CN115210032A - 用于透明工件的高角度激光处理的相位修正的准无绕射激光束 - Google Patents

Abstract

一种用于处理透明工件的方法，其包括：将激光束引导到透明工件中。经引导到透明工件中的激光束的一部分包括激光束焦线且产生诱导吸收，从而在透明工件内产生缺陷。激光束焦线包括波长λ、束斑大小w_o、大于

的瑞利(Rayleigh)范围Z_R，其中F_D为10或为更大的值及内部焦线角大于10°。激光束焦线进一步包括透明工件内的圆角谱和多条射线。当会聚以在透明工件内形成圆角谱时，多条射线中的每条射线具有相同的相位φ。

Description

用于透明工件的高角度激光处理的相位修正的准无绕射激 光束

本申请案要求2020年2月3日所申请的美国临时专利申请案号62/969,216的优先权，其全部内容通过引用合并于本文中。

技术领域

本说明书大体上涉及用于激光处理透明工件的设备和方法；更具体来说，本说明书涉及包括激光束焦线的激光束，该等激光束为准无绕射，且当激光束在一非垂直入射角处经引导至透明工件时该等激光束保持准无绕射特性。

背景技术

对材料进行激光处理的领域包含各种应用，该等各种应用涉及了对不同类型的材料进行切割、钻孔、铣削、焊接及熔化等。在这些处理中，特别有趣的是在可用于生产材料(如用于薄膜晶体管(TFT)的玻璃、蓝宝石或熔融石英或用于电子装置的显示材料)的处理中切割或分离不同类型的透明基板。

从工艺开发和成本的角度来看，在切割和分离玻璃基板方面有很多改进的机会。与市场上目前正在实施的分离玻璃基板的方法相比，具有更快、更清洁、更便宜、更可重复且更可靠的分离玻璃基板的方法引起了极大的兴趣。分离玻璃基板的许多方法会导致易于破裂的正方形分离边缘且经常被加工成具有斜角或倒圆角，以最小化破裂的机会。当前，通常使用机械手段(如机械研磨和抛光)来完成非正方形边缘。然而，这些处理会产生玻璃粉尘和颗粒，必须通过额外的涉及清洗或化学处理的过程步骤来进行清洁。因此，需要用于分离玻璃基板的替代的改进方法，其以无颗粒且高产量的处理来代替常规的边缘修整处理。

发明内容

根据本申请案的一个实施方式，一种用于处理透明工件的方法包括：在入射位置处沿着光束路径定向的激光束经引导到透明工件的入射表面中。经引导到透明工件的激光束的一部分是激光束焦线且产生诱导吸收以在透明工件内产生缺陷。激光束焦线包括波长λ、束斑大小w_o、大于

的瑞利(Rayleigh)范围Z_R(其中F_D是包含10或更大值的无量纲发散因子)，及大于10°的在入射位置处相对于与入射表面正交的平面的内部焦线角，从而使缺陷在透明工件内具有大于10°的在入射位置处相对于与入射表面正交的平面的缺陷角。激光束焦线进一步包括透明工件内的圆角谱及多条射线。当会聚以在透明工件内形成圆角谱时，多条射线中的每条射线具有相同的相位φ。

将在下文的[实施方式]中阐述本文所述的处理和系统的附加特征和优势，且对于所属技术领域中一般技术人员而言，部分的该等附加特征和优势将从[实施方式]显而易见，或通过实施本文所述的实施方式(包括下文的[实施方式]、权利要求书及附图)而了解部分的该等附加特征和优势。

应当理解，前文的[发明内容]和下文的[实施方式]皆描述了各种实施方式，且旨在提供用于理解所要求保护目标的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供对各种实施方式的进一步理解，且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本文所述的各种实施方式，且与说明书一起用于解释所要求保护目标的原理和操作。

附图说明

在附图中阐述的实施方式本质上是说明性和示例性的，且不旨在限制由权利要求书限定的目标。当结合附图阅读时，可理解说明性实施方式的下文详细描述，其中相同的结构用相同的元件符号指示，且该等附图中：

图1A示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之在透明工件中形成缺陷的轮廓(每个缺陷具有缺陷角)的激光的实施方式的立体图；

图1B示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之在透明工件中形成缺陷的轮廓(每个缺陷具有缺陷角)的激光的另一实施方式的立体图；

图1C示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之在透明工件中形成缺陷的轮廓(每个缺陷具有缺陷角)的激光的实施方式的侧视图；

图2A示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之用于激光处理透明工件的光学组件，该光学组件包括光束源、自适应相变光学元件和透镜组件；

图2B示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之用于激光处理透明工件的光学组件，该光学组件包括光束源、静态相变光学元件和透镜组件；

图3A示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之在相位改变激光束之后的激光束的椭圆角谱；

图3B示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之用于对激光束进行相位改变的相位掩模；

图4A示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之椭圆形的轴锥的顶视图；

图4B示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之图4A的椭圆形的轴锥的侧视图；

图5A示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之激光束的横截面；

图5B示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之激光束的横截面；

图5C示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之激光束的横截面；

图6A示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之用于对激光束进行相位改变的相位掩模；

图6B示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之用于对激光束进行相位改变的相位掩模；

图6C示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之用于对激光束进行相位改变的相位掩模；

图7A示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之透明工件和激光束焦线的侧视图；

图7B示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之透明工件和激光束焦线的侧视图；

图7C示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之透明工件和激光束焦线的侧视图；

图8A图形地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之示例性脉冲突发内的激光脉冲的相对强度与时间的关系；

图8B图形地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之另一示例性脉冲突发内的激光脉冲的相对强度与时间的关系；

图8C图形地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之激光脉冲的强度与距离的关系；

图9A示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之具有成角度的缺陷的轮廓的透明工件的侧视图；

图9B示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方式之两个经分离的制品(其由图9A的透明工件形成)的侧视图，每个经分离的制品包括成角度的边缘；

图10A示意性地描绘了根据本文所述的一个或多个实施方式之具有成角度的缺陷的闭合弯曲轮廓的透明工件的侧视图；

图10B示意性地描绘了根据本文所示和所述的一个或多个实施方式之经分离的制品(其由图10A的透明工件形成)的侧视图，经分离的制品包括具有成角度的边缘的圆锥形孔；

图11A示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方式之透明工件的侧视图，该透明工件具有从入射表面延伸到边缘表面的缺陷的轮廓和从相反表面延伸到边缘表面的缺陷的轮廓；

图11B示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方式之经分离的制品(其由图11A的透明工件形成)的侧视图，经分离的制品包括斜切边缘；

图12图示了根据本文示出和描述的一个或多个实施方式之在透明工件中形成的缺陷的侧视图；

图13图示了根据本文示出和描述的一个或多个实施方式之在图12的透明工件中形成的缺陷的侧视图；及

图14图形地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方式之在图12的透明工件中形成的缺陷的表面轮廓。

具体实施方式

现在将详细参考用于激光处理透明工件(如玻璃工件)的处理的实施方式，其示例在附图中示出。将尽可能地在所有附图中使用相同的元件符号指代相同或相似的部件。

根据本文所述的一个或多个实施方式，可对透明工件进行激光处理以在透明工件中形成轮廓，该轮廓包括一系列沿着预定分脱机(其用于将透明工件分离成两个或多个经分离的制品)的缺陷。每个缺陷包括大于10°的缺陷角，使得在沿着轮廓分离透明工件之后，所得的经分离制品包括具有大于10°的边缘角的成角度的边缘。可使用经聚焦到激光束焦线中的低绕射光束(如准无绕射光束)在透明工件中形成缺陷。

使用当前方法，当以相对于法线入射的增加角度(例如，从法线入射大于10°的角度)将光束引导到透明工件中时，扩展焦点激光束(例如，准无绕射光束)的绕射和发散增加；因此，难以形成一系列的大角度缺陷以利于将透明工件分离成具有成角度的边缘的经分离制品。例如，使用先前的激光处理技术，当激光束以倾斜、弯曲或阶梯状的面进入透明工件时，像差经引入至光束中。对于贝索(Bessel)光束来说，当光束在透明工件内部传播时，这些像差会导致峰值光束强度大大降低，从而降低质量或甚至防止形成大角度缺陷。尽管不受理论的限制，但峰值光束强度会降低，因在常规的倾斜切割中，标准贝索光束的中心波瓣分裂成多个波瓣；因此，任何分裂波瓣的峰值强度都小于非像差贝索光束的中心波瓣的峰值强度。尽管仍不希望受到理论的限制，但像差也会导致光束的瑞利范围减小。因此，需要改进的激光处理透明工件的方法。因此，本文所述的方法使用经相变的成角度的激光束焦线，使得激光束焦线在透明工件内沿激光束焦线的长度表现出最小的发散，以形成高角度缺陷的轮廓及助于形成具有成角度的边缘的经分离的制品。本文中具体参考附图描述了方法。

如本文所使用，“激光处理”包括将激光束引导到透明工件上及/或透明工件中。在一些实施方式中，激光处理进一步包括：例如，沿着轮廓线或其他路径相对于透明工件平移激光束或相对于激光束平移透明工件。激光处理的示例包括使用激光束形成包括一系列延伸到透明工件中的缺陷的轮廓及/或使用红外激光束加热透明工件。激光处理可沿着一个或多个期望的分脱机分离透明工件。然而，在一些实施方式中，可利用附加的非激光步骤(如施加机械力)来沿着一个或多个期望的分脱机分离透明工件。

如本文所使用，激光束的“角谱”是指激光束的傅立叶光谱在空间频域中的分布。具体来说，角谱表示一组平面波，此组平面波的求和重新产生原始光束。角谱亦可称为激光束的空间频率分布。

如本文所使用，“束斑”是指在透明工件的入射表面(即，激光束首先入射在其上的透明工件的表面)处的激光束的入射位置处的激光束的横截面(例如，光束横截面)。束斑是入射位置的横截面。在本文所述的实施方式中，束斑有时被称为“轴对称”或“非轴对称”。如本文所使用，轴对称是指绕中心轴形成的任意旋转角度对称的形状或看起来相同的形状，及“非轴对称”是指绕中心轴形成的任意旋转角度不对称的形状。旋转轴(例如，中心轴)最常被视为激光束的光轴(传播轴)，此光轴是沿光束传播方向(在此称为z方向)延伸的轴。

如本文所使用，“上游”和“下游”是指沿着光束路径的两个位置或分量相对于光束源的相对位置。例如，若第一分量沿着激光束所遍历的路径比第二分量更靠近光束源，则第一分量在第二分量的上游，及若第一定位(位置)沿着激光束所遍历的路径比第二定位(位置)更靠近光束源，则第一定位(位置)在第二定位(位置)的上游。

如本文所使用，“激光束焦线”是指激光束的光射线相互作用(例如，交叉)的图案，此激光束形成沿光束传播方向拉长的聚焦区域。在常规的激光处理中，激光束经紧密地聚焦到焦点。焦点是激光束最大强度的点；焦点位于透明工件中的焦平面上。对之，在焦线的拉长的聚焦区域中，激光束的最大强度的区域延伸超过一点至与光束传播方向对准的线。通过会聚相交(例如，交叉)的光射线以形成与光束传播方向对准的连续的一系列焦点而形成焦线。使用准无绕射束来形成本文所述的激光束焦线；本文所述的激光束焦线在数学上详细定义如下。

如本文所使用，“轮廓线”对应于因激光束与透明工件的相对运动导致的激光束与透明工件的入射表面的交点的集合。轮廓线可以是线性的、成角度的、多边形的或弯曲的形状。轮廓线可以是闭合的(即，在透明工件的表面上限定封闭区域)或敞开的(即，在透明工件的表面上未限定封闭区域)。轮廓线表示边界，沿着此边界有助于将透明工件分成两个或更多个部分。分离是自发发生的，或在外部热能或机械能的帮助下发生的。

如本文所使用，“轮廓”是指通过激光束和透明工件沿着轮廓线的相对运动而在由激光束形成的透明工件中的一组缺陷。缺陷沿着轮廓线间隔开且完全包含在透明工件的内部及/或穿过一个或多个表面延伸到透明工件的内部。缺陷亦会延伸到透明工件的整个厚度。通过沿着轮廓连接缺陷(如通过裂纹的传播)发生透明工件的分离。

如本文所使用，“缺陷”是指透明工件已由激光束焦线修改的区域。缺陷包括透明工件的区域，此些区域具有经修改的折射率(相对于透明工件的周围未修改的区域而言)。常见缺陷包括结构修改区域，如在由激光束焦线产生的透明工件中的空隙、裂纹、划痕、缺陷、孔眼、穿孔、致密化或其他变形。在本文的各种实施方式中，缺陷亦可称为缺陷线或损伤轨迹。通过激光束焦线与透明工件的相互作用来形成缺陷或损伤轨迹。如下文更全面地描述的，激光束焦线是由脉冲激光产生的。沿着轮廓线的特定位置处的缺陷由在特定位置处的单个激光脉冲、在特定位置处的子脉冲的脉冲突发或在特定位置处的多个激光脉冲产生的焦线形成。激光束和透明工件沿轮廓线的相对运动会导致形成轮廓的多个缺陷。

如本文所使用，短语“透明工件”是指由玻璃、玻璃陶瓷或其他透明材料形成的工件，其中如本文所用的术语“透明”是指工件对于指定的脉冲激光波长具有小于每毫米材料深度的20％的线性光学吸收。在实施方式中，对于指定的脉冲激光波长，透明工件的线性光学吸收小于每毫米材料深度的10％，或对于指定的脉冲激光波长，透明工件的线性光学吸收如小于每毫米材料深度的1％。除非另有说明，否则透明工件的线性光学吸收小于每毫米材料深度的约20％。透明工件可具有约50微米(μm)至约10mm(如约100μm至约5mm，或约0.5mm至约3mm)的深度(例如厚度)。透明工件可包括由玻璃合成物形成的玻璃工件，此等玻璃合成物如硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃、碱金属铝硅酸盐、碱土金属铝硅酸盐玻璃、碱土金属硼铝硅酸盐玻璃、熔融石英或晶体材料(如蓝宝石、硅、砷化镓)或其组合。在一些实施方式中，可在激光处理透明工件之前或之后通过热回火来增强透明工件。在一些实施方式中，玻璃可为可离子交换的或离子交换的，使得玻璃合成物可在激光处理透明工件之前或之后进行离子交换或已进行离子交换以进行玻璃强化。例如，透明工件可包括离子交换或可离子交换玻璃，如可从纽约州康宁市的康宁公司获得的Corning

