CN113056345A - 用于对透明基板改性的系统和方法 - Google Patents
用于对透明基板改性的系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113056345A CN113056345A CN201980076000.0A CN201980076000A CN113056345A CN 113056345 A CN113056345 A CN 113056345A CN 201980076000 A CN201980076000 A CN 201980076000A CN 113056345 A CN113056345 A CN 113056345A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- axis
- transparent workpiece
- laser beam
- quasi
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 47
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 188
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 35
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 26
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 16
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 14
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 12
- 239000005358 alkali aluminosilicate glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 29
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 26
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 10
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 9
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 4
- -1 alkali metal cations Chemical class 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- JXASPPWQHFOWPL-UHFFFAOYSA-N Tamarixin Natural products C1=C(O)C(OC)=CC=C1C1=C(OC2C(C(O)C(O)C(CO)O2)O)C(=O)C2=C(O)C=C(O)C=C2O1 JXASPPWQHFOWPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910009372 YVO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 229910001491 alkali aluminosilicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012769 display material Substances 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011165 process development Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000006058 strengthened glass Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000005341 toughened glass Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/10—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam
- B23K26/103—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam the laser beam rotating around the fixed workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
- B23K26/0613—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams having a common axis
- B23K26/0617—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams having a common axis and with spots spaced along the common axis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
- B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
- B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
- B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B33/00—Severing cooled glass
- C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
- C03B33/0222—Scoring using a focussed radiation beam, e.g. laser
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B33/00—Severing cooled glass
- C03B33/10—Glass-cutting tools, e.g. scoring tools
- C03B33/102—Glass-cutting tools, e.g. scoring tools involving a focussed radiation beam, e.g. lasers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
- B23K2103/54—Glass
Landscapes
- Optics & Photonics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Manufacturing Optical Record Carriers (AREA)
- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
Abstract
一种系统，包括：射束源(110)，以及包括第一部分和第二部分的光学系统(304)。该系统进一步包括集成到第一部分和第二部分中的相应部分中的第一扭矩电机和第二扭矩电机。第一扭矩电机(420)配置为使第一部分(416)围绕第一轴线(434)旋转。第二扭矩电机(426)配置为使第二部分(418)围绕第二轴线(436)旋转。第一轴线垂直于第二轴线。
Description
本申请要求于2018年9月28日提交的美国临时申请序列号62/738,643的优先权的权益，本申请依据该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本说明书总体上涉及用于激光处理透明工件的装置和方法，并且更具体地涉及使用准非衍射射束的激光处理。
背景技术
材料的激光处理领域包括涉及不同类型材料的切割、钻孔、铣削、焊接、熔化等的各种应用。在这些工艺中，特别感兴趣的一种工艺是在可用于生产用于薄膜晶体管(TFT)或电子设备的显示材料的材料(诸如玻璃、蓝宝石或熔融石英)的工艺中切割或分离不同类型的透明基板。
从工艺开发和成本角度来看，在切割和分离玻璃基板方面存在许多改进的机会。非常感兴趣的是处理具有弯曲表面的三维(3D)结构。典型地，工件被倾斜并引导朝向激光射束，使得射束入射相对于表面维持垂直。然而，这些系统限制了生产力以及工件的尺寸，并且在大多数情况下不产生期望的准确度。因此，存在对用于自由形态切割透明工件的系统和方法的需求。
发明内容
因此，所需的是高精度光学系统，该系统产生期望的激光射束并且提供准确的定位以用于对透明工件的自由形态激光处理。
根据第一实施例，本公开提供了一种系统，包括：光源；以及光学系统，包括第一部分和第二部分。该系统还包括：第一扭矩电机和第二扭矩电机，与第一部分和第二部分中的相应部分集成，其中，第一扭矩电机配置为使第一部分围绕第一轴线旋转，并且第二扭矩电机配置为使第二部分围绕第二轴线旋转，其中，第一轴线垂直于第二轴线。
第二实施例包括如第一实施例的系统，其中，光学系统包括：非球面光学元件，第一反射光学设备，配置为对光线进行准直的第一透镜，第二反射光学设备，以及配置为对光线进行聚焦的第二透镜。
第三实施例包括如第一实施例的系统，其中，光学系统进一步包括：非球面光学元件，该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。
第四实施例包括如第一或第二实施例的系统，其中，光学系统包括：第一反射光学设备和第二反射光学设备，该第一反射光学设备和第二反射光学设备包括镜子。
第五实施例包括如第一实施例的系统，其中，第一部分包括非球面光学元件和反射光学设备。
第六实施例包括如第五实施例的系统，其中，第一部分进一步包括透镜。
第七实施例包括如第一实施例的系统，其中，第一部分包括反射光学设备和透镜。
第八实施例包括如第一实施例的系统，其中，第二部分包括反射光学设备和透镜。
第九实施例包括如第八实施例的系统，其中，第二部分进一步包括另一透镜。
第十实施例包括如第一实施例的系统，其中，光源产生具有脉冲串的脉冲激光射束，脉冲串包括针对每个脉冲串的两个或更多个子脉冲。
第十一实施例包括前述实施例中的任一项，其中，光学系统配置为生成准非衍射射束。
第十二实施例包括前述实施例中的任一项，其中，准非衍射射束包括：波长λ，光斑尺寸wo，以及包括大于
的瑞利范围ZR的横截面，其中，FD是包括10或更大值的无量纲发散因子。
第十三实施例包括如第十二实施例的系统，其中，无量纲发散因子FD包括从10到2000、从50到1500、或从100到1000的值。
第十四实施例包括前述实施例中的任一项，进一步包括：编码器，配置为跟踪扭矩电机。
第十五实施例包括前述实施例中的任一项，其中，第一轴线是笛卡尔坐标系中的竖直的Z轴，并且第二轴线是笛卡尔坐标系中的X轴或Y轴。
第十六实施例包括前述实施例中的任一项，其中，系统被配置用于对透明工件进行激光处理。
第十七实施例包括如第十六实施例的系统，其中，透明工件包括碱铝硅玻璃材料。
根据第十八实施例，一种方法，包括：由系统生成准非衍射射束；以及将准非衍射射束引导到透明工件上。该方法还包括：在透明工件内生成诱导吸收并产生缺陷。该方法进一步包括：由光学系统沿轮廓线将准非衍射射束相对于透明工件移动，并且在透明工件中形成具有多个缺陷的轮廓，其中，准非衍射射束在冲击位置处被取向为与透明工件的冲击表面正交。
第十九实施例包括如第十八实施例的方法，其中，透明工件的冲击表面是弯曲表面。
第二十实施例包括如第十八或第十九实施例的方法，进一步包括：当准非衍射射束沿着轮廓线移动到透明工件的弯曲表面上的具有不同表面方向的不同位置时，准非衍射射束和冲击表面之间的正交取向被维持。
第二十一实施例包括如第十八、第十九或第二十实施例的方法，其中，系统包括：光源；光学系统，包括第一部分和第二部分；以及第一扭矩电机和第二扭矩电机，与第一部分和第二部分中的相应部分集成，其中，第一扭矩电机配置为使第一部分围绕第一轴线旋转，并且第二扭矩电机配置为使第二部分围绕第二轴线旋转，其中，第一轴线垂直于第二轴线。
