CN111936434B - 透明工件堆叠体的选择性激光加工 - Google Patents

Abstract

一种加工透明工件(160、260、360)的方法包括：在透明工件(160、260、360)之中或之上形成光学改性区域(240、340)；以及在透明工件(160、260、360)中形成轮廓(170、270)，所述轮廓(170、270)具有在透明工件(160、260、360)中的多个缺陷(172、272)，其与光学改性区域(240、340)侧向偏置定位。形成轮廓(170、270)包括：将沿着光束路径(111)取向的作为准无衍射光束的主激光束(212)引导到透明工件(160、260、360)上，以将主激光束(212)的第一散焦部分(216a)引导到透明工件(160、260、360)中，从而在透明工件(160、260、360)内产生诱导吸收，以在透明工件(160、260、360)内产生缺陷(172、272)；以及通过光学改性区域(240、340)改变主激光束(212)的第二散焦部分(216b)。另外，使透明工件(160、260、360)和主激光束(212)沿着轮廓线(165、265)相对于彼此平移，并且从光学改性区域(240、340)侧向偏置。

Description

透明工件堆叠体的选择性激光加工

本申请要求2018年3月29日提交的系列号为62/649,753的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全部结合入本文。

背景

技术领域

本说明书一般涉及用于激光加工透明工件的设备和方法，更具体地，涉及选择性地激光加工包含多个透明工件的工件堆叠体。

背景技术

材料的激光加工领域涵盖各种应用，这些应用涉及不同类型的材料的切割、钻孔、研磨、焊接、熔化等。在这些工艺中，特别受到关注的是在可以用于生产薄膜晶体管(TFT)的材料(例如玻璃、蓝宝石或熔凝二氧化硅)或电子装置的显示器材料的工艺中切割或分离不同类型的透明基材。

从工艺开发和成本方面看，有许多机会来改进玻璃基材的切割和分离。与目前在市场上实施的方法相比，具有更快、更清洁、更便宜、可重复性更高且更可靠的分离玻璃基材的方法是受到极大关注的。因此，需要用于分离玻璃基材的替代性的改进方法。

发明内容

根据第1个实施方式，一种加工透明工件的方法包括：在透明工件之中或之上形成光学改性区域；以及在透明工件中形成轮廓，所述轮廓包括在透明工件中的多个缺陷，其与光学改性区域侧向偏置定位。形成轮廓包括：将沿着光束路径取向的包含准无衍射光束的主激光束引导到透明工件上，以使得：主激光束的第一散焦部分被引导到透明工件中，从而在透明工件内产生诱导吸收，该诱导吸收在透明工件内产生缺陷，至少部分的缺陷在至少一部分光学改性区域下方延伸；以及通过光学改性区域改变主激光束的第二散焦部分。准无衍射光束包括波长λ；光斑尺寸w_o；以及包括瑞利范围Z_R的截面，所述瑞利范围Z_R大于

其中F_D是无量纲的发散度因子，其包括10或更大的数值。另外，使透明工件和主激光束沿着轮廓线相对于彼此平移，并且与光学改性区域侧向偏置。

第2个实施方式包括如第1个实施方式所述的方法，其中，光学改性区域包括在透明工件中形成的改性迹线。

第3个实施方式包括如第2个实施方式所述的方法，其中，在透明工件中形成改性迹线包括：将辅助激光束引导到透明工件上，以使得辅助激光束改变至少一部分的透明工件；以及使透明工件和辅助激光束沿着改性线相对于彼此平移，从而沿着改性线改性透明工件，形成改性迹线。

第4个实施方式包括如第3个实施方式所述的方法，其中，辅助激光束和主激光束各自包括脉冲激光束；主激光束包括第一脉冲能，并且辅助激光束包括第二脉冲能；并且第一脉冲能大于第二脉冲能。

第5个实施方式包括如第4个实施方式所述的方法，其中，将辅助激光束引导到透明工件上改变了至少一部分透明工件的折射率；并且使透明工件和辅助激光束沿着改性线相对于彼此平移在透明工件内产生了折射率改变区域，从而形成了改性迹线。

第6个实施方式包括如第3个实施方式所述的方法，其中，将辅助激光束引导到透明工件上烧蚀了来自透明工件的第一表面的材料。

第7个实施方式包括如第6个实施方式所述的方法，其中，使透明工件和辅助激光束沿着改性线相对于彼此平移使得沿着改性线烧蚀来自透明工件的第一表面的材料，从而形成改性迹线。

第8个实施方式包括如第6或7个实施方式所述的方法，其中，辅助激光束包括连续波激光束。

第9个实施方式包括如第6或7个实施方式所述的方法，其中，辅助激光束包括红外激光束。

第10个实施方式包括如第6或7个实施方式所述的方法，其中，辅助激光束包括脉冲激光束。

第11个实施方式包括如第2个实施方式所述的方法，其中，在透明工件中形成改性迹线包括：使透明工件的第一表面接触机械表面改性元件；使透明工件和机械表面改性元件沿着改性线相对于彼此平移，从而沿着改性线对透明工件的第一表面进行改性，形成改性迹线。

第12个实施方式包括如第11个实施方式所述的方法，其中，机械表面改性元件包括研磨元件。

第13个实施方式包括如第11个实施方式所述的方法，其中，机械表面改性元件包括刻划轮。

第14个实施方式包括如第1个实施方式所述的方法，其中，光学改性区域包括沉积在透明工件的第一表面上的破坏性材料条。

第15个实施方式包括如第14个实施方式所述的方法，其中，破坏性材料条包括吸收材料。

第16个实施方式包括如第14个实施方式所述的方法，其中，破坏性材料条包括反射材料。

第17个实施方式包括如第14个实施方式所述的方法，其中，破坏性材料条包括散射材料。

第18个实施方式包括如第14个实施方式所述的方法，其中，破坏性材料条包括相位改变材料。

第19个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，光学改性区域包括第一光学改性区域，并且所述方法还包括：在透明工件之上或之中形成第二光学改性区域；并且第二光学改性区域与第一光学改性区域侧向偏置定位，使得第一光学改性区域被设置在轮廓线与第二光学改性区域之间。

第20个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，光学改性区域包括第一光学改性区域，并且所述方法还包括：在透明工件中形成第二光学改性区域；并且第二光学改性区域与轮廓线侧向偏置定位，使得轮廓线被设置在第一光学改性区域与第二光学改性区域之间。

第21个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，光学改性区域以接近角冲击透明工件的第一表面；光学改性区域从轮廓线侧向偏置距离D_偏置；并且光学改性区域在透明工件的第一表面下游距离D_切断处破坏激光束焦线的形成，其中，D_偏置＝D_切断tanα。

第22个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，主激光束沿着光束路径被引导通过一个或多个透镜，以使主激光束的第一散焦部分被引导到透明工件中并在透明工件内形成激光束焦线，其中，激光束焦线在透明工件内产生诱导吸收，所述诱导吸收在透明工件内产生缺陷。

第23个实施方式包括如第22个实施方式所述的方法，其中，所述一个或多个透镜中的至少一个透镜包括非球面光学元件。

第24个实施方式包括如第23个实施方式所述的方法，其中，非球面光学元件包括折射轴棱锥、反射轴棱锥、负轴棱锥、空间光调制器、衍射光学器件或立方体形状的光学元件。

第25个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，无量纲的发散度因子F_D包括约10至约2000的数值。

第26个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，无量纲的发散度因子F_D包括约50至约1500的数值。

第27个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，无量纲的发散度因子F_D包括约100至约1000的数值。

第28个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，相邻缺陷之间的间距为约50μm或更小。

第29个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，相邻缺陷之间的间距为约25μm或更小。

第30个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，相邻缺陷之间的间距为约15μm或更小。

第31个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，透明工件包括碱金属铝硅酸盐玻璃材料。

第32个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，主激光束包括由光束源输出的脉冲激光束，所述光束源产生脉冲串，每个脉冲串包括2个或更多个子脉冲。

第33个实施方式包括前述任一个实施方式，其中，透明工件包括工件堆叠体的第一透明工件，所述工件堆叠体还包括第二透明工件；光学改性区域在第一透明工件之中或之上形成，并且在第一透明工件中形成与光学改性区域侧向偏置的轮廓包括：将沿着光束路径取向的包含准无衍射光束的主激光束引导到第一透明工件上，以将主激光束的第一散焦部分引导到第一透明工件中；并且通过光学改性区域改变主激光束的第二散焦部分，从而防止主激光束在第二透明工件内产生诱导吸收。

根据第34个实施方式，一种加工透明工件的方法包括：在透明工件中形成改性迹线，以及在透明工件中形成轮廓，所述轮廓包括在透明工件中的多个缺陷，其与改性迹线侧向偏置定位。形成轮廓包括：将沿着光束路径取向的包含准无衍射光束的主激光束引导到透明工件上，以将主激光束的第一散焦部分引导到透明工件中，从而在透明工件内产生诱导吸收，该诱导吸收在透明工件内产生缺陷，至少部分的缺陷在至少一部分改性迹线下方延伸，并且通过改性迹线改变主激光束的第二散焦部分。准无衍射光束包括波长λ；光斑尺寸w_o；以及包括瑞利范围Z_R的截面，所述瑞利范围Z_R大于

其中F_D是无量纲的发散度因子，其包括10或更大的数值，并且主激光束包括由光束源输出的脉冲激光束，所述光束源产生脉冲串，每个脉冲串包括2个或更多个子脉冲。另外，使透明工件和主激光束沿着轮廓线相对于彼此平移，并且从改性迹线侧向偏置。

根据第35个实施方式，一种加工透明工件的方法包括：在透明工件的第一表面上沉积破坏性材料条并在透明工件中形成轮廓，所述轮廓包括在透明工件中的多个缺陷，其与破坏性材料条侧向偏置定位。形成轮廓包括：将沿着光束路径取向的包含准无衍射光束的主激光束引导到透明工件上，以将主激光束的第一散焦部分引导到透明工件中，从而在透明工件内产生诱导吸收，该诱导吸收在透明工件内产生缺陷；以及通过破坏性材料条改变主激光束的第二散焦部分。准无衍射光束包括波长λ；光斑尺寸w_o；以及包括瑞利范围Z_R的截面，所述瑞利范围Z_R大于

