁₂限定，其中的至少一个具有非零值。在表1的实施方式中，表面中的至少一个描述为或者定义为具有非零值的至少一个更高阶非球面系数a₂-a₁₂(即，a₂,a₃,…,a₁₂中的至少一个≠0)，以及至少一个其他表面描述为非零锥常数(或至少一个非零的更高阶非球面系数，其选自a₂至a₁₂)(即，K≠0和/或至少一个a₂至a₁₂不是0)。

实施例2

图10A和10B显示形成改进的高斯-贝塞尔束的反射光学系统125的一个实施方式，所述改进的高斯-贝塞尔束具有如下特性：(i)至少对于焦线4'的距离0.9L，基本均匀的峰值强度分布；和(ii)基本恒定的直径D。在这个实施方式中，至少对于焦线4'的距离0.9L，直径D相对于其最大值没有变化超过20％。图10A显示，光学系统125的这个实施方式包括：具有反射非球面表面3a'的改进的反射轴锥体3'，和包括具有非球面表面的单个反射组件6a'的再成像系统6'。图10A和10B的反射实施方式与图9A和9B所示的折射实施方式在光学上是等价的，并且以类似的方式进行设计，从而提供类似于图5A所示的“顶帽”型强度分布。要注意的是，至少一个反射组件的表面是至少部分被至少一个更高阶非球面系数所限定(非零的a₂,a₃,…,a₁₂)。

如上文所述，根据至少一些示例性实施方式，光学系统125的设计包括：将输入高斯束2分成或者离散成一系列的环，以及沿着光轴对光线进行成像：1)在正确的位置(即，使得每个环内所含的束部分沿着具有基本相同长度(即，在前一个区段的正负15％、10％、和优选5％或者甚至2％之内)的光轴区段映射)；和2)具有适当的角度(即，基本相同的β′，例如，正负15％、10％、和优选5％或者甚至2％)。也就是说，确定了至少对于半径为Rz′≥1R_z(更优选地，当R_z≤Rz′≤1.7R_z，例如，1.1R_z≤Rz′≤1.3R_z)的高斯束2，当输入高斯束2被分成一系列的环使得每个环中具有等量的光功率(或强度)时，光线形成激光束焦线，通过光学系统125(FLIMOS)沿着光轴对光线进行成像，使得：每个环内所含的连续束部分沿着具有基本相同的光轴的区段映射并且具有基本相同的出射角β′。

可以通过MGB(改进的高斯束)进行产生焦线4'，如上文所述。但是，也可以使用其他形式的改进的缓慢衍射或准非衍射束，例如，改进的阿里束、或改性成具有椭圆中心光斑的高斯-贝塞尔束。因此，根据其他实施方式，光学组件3'不需要具有改进的轴锥体，而是可以是构造成提供改进的缓慢衍射或非衍射束的任意光学组件，只要光学组件3'构造成提供基本均匀的峰值强度分布即可，从而沿着焦线4'通过光学组件3'(或者通过包含光学组件3'的光学系统125)沿着光轴对输入的缓慢衍射或非衍射束内的等能量环进行映射，从而具有相同或基本相同的长度X_i'(例如，在30％、25％、20％内，和优选在15％内或更小)。

下表2提供了折射光学系统125的另一个实施方式的光学参数。

表2

在这个实施方式中，F1＝120mm；F2＝29.115mm，且F1+F2＝149.115mm。表2的示例性实施方式的锥常数/非球面系数通过等式1.3描述，并且如下所示：

组A(对应于表2中的半径R₂)的非球面项是：k＝0，和a₁＝-0.085274788、a₂＝-0.065748845、a₃＝0.077574995、a₄＝-0.054148636、a₅＝0.022077021、a₆＝-0.0054987472、a₇＝0.0006682955。

对应R₄(组B组件)的光学元件的表面具有锥常数k＝9.331346；和系数a₁-a₁₂是0。

实验结果

对参数Rz'选择不同值(参数Rz'是束2的最大高度，映射的是其沿着焦线4'的强度，从而是基本均匀的)对于焦线质量的影响进行评估并实验验证。

制造了数个折射光学系统125(FLIMOS)，它们类似于图9A，通过钻石转变BaF₂材料形成光学组件3a'和透镜组件6a'的非球面表面3a'，从而制造的光学系统125的实施方式同时满足这两个条件位于15％公差内。在图9A的示例性实施方式中，表面3a'的形状类似于图8A的表面3a'，此外，组件6a'的非球面表面有助于对离开光学组件6b'的光线进行再成像从而形成焦线4'的会聚光线相互基本平行。通过采用具有高斯强度分布的输入准直激光束2对光学系统125进行测试。但是，在光学系统125的不同实施方式中，通过使用可调节直径光阑片(iris)，在不同径向高度Rz'对高斯束2进行截断。如上文所述，最高至径向高度Rz'，高斯束2被细分成等功率的多个环。环的数量N可以是例如4至100个，但是优选4至20个，例如5至15个，或者5至10个。然后，在实验室中，采用CCD照相机和60倍显微镜物镜对焦线4'进行成像，来评估光学系统125的性能。通过沿着光轴扫描显微镜物镜和CCD照相机，对焦线4'的一系列截面轮廓进行了评估，以及计算作为沿着光轴的位置函数的峰值强度。

图11A显示焦线4'的峰值强度的测量结果与光轴OA的距离的函数关系，其是通过光学系统125的第一个示例性实施方式产生的。在光学系统125的这个实施方式中，在这个实施方式中，Rz′＝Rz＝1.5mm。也就是说，光学组件3'和6a'设计成将输入高斯束映射成焦线，使得对于1/e²点内所含的输入束2的部分：1)每个环内所含的光功率(并且每个环内的光功率等于其他环中的每一个内的光功率，最高至1/e²点的情况)对应于具有基本相同长度(例如，正负15％内)的光轴区段；和2)对于离开光学系统的每个光线，当离开最后一个再成像组件时，1/e²点内所含的所有光线具有基本相同的角度β(例如，正负15％内)。因此，在光学系统125的这个制造实施方式中，仅对于包含在1/e²直径内的环满足这两个条件。图11A所示的实验结果显示，大部分的焦线4'对于大部分的焦线长度具有基本均匀的强度分布。这相对于例如图4A所示的典型高斯贝塞尔强度分布轮廓是一种改善。但是，图11A显示在焦线的端部具有高强度尖峰，最大峰值强度存在于约23mm与约23.8mm之间的距离处。在这个实施方式中，尖峰的宽度对应于焦线的约10％长度，余下的焦线具有作为沿着光轴的距离z的函数的基本均匀的强度。

图11B显示在两个不同光轴位置(表示为线B-B和B'-B'，其对应于图11A的焦线强度分布中的标记位置)处测得的束截面分布。左边显示的束截面分布对应于约为焦线的中心部分的位置，即，z≈20mm。中心突出部4a'的中心光斑对应焦线4'。右边显示的束截面分布对应于靠近焦线端部的位置，即，能量尖峰的位置。如图11B所示，在靠近焦线4'的端部的位置处，束形状存在一些干涉效应或条纹，这影响了截面束分布。此外，作为干涉效应，这些条纹对于系统中的任何未对齐都是高度敏感的。因此，虽然这个光学系统适用于切割位于点z＝16.1mm和z＝23mm之间的一个或多个玻璃基材7，但是相比于最理想所希望的情况，更多的能量存在于点z＝23mm和z＝23.8mm之间。但是，可以通过任选的光圈来消除这种能量尖峰，所述光圈阻挡了来自输入高斯束的最外半径的光线(其对应于尖峰)。例如，可以将光圈(例如，光阑片隔膜)放置在光学组件3'(例如，图9B所示的组A)的上游(左边)。或者，也可以使用任选的中密度滤光器，其仅横断了对应于尖峰的光线并且仅去除了多余的能量。

优选通过设计来最小化或消除焦线的端部形成的尖峰。为了理解图11A所示的尖峰的来源，绘制了输入光线高度h_i(进入光学组件3'的光线的半径)与进入光学组件3'的光束2的多个光线的每个光线与光轴交叉的位置(沿着焦线4'的位置z)的关系图。这显示在图11C中，其中，横轴显示输入光线高度h_i，而纵轴显示这个光线与光轴相交的位置。对应于x轴上0.5mm至1.5mm的区段具有明显直的斜率，表明光线沿着光轴是近乎等间距分布的，对应于恒定能量密度。但是，对于高于1.5mm的x轴位置，曲线存在顶部“下滚(roll over)”部分，表明更高密度的光线撞击沿着光轴的小范围位置，对应于图11A所见到的尖峰。

图11C显示对应于约1.5mm至约1.75mm的光线高度的光线以更靠近到一起的方式与光轴相交，这导致图11A所看到的能量尖峰。更具体来说，图11C所示曲线的斜率表明了焦线的每个区段或子段是多大。在入口光瞳的中心(h＝0)附近以及在高斯分布的尾部中(h_i靠近1/e²半径＝1.5mm)，映射曲线的斜率需要保持小于曲线的其他区域，因为靠近h＝0的每个环含有非常小的面积，而在非常大的半径处，输入束具有非常小的强度。因此，在那些低半径和极高半径区域，需要沿着光轴将光浓缩成小段，因为在每个子环(光学系统的入口光瞳的半径wi的环)上的能量积分会较低。注意到的是，这种具体设计仅在对应于束密度为Rz′＝Rz＝1/e²的束半径＝1.5mm的输入束内进行了优化。图11C还显示曲线达到最大值，这意味着撞击到1.5mm与约1.75mm之间的入口光瞳的光线在近乎相同位置(非常靠近焦线的端部)成像。在该位置的这种能量密度增加解释了图11A的焦线4'的端部的明亮峰(“热点”)。

发现存在3种不同的可行解决方案来消除或最小化热点或尖峰，同时使得对焦线4'中的全部或大部分的束能量的利用最大化。当然，也可以采用这些方案或解决方案的组合，来改善焦线4'的质量。这些解决方案如下所述：

1)采用隔膜片(光阑片)来截去输入束2。通过使用隔膜片或光阑片，可以滤除掉给定半径(例如，1/e²点)外的光，从而消除了导致产生热点和干涉条纹的光，由此产生了基本均匀的强度分布。