第二十二实施例包括如第二十一实施例的方法，其中，光学系统包括：非球面光学元件，第一反射光学设备，配置为对光线进行准直的第一透镜，第二反射光学设备，以及配置为对光线进行聚焦的第二透镜。
根据第二十三实施例，一种方法，包括：捕获物体的轮廓的图像；根据所捕获的图像中的校准图案的位移来确定准非衍射射束的运动；将所确定的位移与预定的位移进行比较；根据比较产生差值；根据差值对准非衍射射束的位置和取向进行校正；以及重复捕获、确定、比较、产生以及校正步骤，直到差值低于阈值。
第二十四实施例包括如第二十三实施例的方法，其中，阈值包括20μm到40μm之间的值。
第二十五实施例包括如第二十三或第二十四实施例的方法，进一步包括使用碱铝硅玻璃材料作为物体。
本文中所描述的过程和系统的附加特征和优点将在以下具体实施方式中阐述，并且将部分地从所述描述中对本领域的技术人员变得显而易见，或可通过实践本文中所描述的实施例(包括下面的具体实施方式、权利要求书以及附图)而被认识。
应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者描述了各种实施例，并且它们旨在提供用于理解所要求保护的主题的本质和特性的概观或框架。附图被包括以提供对各个实施例的进一步的理解，并且附图被结合到本说明书中并构成说明书的一部分。附图示出本文所述的各个实施例，并与说明书一起用于说明所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
附图中阐述的实施例本质上是说明性的和示例性的，并且不旨在限制由权利要求所限定的主题。当结合以下附图阅读时，可以理解对说明性实施例的以下详细描述，其中，用类似的附图标记指示类似的结构，并且其中：
图1A示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的透明工件中的缺陷的轮廓的形成；
图1B示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的在处理透明工件期间的激光射束焦线的定位；
图1C示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的用于激光处理的光学组件；
图2A图示描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的示例性脉冲串内的激光脉冲的相对强度与时间的关系；
图2B图示描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的另一个示例性脉冲串内的激光脉冲的相对强度与时间的关系；
图3图示了根据实施例的用于对透明工件的自由形态激光处理的系统；
图4图示了根据实施例的用于自由形态激光处理的光学系统；
图5A、图5B、图6、图7和图8图示了根据实施例的光学系统的各种视图；
图9图示了根据实施例的用于光学系统的校准的方法。
当结合附图时，本发明的特征和优势将从以下阐述的详细描述中变得更加显而易见，在附图中，相同的附图标记贯穿附图标识对应的元件。在附图中，相同的附图标记一般指示完全相同的、功能上类似的和/或结构上类似的元件。元素首先在其中出现的附图由对应的附图标记中最左边的(多个)数位来指示。
具体实施方式
现在将详细参考用于利用旋转光源来激光处理透明工件的系统和过程的实施例，其示例在附图中图示出。在可能时，贯穿附图将使用相同的附图标记来指示相同或类似的部件。
如本文所使用，“激光处理”包括将激光射束引导到透明工件上和/或引导到透明工件中。在一些实施例中，激光处理进一步包括相对于透明工件平移激光射束，例如，沿着轮廓线、沿着修改线、或沿着另一路径。激光处理的示例包括：使用激光射束来形成包括延伸到透明工件中的一系列缺陷的轮廓，使用激光射束来形成透明工件中的修改轨迹，以及使用红外激光射束来加热分层工件堆叠的透明工件。激光处理可以沿着一条或多条期望的分离线来分离透明工件。然而，在一些实施例中，附加的非激光步骤可以用于沿着一条或多条期望的分离线来分离透明工件。
如本文所使用，“轮廓线”指示在透明工件的表面上的线性的、有角的、多边形的、或弯曲的线，该线定义当在工件的平面内移动激光射束以创建相应的轮廓时该激光射束所穿过的路径。
如本文所使用，“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。如本文所使用，轮廓是指基板中或基板上的虚拟的二维形状或路径。因此，尽管轮廓本身是虚拟的形状，但是轮廓可以通过例如断裂线或裂纹来显现。轮廓限定工件中的期望分离的表面。轮廓可以通过在透明工件中使用各种技术沿着轮廓线创建多个缺陷来形成，例如，通过沿着轮廓线在连续的点引导脉冲激光射束。具有弯曲的焦线的多个轮廓和/或激光可用于创建复杂的形状，诸如有斜面的分离表面。
如本文所使用，“断裂线”是指沿着轮廓延伸并且接近轮廓的一系列紧密间隔的缺陷线。
如本文所使用，“缺陷”是指透明工件中的改性材料区域(例如，具有相对于体材料的改性折射率的区域)、空隙空间、裂纹、划痕、瑕疵、孔、穿孔或其他变形。在本文中的各实施例中，这些缺陷可以被称为缺陷线或损伤轨迹。缺陷线或损伤轨迹由被引导到透明工件的单个位置上针对单个激光脉冲或相同位置处的多个脉冲的激光射束形成。沿着轮廓线平移激光产生形成轮廓的多条缺陷线。对于线焦点激光，缺陷可以具有线性形状。
如本文所使用，短语“射束横截面”是指激光射束的沿着垂直于激光射束的射束传播方向的平面的横截面，例如，当射束传播方向处于Z方向时沿着X-Y平面。
如本文所使用，“射束斑”是指激光射束在冲击表面(即，透明工件的最接近激光光学器件的表面)中的横截面(例如，射束横截面)。
如本文所使用，“冲击表面”是指透明工件的最接近激光光学器件的表面。
如本文所使用，“上游”和“下游”是指两个位置或部件沿着射束路径相对于射束源的相对定位。例如，如果第一部件沿着由激光射束穿过的路径比第二部件更接近激光光学器件，则第一部件处于第二部件的上游。
如本文所使用，“激光射束焦线”是指激光射束的相互作用(例如，交叉)的光线的图案，这些光线形成平行于光轴的线性的细长聚集区域。激光射束焦线包括沿着激光射束的光轴在不同位置处与光轴交互(例如，交叉)的有像差的光线。此外，本文所描述的激光射束焦线使用准非衍射射束来形成，下文详细地从数学上定义。
如本文所使用，“焦散”是指由光学部件折射并且此后被引导到透明工件上和/或透明工件中的激光射束的光的包络。例如，焦散可以包括从光学系统的最下游光学部件延伸到透明工件上和/或透明工件中的激光射束的光的包络。此外，焦散的波前可以交互(例如，交叉)以例如在透明工件内形成激光射束焦线。
如本文所使用，“光学改性区域”是在透明工件中形成的区域或设置在透明工件上的材料，该区域或该材料包括足以对冲击光学改性区域并且在一些实施例中穿过光学改性区域的焦散的部分进行改性的光学特性。光学改性区域的示例光学特性包括阻挡特性、散射特性、反射特性、吸收特性、折射特性、衍射特性、相位改变特性、或类似特性。本文所描述的示例光学改性区域包括修改轨迹和破坏性材料条。
如本文所使用，当光学改性区域以如下方式改变焦散的波前时，焦散的部分由光学改性区域“改性”：沿着波前的路径在焦散的部分中降低激光射束焦线的强度或阻止激光射束焦线形成，以至于在没有光学改性区域时原本将形成缺陷的位置不形成缺陷。对焦散的波前的示例改性可以包括对波前的阻挡、吸收、折射、衍射、反射、散射或相位改变。
如本文所使用的短语“透明工件”是指由玻璃、玻璃陶瓷或透明的其他材料形成的工件，其中如本文所使用的术语“透明”是指该材料针对每毫米的材料深度具有小于20％的光学吸收，诸如对于指定的脉冲激光波长，针对每毫米的材料深度小于10％，或者诸如对于指定的脉冲激光波长，针对每毫米的材料深度小于1％。除非另有规定，否则材料针对每毫米的材料深度具有小于约20％的光学吸收。透明工件可以具有从约50微米(μm)到约10毫米(诸如从约100微米到约5毫米，或从约0.5毫米到约3毫米)的深度(例如，厚度)。透明工件可以包括由以下各项形成的玻璃工件：玻璃组合物，诸如硼硅玻璃、钠钙玻璃、铝硅玻璃、碱铝硅酸盐、碱土铝硅玻璃、碱土硼铝硅玻璃、熔融石英，或晶体材料，诸如蓝宝石、硅、砷化镓，或其组合。在一些实施例中，可以通过在激光处理透明工件之前或之后热回火来强化透明工件。在一些实施例中，玻璃可以是离子可交换的，使得在激光处理透明工件之前或之后，玻璃组合物可以经历离子交换以实现玻璃强化。例如，透明工件可以包括离子交换的和离子可交换的玻璃，诸如可从纽约州康宁市康宁公司获得的康宁
玻璃(例如，代码2318、代码2319和代码2320)。此外，这些离子交换玻璃的热膨胀系数(CTE)可以从约6ppm/℃到约10ppm/℃。其他示例透明工件可以包括可从纽约州康宁市康宁公司获得的EAGLE
和康宁LOTUSTM。此外，透明工件可以包括对激光波长透明的其他部件，例如，诸如蓝宝石或硒化锌之类的晶体。
在离子交换过程中，透明工件的表面层中的离子被具有相同价态或氧化态的较大离子取代，例如，通过将透明工件部分或全部浸入离子交换槽中。用较大的离子取代较小的离子导致具有压应力的层从透明工件的一个或多个表面延伸到透明工件内的一定深度，其被称为层的深度。压应力被具有张应力(称为中心张力)的层平衡，使得玻璃片中的净应力为零。在玻璃片表面形成压应力使玻璃变得坚固并能抵抗机械损伤，并且由此对于没有延伸通过层的深度的瑕疵减轻玻璃片的灾难性故障。在一些实施例中，透明工件的表面层中较小的钠离子与较大的钾离子进行交换。在一些实施例中，表面层中的离子和较大的离子是一价碱金属阳离子，诸如Li+(当存在于玻璃中时)、Na+、K+、Rb+和Cs+。或者，表面层中的一价阳离子可以用除碱金属阳离子之外的一价阳离子(诸如Ag+、Tl+、Cu+等)代替。
现在参考图1A和图1B，示例性透明工件160(也被称为“基板”)被示意性地描绘为根据本文所描述的方法经历激光处理。具体而言，图1A示意性地描绘了包括多个缺陷172的轮廓170的形成，这些缺陷可用于分离透明工件160。包括多个缺陷172的轮廓170可以通过用激光射束112处理透明工件160来形成，激光射束112可以包括沿着轮廓线165在平移方向101上移动的超短脉冲激光射束。缺陷172可以例如延伸穿过透明工件160的深度，并且可以与透明工件160的冲击表面正交。此外，激光射束112最初在冲击位置115处接触透明工件160，该位置是冲击表面上的特定位置。如图1A和图1B所描绘，透明工件160的第一表面162包括冲击表面，然而，应当理解的是，在其他实施例中，激光射束112最初可以替代地照射透明工件160的第二表面164。此外，图1A描绘了激光射束112形成投射到透明工件160的第一表面162上的射束斑114。
通过引用整体被并入的2014年10月31日提交的美国专利9,815,730描述了用于使用激光来处理3D形状的透明基板的方法。
图1A和图1B描绘了激光射束112，该激光射束112沿射束路径111传播并被取向，以使得激光射束112可以被聚焦到透明工件160内的激光射束焦线113中，例如，使用非球面光学元件120(图1C)，例如，轴棱锥和一个或多个透镜(例如，第一透镜130和第二透镜132，如下文所述并在图1C中描绘)。例如，可以沿着Z-轴并且绕Z-轴控制激光射束焦线113的位置。此外，激光射束焦线113的长度可以在约0.1mm到约100mm的范围内，或者在约0.1mm到约10mm的范围内。各种实施例可以被配置为具有激光射束焦线113，其长度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，从约0.5mm到约5mm。此外，如下文更详细定义的，激光射束焦线113可以是准非衍射射束的一部分。
在操作中，激光射束112可以沿着轮廓线165平移(例如，在平移方向101上)相对于透明工件160以形成轮廓170的多个缺陷172。将激光射束112引导或定位到透明工件160中产生透明工件160内的诱导吸收，并且蓄积足够的能量以在沿着轮廓线165的间隔开的位置处破坏透明工件160中的化学键以形成缺陷172。根据一个或多个实施例，可以通过透明工件160的运动(例如，耦合到透明工件160的平移台190的运动，如图1C所示)、激光射束112的运动(例如，激光射束焦线113的运动)、或透明工件160和激光射束焦线113两者的运动来使激光射束112横跨透明工件160平移。通过相对于透明工件160来平移激光射束焦线113，可以在透明工件160中形成多个缺陷172。