Glass(例如，代码2318、代码2319和代码2320)。此外，这些可离子交换或离子交换的玻璃可具有自约6ppm/℃至约10ppm/℃的热膨胀系数(CTE)。其他示例性透明工件可包括可从纽约州康宁市的康宁公司获得的EAGLE

及CORNING LOTUS^TM。此外，透明工件可包括对激光的波长透明的其他成分，例如玻璃陶瓷或晶体，如蓝宝石或硒化锌。

在离子交换过程中，例如通过将透明工件部分或完全浸没在离子交换浴中，以具有相同化合价或氧化态的较大的离子代替透明工件表面层中的离子。用较大的离子替换较小的离子会导致一层压应力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(此称为层深度)。压应力由一层拉应力(此称为中心拉力)平衡，以使玻璃板中的净应力为零。在玻璃板表面上形成压应力使玻璃坚固且抗机械损伤，因此减轻了玻璃板因未延伸至层深度的缺陷而导致的灾难性破坏。在一些实施方式中，透明工件的表面层中的较小的钠离子与较大的钾离子交换。在一些实施方式中，表面层中的离子和较大的离子是一价碱金属阳离子，如Li⁺(当存在于玻璃中时)、Na⁺、K⁺、Rb⁺和Cs⁺。替代地，表面层中的一价阳离子可由碱金属阳离子以外的一价阳离子代替，如Ag⁺、Tl⁺及Cu⁺等。

如本文所使用，术语“准无绕射光束”用于描述具有低光束发散的激光束，如下文以数学描述。具体来说，在本文描述的实施方式中，激光束用于形成缺陷的轮廓。如图所示，激光束具有强度分布I(X，Y，Z)，其中Z是激光束的光束传播方向，且X和Y是与光束传播方向正交的方向。X方向和Y方向亦可称为横截面方向，且X-Y平面亦可称为横截面平面。坐标和方向X、Y和Z在本文中也分别称为x、y和z。横截面中的激光束的强度分布可称为横截面强度分布。

准无绕射激光束可通过将绕射激光束(如高斯(Gaussian)光束)入射到相变光学元件之中、此相变光学元件之上及/或通过此相变光学元件来形成以修改光束的相位、以减少光束发散及增加瑞利范围(如下文以数学定义)，此相变光学元件如自适应相变光学元件(例如，空间光调变器、自适应相位板、可变形镜等)及静态相变光学元件(例如，静态相位板、如轴锥的非球面光学元件或诸如此类)。准无绕射光束的例子包括高斯-贝索光束、艾里(Airy)光束、韦伯(Weber)光束和贝索光束。此外，下文更详细地描述包括相变光学元件的光学组件。

不受理论的限制，光束发散指的是沿光束传播方向(即Z方向)的光束横截面的扩大率。本文讨论的光束横截面的一个示例是投射到透明工件160上的激光束112的束斑114(图1A)。绕射是导致激光束发散的一因素。其他因素包括由形成激光束的光学系统或界面处的折射和散射引起的聚焦或散焦。用于形成轮廓缺陷的激光束由激光束焦线形成。激光束焦线具有低发散和弱绕射。激光束的发散由瑞利范围Z_R表征，瑞利范围Z_R与强度分布的变异数σ²和激光束的光束传播因子M²有关。在下文的讨论中，将使用笛卡尔坐标系来表示方程式。使用所属技术领域中一般技术人员已知的数学技术可获得其他坐标系的对应表达式。可在SPIE Symposium Series Vol.1224(1990)第2页中的A.E.Siegman的题为“激光谐振器的新进展(New Developments in Laser Resonators)”及R.Borghi和M.Santarsiero在Optics Letters Vol.22(5)262(1997)的“贝索-高斯光束的M²因子(M² factor of Bessel-Gauss beam)”的文章中找到光束发散的更多信息，其公开内容通过引用整体并入本文中。可在题为“激光和与激光相关设备—激光束宽度、发散角和光束传播比的测试方法—第1部分：无像散和简单像散光束(Lasers and laser-related equipment—Test methods forlaser beam widths,divergence angles and beam propagation ratios—Part 1:Stigmatic and simple astigmatic beams)”的国际标准ISO 11146-1：2005(E)、题为“激光和与激光相关设备—激光束宽度、发散角和光束传播比的测试方法—第2部分：普通像散光束(Lasers and laser-related equipment—Test methods for laser beam widths,divergence angles and beam propagation ratios—Part 2:General astigmaticbeams)”的ISO 11146-2：2005(E)及题为“激光和与激光相关设备—激光束宽度、发散角和光束传播比的测试方法—第3部分：本征和几何激光束的分类、传播和测试方法的细节(Lasers and laser-related equipment—Test methods for laser beam widths,divergence angles and beam propagation ratios—Part 3:Intrinsic andgeometrical laser beam classification,propagation and details of testmethods)”的ISO 11146-3：2004(E)中找到其他信息，其公开内容通过引用整体并入本文中。

具有时间平均强度分布I(x,y,z)的激光束强度分布的质心的空间坐标由以下表达式给出：

这些表达式也被称为维格纳(Wigner)分布的第一时刻，并在ISO 11146-2：2005(E)的第3.5节中进行了描述。这些表达式的测量在ISO 11146-2：2005(E)的第7节中进行了描述。

变异数是在横截面(X-Y)平面上的激光束强度分布的宽度的量度，此宽度的量度是位置z在光束传播方向(Z方向)上的函数。对于任意激光束，X方向上的变异数可以与Y方向上的变异数不同。我们让

和

分别表示X方向上和Y方向上的变异数。特别令人感兴趣的是近场极限和远场极限的变异数。我们让

和

分别表示近场极限中X方向上和Y方向上的变异数，并让

和

分别表示远场极限中的X方向上和Y方向上的变异数。对于具有时间平均强度分布I(x,y,z)的激光束，其具有傅立叶变换

(其中v_x和v_y分别是X方向和Y方向上的空间频率)，X方向上和Y方向上的近场变异数和远场变异数由以下表达式给出：

变异数的量

及

亦称为维格纳分布的对角元素(参见ISO 11146-2：2005(E))。可使用ISO 11146-2：2005(E)第7节中描述的测量技术对实验激光束的这些变异数进行量化。简而言之，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)，此有限空间区域近似于定义变异数和质心坐目标积分方程的无限积分区域。通过ISO 11146-2：2005(E)第7节中描述的迭代测量程序的收敛，可决定适当的测量区域范围、背景减法和检测器像素分辨率。由像素化检测器所测量的强度值数组从数值上计算出由公式1-6给出的表达式的数值。

通过傅立叶变换，任意光束的横向振幅分布

(其中

)和任意光束的角谱(通常称为空间频率分布)

(其中

)之间的关系可显示为以下方程序：

在方程式(7)和方程式(8)中，

和

是

和

的最小值，此等最小值分别出现在x方向和y方向上的腰部位置z_0x和z_0y处，及λ是激光束的波长。方程式(7)和方程式(8)指示

和

沿任何自与激光束的腰部位置(例如，激光束焦线的腰部)有关的最小值的方向随着z平方增加。此外，在本文描述的实施方式中，包括轴对称的束斑114，从而包括轴对称强度分布I(x,y),

且在本文描述的实施方式中，包括非轴对称的束斑114，从而包括非轴对称强度分布I(x,y),

即，

或

可根据光束传播因子M²重写方程式(7)和方程式(8)，其中将x方向和y方向之个别的光束传播因子

和

定义为：

重新排列方程式(9)和方程式(10)，及将重新排列的方程式(9)和方程式(10)代入方程式(7)和(8)得出：

此等方程式可改写为：

其中分别在x方向上和y方向上的瑞利范围Z_Rx和Z_Ry由以下方程序得出：

瑞利范围对应于其上激光束的变异数加倍(相对于光束束腰的位置处的变异数)的距离(相对于如ISO 11146-1：2005(E)第3.12节中定义的束腰位置)，及瑞利范围是对激光束横截面发散度的度量。此外，在本文描述的实施方式中，包括轴对称的束斑114从而包括轴对称强度分布I(x,y),Z_Rx＝Z_Ry，且在本文描述的实施方式中，包括非轴对称的束斑114从而包括非轴对称强度分布I(x,y),Z_Rx≠Z_Ry；即，Z_Rx<Z_Ry或Z_Rx>Z_Ry。瑞利范围也可观察为沿光轴的距离，在此距离处光强度衰减到其在束腰位置(最大强度位置)所被观察到的值的一半。具有较大瑞利范围的激光束与具有较小瑞利范围的激光束相比，此具有较大瑞利范围的激光束具有较低的发散度且在沿光束传播方向的距离上扩展更慢。

可通过使用描述激光束的强度分布I(x,y,z)将以上方程序应用于任何激光束(不仅是高斯光束)。对于高斯光束的TEM₀₀模式，强度分布由下式给出：

其中w_o是半径(定义为光束强度在束腰位置z_o处减小到光束的峰值光束强度的1/e²处的半径)，从方程式(17)和上述方程式，我们得到TEM₀₀高斯光束的以下结果：

其中Z_R＝Z_Rx＝Z_Ry。对于高斯光束，还要注意，

光束的横截面以形状和尺寸为特征。光束横截面的尺寸以光束的束斑尺寸为特征。对于高斯光束，束斑大小通常定义为光束强度降低到其最大值的1/e²时的径向范围，在方程式(17)中表示为w_o。高斯光束的最大强度出现在强度分布的中心(x＝0和y＝0(笛卡尔)，或r＝0(圆柱))，且用于确定束斑大小的径向范围是相对于中心进行测量的。

具有轴对称(即，围绕光束传播轴Z旋转对称)横截面的光束可通过如ISO 11146-1：2005(E)第3.12节中规定的在束腰位置处测量的单一尺寸或束斑尺寸来表征。对于高斯光束，方程式(17)显示束斑大小等于w_o，根据方程式(18)，束斑大小对应于2σ_0x或2σ_0y。对于具有轴对称横截面(如圆形横截面)的轴对称光束，σ_0x＝σ_0y。因此，对于轴对称光束，可用单个束斑尺寸参数(其中w_o＝2σ₀)表征横截面尺寸。可为非轴对称光束的横截面(其中σ_0x≠σ_0y这与轴对称光束不同)类似地定义束斑大小。因此，当光束的束斑尺寸是非轴对称时，有必要用两个束斑尺寸参数w_ox和w_oy分别在x方向和y方向上表征非轴对称光束的横截面尺寸，其中，

w_ox＝2σ_0x (25)

w_oy＝2σ_0y (26)

此外，对于非轴对称光束缺乏轴向(即，任意旋转角度)对称性意味着σ_0x和σ_0y的值的计算结果将取决于X轴和Y轴的取向的选择。ISO 11146-1：2005(E)将这些参考轴称为功率密度分布的主轴(第3.3-3.5节)，在下文的讨论中，我们将假定X轴和Y轴与这些主轴对齐。此外，X轴和Y轴可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)可用于定义非轴对称光束的束斑尺寸参数的最小值(w_o，min)和最大值(w_o，max)：

w_o，min＝2σ_0，min (27)

w_o，max＝2σ_0，max (28)

其中2σ_0，min＝2σ_0x(φ_min，x)＝2σ_0y(φ_min，y)和2σ_0，max＝2σ₀x(φ_max，x)＝2σ_0y(φ_max，y)。可通过长宽比来量化光束横截面的轴向不对称度，其中长宽比定义为w_o，max与w_o，min之比。对称光束的横截面的长宽比为1.0，而椭圆形和其他非轴对称光束的横截面的长宽比大于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及大于10.0等。

为了促进沿着光束传播方向(例如，透明工件的深度尺寸)的透明工件中的缺陷的均匀性，可使用具有低发散的激光束。在一个或多个实施方式中，可利用具有低发散的激光束来形成缺陷。如上所述，发散可由瑞利范围来表征。对于非轴对称光束，主轴X和主轴Y的瑞利范围分别由X方向和Y方向的方程式(15)和方程式(16)定义，其中可表明，对于任何实际光束，

和

其中

和

由激光束的强度分布确定。对于对称光束，瑞利范围在X方向和Y方向上相同并由方程式(22)或方程式(23)表示。低发散与瑞利范围的大值和激光束的弱绕射有关。

具有高斯强度分布的光束可能不太适合用于激光处理以形成缺陷，因为当聚焦到足够小的束斑尺寸(如微米范围内的束斑尺寸，如约1-5μm或约1-10μm)时，为了获得足以修饰如玻璃的材料的激光脉冲能量，此等光束在很短的传播距离内会具有很高的绕射和发散性。为了实现低发散，期望控制或优化脉冲激光束的强度分布以减少绕射。脉冲激光束可以是非绕射或弱绕射的。弱绕射的激光束包括准无绕射激光束。代表性的弱绕射激光束包括贝索光束、高斯贝索光束、艾里光束、韦伯光束和马修(Mathieu)光束。

对于非轴对称光束，瑞利范围Z_Rx和Z_Ry不相等。方程式(15)和方程式(16)表明Z_Rx和Z_Ry分别取决于σ_0x和σ_0y，且在上文中我们注意到，σ_0x和σ_0y的值取决于X轴和Y轴的方向。Z_Rx和Z_Ry的值将相应地变化，且每个值将具有与主轴相对应的最小值和最大值，且任意光束分布Z_Rx，min和Z_Ry，min的Z_Rx的最小值(其表示为Z_Rx，min)及Z_Ry的最小值(其表示为ZR_y，min)可由以下方程序给出：