其中F_D是无量纲的发散度因子，其包括10或更大的数值，并且主激光束包括由光束源输出的脉冲激光束，所述光束源产生脉冲串，每个脉冲串包括2个或更多个子脉冲。另外，使透明工件和主激光束沿着轮廓线相对于彼此平移，并且从破坏性材料条侧向偏置。

在以下的具体实施方式中提出了本文所述的方法和系统的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文描述的实施方式而被认识。

应理解，前述的一般性描述和下文的具体实施方式都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图简要说明

附图列出的实施方式本质上是说明性和示例性的，并不旨在限制通过权利要求所限定的主题。结合以下附图阅读可以理解如下示意性实施方式的详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：

图1A根据本文所述的一个或多个实施方式，示意性地描绘了在透明工件中的具有缺陷的轮廓的形成；

图1B根据本文所述的一个或多个实施方式，示意性地描绘了在透明工件的加工期间，激光束焦线的定位情况；

图2根据本文所述的一个或多个实施方式，示意性地描绘了用于激光加工的光学组件；

图3A根据本文所述的一个或多个实施方式，图示了在一个示例性脉冲串中的激光脉冲的相对强度与时间的关系；

图3B根据本文所述的一个或多个实施方式，图示了在另一个示例性脉冲串中的激光脉冲的相对强度与时间的关系；

图4A根据本文所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了使用主激光束在工件堆叠体中选择性形成缺陷，以及包含改性迹线的光学改性区域；

图4B根据本文所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了使用主激光束在工件堆叠体中选择性形成缺陷，以及包含另一改性迹线的光学改性区域；

图4C根据本文所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了使用主激光束在工件堆叠体中选择性形成缺陷，以及包含破坏性材料条的光学改性区域；

图5A根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了图4A和4B的改性迹线的激光形成；

图5B根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了图4A和4B的改性迹线的机械形成；

图5C根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性描绘了设置在工件堆叠体上的破坏性材料条；

图6A是根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，具有光学改性区域的透明工件的图像；以及

图6B根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，为图6A的透明工件的示意图。

具体实施方式

现将详细参考用于形成和激光加工透明工件以及包含多个透明工件的工件堆叠体的实施方式，这些实施方式的实例在附图中例示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。激光加工工件堆叠体可以包括：将激光束(例如脉冲激光束)引导(例如聚焦)到工件堆叠体的至少一个透明工件中，以改变透明工件，例如，分离透明工件，在透明工件中形成格栅等。在一些实施方式中，可能有利的是，引导激光束以在工件堆叠体的至少一部分中形成激光束焦线，而在透明工件的至少一个其他部分中不形成激光束焦线，其中，这些不同部分位于工件堆叠体的不同深度位置中。作为一个实例，可能有利的是，将激光束在第一透明工件中引导成激光束焦线，而在第二透明工件中不引导成激光束焦线。又例如，可能有利的是，引导激光束以在第一透明工件的一个部分中形成激光束焦线而在透明工件的另一个部分中不形成激光束焦线，其中，这些不同部分位于第一透明工件的不同深度位置中。另外，在切割过程中控制激光的深度和位置的现有方法需要传感器和快速位移聚焦光学器件。

本文描述的实施方式促进了这种选择性激光加工而无需使用传感器和快速位移聚焦光学器件。作为一个实例，选择性激光加工的方法包括：在透明工件堆叠体的透明工件之上或之中形成光学改性区域，其与透明工件的轮廓线(例如，期望的分离线)偏置一定的偏置距离。光学改性区域可以包括改性迹线或破坏性材料条。改性迹线可以包括透明工件的一个或多个区域，其具有足以改变激光束的第一散焦部分的波面的光学性质变化，以使得第一散焦部分在透明工件堆叠体的选定部分(例如第二透明工件)中不形成激光束焦线。破坏性材料条包括设置在透明工件表面上的材料，其具有足以改变激光束的第一散焦部分的波面的光学性质，以使得第一散焦部分的波面在工件堆叠体的选定部分(例如第二透明工件)中不形成激光束焦线。另外，光学改性区域的顶部与激光束的散焦线几何形状之间的侧向距离将控制激光束焦线将终止的位置。在任何时候不需要精确控制透明工件相对于激光束的垂直位置——在光学改性区域形成/沉积时不需要精确控制，并且在沿着轮廓线激光形成具有缺陷的轮廓时不需要控制。因此，可避免用于精确控制垂直位置的传感器和快速位移光学器件的使用。本文将具体参考附图描述透明工件和/或工件堆叠体的选择性激光加工的各个实施方式。

本文所用的“激光加工”包括将激光束引导到透明工件上和/或透明工件中。在一些实施方式中，激光加工还包括：相对于透明工件平移激光束，例如，沿着轮廓线，沿着改性线或沿着另一种路径。激光加工的实例包括使用激光束形成延伸到透明工件中的包含一系列缺陷的轮廓，使用激光束在透明工件中形成改性迹线，以及使用红外激光束来加热层压工件堆叠体的透明工件。激光加工可以沿着一条或多条期望的分离线分离透明工件。然而，在一些实施方式中，可以利用另外的非激光步骤来沿着一条或多条期望的分离线分离透明工件。

本文所用的“轮廓线”表示在透明工件的表面上的直线、成角度的线、多边形的线或曲线，当激光束在工件的平面内移动时，所述轮廓线限定了激光束穿过的路径，以产生对应的轮廓。

本文所用的“轮廓”是指通过沿着轮廓线平移激光而在工件中形成的一组缺陷。如本文所用的，轮廓是指在基材中或基材上的虚拟二维形状或路径。因此，虽然轮廓自身是虚拟形状，但是轮廓可以例如通过裂线或裂纹显现。轮廓限定了工件中的期望分离的表面。轮廓可以通过沿着轮廓线使用各种技术在透明工件中产生多个缺陷来形成，例如，通过在沿着轮廓线的连续点处引导脉冲激光束来形成。多个轮廓和/或具有弯曲焦线的激光可以用于产生复杂形状，例如斜的分离表面。

如本文所用的“裂线”是指沿着并接近轮廓延伸的一系列紧密间隔的缺陷线。

如本文所用，“缺陷”是指透明工件中的材料有所改变的区域(例如，相对于本体材料折射率改变的区域)、空隙空间、裂纹、划痕、瑕疵、孔、穿孔或其他变形。在本文的各个实施方式中，这些缺陷可以被称为缺陷线或损伤迹线。对于单个激光脉冲或相同位置处的多个脉冲，缺陷线或损伤迹线通过引导到透明工件的单个位置上的激光束形成。沿着轮廓线平移激光得到了多个缺陷线，该多个缺陷线形成了轮廓。对于线聚焦激光，缺陷可以是线性形状。

如本文所用，短语“光束截面”是指沿着与激光束的光束传输方向垂直的平面的激光束的截面，例如，当光束传输方向在Z方向上时，为沿着X-Y平面的截面。

如本文所用的“束斑”是指在冲击表面中的激光束的截面(例如，光束截面)，所述冲击表面即最靠近激光光学器件的透明工件的表面。

如本文所用的“冲击表面”是指最靠近激光光学器件的透明工件的表面。

如本文所用的“上游”和“下游”是指沿着光束路径的两个位置或部件相对于光束源的相对位置。例如，沿着激光束穿过的路径，如果第一部件比第二部件更靠近激光光学器件，则第一部件位于第二部件的上游。

如本文所用的“激光束焦线”是指激光束的相互作用(例如，交叉)的光线的图案，这些光线形成与光轴平行的线性、长聚焦区域。激光束焦线包括畸变光线，这些畸变光线在沿着光轴的不同位置处与激光束的光轴相互作用(例如，交叉)。另外，本文所述的激光束焦线使用下文有详细数学定义的准无衍射光束来形成。

如本文所用的“散焦线”是指通过光学部件折射并随后被引导到透明工件上和/或透明工件中的光包络线(envelope)。例如，“散焦线”可以包括从光学系统的最下游光学部件延伸到透明工件之上和/或之中的激光束的光包络线。另外，散焦的波面可以相互作用(例如交叉)以形成激光束焦线，例如在透明工件内形成。

如本文所用的“光学改性区域”是在透明工件或设置在透明工件上的材料中形成的区域，其包括足以改变冲击(在一些实施方式中，穿过)光学改性区域的散焦线部分的光学性质。光学改性区域的示例性光学性质包括阻挡性质、散射性质、反射性质、吸收性质、折射性质、衍射性质、相位改变性质等。本文所述的示例性光学改性区域包括改性迹线和破坏性材料条。

如本文所用的，当光学改性区域以一定的方式改变散焦线的波面时，一部分的散焦线通过光学改性区域“改性”，所述一定的方式沿着该部分的散焦线中的波面路径降低激光束焦线的强度或防止其形成，其降低强度或防止焦线形成到某一程度，使得在无光学改性区域时原本会形成缺陷的区域中不形成缺陷。散焦线的波面的示例性改性可以包括阻挡、吸收、折射、衍射、反射、散射波面或使波面相位改变。

如本文所用，短语“透明工件”意为由透明的玻璃、玻璃陶瓷或其他材料形成的工件，其中本文使用的术语“透明”意为对于每毫米的材料深度，材料具有小于20％的光学吸收，例如对于特定的脉冲激光波长，每毫米的材料深度具有小于10％的光学吸收，或者例如对于特定的脉冲激光波长，每毫米的材料深度具有小于1％的光学吸收。除非另有规定，否则材料的光学吸收为每毫米的材料深度小于约20％。透明工件的深度(例如厚度)可以是约50微米(μm)至约10mm(例如约100μm至约5mm或约0.5mm至约3mm)。透明工件可以包括由玻璃组合物形成的玻璃工件，所述玻璃组合物例如硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃、碱金属硅铝酸盐、碱土金属铝硅酸盐玻璃、碱土金属硼铝硅酸盐玻璃、熔凝二氧化硅，或结晶材料，例如蓝宝石、硅、砷化镓或其组合。在一些实施方式中，在激光加工透明工件之前或之后，可以通过热回火来强化透明工件。在一些实施方式中，所述玻璃可以是可离子交换的，因此在激光加工透明工件之前或之后，所述玻璃组合物可经受用于玻璃强化的离子交换。例如，透明工件可以包含经过离子交换的玻璃和可离子交换的玻璃，例如购自纽约州康宁市的康宁股份有限公司(Corning Incorporated)的康宁