在一些实施例中，缺陷172通常可以沿着轮廓170彼此间隔约0.1μm到约500μm的距离，例如，约1μm到约200μm、约2μm到约100μm、约5μm到约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到约50μm，诸如约5μm到约15μm、约5μm到约12μm、约7μm到约15μm、或约7μm到约12μm。在一些实施例中，相邻缺陷172之间的间距可以为约50μm或更小、45μm或更小、40μm或更小、35μm或更小、30μm或更小、25μm或更小、20μm或更小、15μm或更小、10μm或更小、等等。
如图1A所示，轮廓170的多个缺陷172延伸到透明工件160中并且建立用于裂纹传播的路径，以用于沿轮廓170将透明工件160分离成分离的部分。形成轮廓170包括沿着轮廓线165平移(例如，在平移方向101上)相对于透明工件160来平移激光射束112以形成轮廓170的多个缺陷172。根据一个或多个实施例，可以通过透明工件160的运动、激光射束112的运动(例如，激光射束焦线113的运动)、或透明工件160和激光射束112两者的运动(例如，使用一个或多个平移台190(图1C))来使激光射束112横跨透明工件160平移。通过相对于透明工件160来平移激光射束焦线113，可以在透明工件160中形成多个缺陷172。此外，尽管图1A所示的轮廓170是线性的，但是轮廓170也可以是非线性的(即，具有弯曲)。例如，可以通过在两个维度而不是一个维度上使透明工件160或激光射束焦线113相对于另一方平移来产生弯曲轮廓。
在一些实施例中，可以在随后的分离步骤中进一步作用于透明工件160，以引起透明工件160沿轮廓170分离。随后的分离步骤可以包括使用机械力或热应力引起的力来沿轮廓170传播裂纹。诸如红外激光射束之类的热源可用于产生热应力，并且由此沿轮廓170分离透明工件160。在一些实施例中，红外激光射束可用于发起分离，并且然后分离可以被机械地完成。不受限于理论，红外激光是受控的热源，其快速提高透明工件160在轮廓170处或轮廓170附近的温度。该快速加热可以在透明工件160中在轮廓170上或轮廓170附近构建压应力。由于加热的玻璃表面的面积与透明工件160的总表面积相比相对较小，因此加热区域相对快速地冷却。所形成的温度梯度在透明工件160中引起足以沿着轮廓170并穿透透明工件160的深度传播裂纹的张应力，导致透明工件160沿轮廓170完全分离。不受限于理论，人们相信张应力可以由工件的具有较高局部温度的部分中的玻璃的膨胀(即，变化的密度)引起。
用于在玻璃中产生热应力的合适的红外激光典型地将具有容易被玻璃吸收的波长，典型地具有1.2μm到13μm范围内的波长，例如，4μm到12μm范围内。此外，红外激光射束的功率可以从约10W到约1000W，例如100W、250W、500W、750W等。此外，红外激光射束的1/e2射束直径可以为约20mm或更小，例如，15mm、12mm、10mm、8mm、5mm、2mm或更小。在操作中，红外激光射束的较大的1/e2射束直径可以促进更快的激光处理和更大的功率，而红外激光射束的较小的1/e2射束直径可以通过限制对透明工件160靠近轮廓170的部分的损坏来促进高精度分离。示例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。
在其他实施例中，取决于类型、深度和材料特性(例如，吸收、CTE、应力、成分等)，透明工件160中存在的应力可能会引起沿轮廓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包括强化玻璃基板(例如，离子交换或热回火玻璃基板)时，轮廓170的形成可能引起裂纹沿轮廓170传播以分离透明工件160。
再次参考图1A和图1B，用于形成缺陷172的激光射束112进一步具有强度分布I(X,Y,Z)，其中Z是激光射束112的射束传播方向，并且X和Y是与传播方向正交的方向，如图中所描绘。X-方向和Y-方向还可以被称为横截面方向，并且X-Y平面可以被称为横截面平面。激光射束112在横截面平面中的强度分布可以被称为横截面强度分布。
在射束斑114或其他横截面处的激光射束112可以包括准非衍射射束，例如，具有如下数学定义的低射束发散的射束，这是通过使激光射束112(例如，使用诸如脉冲射束源之类的射束源110的诸如高斯射束之类的激光射束112)传播通过非球面光学元件120，如下面关于图1C中所描绘的光学组件100更详细地描述的。射束发散指的是射束横截面在射束传播方向(即，Z方向)上的放大率。本文所讨论的一个示例射束横截面是投射到透明工件160上的激光射束112的射束斑114。示例准非衍射射束包括高斯-贝塞尔射束和贝塞尔射束。
衍射是导致激光射束112的发散的一个因素。其他因素包括由形成激光射束112的光学系统引起的聚焦或散焦或界面处的折射和散射。用于形成轮廓170的缺陷172的激光射束112可以形成具有低发散和弱衍射的激光射束焦线113。激光射束112的发散由瑞利范围ZR表征，该瑞利范围ZR与激光射束112的强度分布的方差σ2和射束传播因子M2有关。在接下来的讨论中，将使用笛卡尔坐标系来呈现公式。使用本领域技术人员已知的数学技术，针对其他坐标系的对应表达式是可获得的。射束发散的附加信息可以在A.E.Siegman发表在SPIE研讨会系列第1224卷第2页(1990)的题为《激光谐振器的新发展》(New Developmentsin Laser Resonators)的文献以及R.Borghi和M.Santarsiero发表在光学快报(OpticsLetters)第22(5)卷第262页(1997)的题为《贝塞尔-高斯射束的M2因子》(M2 factor ofBessel-Gauss beams)的文献中找到，这些文献的公开内容通过引用整体并入本文。附加信息还可以在国际标准ISO 11146-1:2005(E)题为《激光器和激光相关装备——激光射束宽度、发散角和射束传播比的测试方法——第1部分：去像散和简单像散射束》(Lasers andlaser-related equipment—Test methods for laser beam widths,divergence anglesand beam propagation ratios—Part 1:Stigmatic and simple astigmatic beams)、ISO11146-2:2005(E)题为《激光器和激光相关装备——激光射束宽度、发散角和射束传播比的测试方法——第2部分：一般像散射束》(Lasers and laser-related equipment—Test methods for laser beam widths,divergence angles and beam propagationratios—Part 2:General astigmatic beams)、以及ISO 11146-3:2004(E)题为《激光器和激光相关装备——激光射束宽度、发散角和射束传播比的测试方法——第3部分：固有和几何激光射束分类、传播和测试方法的细节》(Lasers and laser-related equipment—Testmethods for laser beam widths,divergence angles and beam propagation ratios—Part 3:Intrinsic and geometrical laser beam classification,propagation anddetails of test methods)中找到，这些文献的公开内容通过引用整体并入本文。
具有时间平均强度分布I(x，y，z)的激光射束112的强度分布的质心(centroid)的空间坐标由以下表达式给出：
这些也被称为维格纳(Wigner)分布的一阶矩，且在ISO 11146-2:2005(E)的第3.5节进行描述。它们的测量在ISO 11146-2:2005(E)的第7节进行描述。
方差是作为射束传播方向上的位置z的函数的激光射束112的强度分布在横截面(X-Y)平面中的宽度的量度。对于任意激光射束，X-方向上的方差可能与Y-方向上的方差不同。我们让
和
分别表示X-方向和Y-方向上的方差。特别感兴趣的是近场极限和远场极限中的方差。我们让
和
分别表示在近场极限中X-方向和Y-方向上的方差，并且我们让
和
分别表示在远场极限中X-方向和Y-方向上的方差。对于利用傅里叶变换的具有时间平均强度分布
的激光射束
(其中vx和vy分别为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由下列表达式给出：
方差量
和
也被称为维格纳分布的对角元素(见ISO11146-2:2005(E))。可以使用ISO 11146-2:2005(E)第7节所描述的测量技术对实验激光射束的这些方差进行量化。简而言之，测量使用线性不饱和像素化检测器在有限的空间区域上测量I(x，y)，该有限的空间区域近似于定义了方差和质心坐标的积分方程的无限积分区域。测量区域、背景减法和检测器像素分辨率的适当范围由ISO 11146-2:2005(E)第7节中所描述的迭代测量程序的收敛确定。等式1-6给出的表达式的数值根据由像素化检测器测量的强度值的数组通过数值方式来计算。
通过针对任意光学射束的横向振幅分布
(其中
与针对任意光学射束的空间频率分布
)之间的傅里叶变换关系，可以示出：
在等式(7)和(8)中，
和
是
和
的最小值，其分别在x方向和y方向上的腰部位置z0x和z0y处出现，并且λ是激光射束112的波长。等式(7)和(8)指示
和
从与激光射束112的腰部位置(例如，激光射束焦线113的腰部位置)相关联的最小值在任一方向上随着z平方地增加。此外，在本文描述的包括了轴对称的、并由此包括轴对称强度分布I(x,y)的射束斑114的实施例中，
在本文描述的包括了非轴对称的、且由此包括非轴对称强度分布I(x,y)的射束斑114的实施例中，
即
或
等式(7)和(8)可以根据射束传播因子M2来重写，其中针对x方向和y方向的分开的射束传播因子
和
定义为：
将等式(9)和(10)重新排列并代入等式(7)和(8)中产生：
其可以被重写为：
其中x-方向和y-方向上的瑞利范围ZRx和ZRy分别由以下等式给出：
瑞利范围对应于(如在ISO 11146-1:2005(E)第3.12节中定义，相对于射束腰部的位置的)距离，在该距离上激光射束的方差(相对于射束腰部位置处的方差)加倍，并且该距离是激光射束的横截面积的发散度的量度。此外，在本文描述的包括了轴对称的、并由此包括轴对称强度分布I(x,y)的射束斑114的实施例中，ZRx＝ZRy；在本文描述的包括了非轴对称的、并由此包括非轴对称强度分布I(x,y)的射束斑114的实施例中，ZRx≠ZRy，即ZRx＜ZRy或ZRx＞ZRy。瑞利范围也可以被观察为沿着射束轴的距离，在该距离处光学强度衰减到在射束腰部位置(最大强度的位置)处观察到的光学强度的值的一半。具有大瑞利范围的激光射束具有低发散度，并且与具有小瑞利范围的激光射束相比在射束传播方向上随距离更加缓慢地扩展。
以上公式可以通过使用描述激光射束的强度分布I(x，y，z)而适用于任何激光射束(不只是高斯射束)。在高斯射束的TEM00模式的情况下，强度分布由下式给出：
其中wo为半径(定义为在其处射束强度减小到射束在腰部位置zo处的峰值射束强度的1/e2的半径)。根据等式(17)和以上公式，对于TEM00高斯射束，我们获得如下结果：
其中ZR＝ZRx＝ZRy。对于高斯射束，进一步注意
射束横截面由形状和尺寸表征。射束横截面的尺寸由射束的光斑尺寸表征。对于高斯射束，光斑尺寸常被定义为射束强度减小到其最大值的1/e2处的径向范围，在等式(17)中表示为w0。高斯射束的最大强度发生在强度分布的中心(x＝0且y＝0(笛卡尔)或r＝0(圆柱))，并且用于确定光斑尺寸的径向范围是相对于中心测量的。
具有轴对称(即，围绕射束传播轴Z旋转对称的)横截面的射束可以由在ISO11146-1:2005(E)第3.12节中规定的射束腰部位置处测量的单个尺寸或光斑尺寸来表征。对于高斯射束，等式(17)示出光斑尺寸等于wo，根据等式(18)其对应于2σ0x或2σ0y。对于具有轴对称横截面(诸如圆形横截面)的轴对称射束，σ0x＝σ0y。因此，对于轴对称射束，横截面尺寸可以利用单个光斑尺寸参数来表征，其中wo＝2σ0。对于非轴对称射束横截面，可以类似地定义光斑尺寸，其中与轴对称射束不同，σ0x≠σ0y。因此，当射束的光斑尺寸为非轴对称时，有必要用两个光斑尺寸参数表征非轴对称射束的横截面尺寸：分别为x-方向和y-方向上的wox和woy，其中
wox＝2σ0x (25)
woy＝2σ0y (26)