及

由于激光束的发散在具有最小瑞利范围的方向上发生在较短的距离上，因此可控制用于形成缺陷的激光束的强度分布，以使Z_Rx和Z_Ry的最小值(或对于轴对称光束来说，Z_R的值)尽可能大。由于对于非轴对称光束来说，Z_Rx的最小值Z_Rx，min和Z_Ry的最小值Z_Ry，min不同，因此可使用具有形成损伤区域时使Z_Rx，min和Z_Rx，min中的较小者尽可能大的强度分布的激光束112。

在不同的实施方式中，Z_Rx，min和Z_Rx，min中的较小者(或对于轴对称光束来说，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的范围内及在300μm至2mm的范围内等。

针对工件为透明的不同波长，此处指定的Z_Rx，min和Z_Rx，min中的较小者的值和范围(或对于轴对称光束来说，Z_R的值)可通过调整在方程式(27)中定义的束斑尺寸参数w_o，min来实现。在不同的实施方式中，束斑尺寸参数w_o，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至10μm的范围中、在0.25μm至5.0μm的范围中、在0.25μm至2.5μm的范围中、在0.50μm至10μm的范围中、在0.50μm至5.0μm的范围中、在0.50μm至2.5μm的范围中、在0.75μm至10μm的范围中、在0.75μm至5.0μm的范围中、在0.75μm至2.5μm的范围中等。

非绕射或准无绕射光束通常具有复杂的强度分布，如那些相对于半径非单调递减的强度分布。类似于高斯光束，可将非轴对称光束的有效束斑尺寸w_o,eff定义为在任何方向上距最大强度(r＝0)的径向位置的最短径向距离，在此距离处强度降低到最大强度的1/e²。此外，对于轴对称光束，w_o,eff是距最大强度(r＝0)的径向位置的径向距离，在此距离处强度降低到最大强度的1/e²。可使用用于非轴对称光束的方程式(31)及用于轴对称光束的方程式(32)来将基于非轴对称光束的有效束斑尺寸w_o,eff或轴对称光束的束斑尺寸w_o的瑞利范围标准指定为形成损坏区域的非绕射或准无绕射光束，方程式(31)和方程式(32)如下所示：

其中F_D是无量纲发散因子，其值为至少10、至少50、至少100、至少250、至少500、至少1000、在约10至约2000的范围内、在约50至约1500的范围内及在约100至约1000的范围内。通过将方程式(31)与方程式(22)或(23)进行比较，可看到，对于非绕射或准无绕射光束来说，在其上有效光束尺寸加倍的距离(在方程式(31)中的Z_Rx,min,Z_Ry,min中的较小者)是使用典型高斯光束分布时预期距离的F_D倍。无量纲发散因子F_D提供了确定激光束是否为准无绕射的标准。如本文所使用，若激光束的特性满足具有F_D≥10的值的方程式(31)或方程式(32)，则激光束112视为是准无绕射的。随着F_D值增加，激光束112接近更接近完美的非绕射状态。此外，应当理解，方程式(32)仅是方程式(31)的简化，且因此，方程式(31)在数学上描述了轴对称和非轴对称脉冲激光束两者的无量纲发散因子F_D。

现在参考图1A-至图1C，示意性地示出了进行根据本文所述的方法的激光处理的示例性透明工件160。具体来说，图1A至图1C示意性地描绘了将由光束源110(如高斯光束源)输出及沿着光束路径111导向的激光束112以光束传播角θ_bp引导到透明工件160中，使得经引导到透明工件160中的激光束112的一部分包括不与透明工件160的入射表面162正交的激光束焦线113，且替代地包括内部光束角θ_bi。激光束112形成经投射到透明工件160的入射表面162上的束斑114，透明工件160进一步包括相对表面164和在入射表面162与相对表面164之间延伸的边缘表面166。

激光束焦线113在透明工件160内产生诱导吸收，以在透明工件160内产生缺陷172。由于激光束焦线113包含内部光束角θ_bi，故由诱导吸收形成的缺陷172包括等于或大约等于内部光束角θ_bi的缺陷角θ_d。换句话说，在本文描述的实施方式中形成的缺陷172包括成角度的缺陷，其中“成角度的”是指在入射位置115处与垂直于入射表面162的方向的角度偏差。激光束焦线113相应地成角度。此外，通过相变光学元件120对激光束112进行相位修正。当激光束112以光束传播角θ_bp入射透明工件160的入射表面162时，激光束112形成具有内部光束角θ_bi的激光束焦线113。此外，因为由相变光学元件120施加的相位改变，故当激光束焦线113具有大于10°的内部光束角θ_bi时，激光束焦线113在透明工件160内表现出准无绕射特性(如上文在方程式(31)和方程式(32)中数学定义地)。

现在参考图1C，相对于在入射位置115处与入射表面162正交的平面(即，正交平面106)测量光束传播角θ_bp、内部光束角θ_bi和缺陷角θ_d中的每一者。入射位置115是激光束112首先入射并最初接触入射表面162之在入射表面162上的特定位置。当激光束112(其包括激光束焦线113)和透明工件160相对于彼此平移时，入射位置115改变，使得当入射表面162包括可变的形貌时，正交平面106可改变。此外，光束传播角θ_bp包括相对于正交平面106入射到入射表面162上的激光束112的光线的平均角度。如图1C所示，入射到入射表面162上的激光束112包括最大光束传播角θ_bmax及最小光束传播角θ_bmin，此最大光束传播角θ_bmax是在入射表面162上相对于正交平面106具有最大角度的激光束112的光线的角度，此最小光束传播角θ_bmin是在入射表面162处相对于正交平面106具有最小角度的激光束112的光线的角度。

在一些实施方式中，如图1A和图1C所示，可使用透镜132将激光束112聚焦到激光束焦线113中，透镜132是非球面透镜。在实施方式中，激光束焦线113可进一步包括多条射线。当多条射线中的每条射线会聚以在透明工件内形成圆角谱时，多条射线中的每条射线可具有相同的相位φ。虽然在图1A和图1C中描绘了单个透镜132，一些实施方式可包括透镜组件130，透镜组件130包括第一透镜131和第二透镜132及其重复(图2A和图2B)，以将激光束112聚焦到激光束焦线113中。透镜组件130中还可包括其他标准的光学元件(例如，棱镜及分束器等)。如图1C所示，当入射透镜132时，激光束112可包括环形形状。尽管在图1A中示出了透镜132将激光束112聚焦到激光束焦线113中，但其他实施方式可使用改变激光束112的相位的相变光学元件120，以亦将激光束112聚焦到激光束焦线113中(即，以相位改变和聚焦激光束112两者)，如图1B所示。激光束焦线113的长度可在约0.1mm至约100mm的范围内，或在约0.1mm至约10mm的范围内。各种实施方式可经配置为具有长度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至约5mm)的激光束焦线113。

在操作中，图1A至图1C中描绘的激光处理进一步包括沿着轮廓线165(即，期望的分脱机)在平移方向101上相对于彼此平移激光束焦线113和透明工件160中的至少一者，以形成多个缺陷172。多个缺陷172形成轮廓170，可使用轮廓170以将透明工件160分离成多个分离的制品260'、360'、460'(图8B、图9B及图10B)。缺陷172可例如延伸通过透明工件160的深度(即，厚度)。

现在参照图2A和图2B，示意性地示出了用于产生激光束112的光学组件100，使用相位光学元件120相位修改激光束112使得其形成激光束焦线113，激光束焦线113在透明工件160中具有大于10°的内部光束角θ_bi及在透明工件160中具有准无绕射特性。光学组件100包括输出激光束112的光束源110、相变光学元件120及在一些实施方式中的透镜组件130。光束源110可包括任何已知的或尚未开发的光束源110，光束源110经配置为输出激光束112，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可输出包括例如1064nm、1030nm、532nm、530nm、355nm、343nm或266nm或215nm的波长的激光束112。用于在透明工件160中形成缺陷172的激光束112可能非常适合对所选激光波长透明的材料，且透明工件160应定位成使得光束源110输出的激光束112(例如)在入射相变光学元件120(及在此之后，入射透镜组件130)之后，照射透明工件160。此外，光束路径111可从光束源110延伸到透明工件160，使得当光束源110输出激光束112时，激光束穿过光路111(或沿着光路111传播)。

在图2A及图2B所示的实施方式中，透镜组件130包括两组透镜，每组透镜包括位于第二透镜132上游的第一透镜131。第一透镜131可在第一透镜131和第二透镜132之间的准直空间134内准直激光束112，及第二透镜132可聚焦激光束112。此外，透镜组件130之定位在最下游的第二透镜132可将激光束112聚焦到透明工件160中，透明工件160可位于此第二透镜132的成像平面104处。在一些实施方式中，第一透镜131和第二透镜132分别包括平凸透镜。当第一透镜131和第二透镜132每者均包括平凸透镜时，第一透镜131和第二透镜132的曲率可分别朝向准直空间134取向。在其他实施方式中，第一透镜131可包括其他准直透镜，及第二透镜132可包括弯月形透镜、非球面透镜或其他更高阶的校正聚焦透镜。在操作中，透镜组件130可控制沿着光束路径111的激光束焦线113的位置。此外，透镜组件130可包括8F透镜组件(如图2A和图2B所示)、4F透镜组件(其包括一组第一透镜和第二透镜131、132)，或用于将激光束112聚焦到激光束焦线113中的任何其他已知或有待开发的透镜组件130。应当理解，一些实施方式可不包括透镜组件130，而是相变光学元件120可将激光束112聚焦到激光束焦线113中。

仍参考图2A和图2B，相变光学元件120经定位在光束源110和透明工件160之间(具体来说是光束源110和透镜组件130之间)的光束路径111内，使得在将激光束112聚焦到激光束焦线113中并引导到透明工件160中之前，激光束112入射相变光学元件120。在一些实施方式中，如图2A所示，光束源110经定位成使得光束路径111被相变光学元件120复位向，且当激光束112入射相变光学元件120时，激光束112从相变光学元件120反射。在此实施方式中，相变光学元件120可包括自适应相变光学元件122，如空间光调变器、可变形镜、自适应相位板或经配置为主动改变由光学元件施加到激光束112的相变的光学元件的任何其他光学元件。在其他实施方式中，如图2B所示，光束源110经定位成使得光束路径111延伸穿过相变光学元件120，且当激光束112入射相变光学元件120时，激光束112横越相变光学元件120。在此实施方式中，相变光学元件120可包括静态相变光学元件123，如非球面光学元件或静态相位板。在本文描述的实施方式中使用的一种非球面光学元件是椭圆形的轴锥。因此，在一些实施方式中，相变光学元件120是折射光学元件，且在其他实施方式中，相变光学元件120是反射光学元件。

在一些实施方式中，在激光束112入射相变光学元件120之后，激光束112的多条射线中的单独每条射线相对于相变光学元件120的入射表面可具有不同的角度，从而基于给定径向位置的方位角变化。如本文所使用的，“入射(excidence)面”是指相变光学元件120的表面，从此表面射线传播到相变光学元件120下游的位置。在激光束112没有穿过相变光学元件120(例如，图2A)而经引导到下游方向的实施方式中，入射面对应于入射表面。在激光束112穿过相变光学元件120后(例如，图2B)而经引导至下游方向中的实施方式中，入射面对应于相变光学元件120的下游表面。在本文中入射面也称为相变光学元件120的出射面。如本文所用，射线的“方位角”是指射线与相变元件120的入射面的交点的角位置。例如，在图2A和图2B中，相变元件120的入射面与XY平面重合，且光束传播方向Z与XY平面的交点限定了XY平面中的参考点，围绕此参考点定义了径向位置和方位角。径向位置是距参考点的距离且与距Z轴的距离相对应。方位角在XY平面中围绕参考点旋转了一圈，从0°延伸到360°。XY平面中与0°方位角相对应的方向是任意的，且例如可选择为与X方向相对应。射线角度是射线相对于来自入射面的法线的角度。

例如，当相变光学元件是卵形的轴锥时，发生射线角的方位角变化(如下所述)。在这样的实施方式中，源自相变光学元件的入射面的不同径向位置的、具有不同射线角度的多条射线沿着激光束焦线113会聚以形成特定点。因径向位置的差异，故沿着激光束焦线113会聚(或相交)到特定点的各个光线的光学路径长度是不同的。如本申请案全文所使用的，术语“光学路径长度”是指相变光学元件120的入射面与激光束焦线113之间的距离。此光学路径长度的差异导致沿着激光束焦线113会聚至特定点的不同射线的相位差，且这种相位差导致相消干涉，此相消干涉削弱了激光束焦线113的强度，从而抑制了缺陷的形成并损害了使用激光束焦线113切割并分离透明工件160的能力。因此，为了使激光束焦线113处的激光束112表现出准无绕射特性，激光束焦线113内的多条射线中的每条射线当收敛以形成角谱时，必须具有相同的相位φ，如前所述。

为了校正沿激光束焦线113会聚到特定点的多条射线的相位，在实施方式中，可将相位校正应用于相变光学元件120。关于径向距离(位置)，相位校正可以是恒定的，但相位校正可能随方位角位置(角度)而变化。这允许进行相位校正以校正多条射线中的每条射线的相位，使得沿着激光束焦线113在特定点会聚并相交的射线具有相同的相位φ。为了形成具有准无绕射特性而不产生相消干涉且不影响由相交射线形成的角谱的形状的激光束焦线113，这是必需的。不受理论的束缚，这可能会导致产生小的、高强度的、对称(或几乎对称)的准无绕射光束。若在形成准无绕射光束时未通过相变光学元件120施加相位校正，则透明工件160内的激光束焦线113将有像差。在实施方式中，有像差的激光束焦线可具有较低的强度、可具有较大的横截面，及/或可以是不对称的。如此一来，有像差的激光束焦线可能无法在玻璃基板中形成缺陷，或可能比如本文所公开的应用了相位校正的激光束焦线113更差。

要开发相位校正，可使用向量化形式的司乃耳定律(Snell’s law)：

其中

是透明工件160中单个射线的方向(相对于入射表面162的法线)，

是空气(或紧接在入射表面162上游的其他介质)中单个射线的方向(相对于入射表面162的法线)，n₁是透明工件160的折射率，n₂是空气(或紧接在入射表面162上游的其他介质)的折射率，及

是相对于入射表面162的正交平面106。在入射表面162处的射线折射之后，每条单独射线的极角(射线进入透明工件160的折射角，等于θ_bi)将基于入射表面162处的射线的方位角而变化，及穿过相变光学元件120(或从相变光学元件120反射)后的入射激光束112可不再围绕相变光学元件120的中心轴或主轴径向对称。在入射表面162上折射到透明工件160中的激光束的传播方向将与入射在入射表面162上的方向成一定角度，如下所示：

其中θ_surf是激光束的入射方向与入射表面162之间的夹角，而θ_CoM是极角(θ_bi)，θ_CoM定义了透明工件160中的光束传播方向(亦定义了主光轴)。为了确定相位校正，在透明工件160的内部概念化以特定角度θ_bi定向的激光束焦线113。经概念化的激光束焦线由一系列焦点组成，每个焦点对应于如上所述之从相变光学元件120的出射表面射出的多条相匹配的会聚射线的交点。经概念化的激光束焦点的每条射线在透明工件160中沿方向

传播，且可从透明工件160中之经概念化的激光束焦线通过入射表面162追溯到紧靠入射表面162上游的介质。可使用方程式(33)确定紧接在入射表面162上游的介质中每条射线的方向

这对于产生概念化的激光束焦线是必要的。方向

定义了来自相变光学元件120的出射表面的每条射线的原点的位置(方位角和径向)及每条射线相对于相变光学元件120的出射表面的法线的角度θ_ref。根据θ_ref，可从方程式(35)确定在相变光学元件120的出射表面的每个点处分给激光束112的相位(例如，图3B中所示的相位掩模150)，其中φ_egg表示相变光学元件120定义的相位掩模，k₀表示空气(或相变光学元件120与入射表面162之间的其他介质)中光束的波数，而ρ代表在径向坐标中从相位掩模的中心开始的距离：

φ_egg＝k₀ρtan(θ_ref) (35)

相位掩模φ_egg中体现的校正足以产生相对于工件内的主光轴都具有相同极角的射线。这意味着工件内的光束将具有类似于无像差贝索光束的圆角谱。当入射表面162位于透镜132的焦点(或透镜组件130的最下游焦点)处时，这些射线将在激光束焦线113上相交。在这种情况下，激光束焦线113在入射表面162处开始。尽管射线将以相同极角在聚焦线中相交，但由于在空气中行经的长度不同导致路径长度有差异，及玻璃工件可能会形成有像差的焦点。另外，可能希望沿着Z方向移动透明工件160，且使入射表面162远离透镜132的焦点。在这样的实施方式中，由于路径长度差异而导致的附加像差将减小激光束焦线113的最大强度。为了之后要对θ_ref进行相位校正，首先，选择偏移ξ，此偏移ξ表示从透镜132的焦点(其中形成相位掩模的光学共轭图像)到透明工件160的入射表面162的距离。然后，可在φ_egg上添加相位校正，以校正由每条射线的路径长度差引起的相移。为了找到此校正，首先使用方程式33(其将入射表面162上的折射考虑在内)求出每条射线的折射率的光学距离OD：

OD＝n_gd_g+n_ad_a (36)

其中，d_g表示每条射线从激光束焦线113上的点到其与入射表面162的交点的距离，d_a表示每条射线从入射表面162到相位掩模在透镜132的焦点处的共轭像平面的距离。OD接着将是每条射线行进的光学距离(从其相交以形成激光束焦线113的点到相位掩模的共轭像平面)的数组。可使用直线和平面的简单几何相交及方程式(33)来找到d_g和d_a，以确定入射表面处每个射线方向的变化。每条单独射线的弧度相位偏移由行进距离乘以波数k₀得出，其中k₀＝2π/λ：

φ_OD＝k₀*OD (37)

由于OD是一个数组，因此φ_OD将代表一数组，此数组由沿着激光束焦线113的点开始的一束光线中的每条射线的相位校正组成。

φ_OD的分辨率可通过改变束中的射线数量来控制。另外，可将线性插值函数或三次插值函数与每个射线的最终空间位置一起使用，以创建平滑的相位掩模。

因此，可使用以下方程式来创建用于相变光学元件120的校正相位掩模φ_mask：

φ_mask＝φ_egg-φ_OD (37)

在操作中，将激光束112入射在相变光学元件120上会改变激光束112的相位，且当以光束传播角θ_bp进入透明工件160时，包括透明工件160内的激光束焦线113的激光束112的一部分包括大于10°的内部光束角θ_bi，且包括在透明工件160内的准无绕射特性。例如，内部光束角θ_bi可为10°到40°，如10°到35°、15°到40°及20°到40°等，例如11°、12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°、19°、20°、21°、22°、23°、24°、25°、26°、27°、28°、29°、30°、31°、32°、33°、34°、35°、36°、37、38°及39°等。

在实施方式中，在将激光束112入射在相变光学元件120上之后，激光束焦线113的一部分可延伸到透明工件160的外部，从而形成位于透明工件160上方(上游)的自由空间的外部激光束焦线117(图1B)。例如，外部激光束焦线117可在透明工件上方(上游)延伸至少0.01mm、至少0.02mm、至少0.03mm、至少0.05mm、至少0.07mm、至少0.1mm、至少0.2mm、至少0.3mm、至少0.5mm或至少1mm。

尽管不受理论的限制，但在已通过相变光学元件120对激光束112进行相位修改之后，外部激光束焦线117包括圆形或近似圆形的角谱，且在透明工件160内的激光束焦线113包括圆形或近似圆形的角谱。透明工件160内的外部激光束焦线117和激光束焦线113中的每一者均具有由大于或等于10的发散因子F_D限定的瑞利。在实施方式中，当激光束位于外部激光束焦线117或透明工件160的形成上游时，激光束112有像差(即，激光束112具有非圆形的角谱)，且一旦激光束112在透明工件160的入射表面162折射时，激光束112就表现出在透明工件160内具有最小像差至没有像差的准无绕射特性(即，透明工件160内的激光束焦线113具有圆形或近似圆形的角谱)。

此外，尽管图中所示的激光束焦线113从入射表面162延伸到相对表面164，但这仅示出了激光束焦线113在透明工件160中和在透明工件160附近的一种可能布置。具体来说，应当理解，激光束焦线113的一部分可延伸到透明工件160的外部，例如，在入射表面162上方(上游)、在相对表面164上方(下游)、超出边缘表面166或上述组合。此外，当激光束焦线113的一部分延伸到透明工件160的外部时，激光束焦线113的此外部部分包括外部焦线角，此外部焦线角由于司乃尔定律而大于内部光束角θ_bi。此外，应当理解，激光束焦线113可在透明工件160内的位置(例如，此位置在入射表面162和相对表面164之间)开始，且可在透明工件160内的位置(例如，此位置在入射表面162和相对表面164之间)结束。

如前所述，外部激光束焦线117可包括圆形或近似圆形的角谱，且激光束焦线113亦可包括透明工件160内的圆形或近似圆形的角谱。对于激光束112，为了在自由空间中具有圆角谱(即，外部激光束焦线117具有圆角谱)和在透明工件160内具有圆角谱两者(即，激光束焦线113在透明工件160内具有圆角谱)，必须将两个不同的相移应用于激光束112的分开部分。在实施方式中，一个相移(本文称为“圆形相移”)将导致自由空间中的圆角谱和透明工件160内的椭圆角谱。在实施方式中，另一相移(本文称为“椭圆形相移”)将导致自由空间中的椭圆角谱，且将导致透明工件160内的椭圆角谱。在实施方式中，圆形相移可类似于由圆形轴锥赋予的相，且椭圆形相移可类似于椭圆形轴锥赋予的相。

图3A描绘了椭圆角谱140的示例，椭圆角谱140可由相变光学元件120施加到激光束112，以确保激光束焦线113在大于或等于10°的特定内部光束角θ_bi及透镜132的焦平面与入射表面162之间的特定间隔处表现出基本上无像差的特性。椭圆角谱140经设计为校正当成角度的光束在入射表面162处折射时出现的像差，且校正由上述路径长度差异导致的像差。具体来说，图3A中所示的实施方式描绘了包括对称轴142的椭圆角谱140，对称轴142从具有第一曲率半径的第一轴端144延伸到具有第二曲率半径的第二轴端146。此外，第一曲率半径(即，第一轴端144处的曲率半径)不同于第二曲率半径(即，第二轴端146处的曲率半径)。换句话说，椭圆角谱140的形状大致上是曲率不同的两个不同的椭圆(或卵形)的组合，在本文中将椭圆角谱140的形状通俗地称为“蛋形”。此外，椭圆角谱140包括主轴148(有时称为“长轴”)和副轴149(有时称为“短轴”)，其中主轴148与对称轴142重合。

图3B描绘了相位掩模150，其可由相变光学元件120使用以对激光束112进行相位改变以产生如图3A所示的角谱140。如图3B所示，激光束112的相位掩模150包括多个相位环152，其中每个相位环引起从0延伸到2π的相移，其中相位掩模具有大约400个像素的x轴和大约300个像素的y轴。此外，相位掩模150的部分中的相位环152(其中x大于约60个像素且x小于约350个像素)各自包括类似于圆角谱的圆形形状。在相位掩模150的部分中的相位环152(其中x小于约60个像素且x大于约350个像素)各自包括类似于椭圆角谱140的椭圆形形状。实际上，在相位掩模150的部分中的每个相位环152(其中x小于约60像素且x大于约350像素)包括从具有第一曲率半径的第一轴端延伸到具有第二曲率半径的第二轴端的对称轴，其中第一曲率半径不同于第二曲率半径。然而，与椭圆角谱140不同，相位掩模150的每个相位环152的短轴与每个相位环152的对称轴(而不是长轴)重合。

在不受理论限制的情况下，图3A所示的椭圆角谱140表示经施加到激光束112的特定相位改变，以促进激光束焦线113的形成，在激光束112以高光束传播角θ_bi经引导至平坦的入射表面162中之后，此激光束焦线113在透明工件160内表现出准无绕射特性。椭圆角谱140的形状经设计成使得当激光束112(例如，激光束焦线113)在入射表面162处(例如，在形成在入射表面162处的空气－玻璃界面处)折射时，透明工件160内的激光束112(例如，激光束焦线113)包括圆形或近似圆形的角谱。即，在入射表面162处具有椭圆角谱140的激光束112的折射将激光束112的角谱转换成透明工件160内的较少椭圆形、更圆形的形状。例如，在一些实施方式中，透明工件160内的激光束112(例如，激光束焦线113)可具有类似于椭圆角谱140的角谱，此角谱具有第一曲率半径和第二曲率半径；然而，透明工件160内的激光束112的角谱比椭圆角谱140更圆(例如，较少椭圆形)，从而使得透明工件160内的激光束112的角谱的第一曲率半径和第二曲率半径之间的差小于入射到透明工件160的入射表面162上的激光束的椭圆角谱140的第一曲率半径和第二曲率半径之差。

再次参考图2A，在一些实施方式中，相变光学元件120可包括将相位改变施加到激光束112的自适应相变光学元件122。自适应相变光学元件122可使用例如一个或多个通信路径105来通信耦合到控制器121，此一个或多个通信路径105可包括用于提供功率信号、控制信号等的任何路径，如光纤、电线及无线协议等。在操作中，控制器121可向自适应相变光学元件122提供控制信号以控制由自适应相变光学元件122施加的特定相位改变(例如，调变及相位掩模等)，使得自适应相变光学元件122例如基于相位函数对激光束112施加特定的相位改变。

在一些实施方式中，自适应相变光学元件122包括空间光调变器，此空间光调变器是可在至少一个维度上(例如)使用如图3B的相位掩模150的相位掩模来空间调变激光束112的幅度及/或相位的透射或反射装置。在操作中，空间光调变器可基于来自控制器121的控制信号向激光束施加选择性的、可配置的相位改变。在一些实施方式中，自适应相变光学元件122包括可变形镜，此可变形镜是其表面可响应于控制信号(如来自控制器121的控制信号)而变形的镜子，以改变激光束112的波前，这可改变激光束112的相位。例如，可变形镜可经配置成施加相位掩模，如相位掩模150。此外，在一些实施方式中，自适应相变光学元件122包括自适应相位板，此自适应相位板是回应于如来自控制器121的控制信号之类的控制信号而可对激光束112施加选择性和可控相位变化的相位板(或相位板组件)。例如，自适应相位板可以是两个或更多个(基于来自控制器121的控制信号)相对于彼此可移动的相位板，以基于此等相位板的相对位置来改变此等相位板施加到激光束112的相位变化。

如图2B所示，在一些实施方式中，相变光学元件120包括静态相变光学元件123，如椭圆形的轴锥124，其在图4A和图4B中更详细地示出。具体来说，图4A描绘了椭圆形的轴锥124的正视图，及图4B描绘了椭圆形的轴锥124的侧视图。椭圆形的轴锥124包括基座部分125和从基座部分125延伸的圆锥形部分126。基座部分125包括椭圆形的周边127，椭圆形的周边127具有从第一轴端129a延伸至第二轴端129b的对称轴128。在第一轴端129a处，椭圆形的周边127包括第一曲率半径，及在第二轴端129b处，椭圆形的周边127包括第二曲率半径；第二曲率半径不同于第一曲率半径。另外，椭圆形的轴锥124包括长轴138和短轴136。在操作中，当激光束112横越椭圆形的轴锥124时，施加到激光束112的相位改变导致包括椭圆角谱140的激光束112。此外，如图3A至图4A所示，椭圆形的轴锥124的椭圆形的周边127的形状与椭圆角谱140相对应。然而，与椭圆角谱140不同，椭圆形的周边127的短轴136(代替长轴138)与椭圆形轴锥124的椭圆形的周边127的对称轴128重合。虽然在图2A和图2B中图示单个相变光学元件120，但其他实施方式可包括多个相变光学元件120；例如，一个相变光学元件经配置为将激光束转换为准无绕射光束，而另一相变光学元件经配置为形成椭圆角谱140。

尽管不希望受到理论的限制，但应该理解，司乃尔定律对使用上述技术形成的激光束焦线113的最大内部光束角θ_bi施加了一些限制。司乃尔定律在数学上定义为

其中θ₁是第一介质(例如空气)中入射光线的角度，θ₂是第二介质(例如透明工件160)中的射线角度，n₁是第一介质(例如空气，其包含约为1的折射率)的折射率，及n₂是第二介质(例如，透明工件160，其在其中透明工件160包括玻璃的实施方式中包含约为1.45)的折射率。相对于光线的入射表面(例如，入射表面162)的法线测量角度θ₁和θ₂。司乃尔定律对透明工件160内可达到的光角度(例如，内部光束角θ_bi)提供了基本限制。此限制是透明工件160的临界角。应理解，对于包括除了玻璃之外的另一种材料的透明工件160，临界角将基于此特定材料的折射率而变化。

当透明工件160包括折射率为1.45的玻璃时，临界角为大约43.6°。临界角也是光线以接近90°的入射角接触玻璃时所需要的内角。因此，司乃耳定律限制了激光束焦线113的内部光束角θ_bi。此外，如图1C所示，当激光束112入射透明工件160的入射表面162时，激光束112可包含圆锥形，因激光束112包括最大光束传播角θ_bmax和最小光束传播角θ_bmin。在一些实施方式中，最大光束传播角θ_bmax和最小光束传播角θ_bmin之间的差(即，锥角)在5°至30°的范围内。例如，假设光可用高达90°的角度入射透明工件160，若激光束112以10°的锥角入射透明工件160的入射表面162，则透明工件160内部的激光束焦线113的最大内部光束角θ_bi将为33.6°。

尽管不受理论的限制，但激光束112的一些反射可能在透明工件160的入射表面162处发生。例如，垂直于入射位置115以90°入射到入射表面162的光线的反射对于S偏振和P偏振两者将是100％；垂直于入射位置115以小于90°的角度入射到入射表面162的光线的反射对于S偏振和P偏振将小于100％。尽管激光束112可包括P偏振光或S偏振光，但P偏振光可减少由于反射引起的损耗。例如，在85度处，S偏振光的反射率为73％，P偏振光的反射率为49％。在操作中，光束源110、相变光学元件120或如偏振器的附加光学组件可用于使激光束112S偏振或P偏振。尽管不受理论的限制，但若透明工件160内的激光束焦线113的角谱附近的光强度大小不均匀，则激光束焦线113在透明工件160内保持圆角谱和准无绕射特性。然而，可通过发射不均匀强度的激光束112(即，发射来自光束源110的激光束112)来补偿由反射引起的透明工件160内的激光束焦线113的角谱周围的光强度的不均匀大小，其中此不均匀强度经配置为一旦光在入射表面162处折射并进入透明工件160后在角谱周围变得均匀。可使用的示例性非均匀强度光束(然后由相变光学元件120转换为具有椭圆形或其他非均匀角谱的准无绕射光束)包括椭圆形的高斯光束、平顶光束或其他具有任意强度分布的光束。

现在参照图1A和图5A至图7C，在实施方式中，激光束可包括至少第一组射线510和第二组射线520，其中第一组射线510和第二组射线520中的每一者由相位光罩或相位光学元件120的不同部分独立修改。在实施方式中，第一组射线510或第二组射线520可由如610A-C的光学阻挡元件挡住。光学阻挡元件可以是相位掩模150中的空白区域(如图6A至图6C中的黑色所示)或可为沿着光束路径111经定位在相位掩模下游或经定位在透镜132(未示出)上的物理不透明组件(例如，图2A中所示的可选的光学阻挡元件610)。在使用折射光学元件的实施方式中，光学阻挡元件可以是折射光学元件之平坦或发散的段。在实施方式中，第一组射线510和第二组射线520可形成段540A和段550A，如图5A所示。例如，第一组射线510可限定激光束112的第一段540A(具有环形形状的示例性段)，且第二组射线520可限定激光束112的第二段550A(具有圆形形状的示例性段)。在实施方式中，第二段550A的平均半径r₂可小于第一段540A的平均半径r₁，这意味着第二段550A位于第一段540A内。在其他实施方式中，如图5B所示，第二段550B(由第二组射线520定义的环形段)的平均半径r₂可大于第一段540B(由第一组射线510定义的圆形段)的平均半径r₁，意味着第一段540B位于第二段550B内。在实施方式中，第一组射线510可包括第二组射线520的一部分，或第二组射线520可包括第一组射线510的一部分。光学阻挡元件不需要为如图6A至图6C所示的圆形环或圆形区域的形状。取而代之的是，光学阻挡元件可以是椭圆形的环、椭圆形的形状，“蛋”形或上述的某种组合。另外，光学阻挡元件可以是任何其他形状。

在实施方式中，为了计算r₁、r₂和r₃的所需长度，当计算相位校正时，可在数组Z_origin中记下从激光束焦线追踪到的每条射线的原点。例如，可将其记录为入射表面162下方或上方的深度，或记录为每个射线的原点的Z坐标。半径r₁、r₂和r₃将成为Z_origin的结构线。可直接使用Z_origin，或可使用每条射线在相位掩模上的最终位置进行插值。

光学阻挡元件610A-C可用于阻挡第二组射线520(如图5A和图6A所示)，或可用于阻挡第一组射线510(如图5B和图6B所示)。分别参照图5A、图6A和图7A，具体来说，在第二段550A的平均半径r₂小于第一部分540A的平均半径r₁且应用相位掩模150A的实施方式中，用光学阻挡元件610A挡住第二组射线520，第一组射线510可形成激光束焦线113的第一部分113A₁。激光束焦线113的第一部分113A₁始于透明工件160内的原点710。在整个本申请案中，术语“原点”是指激光束焦线113的至少一部分的诱导吸收区域的起点。诱导吸收区域控制由本文所公开的处理所形成的缺陷的位置和长度。因此，本文所定义的“原点”最终可为透明工件160内至少一部分缺陷的原点。对于工件160相对于固定光学系统的固定位置，原点710的位置由光学阻挡元件610A的直径控制；较大直径将原点710定位在远离入射表面162。

可通过改变光学元件120来配置第二组射线520，使得若第二组射线520不被挡住，则第二组射线520将形成激光束焦线113的第二部分113B₁，激光束焦线113的第二部分113B₁从入射表面162在光束传播方向上向上延伸到达原点710。在实施方式中，由第一组射线510形成的激光束焦线113的第一部分113A₁可包括相对于正交平面106相对于相对表面164为0°至10°或170°至180°的内部焦线角α₁。若去除阻挡元件610A，则激光束焦线113A₁和激光束焦线113B₁将同时形成。

在第二部分550A的平均半径r₂小于第一部分540A的平均半径r₁且应用相位掩模150B的实施方式中，用光学阻挡元件610B挡住第一组射线510，第二组射线520可形成激光束焦线113的第二部分113B₁，激光束焦线113的第二部分113B₁在由内部焦线角β₁限定的方向上延伸到达原点710。激光束焦线113B₁可在入射表面162的上游处或下游处开始。光学阻挡元件610B的开口的尺寸控制激光束焦线113B₁的长度；较大的开口导致较长的激光束焦线113B₁。激光束焦线113B₁可包括相对于正交平面106相对于入射表面162的大于10°且小于80°或大于100°且小于170°的内部焦线角β₁。

分别参照图5B、图6B和图7B，具体来说，在其他实施方式中，第一组射线510可限定激光束112的第一段540B，且第二组射线520可限定激光束112的第二段550B，其中第二段550B的平均半径r₂可大于第一段540B的平均半径r₁，意味着第一段540B位于第二段550B内。在第二部分550B的平均半径r₂大于第一部分540B的平均半径r₁且应用相位掩模150B的实施方式中，用光学阻挡元件610B挡住了第二组射线520，第一组射线510可形成激光束焦线113A₂，激光束焦线113A₂从入射表面162、从入射表面162的上游或从入射表面162的下游延伸至透明工件160内的终止点720。如本申请案整篇所使用，术语“终止点”是指激光束焦线113的至少一部分的诱导吸收区域的终止点。类似于先前描述的原点，本文所定义的“终止点”最终可以是透明工件160内的至少一部分缺陷的终止点。可通过相变光学元件120来配置第二组射线520，使得若第二组射线520不被挡住，第二组射线520将形成激光束焦线113的第二部分113B₂，激光束焦线113的第二部分113B₂在由内部焦线角β₂限定的方向上延伸超过终止点720。若去除阻挡元件610B，则激光束焦线113A₂和激光束焦线113B₂将同时形成。在实施方式中，由第一组射线510形成的激光束焦线113的第一部分113A₂可包括相对于正交平面106相对于入射表面162为0°至10°或170°至180°的内部焦线角α₂。

在第二段550B的平均半径r₂大于第一段540B的平均半径r₁且应用相位掩模150A的实施方式中，用光学阻挡元件610A挡住了第一组射线510，第二组射线520可形成激光束焦线113的第二部分113B₂，激光束焦线113的第二部分113B₂在由内部焦线角β₂限定的方向上延伸超过终止点720。激光束焦线113B₂可部分延伸、一直延伸至相对表面164或超出相对表面164。激光束焦线113B₂可包括相对于正交平面106或相对于入射表面164的大于10°且小于80°或大于100°且小于170°的内部焦线角β₂。

参照图5C、图6A至图6C和图7C，具体来说，激光束112可包括第一组射线510、第二组射线520和第三组射线530，如图5C所示，在实施方式中，第一组射线510、第二组射线520、第三组射线530或其组合可由光学阻挡元件挡住，此光学阻挡元件包括但不限于示例性光学阻挡元件610A-C。可想到的是，可使用三个以上的光学阻挡元件，且光学阻挡元件可具有任何形状。在实施方式中，第一组射线510、第二组射线520和第三组射线530分别可形成第一段540C(示例性的圆形段)、第二段550C(示例性的环形段)和第三段560C(示例性的环形段)，如图5C所示。在实施方式中，第一段540C的平均半径r₁可小于第二段550C的平均半径r₂，且第二段550C的平均半径r₂可小于第三段560C的平均半径r₃。这意味着第一段540C位于第二段550C内，及第二段550C位于第三段560C内。在实施方式中，第二组射线520可包括第三组射线530的一部分，或第三组射线530可包括第二组射线520的一部分。

继续参照图5C、图6A至图6C和图7C，具体来说，在实施方式中，可通过相变光学元件120来配置第一组射线510，使得若第一组射线510不被挡住，则第一组射线510形成激光束焦线113的第一部分113A₃，其终止于终止点720。可通过相变光学元件120来配置第二组射线520，使得若第二组射线520不被挡住，第二组射线520形成激光束焦线113的第二部分113B₃，激光束焦线113的第二部分113B₃在光束传播方向上延伸超过终止点720并终止于透明工件160内的第二终止点730。可通过相变光学元件120配置第三组射线530，使得若第三组射线530不被挡住，第三组射线530形成激光束焦线113的第三部分113C，激光束焦线113的第三部分113C在光束传播方向上延伸超过第二终止点730。激光束焦线113A₃可包括相对于正交平面106相对于入射表面162的大于10°且小于80°或大于100°且小于170°的内部焦线角α₃。光束焦线113B₃可包括相对于正交平面106相对于入射表面162大于0°且小于10°或大于170°且小于180°的内部焦线角β₃。激光束焦线113C可包括相对于正交平面106相对于入射表面162的大于10°且小于80°或大于100°且小于170°的内部焦线角γ。

现在参照图1A至图4B，当入射表面162包括平面形貌时，激光束112可用于在透明工件160中形成大角度缺陷172。然而，在其他实施方式中，入射表面162可包括非平面形貌，如具有弯曲形貌、锯齿形的形貌或任意的非平面形貌的表面。当入射表面162包括非平面形貌时，相变光学元件120可将相变施加到激光束112，使得激光束112在入射表面162的上游及/或入射在入射表面162上(如在自由空间中)包括非圆角谱，此非圆角谱对应于非平面形貌，使得透明工件内的激光束焦线113的部分包括圆角谱并表现出准无绕射特性。

作为一个示例，当入射表面162是一致的、非平面的表面(如一致的弯曲表面)时，可通过自适应相变光学元件122或静态相变光学元件123来施加相变。例如，可通过静态相变光学元件123来施加相变，静态相变光学元件123包括非圆形轴锥，此非圆形轴具有基座部分和从基座部分延伸的圆锥形部分，其中基座部分包括非圆形周边，使得由非圆形轴锥施加到激光束112的相变形成与入射表面162的一致的弯曲形貌相对应的非圆角谱，从而使位于透明工件160内的激光束焦线113的一部分包括圆角谱、表现出准无绕射特性，且在沿其长度的每个位置处皆具有相位匹配的相交射线。

在一些实施方式中，入射表面162包括不一致的非平面形貌。例如，入射表面162可包括“可变形貌”，如本文所用，“可变形貌”是指具有至少两个局部形貌的表面，此至少两个局部形貌的角度差为±10％或更大，其中“局部形貌”是指透明工件160的表面(如入射表面162)在表面上的特定位置处的形状。当入射表面162包括可变形貌时，自适应相变光学元件122可将相变施加到激光束112，使得激光束112在入射表面162的上游及/或入射在入射表面162上(如在自由空间中)包括与入射位置115处的局部形貌相对应的任意非圆角谱，从而使得透明工件160内的激光束焦线113的一部分包括圆角谱、表现出准无绕射特性，且在沿其长度的每个位置处皆具有相位匹配的相交射线。具体来说，控制器121可向自适应相变光学元件122提供控制信号，以将相变施加到激光束112，使得激光束112包括非圆角谱。此外，控制器121可随时间将不同的相位函数施加至自适应相变光学元件122。具体来说，控制器121可主动改变由自适应相变光学元件122施加的相位函数。

再次参考图1A至图4B，在操作中，可沿着轮廓线165相对于透明工件160平移(例如，沿平移方向101)激光束112，以形成轮廓170的多个缺陷172。引导或定位激光束112至透明工件160会在透明工件160内产生诱导吸收，并在沿轮廓线165的间隔位置处沉积足够的能量以破坏透明工件160中的化学键，以形成缺陷172，缺陷172中的每个缺陷包括大于10°的缺陷角θ_d。根据一个或多个实施方式，激光束112可通过透明工件160的运动(如经耦合到透明工件160的平移台190的运动，如图2A和图2B所示)、激光束112的运动(例如，激光束焦线113的运动)，或透明工件160和激光束焦线113两者的运动来平移通过透明工件160。

此外，当透明工件160的入射表面162包括可变形貌时，可沿着轮廓线165从包括第一局部形貌的第一入射位置将激光束112平移到包括第二局部形貌的第二入射位置，接着将激光束112平移到多个附加的入射位置，其中每个附加的入射位置皆包含局部形貌，此等局部形貌中的一些形貌或全部形貌可能彼此不同。对具有入射表面162(其具可变形貌)的透明工件160进行激光处理可包括：在使用自适应相变光学元件122(如空间光调变器)对激光束112施加第一相变之后，在第一入射位置处将激光束112引导到透明工件160中，以使激光束112在自由空间中将包含第一非圆角谱；将激光束112从第一入射位置转换为第二入射位置，及在使用自适应相变光学元件122对激光束112施加第二相变之后，在第二入射位置处将激光束112引导到透明工件160中，以使激光束112在自由空间中将包括第二非圆角谱。

第一相变和第一非圆角谱与在第一入射位置处的第一局部形貌相对应，使得在第一入射位置处以光束传播角度θ_bp经引导到透明工件160中的激光束112的一部分包括激光束焦线113，激光束焦线113具有大于10°的内部光束角、同时为准无绕射且在沿着其长度的每个位置处皆具有相位匹配的相交射线。类似地，第二相变与第二局部形貌相对应，使得在第二入射位置处以光束传播角θ_bp经引导到透明工件160中的激光束112的部分包括激光束焦线113，激光束焦线113具有大于10°的内部光束角、同时为准无绕射且在沿着其长度的每个位置处皆具有相位匹配的相交射线。因此，激光束焦线113形成具有大于10°的缺陷角θ_d的第一缺陷和具有大于10°的缺陷角θ_d的第二缺陷。

再次参考图2A，光学组件100可进一步包括成像系统192，成像系统192经配置为生成入射表面162的图像数据。在一些实施方式中，成像系统192可包括一个或多个照相机、物理表面探针、激光测距仪、干涉测量系统、波前传感器等。成像系统192通信地耦合到控制器121，使得成像系统192可将入射表面162的图像数据发送到控制器121，且控制器121可指示自适应相变光学元件122施加特定的相变至对应于与入射表面162上的入射位置的局部形貌的激光束112。

因此，对具有入射表面162(其具可变形貌)的透明工件160进行激光处理可进一步包括：使用成像系统192对入射表面162进行成像，以生成入射表面162的图像数据。使用此图像数据，成像系统192、控制器121或另一计算装置可确定第一入射位置的局部形貌和第二入射位置的局部形貌，及确定将形成透明工件160中的高角度、准无绕射激光束焦线113的特定相变，此高角度、准无绕射激光束焦线113在沿其长度的每个位置上皆具有相位匹配的相交射线。方法进一步包括：使用控制器121指示自适应相变光学元件122在第一入射位置处在当将激光束112引导到入射表面162中时施加第一相变，且在第二位置处在当将激光束112引导到入射表面162中时施加第二相变。此外，图像数据可用于确定一些或所有入射表面162的形貌，从而确定多个入射位置的多个局部形貌。

再次参考图1A至图4B，缺陷172通常可沿着轮廓170彼此间隔开大约0.1μm至大约500μm的距离，例如，大约1μm至大约200μm的距离、大约2μm至大约100μm的距离及约5μm至约20μm的距离等。例如，对于TFT/显示玻璃合成物来说，缺陷172之间的合适间隔可为从大约0.1μm到大约50μm，如从大约5μm到大约15μm、从大约5μm到大约12μm、从大约7μm到大约15μm，或从大约7μm到大约12μm。在一些实施方式中，相邻缺陷172之间的间隔可以是约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或更小及10μm或更小等等。

如图1A和图1B所示，轮廓170的多个缺陷172延伸到透明工件160中并建立了裂纹扩展的路径，以沿着轮廓170将透明工件160分离成单独的部分。形成轮廓170包括：相对于透明工件160沿着轮廓线165平移(例如，沿平移方向101)以形成轮廓170的多个缺陷172。根据一个或多个实施方式，激光束112可通过例如使用一个或多个平移台190的透明工件160的运动、激光束112的运动(例如，激光束焦线113的运动)或透明工件160和激光束112两者的运动来平移通过透明工件160。通过相对于透明工件160平移激光束焦线113，可在透明工件160中形成多个缺陷172，其中多个缺陷172中的每个缺陷包含大于10°的缺陷角θ_d。

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失足够低的波长。在实施方式中，由于透明工件160在波长处的线性吸收和散射引起的组合损失小于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”是指透明工件160内沿激光束112的光束传播方向(例如Z方向)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，Nd³⁺：YAG或Nd³⁺：YVO₄的基波波长在1064nm附近、高次谐波波长在532nm、355nm和266nm附近)。也可使用光谱的紫外线、可见光和红外光部分中的其他波长，这些波长满足给定基板材料之结合的线性吸收和散射损耗需求。

在操作中，由光束源110输出的激光束112可在透明工件160中产生多光子吸收(MPA)。MPA是两个或更多个相同频率或不同频率的光子的同时吸收，其激发分子从一种状态(通常是基态)到高能电子状态(即，电离)。分子所涉及的上下状态之间的能量差等于所涉及的光子的能量之和。也称为诱导吸收的MPA可以是例如比线性吸收弱几个数量级的第二阶或第三阶过程(或更高阶)。MPA与线性吸收的不同之处在于，例如，二阶诱导吸收的强度可能与光强度的平方成正比，因此MPA是非线性光学过程。

创建轮廓线170的穿孔步骤(图1A和图1B)可结合相变光学元件120、第一透镜131和第二透镜132来利用光束源110(例如，脉冲光束源，如超短脉冲激光)，以照射透明工件160并产生激光束焦线113。激光束焦线113包括准无绕射光束，如高斯-贝索光束或如上文所定义的贝索光束，且激光束焦线113可完全或部分地穿孔透明工件160以在透明工件160中形成缺陷172，缺陷172中的每个缺陷包括大于10°的缺陷角θ_d，其可形成轮廓170。在激光束112包括脉冲激光束实施方式中，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，如约1皮秒至约100皮秒、5皮秒至约20皮秒等，及单脉冲的重复率可在大约1kHz至4MHz的范围内，如在大约10kHz至大约3MHz的范围中，或在大约10kHz至大约650kHz的范围中。

现在参照图8A和图8B，除了以上述各个脉冲重复率的单脉冲操作之外，在包括脉冲激光束的实施方式中，可在两个子脉冲500A或更多子脉冲的脉冲突发500中产生脉冲(例如，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/每个脉冲突发，如1至30个子脉冲/每个脉冲突发500或5到20个子脉冲/每个脉冲突发500)。尽管不希望受到理论的限制，但脉冲突发是短而快速的分组子脉冲，其在不易接近的时间范围内使用单脉冲操作与材料产生光能相互作用(即，透明工件160的材料中的MPA)。尽管仍然不希望受到理论的限制，但脉冲突发(即一组脉冲)内的能量是守恒的。作为示例，对于能量为100μJ/突发的脉冲突发和2个子脉冲，在2个子脉冲之间分配100μJ/突发的能量，每个子脉冲平均能量50μJ及脉冲突发具有100μJ/突发的能量及10个子脉冲，在10个子脉冲之间分配100μJ/突发，每个子脉冲平均能量10μJ。此外，脉冲突发的子脉冲之间的能量分布不必是均匀的。实际上，在某些情况下，脉冲突发的子脉冲之间的能量分布呈指数衰减的形式，其中脉冲突发的第一子脉冲包含最多的能量、脉冲突发的第二子脉冲包含较少一点的能量，而脉冲突发的第三子脉冲包含的能量要少得多，依此类推。然而，单脉冲突发内的其他能量分布也是可能的，其中可调整每个子脉冲的确切能量，以对透明工件160进行不同程度的修改。

尽管仍然不希望受到理论的限制，但当一个或多个轮廓170的缺陷172形成有具有至少两个子脉冲的脉冲突发时，与具有相同的在相同透明工件160中的相邻缺陷172之间的间隔(其使用单脉冲激光形成)的轮廓170的最大断裂阻力相比，沿着轮廓170分离透明工件160所需的力(即，最大断裂阻力)减小了。例如，使用单脉冲形成的轮廓170的最大断裂阻力比使用具有两个或更多个子脉冲的脉冲突发形成的轮廓170的最大断裂阻力大至少两倍。此外，使用单脉冲形成的轮廓170与使用具有2个子脉冲的脉冲突发形成的轮廓170之间的最大断裂阻力之差大于使用具有2个子脉冲的脉冲突发形成的轮廓170与使用具有3个子脉冲的脉冲突发形成的轮廓170之间的最大断裂阻力之差。因此，脉冲突发可用于形成轮廓170，此轮廓170比使用单脉冲激光器形成的轮廓170更容易分离。

仍参照图8A和图8B，脉冲突发500内的子脉冲500A可用大约1奈秒至大约50奈秒的范围内的持续时间分离，例如大约10奈秒至大约30奈秒的时间，如大约20奈秒。在其他实施方式中，脉冲突发500内的子脉冲500A可用高达100皮秒的持续时间(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皮秒或上述之间的任何范围)分离。对于给定的激光器，脉冲突发500内的相邻子脉冲500A之间的时间间隔T_p(图8B)可以是相对均匀的(例如，在彼此的约10％以内)。例如，在一些实施方式中，脉冲突发500内的每个子脉冲500A在时间上与随后的子脉冲相隔约20奈秒(50MHz)。此外，每个脉冲突发500之间的时间可以是大约0.25微秒至大约1000微秒，例如，大约1微秒至大约10微秒，或大约3微秒至大约8微秒。

在本文所述的光束源110的一些示例性实施方式中，对于输出激光束112(其包括大约200kHz的突发重复率)的光束源110，时间间隔T_b(图6B)为大约5微秒。激光突发重复率与突发中的第一脉冲到后续突发中的第一脉冲之间的时间T_b相关(激光突发重复率＝1/T_b)。在一些实施方式中，激光突发重复率可在从大约1kHz到大约4MHz的范围内。在实施方式中，激光突发重复率可例如在从大约10kHz到650kHz的范围中。每个突发中的第一脉冲到后续突发中的第一脉冲之间的时间T_b可从大约0.25微秒(4MHz突发重复率)到大约1000微秒(1kHz突发重复率)，例如从大约0.5微秒(2MHz突发重复率)到大约40微秒(25kHz突发重复率)，或从大约2微秒(500kHz突发重复率)到大约20微秒(50kHz突发重复率)。确切的定时、脉冲持续时间和突发重复率可能会根据激光器设计而有所不同，但高强度的短脉冲(T_d<20皮秒，在某些实施方式中为T_d<＝15皮秒)已显示出特别好的效果。

突发重复率可在大约1kHz至大约2MHz的范围内，如在大约1kHz至大约200kHz的范围内。突发或产生脉冲突发500是一种类型的激光操作，其中子脉冲500A的发射不是均匀且稳定的流，而是脉冲突发500的紧密簇。脉冲突发激光束可具有波长，此波长是基于要在其上操作脉冲突发激光束的透明工件160的材料来选择使得透明工件160的材料在波长上基本上是透明的。在材料处测得的每个脉冲的平均激光功率可为每毫米材料厚度至少约40μJ。例如，在实施方式中，每个突发的平均激光功率可为从约40μJ/mm至约2500μJ/mm，或从约500μJ/mm至约2250μJ/mm。在特定示例中，对于0.5mm至0.7mm厚的康宁EAGLE

透明工件而言，约300μJ至约600μJ的脉冲突发可切割及/或分离工件，这相当于约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)。

修改透明工件160所需的能量是脉冲能量，脉冲能量可用“脉冲突发能量”(即，脉冲突发500内包含的能量，其中每个脉冲突发500包含一系列子脉冲500A)来描述，或可用“包含在单个激光脉冲内的能量”(其中许多能量可包含突发)来描述。脉冲能量(例如，脉冲突发能量)可为约25μJ至约750μJ，例如约50μJ至约500μJ或约50μJ至约250μJ。对于某些玻璃合成物，脉冲能量(例如，脉冲突发能量)可为约100μJ至约250μJ。然而，对于显示器或TFT玻璃合成物，脉冲能量(例如，脉冲突发能量)可能会更高(例如，从约300μJ到约500μJ，或从约400μJ到约600μJ，这取决于透明工件160的特定的玻璃合成物)。

经引导到透明工件160中的激光束112的部分可包括持续的强度均匀性。如本文中所使用的，术语“持续的强度均匀性”是指经引导到透明工件中的激光束的整个部分中的任何离散点处的激光束的强度与经引导到透明工件中的激光束的整个部分中的任何第二离散点处的激光束的强度相差不超过50％。在本申请案中描述的实施方式中，经引导到透明工件中的激光束的整个部分中的激光束的持续的强度均匀性使得对于经引导到透明工件中的激光束的整个部分中的离散点，激光束强度的极值(即，最小值或最大值)在经引导到透明工件中的激光束的整个部分中的任何第二离散点处大于或等于激光束强度的约50％且小于或等于约150％。