玻璃(例如编号2318、编号2319和编号2320的玻璃)。另外，这些经过离子交换的玻璃可以具有约6ppm/℃至约10ppm/℃的热膨胀系数(CTE)。其他示例性透明工件可以包括购自纽约州康宁市的康宁股份有限公司的EAGLE

和CORNING LOTUS^TM。另外，透明工件可以包含对激光波长透明的其他组分，例如晶体，如蓝宝石或硒化锌。

在离子交换处理中，透明工件表面层中的离子被具有相同价态或氧化态的更大的离子替代，例如通过将透明工件部分或完全浸没在离子交换浴中来进行。用较大离子替代较小离子造成压缩应力层从透明工件的一个或多个表面延伸到透明工件内的某个深度，这称为层深度。压缩应力被拉伸应力(被称为中心张力)层平衡，因此玻璃片中的净应力为零。在玻璃片表面处形成压缩应力使玻璃坚固并且耐机械损伤，因此减少了玻璃片的破坏性失效，因为瑕疵不延伸通过层深度。在一些实施方式中，透明工件的表面层中的较小的钠离子被较大的钾离子交换。在一些实施方式中，表面层中的离子以及较大的离子是单价的碱金属阳离子，例如Li⁺(当玻璃中存在的时候)、Na⁺、K⁺、Rb⁺和Cs⁺。或者，表面层中的单价阳离子可以被除了碱金属阳离子以外的单价阳离子，例如Ag⁺、Tl⁺或者Cu⁺等替代。

现在参考图1A和1B，所述附图示意性示出了根据本文所述的方法，进行激光加工的示例性透明工件160。具体地，图1A示意性示出了包含多个缺陷172的轮廓170的形成，其可以用于分离透明工件160。通过用激光束112加工透明工件160，可以沿着轮廓线165形成包含多个缺陷172的轮廓170，所述激光束112可以包括在平移方向101上移动的超短脉冲激光束。例如，缺陷172可以延伸通过透明工件160的深度，并且可以与透明工件160的冲击表面正交。另外，激光束112首先在冲击位置115处接触透明工件160，所述冲击位置115是在冲击表面上的特定位置。如图1A和1B所示，虽然透明工件160的第一表面162包括冲击表面，但应理解，在其他实施方式中，激光束112可以替代地初始照射透明工件160的第二表面164。另外，图1A描绘了激光束112形成了投射到透明工件160的第一表面162上的束斑114。

图1A和1B描绘了沿着光束路径111传输并具有一定取向的激光束112，所述取向使得激光束112可以在透明工件160中被聚焦成激光束焦线113，例如，使用非球面光学元件120(图2)，例如，轴棱锥和一个或多个透镜(例如，如下文所述及如图2所示的第一透镜130和第二透镜132)。例如，可以沿着Z轴以及围绕Z轴控制激光束焦线113的位置。另外，激光束焦线113的长度可以在约0.1mm至约100mm的范围内，或者在约0.1mm至约10mm的范围内。各个实施方式可以被构造成使激光束焦线113的长度l为约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.7mm、约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、或约5mm，例如，约0.5mm至约5mm。另外，如下文更详细限定的，激光束焦线113可以是准无衍射光束的一部分。

在操作时，可以沿着轮廓线165相对于透明工件160平移激光束112(例如，在平移方向101上)，以形成轮廓170的多个缺陷172。将激光束112引导或定位到透明工件160中，在透明工件160内产生诱导吸收，并且在沿着轮廓线165的间隔位置处蓄积了足以断裂透明工件160中的化学键的能量，从而形成缺陷172。根据一个或多个实施方式，可以通过移动透明工件160(例如，移动与透明工件160连接的平移台190，如图2所示)，移动激光束112(例如，移动激光束焦线113)或同时移动透明工件160和激光束焦线113，而使激光束112平移过透明工件160。通过相对于透明工件160平移激光束焦线113，可以在透明工件160中形成多个缺陷172。

在一些实施方式中，缺陷172一般可以沿着轮廓170彼此间隔一定的距离，所述距离为约0.1μm至约500μm，例如，约1μm至约200μm、约2μm至约100μm、约5μm至约20μm等。例如，对于TFT/显示器玻璃组合物，缺陷172之间的合适间距可以为约0.1μm至约50μm，例如，约5μm至约15μm、约5μm至约12μm、约7μm至约15μm、或约7μm至约12μm。在一些实施方式中，相邻缺陷172之间的间距可以小于或等于50μm，小于或等于45μm，小于或等于40μm，小于或等于35μm，小于或等于30μm，小于或等于25μm，小于或等于20μm，小于或等于15μm，小于或等于10μm等。

如图1A所示，轮廓170的多个缺陷172延伸到透明工件160中并且建立了用于裂纹扩展的路径，以用于沿着轮廓170将透明工件160分离成单独的部分。形成轮廓170包括：沿着轮廓线165，相对于透明工件160平移激光束112(例如，在平移方向101上)，以形成轮廓170的多个缺陷172。根据一个或多个实施方式，通过移动透明工件160，移动激光束112(例如，移动激光束焦线113)或同时移动透明工件160和激光束112，可以使激光束112平移过透明工件160。通过相对于透明工件160平移激光束焦线113，可以在透明工件160中形成多个缺陷172。另外，虽然图1A例示的轮廓170是线性的，但是轮廓170也可以是非线性的(即，具有曲率)。弯曲的轮廓线可以例如通过使透明工件160或激光束焦线113中的任一者相对于另一者在二维而非一维中平移来产生。

在一些实施方式中，可以在随后的分离步骤中进一步作用于透明工件160，以沿着轮廓170诱导透明工件160分离。随后的分离步骤可以包括：利用机械力或热应力诱导的力使裂纹沿着轮廓170扩展。热源(例如红外激光束)可以用于产生热应力，并由此沿着轮廓170分离透明工件160。在一些实施方式中，红外激光束可以用于引发分离，然后可以对分离件进行机械精整。不囿于理论，红外激光是受控的热源，其在轮廓170处或附近迅速升高透明工件160的温度。这种迅速加热可以在轮廓170上或附近，在透明工件160中建立压缩应力。由于被加热的玻璃表面的面积比透明工件160的整个表面积相对更小，因此该加热区域冷却得相对较快。得到的温度梯度在透明工件160中诱导了拉伸应力，该拉伸应力足以使裂纹沿着轮廓170扩展并通过透明工件160的深度，从而沿着轮廓170完全分离透明工件160。不囿于理论，认为拉伸应力可以因为在具有较高局部温度的工件部分中的玻璃膨胀(即，密度改变)而引起。

用于在玻璃中形成热应力的合适的红外激光通常具有易被玻璃吸收的波长，通常波长为1.2μm至13μm，例如4μm至12μm。此外，红外激光束的功率可以是约10W至约1000W，例如100W、250W、500W、750W等。另外，红外激光束的1/e²光束直径可以是约20mm或更小，例如15mm、12mm、10mm、8mm、5mm、2mm或更小。在操作时，红外激光束的较大的1/e²光束直径可以促进更快的激光加工和更大的功率，而红外激光束的较小的1/e²光束直径通过限制对轮廓170附近的透明工件160的部分的损伤可以促进高精度的分离。示例性的红外激光器包括二氧化碳激光器(“CO₂激光器”)、一氧化碳激光器(“CO激光器”)、固态激光器、激光二极管或其组合。

在另外的实施方式中，根据类型、深度和材料性质(例如吸收、CTE、应力、组成等)，透明工件160中存在的应力可以引起沿着轮廓170的自发分离而无需进一步的加热或机械分离步骤。例如，当透明工件160包括强化玻璃基材(例如，经过离子交换或热回火的玻璃基材)时，轮廓170的形成可以诱导沿轮廓170的裂纹扩展，从而分离透明工件160。

再次参考图1A和1B，用于形成缺陷172的激光束112还具有强度分布I(X,Y,Z)，其中Z是激光束112的传输方向，X和Y是与传输方向正交的方向，如附图所示。X方向和Y方向也可以被称为截面方向，并且X-Y平面可以被称为截面平面。截面平面中的激光束112的强度分布可以被称为截面强度分布。

如下文关于图2所示的光学组件100更详细描述的，通过使激光束112(例如，使用光束源110(例如脉冲光束源)的激光束112，例如高斯光束)传输通过非球面光学元件120，束斑114或其他截面处的激光束112可以包含准无衍射光束，例如，如下文数学定义的具有低光束发散度的光束。光束发散度是指光束截面在光束传输方向(即Z方向)上的放大率。本文所述的一种示例性光束截面是投射到透明工件160上的激光束112的束斑114。示例性的准无衍射光束包括高斯-贝塞尔(Gauss-Bessel)光束和贝塞尔光束。

衍射是导致激光束112发散的一个因素。其他因素包括形成激光束112的光学系统所造成的聚焦或失焦，或者界面处的折射和散射。用于形成轮廓170的缺陷172的激光束112可以形成发散度低且衍射弱的激光束焦线113。激光束112的发散度通过瑞利范围Z_R表征，其与强度分布的方差σ²以及激光束112的光束传输因子M²有关。在随后的论述中，将提出一些式子并且使用笛卡尔坐标系。可使用本领域技术人员已知的其他数学方法获得针对其他坐标系的对应表达。关于光束发散度的另外信息可在如下文章中找到：A.E.Siegman的题为“New Developments in Laser Resonators”(激光谐振腔的新进展)，SPIE研讨会丛书第1224卷第2页(1990)以及R.Borghi和M.Santarsiero的题为“M² factor of Bessel-Gaussbeams”(《贝塞尔-高斯光束的M²因子》)，Optics Letters(《光学快报》)，第22(5)卷，262(1997)，所述文章的公开内容通过引用全文纳入本文。另外的信息还可在下述文献中找到：国际标准ISO 11146-1:2005(E)，题为“Lasers and laser-related equipment—Testmethods for laser beam widths,divergence angles and beam propagation ratios—Part 1:Stigmatic and simple astigmatic beams”(激光和激光相关设备——用于激光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法——第1部分：无像散和简单像散光束)；ISO11146-2:2005(E)，题为“Lasers and laser-related equipment—Test methods forlaser beam widths,divergence angles and beam propagation ratios—Part 2:General astigmatic beams”(激光和激光相关设备——激光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法——第2部分：广义象散光束)；以及ISO 11146-3:2004(E)，题为“Lasers andlaser-related equipment—Test methods for laser beam widths,divergence anglesand beam propagation ratios—Part 3:Intrinsic and geometrical laser beamclassification,propagation and details of test methods”(激光和激光相关设备——激光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法——第3部分：内在和几何激光束分类、传输和试验方法细节)，它们的公开内容通过引用全文纳入本文。

具有按时间平均的强度分布I(x,y,z)的激光束112的强度分布的形心(centroid)的空间坐标通过以下表达式给出：

这些表达式也被称为维格纳(Wigner)分布的第一矩，并且描述于ISO 11146-2:2005(E)的第3.5节。它们的测量描述于ISO 11146-2:2005(E)的第7节。

方差是在截面(X-Y)平面中，激光束112的强度分布的宽度作为光束传输方向上的位置z的函数的量度。对于任意的激光束，X方向上的方差可以与Y方向上的方差不同。令

和

分别代表X方向和Y方向上的方差。尤其关注的是近场极限和远场极限中的方差。在近场极限中，令

和

分别代表X方向和Y方向上的方差，并且在远场极限中，令

和

分别代表X方向和Y方向上的方差。对于具有用傅立叶变换

的按时间平均的强度分布I(x,y,z)的激光束(其中，v_x和v_y分别是X方向和Y方向上的空间频率)，X方向和Y方向上的近场和远场方差通过以下表达式给出：

方差量

和

也被称为维格纳分布的对角元素(参见ISO 11146-2:2005(E))。可以使用ISO 11146-2:2005(E)的第7节中所述的测量技术对实验激光束的这些方差定量。简单来说，所述测量使用线性不饱和像素化检测器来测量有限空间区域上的I(x,y)，所述有限空间区域近似于限定方差和形心坐标的积分方程的无限积分区域。测量区域、背景减除和检测器像素分辨率的适当范围由ISO 11146-2:2005(E)第7节中描述的迭代测量过程的收敛性决定。根据像素化检测器测得的强度值阵列，通过数值计算得出方程1-6所给出的表达式的数值。

通过任意光束的横向振幅分布

(其中，

)和任意光束的空间频率分布

(其中

)之间的傅立叶变换关系，可示出为：

在方程(7)和(8)中，

和

分别是

和

的最小值，其出现在x方向和y方向上的腰部位置z_0x和z_0y，并且λ是激光束112的波长。方程(7)和(8)表明，

和

在任何方向上随着z而从与激光束112的腰部位置相关的最小值(例如，激光束焦线113的腰部)按平方增加。进一步地，在本文所述的所包括的束斑114是轴对称并因此包括轴对称强度分布I(x,y)的实施方式中，

并且在本文所述的所包括的束斑114是非轴对称并因此包括非轴对称强度分布I(x,y)的实施方式中，

即，

或

方程(7)和(8)可根据光束传输因子M²改写，其中，x方向和y方向各自的光束传输因子

和

定义为：

重排方程(9)和(10)并且代入方程(7)和(8)得到：

其可改写成：

其中，x方向和y方向上的瑞利范围Z_RX和Z_Ry分别通过下式给出：

瑞利范围对应于其中激光束的方差加倍(相对于光束腰部的位置处的方差而言)的距离(相对于光束腰部的位置而言，如ISO 11146-1:2005(E)的第3.12节所定义)，并且其是激光束的截面面积的发散度的量度。进一步地，在本文所述的所包括的束斑114是轴对称的并因此包括轴对称强度分布I(x,y)的实施方式中，Z_Rx＝Z_Ry，并且在本文所述的所包括的束斑114是非轴对称的并因此包括非轴对称强度分布I(x,y)的实施方式中，Z_Rx≠Z_Ry，即，Z_Rx<Z_Ry或Z_Rx>Z_Ry。瑞利范围还可作为沿着光束轴的距离来观察，在该距离处，瑞利强度衰减到在束腰位置处(最大强度的位置)观察到的其值的一半。瑞利范围大的激光束具有低的发散度，并且相比于具有小瑞利范围的激光束，在光束传输方向上随着距离扩展得更慢。

通过使用描述激光束的强度分布I(x,y,z)，上式可应用于任何激光束(不只是高斯光束)。在高斯光束的TEM₀₀模式的情况中，强度分布通过下式给出：

其中，w_o是半径(定义为光束强度降低到光束在束腰位置z_o处的峰值光束强度的1/e²的半径)。根据方程(17)和以上各式，获得TEM₀₀高斯光束的以下结果：

其中，Z_R＝Z_Rx＝Z_Ry。对于高斯光束，还应注意，

光束截面通过形状和尺寸来表征。光束截面的尺寸通过光束的光斑尺寸来表征。对于高斯光束，光斑尺寸常定义为光束强度下降到其最大值的1/e²处的径向范围，在方程(17)中表示为w₀。高斯光束的最大强度出现在强度分布的中心(x＝0且y＝0(笛卡尔)或r＝0(圆柱))处，并且相对于中心来测量用于确定光斑尺寸的径向范围。

具有轴对称(即，围绕光束传输轴Z旋转对称)截面的光束可以通过在光束腰部位置处测得的单一维度或光斑尺寸来表征，如ISO 11146-1:2005(E)的第3.12节所规定的。对于高斯光束，方程(17)显示光斑尺寸等于w₀，根据方程(18)，这对应于2σ_0x或2σ_0y。对于具有轴对称截面(例如圆形截面)的轴对称光束，σ_0x＝σ_0y。因此，对于轴对称光束，截面尺寸可以用单个光斑尺寸参数表征，其中，w₀＝2σ。对于非轴对称光束截面，光斑尺寸可以类似地定义，其中，不同于轴对称光束，σ_0x≠σ_0y。因此，当光束的光斑尺寸是非轴对称时，需要用两个光斑尺寸参数表征非轴对称光束的截面尺寸，所述两个光斑尺寸参数分别是x方向和y方向上的w_ox和w_oy，其中：

w_ox＝2σ_0x (25)

w_oy＝2σ_0y (26)

另外，对于非轴对称光束，缺少轴向(即，任意旋转角)对称性意味着σ_0x和σ_0y的值的计算将取决于X轴和Y轴的取向的选择。ISO 11146-1:2005(E)将这些参比轴称为功率密度分布的主轴(第3.3-3.5章节)，在下文的论述中，将假设X轴和Y轴与这些主轴对齐。进一步地，X轴和Y轴可以在截面平面中旋转的角度φ(例如，X轴和Y轴分别相对于X轴和Y轴的参比位置的角度)可以用于定义非轴对称光束的光斑尺寸参数的最小值(w_o,最小)和最大值(w_o,最大)：

w_o,最小＝2σ_0,最小 (27)

w_o,最大＝2σ_0,最大 (28)

其中，2σ_0,最小＝2σ_0x(Φ_最小,x)＝2σ_0y(Φ_最小,y)，并且2σ_0,最大＝2σ_0x(Φ_最大,x)＝2σ_0y(Φ_最大,y)。光束截面的轴向对称性的大小可通过纵横比来定量，其中，纵横比定义为w_o,最大与w_o,的比值。轴向对称性光束截面的纵横比为1.0，而椭圆和其他非轴向对称光束截面的纵横比大于1.0，例如，大于1.1、大于1.2、大于1.3、大于1.4、大于1.5、大于1.6、大于1.7、大于1.8、大于1.9、大于2.0、大于3.0、大于5.0、大于10.0等。

为了促进在光束传输方向(例如，透明工件160的深度尺寸)上的缺陷172的均匀性，可以使用具有低发散度的激光束112。在一个或多个实施方式中，具有低发散度的激光束112可以用于形成缺陷172。如上所述，发散度可以通过瑞利范围来表征。对于非轴对称的光束，主轴X和Y的瑞利范围分别通过针对X方向和Y方向的方程(15)和(16)来定义，其中，可以显示出对于任何真实光束，

并且

并且其中，

和

由激光束的强度分布决定。对于对称性光束，X方向和Y方向上的瑞利范围相同，并且由方程(22)或方程(23)表示。低发散度与激光束的大瑞利范围值和弱的衍射相关。

对于通过激光加工形成缺陷172来说，具有高斯强度分布的光束可能不是那么优选，这是因为，当它们聚焦成足够小的光斑尺寸(例如在几微米范围内的光斑尺寸，例如约1-5μm或约1-10μm的光斑尺寸)以使可得到的激光脉冲能能够改变材料(例如玻璃)时，它们在短的传输距离内高度衍射并显著发散。为了实现低发散z，期望控制或优化脉冲激光束的强度分布以减少衍射。脉冲激光束可以是无衍射或弱衍射的。弱衍射的激光束包括准无衍射激光束。代表性的弱衍射激光束包括贝塞尔光束、高斯-贝塞尔光束、艾里(Airy)光束、韦伯(Weber)光束和马丢(Mathieu)光束。

对于非轴对称光束，瑞利范围Z_Rx和Z_Ry不相等。方程(15)和(16)表明，Z_Rx和Z_Ry分别取决于σ_0x和σ_0y，并且上文注意到σ_0x和σ_0y取决于X轴和Y轴的取向。Z_Rx和Z_R的值将相应地变化，并且每者将具有与主轴对应的最小值和最大值，其中，Z_Rx的最小值表示为Z_Rx,最小并且Z_Ry的最小值表示为Z_Ry,最小，对于任意光束分布，Z_Rx,最小和Z_Ry,最小可通过下式给出：

由于激光束的发散在具有最小瑞利范围的方向上在较短的距离内发生，因此可以控制用于形成缺陷172的激光束112的强度分布以使Z_Rx和Z_Ry的最小值(或者对于轴对称性光束，Z_R的值)尽可能地大。由于非轴对称性光束的Z_Rx的最小值Z_Rx,最小与Z_Ry的最小值Z_Ry,最小不同，因此，可以使用激光束112并且其强度分布使得当形成损伤区域时，Z_Rx,最小和Z_Ry,最小中的较小者尽可能地大。

在不同的实施方式中，Z_Rx,最小与Z_Ry,最小中的较小者(或者对于轴对称性光束，Z_R的值)大于或等于50μm，大于或等于100μm，大于或等于200μm，大于或等于300μm，大于或等于500μm，大于或等于1mm，大于或等于2mm，大于或等于3mm，大于或等于5mm，在50μm至10mm的范围内，在100μm至5mm的范围内，在200μm至4mm的范围内，在300μm至2mm的范围内等。

通过调整方程(27)中定义的光斑尺寸参数w_o,最小，对于工件对其是透明的不同波长来说，可实现本文中规定的Z_Rx,最小和Z_Ry,最小中的较小者(或者对于轴对称光束，的值)的数值和范围。在不同的实施方式中，光斑尺寸参数w_o,最小大于或等于0.25μm，大于或等于0.50μm，大于或等于0.75μm，大于或等于1.0μm，大于或等于2.0μm，大于或等于3.0μm，大于或等于5.0μm，在0.25μm至10μm的范围内，在0.25μm至5.0μm的范围内，在0.25μm至2.5μm的范围内，在0.50μm至10μm的范围内，在0.50μm至5.0μm的范围内，在0.50μm至2.5μm的范围内，在0.75μm至10μm的范围内，在0.75μm至5.0μm的范围内，在0.75μm至2.5μm的范围内等。

无衍射或准无衍射光束一般具有复杂的强度分布，例如相对于半径非单调下降的强度分布。通过与高斯光束类比，可将非轴对称性光束的有效光斑尺寸w_o,有效定义为在任何方向上，从最大强度的径向位置(r＝0)到强度降低为最大强度的1/e²处的最短径向距离。进一步地，对于轴对称性光束，w_o,有效是从最大强度的径向位置(r＝0)到强度降低为最大强度的1/e²处的距离。基于非轴对称性光束的有效光斑尺寸w_o,有效或者轴对称性光束的光斑尺寸w_o的瑞利范围的标准可规定为利用以下非轴对称性光束的方程(31)或轴对称性光束的方程(32)形成损伤区域的无衍射或准无衍射光束：

其中F_D是无量纲的发散度因子，其值为至少10、至少50、至少100、至少250、至少500、至少1000、在10至2000的范围内、在50至1500的范围内、在100至1000的范围内。通过将方程(31)与方程(22)或(23)进行比较，可看到，对于无衍射或准无衍射光束，在方程(31)中的Z_Rx,最小,Z_Ry,最小中的较小者的距离内，有效光束尺寸加倍，并且该距离是若使用经典的高斯光束分布所预计的距离的F_D倍。无量纲的发散度因子F_D为确定激光束是否准无衍射提供了标准。如本文所用，如果激光束的特征满足方程(31)或方程(32)并且F_D的值≥10，则认为激光束112是准无衍射的。随着F_D的值增加，激光束112接近于更近完美的无衍射状态。另外，应理解，方程(32)仅是方程(31)的简化，因此，方程(31)在数学上描述了轴对称和非轴对称性脉冲激光束112二者的无量纲的发散度因子F_D。

现在参考图2，其示意性地描绘了用于产生准无衍射激光束112的光学组件100，并且通过利用非球面光学元件120(例如，轴棱锥122)，所述脉冲激光束112在透明工件160处形成了激光束焦线113。光学组件100包括光束源110以及第一透镜130和第二透镜132，所述光束源110输出激光束112。光束源110可以包括被构造用于输出激光束112的任何已知或仍待开发的光束源110，例如脉冲激光束或连续波激光束。在一些实施方式中，光束源110可以输出例如包含以下波长的激光束112，所述波长为1064nm、1030nm、532nm、530nm、355nm、343nm、或266nm、或215nm。另外，用于在透明工件160中形成缺陷172的激光束112可以很好地适用于对选定的脉冲激光波长透明的材料。

另外，可以对透明工件160进行定位，使得由光束源110输出的激光束112照射透明工件160，例如在穿过非球面光学元件120并随后穿过第一透镜130和第二透镜132之后照射。光轴102在光束源110与透明工件160之间延伸(在图2所示的实施方式中沿着Z轴延伸)，使得当光束源110输出激光束112时，激光束112的光束路径111沿着光轴102延伸。

用于形成缺陷172的合适的激光波长是透明工件160的线性吸收和散射的组合损耗足够低的波长。在实施方式中，在所述波长下，由于透明工件160线性吸收和散射导致的组合损耗小于20％/mm、或小于15％/mm、或小于10％/mm、或小于5％/mm、或小于1％/mm，其中，量纲“/mm”意为在激光束112的传输方向(例如Z方向)上，在透明工件160内的每毫米距离。对于许多玻璃工件，代表性的波长包括Nd³⁺的基波波长和谐波波长(例如Nd³⁺:YAG或Nd^{3 +}:YVO₄的基波波长在1064nm附近，高阶谐波波长在532nm、355nm和266nm附近)。也可以使用满足给定基材材料的线性吸收和散射组合损耗要求的光谱中的紫外、可见和红外部分中的其他波长。

在操作时，由光束源110输出的激光束112可以在透明工件160中产生多光子吸收(MPA)。MPA是频率相同或不同的两个或更多个光子的同时吸收，其将分子从一种状态(通常是基态)激发到能量更高的电子态(即电离)。所涉及的分子的低能态与高能态之间的能量差等于所涉及的光子的能量总和。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或三阶过程(或更高阶过程)。其与线性吸收的不同之处在于，二阶诱导吸收的强度可以例如与光强度的平方成比例，因此其是非线性光学过程。

形成轮廓170(图1A和图1B)的穿孔步骤可以使用光束源110(例如，脉冲光束源，例如超短脉冲激光)并结合非球面光学元件120、第一透镜130和第二透镜132，来照射透明工件160并产生激光束焦线113。激光束焦线113包含准无衍射光束，例如上文定义的高斯-贝塞尔光束或贝塞尔光束，并且可以完全或部分穿透透明工件160以在透明工件160中形成缺陷172，其可以形成轮廓170。在激光束112包括脉冲激光束的实施方式中，各个脉冲的脉冲持续时间在约1飞秒至约200皮秒的范围内，例如约1皮秒至约100皮秒，5皮秒至约20皮秒等，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至约3MHz的范围内，或在约10kHz至约650kHz的范围内。

还参考图3A和3B，除了以上文提及的各脉冲重复率进行单一脉冲操作外，在包含脉冲激光束的实施方式中，也可以具有两个子脉冲500A或更多个脉冲的脉冲串500来产生脉冲(例如，每个脉冲串具有3个子脉冲、4个子脉冲、5个子脉冲、10个子脉冲、15个子脉冲、20个子脉冲、或更多个子脉冲，例如，每个脉冲串500具有1至30个子脉冲，或者每个脉冲串500具有5至20个子脉冲)。虽然不旨在受理论限制，但是脉冲串是短且快的子脉冲组，其在使用单脉冲操作时不易达到的时间尺度内产生与材料的光学能量相互作用(即，在透明工件160的材料中的MPA)。虽然不旨在受理论限制，但是脉冲串(即，脉冲的组)内的能量得以保存。作为示例性实例，对于具有100μJ/脉冲串的能量以及2个子脉冲的脉冲串，该100μJ/脉冲串能量在该2个脉冲之间分裂给每个子脉冲50μJ的平均能量，并且对于具有100μJ/脉冲串的能量以及10个子脉冲的脉冲串，该100μJ/脉冲串能量在该10个子脉冲之间分裂给每个子脉冲10μJ的平均能量。另外，脉冲串的子脉冲之间的能量分布无需是均匀的。事实上，在一些情况中，脉冲串的子脉冲之间的能量分布为指数衰减形式，其中，脉冲串的第一子脉冲含有最多能量，脉冲串的第二子脉冲含有略微较少的能量，脉冲器的第三子脉冲含有甚至更少的能量，以此类推。然而，在各脉冲串中的其他能量分布也是可行的，其中，可以定制每个子脉冲的精确能量以起到对透明工件160改性不同量的作用。

虽然仍不旨在受理论限制，但是当用具有至少两个子脉冲的脉冲串形成所述一个或多个轮廓170的缺陷172时，相比于使用单脉冲激光在同样的透明工件160中形成的在相邻缺陷172之间具有相同间距的轮廓170的最大抗断裂性，沿着轮廓170分离透明工件160所需的力(即，最大抗断裂性)有所减小。例如，使用单脉冲形成的轮廓170的最大抗断裂性是使用具有2个或更多个子脉冲的脉冲串形成的轮廓170的最大抗断裂性的至少2倍。另外，使用单脉冲形成的轮廓170与使用具有2个子脉冲的脉冲串形成的轮廓170之间的最大抗断裂性的差大于使用具有2个子脉冲的脉冲串所形成的轮廓170与使用具有3个子脉冲的脉冲串所形成的轮廓170之间的最大抗断裂性的差。因此，脉冲串可以用于形成轮廓170，其比使用单脉冲激光形成的轮廓170更易分离。

仍然参考图3A和3B，脉冲串500内的子脉冲500A可以间隔一持续时间，该持续时间在约1纳秒至约50纳秒的范围内，例如约10纳秒至约30纳秒，例如约20纳秒。在其他实施方式中，脉冲串500中的子脉冲500A可以间隔的持续时间最高至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皮秒或它们之间的任何范围)。对于给定的激光，脉冲串500中的相邻子脉冲500A之间的时间间隔T_p(图4B)可以相对较均匀(例如彼此相差在约10％内)。例如，在一些实施方式中，脉冲串500中的每个子脉冲500A与后续的子脉冲在时间上间隔约20纳秒(50MHz)。另外，每个脉冲串500之间的时间可以为约0.25微秒至约1000微秒，例如约1微秒至约10微秒、或约3微秒至约8微秒。

在本文所述的光束源110的示例性实施方式中，对于所输出的激光束112包含约200kHz的脉冲串重复率的光束源110来说，时间间隔T_b(图3B)为约5微秒。激光脉冲串重复率与一个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T_b有关(激光脉冲串重复率＝1/T_b)。在一些实施方式中，激光脉冲串重复率可以在约1kHz至约4MHz的范围内。在实施方式中，激光脉冲串重复率可以在例如约10kHz至650kHz的范围内。每个脉冲串中的第一脉冲至后续脉冲串中的第一脉冲之间的时间T_b可以为约0.25微秒(4MHz脉冲串重复率)至约1000微秒(1kHz脉冲串重复率)，例如，约0.5微秒(2MHz脉冲串重复率)至约40微秒(25kHz脉冲串重复率)、或约2微秒(500kHz脉冲串重复率)至约20微秒(50k Hz脉冲串重复率)。精确的计时、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脉冲(T_d<20皮秒，在一些实施方式中T_d≤15皮秒)显示出特别有效。

脉冲串重复率可以在约1kHz至约2MHz的范围内，例如约1kHz至约200kHz。爆发或产生脉冲串500是一种激光操作类型，其中子脉冲500A不以均匀且稳定的流的形式发射而是以脉冲串500的密集簇的形式发射。脉冲串激光束的波长可以基于待进行操作的透明工件160的材料来选择，使得透明工件160的材料在该波长下是基本透明的。在材料处测得的每个脉冲串的平均激光功率可以是每毫米材料厚度为至少约40μJ。例如，在实施方式中，每个脉冲串的平均激光功率可以为约40μJ/mm至约2500μJ/mm、或约500μJ/mm至约2250μJ/mm。在特定的实例中，对于0.5mm至0.7mm厚的康宁EAGLE

透明工件，约300μJ至约600μJ的脉冲串可以切割和/或分离工件，这对应于约428μJ/mm至约1200μJ/mm的示例性范围(即，0.7mm EAGLE

玻璃为300μJ/0.7mm，0.5mm EAGLE

玻璃为600μJ/0.5mm)。

改变透明工件160所需的能量是脉冲能，其可以用脉冲串能量(即，脉冲串500中所含的能量，其中每个脉冲串500含有一系列子脉冲500A)来描述，或者用单个激光脉冲(多个激光脉冲可以构成脉冲串)中所含的能量来描述。脉冲能量(例如，脉冲串能量)可以为约25μJ至约750μJ，例如约50μJ至约500μJ，或约50μJ至约250μJ。对于一些玻璃组合物，脉冲能量(例如，脉冲串能量)可以为约100μJ至约250μJ。然而，对于显示器或TFT玻璃组合物，脉冲能量(例如，脉冲串能量)可以更高(例如，取决于透明工件160的具体玻璃组成，为约300μJ至约500μJ、或约400μJ至约600μJ)。

虽然不旨在受理论限制，但是使用包含脉冲激光束并且所述脉冲激光束能够产生脉冲串的激光束112有利于切割或改变透明材料，例如玻璃(例如透明工件160。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使脉冲能在脉冲串中的快速脉冲序列内扩散，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。脉冲串的使用(不同于单脉冲操作)增大了缺陷172的尺寸(例如，截面尺寸)，当沿着所述一个或多个轮廓170分离透明工件160时，这促进了相邻缺陷172的连接，从而最大程度地减少了不期望的裂纹形成。另外，使用脉冲串来形成缺陷172增加了裂纹从每个缺陷172向外延伸到透明工件160的本体材料中的取向的随机性，使得从缺陷172向外延伸的各个裂纹不影响或偏置轮廓170的分离，因此缺陷172的分离跟随着轮廓170，从而最大程度地减少了不期望的裂纹的形成。

再次参考图2，非球面光学元件120定位在光束源110与透明工件160之间的光束路径111中。在操作时，使脉冲激光束112(例如入射的高斯光束)传输通过非球面光学元件120可以改变激光束112，使得传输超过非球面光学元件120的激光束112的部分是如上所述的准无衍射的。非球面光学元件120可以包括含有非球面形状的任何光学元件。在一些实施方式中，非球面光学元件120可以包含产生锥形波面的光学元件，例如轴棱锥透镜，例如负折射轴棱锥透镜、正折射轴棱锥透镜、反射轴棱锥透镜、衍射轴棱锥透镜、可编程的空间光调制器轴棱锥透镜(例如相位轴棱锥)等。

在一些实施方式中，非球面光学元件120包含至少一个非球面表面，其形状在数学上描述为：

z′＝(cr²/)+(1-(1+k)(c²r²))^1/2+(a₁r+a₂r²+a₃r³+a₄r⁴+a₅r⁵+a₆r⁶+a₇r⁷+a₈r⁸+a_ar⁹+a₁₀r¹⁰+a₁₁r¹¹+a₁₂r¹²

其中z’是非球表面的表面下垂，r是径向方向上(例如，在X方向或Y方向上)的非球表面与光轴102之间的距离，c是非球表面的表面曲率(即，c_i＝1/R_i，其中R是非球表面的表面半径)，k是锥形常数，并且系数a_i是描述非球表面的一阶到十二阶非球面系数或更高阶非球面系数(多项式非球面)。在一个示例性实施方式中，非球面光学元件120的至少一个非球表面包括以下系数a₁-，其分别为：-0.085274788；0.065748845；0.077574995；-0.054148636；0.022077021；-0.0054987472；0.0006682955；并且非球面系数a₈-a₁₂为0。在该实施方式中，所述至少一个非球表面具有锥形常数k＝0。然而，由于a₁系数是非零值，这相当于具有非零值的锥形常数k。因此，等效表面可以通过规定非零锥形常数k、非零系数a₁或者非零k和非零系数a₁的组合来描述。另外，在一些实施方式中，所述至少一个非球表面通过至少一个具有非零值的更高阶非球面系数a₂-a₁₂(即，a₂,a₃…,a₁₂中的至少一者≠0)来描述或定义。在一个示例性实施方式中，非球面光学元件120包括三阶非球面光学元件，例如，立方形光学元件，其包括不为零的系数a₃。

在一些实施方式中，当非球面光学元件120包含轴棱锥122(如图2所示)时，轴棱锥122可以具有激光输出表面126(例如锥形表面)，其具有约1.2°的角，例如约0.5°至约5°，或约1°至约1.5°，或者甚至约0.5°至约20°，所述角相对于激光束112进入轴棱锥122时的激光输入表面124(例如平坦表面)测得。另外，激光输出表面126终止于锥形尖端。此外，非球面光学元件120包含中心线轴125，其从激光输入表面124延伸到激光输出表面126并终止于锥形尖端。在其他实施方式中，非球面光学元件120可以包含逆向反射锥面镜对(waxicon)、空间相位调制器如空间光调制器、或衍射光栅。在操作时，非球面光学元件120将入射的激光束112(例如入射的高斯光束)整形成准无衍射光束，其进而被引导通过第一透镜130和第二透镜132。

仍然参考图2，第一透镜130位于第二透镜132上游，并且可以使激光束112在第一透镜130与第二透镜132之间的准直空间134中准直。另外，第二透镜132可以将激光束112聚焦到透明工件160中，所述透明工件160可以定位在成像平面104处。在一些实施方式中，第一透镜130和第二透镜132各自包含平凸透镜。当第一透镜130和第二透镜132各自包含平凸透镜时，第一透镜130和第二透镜132的曲面可以各自向着准直空间134取向。在其他实施方式中，第一透镜130可以包含其他准直透镜，而第二透镜132可以包含弯月形透镜、非球面镜或另一种高阶校准聚焦透镜。

现在参考图4A-4C，其示意性描绘了工件堆叠体250，所述工件堆叠体包含多个透明工件260，例如，第一透明工件260a和第二透明工件260b。第一透明工件260a和第二透明工件260b各自包括与第二表面264a、264b相对的第一表面262a、262b。虽然未示出，但是在一些实施方式中，工件堆叠体250可以包括另外的层，例如，除透明工件260a和260b之外的透明工件，或者另外的材料层，例如树脂层、金属或其他导电层等。进一步地，虽然在图4A-4C的实施方式中，第一透明工件260a和第二透明工件260b间隔开，并且在它们之间具有间隙，但是应理解，在一些实施方式中，第一透明工件260a可以与第二透明工件260b接触。例如，第一透明工件260a的第二表面264a可以与第二透明工件260b的第一表面262b接触。

另外，图4A-4C描绘了选择性激光加工工件堆叠体250的方法。具体地，图4A-4C各自描绘了在第一透明工件260a之上或之中的光学改性区域240。光学改性区域240被构造用于改变冲击第一透明工件260a的主激光束212(例如，上文所述的准无衍射光束)的波面。在操作时，光学改性区域240可以防止主激光束212形成足以在工件堆叠体250的选定部分中(例如，在第一透明工件260a的选定部分中，在第二透明工件260b的选定部分(例如，整个第二透明工件260b，如图4A-4C所示)中等)形成缺陷272的激光束焦线213。另外，虽然光学改性区域240在本文中主要描绘和描述成形成于第一透明工件260a之中或设置在第一透明工件260a上，但应理解，光学改性区域240可以形成于工件堆叠体的任何透明工件之中或被设置在其上。例如，在包含三个透明工件的工件堆叠体中，光学改性区域240可以形成于第二透明工件之中或被设置在第二透明工件之上，以防止主激光束212形成足以在第三透明工件中形成缺陷272的激光束焦线213。

仍然参考图4A-4C，主激光束212包括准无衍射光束，其可以是脉冲激光束或连续波激光束。主激光束212可以聚焦成激光束焦线213，如图4A-4C所示，例如，使用光学组件聚焦，例如，如上所述的图2的光学组件100。另外，应理解，主激光束212可以包括上文所述的激光束112的任一个实施方式，并且激光束焦线213可以包括上文所述的激光束焦线113的任一个实施方式。另外，图4A-4C示意性描绘了主激光束212的散焦线216。

在操作时，光学改性区域240可以改变一部分的散焦线216，从而防止主激光束212形成足以在工件堆叠体250的选定部分中形成缺陷272的激光束焦线213。例如，光学改性区域240可以阻挡、吸收、折射、衍射、反射、散射、相位改变或以其他方式改变一部分的散焦线216。虽然不旨在受理论限制，但是改变部分散焦线216的波面可以防止具有改性散焦部分的该部分散焦线216与另一部分散焦线216的波面发生相长干涉(constructiveinterference)，从而防止利用散焦线216的改性部分的波面形成激光束焦线213，或者降低使用散焦线216的改性部分的波面所形成的激光束焦线213的强度，以使得在工件堆叠体250的对应区域中不形成缺陷272。虽然不旨在受理论限制，但是，阻挡、吸收、折射、衍射、反射、散射或相位改变散焦线216的一个部分的波面可以防止散焦线216的该改性部分与散焦线216的另一部分的波面发生相长干涉。

如图4A-4C所示，主激光束212被引导到第一透明工件260a上(例如，第一透明工件260a的第一表面262a上)，使得主激光束212的第一散焦部分216a被引导到第一透明工件260a中，从而在第一透明工件260a内产生诱导吸收，并且在第一透明工件260a内产生缺陷272(其可以包括如上所述的任一种缺陷172)。另外，主激光束212的第二散焦部分216b被光学改性区域240改变。不旨在受理论限制，第一散焦部分216a的波面可以与第三散焦部分216c的波面相互作用(例如交叉)以形成激光束焦线213，并且防止第二散焦部分216b的波面形成足以形成缺陷272的一部分激光束焦线213。

现在参考图4A和4B，光学改性区域240可以包括设置在第一透明工件260a中的改性迹线241。在一些实施方式中，改性迹线241可以包括延伸到第一透明工件260a中的折射率改变区域242(图4A)，在其他实施方式中，改性迹线241可以包括表面改变迹线244(图4B)。

如图4A所示，折射率改变区域242从第一透明工件260a的第一表面262a延伸到第二表面264a。在其他实施方式中，折射率改变区域242可以被设置在第一透明工件260a中但不延伸第一透明工件260a的整个深度。折射率改变区域242包括与第一透明工件260a的周围材料不同的折射率，因此，冲击折射率改变区域242的波面(例如，第二散焦部分216b的波面)被改变(例如，被折射和/或相位改变)。

如图4B所示，表面改变迹线244包括透明工件(例如，第一透明工件260a)的表面(例如，第一表面262a)的区域，其包含一个或多个表面特征，例如，表面粗糙度，这些表面特征足以改变激光束(例如主激光束212)的波面。在一些实施方式中，表面改变迹线244包括延伸到第一透明工件260a的第一表面262a中的凹槽，第一表面262a的粗糙化部分等。表面改变迹线244足以散射或以其他方式改变主激光束212的第二散焦部分216b的波面。

另外，如图4A和4B所示，至少部分的缺陷272在至少一部分的光学改性区域240(例如，改性迹线241)下方延伸。具体地，缺陷272在第一透明工件260的至少一部分内延伸，例如，从第一透明工件260a的第一表面262a到第二表面264a。虽然构成折射率改变区域242(图4A)和表面改变迹线244(图4B)的改性迹线241的实施方式也延伸到第一透明工件260a中，但是，至少一部分的缺陷272(例如，至少离第一表面262a最远的部分)在折射率改变区域242和/或表面改变迹线244的至少一部分下方延伸。另外，应理解，在光学改性区域240包括破坏性材料条248的实施方式(图4C)，缺陷272也在至少一部分的光学改性区域240下方延伸。

现在参考图4C，在一些实施方式中，光学改性区域240可以包括设置在第一透明工件260a上的破坏性材料条248。具体地，破坏性材料条248可以被设置在第一透明工件260a的第一表面262a上。在一些实施方式中，破坏性材料条248可以包括吸收材料，例如被构造用于吸收宽波长谱的着色或未着色的聚合物，或者被选择用于吸收窄波长谱的扩散聚合物，其具有嵌在扩散聚合物中的吸收颗粒，例如，金属，例如Cr、氧化铝等。在一些实施方式中，破坏性材料条248可以包括反射材料，例如反射金属，例如，Cr、Cu等。在一些实施方式中，破坏性材料条248可以包括散射材料，例如嵌有散射颗粒的聚合物，所述散射颗粒例如金属TiO、SiO₂、空气泡、陶瓷颗粒等。在一些实施方式中，破坏性材料条248可以包括相位改变材料，例如，被构造用于改变穿过破坏性材料条248的散焦部分(例如，第二散焦部分216b)的波面相位的透明材料，例如，具有与第一透明工件260a不同的折射率的任何透明材料。在操作时，冲击破坏性材料条248的波面(例如，第二散焦部分216b的波面)被阻挡、吸收、反射、散射、折射、衍射、相位被改变或以其他方式改变，以防止这些波面(例如，第二散焦部分216b的波面)形成足以形成缺陷272的激光束焦线213的一部分。

现在参考图5A，在一些实施方式中，在第一透明工件260a中形成改性迹线241包括：将辅助激光束280引导到第一透明工件260a上，以使得辅助激光束280改变至少一部分的第一透明工件260a；以及使第一透明工件260a和辅助激光束280沿着改性线285相对于彼此平移，从而沿着改性线285改性第一透明工件260a，形成改性迹线241。应理解，虽然图5A示意性示出了一般的改性迹线241，但是图5A所示的实施方式可以用于形成包含图4A的一个或多个折射率改变区域242或图4B的表面改变迹线244。

在一些实施方式中，辅助激光束280包括准无衍射光束，例如激光束112，其可以被引导(例如聚焦)到第一透明工件260a中以形成一个或多个折射率改变区域242。例如，辅助激光束280可以形成为与激光束焦线113、213类似的激光束焦线，并且被引导到第一透明工件260a中以通过诱导吸收过程改变第一透明工件260a的折射率，如上文关于激光束焦线113所述。另外，辅助激光束280可以具有比主激光束212更低的激光功率，以最大程度地减少不期望的改变(例如，损伤)，同时仍然形成图4A的一个或多个折射率改变区域242。在一些实施方式中，主激光束212和辅助激光束280可以包括脉冲激光束并且可以各自包括不同的脉冲能。例如，主激光束212可以包括第一脉冲能，辅助激光束280可以包括第二脉冲能，并且第一脉冲能可以大于第二脉冲能。另外，在辅助激光束280包括脉冲激光束的实施方式中，改性迹线241可以包括多个折射率改变区域242，并且在相邻的折射率改变区域242之间的间距可以与轮廓170的相邻缺陷272之间的间距相同，或者可以与轮廓170的相邻缺陷272之间的间距不同。另外，在一些实施方式中，辅助激光束280可以用于形成包括散射中心的改性迹线241，例如，延伸到第一透明工件260a中并且被构造用于散射波面的改变区域，所述波面例如冲击散射中心的主激光束212的第二散焦部分216b的波面。在一些实施方式中，折射率改变区域242可以作为散射中心工作，在其他实施方式中，辅助激光束280可以改变第一透明工件260a以形成散射中心，而不改变第一透明工件260a的折射率。

仍然参考图5A，在一些实施方式中，将辅助激光束280引导到第一透明工件260a上烧蚀了来自第一透明工件260a的第一表面262a的材料，以形成表面改变迹线244。在形成图4B的表面改变迹线244的一些实施方式中，辅助激光束280可以包括连续波激光束，例如，红外激光束，在其他实施方式中，辅助激光束280可以包括脉冲激光束，例如本文所述的任何一种脉冲激光束，其具有足以烧蚀第一透明工件260a的材料的激光功率。在一些实施方式中，烧蚀来自第一透明工件260a的第一表面262a的材料仅使第一表面262a的一些部分变粗糙，在其他实施方式中，烧蚀来自第一透明工件260a的第一表面262a的材料形成了延伸到第一表面262a中的凹槽。

现在参考图5B，在一些实施方式中，表面改变迹线244可以通过机械手段形成。例如，形成表面改变迹线244包括：使第一透明工件260a的第一表面262a接触机械表面改性元件282；以及使第一透明工件260a和机械表面改性元件282沿着改性线285相对于彼此平移，从而沿着改性线285改变第一透明工件260a的第一表面262a，形成表面改变迹线244。在一些实施方式中，机械表面改性元件282可以包括研磨元件(例如，研磨轮)，刻划轮等。在一些实施方式中，机械表面改性元件282仅使第一表面262a的一些部分变粗糙，在其他实施方式中，机械表面改性元件282形成了延伸到第一表面262a中的凹槽。

现在将参考图4A-5C的工件堆叠体250来描述加工透明工件和透明工件堆叠体的方法。虽然本文就工件堆叠体250来描述方法，但应理解，这些方法可适用于单个透明工件或具有各种布置的工件堆叠体，例如具有另外的透明工件和其他材料层的工件堆叠体。

现在参考图4A-5C，一种加工工件堆叠体250(或替代性地，单个透明工件)的方法包括：在第一透明工件260a之上或之中形成光学改性区域240；随后在第一透明工件260a中形成轮廓270，所述轮廓270包括多个缺陷272，其与光学改性区域240侧向偏置定位。形成轮廓270包括：将主激光束212引导到第一透明工件260a上，以将主激光束212的第一散焦部分216a引导到第一透明工件260a中，从而形成一个或多个缺陷272，同时通过光学改性区域240(例如，改性迹线241，例如，折射率改变区域或表面改变迹线244，或破坏性材料条248)改变(例如，阻挡、吸收、反射、散射、折射、衍射、相位改变或以其他方式改变)主激光束212的第二散焦部分216b。形成轮廓270还包括：使第一透明工件260a和主激光束212沿着轮廓线265相对于彼此平移，并且与光学改性区域240侧向偏置，以使得激光的第一散焦部分216a在与光学改性区域240侧向偏置的位置处在第一透明工件260a内形成缺陷272，同时通过光学改性区域240改变第二散焦部分216b。

仍然参考图4A-5C，轮廓270可以与光学改变区域240侧向偏置偏置距离D_偏置。虽然不旨在受理论限制，但是主激光束212，例如主激光束212的散焦线216以接近角α冲击第一透明工件260a的第一表面262a，并且光学改变区域240在第一透明工件260a的第一表面262a的下游(例如，Z方向上，在第一表面262a的下方)距离D_切断处破坏激光束焦线213的形成，其中，D_偏置＝D_切断tanα。虽然不旨在受理论限制，但是在光学改性区域240包括表面改变迹线244或破坏性材料条248的实施方式中，沿着第一透明工件260a的第一表面262a的表面改变迹线244或破坏性材料条248的宽度W(在侧向偏置方向上测量)可以控制中断激光束焦线213的形成的长度L(在光束传输方向上测量)，该激光束焦线213足以在工件堆叠体250中形成缺陷272，其中，W＝L tanα。

在一些实施方式中，可以在随后的分离步骤中进一步作用于工件堆叠体250的第一透明工件260a，以沿着轮廓170诱导透明工件160的分离，例如，上文关于图1A和1B所述的任何分离步骤。进一步地，当第一透明工件260a的其中一个分离部分是废弃部分时，可能有利的是在第一透明工件260a的将在分离后被废弃的部分之中或之上形成光学改性区域240，特别是在光学改性区域240包括改性迹线241的实施方式中。

现在参考图4A、4B、5A和5B，虽然描绘了单个光学改性区域240，但是设想了多个光学改性区域240。例如，光学改性区域240可以包括第一光学改性区域，并且所述方法还可以包括在第一透明工件260a中形成第二光学改性区域。在一些实施方式中，第二光学改性区域可以与第一光学改性区域侧向偏置，以使得第一光学改性区域被设置在轮廓270与第二光学改性区域之间。该实施方式可以促进形成具有在Z方向上(例如，在主激光束212的光束传输方向上)间隔开的多个区段的激光束焦线213，从而促进在工件堆叠体250中，例如，在第一透明工件260a中，在第二透明工件260b中，或者在它们两者中形成格栅。在其他实施方式中，第二光学改性区域可以与轮廓270侧向偏置定位，以使得轮廓270被设置在第一光学改性区域与第二光学改性区域之间。在该实施方式中，第一光学改性区域(例如，光学改性区域240)可以破坏主激光束212的第二散焦部分216b，并且第二光学改性区域可以改变第三散焦部分216c的至少一些波面，从而进一步限制主激光束212的波面，使其不在工件堆叠体的某些部分中(例如，在图4A和4B所示的实例中的第二透明工件260b中)产生诱导吸收。

现在参考图4A、4B、5A和5B，在一些实施方式中，光学改性区域240包括在第一透明工件260a中形成的改性迹线241。在一些实施方式中，如图5A所示，在第一透明工件260a中形成改性迹线241包括：将辅助激光束280引导到第一透明工件260a上，以及使第一透明工件260a和辅助激光束280(在一些实施方式中，工件堆叠体250和辅助激光束280)沿着改性线285相对于彼此平移，从而沿着改性线285改性第一透明工件260a，形成改性迹线241。如上所述，辅助激光束280可以形成折射率改变区域242(图4A)或表面改变迹线244(图4B)。在一些实施方式中，如图5B所示，在第一透明工件260a中形成改性迹线241包括：使第一透明工件260a的第一表面262a与机械表面改性元件282接触，以及使第一透明工件260a和机械表面改性元件282沿着改性线285相对于彼此平移，以沿着改性线285研磨、刻划、粗糙化或以其他方式改变第一透明工件260a的第一表面262a，形成表面改变迹线244。

现在参考图4C和5C，在一些实施方式中，光学改性区域240包括破坏性材料条248，并且形成光学改性区域240可以包括：在第一透明工件260a的第一表面262a上沉积破坏性材料条248。

现在参考图6A和6B，其示出了一种示例性透明工件360(图6A)的图片和透明工件360的示意图(图6B)。在透明工件360的第一表面362中设置有光学改性区域340。另外，透明工件360包括改变的材料部分305和未改变的材料部分304。改变的材料部分305通过下述形成：在第一位置301或第二位置302中的一者处将激光束引导到透明工件中，以及使激光束从第一位置301或第二位置302中的一者扫描到第一位置301和第二位置302中的另一者。但是，在该扫描期间，光学改性区域340改变了一部分的激光束并且防止激光束改变一部分的透明工件360，从而形成未改变的材料部分304。

在图5A至5C的实施方式中，轮廓线265平行于改性线285并与改性线285偏置。图6A和6B不同，在图6A和6B中，轮廓线从左延伸到右，垂直于改性线，其与页面表面垂直。图6A和6B的实施方式不被设计用于获得沿着轮廓具有均匀D_切断的轮廓，而是为了说明D_切断对D_偏置的依赖性。例如，随着D_偏置从D_偏置1增加D_偏置2，D_切断从D_切断1增加到D_切断2。因此，参考图5A，例如，利用与图6A和6B中所用的相同的激光和光学改性区域，沿着轮廓均匀延伸D_切断1而进入到第一透明工件260a中的轮廓可以通过将轮廓线265与改性线285之间的距离设置为D_切断1来实现，并且沿着轮廓均匀延伸D_切断2而进入到第一透明工件260a中的轮廓可以通过将轮廓线265与改性线285之间的距离设置为D_切断2来实现。

鉴于前述，应理解，形成和选择性地激光加工透明工件和工件堆叠体可以通过改变用于形成缺陷轮廓的激光束的散焦部分的波面来增强，例如，通过利用与轮廓侧向偏置定位的光学改性区域(例如，改性迹线和/或破坏性材料层)来增强。光学改性区域可以改变激光束的一个或多个散焦部分的波面，以选择性地防止在透明工件或工件堆叠体的部分中形成缺陷。例如，改变激光束的散焦部分的波面使得工件堆叠体的第一透明工件得到激光加工和分离，并且不损伤工件堆叠体的第二透明工件。另外，本文所述的方法促进了选择性的激光加工而无需传感器、快速位移聚焦光学器件或其他外来仪器。

如本文所用，术语“约”指量、尺寸、公式、参数和其他数量和特征不是精确的且无需精确的，但可按照要求是大致的和/或更大或者更小，如反射公差、转化因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员所知的其他因子。当使用术语“约”来描述范围的值或端点时，包括所参考的具体值或者端点。无论说明书中的范围的数值或端点是否描述“约”，其均描述了两种实施方式：一种用“约”修饰，一种未用“约”修饰。应理解，每个范围的端点在与另一个端点有关及独立于另一个端点时都是重要的。

本文所用的方向术语——例如上、下、右、左、前、后、顶、底——仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来暗示绝对的取向。

除非另有明确说明，否则本文所述的任何方法不应理解为其步骤需要按具体顺序进行，或者要求使任何设备具有特定取向。因此，如果方法权利要求没有实际叙述其步骤要遵循的顺序，或者任何设备权利要求没有实际叙述各组件的顺序或取向，或者权利要求书或说明书中没有另外具体陈述步骤限于具体顺序，或者没有叙述设备组件的具体顺序或取向，那么在任何方面都不应推断顺序或取向。这适用于解释上的任何可能的非表达性基础，包括：涉及步骤安排的逻辑问题、操作流程、组件的顺序或组件的取向问题；由语法组织或标点派生的明显含义问题和说明书中描述的实施方式的数量或类型问题。

除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式的“一个”、“一种”以及“该/所述”包括复数指代。因此，例如，提到的“一种”部件包括具有两种或更多种这类部件的方面，除非文本中有另外的明确表示。

对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各个实施方式的修改和变化形式，条件是这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (8)

1.一种用于加工透明工件的方法，所述方法包括：

在透明工件之中或之上形成光学改性区域；

在透明工件中形成轮廓，所述轮廓包括在透明工件中的多个缺陷，其与光学改性区域侧向偏置定位，其中，形成轮廓包括：

将沿着光束路径取向的包含准无衍射光束的主激光束引导到透明工件上，以使得：

主激光束的第一散焦部分被引导到透明工件中，从而在透明工件内产生诱导吸收，该诱导吸收在透明工件内产生缺陷，至少部分的缺陷在至少一部分光学改性区域下方延伸；以及

通过光学改性区域改变主激光束的第二散焦部分；

其中，准无衍射光束包括：

波长λ；

光斑尺寸w_o；和

包括瑞利范围Z_R的截面，所述瑞利范围Z_R大于

其中F_D是无量纲的发散度因子，其包括10或更大的数值；以及

使透明工件和主激光束沿着轮廓线相对于彼此平移，并且与光学改性区域侧向偏置，

其中，光学改性区域包括在透明工件中形成的改性迹线，并且

其中，在透明工件中形成改性迹线包括：

将辅助激光束引导到透明工件上，以使得辅助激光束改变至少一部分的透明工件；以及

使透明工件和辅助激光束沿着改性线相对于彼此平移，从而沿着改性线改变透明工件，形成改性迹线。

2.如权利要求1所述的方法，其中：

辅助激光束和主激光束各自包括脉冲激光束；

主激光束包括第一脉冲能，并且辅助激光束包括第二脉冲能；并且

第一脉冲能大于第二脉冲能。

3.如权利要求2所述的方法，其中：

将辅助激光束引导到透明工件上改变了至少一部分透明工件的折射率；并且

使透明工件和辅助激光束沿着改性线相对于彼此平移在透明工件内产生了折射率改变区域，从而形成改性迹线。

4.如权利要求1所述的方法，其中，将辅助激光束引导到透明工件上烧蚀了来自透明工件的第一表面的材料。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中：

光学改性区域包括第一光学改性区域，并且所述方法还包括：在透明工件之上或之中形成第二光学改性区域；以及

第二光学改性区域与第一光学改性区域侧向偏置定位，使得第一光学改性区域被设置在轮廓线与第二光学改性区域之间。

6.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中：

光学改性区域包括第一光学改性区域，并且所述方法还包括：在透明工件之中形成第二光学改性区域；并且

第二光学改性区域与轮廓线侧向偏置定位，以使得轮廓线被设置在第一光学改性区域与第二光学改性区域之间。

7.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中：

主激光束以接近角α冲击透明工件的第一表面；

光学改性区域从轮廓线以偏置距离D_偏置侧向偏置；并且

光学改性区域在透明工件的第一表面下游距离D_切断处破坏激光束焦线的形成，其中，D_偏置＝D_切断tanα。

8.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，主激光束沿着光束路径被引导通过一个或多个透镜，以使主激光束的第一散焦部分被引导到透明工件中并在透明工件内形成激光束焦线，其中，激光束焦线在透明工件内产生诱导吸收，所述诱导吸收在透明工件内产生缺陷。

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