此外，对于非轴对称射束缺乏轴向(即任意旋转角度)对称性意味着计算值σ0x和σ0y的结果将取决于X轴和Y轴的取向的选择。ISO 11146-1：2005(E)将这些参考轴线称为功率密度分布的主轴线(第3.3-3.5节)，并且在下面的讨论中，我们将假设X轴和Y轴与这些主轴线对齐。此外，X-轴和Y-轴可以在横截面中旋转的角度φ(例如，X-轴和Y-轴分别相对于X-轴和Y-轴的参考位置的角度)可以用于定义非轴对称射束的光斑尺寸参数的最小值(wo，min)和最大值(wo，max)：
wo，min＝2σ0，min (27)
wo，max＝2σ0，max (28)
其中2σ0，min＝2σ0x(φmin，x)＝2σ0y(φmin，y)并且2σ0，max＝2σ0x(φmax，x)＝2σ0y(φmax，y)。射束横截面的轴向不对称性的幅度可以通过纵横比来量化，其中纵横比被定义为wo，max与wo，min的比率。轴对称射束横截面的纵横比为1.0，而椭圆射束横截面以及其他非轴对称射束横截面的纵横比大于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等等。
为了促进在射束传播方向上的缺陷172的均匀性(例如，透明工件160的深度尺寸)，可以使用具有低发散度的激光射束112。在一个或多个实施例中，具有低发散度的激光射束112可以被用于形成缺陷172。如上所述，发散度可以由瑞利范围来表征。对于非轴对称射束，针对主轴X和Y的瑞利范围分别由针对X-方向和Y-方向的等式(15)和(16)来定义，其中可以示出，对于任何真实射束，
并且
并且其中
和
由激光射束的强度分布来确定。对于对称射束，瑞利范围在X-方向和Y-方向上是相同的，并且由等式(22)或等式(23)表达。低发散度与瑞利范围的大值和激光射束的弱衍射相关。
具有高斯强度分布的射束可能不太优选用于激光处理以形成缺陷172，因为当聚焦成足够小的光斑尺寸时(诸如在微米范围内的光斑尺寸，诸如约1-5微米或约1-10微米)以使得可用的激光脉冲能量能够对诸如玻璃之类的材料改性时，它们在短的传播距离上是高度衍射的并显著地发散。为了实现低发散度，期望控制或优化脉冲激光射束的强度分布以减少衍射。脉冲激光射束可以是非衍射的或弱衍射的。弱衍射的激光射束包括准非衍射激光射束。代表性的弱衍射激光射束包括贝塞尔射束、高斯-贝塞尔射束、艾里(Airy)射束、韦伯(Weber)射束和马蒂厄(Mathieu)射束。
对于非轴对称射束，瑞利范围ZRx和ZRy不相等。等式(15)和(16)显示ZRx和ZRy分别取决于σ0x和σ0y，并且以上我们注意到了σ0x和σ0y的值取决于X-轴和Y-轴的取向。ZRx和ZRy的值将相应地变化，并且各自将具有与主轴线对应的最小值和最大值，其中对于任意射束分布，ZRx的最小值被表示为ZRx，min，并且ZRy的最小值被表示为ZRy，min，ZRx，min和ZRy，min可以示出为由以下等式给出：
由于激光射束的发散度在具有最小瑞利范围的方向上在较短距离上发生，因此用于形成缺陷172的激光射束112的强度分布可以被控制为使得ZRx和ZRy的最小值(或者对于轴对称射束，ZR的值)尽可能大。由于ZRx的最小值ZRx，min和ZRy的最小值ZRy，min对于非轴对称射束不同，因此在形成损伤区域时，激光射束112可以与使ZRx，min和ZRy，min中较小的一个尽可能大的强度分布一起使用。
在一些实施例中，ZRx，min和ZRy，min中较小的一个(或者对于轴对称射束，ZR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到10mm范围内，在100μm到5mm范围内，在200μm到4mm范围内，在300μm到2mm范围内，等等。
通过调节等式(27)中定义的光斑尺寸参数wo，min，本文中指定的ZRx，min和ZRy，min中较小的一个(或者对于轴对称射束，ZR的值)的值和范围对于工件对于其是透明的不同波长是可实现的。在一些实施例中，光斑尺寸参数wo，min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到10μm范围内，在0.25μm到5.0μm范围内，在0.25μm到2.5μm范围内，在0.50μm到10μm范围内，在0.50μm到5.0μm范围内，在0.50μm到2.5μm范围内，在0.75μm到10μm范围内，在0.75μm到5.0μm范围内，在0.75μm到2.5μm范围内，等等。
非衍射或准非衍射射束通常具有复杂的强度分布，诸如那些相对于半径非单调地减小的强度分布。通过类比于高斯射束，对于非轴对称射束，可以将有效光斑尺寸wo，eff定义为在任何方向上距最大强度的径向位置(r＝0)的最短径向距离，在该最短径向距离处，强度降低到最大强度的1/e2。此外，对于轴对称射束，wo，eff是距最大强度的径向位置(r＝0)的径向距离，在该径向距离处，强度降低到最大强度的1/e2。基于对于非轴对称射束的有效光斑尺寸wo，eff或对于轴对称射束的光斑尺寸wo的瑞利范围的判据可以使用下面的针对非轴对称射束的等式(31)或针对轴对称射束的等式(32)而被指定为用于形成损伤区域的非衍射射束或准非衍射射束：
其中FD是值至少为10、至少为50、至少为100、至少为250、至少为500、至少为1000、在10到2000范围内、在50到1500范围内、在100到1000范围内的无量纲发散因子。通过将等式(31)与等式(22)或(23)进行比较，可以看出，对于非衍射或准非衍射射束，在等式(31)中的距离“ZRx，min，ZRy，min中较小的一个”(在该距离上有效射束尺寸加倍)是FD乘以在使用典型高斯射束分布的情况下所预期的距离。无量纲发散因子FD为确定激光射束是否为准非衍射提供判据。如本文所用，如果在值FD≥10时激光射束的特性满足等式(31)或等式(32)，则激光射束112被认为是准非衍射的。随着值FD的增大，激光射束112逼近更接近完美的非衍射状态。此外，应当理解的是，等式(32)仅仅是等式(31)的简化，由此，等式(31)在数学上描述了针对轴对称和非轴对称脉冲激光射束112两者的无量纲发散因子FD。
现在参考图1C，示意性地描绘了用于产生激光射束112的光学组件100，该激光射束112是准非衍射的，并使用非球面光学元件120(例如，轴棱锥122)在透明工件160处形成激光射束焦线113。光学组件100包括输出激光射束112的射束源110、第一透镜130和第二透镜132。射束源110可以包括配置为输出激光射束112(例如，脉冲激光射束或连续波激光射束)的任何已知的或仍待开发的射束源110。在一些实施例中，射束源110可以输出包括例如1064nm、1030nm、532nm、530nm、355nm、343nm或266nm或215nm的波长的激光射束112。此外，用于在透明工件160中形成缺陷172的激光射束112可以很好地适用于对所选择的脉冲激光波长透明的材料。
此外，透明工件160可以被定位成使得由射束源110输出的激光射束112例如在穿过非球面光学元件120并且此后穿过第一透镜130和第二透镜132两者之后照射透明工件160。光轴102在射束源110和透明工件160之间(在图1C所描绘的实施例中沿着Z-轴)延伸，使得当射束源110输出激光射束112时，激光射束112的射束路径111沿着光轴102延伸。
用于形成缺陷172的合适的激光波长是指在该其处透明工件160的线性吸收和散射的组合损失足够低的波长。在实施例中，透明工件160在该波长处的由于线性吸收和散射的组合损失小于20％/mm，或小于15％/mm，或小于10％/mm，或小于5％/mm，或小于1％/mm，其中尺寸“/mm”是指在激光射束112的射束传播方向(例如，Z方向)上透明工件160内的每毫米距离。许多玻璃工件的代表性波长包括Nd3+的基波和谐波波长(例如，具有接近1064nm的基波波长和接近532nm、355nm和266nm的高阶谐波波长的Nd3+:YAG或Nd3+:YVO4)。也可以使用光谱中的满足给定基板材料的组合的线性吸收和散射损失要求的紫外线、可见光和红外线部分中的其他波长。
在操作中，由射束源110输出的激光射束112可以在透明工件160中产生多光子吸收(MPA)。MPA是同时吸收两个或更多个相同或不同频率的光子，该同时吸收将分子从一种状态(通常是基态)激发到更高能量的电子态(即电离)。分子的所涉及的较低态与较高态之间的能量差等于所涉及的光子的能量和。MPA(也被称作诱导吸收)可以是例如比线性吸收弱数个数量级的二阶或三阶(或更高阶)过程。它与线性吸收的不同之处在于，例如，二阶诱导吸收的强度可以与光强度的平方成比例，因此它是非线性光学过程。
形成轮廓170的穿孔步骤(图1A和图1B)可以利用射束源110(例如，诸如超短脉冲激光器之类的脉冲射束源)与非球面光学元件120、第一透镜130和第二透镜132相结合来对透明工件160进行照射并产生激光射束焦线113。激光射束焦线113包括准非衍射射束，诸如上文定义的高斯-贝塞尔射束或贝塞尔射束，并且可以完全或部分地对透明工件160穿孔以在透明工件160中形成缺陷172，这可形成轮廓170。在其中激光射束112包括脉冲激光射束的实施例中，各个脉冲的脉冲持续时间在约1飞秒到约200皮秒的范围内，诸如约1皮秒到约100皮秒，5皮秒到约20皮秒等，并且各个脉冲的重复率可以在约1kHz到4MHz的范围内，诸如在约10kHz到约3MHz范围内，或约10kHz到约650kHz范围内。
另外参考图2A和图2B，除了在上述各个脉冲重复率下的单脉冲操作之外，在包括脉冲激光射束的实施例中，脉冲还可以以两个子脉冲201A或更多个子脉冲的脉冲串201产生(诸如例如，每个脉冲串有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，诸如每个脉冲串201有1至30个子脉冲，或每个脉冲串201有5至20个子脉冲)。虽然不旨在受理论限制，但脉冲串是子脉冲的短而快的群组，该群组在使用单脉冲操作不容易获得的时间尺度上产生与材料的光能交互(即透明工件160的材料中的MPA)。虽然仍然不旨在受理论限制，但脉冲串(即一组脉冲)内的能量是守恒的。作为说明性示例，对于具有100μJ/串的能量和2个子脉冲的脉冲串，100μJ/串的能量在2个脉冲之间分配，以产生针对每个子脉冲的50μJ的平均能量，并且对于具有100μJ/串的能量和10个子脉冲的脉冲串，100μJ/串的能量在10个子脉冲之间分配，以产生针对每个子脉冲的10μJ的平均能量。此外，脉冲串的子脉冲之间的能量分布不需要是均匀的。事实上，在一些实例中，脉冲串的子脉冲之间的能量分布按照指数衰减的形式，其中脉冲串的第一个子脉冲包含最多的能量，脉冲串的第二个子脉冲包含略少的能量，脉冲串的第三个子脉冲包含更少的能量，以此类推。然而，各个脉冲串内的其他能量分布也是可能的，其中每个子脉冲的确切能量可以被定制以实现对透明工件160的不同程度的改性。
虽然仍不旨在受理论限制，但当用具有至少两个子脉冲的脉冲串形成一个或多个轮廓170的缺陷172时，与在相同的透明工件160中使用单脉冲激光形成的、在相邻缺陷172之间具有相同间距的轮廓170的最大断裂阻力相比，沿轮廓170分离透明工件160所需的力(即最大断裂阻力)降低。例如，使用单个脉冲形成的轮廓170的最大断裂阻力比使用具有2个或更多个子脉冲的脉冲串形成的轮廓170的最大断裂阻力至少大2倍。此外，使用单个脉冲形成的轮廓170与使用具有2个子脉冲的脉冲串形成的轮廓170之间的最大断裂阻力之差大于使用具有2个子脉冲的脉冲串与具有3个子脉冲的脉冲串形成的轮廓170之间的最大断裂阻力之差。因此，多个脉冲串可用于形成比使用单脉冲激光形成的轮廓170更容易分离的轮廓170。
仍然参考图2A和图2B，脉冲串201内的子脉冲201A可以被持续时间分隔开，该持续时间在约1纳秒到约50纳秒的范围内，例如，约10纳秒到约30纳秒，诸如约20纳秒。在其他实施例中，脉冲串201内的子脉冲201A可以被持续时间分隔开，该持续时间高达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皮秒或其间的任何范围)。对于给定的激光，脉冲串201内的相邻子脉冲201A之间的时间间隔Tp(图2B)可以是相对均匀的(例如，在彼此的约10％内)。例如，在一些实施例中，脉冲串201内的每个子脉冲201A与随后的子脉冲在时间上间隔接近20纳秒(50MHz)。此外，每个脉冲串201之间的时间可以是约0.25微秒到约1000微秒，例如，约1微秒到约10微秒，或约3微秒到约8微秒。