在图8C中示出了激光束焦线113在距离上的示例性强度分布。不受理论的束缚，将透明工件160的入射表面162放置在激光束焦线113的形成下游大于或等于0.05mm、大于或等于0.08mm、大于或等于0.10mm、大于或等于0.12mm、大于或等于0.15mm、大于或等于0.18mm或大于或等于0.20mm是有益的，使得激光束焦线113包括外部激光束焦线117，如前所述。将透明工件160的入射表面162放置在激光束焦线113的形成下游可导致在入射表面162处更大的激光束112强度，从而确保内部缺陷平面与入射表面162连接。此外，为了确保激光束焦线113在透明工件160的入射表面162上游的自由空间中表现出准无绕射特性，外部激光束焦线117可包括圆角谱或近似圆形的角谱，如前所述。

尽管不受理论的限制，但使用包括能够产生脉冲突发的脉冲激光束的激光束112有利于切割或改性透明材料，例如玻璃(例如，透明工件160)。相对于藉用单脉冲激光器的重复率在时间上间隔开的单脉冲的使用，将脉冲能量分布在突发内的快速脉冲序列上的突发序列的使用允许了可访问较大的高强度与材料的相互作用的时间尺度(相较于单脉冲激光器)。脉冲突发的使用(与单脉冲操作相反)增加了缺陷172的尺寸(例如，横截面尺寸)，这便于当沿着一个或多个轮廓170分离透明工件160时相邻缺陷172的连接，从而最小化了意外裂纹的形成。此外，使用脉冲突发来形成缺陷172增加了从每个缺陷172向外延伸到透明工件160的块状材料中的裂纹的取向的随机性，使得从缺陷172向外延伸的各个裂纹不会影响或以其他方式偏置轮廓170的分离，使得缺陷172的分离遵循轮廓170，从而最小化了意外裂纹的形成。

再次参照图2A和图2B，光学组件100可经配置为进一步例如使用美国公开专利申请案号20180093941A1中描述的方法和系统(在此通过引用将其整体并入)改变激光束112，使得在透明工件160的入射表面162处的激光束112的横截面是非轴对称的，且因此激光束焦线113的横截面是非轴对称的。例如，由激光束焦线113在透明工件160的入射表面162处形成的束斑114可包括非轴对称的具有长轴和短轴的束斑，使得使用激光束焦线113形成的缺陷172包括形成在长轴和短轴的交点处的中央缺陷区域及在长轴方向上形成的一个或多个径向臂。这些缺陷172是使用具有非轴对称束斑的激光束焦线113形成的，此非轴对称束斑的取向使得束斑114的长轴沿着轮廓线165延伸从而形成具有沿着轮廓线165延伸的径向臂的缺陷172。通过控制激光束焦线113，使得每个缺陷172的径向臂的方向沿轮廓线165延伸，可更好地控制裂纹扩展。

在其中相变光学元件120包括自适应相变光学元件122的实施方式中，可通过改变由自适应相变光学元件122施加的相位调变来形成具有非轴对称横截面的激光束焦线113。此外，如公开的美国专利申请案号20180093941A1中所述，在其中相变光学元件120包括静态相变光学元件123(例如，椭圆形的轴锥124)的实施方式中，可通过将轴锥从光束路径111沿径向偏移定位、阻挡激光束112的一部分或使用相位延迟板去同调激光束的一部分来形成具有非轴对称横截面的激光束焦线113。

再次参照图1A至图4B，在一些实施方式中，透明工件160可在随后的分离步骤中进一步作用，以引起透明工件160沿着轮廓170分离，以形成包括成角度的边缘的分离的透明制品(图9A至图11B)。随后的分离步骤可包括使用机械力、热应力诱导力或化学蚀刻剂以沿轮廓170传播裂纹。如红外激光束的热源可用于产生热应力，从而沿着轮廓170分离透明工件160。分离透明工件160可包括：在轮廓170处引导红外激光束以引起热应力以沿着轮廓170传播裂纹。在一些实施方式中，红外激光束可用于引发分离，然后可机械地完成分离。不受理论的束缚，红外激光是受控的热源，此受控的热源在轮廓170处或轮廓170附近迅速增加透明工件160的温度。这种快速加热可在轮廓170上或轮廓170附近的透明工件160中产生压应力。由于与透明工件160的整个表面积相比，经加热的玻璃表面的面积相对较小，故经加热的区域冷却得相对较快。所得的温度梯度在透明工件160中引起拉伸应力，此拉伸应力足以使裂纹沿着轮廓170并穿过透明工件160的深度传播，从而导致透明工件160沿着轮廓170完全分离。不受理论的束缚，据信拉伸应力可由于在局部温度较高的部分工件中的玻璃的膨胀(即，密度改变)引起。

在玻璃中产生热应力的合适的红外激光器通常具有容易被玻璃吸收的波长，通常具有范围从1.2μm至13μm的波长，例如范围从4μm至12μm。此外，红外激光束的功率可为大约10W至大约1000W，例如100W、250W、500W、750W等。此外，红外激光束的1/e²光束直径可为大约20mm或更小，例如15mm、12mm、10mm、8mm、5mm、2mm或更小。在操作中，红外激光束的较大的1/e²光束直径可促进更快的激光处理和更大的功率，而红外激光束的较小的1/e²光束直径可通过限制对在轮廓170附近的透明工件160的部分的破坏来促进高精度分离。红外激光器的示例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、激光二极管或上述的组合。

在其他实施方式中，取决于类型、深度和材料特性(例如，吸收、CTE、应力及成分等)，存在于透明工件160中的应力可引起沿着轮廓170的自发分离，而无需有进一步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，离子交换或热回火的玻璃基板)时，轮廓170的形成可引起沿轮廓170的裂纹扩展以分离透明工件160。

现在参考图9A至图11B，示意性地描绘了示例透明工件260、360、460及使用本文所述的方法和系统而由这些透明工件形成的所得的经分离的制品260'、360'、460'。举例而言，图9A描绘了具有多个缺陷272的透明工件260的示意性侧视图，多个缺陷272中的每个缺陷具有大于10°的缺陷角θ_d。可被分离多个缺陷272(即，这些缺陷272的轮廓)以形成一个或多个经分离的制品260'，每个经分离的制品包括成角度的边缘261，如图9B所示。

在另一个例子中，图10A描绘了包括多个缺陷的透明工件360的示意性侧视图，此多个缺陷包括第一缺陷372a和第二缺陷372b。多个缺陷包括沿着弯曲轮廓线形成的弯曲轮廓。第一缺陷372a和第二缺陷372b两者均例如从入射表面362(即，图10A中所示的顶表面)径向向内延伸到相对表面364(即，图10B中所示的底表面)。因此，在入射表面362处，第一缺陷372a和第二缺陷372b彼此间隔开第一间隔距离D_S1，而在相对表面364处第一缺陷372a和第二缺陷372b彼此间隔开第二间隔距离D_S2；第二间隔距离D_S2小于第一间隔距离D_S1。在弯曲轮廓线是圆形的实施方式中，第一间隔距离D_S1是在入射表面处的闭合轮廓线的直径，而第二间隔距离D_S1是在相对表面处的闭合轮廓线的直径。如图10B所示，可分离缺陷的闭合轮廓以形成具有由倾斜边缘361限定的圆锥形孔363的经分离的制品360'。例如，可使用化学蚀刻处理来分离缺陷的闭合轮廓以形成具有圆锥形孔363的经分离的制品360'。

仍参考图10A和图10B，可通过使激光束112围绕光束路径111旋转同时使透明工件160和激光束112相对于彼此平移，从而使得缺陷相对于沿着弯曲轮廓的弯曲轮廓线保持径向向内的方向性，来形成缺陷的弯曲轮廓。此外，应当理解，虽然将缺陷描绘为相对于弯曲轮廓线径向向内定向，但在其他实施方式中，例如可通过使激光束112绕光束路径111旋转来将缺陷径向向外定向。

作为另一个例子，图11A描绘了包括多个缺陷472的透明工件460的示意性侧视图，多个缺陷472包括第一缺陷472a、第二缺陷472b和第三缺陷472c。第一缺陷472a从入射表面462延伸到第二缺陷472b的第一端、第二缺陷472b从第一缺陷472a的一端延伸到第三缺陷472c的一端，及第三缺陷472c从第二缺陷472b的第二端延伸到边缘表面466。可通过将激光束焦线113以一定角度从入射表面462引导到边缘表面466来形成第一缺陷472a、可通过将激光束焦线113从第一缺陷472a的该端引导到第三缺陷472c的该端来形成第二缺陷472b，及可通过将激光束焦线113以一定角度从相对表面464引导到边缘表面466来形成第三缺陷472c。此外，第一缺陷472a可为多个形成第一轮廓的第一缺陷472a的一部分、第二缺陷472b可为多个形成第二轮廓的第二缺陷472b的一部分，及第三缺陷472c可为多个形成第三轮廓的第三缺陷472c的一部分。在操作中，可使用本文所述的实施方式来分离第一缺陷472a的第一轮廓、第二缺陷472b的第二轮廓和第三缺陷472c的第三轮廓，以形成具有倒角边缘468的经分离的制品460'，如图11B中所示。

范例

使透明工件在波长为1064nm、脉冲能量为200至800μJ、重复率为60kHz、脉冲宽度为10皮秒的脉冲激光束下通过。激光器具有可变的突发模式及能够创建突发脉冲，突发中的每个脉冲之间的间隔为12.5奈秒。脉冲中的脉冲数可在1到20之间变化。脉冲激光束被空间光调变器反射，以添加特殊形状的轴锥的相位。激光束接着以伸缩配置穿过四个透镜，总放大倍率约为20倍，以形成与透明工件接触的激光束焦线。最后一个透镜(即，最下游的透镜)的数值孔径为约0.4。

为了穿孔和切割样品，使透明工件相对于光束传播方向倾斜40°并以使得每个脉冲之间的节距为8um的速度在Y方向上移动。倾斜40°因折射导致玻璃基板内部的内部焦线角为26°。

使光束通过样品三次以形成C形倒角(图11A所示类型)。对于第一次，透明工件相对于光束传播方向倾斜40°。对于第二次，透明工件相对于光束传播方向倾斜0°。对于第三次，透明工件相对于光束传播方向倾斜-40°。注意确保首先造成损坏的底部、然后是中间部分，最后是顶部，以确保光束不必穿过先前的损坏平面；这些平面上的散射可导致减少样品损坏。图12是以此方式损坏的玻璃片的横截面的图像。

在损坏之后，通过对玻璃施加机械和热应力来分离透明工件(以产生图11B所示类型的分离部分)。图13示出了使用此方法制成的C形倒角的图像，及图14示出了其表面轮廓。

描述的方面1是：

一种用于处理透明工件的方法，包括：

将沿着光束路径定向的激光束引导到透明工件中，透明工件具有入射表面，激光束在入射位置处穿过入射表面以进入透明工件，

其中：

经引导到透明工件中的激光束的一部分在透明工件中产生激光束焦线及产生诱导吸收以在透明工件内产生缺陷，激光束焦线包括：

波长λ；

束斑大小w_o；

瑞利(Rayleigh)范围Z_R，其大于

其中F_D是包括10或更大的一值的一无量纲发散因子；

相对于在入射位置处与入射表面正交的平面的内部焦线角，其大于10°；

在该透明工件内的圆角谱；及

由一系列点限定的长度，一系列点中的每个点由来自激光束的多个相交射线形成，多个相交射线在相位上匹配。

描述的方面2是：

方面1的方法，其中经引导到透明工件中的激光束的一部分包括持续的强度均匀性。

描述的方面3是：

方面1或2的方法，其中激光束焦点的一部分延伸到透明工件的外部，从而在透明工件上方形成外部激光束焦点。

描述的方面4是：

方面3的方法，其中外部激光束焦线沿着与透明工件正交的平面在透明工件上方延伸至少0.01mm。

描述的方面5是：

方面3或4的方法，其中外部激光束焦线包括外部焦线角，外部焦线角大于内部焦线角。

描述的方面6是：

方面3至5中任一项的方法，其中外部激光束焦线包括圆角谱。

描述的方面7是：

方面1至6中任一项的方法，进一步包括：将激光束入射到位于入射表面上游的相变光学元件上，相变光学元件向激光束施加相变。

描述的方面8是：

方面7的方法，其中激光束包括第一组射线和第二组射线，且方法进一步包括：用光学阻挡元件挡住第二组射线。

描述的方面9是：

方面8的方法，其中第一组射线定义了激光束的第一环形段，及第二组射线定义了激光束的第二环形段。

描述的方面10是：

方面9的方法，其中：

第二环形段的平均半径小于第一环形段的平均半径，及

第一组射线形成从透明工件内的原点开始的激光束焦线的至少一部分及对齐第二组射线，以使得若第二组射线不被挡住，则第二组射线将形成在光束传播方向上延伸到原点的激光束焦线的至少一部分。

描述的方面11是：

方面10的方法，其中：

方法进一步包括：用光学阻挡元件挡住第一组射线；

由第一组射线形成的激光束焦线的一部分包含相对于正交于入射表面的平面的0°至10°或170°至180°的内部焦线角；及

由第二组射线形成的激光束焦线的一部分包括相对于正交于入射表面的平面的大于10°且小于80°或大于100°且小于170°的内部焦线角。

描述的方面12是：

方面9的方法，其中：

第一环形段的平均半径小于第二环形段的平均半径；及

第一组射线形成在透明工件内的终止点处终止的激光束焦线的至少一部分及对齐第二组射线，以使得若第二组射线不被挡住，则第二组射线将形成在光束传播方向上延伸到终止点之外的激光束焦线的至少一部分。