2)光学系统125的设计/结构使得光轴相交位置与输入光线高度曲线的曲率总是正的。如上文所解释的那样，热点和干涉条纹是由于之前的图线斜率中的一些部分具有负斜率和/或接近零斜率这一事实所导致的。通过将光学系统构建成使得斜率总是正的，应该基本上消除了尖峰。可以通过如下方式完成此类系统的设计：通过在任何市售可得透镜设计程序中指定斜率为正的要求作为评价函数要求之一，这允许最终用户在优化之前设定评价函数要求。图12A显示此类斜率的一个例子。如图12A所示，在光学系统125的这个实施方式中，光线位置(x_i)与输入光线高度(h_i)的关系总是正的。更具体来说，在这个实施方式中，光学系统125构造成在最高至Rz′＝1.2R_Z满足上述两个映射条件(即，光学系统设计成对于包含在1.2倍1/e²点内的高斯束部分满足映射条件，以及提供光线高度(h_i)使得焦线内的每个地方的曲线斜率是正的)。

3)对光学系统125进行设计，使得在非常大的入口光瞳直径(D_EP＝2Rz′≥1/e²直径，和优选≥1.2倍1/e²直径)满足条件1和2，从而束2中存在的落在该直径外的光能是可忽略不计的。图12B显示对于设计成在直径为1.5倍的1/e²直径内工作的光学系统125的实施方式，光轴交叉位置(x_i)与输入光线高度(h_i)的关系的斜率。从这个附图可以看出，对应这个附图的光学系统125的实施方式形成焦线4'，使得斜率(光轴交叉位置(x_i)与输入光线高度(h_i)的关系)变得接近0但是仍然保持足够的正值以避免热点。

图12C显示光学系统125的另一个实施方式的建模结果和测量得到的结果。建模结果显示为亮灰色曲线，而测量得到的结果表示为暗灰色曲线。虽然建模结果预测在焦线的端部处存在非常细的尖峰(远窄于图11A的右边所示的情况)，但是在实际系统测量过程中没有检测到这个尖峰。注意到的是，图12C的左边的建模曲线表示焦线的“端部”(最远离光学件)，而右边表示焦线的起点(最靠近光学件)。在光学系统125的这个实施方式中，参数Rz'选择为1.2R_z，以及光学系统125构建成使得光轴相交位置与入射光线高度的关系的斜率对于整个焦线4'的每个地方都保持正的。

图13显示对于光学系统125的另一个实施方式测量得到的结果(强度与沿着光轴的距离关系)。在这个实施方式中，Rz'是1.5mm，光波长是1064nm，以及形成的焦线4'的长度L是约1.2mm。如图13所示，沿着焦线的长度，峰值强度的变化性是在峰值强度I_P的约20％内，并且相对于平均峰值强度是约±15％或更小。平均强度可以以如下方式计算：例如，沿着焦线4'的长度L，进行至少10次且优选至少15次等间距峰值强度测量(跨越了至少90％的焦线长度L)，并计算平均(平均值)峰值强度。

最后，会希望调节顶帽束分布的长度。通常来说，高斯贝塞尔束产生的焦线的长度与光学组件3'的输入束直径成比例。但是，应注意到的是，当改变光学组件3'上的输入束直径时，对于所得到的线聚焦4'会是不均匀的功率或强度分布，因为光学组件3'是设计成基于非常具体的输入束1/e²直径和具体的Rz'来分布能量的。也就是说，光学组件3'应该是进入光学系统125的具体尺寸的高斯束的设计。例如，如果光学组件3'是对于在1.6mm处具有1/e²点的高斯束2的设计，以及进入的高斯束2变化成使得1/e²强度点限制对应于1.65mm(R_z＝1.65mm)，则焦线4'的图线会具有类似于图14所示那些的强度尖峰。更具体来说，图14显示对于采用相同实施方式光学系统125的三种不同高斯束，标准化峰值强度分布(I_最大值＝1)与沿着光轴的距离的关系图。经由光学组件3'的通光光圈来确定光学系统125的最大光线高度h_i，因而余下的也是同样方式确定的。仅有的区别在于，高斯束2具有略微不同的1/e²点(即，略微不同的R_z)，这个差别仅为几分之一毫米(例如，R_z从1.5mm到1.8mm)。如图14所示，当相同的光学系统125(FLIMOS)使用三种不同高斯束时，当高斯束的变化使得它们的1/e²点(R_z)不是光学系统所设计的高斯束的R_z时，随着R_z差异的增加，沿着焦线的峰值强度下降，并且所得到的尖峰相对于焦线的平均峰值强度变得较高。因此，光学系统125应该针对输入高斯束2的具体直径R_z进行设计。

可以通过对组件3'进行重新设计以适应具有不同1/e²直径(不同R_z)的高斯束，来调节或改变顶帽束峰值强度分布的长度L，以避免上文所述的尖峰形成。但是，我们发现更为实用的解决方案，其允许光学系统使用相同的光学组件3'并且仍然按需增加了焦线的长度而没有形成如图14所示的尖峰。除了再成像系统6'，可以使用额外的再成像光学系统(例如，二次中继望远镜，类似于光学再成像系统6和6'的光学再成像系统)，以使得顶帽焦线4'在不同位置得到接替，具有不同的放大倍数。二次再成像系统的望远镜放大倍数M'会使得通过光学组件3'形成的焦线4的直径D以因子M'增加或减小，且焦线4的长度以另一因子M′²增加或减小。但是，不同于改变输入束1/e²直径的情况，顶帽能量分布限制仅会成比例变化而不是扭曲，一种解决方案可以在使用相同光学组件3'的同时产生许多不同的焦线长度。例如，此类中继望远镜可以通过如下方式制造：将焦长度为F3和F4的两个透镜6a'、6b'以距离F3+F4隔开放置，实现放大倍数M'是F4/F3。焦线4'的典型长度L是例如275μm至100mm。焦线4'的直径D可以是例如0.3μm至5μm，例如0.5μm至4μm、或1μm至2.5μm、或0.3μm至3μm、或0.3μm至4μm。

如图15A-15B所示，对透明材料(更具体来说，玻璃组合物)进行切割和分离的方法本质上是基于用焦线4'在待加工的工件7的材料中产生多条垂直缺陷线120所形成的断层线110，所述焦线4'是通过与超短脉冲激光5联用的光学系统125(FLIMOS)所产生的。例如，缺陷线120延伸通过玻璃片的厚度，并且与玻璃片的主表面(平坦表面)7a、7b正交。在本文中，“断层线”110也被称作“轮廓”。虽然断层线或轮廓可以是线性的，如同图15A所示的断层线110，但是断层线或轮廓110也可以是非线性的，具有曲率。例如，弯曲的断层线或轮廓可以通过使得工件7或焦线4'相对于彼此以两个维度位移而不是以一个维度位移来产生。取决于材料性质(吸收率、CTE、应力、组成等)以及对于加工工件7的材料130所选择的激光参数，产生断层线110单独就足以诱发自分离。在该情况下，不需要二次分离过程，例如，拉伸/弯曲作用力或者通过例如CO₂激光产生的热应力。如图15A所示，多条缺陷线可以限定轮廓。具有缺陷线的分离边缘或表面受到轮廓的限定。感应吸收产生缺陷线，可以在分离边缘或表面上产生颗粒，平均直径小于3微米(例如，0.3至2微米)，导致非常干净的切割过程。

在一些情况下，产生的断层线不足以使材料自发分离，可能需要第二步骤。在此类情况下，例如，可以使用第二激光来产生热应力从而使得玻璃沿着轮廓分离。在一些玻璃组合物的情况下，可以在产生断层线之后通过如下方式实现分离：通过施加机械作用力或者通过使用热源(例如，红外激光，如CO₂激光)产生热应力并迫使材料分离。另一个选项是仅使用CO₂激光来引发分离，然后手动完成分离。例如，采用以10.6微米发射且功率通过控制其负载循环进行调节的失焦连续波(CW)激光，实现了任选的CO₂激光分离。聚焦变化(即，失焦程度和包括聚焦光斑尺寸)用于通过改变光斑尺寸来改变诱发的热应力。失焦激光束包括那些产生大于最小衍射限的光斑尺寸(约为激光波长尺寸)的激光束。例如，对于CO₂激光(例如，CO₂ 10.6μm波长激光)，可以使用1至20mm(例如，1至12mm，3至8mm，或者约7mm、2mm、和20mm)的CO₂激光光斑尺寸。也可以使用发射波长也被玻璃吸收的其他激光，例如发射波长为9-11微米范围的激光。在此类情况下，可以使用功率水平为100至400瓦的CO₂激光，以及束可以以50-500mm/s的速度沿着缺陷线或者与其相邻进行扫描，这产生足以诱发分离的热应力。确切的功率水平、光斑尺寸和扫描速度在特定范围内的选择可取决于所使用的材料，其厚度、热膨胀系数(CTE)、弹性模量，因为所有这些因素都影响在给定空间位置上由特定能量沉积速率赋予的热应力量。如果光斑尺寸太小(即，<1mm)或者CO₂激光功率过高(>400W)或者扫描速度太慢(小于10mm/s)，则玻璃可能过热，产生烧蚀、熔化或者在玻璃中产生热裂纹，这是不合乎希望的，因为他们会降低分离部件的边缘强度。优选地，CO₂激光束扫描速度>50mm/s，从而诱发足够且可靠的部件分离。但是，如果通过CO₂激光产生的光斑尺寸太大(>20mm)或者激光功率过低(<10W，或者在一些情况下<30W)，或者扫描速度太高(>500mm/s)，加热不足导致对于诱发可靠部件分离过低的热应力。

例如，在一些实施方式中，对于0.7mm厚的康宁Eagle玻璃(其已经用上文所述的皮秒激光进行穿孔)，可以使用功率为200瓦的CO₂激光，玻璃表面处的光斑直径约为6mm，扫描速度为250mm/s，以诱发部件分离。在CO₂光斑通过给定位置之后，沿着穿孔线的分离会发生得非常快速(小于1秒)，例如100毫秒内，50毫秒内，或者25毫秒内。