在本文所描述的射束源110的示例性实施例中的一些中，对于输出包括大约200kHz的串重复率的激光射束112的射束源110，时间间隔Tb(图2B)为大约5微秒。激光串重复率与脉冲串中的第一脉冲到后续脉冲串中的第一脉冲之间的时间Tb有关(激光脉冲串重复率＝1/Tb)。在一些实施例中，激光串重复率可以是在约1kHz到约4MHz的范围内。在实施例中，激光串重复率可以例如在约10kHz至650kHz的范围内。每个串中的第一脉冲与后续脉冲串中的第一脉冲之间的时间Tb可以是约0.25微秒(4MHz脉冲串重复率)到约1000微秒(1kHz脉冲串重复率)，例如约0.5微秒(2MHz脉冲串重复率)到约40微秒(25kHz脉冲串重复率)，或约2微秒(500kHz脉冲串重复率)到约20微秒(50kHz脉冲串重复率)。确切的时序、脉冲持续时间、以及串重复率可以取决于激光器设计而变化，但已经显示具有高强度的短脉冲(Td<20皮秒，并且在一些实施例中，Td≤15皮秒)工作得特别好。
串重复率可以在约1kHz到约2MHz的范围内，诸如约1kHz到约200kHz。猝发或产生脉冲串201是这种类型的激光操作，在其中子脉冲201A的发射并非呈均匀且稳定的流，而是呈紧凑的脉冲串201的簇。脉冲串激光射束可以具有基于被操作的透明工件160的材料而选择的波长，使得透明工件160的材料在该波长下基本上是透明的。在该材料处测量的每串的平均激光功率可以是每mm材料厚度至少约40μJ。例如，在实施例中，每串的平均激光功率可以从约40μJ/mm到约2500μJ/mm，或约500μJ/mm到约2250μJ/mm。在特定示例中，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，对于0.7mm EAGLE
玻璃为300μJ/0.7mm，对于0.5mm EAGLE
玻璃为600μJ/0.5mm)。
对透明工件160进行改性所需的能量是脉冲能量，其可以根据脉冲串能量(即，脉冲串201内包含的能量，其中每个脉冲串201包含一系列子脉冲201A)来描述，或根据单个激光脉冲(其中许多脉冲可以包括串)内包含的能量来描述。脉冲能量(例如，脉冲串能量)可以为约25μJ到约750μJ，例如，约50μJ到约500μJ，或约50μJ到约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到约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，约300μJ到约500μJ、或约400μJ到约600μJ，取决于透明工件160的特定的玻璃组合物)。
虽然不旨在受理论限制，但使用包括能够产生脉冲串的脉冲激光射束的激光射束112对于切割透明材料或对透明材料改性是有利的，透明材料例如玻璃(例如，透明工件160)。与使用在时间上由单脉冲激光的重复率间隔开的单脉冲相比，使用使脉冲能量在串内的快速脉冲序列内散布的串序列允许获得与使用单脉冲激光可能达到的水平相比更大的与材料的高强度相互作用的时间尺度。使用脉冲串(相对于单脉冲操作)增大了缺陷172的尺寸(例如，横截面尺寸)，这在沿一个或多个轮廓170分离透明工件160时促进相邻缺陷172的连接，从而最小化非预期的裂纹形成。此外，使用脉冲串形成缺陷172增加了从每个缺陷172向外延伸到透明工件160的体材料中的裂纹取向的随机性，使得从缺陷172向外延伸的各个裂纹不影响轮廓170的分离或以其他方式使轮廓170的分离偏离，从而使缺陷172的分离遵循轮廓170，最小化非预期裂纹的形成。
再次参考图1C，非球面光学元件120位于射束源110和透明工件160之间的射束路径111内。在操作中，使激光射束112(例如，传入高斯射束)传播通过非球面光学元件120可以改变激光射束112，使得激光射束112的、传播超过非球面光学元件120的部分是准非衍射的，如上文所述。非球面光学元件120可以包括任何包括非球面形状的光学元件。在一些实施例中，非球面光学元件120可以包括锥形波前产生光学元件，诸如轴棱锥透镜，例如，负折射率轴棱锥透镜、正折射率轴棱锥透镜、反射轴棱锥透镜、衍射轴棱锥透镜、可编程空间光调制器轴棱锥透镜(例如，相位轴棱锥)等。
在一些实施例中，非球面光学元件120包括至少一个非球面表面，其形状在数学上被描述为：
其中，z′是非球面表面的表面凹陷，r是非球面表面与光轴102之间的在径向上(例如，在X方向或Y方向上)的距离，c是非球面表的表面曲率(即ci＝1/Ri，其中R是非球面表面的表面半径)，k是圆锥常数，系数ai是描述非球面表面的第一至第十二阶非球面系数或更高阶的非球面系数(多项式非球面)。在一个示例实施例中，非球面光学元件120的至少一个非球面表面包括以下系数a1至a7，分别为：-0.085274788；0.065748845；0.077574995；-0.054148636；0.022077021；-0.0054987472；0.0006682955；而非球面系数a8至a12为0。在该实施例中，至少一个非球面表面具有圆锥常数k＝0。然而，由于a1系数具有非零值，因此其等效于具有非零值的圆锥常数k。因此，可以通过指定非零的圆锥常数k、非零的系数a1、或非零的k与非零的系数a1的组合来描述等效表面。此外，在一些实施例中，至少一个非球面表面通过具有非零值的至少一个高阶非球面系数a2至a12(即，a2、a3、...、a12中的至少一个≠0)来描述或定义。在一个示例实施例中，非球面光学元件120包括三阶非球面光学元件，诸如立方体形状的光学元件，其包括非零的系数a3。
在一些实施例中，当非球面光学元件120包括轴棱锥122(如图1C所描绘)时，轴棱锥122可以具有激光输出表面126(即，圆锥表面)，该激光输出表面126具有约1.2°的角度，诸如约0.5°到约5°，或约1°到约1.5°，或甚至约0.5°到约20°的角度，该角度是相对于激光输入表面124(例如，平坦的表面)测量的，在该激光输入表面124上，激光射束112进入轴棱锥122。此外，激光输出表面126终止于圆锥形尖端。此外，非球面光学元件120包括从激光输入表面124延伸到激光输出表面126并终止于圆锥形尖端处的中心线轴线125。在其他实施例中，非球面光学元件120可以包括w形轴棱锥(waxicon)、诸如空间光调制器之类的空间相位调制器、或衍射光学光栅。在操作中，非球面光学元件120将传入激光射束112(例如，传入高斯射束)成形为准非衍射射束，该准非衍射射束进而被引导通过第一透镜130和第二透镜132。
仍然参照图1C，第一透镜130位于第二透镜132的上游，并且可以在第一透镜130和第二透镜132之间的准直空间134内对激光射束112进行准直。此外，第二透镜132可以将激光射束112聚焦到透明工件160中，透明工件160可以位于成像平面104处。在一些实施例中，第一透镜130和第二透镜132各自包括平凸透镜。当第一透镜130和第二透镜132各自包括平凸透镜时，第一透镜130和第二透镜132的曲率可以各自朝向准直空间134取向。在其他实施例中，第一透镜130可以包括其他准直透镜，并且第二透镜132可以包括弯月形透镜、非球面透镜、或另一高阶校正聚焦透镜。
对于使用准非衍射射束的应用，激光射束焦线113可以取向为垂直于透明工件160的第一表面162，以使沿轮廓170的平均激光强度最大化。由于瑞利范围ZR和光斑尺寸wo的高纵横比，准非衍射射束的对准可能更具挑战性。以小角度(例如，小于20°)从法向入射偏离可能导致激光强度沿轮廓170的显著下降，这可能低于所需材料改性的阈值并损失切割能力。
在一些示例中，准非衍射射束的法向入射是通过旋转基板实现的。在其他示例中，直接旋转准非衍射射束对于准确切割三维(3D)基板上的精细特征或切割具有大尺寸的基板是非常可取的。由于保留了射束形状，高斯射束可以通过使用旋转的激光器头来旋转或倾斜。但是旋转或倾斜准非衍射射束是非常困难的。当在光学系统的输出外部操纵光传播方向时，特别是在准非衍射射束形成之后，可能发生射束形状的扭曲。
本文讨论的实施例提出了一种光学系统，该光学系统将用于准非衍射射束形成的光学元件与旋转的机械单元集成在一起，以提供精确的定位和受控的准非衍射射束。
图3示出根据一些实施例的对透明工件160执行激光处理的系统300的示意图，其中系统300包括光源(例如，射束源110)和光学系统304。
在该示例中，射束源110产生激光射束112，激光射束112沿着射束路径111通过光学系统304。激光射束112可以是具有脉冲串的脉冲激光射束，这些脉冲串针对每个脉冲串具有两个或更多个子脉冲，如图2所描述。激光射束112最初在冲击表面(例如，图3中所描绘的第一表面162)上的冲击位置115处接触透明工件160，然后聚焦到透明工件160内部的激光射束焦线113中。在该示例中，系统300用于使激光射束112取向为使得激光射束焦线113可以在冲击位置115处与第一表面162正交。系统300被配置用于对透明工件160进行激光处理，以形成与图1A中描述的轮廓170类似的轮廓。透明工件160可以是图1A中描述的透明工件，并且可以包括碱铝硅玻璃材料。
在一些实施例中，第一表面162可以是平坦的或不平的。在其他实施例中，透明工件160可以具有三维结构，如图3所示。透明工件可以是小的基板、大约0.5m x 0.5m的大薄片、等等。
在一些实施例中，射束源110可以与光学系统304一起安装。在其他实施例中，射束源110可以与光学系统304分开地定位。在该示例中，激光射束112可以通过一组光学布置或光纤(未示出)被引导到光学系统304中。
在光学系统304的输出处的激光射束112包括本文所述的准非衍射射束，其包括贝塞尔射束、高斯-贝塞尔射束、艾里射束、韦伯射束和马蒂厄射束等等。
系统300可以进一步包括一个或多个平移台190和校准单元362。在该示例中，一个或多个平移台190可以被配置为移动透明工件160、射束源110、光学系统304、或射束源110和光学系统304的组合。平移台190可以提供沿X、Y、Z方向的线性运动学运动，并且可以包括用于光学系统的滑轨、轨道、门架或任何合适的定位装置。因此，可以通过激光射束112和透明工件160之间的相对位移来调整冲击位置115。激光射束112沿射束路径111传播，与冲击表面(例如，第一表面162)形成角度α。本公开的光学系统304可以提供两个旋转运动，以在冲击位置115处将角度α调整到90度。
校准单元362，例如，一个或多个照相机或图像传感器，可用于通过透明工件160上的轮廓的图像来测量或校准激光射束112的位置和取向。如果需要，则平移台190可用于基于来自校准单元362的反馈而调整透明工件160相对于光学系统304的位置和高度。激光射束112的取向可以由光学系统304调整。
图4图示了光学系统304的示例性配置，其中光学系统304包括诸如非球面光学元件120、第一反射光学设备424、第一透镜130、第二反射光学设备430、以及第二透镜132之类的光学元件。非球面光学元件120可以是轴棱锥122，如图4中所描绘。非球面光学元件120也可以包括折射轴棱锥、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。第一反射光学设备424和第二反射光学设备430包括镜子。第一透镜130可以被配置为对激光射束112进行准直，而第二透镜132可以被配置为对激光射束112进行聚焦。
在一些实施例中，非球面光学元件120可以将入射激光射束112(例如，传入高斯射束)变换为准非衍射射束，其中准非衍射射束的瑞利范围ZR可以使用等式(32)来确定，其中无量纲发散因子FD为10或更大。无量纲发散因子FD也可以具有10至2000、50至1500、或100至1000的值。
第一和第二透镜可用于修改光学系统304的输出处的光斑尺寸和激光射束焦线长度。在一个示例性操作期间，激光射束112在光学系统304内部在第一反射光学设备424和第二反射光学设备430处被偏转。为了最小化射束形状扭曲，沿射束路径111或光轴的偏转角度可以维持在90度。
在一些实施例中，光学系统304包括第一部分416和第二部分418。第一部分416包括非球面光学元件120和第一反射光学设备424。第二部分418包括第一透镜130、第二反射光学设备430和第二透镜132。
在一些实施例中，光学系统304包括集成到第一部分416和第二部分418的相应部分中的第一旋转设备420(在本文中也被称为“第一扭矩电机”)和第二旋转设备426(在本文中也被称为“第二扭矩电机”)。第一旋转设备420和第二旋转设备426可以是电机，例如，直接驱动电机。直接驱动电机可以直接将动力传递到移动结构，而不依赖于任何传动齿轮。没有传动齿轮的反冲或滞后，直接驱动电机可以提供更高的速度，并且更重要地提供更高的准确度。直接驱动电机可以包括扭矩电机，其具有用于传递激光射束的中央空心轴。此外，扭矩电机可以包括计算系统和控制系统，例如，编码器，以用于准确地定位和跟踪由电机提供的旋转。由于在扭矩电机中在反馈设备与负载之间没有机械传动，因此位置编码器可以提供高分辨率以用于精确控制。