描述的方面13是：

方面12的方法，其中：

方法进一步包括：用光学阻挡元件挡住第一组射线；

由第一组射线形成的激光束焦线的一部分包含相对于正交于入射表面的平面的0°至10°或170°至180°的内部焦线角；及

由第二组射线形成的激光束焦线的一部分包含相对于正交于入射表面的平面的大于10°且小于80°或大于100°且小于170°的内部焦线角。

描述的方面14是：

方面7的方法，其中具有相变的激光束包括第一组射线和第二组射线，第一组射线在透明工件中形成激光束焦线的第一部分。

描述的方面15是：

方面14的方法，其中第二组射线在透明工件中形成激光束焦线的第二部分，激光束焦线的第二部分具有与激光束焦线的第一部分的内部焦线角不同的内部焦线角。

描述的方面16是：

方面15的方法，其中具有相变的激光束包括第三组射线，第三组射线在透明工件中形成激光束焦线的第三部分，激光束焦线的第三部分具有内部焦线角，此内部焦线角与激光束焦线的第二部分的内部焦线角及激光束焦线的第一部分的内部焦线角不同。

描述的方面17是：

方面7的方法，其中具有相变的激光束具有第一相位，此第一相位由相变光学元件以第一配置产生，方法进一步包括：将相变光学元件转换为第二配置，此第二配置产生具有第二相变的激光束。

描述的方面18是：

方面17的方法，其中第一配置包括第一相位掩模，且第二配置包括第二相位掩模。

描述的方面19是：

方面17或18的方法，其中转换包括：重新定位相变光学元件。

描述的方面20是：

方面7的方法，其中相变光学元件包括静态相变光学元件。

描述的方面21是：

方面20的方法，其中：

静态相变光学元件包括具有基座部分和从基座部分延伸的圆锥形部分的椭圆形轴锥，及

基座部分包括具有从第一轴端(其具有第一曲率半径)延伸到第二轴端(其具有第二曲率半径)的对称轴的椭圆形周边，其中基座部分的第一曲率半径和基座部分的第二曲率半径是不同的。

描述的方面22是：

方面7的方法，其中相变光学元件包括自适应相变光学元件。

描述的方面23是：

方面22的方法，其中自适应相变光学元件包括空间光调变器、可变形镜或自适应相板。

描述的方面24是：

方面1至23中任一项的方法，其中缺陷包括在入射位置处相对于正交于入射表面的平面大于10°的透明工件内的缺陷角。

描述的方面25是：

方面1至24中任一项的方法，其中内部焦线角大于10°至40°。

描述的方面26是：

方面1至24中任一项的方法，其中内部焦线角是从15°到40°。

描述的方面27是：

方面1至24中任一项的方法，其中内部焦线角是从20°到40°。

描述的方面28是：

方面1至27中任一项的方法，进一步包括：沿着轮廓线将透明工件和激光束中的至少一者相对于彼此平移，以形成包括多个缺陷的轮廓。

描述的方面29是：

方面28的方法，其中轮廓线包括弯曲轮廓线，轮廓包括弯曲轮廓，且方法进一步包括：旋转激光束，同时使透明工件和激光束中的至少一者相对于彼此沿着弯曲轮廓线平移，使得多个缺陷中的每个缺陷相对于弯曲轮廓线径向向内或径向向外定向。

描述的方面30是：

方面29的方法，其中弯曲轮廓线包括闭合的弯曲轮廓线，且弯曲轮廓包括闭合的弯曲轮廓。

描述的方面31是：

方面28至30中任一项的方法，进一步包括：向轮廓施加应力以沿着轮廓分离透明工件。

描述的方面32是：

方面31的方法，其中应力包括热应力、机械应力或其组合。

描述的方面33是：

方面1至32中任一方面的方法，其中激光束包括由光束源输出的脉冲激光束，光束源产生包括2个子脉冲/每个脉冲突发(或更多)的脉冲突发。

描述的方面34是：

方面1至33中任一项的方法，其中无量纲发散因子F_D包括从大约10到大约2000的值。

描述的方面35是：

方面1至34中任一项的方法，其中相邻缺陷之间的间隔为约50μm或更小。

描述的方面36是：

方面1至35中任一项的方法，其中入射表面包括非平面形貌。

描述的方面37是：

方面1至36中任一方面的方法，其中激光束焦线与入射表面相交。

出于描述和定义本发明技术的目的，应注意，本文所引用的为参数的“函数”或另一变量的变量并不旨在表示变量是所列出的参数或变量的函数。而是，本文中所引用的为所列参数的“函数”的变量旨在是开放式的，使得变量可为单个参数或多个参数的函数。

如本文所用，术语“大约”是指数量、大小、制剂、参数及其他数量和特性不是且不需要是精确的，而是可为如所期望的近似的及/或更大或更小，这反映了公差、转换因子、四舍五入及测量误差等，及所属技术领域中一般技术人员已知的其他因子。当术语“大约”用于描述范围的值或端点时，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描述成“大约”，都描述了两个实施方式：一个由“大约”修饰，而另一个未由“大约”修饰。进一步将理解的是，每个范围的端点相对于另一个端点及独立于另一个端点都是有效的。

本文使用的方向性术语，例如上、下、右、左、前、后、顶部、底部，仅参考所绘制的附图来进行，并不意味着绝对定向。

除非另有明确说明，否则决不意图将本文阐述的任何方法解释为要求以特定顺序执行其步骤，亦不意图将本文阐述的任何方法解释为需要以任何特定取向的设备执行其步骤。因此，在方法权利要求没有实际叙述其步骤要遵循的顺序的情况下，或任何设备权利要求并未实际叙述各个组件的顺序或方向的情况下，或在权利要求书或说明书中没有特别叙述步骤将被限制为特定顺序或未叙述设备组件的特定顺序或定向的情况下，在任何方面中绝不旨在推断顺序或定向。这适用于任何可能的非明白表示的解释基础，其包括：与步骤安排、操作流程、组件顺序或组件方向有关的逻辑问题；源自语法组织或标点的简单含义；及说明书中所描述的实施方式的数量或类型。

如本文所使用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一”和“该”包括复数指示物。因此，例如，除非上下文另外明确指出，否则对“一”组件的提及包括具有两个或更多个这样的组件的方面。

对于所属技术领域中一般技术人员将显而易见的是，在不脱离所要求保护的目标的精神和范围的情况下，可对本文所述的实施方式进行各种修改和变型。因此，本说明书旨在包含本文描述的各种实施方式的修改和变型，只要这些修改和变型落在所附权利要求书及其等同物的范畴内。

Claims (37)

1.一种用于处理透明工件的方法，所述方法包括：

将沿着光束路径定向的激光束引导到所述透明工件中，所述透明工件具有入射表面，所述激光束在入射位置处穿过所述入射表面以进入所述透明工件，

其中：

所述经引导到所述透明工件中的激光束的一部分在所述透明工件中产生激光束焦线及产生诱导吸收以在所述透明工件内产生缺陷，所述激光束焦线包括：

波长λ；

束斑大小w_o；

瑞利(Rayleigh)范围Z_R，其大于

其中FD是包括10或更大的值的无量纲发散因子；

在所述入射位置处相对于与所述入射表面正交的平面的内部焦线角，其大于10°；

圆角谱，其在所述透明工件内；及

长度，其由一系列点限定，所述点中的每个点由来自所述激光束的多个相交射线形成，所述相交射线在相位上匹配。

2.如权利要求1所述的方法，其中经引导到所述透明工件中的所述激光束的所述部分包括持续的强度均匀性。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述激光束焦线的一部分延伸到所述透明工件的外部，在所述透明工件上方形成外部激光束焦线。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述外部激光束焦线沿着与所述透明工件正交的平面在所述透明工件上方延伸至少0.01mm。

5.如权利要求3或4所述的方法，其中所述外部激光束焦线包括外部焦线角，所述外部焦线角大于所述内部焦线角。

6.如权利要求3至5中任一项所述的方法，其中所述外部激光束焦线包括圆角谱。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，进一步包括：将所述激光束入射到经定位在所述入射表面上游的相变光学元件上，所述相变光学元件对所述激光束施加相变。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述激光束包括第一组射线和第二组射线，且所述方法进一步包括：用光学阻挡元件挡住所述第二组射线。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述第一组射线限定所述激光束的第一环形段，及所述第二组射线限定所述激光束的第二环形段。

10.如权利要求9所述的方法，其中：

所述第二环形段的平均半径小于所述第一环形段的平均半径；及

所述第一组射线形成从所述透明工件内的原点开始的所述激光束焦线的至少一部分，及对齐所述第二组射线使得若没挡住所述第二组射线，则所述第二组射线将形成在光束传播方向上延伸到所述原点的所述激光束焦线的至少一部分。

11.如权利要求10所述的方法，其中：

所述方法进一步包括：用所述光学阻挡元件挡住所述第一组射线；

由所述第一组射线形成的所述激光束焦线的一部分包含相对于正交于所述入射表面的所述平面的0°至10°或170°至180°的内部焦线角；及

由所述第二组射线形成的所述激光束焦线的一部分包括相对于正交于所述入射表面的所述平面的大于10°且小于80°或大于100°且小于170°的内部焦线角。

12.如权利要求9所述的方法，其中：

所述第一环形段的平均半径小于所述第二环形段的平均半径；及

所述第一组射线形成在所述透明工件内的终止点处终止的所述激光束焦线的至少一部分，及对齐所述第二组射线使得若没挡住所述第二组射线，则所述第二组射线将形成在光束传播方向上延伸到所述终止点之外的所述激光束焦线的至少一部分。

13.如权利要求12所述的方法，其中：

所述方法进一步包括：用所述光学阻挡元件挡住所述第一组射线；

由所述第一组射线形成的所述激光束焦线的一部分包含相对于正交于所述入射表面的所述平面的0°至10°或170°至180°的内部焦线角；及

由所述第二组射线形成的所述激光束焦线的一部分包含相对于正交于所述入射表面的所述平面的大于10°且小于80°或大于100°且小于170°的内部焦线角。

14.如权利要求7所述的方法，其中具有相变的所述激光束包括第一组射线和第二组射线，所述第一组射线在所述透明工件中形成所述激光束焦线的第一部分。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述第二组射线在所述透明工件中形成所述激光束焦线的第二部分，所述激光束焦线的所述第二部分具有与所述激光束焦线的所述第一部分的所述内部焦线角不同的内部焦线角。

16.如权利要求15所述的方法，其中具有相变的所述激光束包括第三组射线，所述第三组射线在所述透明工件中形成所述激光束焦线的第三部分，所述激光束焦线的所述第三部分具有内部焦线角，此内部焦线角与所述激光束焦线的所述第二部分的所述内部焦线角及所述激光束焦线的所述第一部分的所述内部焦线角不同。

17.如权利要求7所述的方法，其中具有相变的所述激光束有第一相位，所述第一相位由所述相变光学元件以第一配置产生，所述方法进一步包括：将所述相变光学元件转换为第二配置，所述第二配置产生具有第二相位变化的激光束。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述第一配置包括第一相位掩模，且所述第二配置包括第二相位掩模。

19.如权利要求17或18所述的方法，其中所述转换包括：重新定位所述相变光学元件。

20.如权利要求7所述的方法，其中所述相变光学元件包括静态相变光学元件。

21.如权利要求20所述的方法，其中：

所述静态相变光学元件包括具有基座部分和从所述基座部分延伸的圆锥形部分的椭圆形轴锥，及

所述基座部分包括具有从第一轴端(其具有第一曲率半径)延伸到第二轴端(其具有第二曲率半径)的对称轴的椭圆形周边，其中所述基座部分的所述第一曲率半径和所述基座部分的所述第二曲率半径是不同的。

22.如权利要求7所述的方法，其中所述相变光学元件包括自适应相变光学元件。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述自适应相变光学元件包括空间光调变器、可变形镜或自适应相板。

24.如权利要求1至23中任一项所述的方法，其中所述缺陷包括在所述入射位置处相对于正交于所述入射表面的平面大于10°的所述透明工件内的缺陷角。

25.如权利要求1至24中任一项所述的方法，其中所述内部焦线角大于10°至40°。

26.如权利要求1至24中任一项所述的方法，其中所述内部焦线角是从15°到40°。

27.如权利要求1至24中任一项所述的方法，其中所述内部焦线角是从20°到40°。

28.如权利要求1至27中任一项所述的方法，进一步包括：沿着轮廓线将所述透明工件和所述激光束中的至少一者相对于彼此平移，以形成包括多个缺陷的轮廓。

29.如权利要求28所述的方法，其中所述轮廓线包括弯曲轮廓线，所述轮廓包括弯曲轮廓，且所述方法进一步包括：旋转所述激光束，同时使所述透明工件和所述激光束中的至少一者相对于彼此沿着所述弯曲轮廓线平移，使得所述多个缺陷中的每个缺陷相对于所述弯曲轮廓线径向向内或径向向外定向。

30.如权利要求29所述的方法，其中所述弯曲轮廓线包括闭合的弯曲轮廓线，且所述弯曲轮廓包括闭合的弯曲轮廓。

31.如权利要求28至30中任一项所述的方法，进一步包括：向所述轮廓施加应力以沿着所述轮廓分离所述透明工件。

32.如权利要求31所述的方法，其中所述应力包括热应力、机械应力或其组合。

33.如权利要求1至32中任一项所述的方法，其中所述激光束包括由光束源输出的脉冲激光束，所述光束源产生包括2个子脉冲/每个脉冲突发(或更多)的脉冲突发。

34.如权利要求1至33中任一项所述的方法，其中所述无量纲发散因子FD包括从大约10到大约2000的值。

35.如权利要求1至34中任一项所述的方法，其中相邻缺陷之间的间隔为约50μm或更小。

36.如权利要求1至35中任一项所述的方法，其中所述入射表面包括非平面形貌。

37.如权利要求1至36中任一项所述的方法，其中所述激光束焦线与所述入射表面相交。

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