例如，在一些实施方式中，沿着断层线110的方向的相邻缺陷线120之间的距离或周期性可以是大于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之间的周期性可以是0.5至15微米，或者3至10微米，或者0.5至3.0微米。例如，在一些实施方式中，相邻缺陷线120之间的周期性可以是0.5微米至1.0微米。

也可以采用不同类型的激光5(皮秒、飞秒等)以及不同波长(IR、可见光(例如，绿色、蓝色等)、UV等)，只要在聚焦区域中抵达了足够的光学强度以产生基材材料的破裂，通过非线性光学效应产生基材材料或玻璃工件的破裂即可。优选地，激光是脉冲群激光，其能够通过调节给定群内的脉冲数量来控制随时间的能量沉积。

在一些实施方式中，使用超短脉冲激光源5，经由光学系统125来产生具有高的峰值强度均匀性的焦线4'。这个概念的一种形式是在光学透镜系统125(FLIMOS)中使用改进的轴锥体透镜，采用超短(皮秒或飞秒持续时间)激光束2'，产生高纵横比、无锥角微通道区域。根据其他实施方式，也可以采用改进的复合轴锥体(waxicon)、改进的倒轴锥体、或者设计/构造成满足上文所述条件1的其他非球面组件。改进的轴锥体3'或者类似的光学组件3'将激光束浓缩成焦线4'，即，圆柱体形状和高纵横比(长的长度和小的直径)的高强度区域，其还具有基本均匀的强度分布，如上文所述。由于浓缩激光束所产生的高强度，发生激光的电磁场与基材材料的非线性相互作用，以及激光能被传输到工件7，实现形成缺陷，所述缺陷变得构成断层线。

转到图16，对材料进行激光加工的方法包括：将脉冲激光束2聚焦成激光束焦线4'，其取向是沿着束传播方向。如图16所示，(未示出的)激光5发射激光束2，其具有入射到光学系统125(本文也称作光学组件)的部分2a。光学系统125将入射的激光束2在输出侧上转变成延长的激光束焦线4'，其是在限定膨胀范围上沿着束方向(焦线的长度L)。在这个示例性实施方式中，将平面基材7放在束路径中，至少部分重叠激光束2的激光束焦线4'。激光束焦线从而被导向到基材中。附图标记7a表示平坦基材分别朝向光学组件125或者激光的表面，以及附图标记7b表示基材7的相反表面。基材或工件厚度d(在这个实施方式中，垂直于平面7a和1b测量，即，垂直于基材平面测量)。基材或工件也可被称作材料，并且可以是例如对于激光束2的波长基本透明的玻璃制品。

如图16所示，基材7(或者玻璃复合工件)与束纵轴垂直对准，从而在由光学组件125产生的相同焦线4'的后面(基材垂直于附图平面)。焦线沿着束方向取向或者对齐，基材相对于焦线4'放置的方式使得焦线4'开始于基材的表面7a之前并且在基材的表面7b处或者之后停止。在图16所示的实施方式中，焦线4'终止于基材内并且没有延伸超过表面7b。

要注意的是，基材或玻璃工件也可以相对于束纵轴以非垂直角存在，例如5度或15度。但是，随着基材相对于束纵轴的角度增长，例如增长到>15度的角度(或者具体来说增加到>20度的角度)，束中引入的偏差增加，导致劣化的焦线和对基材进行改性的能力较低。存在的劣化太高从而抑制切割或钻孔的确切角度取决于最终聚焦透镜的数值孔径、可用的激光脉冲能量、基材的组成、和基材的厚度。

此外，可以对焦线4'的长度L进行如下方式的调节，使其超过基材厚度d(例如，超过的系数是2、3等)。如果(以束纵向方向)将基材7放在焦线4'的中心，则在整个基材厚度上产生感应吸收。激光束焦线4'的长度L可以是例如约0.01mm至约100mm或者约0.1mm至约10mm、或者约0.5mm至10mm。各种实施方式可以构造成长度L是例如约0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm至5mm，例如0.5mm、0.7mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、或10mm。在一些实施方式中，长度L是0.275mm至50mm，在一些实施方式中，长度L是0.3mm至50mm，和在一些实施方式中，是0.3mm至100mm，以及在一些实施方式中，是0.5mm至100mm或0.7mm至100mm。

在激光束焦线4'与基材7的重叠区域中(即，基材材料被焦线4'覆盖)，延长的(extensive)激光束焦线4'产生延长区段4'c(沿着束纵轴对齐)，沿其在基材材料中产生感应吸收。感应吸收在基材材料中沿着区段4'c产生形成缺陷线。缺陷线是基本透明的材料、基材或工件中，由于使用多激光脉冲的单次高能脉冲群所产生的显微镜级别(例如，直径>100nm且<5微米)的拉长的“孔”(也称作穿孔或缺陷线)。例如，可以以数百千赫的速率(每秒几十万个穿孔)产生单个穿孔。由于源和材料之间的相对运动，这些穿孔会相互相邻放置(空间间隔变化是按照需要的亚微米至数微米)。可以对该空间分隔(节距)进行选择，以有助于材料或工件的分离。在一些实施方式中，缺陷线是“通孔”，这是从基本透明材料的顶部延伸到底部的孔或开放通道。缺陷线的形成不仅是局部的，而是在感应吸收的延长区段4'c的整个长度上。区段4'c的长度(其对应于激光束焦线4'与基材7重叠的长度)标记为附图标记L'。感应吸收区段4'c的平均直径或程度基本上对应于激光束焦线4'的平均直径D，也就是说，约0.1微米至约5微米的平均光斑直径。

如图16所示，由于与焦线4'内的激光束的高强度相关的非线性效应所引起的沿着焦线4'的感应吸收，(对于激光束2的波长λ是透明的)基材材料被加热。经过加热的基材材料最终会膨胀从而对应的感应拉伸导致形成微裂纹。

激光源3的选择是在透明材料中产生多光子吸收(MPA)能力的基础。MPA是相同或不同频率的两个或更多个光子的同时吸收，从而将分子从一个状态(通常是基态)激发到较高能电子态(电离)。所涉及的分子的较低能态与较高能态之间的能量差会等于所述两个光子的能量总和。MPA，也称作感应吸收，可以是二阶或三阶过程(或者更高阶)，例如，比线性吸收弱数个数量级。MPA与线性吸收的不同之处在于，例如，感应吸收的强度会与光强度的平方或三次方(或更高幂级)成比例，而不是与光强度本身成比例。因此，MPA是非线性光学过程。

为了确保分离部件沿着进行分离的表面的高质量(关于破裂强度、几何形貌精确度、粗糙度以及避免再次进行机械加工的需求而言)，应该采用下文所述的光学组件产生沿着分离线置于基材表面上的单条焦线(下文，也替代性地将光学组件称作激光光学件)。具体地，分离表面(或者切割边缘)的粗糙度由焦线的光斑尺寸或光斑直径产生。分离(切割)表面的粗糙度可以是例如0.25至1微米，其可以通过例如Ra表面粗糙度统计表征(取样表面的高度的绝对值的粗糙度算术平均值，其包括由于焦线的光斑直径导致的凸块高度)。为了实现小的光斑尺寸(例如在与基材1的材料相互作用的激光5的给定波长λ的情况下，0.5-2微米)，通常必须对光学组件125的数值孔径施加某些要求。

出于光束沿着焦线4'与工件(例如，玻璃基材)均匀相互作用的目的，光斑尺寸不应该变化过于强烈。例如，这可以通过保持直径D基本恒定来确保，如上文所述。因此，优选地，激光束应该照亮光学系统125最高至对应于上文所述的束半径Rz'的所需孔径。

注意到的是，本文所述的此类皮秒激光的典型操作产生脉冲500A的“群”500。(参见例如，图17A和17B)每个“群”(本文也称作“脉冲群”500)含有非常短持续时间的多个单个脉冲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个脉冲或更多个脉冲)。也就是说，脉冲群是脉冲的“袋子”，相比于每个群内单个相邻脉冲的间隔，群相互之间间隔较长时间段。脉冲500A具有最高至100皮秒的脉冲持续时间T_d(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皮秒或者之间的情况)。脉冲群内的每个单个脉冲500A的能量或强度可能不等于脉冲群内的其他脉冲的能量或强度，并且脉冲群500内的多个脉冲的强度分布通常符合由激光设计所管理的随时间的指数衰减。优选地，本文所述示例性实施方式的群500中的每个脉冲500A与群内的后续脉冲的时间间隔的时间段T_p为1ns至50ns(例如，10-50ns，或者10-30ns)，时间通常由激光腔设计所管理)。对于给定激光，群500内的相邻脉冲的时间间隔T_p(脉冲-脉冲间隔)较为均匀(±10％)。例如，在一些实施方式中，群内的每个脉冲与后续脉冲的时间间隔近似为20ns(50MHz)。例如，对于产生约20纳秒的脉冲间隔T_p的激光，群内的脉冲-脉冲间隔T_p维持在约为±10％内，或者约为±2纳秒。每个脉冲“群”之间的时间(即，群之间的时间间隔T_b)会长得多(例如，0.25≤T_b≤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，对于约为200kHz的激光重复频率或者频率，时间间隔T_b约为5微秒。激光群重复频率与群内的第一个脉冲和后续群内的第一个脉冲之间的时间T_b相关(激光群重复频率＝1/T_b)。在一些实施方式中，激光群重复频率可以是约1kHz至约4MHz。更优选地，激光群重复频率可以是例如约10kHz至650kHz。每个群中的第一个脉冲与后续群中的第一个脉冲之间的时间T_b可以是0.25微秒(4MHz群重复频率)至1000微秒(1kHz群重复频率)，例如0.5微秒(2MHz群重复频率)至40微秒(25kHz群重复频率)，或者2微秒(500kHz群重复频率)至20微秒(50kHz群重复频率)。确切的时间选择、脉冲持续时间、和重复频率可以取决于激光设计发生变化，但是显示高强度的短脉冲(T_d<20皮秒，优选T_d≤15皮秒)工作特别好。

对材料进行改性所需的能量可以描述为群能量(群内所含的能量，每个群500含有一系列的脉冲500A)或者描述为单个激光脉冲中所含的能量(许多个它们可构成群)。对于这些应用，每个群的能量可以是25-750μJ，更优选50-500μJ或者50-250μJ。在一些实施方式中，每个群的能量是100-250μJ。脉冲群内单个脉冲的能量会较小，单个激光脉冲的确切能量会取决于脉冲群500内的脉冲500A数量以及激光脉冲随时间的衰减速率(例如，指数衰减速率)。例如，对于恒定的能量/群，如果脉冲群含有10个单个激光脉冲500A，则每个单个激光脉冲500A会含有较少的能量，相比于如果仅具有2个单个激光脉冲的相同脉冲群500而言。

对于切割或改性透明材料(例如玻璃)，使用能够产生此类脉冲群的激光是有利的。不同于使用通过单脉冲激光的重复频率在时间上间隔开的单个脉冲，使用在群500内的脉冲的快速序列上使得激光能铺展开的脉冲群序列实现了与材料的较大时间跨度的高强度相互作用，相比于单脉冲激光可能的情况而言。虽然单脉冲可以在时间上膨胀，但是如果这样的话，脉冲内的强度必然在脉冲宽度上粗略地下降。因此，如果10皮秒的单脉冲膨胀到10纳秒脉冲的话，强度粗略地下降3个数量级。此类下降会使得光学强度降低至非线性吸收不再显著的点，并且光材料相互作用不再强到足以实现切割。相反地，利用脉冲群激光，群500内的每个脉冲500A期间的强度仍然可以是非常高的，例如时间间隔约为10纳秒的3个10皮秒脉冲500A仍然实现每个脉冲中的强度近似高于3倍的单个10皮秒脉冲，同时激光能够与材料在现如今大3个数量级的时间规格上实现相互作用。因而，这种群内的多脉冲500A的调节实现了激光-材料相互作用的时间规格的操纵，其方式可以有助于更大或更小的光与预先存在的等离子体羽流的相互作用，更大或更小的光-材料相互作用(与通过初始或先前的激光脉冲预激发的原子和分子)，以及材料内更大或更小的加热效应(可促进微裂纹的受控生长)。对材料进行改性所需的群能量大小会取决于基材材料组成和用于与基材相互作用的焦线的长度。相互作用区域越长，展开的能量越多，则会需要的群能量也越高。确切的时间选择、脉冲持续时间和群重复频率可以取决于激光设计发生变化，但是显示高强度的短脉冲(<15皮秒，或者≤10皮秒)对于该技术工作良好。当单个脉冲群撞击玻璃上基本相同位置时，在材料中形成缺陷线或者孔。也就是说，单个群内的多个激光脉冲对应玻璃中的单条缺陷线或者孔位置。当然，由于玻璃是位移的(例如，恒定移动阶段)或者束相对于玻璃移动，群内的单独脉冲无法处于玻璃上完全相同的空间位置。但是，它们很好地相互在1μm之内，即，它们基本上撞击玻璃的相同位置。例如，它们可以以相互之间的间距sp撞击玻璃，其中，0<sp≤500nm。例如，当玻璃位置被20个脉冲的群撞击时，群内的单个脉冲撞击玻璃相互之间处于250nm之内。因此，在一些实施方式中，1nm<sp<250nm。在一些实施方式中，1nm<sp<100nm。

如果基材(工件7)具有足够的应力(例如，离子交换玻璃)，则部件会自发性地开裂并沿着通过激光加工描绘出的穿孔损坏路径分离。但是，如果基材并非固有很多应力的话(例如，康宁Eagle组成的情况下)，则皮秒激光会仅在工件中形成损坏轨迹。这些损坏轨迹通常是孔形式，内尺寸约为0.1-1.5微米或者0.2-2微米(例如，在一些实施方式中，0.2至0.7微米或者0.3至0.6微米)。优选地，孔的尺寸非常小(数个微米或更小)。

孔或缺陷线可以刺穿材料的整个厚度，可以是穿过整个材料深度的连续开口或者可以不是这种情况。

还可以对堆叠的玻璃片进行穿孔。在这种情况下，焦线长度需要长于堆叠高度。

通常来说，可用的激光功率越高，以上述工艺可以对材料进行切割越快。本文所揭示的工艺可以以0.4m/s或更快的切割/打孔速度来对玻璃进行切割。切割/打孔速度是激光束相对于透明材料(例如玻璃)的表面移动同时产生多个孔或者改性区域的速率。高的切割/打孔速度(例如，400mm/s，500mm/s，750mm/s，1m/s，1.2m/s，1.5m/s或者2m/s，或者甚至3.4m/s至4m/s)通常是合乎希望的，从而使得制造的基建投资最小化并优化装备利用率。激光功率等于激光的群能量乘以群重复频率(速率)。通常来说，为了以高切割速度切割此类玻璃材料，损坏轨迹间隔通常是1-25微米，在一些实施方式中，间隔优选3微米或更大，例如，3-12微米，或者例如5-10微米。

例如，为了实现4μm节距(缺陷线间隔或损坏轨迹间隔)和100μJ/群的0.4m/s切割/打孔速度，这会要求至少10瓦特激光，以及为了实现4μm节距和100μJ/群的0.5m/s切割速度会要求至少12瓦特激光。例如，为了实现3μm节距和40μJ/群的1m/s切割/打孔速度，这会要求至少13瓦特激光。此外，例如，以4μm节距和400μJ/群的1m/s切割速度会要求至少100瓦特激光。损坏轨迹之间的最佳节距和确切群能量是依赖于材料的并且可以通过经验确定。但是，应注意的是，提升激光脉冲能量或者以更靠近的节距制造损坏轨迹并不总是使得基材材料更好地分离或者具有改进的边缘质量的情况。损坏轨迹之间过于致密的节距(例如，<0.1微米，在一些示例性实施方式中<1μm，或者在一些实施方式中<2μm)有时会抑制邻近后续损坏轨迹的形成，并且通常会抑制材料绕着穿孔轮廓的分离，以及还可能导致玻璃中不合乎希望的微开裂增加。过长的节距(>50μm，以及在一些玻璃中>25μm或者甚至>20μm)可能导致“不受控的微开裂”，即作为从孔到孔的扩展的替代，微裂纹沿着不同路径扩展，并导致玻璃以不同(不合乎希望)的方向开裂。这可能最终导致分离的玻璃部件的强度降低，因为残留的微裂纹会起到使得玻璃弱化的瑕疵的作用。用于形成每个损坏轨迹的过高的群能量(例如，>2500μJ/群，以及在一些实施方式中>500μJ/群)会导致相邻损坏轨迹的已经形成的微裂纹的“愈合”或再熔化，这会抑制玻璃的分离。因此，优选群能量<2500uJ/群，例如，≤500uJ/群。此外，使用过高的群能量会导致形成极大的微裂纹，并产生降低分离后部件的边缘强度的瑕疵。过低的群能量(<40μJ/群)可能导致在玻璃中没有形成可见的损坏轨迹，因而导致非常高的分离强度或者完全无法沿着穿孔轮廓进行分离。

这种工艺所能实现的典型示例性切割/打孔速度是例如0.4m/s和更高。在本文所述的一些实施方式中，切割速率是500mm/s至2000mm/s或者甚至更高(例如，2m/s-5m/s)。在一些实施方式中，皮秒(ps)激光采用脉冲群来产生缺陷线，其周期性为0.5微米至13微米，例如0.5至3微米。在一些实施方式中，脉冲激光的激光功率为10-100W，以及材料和/或激光束相对于彼此以至少0.25m/s的速率位移；例如，速率为0.25至0.35m/s或0.4m/s至5m/s。优选地，脉冲激光束的每个脉冲群在工件处测得的平均激光能量大于40微焦每个群每mm工件厚度。优选地，脉冲激光束的每个脉冲群在工件处测得的平均激光功率小于2500微焦每个群每mm工件厚度，以及优选小于约2000微焦每个群每mm工件厚度，以及在一些实施方式中，小于1500微焦每个群每mm工件厚度，例如不超过500微焦每个群每mm工件厚度。

因此，优选激光产生每个群具有至少2个脉冲的脉冲群。例如，在一些实施方式中，脉冲激光的激光功率为10-150W(例如，10-100W)，并且产生每个群至少2个脉冲的脉冲群(例如，2-25个脉冲/群)。在一些实施方式中，脉冲激光的功率为25-60W，并且产生每个群至少2-25个脉冲的脉冲群，以及由激光群产生的相邻缺陷线之间的周期性或者间距为2-10微米。在一些实施方式中，脉冲激光的功率为10-100W，产生每个群至少2个脉冲的脉冲群，以及工件和激光束相对于彼此位移的速率至少为0.25m/s。在一些实施方式中，工件和/或激光束相对于彼此位移的速率至少为0.4m/s。

工件可以是例如100μm厚或更厚，例如，0.2mm至10mm。还可以对堆叠的玻璃片进行穿孔。在这种情况下，焦线长度L需要长于堆叠高度。

孔或缺陷线之间的横向间距(节距)由基材在聚焦激光束下位移时的激光的脉冲频率所决定。通常，仅需要单次皮秒激光群来形成完整孔，但是如果需要的话，可以使用多个脉冲群。为了以不同节距形成孔，激光可以触发成以较长或较短的时间间隔射击。对于切割操作，激光触发通常与束下方的工件的阶段驱动运动同步，从而激光脉冲群以固定间隔触发，例如每1微米，或者每5微米。例如，在一些实施方式中，沿着断层线的方向的相邻穿孔或缺陷线之间的距离或周期性可以是例如大于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距离或周期性可以是0.5至15微米，或者3至10微米，或者0.5至3.0微米。例如，在一些实施方式中，周期性可以是0.5微米至1.0微米。

根据一些实施方式，对玻璃工件7进行激光加工的方法包括：

(i)将脉冲激光束2'聚焦成激光束焦线4'，所述激光束焦线4'取向沿着束传播方向且被导向到玻璃工件7中，所述激光束焦线4'在材料内产生感应吸收，以及感应吸收沿着激光束焦线4'在工件7内产生缺陷线120，其中，缺陷线4'具有基本均匀的强度分布，使得对于焦线的长度L的至少85％和优选对于焦线的长度L的至少90％或者甚至95％，激光束焦线沿其光轴的峰值强度变化不超过40％，以及优选地，根据一些实施方式变化不超过35％，和优选变化不超过30％，以及甚至更优选变化不超过25％或20％或者变化不超过10％；和

(iii)使得工件7和/或聚焦激光束2'相对于彼此沿着轮廓位移，从而激光沿着工件7内的轮廓形成多条缺陷线120。

根据一些实施方式，相邻缺陷线120之间的周期性是0.1微米至20微米。

通过MGB束，激光在工件7内沿着轮廓形成所述多条缺陷线120可有助于工件沿着由轮廓限定的表面分离，从而形成分离的表面。感应吸收可以产生小于或等于约0.5微米的经切割和分离边缘的Ra表面粗糙度。感应吸收还可在经分离的表面上产生平均直径小于3微米的特征。

根据一些实施方式，焦线4'具有基本均匀的强度分布，使得：对于缺陷线的长度L的至少90％，激光束焦线的峰值强度沿其光轴(或者束传播轴)变化不超过10％或者甚至5％。此外，根据一些实施方式，焦线4'含有焦线4'的总光能的60％总光能的区域的特征在于，相对于该区域内的平均峰值强度具有0至25％的强度变化性。此外，根据至少一些实施方式，在对应于长度L的焦线区域内，焦线4'的直径D相对于其平均直径变化不超过20％。例如，根据至少一些实施方式，在对应于焦线4'的长度L的焦线区域内，焦线4'的直径D相对于其平均直径变化不超过15％或10％。

根据一个实施方式，对玻璃工件7(例如，玻璃基材、蓝宝石基材、硅酮材料、或者透明塑料)进行激光加工的方法包括如下步骤：

(i)将激光5提供的脉冲激光束2聚焦成为激光束焦线4'，所述激光束焦线4'取向沿着束传播方向和被引导进入玻璃工件中，所述激光束焦线4'在玻璃工件7的材料内产生感应吸收，以及感应吸收沿着激光束焦线4'在工件7内产生缺陷线120，其中，焦线4'至少沿着缺陷线120的长度具有基本均匀的光功率分布；和

(ii)使得工件7和激光束2'相对于彼此沿着轮廓位移，从而激光沿着工件7内的轮廓形成多条缺陷线120。

根据一些实施方式，对于焦线长度的至少90％，激光束焦线4'的峰值强度沿其光轴(或者束传播轴)相对于平均峰值强度变化不超过20％、或者不超过15％、或者不超过10％、或者甚至不超过5％。

根据一个实施方式，对至少一个工件或玻璃制品7进行激光切割的方法包括如下步骤：

(I)用激光源5(例如，用飞秒或皮秒激光源5)产生高斯激光束2，

(II)对高斯激光束进行改性，以产生非衍射激光束2'，使得准非衍射激光束至少：i)沿着缺陷线120的长度具有基本均匀的强度分布(例如，变化性≤20％、≤15％，例如，≤10％或者甚至≤5％，相对于缺陷线120的该长度内的最大强度而言)；或者(ii)对于焦线4'的距离L的至少85％而言具有基本均匀的强度分布(例如，变化性≤25％、≤20％，例如，≤15％或者甚至10％，对于至少85％的距离L，相对于焦线内的最大强度而言)；以及

(III)将工件或玻璃制品进料到经过变化的束光斑，使得光斑在工件或玻璃制品中实现至少一个缺陷线120、破坏区域或者穿孔。

根据至少一个实施方式，所述至少一个实施方式的非衍射激光束2'是例如MGB束或者顶帽强度分布束。根据至少一些实施方式，高斯激光束的改性产生了准非衍射激光束2'，使得对于焦线4'的距离L的至少90％，准非衍射激光束具有基本均匀的强度分布(例如，在一些实施方式中，是平均峰值强度的25％内或20％内，和在一些实施方式中，是平均最大峰值强度的20％内)。

根据至少一些实施方式，对于位于焦线4'的强度分布的1/2I_最大值点之间的焦线长度L的至少85％(优选至少90％)，所述基本均匀的强度分布相对于I_最大值具有小于40％、小于35％、小于30％、小于25％、和甚至小于20％的强度变化性。根据至少一些实施方式，对于位于焦线4'的强度分布的1/2I_最大值点之间的焦线长度L的至少85％(优选至少90％)，对于位于焦线4'的强度分布的1/2I_最大值点之间的峰值强度，所述基本均匀的强度分布相对于平均峰值强度具有小于15％的强度变化。

根据一个实施方式，用于加工玻璃材料的装置100包括：

(i)产生具有高斯强度分布的光束2的激光源5，

(ii)光学系统125(FLIMOS)，其将光束2转变为改进的高斯-贝塞尔束2'并形成具有如下特性的焦线4'：(i)至少对于焦线4'的距离(长度)L具有基本均匀的功率和/或峰值强度分布；和(ii)基本恒定的直径D(即，平均直径的±25％内，优选±20％内、±15％内、或者甚至±10％内)；以及其中，光学系统具有光学组件，所述光学组件具有通光光圈，所述通光光圈至少允许位于1/e²(径向)点之间的光束2的中心部分传播通过。根据至少一些实施方式，光学系统125(FLIMOS)构造成至少对于焦线4'的长度L的90％，提供基本恒定的焦线直径D(即，最大直径的±25％内，优选±20％内、±15％内、或者甚至最大焦线直径的±10％内、或者10％内、或者5％内、或者甚至2％内)。

根据一个实施方式，用于加工玻璃材料的装置100包括：

(i)产生具有高斯强度分布的光束2的激光源5，

(ii)光学系统125(FLIMOS)，其将光束2转变为改进的高斯-贝塞尔束2'并形成具有如下特性的焦线4'：(i)至少对于焦线4'的距离d＝0.85L(例如，d＝0.9L或d＝0.9L)具有基本均匀的功率和/或峰值强度分布；和(ii)至少沿着这个距离d，具有基本恒定的直径D(即，平均直径的±25％内，优选±20％内、±15％内、或者甚至±10％内)；以及其中，光学系统具有光学组件，所述光学组件具有通光光圈，所述通光光圈至少允许位于1/e²(径向)点之间的光束2的中心部分传播通过。

在以下标记为A1至G17的段落中描述了其他示例性实施方式。

A1.对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：将脉冲激光束聚焦成激光束焦线引导进入工件中，激光束焦线在材料中产生感应吸收，以及感应吸收沿着激光束焦线在工件内产生缺陷线，其中，所述焦线具有长度L和基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少85％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过40％(优选变化不超过35％，优选变化不超过30％，优选变化不超过20％，优选变化不超过20％，和甚至更优选变化不超过10％)。

A2.段落A1的方法，其还采用包括至少一个非球面表面的光学系统。

A3.段落A1的方法，其还采用包括至少两个非球面表面的光学系统。

A4.段落A1或A2的方法，其中，非球面表面是折射或反射元件的弯曲表面。

A5.段落A1-A4中任一项的方法，其中，焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过40％(或者变化不超过35％、或者不超过30％、或者不超过25％、或者不超过20％、或者不超过10％)。

A6.段落A1-A4中任一项的方法，其中，焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L上，强度分布相对于平均峰值强度变化不超过30％(和优选变化不超过20％)。

A7.段落A1-A4中任一项的方法，其中，焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过15％。

A8.段落A1-A4中任一项的方法，其中，所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过10％。

A9.根据A1-A8的方法，采用光学系统光学系统125(FLIMOS)，其中，光学系统构造成形成所述激光束焦线，使得对于缺陷线的长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，激光束焦线直径D相对于最大直径变化不超过15％。

A10.段落A9的方法，其中，对于缺陷线的长度L，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过10％。

B1.对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：将脉冲激光束聚焦成激光束焦线导向到工件中，激光束焦线在材料内产生感应吸收，以及感应吸收沿着激光束焦线在工件内产生缺陷线，

其中，具有长度L的所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少85％上，在束传播方向上的峰值强度分布相对于最大峰值强度变化不超过20％。

B2.如段落A1-B1中任一项的方法，其中，工件7是玻璃工件。

B3.如段落B1-B2中任一项的方法，其还包括：使得工件和激光束相对于彼此沿着轮廓位移，从而激光沿着工件内的轮廓形成多条缺陷线。

B4.段落B1-B3中任一项的方法，其中，焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，在束传播方向上，峰值强度分布相对于最大峰值强度变化不超过20％。

B5.段落B4的方法，其中，焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，在束传播方向上，峰值强度分布相对于最大峰值强度变化不超过10％。

B6.段落B1-B5中任一项的方法，其中，焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，在束传播方向上，峰值强度分布相对于最大峰值强度变化不超过5％。

B7.段落B1-B6中任一项的方法，其还采用光学系统，所述光学系统构造成形成激光束焦线，使得对于长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，激光束焦线具有直径D，其相对于最大直径变化不超过15％。

B8.段落B7的方法，其中，对于缺陷线的长度L，直径D相对于最大直径变化不超过10％。

B9.段落B8的方法，其中，对于缺陷线的长度L，直径D相对于最大直径变化不超过5％。

B7-2.段落B1-B6中任一项的方法，其还采用光学系统，所述光学系统构造成形成激光束焦线，使得对于长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，激光束焦线具有直径D，其相对于中值直径变化不超过15％。

B8-2.段落B7的方法，其中，对于缺陷线的长度L，直径D相对于平均(平均值)直径变化不超过10％。

B9-2.段落B8的方法，其中，对于缺陷线的长度L，直径D相对于平均(平均值)直径变化不超过5％。

B10.根据段落B1至B9、B7-2至B9-2中任一项的方法，其中，光学系统包括至少两个非球面组件。

根据段落B1至B9、B7-2至B9-2中任一项的方法，其中，光学系统包括至少两个非球面组件，每个具有至少一个弯曲表面。

B10-2.根据段落A1-A9、或B1-B9、或B7至B9-2中任一项的方法，其中，光学系统包括至少一个具有弯曲表面的非球面组件，其中，所述非球面组件被至少一个非零的更高阶非球面系数a₂-a₁₂所限定。

C1.一种对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

(i)将脉冲激光束聚焦成激光束焦线，其取向是沿着束传播轴；

(ii)将激光束焦线引导入工件中，激光束焦线在工件材料内产生感应吸收，以及感应吸收沿着工件内的激光束焦线产生缺陷线，其中，焦线具有L和峰值轴上光功率分布，并且激光束焦线的光功率被限制在沿着传播轴的区域内，使得80％的功率被包含在沿着传播轴的功率分布的半最大功率点之间。

C2.根据段落C1的对工件进行激光加工的方法，其中，焦线通过每单位长度的能量密度进行表征，并且在焦线的长度L的至少90％上，沿着传播轴每单位长度的焦线的能量密度变化不超过20％。

C3.根据段落C1的对工件进行激光加工的方法，其中，所述焦线通过每单位长度的能量密度进行表征，并且在焦线的长度L的至少90％上，沿着传播轴每单位长度的焦线的能量密度变化不超过10％。

C4.根据段落C1至C3中任一项的对玻璃工件进行激光加工的方法，其还采用光学系统，所述光学系统构造成形成所述激光束焦线，使得激光束焦线具有长度L和直径D，以及对于长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过15％。

C5.根据段落C1、C2、C3、或C4的对玻璃进行激光加工的方法，其中，对于缺陷线的长度L，直径D相对于最大直径变化不超过10％。

C6.根据段落C5的对玻璃进行激光加工的方法，其中，对于缺陷线的长度L，直径D相对于最大直径变化不超过5％。

C7.根据段落C1、C2、C3、或C4的方法，其中，光学系统125包括至少两个非球面组件。

C7-1.根据段落C1、C2、C3、或C4的方法，其中，光学系统125包括至少一个具有弯曲表面的非球面组件，以及非球面组件被至少一个非零的更高阶非球面系数a₂-a₁₂所限定。

C8.根据段落C1-C7中任一项的方法，其特征，光学系统125的非球面组件是具有至少一个非球面表面的反射或折射光学组件。

C9.根据段落C1-C8或C7-1中任一项的方法，其中，光学系统125构造成使得对于任意截面，在相对于焦线的不同高度，离开光学系统的光束以基本相同的角度β′朝向焦线会聚，它们相互在10％内。

D0.一种对玻璃工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

(ii)将激光束焦线引导入玻璃工件中，激光束焦线在材料内产生感应吸收，以及感应吸收沿着工件内的激光束焦线产生缺陷线，其中，焦线具有轴上峰值强度分布，并且激光束焦线的光能被限制在沿着传播轴的区域内，使得>80％的总强度被包含在沿着传播轴的峰值强度分布的半最大峰值强度点之间。

D0-1.一种对玻璃工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

(ii)将激光束焦线引导入玻璃工件中，激光束焦线在材料内产生感应吸收，以及感应吸收沿着工件内的激光束焦线产生缺陷线，其中，焦线具有轴上峰值强度分布，并且激光束焦线的光能被限制在沿着传播轴的区域内，使得>60％、大于65％、大于70％、大于80％、或者>85％(例如，大于85％、或者大于90％)的总能量被包含在沿着传播轴的峰值强度分布的半最大峰值强度点之间。

D1.如权利要求D0或D0-1的方法，其还采用光学系统125，所述光学系统构造成形成所述激光束焦线，使得激光束焦线具有直径D，并且对于缺陷线的长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过15％。

D2.如权利要求D1的方法，其中，光学系统125包括至少两个非球面组件，以及非球面组件中的至少一个具有被选自非球面系数a₂-a₁₂的至少一个非零球面系数所限定的表面。

D2A.如权利要求D1的方法，其中，光学系统125包括一个或多个非球面组件，所述非球面组件具有被选自非球面系数a₂-a₁₂的至少一个非零球面系数所限定的非球面表面。

D2B.如权利要求D1A所述的方法，其中，非球面表面是弯曲表面。

D3.D1、D2A、D2B、或D2的方法，其还包括：采用光学系统，使得对于任意截面，在相对于焦线的不同高度，离开光学系统的光束以基本相同的角度β′朝向焦线会聚，它们相互在10％内。

D4.权利要求D2A、D2、或D2B的方法，其还包括：采用光学系统，使得在相对于焦线的不同高度，离开光学系统的光束以基本相同的角度β′朝向焦线会聚，它们相互在5％内。

D5.一种对透明材料进行激光加工的装置，其包括：

(i)产生高斯强度分布束的激光源，

(ii)形成改进的高斯-贝塞尔束的光学系统125，光学系统包括至少两个非球面组件和构造成提供取向沿着束传播轴的激光束焦线；

其中，激光束焦线具有轴上峰值强度分布，并且激光束焦线的光能被限制在沿着传播轴的区域内，使得：大于80％的总强度被包含在沿着传播轴的峰值强度分布的半最大功率点之间。

D6.根据段落D5的装置，其还采用光学系统125，所述光学系统125构造成形成激光束焦线，使得激光束焦线具有长度L和直径D，并且对于长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过20％。

D7.段落D5或D6的装置，其中，光学系统125包括至少一个非球面表面。

D7-1.段落D5-D7中任一项的装置，其中，光学系统125包括至少两个非球面表面。

D8.段落D5-D7中任一项的装置，其中，所述非球面表面形成在折射或反射元件的弯曲表面上。优选地，光学系统125具有至少一个非球面，其由选自非球面系数a₂-a₁₂的至少一个非零的非球面系数所限定。

D9.根据段落D5、D6、D7、D7-1、或D8的装置，其中，激光源是飞秒或皮秒激光。

D10.根据段落D0-D9的装置，其中，脉冲激光具有10W-150W的激光功率，以及产生的脉冲群具有至少2个脉冲每脉冲群。

D11.根据权利要求D0-D10的装置，其中，脉冲激光具有10W-100W的激光功率，以及产生的脉冲群具有至少2-25个脉冲每脉冲群。

D12.根据段落D0-D11的装置，其中，(i)脉冲激光具有10W-100W的激光功率；和(ii)工件或激光束相对于彼此以至少0.4m/s的速率位移。

E0.一种对透明材料进行激光加工的装置，其包括：

(i)产生高斯强度分布束的激光源，

E1.根据E0的装置，其还采用光学系统125，所述光学系统125构造成形成所述激光束焦线，使得激光束焦线具有长度L和直径D，并且对于长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过10％。

E2.E0或E1的装置，其还采用包括至少一个非球面表面的光学系统125。

E3.E0-E2的装置，其还采用包括至少两个非球面表面的光学系统125。

E5.权利要求E2的装置，其中，所述非球面表面形成在光学系统125的折射或反射元件的弯曲表面上。

E6.E1-E5的装置，其中，光学系统包括至少一个具有弯曲表面的非球面组件，其中，所述非球面组件是由至少一个(优选至少两个)非零的更高阶非球面系数a₂-a₁₂所限定的。

E7.段落A1至C9中任一项的方法，其中，通过脉冲激光源产生脉冲激光束，其中，激光源是飞秒或皮秒激光。

E8.根据段落E7的方法，其中，脉冲激光源(即，脉冲激光)具有10W-150W的激光功率，以及产生的脉冲群具有至少2个脉冲每脉冲群。

E8.根据段落E7的装置，其中，脉冲激光具有10W-100W的激光功率，以及产生的脉冲群具有至少2-25个脉冲每脉冲群。

E9.根据段落E7的装置，其中，(i)脉冲激光具有10W-100W的激光功率；和(ii)工件或激光束相对于彼此以至少0.4m/s的速率位移。

F1.一种对透明工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

在透明工件中形成轮廓线，所述轮廓线包括透明工件中的缺陷，其中，形成轮廓线包括：

将取向为沿着束路径和由束源输出的脉冲激光束引导通过产生锥波锋面的元件(例如，轴锥体、复合轴锥体等)或近似锥波锋面的元件(例如，改进的轴锥体或者改进的复合轴锥体，或者其他非球面元件，其具有至少非球面表面，所述非球面表面具有非零的更高阶非球面系数a₂-a₁₂)并引导进入透明工件中，使得脉冲激光束被引导进入透明工件中的部分形成焦线和在透明工件中产生感应吸收，感应吸收在透明工件内产生缺陷，以及脉冲激光束被引导进入透明工件中的部分包括：

波长λ；

有效光斑尺寸W_o，eff；和

非轴对称束截面，其包括截面x方向上的最小瑞利范围Z_{Rx，最小值}和截面y方向上的最小瑞利范围Z_{Ry，最小值}，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_{Ry，最小值}中较小的那个大于式中，F_D是无量纲分歧因子，其大于10，和优选大于50，以及在至少一些实施方式中大于75(例如，100≥F_D≥10000)，其中，焦线具有长度L和基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少85％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过40％(例如，变化不超过35％、或者不超过30％、或者不超过25％、或者不超过20％、或者不超过10％)。

F2.段落F2的方法，其中，对于缺陷线的长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，激光束焦线直径D相对于最大直径变化不超过15％。

F3.段落F1或F2的方法，其中，产生锥形波峰面的元件放置成在径向方向上偏离束路径的位置(即，不是位于束中心处)。

F4.段落F2或F2的方法，其中，放置成在径向方向上偏离束路径的位置的光学元件是上文所述的光学组件3'。

F5.段落F1或F2的方法，其还包括如下步骤：采用位置在束源与透明工件之间的去相干(decohering)光学元件，将脉冲激光束的第一束部分与脉冲激光束的第二束部分去相干。例如，根据一些实施方式，将第一束部分偏振成第一偏振状态和将第二束部分偏振成第二偏振状态，其垂直于第二束部分，这使得第一束部分与第二束部分去相干。

F6.段落F5的方法，其中，去相干光学元件包括至少一个波片(例如，分裂四分之一波片(split quarter waveplate)SQW)，以及其中，使得第一束部分与第二束部分去相干(变得不相干)的步骤包括：

(a)对脉冲激光束的第一束部分进行偏振，使得脉冲激光束的第一束部分包括透明工件处的第一偏振状态；和

(b)对脉冲激光束的第二束部分进行偏振，使得脉冲激光束的第二束部分包括透明工件处的第二偏振状态，其中，第一偏振状态垂直于第二偏振状态。

例如，SQW可以与光学系统125(FLIMOS)联用以产生具有椭圆(例如，椭圆状截面)的束焦线。在一些实施方式中，SQW位于光学系统125(FLIMOS)的前面。在一些实施方式中，SQW位于光学系统125(FLIMOS)内，或者其可以位于光学系统125(FLIMOS)与焦线之间。在这个实施方式中，将额外的四分之一波片放置在SQW的上游以产生圆形偏振光。在一些实施方式中，分裂四分之一波片SQW包括具有第一快轴SQW1a和第一慢轴SWQ1a'的第一片部分SQW1。分裂四分之一波片还包括具有第二快轴SQW2b和第二慢轴SQW2b'的第二片部分SQW2。此外，第一快轴QW1a垂直于第二快轴SQW2b，以及第一慢轴SWQ1a'垂直于第二慢轴SQW2b'。当脉冲激光束倒转(reverse)分裂四分之一波片SQW时，具有第一快轴SQW1a和第一慢轴SQW1a'的第一片部分SQW1使得脉冲激光束的第一束部分偏振成为第一偏振状态(例如，具体的水平、垂直、或圆形偏振)，以及具有第二快轴SQW2b的第二片部分SQW1使得脉冲激光束的第二束部分偏振成为第二偏振状态(例如，另一种具体的水平、垂直、或圆形偏振)。将第一束部分偏振成第一偏振状态和将第二束部分偏振成第二偏振状态，其垂直于第二束部分，这使得第一束部分与第二束部分去相干。虽然显示的分裂四分之一波片SQW包括两个片部分(例如，第一和第二片部分SQW1、SQW2)，但是分裂四分之一波片SQW的其他实施方式可以包括任意数量的片部分。如同上文所述的阻隔元件，分裂四分之一波片SQW的这些部分可以制成截面弦部分的形式或者更为优选的扇形。在这些实施方式中，第一组多个片部分包括所述第一快轴SQW1a和第一慢轴SWQ1a'，以及第二组多个片部分包括所述第二快轴SQW2b和第二慢轴SQW2b'。此外，所述第一组多个片部分可以总计占了分裂四分之一波片SQW的约50％，以及所述第二组多个片部分可以总计占了分裂四分之一波片SQW的另一50％。要注意的是，可以采用使得光束去相干的其他组件来代替SQW(例如，阻挡了部分光束的阻挡元件，并且其优选位于光学元件125(FLIMOS)内)。使得一个束部分与余下的束去相干的其他方式，从而产生了非轴对称束截面。优选地，非轴对称束横截面包括横截面x方向上的最小瑞利范围Z_{Rx，最小值}和横截面y方向上的最小瑞利范围Z_{Ry，最小值}，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_{Ry，最小值}中较小的那个大于式中，F_D是无量纲分歧因子，其大于15和优选大于50，以及在至少一些实施方式中大于75(例如，100≥F_D≥10000)。

F7.段落F1或F2或F3的方法，方法还包括：引导脉冲激光束超过光学阻挡元件，其中，光学阻挡元件的位置是在产生锥形波峰面的光学元件与透明工件之间。优选地，束截面是非轴对称束截面，其包括截面x方向上的最小瑞利范围Z_{Rx，最小值}和截面y方向上的最小瑞利范围Z_{Ry，最小值}，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_Ry，_最小值中较小的那个大于式中，F_D是无量纲分歧因子，其大于15和优选大于50，以及在至少一些实施方式中大于75(例如，100≥F_D≥10000)。

F8.段落F1或F2的方法，其还包括使用光学延迟片，其构造成相对于另一部分(脉冲激光束的第二部分)，将特定的光学延迟(阻滞)引入脉冲激光束的第一部分中。例如，光学延迟片可以在半个脉冲激光束上诱发π光学迟滞(其中，认为激光波长的一个光学周期覆盖2π弧度的光学相，所以π光学迟滞是一半的光学周期延迟)，在半个脉冲激光束112上诱发0.875π光学迟滞，以及在一些实施方式中，在半个激光束上诱发0.5π光学迟滞。优选地，束截面是非轴对称束截面，其包括截面x方向上的最小瑞利范围Z_{Rx，最小值}和截面y方向上的最小瑞利范围Z_{Ry，最小值}，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_{Ry，最小值}中较小的那个大于式中，F_D是无量纲分歧因子，其大于15和优选大于50，以及在至少一些实施方式中大于75(例如，100≥F_D≥10000)。

G1.一种对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

将脉冲激光束聚焦成激光束焦线导向到工件中，所述激光束焦线在材料中产生感应吸收，以及感应吸收在工件中产生沿着激光束焦线的缺陷线，

其中，所述焦线具有长度L和基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少85％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过40％、或者不超过35％、或者不超过30％、或者不超过25％、或者不超过20％、或者不超过10％。

G2.根据段落G1的方法，其还采用包括至少一个非球面表面的光学系统。

G3.根据段落G2的方法，其中，所述非球面表面是折射或反射元件的弯曲表面。

G4.根据段落G1的方法，其中，(i)所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过20％，使得在焦线的长度L的至少90％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过15％或者变化不超过15％；或者(ii)所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L上，强度分布相对于平均峰值强度变化不超过40％、或者不超过35％、或者不超过30％、或者不超过25％、或者不超过20％，和优选地相对于平均峰值强度变化不超过15％或者不超过10％。

G5.根据段落G1-4中任一项的方法，所述光学系统构造成形成所述激光束焦线，使得：(i)对于缺陷线的长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，激光束焦线直径D相对于最大直径变化不超过15％；或者(ii)对于缺陷线的长度L，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过10％。

G6.根据段落G1-G5中任一项的对工件进行激光加工的方法，其中，所述焦线表征为每单位长度的能量密度，以及在焦线的长度L的至少90％上，沿着传播轴的每单位长度的焦线能量密度变化不超过15％，和优选地，在焦线的长度L的90％上，变化不超过10％(或者不超过5％)。根据一些实施方式，在焦线的长度L上，沿着传播轴的每单位长度的焦线能量密度变化不超过25％。根据一些实施方式，在焦线的长度L上，沿着传播轴的每单位长度的焦线能量密度变化不超过20％。根据一些实施方式，在焦线的长度L上，沿着传播轴的每单位长度的焦线能量密度变化不超过15％。根据一些实施方式，在焦线的长度L上，沿着传播轴的每单位长度的焦线能量密度变化不超过10％。

G7.根据段落G1-G6中任一项的方法，其中，光学系统包括至少两个非球面光学组件。

G8.根据段落G1-G7中任一项的方法，其中，光学系统构造成使得对于任意截面，在相对于焦线的不同高度，离开光学系统的光束以基本相同的角度β′朝向焦线会聚，它们相互在10％内。

G9.一种对透明材料进行激光加工的装置，其包括：

(i)产生高斯强度分布束的激光源，

其中，激光束焦线具有轴上峰值强度分布，以及激光束焦线的光能被限制在沿着传播轴的区域中，使得：(i)大于75％、或者甚至大于80％的总强度被包含在沿着传播轴的峰值强度分布的半最大功率点之间；和/或(ii)对于至少90％的长度L，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过20％、和优选不超过10％。

G10.根据段落G9的装置，其还采用包括至少一个非球面表面的光学系统。

G11.根据段落G8或G10的装置，其还采用包括至少两个非球面表面的光学系统。

G11.根据段落G11的方法，其中，非球面表面是折射或反射元件的弯曲表面。

G12.根据段落G9-11的装置，其中，激光源是飞秒或皮秒激光。

G13.根据段落G12的装置，其中，脉冲激光具有10W-150W的激光功率，以及产生的脉冲群具有至少2个脉冲每脉冲群。

G14.根据段落A1-G13中任一项的装置或方法，其中，束焦线具有非轴对称束截面，其包括截面x方向上的最小瑞利范围Z_{Rx，最小值}和截面y方向上的最小瑞利范围Z_{Ry，最小值}，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_{Ry，最小值}中较小的那个大于式中，F_D是无量纲分歧因子，其大于15和优选大于50，以及在至少一些实施方式中大于75(例如，100≥F_D≥10000)。

G15.根据段落A1-G14中任一项的装置或方法，其中，所述工件包括包含涂层的部分和不包含涂层的部分。

G16.根据段落G15的装置或方法，其中，未涂覆的工件部分具有厚度d，以及焦线的中心与涂层(即与焦线相邻的涂层)之间的距离小于500μm，优选小于350μm，例如：10μm至250μm、或10μm至200μm、20μm至500μm、or至400μm、或20μm至300μm、或20μm至250μm、或15μm至300μm、或15μm至400μm、或15μm至500μm。

G17.根据段落G15或G16的方法或装置，其中，经由所述焦线在工件不包含涂层的部分中形成多个穿孔或缺陷，以及形成的所述多个穿孔或缺陷距离涂覆部分为距离Zd(以边缘到边缘测量距离Zd，即从穿孔或缺陷的边缘到与穿孔或缺陷相邻的涂层的边缘)，其中，未涂覆的工件部分具有厚度d，以及其中，Zd≤d/3和Zd>5μm，例如，Zd>10μm或>15μm。根据一些实施方式Zd≤d/4，和根据一些实施方式Zd≤d/5。

除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离本发明的范围或精神的情况下进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本发明精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本发明包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

Claims

1.一种对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

其中，所述焦线具有长度L和基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少85％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过40％(优选变化不超过35％，优选变化不超过30％，优选变化不超过20％，优选变化不超过20％，和甚至更优选变化不超过10％)。

2.如权利要求1所述的方法，其还采用包括至少一个非球面表面的光学系统。

3.如权利要求1所述的方法，其还采用包括至少两个非球面表面的光学系统。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述非球面表面是折射或反射元件的弯曲表面。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过20％。

6.如权利要求1、2、3、或4所述的方法，其特征在于，所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L上，强度分布相对于平均峰值强度变化不超过20％。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过15％。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过10％。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法，所述光学系统构造成形成所述激光束焦线，使得在缺陷线的长度L的至少90％上，对于束焦线的任意给定截面，激光束焦线直径D相对于最大直径变化不超过15％。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，对于缺陷线的长度L，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过10％。

11.一种对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

其中，所述焦线具有长度L和基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少85％上，在束传播方向上，峰值强度分布相对于最大峰值强度变化不超过40％，优选变化不超过30％，优选变化不超过20％，优选变化不超过20％，和甚至更优选变化不超过10％。

12.如权利要求1或11所述的方法，其特征在于，所述工件是玻璃工件。

13.如权利要求12所述的方法，其还包括：使得工件和激光束相对于彼此沿着轮廓位移，从而激光沿着工件内的轮廓形成多条缺陷线。

14.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，在束传播方向上，峰值强度分布相对于最大峰值强度变化不超过20％。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，在束传播方向上，峰值强度分布相对于最大峰值强度变化不超过10％。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少90％上，在束传播方向上，峰值强度分布相对于最大峰值强度变化不超过5％。

17.如权利要求11-16中任一项所述的方法，其还采用光学系统，所述光学系统构造成形成所述激光束焦线，使得对于长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，激光束焦线具有直径D，并且直径D相对于最大直径变化不超过15％。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，对于缺陷线的长度L，直径D相对于最大直径变化不超过10％。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，对于缺陷线的长度L，直径D相对于最大直径变化不超过5％。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，光学系统包括至少两个非球面组件。

21.一种对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

22.如前述权利要求中任一项所述的对工件进行激光加工的方法，其特征在于，所述焦线通过每单位长度的能量密度进行表征，并且在焦线的长度L的至少90％上，沿着传播轴每单位长度的焦线的能量密度变化不超过30％或者甚至20％。

23.如前述权利要求中任一项所述的对工件进行激光加工的方法，其特征在于，所述焦线通过每单位长度的能量密度进行表征，并且在焦线的长度L的至少90％上，沿着传播轴每单位长度的焦线的能量密度变化不超过10％。

24.如前述权利要求中任一项所述的对玻璃工件进行激光加工的方法，其还采用光学系统，所述光学系统构造成形成所述激光束焦线，使得激光束焦线具有长度L和直径D，以及对于长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过15％。

25.如权利要求24所述的对玻璃进行激光加工的方法，其特征在于，对于缺陷线的长度L，直径D相对于最大直径变化不超过10％。

26.如权利要求25所述的对玻璃进行激光加工的方法，其特征在于，对于缺陷线的长度L，直径D相对于最大直径变化不超过5％。

27.如权利要求24或26所述的方法，其特征在于，光学系统包括至少两个非球面光学组件。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述非球面组件是反射或折射光学组件，每个具有至少一个非球面表面。

29.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，光学系统构造成使得对于任意截面，在相对于焦线的不同高度，离开光学系统的光束以基本相同的角度β′朝向焦线会聚，它们相互在10％内。

30.一种对玻璃工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

31.如权利要求30所述的方法，其还采用光学系统，所述光学系统构造成形成所述激光束焦线，使得激光束焦线具有直径D，以及对于缺陷线的长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过15％。

32.如权利要求30或31所述的方法，其特征在于，光学系统包括至少两个非球面组件。

33.如权利要求32所述的方法，其还包括：采用光学系统，使得对于任意截面，在相对于焦线的不同高度，离开光学系统的光束以基本相同的角度β′朝向焦线会聚，它们相互在10％内。

34.如权利要求32所述的方法，其还包括：采用光学系统，使得在相对于焦线的不同高度，离开光学系统的光束以基本相同的角度β′朝向焦线会聚，它们相互在5％内。

35.一种对透明材料进行激光加工的装置，其包括：

(i)产生高斯强度分布束的激光源，

(ii)形成改进的高斯-贝塞尔束的光学系统，所述光学系统包括至少两个非球面组件和构造成提供取向沿着束传播轴的激光束焦线；

36.如权利要求35所述的方法，其还采用光学系统，所述光学系统构造成形成所述激光束焦线，使得激光束焦线具有长度L和直径D，以及对于长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过20％。

37.如权利要求35或36所述的装置，其还采用包括至少一个非球面表面的光学系统。

38.如权利要求35或36所述的装置，其还采用包括至少两个非球面表面的光学系统。

39.如权利要求35或36所述的方法，其特征在于，所述非球面表面形成在折射或反射元件的弯曲表面上。

40.如权利要求35-39中任一项所述的装置，其特征在于，激光源是飞秒或皮秒激光。

41.如权利要求35-40中任一项所述的装置，其特征在于，脉冲激光具有10W-150W的激光功率，以及产生的脉冲群具有至少2个脉冲每脉冲群。

42.如权利要求35-41中任一项所述的装置，其特征在于，脉冲激光具有10W-100W的激光功率，以及产生的脉冲群具有至少2-25个脉冲每脉冲群。

43.如权利要求35-42中任一项所述的装置，其特征在于，(i)脉冲激光具有10W-100W的激光功率；和(ii)工件或激光束相对于彼此以至少0.4m/s的速率位移。

44.一种对透明材料进行激光加工的装置，其包括：

(i)产生高斯强度分布束的激光源，

45.如权利要求35所述的装置，其还采用光学系统，所述光学系统构造成形成所述激光束焦线，使得激光束焦线具有长度L和直径D，以及对于长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于焦线的最大直径变化不超过10％。

46.如权利要求43或44所述的装置，其还采用包括至少一个非球面表面的光学系统。

47.如权利要求43或44所述的装置，其还采用包括至少两个非球面表面的光学系统。

48.如权利要求43、44或46所述的装置，其特征在于，所述非球面表面形成在折射或反射元件的弯曲表面上。

49.如权利要求44-46中任一项所述的装置，其特征在于，脉冲激光具有10W-100W的激光功率，以及产生的脉冲群具有至少2-25个脉冲每脉冲群。

50.如权利要求44-47中任一项所述的装置，其特征在于，(i)脉冲激光具有10W-100W的激光功率；和(ii)工件或激光束相对于彼此以至少0.4m/s的速率位移。

51.一种对工件进行激光加工的方法，所述方法包括：

其中，所述焦线具有长度L和基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L的至少85％上，峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过40％，优选变化不超过30％，优选变化不超过20％，优选变化不超过20％，和甚至更优选变化不超过10％。

52.如权利要求51所述的方法，其还采用包括至少一个非球面表面的光学系统。

53.如权利要求52所述的方法，其特征在于，所述非球面表面是折射或反射元件的弯曲表面。

54.如权利要求51所述的方法，其特征在于，(i)所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的至少90％的长度L上的峰值强度分布相对于平均峰值强度变化不超过40％，例如：变化不超过35％或者甚至30％，优选变化不超过20％，优选变化不超过20％，优选变化不超过15％，和甚至更优选变化不超过10％；或者(ii)所述焦线具有基本均匀的强度分布，使得在焦线的长度L上的强度分布变化不超过40％，优选变化不超过35％或30％，优选变化不超过20％，优选变化不超过20％，和甚至更优选变化不超过15％或甚至不超过10％。

55.如权利要求51-54中任一项所述的方法，所述光学系统构造成形成所述激光束焦线，使得：(i)对于缺陷线的长度L的至少90％，对于束焦线的任意给定截面，激光束焦线直径D相对于最大直径变化不超过15％；或者(ii)对于缺陷线的长度L，对于束焦线的任意给定截面，直径D相对于最大直径变化不超过10％。

56.如权利要求51-55中任一项所述的对工件进行激光加工的方法，其特征在于，所述焦线表征为每单位长度的能量密度，以及在焦线至少90％的长度L上，沿着传播轴的每单位长度的焦线能量密度变化不超过15％，和优选地，在焦线至少90％的长度L上，变化不超过10％。

57.如权利要求51-56中任一项所述的方法，其特征在于，光学系统包括至少两个非球面光学组件。

58.如权利要求51-57中任一项所述的方法，其特征在于，光学系统构造成使得对于任意截面，在相对于焦线的不同高度，离开光学系统的光束以基本相同的角度β′朝向焦线会聚，它们相互在10％内。

59.如权利要求1-34或51-58中任一项所述的方法，其特征在于，束焦线具有非轴对称束截面，其包括截面x方向上的最小瑞利范围Z_{Rx，最小值}和截面y方向上的最小瑞利范围Z_{Ry，最小值}，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_{Ry，最小值}中较小的那个大于式中，F_D是无量纲分歧因子，其大于15和优选大于50，以及在至少一些实施方式中大于75(例如，100≥F_D≥10000)。

60.一种对透明材料进行激光加工的装置，其包括：

(i)产生高斯强度分布束的激光源，

61.如权利要求60所述的装置，其还采用包括至少一个非球面表面的光学系统。

62.如权利要求60或61所述的装置，其还采用包括至少两个非球面表面的光学系统。

63.如权利要求61或62所述的装置，其特征在于，所述至少一个非球面表面形成在折射或反射元件的弯曲表面上。

64.如权利要求35-50或60-63所述的装置，其特征在于，所述装置构造成使得束焦线具有非轴对称束截面，其包括截面x方向上的最小瑞利范围Z_{Rx，最小值}和截面y方向上的最小瑞利范围Z_{Ry，最小值}，其中，Z_{Rx，最小值}和Z_{Ry，最小值}中较小的那个大于式中，F_D是无量纲分歧因子，其大于15和优选大于50，以及在至少一些实施方式中大于75(例如，100≥F_D≥10000)。

65.如权利要求1-64中任一项所述的方法或装置，其特征在于，所述工件包括：(a)包含涂层的至少一个部分；和(b)不包含涂层的至少一个部分。

66.如权利要求65所述的方法或装置，其特征在于，未涂覆的工件部分具有厚度d，以及焦线的中心与涂层之间的距离小于500μm，优选小于350μm，例如，10μm至250μm，或者10μm至200μm，或者20μm至400μm。

67.如权利要求65或66所述的方法或装置，其特征在于，未涂覆的工件部分具有厚度d，以及其中，经由所述焦线在工件不包含涂层的所述至少一个部分中形成多个穿孔或缺陷，并且形成的所述多个穿孔或缺陷距离所述涂覆部分的距离是Z_d，Z_d≤d/3和Z_d>5μm，例如Z_d>10μm或>15μm。