在光学系统304中，第一旋转设备420使第一部分416围绕第一轴线434旋转，而第二旋转设备426使第二部分418围绕第二轴线436旋转。在一些实施例中，第一轴线434可以与第二轴线436垂直。在该示例中，第一轴线434可以是笛卡尔坐标系中的竖直的Z轴(或C轴)，而第二轴线436可以是笛卡尔坐标系中的X轴或Y轴(或A轴)。
在一些实施例中，第二部分418可以与第一部分416一起围绕第一轴线434旋转。在该示例中，围绕第一轴线434的旋转是主要的，而围绕第二轴线436的旋转是次要的。
在一些实施例中，非球面光学元件120可以是静止的，并且不一定围绕第一轴线434旋转。在其他实施例中，第一透镜130可以围绕第一轴线434旋转，并且不一定围绕第二轴线436旋转。因此，在实施例中，第一部分416可以包括非球面光学元件120、第一反射光学设备424和第一透镜130，而第二部分418可以包括第二反射光学设备430和第二透镜132。在另一实施例中，第一部分416可以包括第一反射光学设备424和第一透镜130，而第二部分418可以包括第二反射光学设备430和第二透镜132。在一些实施例中，第一部分416包括第一反射光学设备424，而第二部分418包括第一透镜130、第二反射光学设备430和第二透镜132。
图5A图示了根据实施例的光学系统304的示例性设计。光学系统304包括第一部分416和第二部分418。光学系统304进一步包括第一旋转设备420和第二旋转设备426。在该示例中，第一部分416包括非球面光学元件120和第一反射光学设备424。在该示例中，第一旋转设备420包括扭矩电机。第一扭矩电机420包括定子420S和转子420R。定子420S可以是静止的，而转子420R可以旋转。非球面光学元件120和第一反射光学设备424可以附接到转子420R。
在一些实施例中，第一部分416进一步包括具有空心轴的滑环550。滑环550可用于向光学系统304的移动结构传递功率和电信号。在该示例中，激光射束(未示出)可以穿过滑环550的空心轴并穿过第一扭矩电机420，并照射到非球面光学元件120上。照射射束与非球面光学元件120的对准对于产生准非衍射射束至关重要。
在一些实施例中，第二部分418包括第一透镜130、第二反射光学设备430和第二透镜132。在该示例中，第二旋转设备426包括扭矩电机。第二扭矩电机426包括定子426S和转子426R。定子426S可以是静止的，而转子426R可以旋转。如图5A所描绘，第一透镜130、第二反射光学设备430和第二透镜132可以附接到转子426R。定子426S可以通过例如金属管和/或联轴器附接到第一部分416的转子420R。
非球面光学元件120、第一反射设备424、第一透镜130、第二反射光学设备430和第二透镜132之间的对准对于在光学系统304的输出处产生所需的准非衍射射束至关重要。因此，第一反射光学设备424和第二反射光学设备430处的光偏转角可以沿光轴保持为90度。
在一些实施例中，第一旋转设备420可以使第一部分416围绕第一轴线434旋转，而第二旋转设备426可以使第二部分418围绕第二轴线436旋转。第一轴线434可以包括竖直的Z方向上的C轴，而第二轴线436可以包括X方向或Y方向上的A轴。在一些实施例中，第二部分418也可以通过转子420R和定子426S之间的刚性连接围绕第一轴线434旋转。
在一些实施例中，如图5B所描绘，非球面光学元件120可以是静止的，并且不一定围绕第一轴线434旋转。在该示例中，非球面光学元件120可以附接到定子420S。在一些实施例中，第一部分416可以包括第一透镜130，其中第一透镜130可以围绕第一轴线434旋转而不一定围绕第二轴线436旋转。在该示例中，第一透镜130可以附接到转子420R。
图6图示了根据实施例的在操作期间处于第一和第二位置的示例性光学系统304。在该示例中，光学系统304包括第一部分416和第二部分418。第一部分416包括非球面光学元件120和第一反射光学设备424。第二部分418包括第一透镜130、第二反射光学设备430和第二透镜132。光学系统304进一步包括第一旋转设备420和第二旋转设备426。
在该示例中，第一部分416可以围绕第一轴线434旋转，而第二部分418可以围绕第二轴线436旋转。在该示例中，第一轴434可以是竖直的Z轴，而第二轴436可以是水平的X轴或Y轴。
在一些实施例中，第二部分418可以附接到第一部分416，并且也围绕第一轴线434旋转(如图6所描绘)。
在该示例中，图6中的虚线图示了在由第一旋转设备420驱动的围绕第一轴线434旋转180度之后光学系统304的光学元件的位置。作为第一部分416的一部分，非球面光学元件120和第一反射光学设备424围绕第一轴线434旋转180度。第二部分418也与第一部分416同时地围绕第一轴线434旋转180度，因为它附接到第一旋转设备420的旋转结构。
图7和图8示出了根据实施例的第二部分418围绕第二轴线436旋转的透视图和正视图。
在图7和图8中，第二旋转设备426、第一透镜130(未示出)、第二反射光学设备430和第二透镜132可以围绕第二轴线436旋转。在一些实施例中，第二轴线436可以是X方向或Y方向上的A轴。
在一些实施例中，光学系统304可以包括第一旋转设备420。第一旋转设备420可以围绕第一轴线434旋转。在一些实施例中，第一轴线434可以是竖直的Z方向上的C轴。在一些实施例中，光学系统304可以进一步包括滑环550。
往回参考图1A和图3，图示了根据实施例的用于对透明工件160的自由形态激光处理的方法。该方法包括使用系统300生成准非衍射射束112，其中系统300包括光源110和光学系统304。该方法还包括将准非衍射射束112引导到透明工件160上，从而在透明工件160内生成诱导吸收并产生缺陷。该方法进一步包括沿轮廓线165将准非衍射射束112相对于透明工件160移动，从而在透明工件160中形成具有多个缺陷172的轮廓170，其中准非衍射射束112在冲击位置115处被取向为与透明工件160的冲击表面(例如，第一表面162)正交。
参照图1A、图3和图4，准非衍射射束112可以被调整以通过光学系统304的旋转设备420和426在任何给定的冲击位置115处维持法向入射。为了维持准非衍射射束形状并在反射光学设备424/430处保持90度的偏转角，光学系统304不具有三个旋转自由度，而是具有两个旋转自由度。在任何给定的冲击位置115处实现法向入射包括：第一步，使第一旋转设备420围绕第一轴线434(例如，C轴)旋转，使得准非衍射射束112与透明工件160的入射平面可以垂直于第二轴线436(例如，A轴)，或者换句话说，平行于围绕第二轴线436的旋转平面。在任何给定的冲击位置处实现法向入射包括：第二步，使第二旋转设备426旋转，使得准非衍射射束112可以在入射平面内倾斜，并可以在冲击位置115处使其垂直于第一表面162。对于具有弯曲的冲击表面的三维透明工件160，当准非衍射射束112沿着轮廓线165移动到透明工件160的弯曲表面上的具有不同表面取向的不同位置时，准非衍射射束112和冲击表面162之间的正交取向可以由系统300维持。
如前所述，用于自由形态激光处理的系统300包括光源(或射束源110)、包括第一部分416和第二部分418的光学系统304、以及与第一部分416和第二部分418中相应的部分集成的第一扭矩电机420和第二扭矩电机426，其中第一扭矩电机420被配置为使第一部分416围绕第一轴线434旋转，其中第二扭矩电机426被配置为使第二部分418围绕第二轴线436旋转，并且其中第一轴线434垂直于第二轴线436。光学系统304包括非球面光学元件120、第一反射光学设备424、被配置为对光线进行准直的第一透镜130、第二反射光学设备430、以及被配置为对光线进行聚焦的第二透镜132。
图9是根据实施例的用于测量和校准准非衍射射束112的位置和取向的示例性方法900的流程图。方法900可以描述系统300的操作，如上文参照图1A-图8所讨论。应该理解的是，方法900中所示的操作不是穷举的，并且其他操作也可以在任何所示操作之前、之后或之间执行。在本公开的各实施例中，方法900的操作可以以不同的顺序执行和/或变化。
在步骤902处，可以通过使用校准单元362(在图3中示出)来捕获物体(例如，透明工件160)的轮廓(类似于图1A中的轮廓170)的图像。校准单元362可以包括任何视觉系统，诸如一个或多个照相机、图像传感器、三维扫描仪等，校准单元362也可以包括三维坐标测量机，诸如激光跟踪器。
在步骤904处，可以根据所捕获的图像中的一个或多个校准图案的位移来确定准非衍射射束112的运动。校准图案可以是具有尖锐对比度变化和/或可以数字地提取的任何点、线或角特征。
在步骤906处，可以将所捕获的图像中的一个或多个校准图案的所确定的位移与预定的位移进行比较。
在步骤908处，可以根据所捕获的图像中的一个或多个校准图案的所确定的位移与预定的位移的比较而产生差值。
在步骤910处，可以根据差值对准非衍射射束112的位置和取向进行校正。
在步骤912处，可以重复从902到910的先前步骤中的捕获、确定、比较、产生和校正操作，直到差值低于阈值，其中阈值包括20μm到40μm之间的值。阈值可以由系统300的分辨率确定。
虽然本文已经描述了各实施例，但它们是以示例而非限制的方式呈现的。应显而易见的是，基于本文呈现的教导和指导，改编和修改旨在落入所公开实施例的等同物的含义和范围内。因此，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以对本文公开的实施例进行形式和细节上的各种改变，而不背离本公开的精神和范围。本文提出的实施例的要素不一定是相互排斥的，而是可以互换以满足如本领域技术人员将理解的各种情况。
本公开的实施例在本文中参照附图中所示的实施例进行详细描述，其中类似的附图标记用于表示相同或功能相似的要素。对“一个实施例”、“实施例”、“一些实施例”、“在某些实施例中”等等的引用表示所描述的实施例可包括特定特征、结构或特性，但是，每一个实施例可以不一定都包括该特定特征、结构或特性。此外，此类短语不一定是指同一实施例。进一步地，当结合实施例来描述特定特征、结构或特性时，应当认为，无论是否明确地描述，结合其他实施例来实现此类特征、结构或特性在本领域的技术人员的知识范围内。
本公开的示例是说明性的，但不是限制性的。对本领域通常遇到的各种条件和参数的其他适当修改和改编，以及对本领域的技术人员来说是显而易见的其他适当修改和改编，都在本公开的精神和范围之内。
如本文所使用，术语“或”是包含性的；更具体地，短语“A或B”表示“A、B或A和B两者”。排他性的“或”在本文中例如由诸如“A或B中的任一个”和“A或B中的一个”的术语来指定。
用于描述元件或部件的不定冠词“一”和“一个”(“a”和“an”)意味着存在这些元件或部件中的一个或至少一个。尽管这些冠词通常用于表示被修饰的名词是单数名词，但如本文所使用，冠词“一”和“一个”(“a”和“an”)也包括复数，除非在特定实例中另有说明。类似地，如本文所使用的定冠词“该”(“the”)也表示被修饰的名词可以是单数或复数，同样除非在特定实例中另有说明。
如权利要求中所使用，“包括”是开放式的过渡短语。在过渡短语“包括”之后的要素列表是非排他性列表，使得除了列表中具体记载的那些要素之外的要素也可存在。如权利要求中所使用，“基本上由…组成”或“基本上由…构成”将材料的组成限制为所指定的材料和不会对材料的基本特性和新颖特性产生实质性影响的那些材料。如权利要求中所使用，“由…组成”或“完全由…构成”将材料的组成限制为所指定的材料并且排除任何未指定的材料。
术语“其中”被用作开放式的过渡短语，以引入对结构的一系列特性的叙述。
在本文中记载了包括上限值和下限值的数值范围的情况下，除非在特定情况下另有说明，否则该范围旨在包括其端点以及该范围内的所有整数和分数。当定义范围时，并不旨在将权利要求的范围限制为所记载的特定数值。此外，当量、浓度或其他值或参数作为范围、一个或多个优选范围、或上限优选值和下限优选值的列表被给出时，这应被理解为具体公开了由任何上限范围限制或优选值和任何下限范围限制或优选值中的任何一对形成的所有范围，而不管这些对是否被单独地公开。最后，当在描述值或范围的端点中使用术语“约”时，本公开应被理解为包括所指的特定值或端点。无论说明书中的数值或范围的端点是否记载了“约”，数值或范围的端点旨在包括两个实施例：一个由“约”修饰，并且一个未由“约”修饰。
如本文所使用，术语“约”是指量、尺寸、范围、配方、参数、和其他数量和特性不是也不需要是精确的，但可以根据需要是近似的和/或更大或更小，从而反映出公差、转换因子、舍入、测量误差等和本领域技术人员已知的其他因素。
本实施例已在上文借助示出指定的功能及其关系的实现方式的功能构建块进行了描述。为了便于描述，已在本文中任意地定义了这些功能构建块的边界。可以定义替代边界，只要适当地执行指定的功能及其关系即可。
应当理解的是，本文中使用的措辞或术语是出于描述的目的并且不是限制性的。本公开的宽度和范围不应该受到上面描述的示例性实施例中的任何一个的限制，而应当根据所附权利要求和它们的等效物进行定义。
Claims (25)
1.一种系统，包括：
光源；
光学系统，包括第一部分和第二部分；以及
第一扭矩电机和第二扭矩电机，与所述第一部分和所述第二部分中的相应部分集成，
其中，所述第一扭矩电机配置为使所述第一部分围绕第一轴线旋转；
其中，所述第二扭矩电机配置为使所述第二部分围绕第二轴线旋转；
其中，所述第一轴线垂直于所述第二轴线。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学系统包括：
非球面光学元件；
第一反射光学设备；
第一透镜，配置为对光线进行准直；
第二反射光学设备；以及
第二透镜，配置为对所述光线进行聚焦。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学系统进一步包括：非球面光学元件，所述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。
4.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述光学系统包括：第一反射光学设备和第二反射光学设备，所述第一反射光学设备和第二反射光学设备包括镜子。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一部分包括非球面光学元件和反射光学设备。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述第一部分进一步包括透镜。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一部分包括反射光学设备和透镜。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二部分包括反射光学设备和透镜。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述第二部分进一步包括另一透镜。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述光源产生具有脉冲串的脉冲激光射束，所述脉冲串包括针对每个脉冲串的两个或更多个子脉冲。
11.如权利要求1至10所述的系统，其中，所述光学系统配置为生成准非衍射射束。
12.如权利要求1至11所述的系统，其中，所述准非衍射射束包括：
波长λ；
光斑尺寸wo；以及
包括大于
的瑞利范围ZR的横截面，其中，FD是包括10或更大值的无量纲发散因子。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述无量纲发散因子FD包括从10到2000、从50到1500、或从100到1000的值。
14.如权利要求1至13所述的系统，进一步包括：编码器，配置为跟踪所述扭矩电机。
15.如权利要求1至14所述的系统，其中，所述第一轴线是笛卡尔坐标系中的竖直的Z轴，并且所述第二轴线是笛卡尔坐标系中的X轴或Y轴。
16.如权利要求1至15所述的系统，其中，所述系统被配置用于对透明工件进行激光处理。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述透明工件包括碱铝硅玻璃材料。
18.一种方法，包括：
由系统生成准非衍射射束；
将所述准非衍射射束引导到透明工件上，在所述透明工件内生成诱导吸收并产生缺陷；以及
由所述系统沿轮廓线将所述准非衍射射束相对于所述透明工件移动，在所述透明工件中形成具有多个缺陷的轮廓，
其中，所述准非衍射射束在冲击位置处被取向为与所述透明工件的冲击表面正交。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述透明工件的所述冲击表面是弯曲表面。
20.如权利要求18至19所述的方法，进一步包括：当所述准非衍射射束沿所述轮廓线移动到所述透明工件的弯曲表面上的具有不同表面取向的不同位置时，所述准非衍射射束和所述冲击表面之间的正交取向被维持。
21.如权利要求18至20所述的方法，其中，所述系统包括：
光源；
光学系统，包括第一部分和第二部分；以及
第一扭矩电机和第二扭矩电机，与所述第一部分和所述第二部分中的相应部分集成，
其中，所述第一扭矩电机配置为使所述第一部分围绕第一轴线旋转；
其中，所述第二扭矩电机配置为使所述第二部分围绕第二轴线旋转；
其中，所述第一轴线垂直于所述第二轴线。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述光学系统包括：
非球面光学元件；
第一反射光学设备；
第一透镜，配置为对光线进行准直；
第二反射光学设备；以及
第二透镜，配置为对所述光线进行聚焦。
23.一种方法，包括：
捕获物体的轮廓的图像；
根据所捕获的图像中的校准图案的位移来确定准非衍射射束的运动；
将所确定的位移与预定的位移进行比较；
根据所述比较产生差值；
根据所述差值对所述准非衍射射束的位置和取向进行校正；以及
重复捕获、确定、比较、产生以及校正步骤，直到所述差值低于阈值。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述阈值包括20μm到40μm之间的值。
25.如权利要求23或24所述的方法，进一步包括使用碱铝硅玻璃材料作为所述物体。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862738643P | 2018-09-28 | 2018-09-28 | |
| US62/738,643 | 2018-09-28 | ||
| PCT/US2019/052082 WO2020068573A2 (en) | 2018-09-28 | 2019-09-20 | Rotating light source utilized to modify substrates |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113056345A true CN113056345A (zh) | 2021-06-29 |
| CN113056345B CN113056345B (zh) | 2024-01-02 |
Family
ID=68109494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201980076000.0A Active CN113056345B (zh) | 2018-09-28 | 2019-09-20 | 用于对透明基板改性的系统和方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11633805B2 (zh) |
| EP (1) | EP3856445A2 (zh) |
| JP (1) | JP2022503883A (zh) |
| KR (1) | KR102569941B1 (zh) |
| CN (1) | CN113056345B (zh) |
| TW (1) | TW202026081A (zh) |
| WO (1) | WO2020068573A2 (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111347156A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-06-30 | 中国科学院微电子研究所 | 激光快速处理方法及装置 |
| DE102020123540A1 (de) | 2020-09-09 | 2022-03-10 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Fügen mindestens zweier Fügepartner |
| DE102020121283A1 (de) * | 2020-08-13 | 2022-02-17 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Laserbearbeitung eines werkstücks mit einer gekrümmten oberfläche |
| DE102020121287B4 (de) * | 2020-08-13 | 2024-02-15 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Laserbearbeitung eines werkstücks mit einer gekrümmten oberfläche und laserbearbeitungsanlage |
| KR102375235B1 (ko) * | 2020-09-08 | 2022-03-16 | 주식회사 필옵틱스 | 레이저 가공 시스템 및 방법 |
| DE102020134367A1 (de) | 2020-12-21 | 2022-06-23 | Trumpf Laser Gmbh | Vorrichtung zum Bearbeiten eines Materials |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04135087A (ja) * | 1990-09-26 | 1992-05-08 | Amada Co Ltd | ３次元自動制御装置付レーザ加工機 |
| CN1154283A (zh) * | 1995-10-06 | 1997-07-16 | 埃尔帕特朗尼股份公司 | 用于加工工件的光束或射束的检测和定位方法装置 |
| DE202006015539U1 (de) * | 2006-10-07 | 2006-12-28 | Sitec Industrietechnologie Gmbh | Laserbearbeitungskopf für CO2- und Festkörperlaserstrahlquellen |
| CN103639599A (zh) * | 2013-12-20 | 2014-03-19 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 一种激光去毛刺系统及方法 |
| CN104241168A (zh) * | 2014-07-09 | 2014-12-24 | 上海功源自动化技术有限公司 | 一种高精度晶圆背刻系统的方法及装置 |
| US20170252859A1 (en) * | 2014-11-19 | 2017-09-07 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | System for asymmetric optical beam shaping |
| WO2018064409A1 (en) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | Corning Incorporated | Apparatuses and methods for laser processing transparent workpieces using non-axisymmetric beam spots |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4205725B4 (de) * | 1991-02-25 | 2006-05-04 | General Scanning Inc., Watertown | Bewegungsmagnetgalvanometer |
| IT1297360B1 (it) * | 1997-12-31 | 1999-09-01 | Prima Ind Spa | Testa operatrice per una macchina laser |
| US7015418B2 (en) * | 2002-05-17 | 2006-03-21 | Gsi Group Corporation | Method and system for calibrating a laser processing system and laser marking system utilizing same |
| JP4418282B2 (ja) | 2004-03-31 | 2010-02-17 | 株式会社レーザーシステム | レーザ加工方法 |
| US8049135B2 (en) * | 2004-06-18 | 2011-11-01 | Electro Scientific Industries, Inc. | Systems and methods for alignment of laser beam(s) for semiconductor link processing |
| ES2309603T3 (es) | 2005-02-04 | 2008-12-16 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Procedimiento para la division de un movimiento relativo entre una pieza de trabajo y una herramienta de una maquina-herramienta. |
| US7321114B2 (en) * | 2005-03-10 | 2008-01-22 | Hitachi Via Mechanics, Ltd. | Apparatus and method for beam drift compensation |
| JP2009082938A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Sugino Mach Ltd | レーザ光線加工装置 |
| WO2009128219A1 (ja) | 2008-04-15 | 2009-10-22 | 株式会社リンクスタージャパン | 脆性材料基板の加工装置および切断方法 |
| EP2360505B1 (en) * | 2010-01-21 | 2017-03-01 | Olympus Corporation | Microscope apparatus |
| WO2014079478A1 (en) | 2012-11-20 | 2014-05-30 | Light In Light Srl | High speed laser processing of transparent materials |
| EP2754524B1 (de) | 2013-01-15 | 2015-11-25 | Corning Laser Technologies GmbH | Verfahren und Vorrichtung zum laserbasierten Bearbeiten von flächigen Substraten, d.h. Wafer oder Glaselement, unter Verwendung einer Laserstrahlbrennlinie |
| US9815730B2 (en) | 2013-12-17 | 2017-11-14 | Corning Incorporated | Processing 3D shaped transparent brittle substrate |
| CN107073642B (zh) * | 2014-07-14 | 2020-07-28 | 康宁股份有限公司 | 使用长度和直径可调的激光束焦线来加工透明材料的系统和方法 |
| DE102014116958B9 (de) | 2014-11-19 | 2017-10-05 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Optisches System zur Strahlformung eines Laserstrahls, Laserbearbeitungsanlage, Verfahren zur Materialbearbeitung und Verwenden einer gemeinsamen langgezogenen Fokuszone zur Lasermaterialbearbeitung |
| JP6636753B2 (ja) * | 2015-09-03 | 2020-01-29 | ファナック株式会社 | 姿勢による加工条件制御が可能な数値制御装置 |
| US10752534B2 (en) * | 2016-11-01 | 2020-08-25 | Corning Incorporated | Apparatuses and methods for laser processing laminate workpiece stacks |
| US11691909B2 (en) | 2016-11-30 | 2023-07-04 | Corning Incorporated | Textured glass for light extraction enhancement of OLED lighting |
| US11111172B2 (en) | 2016-11-30 | 2021-09-07 | Corning Incorporated | Basic additives for silica soot compacts and methods for forming optical quality glass |
| WO2018168347A1 (ja) * | 2017-03-15 | 2018-09-20 | 日本電産株式会社 | レンズの製造方法 |
-
2019
- 2019-09-20 CN CN201980076000.0A patent/CN113056345B/zh active Active
- 2019-09-20 JP JP2021517571A patent/JP2022503883A/ja active Pending
- 2019-09-20 EP EP19780500.5A patent/EP3856445A2/en active Pending
- 2019-09-20 KR KR1020217011899A patent/KR102569941B1/ko active IP Right Grant
- 2019-09-20 WO PCT/US2019/052082 patent/WO2020068573A2/en unknown
- 2019-09-26 US US16/583,733 patent/US11633805B2/en active Active
- 2019-09-26 TW TW108134768A patent/TW202026081A/zh unknown
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04135087A (ja) * | 1990-09-26 | 1992-05-08 | Amada Co Ltd | ３次元自動制御装置付レーザ加工機 |
| CN1154283A (zh) * | 1995-10-06 | 1997-07-16 | 埃尔帕特朗尼股份公司 | 用于加工工件的光束或射束的检测和定位方法装置 |
| DE202006015539U1 (de) * | 2006-10-07 | 2006-12-28 | Sitec Industrietechnologie Gmbh | Laserbearbeitungskopf für CO2- und Festkörperlaserstrahlquellen |
| CN103639599A (zh) * | 2013-12-20 | 2014-03-19 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 一种激光去毛刺系统及方法 |
| CN104241168A (zh) * | 2014-07-09 | 2014-12-24 | 上海功源自动化技术有限公司 | 一种高精度晶圆背刻系统的方法及装置 |
| US20170252859A1 (en) * | 2014-11-19 | 2017-09-07 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | System for asymmetric optical beam shaping |
| WO2018064409A1 (en) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | Corning Incorporated | Apparatuses and methods for laser processing transparent workpieces using non-axisymmetric beam spots |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102569941B1 (ko) | 2023-08-23 |
| EP3856445A2 (en) | 2021-08-04 |
| TW202026081A (zh) | 2020-07-16 |
| US11633805B2 (en) | 2023-04-25 |
| WO2020068573A2 (en) | 2020-04-02 |
| CN113056345B (zh) | 2024-01-02 |
| US20200101562A1 (en) | 2020-04-02 |
| JP2022503883A (ja) | 2022-01-12 |
| WO2020068573A3 (en) | 2020-09-17 |
| KR20210054579A (ko) | 2021-05-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114096371B (zh) | 用于透明工件的大角度激光加工的相位修改准非衍射激光射束 | |
| CN109803786B (zh) | 使用非轴对称束斑对透明工件进行激光加工的设备和方法 | |
| CN113056345B (zh) | 用于对透明基板改性的系统和方法 | |
| US11629088B2 (en) | Actively controlled laser processing of transparent workpieces | |
| TWI798401B (zh) | 用於透明工件堆疊的選擇性雷射處理的方法 | |
| CN110494255B (zh) | 使用相移焦线激光加工透明工件的装置和方法 | |
| CN113646123A (zh) | 透明工件的激光加工 | |
| US11858063B2 (en) | Phase-modified quasi-non-diffracting laser beams for high angle laser processing of transparent workpieces | |
| EP3990209B1 (en) | Method of laser processing of transparent workpieces using curved quasi-non-diffracting laser beams | |
| CN111770901A (zh) | 由透明母片激光形成透明制品以及原位加工透明制品的方法 | |
| US20190300418A1 (en) | Methods for laser processing rough transparent workpieces using pulsed laser beam focal lines and a fluid film | |
| US20210387286A1 (en) | Phase-modified quasi-non-diffracting laser beams for high angle laser processing of transparent workpieces | |
| KR20230020534A (ko) | 탑햇 에너지 분포를 사용하여 코팅 기판을 레이저 가공하는 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |