CN117957086A - 用于透明工件的同步大角度激光加工的相位修改准非衍射激光束 - Google Patents

Abstract

一种加工透明工件的方法，其包括：将包括第一光束和第二光束的激光束组合同时定向到所述透明工件中，所述第一光束在第一冲击位置处穿过所述透明工件的冲击表面，并且所述第二光束在第二冲击位置处穿过所述冲击表面。所述第一光束在所述透明工件中形成第一激光束焦线并且生成第一诱导吸收，以在所述透明工件内产生第一缺陷区段，所述第一缺陷区段具有第一倒角；并且所述第二光束在所述透明工件中形成第二激光束焦线并且生成第二诱导吸收，以在所述透明工件内产生第二缺陷区段，所述第二缺陷区段具有第二倒角，所述第二倒角不同于所述第一倒角。

Description

用于透明工件的同步大角度激光加工的相位修改准非衍射激 光束

本申请要求2021年8月25日提交的荷兰专利申请号2029054的优先权，所述荷兰专利申请要求2021年7月28日提交的美国临时专利申请序列号63/226,369的优先权，其内容是本申请的依托并以引用方式全部并入本文。

背景

技术领域

本说明书整体涉及用于激光加工透明工件的设备和方法，并且更具体地，涉及包括激光束焦线的激光束，所述激光束焦线是准非衍射的并且当以非法向入射角定向到工件中时保持准非衍射特征。

背景技术

材料的激光加工领域涵盖了种类繁多的应用，涉及不同类型材料的切割、钻孔、铣削、焊接、熔化等。在这些工艺中，特别令人感兴趣的一个是在可用于生产材料的工艺中切割或分离不同类型的透明基板，所述材料诸如用于电子装置的薄膜晶体管(TFT)或显示材料的玻璃、蓝宝石或熔融石英等。

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存在许多改进的机会。拥有比市场上目前所实践的方法更快、更干净、更经济、更可重复且更可靠的分离玻璃基板的方法是非常令人感兴趣的。许多分离玻璃基板的方法会导致方形分离边缘，所述方形分离边缘容易破裂并且通常被加工成具有斜角或圆形以最小化破裂的机会。目前，非方形边缘通常使用机械手段来完成，诸如机械研磨和抛光。然而，这些工艺会生成玻璃粉尘和颗粒，必须通过涉及清洗或化学处理的附加工艺步骤进行清洁。因此，需要用于分离玻璃基板的替代改进方法，其用无颗粒且高产量的方法替换常规的边缘修整方法。

发明内容

根据本公开的第一方面，一种加工透明工件的方法，其包括：将包括第一光束和第二光束的激光束组合同时定向到所述透明工件中，所述第一光束在第一冲击位置处穿过所述透明工件的冲击表面，并且所述第二光束在第二冲击位置处穿过所述透明工件的所述冲击表面。所述激光束组合的所述第一光束在所述透明工件中形成第一激光束焦线并且生成第一诱导吸收，以在所述透明工件内产生第一缺陷区段，所述第一缺陷区段具有第一倒角；并且所述激光束组合的所述第二光束在所述透明工件中形成第二激光束焦线并且生成第二诱导吸收，以在所述透明工件内产生第二缺陷区段，所述第二缺陷区段具有第二倒角，所述第二倒角不同于所述第一倒角。

本公开的第二方面包括第一方面的方法，其中所述第一冲击位置和所述第二冲击位置沿着所述冲击表面横向偏移。

本公开的第三方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述第二倒角相对于在所述第二冲击位置处与所述冲击表面正交的平面大于5°。

本公开的第四方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述第二倒角相对于在所述第二冲击位置处与所述冲击表面正交的平面小于1°。

本公开的第五方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述第一激光束焦线在所述冲击表面与所述透明工件内的第一终止深度之间延伸，并且终止于定位在所述第一终止深度处的第一终止位置处。

本公开的第六方面包括第五方面的方法，其中所述第二激光束焦线从定位在所述第一终止深度处的所述第一终止位置延伸到定位在所述透明工件内的第二终止深度处的第二终止位置。

本公开的第七方面包括第五方面或第六方面的方法，其中所述第二激光束焦线从定位在所述第一终止深度处的所述第一终止位置延伸到定位在所述透明工件内的第二终止深度处的第二终止位置。

本公开的第八方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述激光束组合还包括在第三冲击位置处定向到所述透明工件中的第三光束，其中所述第三光束在所述透明工件中形成第三激光束焦线并且生成第三诱导吸收以在所述透明工件内产生第三缺陷区段，所述第三缺陷区段具有第三倒角，所述第三倒角不同于所述第二倒角。

本公开的第九方面包括第八方面的方法，其中

所述第三倒角不同于所述第一倒角。

本公开的第十方面包括第八方面或第九方面的方法，其中所述第一激光束焦线在所述冲击表面与所述透明工件内的第一终止深度之间延伸，并且终止于定位在所述第一终止深度处的第一终止位置处；所述第二激光束焦线从所述第一终止深度处的所述第一终止位置延伸到定位在所述透明工件内的第二终止深度处的第二终止位置，其中所述第一终止深度比所述第二终止深度更靠近所述透明工件的所述冲击表面；并且所述第三激光束焦线从所述第二终止位置朝向所述透明工件的第二表面延伸。

本公开的第十一方面包括第八方面至第十方面中任一方面的方法，其中所述第三激光束焦线在出口位置处到达所述第二表面，其中所述出口位置沿着与所述第一冲击位置处的所述冲击表面正交的平面定位。

本公开的第十二方面包括第八方面至第十一方面中任一方面的方法，其中所述第二冲击位置定位在所述透明工件的所述冲击表面上的所述第一冲击位置与所述第三冲击位置之间。

本公开的第十三方面包括第八方面至第十二方面中任一方面的方法，其中所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束被同时定向到所述透明工件中。

本公开的第十四方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述第一激光束焦线和所述第二激光束焦线各自包括：波长λ；光斑大小w_o；以及大于的瑞利范围Z_R，其中F_D是包括10或更大值的无量纲发散因子。

本公开的第十五方面包括第十四方面的方法，其中所述无量纲发散因子F_D包括从10至2000的值。

本公开的第十六方面包括前述方面中任一方面的方法，并且还包括：将所述激光束组合冲击到相位改变光学元件上以将相位改变应用于所述第一光束和所述第二光束。

本公开的第十七方面包括第十六方面的方法，其中当在所述相位改变光学元件下游的自由空间中产生时，所述第一光束包括长圆形角谱，所述长圆形角谱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，其中所述第一曲率半径不同于所述第二曲率半径。

本公开的第十八方面包括第十七方面的方法，其中入射到所述冲击表面的所述第一光束的所述长圆形角谱包括与所述对称轴正交的短轴，并且所述短轴在相交点处与对称轴相交，所述相交点从定位在所述冲击表面上游的最终聚焦光学器件的中心点横向偏移。

本公开的第十九方面包括第十七方面或第十八方面的方法，其中入射到所述冲击表面的所述第二光束包括圆形角谱。

本公开的第二十方面包括第十六方面的方法，其中所述相位改变光学元件包括衍射光学元件，所述衍射光学元件包括沿着所述衍射光学元件的表面从第二衍射区域横向偏移的第一衍射区域；所述第一衍射区域被配置来将像差校正的准非衍射相位和棱镜相位应用于所述激光束组合的所述第一光束；并且所述第二衍射区域被配置来将准非衍射相位应用于所述激光束组合的所述第二光束。

本公开的第二十一方面包括第二十方面或第十八方面的方法，其中所述衍射光学元件是第二衍射光学元件，并且所述方法还包括：将由光束源输出的初始光束定向到包括衍射分束器的第一衍射光学元件上，所述衍射分束器从所述初始光束形成所述激光束组合，并且将所述激光束组合定向到所述第二衍射光学元件。

本公开的第二十二方面包括第十六方面的方法，其中所述相位改变光学元件包括自适应相位改变光学元件。

本公开的第二十三方面包括第二十二方面的方法，其中所述自适应相位改变光学元件包括空间光调制器、可变形镜或自适应相位板。

本公开的第二十四方面包括第二十二方面或第二十三方面的方法，其中所述将所述相位改变应用于所述第一光束和所述第二光束包括：将来自光束源的初始光束定向到所述自适应相位改变光学元件的第一部分上，所述第一部分从所述初始光束形成所述激光束组合；以及将所述激光束组合从所述第一部分定向朝向所述自适应相位改变光学元件的第二部分，所述第二部分对所述激光束组合的所述第一光束和所述第二光束进行相位改变。

本公开的第二十五方面包括第二十四方面的方法，其中所述自适应相位改变光学元件的所述第一部分包括被配置来将所述初始光束分成所述激光束组合的分束相位掩模；并且所述自适应相位改变光学元件的所述第二部分包括被配置来将像差校正的准非衍射相位和棱镜相位应用于所述激光束组合的所述第一光束的第一准非衍射相位掩模，以及被配置来将准非衍射相位应用于所述激光束组合的所述第二光束的第二准非衍射相位掩模。

本公开的第二十六方面包括第二十四方面或第二十五方面的方法，其中所述自适应相位改变光学元件的所述第一部分和所述第二部分沿着所述自适应相位改变光学元件的表面横向偏移；并且所述第二部分的所述第一准非衍射相位掩模和所述第二准非衍射相位掩模沿着所述自适应相位改变光学元件的所述表面横向偏移。

本公开的第二十七方面包括前述方面中任一方面的方法，还包括：沿着轮廓线相对于彼此平移所述透明工件和所述激光束组合中的至少一者，以在所述透明工件中形成包括多个缺陷的轮廓。

本公开的第二十八方面包括第二十七方面的方法，其中所述轮廓线包括弯曲轮廓线，所述轮廓包括弯曲轮廓，并且所述方法还包括：在沿着弯曲轮廓线相对于彼此平移所述透明工件和所述激光束组合中的至少一者时旋转所述激光束组合，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。

本公开的第二十九方面包括第二十八方面的方法，其中所述弯曲轮廓线包括闭合弯曲轮廓线并且所述弯曲轮廓包括闭合弯曲轮廓。

本公开的第三十方面包括第二十七方面至第二十九方面中任一方面的方法，还包括：将应力应用于所述轮廓以沿着所述轮廓分离所述透明工件。

本公开的第三十一方面包括第三十方面的方法，其中所述应力包括热应力、机械应力或其组合。

本公开的第三十二方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述激光束组合的所述第一光束由第一光束源输出，并且所述激光束组合的所述第二光束由第二光束源输出。

本公开的第三十三方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述激光束组合由初始光束形成，所述初始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每脉冲串2个子脉冲串或更多个子脉冲串的脉冲串。

本公开的第三十四方面包括前述方面中任一方面的方法，其中相邻缺陷之间的间距为50μm或更小。

本公开的第三十五方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述透明工件包括碱金属铝硅酸盐玻璃材料。

本公开的第三十六方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述第一激光束焦线和所述第二激光束焦线各自包括圆形角谱。

本公开的第三十七方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述第一倒角大于5°。

本公开的第三十八方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述第二倒角小于5°。

本公开的第三十九方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述第一倒角大于10°。

本公开的第四十方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述第一倒角大于20°。

根据本公开的第四十一方面，一种相位改变光学元件，包括：衍射光学元件，所述衍射光学元件包括沿着所述衍射光学元件的表面从第二衍射区域横向偏移的第一衍射区域；所述第一衍射区域被配置来将像差校正的准非衍射相位和棱镜相位应用于激光束组合的第一光束；并且所述第二衍射区域被配置来将准非衍射相位应用于所述激光束组合的第二光束。

本公开的第四十二方面包括第四十一方面的相位改变光学元件，其中所述第一衍射区域包括第一环形衍射区域，并且所述第二衍射区域包括第二环形衍射区域。

本公开的第四十三方面包括第四十一方面或第四十二方面的相位改变光学元件，其中所述第一衍射区域包括第一填充衍射区域，并且所述第二衍射区域包括第二填充衍射区域。

本公开的第四十四方面包括第四十一方面至第四十三方面中任一方面的相位改变光学元件，其中所述衍射光学元件还包括沿着衍射光学元件的所述表面从所述第一衍射区域和所述第二衍射区域横向偏移的第三衍射区域，使得所述第二衍射区域定位在所述第一衍射区域与所述第三衍射区域之间。

本公开的第四十五方面包括第四十四方面的相位改变光学元件，其中所述第一衍射区域包括第一填充衍射区域，并且所述第二衍射区域包括第二填充衍射区域。

本公开的第四十六方面包括第四十一方面至第四十五方面中任一方面的相位改变光学元件，其中所述第一衍射区域和所述第二衍射区域各自包括可变厚度，所述可变厚度包括周期性凸起、周期性凹陷或其组合。

根据本公开的第四十七方面，一种加工透明工件的方法，包括：在所述透明工件的冲击表面处同时折射激光束组合，所述激光束组合包括第一光束和第二光束。所述第一光束在所述透明工件中形成第一激光束焦线并且生成第一诱导吸收，以在所述透明工件内产生第一缺陷区段，所述第一缺陷区段具有第一倒角；并且所述第二光束形成第二激光束焦线并且生成第二诱导吸收，以在所述透明工件内产生第二缺陷区段，所述第二缺陷区段具有第二倒角，所述第二倒角不同于所述第一倒角。

本公开的第四十八方面包括第四十七方面的相位改变光学元件，其中所述第一倒角相对于与所述冲击表面正交的平面大于5°。

本公开的第四十九方面包括第四十七方面或第四十八方面的相位改变光学元件，其中所述第一激光束焦线和所述第二激光束焦线各自包括圆形角谱。

本公开的第五十方面包括第四十七方面至第四十九方面中任一方面的相位改变光学元件，其中所述第一光束在所述冲击表面的第一冲击位置处折射，并且所述第二光束在所述冲击表面的第二冲击位置处折射，所述第二冲击位置沿着所述冲击表面从所述第一冲击位置横向偏移。

本公开的第五十一方面包括第四十七方面至第五十方面中任一方面的相位改变光学元件，其中所述第二激光束焦线包括相对于在第二冲击位置处与所述冲击表面正交的平面大于5°的倒角。

本公开的第五十二方面包括第四十七方面至第五十一方面中任一方面的相位改变光学元件，其中所述第二倒角相对于在所述第二冲击位置处与所述冲击表面正交的平面小于1°。

本公开的第五十三方面包括第四十七方面至第五十二方面中任一方面的相位改变光学元件，其中所述激光束组合包括第三光束，并且其中当在所述透明工件的所述冲击表面处同时折射所述激光束组合时，所述第三光束形成第三激光束焦线并且生成第三诱导吸收以在所述透明工件内产生第三缺陷区段，所述第三缺陷区段具有第三倒角，所述第二倒角不同于所述第三倒角。

本公开的第五十四方面包括第五十三方面的相位改变光学元件，其中所述第一激光束焦线在所述冲击表面与所述透明工件内的第一终止深度之间延伸，并且终止于定位在所述第一终止深度处的第一终止位置处；所述第二激光束焦线从定位在所述第一终止深度处的所述第一终止位置延伸到定位在所述透明工件内的第二终止深度处的第二终止位置，其中所述第一终止深度比所述第二终止深度更靠近所述冲击表面；并且所述第三激光束焦线从所述第二终止位置朝向所述透明工件的第二表面延伸。

本公开的第五十五方面包括第五十四方面的相位改变光学元件，其中所述第三激光束焦线在出口位置处到达所述第二表面，其中所述出口位置沿着与第一冲击位置处的所述冲击表面正交的平面定位。

本公开的第五十六方面包括第四十七方面至第五十五方面中任一方面的相位改变光学元件，其中所述第一激光束焦线和所述第二激光束焦线均包括波长λ，光斑大小w_o以及大于F_D的瑞利范围Z_R，其中F_D是无量纲发散因子并且所述折射将所述无量纲发散因子F_D增大至少10倍。

本文描述的方法和系统的附加特征和优点将在下面的详细描述中进行阐述，并且在某种程度上，根据描述或者通过实践本文描述的实施方案(包括随后的详细描述、权利要求以及所附附图)，所述附加特征和优点对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。

应理解，前面的整体描述和下文的详细描述都描述了各种实施方案，并且旨在提供用于理解所要求保护的主题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案的进一步理解，并且附图被并入本说明书并构成本说明书的一部分。附图示出了本文描述的各种实施方案，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

附图中阐述的实施方案本质上是说明性和示例性的，并且不旨在限制由权利要求限定的主题。当结合以下附图阅读时，可理解说明性实施方案的以下详细描述，其中相似结构用相似的附图标记指示，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方案的在透明工件中形成缺陷轮廓的激光的实施方案的透视图；

图1B示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施方案的在透明工件中形成缺陷轮廓的激光的实施方案的侧视图；

图2A示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施方案的轴棱镜下游的示例性激光束；

图2B示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施方案的轴棱镜下游的另一示例性激光束；

图3A示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施方案的用于对透明工件进行激光加工的光学组件，其包括光束源、自适应相位改变光学元件和透镜组件；

图3B示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施方案的用于对透明工件进行激光加工的光学组件，其包括光束源、静态相位改变光学元件和透镜组件；

图3C示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施方案的图3A中示出的光学组件的变型，其包括傅里叶变换透镜；

图3D示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施方案的图3B中示出的光学组件的变型，其包括傅里叶变换透镜；

图4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案的从图3A的自适应相位改变光学元件向下游传播的包括第一光束、第二光束和第三光束的激光束组合的强度剖面；

图5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案的图4的激光束组合的相位剖面；

图6A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案的在对激光束组合进行相位改变之后图1B的激光束组合的第一光束的长圆形角谱；

图6B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案的用于对第一光束进行相位改变并形成图6A的长圆形角谱的相位掩模；

图6C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案的具有多个相位环的部分相位掩模和具有棱镜相位的部分相位掩模；

图6D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案的在对激光束组合进行相位改变之后图1B的激光束组合的第二光束的圆形角谱；

图6E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案的用于对第二光束进行相位改变并形成图6D的圆形角谱的相位掩模；

图6F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案的在对激光束组合进行相位改变之后图1B的激光束组合的第三光束的长圆形角谱；

图6G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案的用于对第三光束进行相位改变并形成图6F的长圆形角谱的相位掩模；

图7A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案的图3B的静态相位改变光学元件的表面，其包括第一衍射区域、第二衍射区域和第三衍射区域；

图7B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案的图3B的静态相位改变光学元件的另一版本的表面，其包括第一衍射区域、第二衍射区域和第三衍射区域；

图8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案的激光束组合的第一光束、第二光束和第三光束在相位修改光学元件的表面处的横向布置；

图9A以图形方式描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的激光束组合的第一光束与第二光束之间的重叠量作为锥角和倒角的函数；

图9B以图形方式描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的激光束组合的第三光束与第二光束之间的重叠量作为锥角和倒角的函数；

图10A以图形方式描绘了根据本文描述的一个或多个实施方案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10B以图形方式描绘了根据本文描述的一个或多个实施方案的另一示例性脉冲串内激光脉冲的相对强度与时间的关系；

图10C以图形方式描绘了根据本文描述的一个或多个实施方案的激光脉冲的强度与距离的关系；

图11A以图形方式描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的对于使用各种输入光束形成的激光束焦线，最大光束强度作为传播距离的函数；

图11B以图形方式描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的由高斯初始光束形成的激光束焦线的横截面强度；

图11C以图形方式描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的由环形高斯初始光束形成的激光束焦线的横截面强度；

图11D以图形方式描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的由环形超高斯初始光束形成的激光束焦线的横截面强度；

图11E以图形方式描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的由具有1/R强度剖面的环形超高斯初始光束形成的激光束焦线的横截面强度；

图12A示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施方案的具有C形倒角缺陷的轮廓的透明工件的侧视图；

图12B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案的由图12A的透明工件形成的两个分离制品的侧视图，每个分离制品包括C形倒角边缘；

图13描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的在透明工件中形成C形倒角形状的第一激光束焦线、第二激光束焦线和第三激光束焦线的侧视图；并且

图14描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的分离制品上的C形倒角边缘的表面剖面。

具体实施方式

现将详细参考用于激光加工透明工件诸如玻璃工件的工艺的实施方案，其示例在附图中予以说明。在任何可能的情况下，所有附图中相同元件符号将用以代表相同或相似的部分。

根据本文描述的一个或多个实施方案，可对透明工件进行激光加工以在透明工件中形成轮廓，所述轮廓包括沿着用于将透明工件分离成两个或更多个分离制品的预期分离线的一连串缺陷。在实施方案中，每个缺陷包括第一缺陷区段和第二缺陷区段，其中第一缺陷区段包括大于5°的倒角，使得在沿着轮廓分离透明工件之后，所得分离制品包括具有大于5°的边缘角的成角度的边缘部分。在本文描述的实施方案中，缺陷区段的倒角是相对于与透明工件的冲击表面正交的平面在顺时针或逆时针旋转方向上测量的。此外，在一些实施方案中，第二缺陷区段包括小于1°诸如0°的倒角，并且缺陷还包括具有大于5°的倒角的第三缺陷区段。因此，所得分离制品可包括两个相对的成角度部分之间的直边缘部分，即C形倒角边缘。可使用聚焦到激光束焦线中的低衍射光束(诸如准非衍射光束)在透明工件中形成缺陷。

使用当前的方法，当光束以相对于法向入射的增大角度(例如，距法向入射大于5°的角度)定向到透明工件中时，不使用本公开中描述的相位改变的常规扩展焦点激光束(例如，准非衍射光束)的衍射和发散增加，并且因此难以形成一连串大角度缺陷以便于将透明工件分离成具有成角度边缘的分离制品。例如，使用先前的激光加工技术，当激光束进入具有成角度、弯曲或阶梯面的透明工件时，像差被引入到光束中。对于贝塞尔光束，随着光束在透明工件内部行进，这些像差会导致峰值光束强度大幅降低，从而降低质量或甚至阻止大角度缺陷的形成。虽然不旨在受理论限制，但峰值光束强度降低是因为，在常规成角度切割中，标准贝塞尔光束的中心波瓣分裂成多个波瓣，并且因此任何分裂波瓣的峰值强度都小于无像差贝塞尔光束的中心波瓣。虽然仍不旨在受理论限制，但像差也会导致光束的瑞利范围减小。因此，需要改进的激光加工透明工件的方法。因此，本文描述的方法使用成角度激光束焦线，所述成角度激光束焦线进行了相位改变以使得激光束焦线在透明工件内沿着激光束焦线的长度表现出最小发散，以形成大角度缺陷的轮廓并且便于具有成角度边缘的分离制品的形成。此外，本文描述的方法使用包括多个光束的激光束组合，每个光束进行了相位改变以形成在透明工件内表现出最小发散的局部激光束焦线。这些同时形成的局部激光束焦线可各自具有不同的角度，并且可同时形成包括具有各种角度的缺陷区段的缺陷。这便于形成具有复杂边缘的分离制品，所述复杂边缘具有一个或多个成角度部分，诸如C形倒角边缘。此外，因为每个缺陷区段是同时形成的，所以相比与使用多次通过来形成各个缺陷区段的技术，本文描述的方法的加工时间可减少。本文具体参考附图来描述所述方法。

如本文所用，“激光加工”包括将激光束定向到透明工件上和/或定向到透明工件中。在一些实施方案中，激光加工还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。激光加工的示例包括使用激光束来形成包括延伸到透明工件中的一连串缺陷的轮廓和/或使用红外激光束来加热透明工件。激光加工可沿着一条或多条期望分离线分离透明工件。然而，在一些实施方案中，可利用附加非激光步骤诸如应用机械力来沿着一条或多条期望分离线分离透明工件。

如本文所用，激光束的“角谱”是指激光束的傅里叶谱在空间频域中的分布。具体地，角谱代表一组平面波，其总和重新形成原始光束。角谱也可称为激光束的空间频率分布。如本文所用，“圆形角谱”是其峰值强度区域形成圆形的角谱，其半径相对于圆形角谱的定位在光束传播方向处的中心点变化小于5％。

如本文所用，“束斑”是指激光束在透明工件的冲击表面(即，透明工件的激光束首先入射到其上的表面)处的冲击位置处的激光束的横截面(例如，光束横截面)。束斑是冲击位置处的横截面。在本文描述的实施方案中，束斑有时称为“轴对称”或“非轴对称”。如本文所用，轴对称是指对于围绕中心轴线形成的任何任意旋转角度对称或看起来相同的形状，并且“非轴对称”是指对于围绕中心轴线形成的任何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)，其是在本文中称为z方向的光束传播方向上延伸的轴。

如本文所用，“上游”和“下游”是指沿着光束路径的两个位置或部件相对于光束源的相对定位。例如，如果第一部件沿着激光束遍历的路径比第二部件更靠近光束源，则第一部件在第二部件的上游；并且如果第一定位(位置)沿着激光束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。

如本文所用，“光束路径”是指激光束的可改变的行进方向。光束路径由激光束的行进方向确定，并且基于激光束的定位和方向来改变。

如本文所用，“激光束焦线”是指形成在光束传播方向上拉长的焦点区域的激光束的相互作用(例如，交叉)光线的图案。在常规激光加工中，激光束紧密聚焦到焦点。焦点是激光束的最大强度点，并且位于透明工件的焦面处。相反，在焦线的拉长聚焦区域中，激光束的最大强度区域超出点延伸到与光束传播方向对准的线。焦线是通过会聚相交(例如，交叉)的光线以形成与光束传播方向对准的一连串连续焦点形成的。本文描述的激光束焦线是使用准非衍射光束形成的，其在下文以数学方式详细限定。

如本文所用，“轮廓线”对应于由于激光束和透明工件的相对运动而产生的激光束与透明工件的入射(冲击)表面的相交点组。轮廓线的形状可以是线性的、成角度的、多边形的或曲线的。轮廓线可以是封闭的(即，在透明工件的表面上限定封闭区域)或开放的(即，不在透明工件的表面上限定封闭区域)。轮廓线表示便于沿其将透明工作件分离成两个或更多个部分的边界。分离自发地发生，或者在外部热能或机械能的帮助下发生。

如本文所用，“轮廓”是指由激光束通过激光束和透明工件沿着轮廓线的相对运动而在透明工件上形成的一组缺陷。缺陷沿着轮廓线间隔开并且完全包含在透明工件的内部，和/或穿过一个或多个表面延伸到透明工件的内部。缺陷也可延伸穿过透明工件的整个厚度。透明工件的分离通过沿着轮廓连接缺陷来发生，诸如例如通过裂纹的传播。

如本文所用，“缺陷”是指透明工件已被激光束焦线修改的区域。缺陷包括透明工件的相对于透明工件的周围未修改区域具有修改的折射率的区域。常见缺陷包括结构修改区域，诸如由激光束焦线产生的透明工件中的空隙空间、裂纹、划痕、瑕疵、孔洞、穿孔、致密化或其他变形。在本文的各种实施方案中，缺陷也可称为缺陷线或损坏轨迹。缺陷或损坏轨迹通过激光束焦线与透明工件的相互作用来形成。如下文更全面地描述，激光束焦线由脉冲激光产生。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串、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着轮廓线的相对运动导致形成轮廓的多个缺陷。

本文所用的短语“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”意指所述工件对于指定的脉冲激光波长具有每毫米材料深度小于20％的线性光学吸收。在实施方案中，透明工件对于指定的脉冲激光波长具有小于每毫米材料深度10％的线性光学吸收，或者诸如对于指定的脉冲激光波长具有每毫米材料深度小于1％的线性光学吸收。除非另有说明，透明工件具有每毫米材料深度小于约20％的线性光学吸收。透明工件可具有从约50微米(μm)至约10mm(诸如从约100μm至约5mm，或从约0.5mm至约3mm)的深度(例如，厚度)。透明工件可包括由玻璃组合物形成的玻璃工件，所述玻璃组合物诸如硼硅酸盐玻璃、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、熔融二氧化硅或结晶材料诸如蓝宝石、硅、砷化镓或其组合。在一些实施方案中，透明工件可在对所述透明工件进行激光加工之前或之后通过热回火来强化。在一些实施方案中，玻璃可以是离子可交换的或离子交换的，使得玻璃组合物可在对透明工件进行激光加工之前或之后经历离子交换或已经经历离子交换，以用于玻璃强化。例如，透明工件可包括离子交换玻璃或离子可交换玻璃，诸如可从纽约州康宁市的康宁公司获得的Corning玻璃(例如，代码2318、代码2319和代码2320)。此外，这些离子可交换玻璃或离子交换玻璃可具有从约6ppm/℃至约10ppm/℃的热膨胀系数(CTE)。其他示例性透明工件可包括可购自纽约州康宁市的康宁公司的EAGLE/>和CORNINGLOTUS^TM。此外，透明工件可包括对激光的波长透明的其他部件，例如玻璃陶瓷或晶体诸如蓝宝石或硒化锌。

在离子交换过程中，例如通过将透明工件部分地或完全地浸没在离子交换池中，将透明工件表面层中的离子替换成具有相同价态或氧化态的较大离子。用较大离子替换较小离子致使压应力层从透明工件的一个或多个表面延伸到透明工件内的一定深度，称为层深度。压应力由一层拉应力(称为中心张力)平衡，使得玻璃板中的净应力为零。玻璃板表面处的压应力的形成使玻璃坚固并抵抗机械损坏，并且因此可减轻玻璃板因缺陷而导致的灾难性故障，所述缺陷不会延伸穿过层深度。在一些实施方案中，透明工件的表面层中的较小钠离子与较大钾离子交换。在一些实施方案中，表面层中的离子和较大离子是单价碱金属阳离子，诸如Li⁺(当存在于玻璃中时)、Na⁺、K⁺、Rb⁺和Cs⁺。替代地，可用除碱金属阳离子之外的一价阳离子(诸如Ag⁺、Tl⁺、Cu⁺等)替换表面层中的一价阳离子。

如本文所用，术语“准非衍射光束”用于描述如下文以数学方式描述的具有低光束发散度的激光束。具体地，在本文描述的实施方案中，激光束用于形成缺陷的轮廓。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，X和Y是与光束传播方向正交的方向，如图所示。X方向和Y方向也可称为横截面方向，并且X-Y平面可称为横截面平面。坐标和方向X、Y和Z在本文中也分别称为x、y和z。激光束在横截面中的强度分布可称为横截面强度分布。

准非衍射激光束可通过将衍射激光束(诸如高斯光束)冲击到相位改变光学元件中、冲击到相位改变光学元件上和/或冲击穿过相位改变光学元件来修改光束的相位、减小光束发散以及增加瑞利范围，所述相位改变光学元件诸如自适应相变光学元件(例如，空间光调制器、自适应相位板、可变形镜等)、静态相位改变光学元件(例如，衍射光学元件、静态相位板、非球面光学元件诸如轴棱镜等)，如下以数学方式限定。示例性准非衍射光束包括高斯-贝塞尔光束、艾里光束、韦伯光束和贝塞尔光束。

参考图1A和图1B，用于形成缺陷的激光束组合120的每个光束122、124、126具有强度分布I(X,Y,Z)，其中Z是特定光束122、124、126的光束传播方向，并且X和Y是与传播方向正交的方向，如图所描绘。实际上，第一光束122的光束传播方向为Z₁，第二光束124的光束传播方向为Z₂，并且第三光束126的光束传播方向为Z₃。与相应光束传播方向Z₁、Z₂、Z₃正交的平面可称为横截面，并且每个光束122、124、126在横截面中的强度分布可称为横截面强度分布。

束斑112A、112B、112C或其他横截面处的每个光束122、124、126可通过将激光束组合120冲击到相位改变光学元件140上而包括准非衍射光束，例如具有如下以数学方式限定的低光束发散度的光束，如下文相对于图3A中描绘的光学组件100和图3B的光学组件100'更详细地描述。光束发散度是指光束横截面在光束传播方向(即Z₁、Z₂、Z₃方向)上的扩大率。如本文所用，短语“光束横截面”是指光束(例如，光束122、124、126)沿着垂直于所述相应光束的光束传播方向Z₁、Z₂、Z₃的平面的横截面。

由准非衍射光束产生的激光束焦线的长度由准非衍射光束的瑞利范围确定。具体地，准非衍射光束限定具有第一端点和第二端点的激光束焦线(例如，125A、125B、125C)，所述第一端点和第二端点各自由准非衍射光束已从光束腰传播的距离等于准非衍射束的瑞利范围的位置限定。激光束焦线的长度对应于准非衍射光束的瑞利范围的两倍。准非衍射光束的形成和确定其长度的详细描述，包括将此类光束的描述概括为非对称(诸如非轴对称)光束横截面剖面，已在美国专利号10,730,783中提供，所述美国专利全文以引用方式并入。

瑞利范围对应于激光束方差加倍(相对于光束腰定位的方差)的距离(相对于ISO11146-1:2005(E)第3.12章节中限定的光束腰定位)，并且是激光束的横截面积的发散度的量度。瑞利范围也可被观察为沿着光束轴的距离，在所述距离处，在光束的横截面剖面中观察到的峰值光强度衰减到在光束腰位置(最大强度的位置)处的光束横截面剖面中观察到的值的一半。相比于具有小瑞利范围的激光束，具有大瑞利范围的激光束具有低发散度并且随着光束传播方向上的距离而扩大得更慢。

光束横截面通过形状和尺寸来表征。光束横截面的尺寸通过光束的光斑大小来表征。对于高斯光束，光斑大小通常被限定为光束强度减小至其1/e²的最大值时的径向范围。高斯光束的最大强度出现在强度分布的中心(x＝0并且y＝0(笛卡尔)或者r＝0(圆柱形))处，并且用于确定光斑大小的径向范围是相对于中心测量的。

具有高斯强度剖面的光束可能不太优选用于激光加工以形成缺陷区段172A、172B、172C，因为当聚焦到足够小的光斑大小(诸如微米范围内的光斑大小，诸如约1-5μm或约1-10μm)以使得可用激光脉冲能量能够修改材料诸如玻璃时，它们在短传播距离(低瑞利范围)内具有高度衍射和显著发散。为了实现低发散(高瑞利范围)，需要控制或者优化脉冲激光束的强度分布以减少衍射。脉冲激光束可以是非衍射的或弱衍射的。弱衍射激光束包括准非衍射激光束。代表性的弱衍射激光束包括贝塞尔光束、高斯-贝塞尔光束、艾里光束、韦伯光束和马修光束。

非衍射或准非衍射光束大致具有复杂的强度剖面，诸如相对于半径非单调减小的强度剖面。类似于高斯光束，对于任何光束，甚至非轴对称光束，有效光斑大小w_0,eff可被限定为从最大强度(r＝0)的径向定位在任何方向上的最短径向距离，在所述最短径向距离处强度减小到最大强度的1/e²。此外，对于轴对称光束，w_0,eff是距最大强度(r＝0)的径向定位的径向距离，在所述径向距离处强度减小到最大强度的1/e²。对于轴对称光束，可将基于有效光斑大小w_0,eff的瑞利范围Z_R的标准指定为用于形成如下公式(1)中的损坏区域的非衍射或准非衍射光束：

其中FD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、在从10至2000的范围内、在从50至1500的范围内、在从100到1000的范围内。对于非衍射或准非衍射光束，有效光斑大小加倍的距离(瑞利范围)(公式(1)中的ZR)是使用标准高斯光束轮廓时预期距离的FD倍。无量纲发散因子FD提供了用于确定激光束是否准非衍射的标准。如本文所用，如果激光束的特征满足具有值FD≥10的公式(1)，则第一光束122、第二光束124和第三光束126被视为准非衍射。随着值FD增大，第一光束122、第二光束124和第三光束126接近更趋近于完美的非衍射状态。

如本文所用的关于瑞利范围、光束发散、强度分布、轴对称和非轴对称光束以及光斑大小的附加信息也可见于以下国际标准：标题为“Lasers and laser-relatedequipment-Test methods for laser beam widths,divergence angles and beampropagation ratios-Part 1:Stigmatic and simple astigmatic beams”的ISO 11146-1:2005(E)、标题为“Lasers and laser-related equipment-Test methods for laserbeam widths,divergence angles and beam propagation ratios-Part 2:Generalastigmatic beams”的ISO 11146-2:2005(E)、以及标题为“Lasers and laser-relatedequipment-Test methods for laser beam widths,divergence angles and beampropagation ratios—Part 3:Intrinsic and geometrical laser beamclassification,propagation and details of test methods”的ISO 11146-3:2004(E)，所述国际标准的公开内容全文以引用方式并入本文。

现在参考图2A和图2B，描绘了通过轴棱镜240形成准非衍射光束(例如，贝塞尔光束)的二维表示。图2A和图2B是本文描述的激光束焦线的形成的说明。在图2A和图2B中，高斯光束入射在轴棱镜240的第一(上游)侧242，并且光线210被示出为聚焦到轴棱锥240的第二(下游)侧244的激光束焦线212中。以半径R离开轴锥镜240的光线210将在对应Z位置处与激光束焦线212上相交，从而形成包括锥角θ_cone的光锥。图2A描绘了通过用初始(例如，输入)光束填充轴棱镜240的通光孔径来产生全贝塞尔光束，并且图2B描绘了具有在以下范围内的有效聚焦区域的缩短的贝塞尔光束(例如，激光束焦线212)的产生：

Z₀<Z<Z_f (2)

R₀<R<R_f (3)

其中Z₀<Z<Z_f是通过将初始光束限制为R₀<R<R_f的环形切片而得到的。实际上，图2A示出了激光束焦线212如何取决于输入光束的径向范围和射线210的锥角(θ_cone)。从R到Z的变换近似地由公式4给出：

Z＝R/tanθ_cone (4)

并且激光束焦线212的长度由公式(5)示出：

Z_f-Z₀＝(R_f-R₀)/tanθ_cone (5)

具有几毫米长度的激光束焦线212可用相对大的输入激光直径(并且因此具有大的R_max)制成。然而，激光束焦线212的强度与其长度成反比。图2B示出了传入光束的环形切片(R₀<R<R_F)将如何聚焦到由Z₀<Z<Z_F限定的聚焦区域上的激光束焦线212。由从R₀延伸到R_f的输入光束的环形切片在从Z₀至Z_f的距离上产生的激光束焦线212的功率等于环形切片中包含的积分功率—简单地说，切片的面积乘以所述区域中的积分光束强度。由于环形切片的面积与R₀和R_f的平方差成正比，因此源自靠近轴棱镜中心的切片将比源自较大半径的切片包含更少的功率。

再次参考图1A和图1B，示意性地描绘了根据本文描述的方法进行激光加工的示例性透明工件160。具体地，图1A和图1B示意性地描绘了将包括第一光束122、第二光束124和第三光束126的激光束组合120同时定向到透明工件160中。虽然本文描述的激光束组合120包括三个光束，但是应理解，本文描述的方法适用于仅包括两个光束的激光束组合和包括多于三个光束的激光束组合。如图1A和图1B所描绘，第一光束122、第二光束124和第三光束126沿着相应的第一光束传播轴121A、第二光束传播轴121B和第三光束传播轴121C取向。第一光束122沿着第一光束传播轴121A取向并且以第一光束传播角θ_bp1在第一冲击位置111A处定向到透明工件160中。第二光束124沿着第二光束传播轴121B取向并且以第二光束传播角θ_bp2在第二冲击位置111B处定向到透明工件160中。第三光束126沿着第三光束传播轴121C取向并且在第三冲击位置111C和第三光束传播角θ_bp3处定向到透明工件160中。第一光束122、第二光束124和第三光束126中的每一者的光束传播角θ_bp包括入射冲击表面162的特定光束122、124、126的光线相对于在每个光束的相应冲击位置(如图1B所示)处与冲击表面162正交的平面的平均角度。

第一冲击位置111A、第二冲击位置111B和第三冲击位置111C各自沿着透明工件160的冲击表面162彼此横向偏移。例如，第二冲击位置111B定位在第一冲击位置111A与第三冲击位置111C之间。第一光束122在第一冲击位置111A处形成投射到冲击表面162上的第一束斑112A。第一光束122还在透明工件160中形成第一激光束焦线125A，并且生成诱导吸收以在透明工件160内产生第一缺陷区段172A。第二光束124在第二冲击位置111B处形成投射到冲击表面162上的第二束斑112B。第二光束124还在透明工件160中形成第二激光束焦线125B，并且生成诱导吸收以在透明工件160内产生第二缺陷区段172B。第三光束126在第三冲击位置111C处形成投射到冲击表面162上的第三束斑112C。第三光束126还在透明工件160中形成第三激光束焦线125C，并且生成诱导吸收以在透明工件160内产生第三缺陷区段172C。第一冲击位置111A、第二冲击位置111B和第三冲击位置111C是冲击表面162上第一光束122、第二光束124和第三光束126分别首先入射在冲击表面162上并且初始接触所述冲击表面的特定位置。当激光束组合120(包括第一光束122、第二光束124和第三光束126以及第一激光束焦线125A、第二激光束焦线125B和第三激光束焦线125C)和透明工件160中的至少一者相对于彼此平移时，冲击位置111A、111B、111C改变。

相位改变被应用于第一光束122、第二光束124和第三光束126中的每一者，使得第一激光束焦线125A、第二激光束焦线125B和第三激光束焦线125C在透明工件160内各自包括圆形角谱并且在透明工件160内表现出准非衍射特征(如上文公式(1)中以数学方式定义的)。在图1A和图1B中描绘的实施方案中，第一激光束焦线125A包括相对于在第一冲击位置111A处与冲击表面162正交的平面106A(相对于平面106A在顺时针或逆时针旋转方向上)大于5°的倒角θ_CH1，第二激光束焦点线125B包括相对于在第二冲击位置111B处与冲击表面162正交的平面106B(相对于平面106B在顺时针或逆时针旋转方向上)小于1°(诸如0°)的倒角θ_CH2，并且第三激光焦线125C包括相对于在出口位置118处与第二表面164正交的平面106C(在与倒角θ_CH1的旋转方向相对的旋转方向上)大于5°的倒角θ_CH3。倒角θ_CH1和倒角θ_CH3可以是5°至40°，诸如80°至35°、10°至40°、20°至40°等，例如6°、7°、8°、9°、10°、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、39°，或以这些值中的任意两者作为端点的任何范围。

应理解，上述倒角是激光束焦线125A、125B、125C的示例性倒角，并且可设想其他倒角。实际上，作为另一示例，第二激光束焦线125B可包括相对于在第二冲击位置111B处与冲击表面162正交的平面106B大于5°的倒角θ_CH2。此外，由于第一激光束焦线125A、第二激光束焦线125B和第三激光束焦线125C分别包括倒角θ_CH1、θ_CH2、θ_CH3，因此通过诱导吸收形成的缺陷区段172A、172B、172C包括等于或约等于相应倒角θ_CH1、θ_CH2、θ_CH3的缺陷角θ_d1、θ_d1、θ_d1。因此，缺陷区段172A、172B、172C中的一些或全部可以是成角度的，其中“成角度”是指与相应冲击位置111A、111B、111C处的冲击表面162或出口位置118处的第二表面164正交的方向的角度偏差。

此外，每条激光束焦线125A、125B、125C还可包括多条光线。当会聚以在透明工件160内形成圆形角谱时，每条激光束焦线125A、125B、125C的每条单独光线可具有相同的相位，即每条激光束焦线125A、125B、125C可具有在0.01mm至100mm范围内或在0.1mm至10mm范围内的长度。各种实施方案可被配置成具有长度l为0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、0.7mm、1mm、2mm、3mm、4mm、或5mm(例如从0.1mm至5mm)的激光束焦线125A、125B、125C。此外，激光束焦线125A、125B、125C的光线包括足以损坏透明工件160的玻璃的强度。不旨在受理论限制，足以损坏玻璃的强度可对应于脉冲串数量、玻璃类型、焦点大小和脉冲宽度等变量。作为示例而非限制，玻璃的损坏阈值可以是每平方厘米1至2太瓦(TW/cm²)。在实施方案中，每条激光束焦线125A、125B、125C可具有大于4TW/cm²、5TW/cm²、或6TW/cm²的强度。在实施方案中，强度可大于损坏阈值并且仅致使类型1损坏。类型1损坏会改变玻璃的折射率，但不会使玻璃开裂。

不旨在受理论限制，第一光束122、第二光束124和第三光束126的光线在进入透明工件160时发生折射。由于此折射，第一光束传播角θ_bp1和第三光束传播角θ_bp3在绝对值上分别比第一倒角θ_CH1和第三倒角θ_CH3更大(即，更正或更负)。此外，当第二光束124与冲击表面162正交地入射冲击表面162时，第二光束传播角θ_bp2基本上等于第二倒角θ_CH2。应理解，第二光束124的各条光线在以法向入射角度进入透明工件160时确实发生折射，但是由于正交几何形状，此折射不改变相对于第二光束传播角θ_bp2的第二倒角θ_CH2。

在操作中，图1A和图1B中描绘的激光加工还包括沿着轮廓线165(即，期望的分离线)在平移方向101上相对于彼此平移激光束组合120(即，激光束焦线125A、125B、125C)和透明工件160中的至少一者，以形成包括缺陷区段172A、172B、172C的多个缺陷172。多个缺陷172形成可用于将透明工件160分离成多个分离制品260'(图12B)的轮廓170。缺陷172可例如部分或完全延伸穿过透明工件160的深度(即，厚度)。此外，每个缺陷172可包括C形倒角形状，其中第一缺陷区段172A和第三缺陷区段172C相对于与透明工件160的冲击表面162正交的平面成镜像角度，并且第二缺陷区段172B与透明工件160的冲击表面162正交。

现在参考图1B，第一激光束焦线125A和第一缺陷区段172A在冲击表面162与透明工件160内的第一终止深度115之间延伸，并且各自终止于定位在第一终止深度115处的第一终止位置114。在一些实施方案中，第一激光束焦线125A和第一缺陷区段172A从冲击表面162延伸到第一终止深度115。然而，在其他实施方案中，第一激光束焦线125A和第一缺陷区段172A可开始于冲击表面162下方的透明工件内并且终止于第一终止深度115处。如本公开通篇所用，术语“终止点”是指激光束焦线的至少一部分的诱导吸收区域的终止点。如本文所限定的“终止点”最终可以是透明工件160内的缺陷区段的至少一部分的终止点。

第二激光束焦线125B和第二缺陷区段172B从第一终止位置114延伸到第二终止位置116，所述第二终止位置定位在透明工件160内的第二终止深度117处。如图1B所示，第一终止深度115比第二终止深度117更靠近冲击表面162。此外，第三激光束焦线125C和第三缺陷区段172C从第二终止位置116朝向透明工件160的与冲击表面162相对的第二表面164延伸。在一些实施方案中，第三激光束焦线125C和第三缺陷区段172C终止于第二终止位置116与第二表面164之间的透明工件160内。在其他实施方案中，第三激光束焦线125C和第三缺陷区段172C在出口位置118处到达第二表面。此外，在一些实施方案中，出口位置118沿着在第一冲击位置111A处与冲击表面162正交的平面106A定位。例如，在第一倒角θ_CH1和第三倒角θ_CH3是镜像的实施方案中，第二倒角θ_CH2是0°，并且距冲击表面162和第一终止深度115的距离等于距第二表面164和第二终止深度117的距离。这在分离时形成C形倒角边缘，如图12A和图12B中包括C形倒角边缘268的分离制品260'所示。

现在参考图3A和图3B，示意性地描绘了用于产生激光束组合120并对所述激光束组合进行相位改变的光学组件100、100'。每个光学组件100、100'包括输出初始光束12的光束源10，诸如高斯光束源，所述初始光束可包括高斯光束。光束源10可包括任何已知的或尚未开发的光束源10，所述光束源被配置来输出激光束，例如脉冲激光束或连续波激光束。在一些实施方案中，光束源10可输出包括例如1064nm、1030nm、532nm、515nm、355nm、343nm、或266nm、或257nm的波长的初始光束12。用于在透明工件160中形成缺陷172的初始光束12可非常适合于对所选择激光波长透明的材料，并且透明工件160可被定位成使得由光束源10输出的初始光束12由一个或多个相位改变光学元件140进行相位改变并且此后作为激光束组合120照射透明工件160，例如，在冲击到一个或多个相位改变光学元件140以及此后透镜组件130之后。此外，光束路径110可从光束源10延伸到透明工件160，使得当光束源10输出初始光束12时，初始光束12和(在相位改变之后)激光束组合120遍历光束路径110(或沿着所述光束路径传播)。

仍然参考图3A和图3B，光学组件100、100'各自包括一个或多个相位改变光学元件140，其可以是如图3A中示出的自适应相位改变光学元件141，或者如图3B中示出的静态相位改变光学元件142。在操作中，一个或多个相位改变光学元件140首先对初始光束12进行相位改变，以将初始光束12分成包括第一光束122、第二光束124和第三光束126的激光束组合120，并且此后用至少一个准非衍射相位对初始光束12进行相位改变，所述至少一个准非衍射相位是使激光束组合120的每个光束122、124、126准非衍射到第一光束122、第二光束124和第三光束126中的每个光束的相位，使得第一光束122、第二光束124和第三光束126在透明工件160中形成第一激光束焦线125A、第二激光束焦线125B和第三激光束焦线125C。此外，虽然图3A和3B中描绘了单个初始光束12，但是应理解，可使用附加输入光束来形成激光束组合120。例如，三个初始光束可由光束源10输出或者从多个光束源(诸如第一光束源、第二光束源和第三束源)输出。在此类实施方案中，在用至少一个准非衍射相位对激光束组合120进行相位改变之前，相位改变光学元件140不需要首先将初始光束12分成包括第一光束122、第二光束124和第三光束126的激光束组合120。

在图4中，示出了用于在透明工件160中形成第一激光束焦线125A、第二激光束焦线125B和第三激光束焦线125C的第一光束122、第二光束124和第三光束126的强度分布。类似地，在图5中，示出了用于在透明工件160中形成第一激光束焦线125A、第二激光束焦线125B和第三激光束焦线125C的第一光束122、第二光束124和第三光束126的相位剖面。虽然图4和图5描绘了第一光束122、第二光束124和第三光束126在Y方向上的位移以及相应相位剖面，但是应理解，此位移可在X方向上或在X方向和Y方向的组合上进行。

再次参考图3A和图3B，一个或多个相位改变光学元件140定位在光束源10与透明工件160之间、具体地光束源10与透镜组件130之间的光束路径110内，使得激光束组合120在激光束组合120被聚焦到相应的激光束焦线125A、125B、125C中并且定向到透明工件160中之前冲击一个或多个相位改变光学元件140。在一些实施方案中，如图3A所示，光束源10被定位成使得光束路径110由相位改变光学元件140重定向，并且当初始光束12首先冲击相位改变光学元件140时，初始光束12反射离开相位改变光学元件140。在此实施方案中，相位改变光学元件140可包括自适应相位改变光学元件141，诸如空间光调制器、可变形镜、自适应相位板或被配置来主动或被动地改变相位变化的任何其他光学元件，所述相位变化由光学元件应用于初始光束12和激光束组合120。

实际上，如图3A所示，光学组件包括第一镜136和第二镜138。第一镜136被定位成从自适应相位改变光学元件141的第一部分143接收激光束组合120，其中第一部分143包括被配置来将初始光束12分成激光束组合120的分束相位掩模。初始光束12可直接在空间域中分裂，例如，其中输入光束12被划分成三个部分，并且来自每个部分的激光强度定向到自适应相位改变光学元件141的第二部分145的不同部分中，或者通过基于傅里叶变换的数值相位整形方法诸如Gerchberg-Saxton算法，其中透镜放置在第一部分143与第二部分145之间，使得第二部分145位于第一部分143的傅里叶平面中。第一镜136将激光束组合120定向朝向第二镜138，所述第二镜将激光束组合120重定向朝向自适应相位改变光学元件141的第二部分145。第二部分145沿着自适应相位改变光学元件141的表面147从第一部分143横向偏移。第二部分145包括第一准非衍射相位掩模、第二准非衍射相位掩模和第三准非衍射相位掩模，每个相位掩模彼此横向偏移，其中第二准非衍射相位掩模定位在第一准非衍射相位掩模与第三准非衍射相位掩模之间。在一些实施方案中，这些准非衍射相位掩模将由环形区域组成，以便于控制图2B中示出的光束长度。在其他实施方案中，准非衍射相位掩模可包括全圆形区域，但是入射在所述区域上的激光强度将具有环形形状。第二镜138被定位成将激光束组合120的第一光束122定向到自适应相位改变光学元件141的第二部分145的第一准非衍射相位掩模上，将激光束组合120的第二光束124定向到自适应相位改变光学元件141的第二部分145的第二准非衍射相位掩模上，并且将第三光束126定向在自适应相位改变光学元件141的第二部分145的第三准非衍射相位掩模上。

仍然参考图3A，第一准非衍射相位掩模被配置来：在激光束组合120的第一光束122冲击到第一准非衍射相位掩模上时，将校正相位应用于第一光束122，以抵消由分束相位掩模赋予的相位、像差校正的准非衍射相位和棱镜相位。第二准非衍射相位掩模被配置来：在激光束组合120的第二光束124冲击到第二准非衍射相位掩模上时，将校正相位应用于第二光束124，以抵消由分束相位掩模赋予的相位和准非衍射相位。第三准非衍射相位掩模被配置来：在激光束组合120的第三光束126冲击到第三准非衍射相位掩模上时，将校正相位应用于第三光束126，以抵消由分束相位掩模赋予的相位、像差校正的准非衍射相位和棱镜相位。在每个准非衍射掩模处应用以抵消由分束掩模赋予的相位的校正相位大致等于光束冲击在所述准非衍射掩模上时所具有的相位的相反值，使得光束在冲击位置处和应用校正相位之后的相位大致等于平面波。在光束最初冲击在准非衍射掩模上时具有类似于平面波的相位的情况下，校正相位可等于0。此外，应理解，激光束组合120的第一光束122、第二光束124和第三光束126可同时分别冲击第一准非衍射相位掩模、第二准非衍射相位掩模和第三准非衍射相位掩模。下文相对于图6A至图6G更详细地描述由第一准非衍射相位掩模、第二准非衍射相位掩模和第三准非衍射相位掩模中的每一者应用的相位改变。实际上，第一准非衍射相位掩模可包括图6B的相位掩模150A，第二准非衍射相位掩模可包括图6D的相位掩模154，并且第三准非衍射相位掩模可包括图6F的相位掩模150B。此外，虽然本文将自适应相位改变光学元件141的第二部分145描述为包括三个准非衍射相位掩模，但是应理解，设想了仅具有两个准非衍射相位掩模的实施方案和具有大于三个准非衍射相位掩模的实施方案。实际上，应理解，准非衍射相位掩模的数量可选择为与激光束组合120中的光束的数量对准，或者可选择为大于激光束组合120中的光束的数量。

在其他实施方案中，图3A和图3B中示出的光学系统100、100'包括傅里叶变换透镜，以便于使用数值算法诸如Gerchberg-Saxton算法基于第二部分145处的目标相位掩模来确定第一部分143处的相位掩模。图3C和图3D示出了分别在图3A和图3B中示出的光学系统100、100'的变型中，傅里叶变换透镜(标记为“FT透镜”)在自适应相位改变光学元件141的第一部分143与第二部分145之间的放置。在一个实施方案中，傅里叶变换透镜放置在从第一部分143延伸到第二部分145的光路的中点处。在另一个实施方案中，沿着光路从第一部分143和第二部分145中的每一者到傅里叶变换透镜的距离等于傅里叶变换透镜的焦距。在又一个实施方案中，Gerchberg-Saxton算法用于确定第一部分143处的相位掩模，所述相位掩模产生或控制第二部分145处的光束的幅度。在一个实施方案中，傅里叶变换透镜放置在从第一部分143延伸到第二部分145的光路的中点处，其中所述中点与部分143或145之间的距离等于透镜的焦距。在又一个实施方案中，Gerchberg-Saxton算法用于确定第一部分143处的相位掩模，所述相位掩模产生或控制第二部分145处的光束的幅度。

自适应相位改变光学元件141可例如使用一个或多个通信路径107通信地耦接到控制器105，所述通信路径可包括用于提供功率信号、控制信号等的任何路径，诸如光纤、电线、无线协议等。在操作中，控制器105可将控制信号提供给自适应相位改变光学元件141，以控制由自适应相位改变光学元件141的部分(例如，第一部分143和第二部分145)应用的特定相位改变(例如，调制、相位掩模等)，使得自适应相位改变光学元件141例如基于相位函数将特定相位改变应用于初始光束12和激光束组合120。

在一些实施方案中，自适应相位改变光学元件141包括空间光调制器，所述空间光调制器是可例如使用相位掩模诸如图6B、图6E和图6G的相位掩模在至少一个维度上以空间方式调制初始光束12和/或激光束组合120的幅度和/或相位的透射或反射装置。在操作中，空间光调制器可基于来自控制器105的控制信号将选择性的、可配置的相位改变应用于初始光束12和/或激光束组合120。在一些实施方案中，自适应相位改变光学元件141包括可变形镜，所述可变形镜是其表面可响应于控制信号(诸如来自控制器105的控制信号)而变形的镜，所述变形用于改变初始光束12以及此后改变激光束组合120的波前，这可改变初始光束12以及此后激光束组合120的相位。例如，可变形镜可被配置来应用相位掩模，诸如图6B、图6E和图6G的相位掩模。此外，在一些实施方案中，自适应相位改变光学元件141包括自适应相位板，所述自适应相位板是能够响应于控制信号(诸如来自控制器105的控制信号)而将选择性的且可控的相位改变应用于初始光束12和激光束组合120的相位板(或相位板组件)。例如，自适应相位板可以是可相对于彼此移动的两个或更多个相位板(基于来自控制器105的控制信号)，以基于它们的相对定位来改变它们应用于初始光束12和/或激光束组合120的相位变化。

图6A描绘了第一长圆形角谱180A，其可通过使用自适应相位改变光学元件141将像差校正准非衍射相位和棱镜相位应用于激光束组合120的第一光束122来形成，以确保第一激光束焦线125A以大于或等于5°的特定倒角θ_CH1以及透镜132的焦面与冲击表面162之间的特定间距表现出大体上无像差特征。第一长圆形角谱180A被设计成在成角度光束(以非法向角度入射到冲击表面162的光束)在冲击表面162处折射时校正发生的像差。具体地，图6A中示出的实施方案描绘了第一长圆形角谱180A，其包括从具有第一曲率半径的第一轴端184延伸到具有第二曲率半径的第二轴端186的对称轴182。此外，第一曲率半径(即，第一轴端184处的曲率半径)不同于第二曲率半径(即，第二轴端186处的曲率半径)。换句话讲，第一长圆形角谱180A的形状大致是曲率不同的两个不同的椭圆形(或椭圆球形)的组合，并且在本文中通俗地称为“蛋形”。另外，第一长圆形角谱180A包括长轴188(有时称为“长轴”)和短轴189(有时称为“短轴”)，其中长轴188与对称轴182重合。短轴189和长轴188在相交点185处相交。此外，相交点185从最终聚焦光学器件(例如，图3A和图3B的光学组件100中的第二透镜132)的中心点135横向偏移。横向偏移相对于与透明工件160的冲击表面162正交的方向是横向的。此横向偏移是由于将棱镜相位添加到光束所致。棱镜相位致使第一光束122(或第三光束126)如图1B所示成角度，并且在此情况下应用于生成成角度的缺陷区段172A和172C的第一准非衍射相位掩模和第三准非衍射相位掩模。偏移距离A的量值与光束的角度成正比，以及因此也与倒角θ_CH1(或倒角θ_CH3)成正比。需注意，第一光束122和第三光束126的偏移距离可相同或不同。

图6B描绘了相位掩模150A，其可被自适应相位改变光学元件141用来以像差校正的准非衍射相位和棱镜相位对第一光束122进行相位改变，以产生图6中示出的第一长圆形角谱180A。相位掩模150A的环形部分可包括自适应相位改变光学元件141的第二部分145的第一准非衍射相位掩模。替代地，图6B中描绘的全相位掩模可应用于自适应相位改变光学元件141的第二部分145的一部分。在一些实施方案中，作为自适应相位改变光学元件141的第一部分143中的分束掩模的结果，可照明图6B中描绘的全相位掩模的环形部分。图4中描绘了三个分离的环形照明区域126、124和122。

如图6B所示，相位掩模150A包括各自诱导从0延伸到2π的相移的多个相位环158和棱镜相位159的叠加152，其中所述相位掩模具有约400像素的x轴和约300像素的y轴。图6C描绘了具有多个相位环的部分掩模158A和具有棱镜相位的部分掩模159A，所述部分掩模可叠加以形成图6B中示出的相位掩模150A。在部分相位掩模158A的x大于约60个像素且x小于约350个像素的部分中，每个相位环包括类似于圆形角谱的圆形形状。在部分相位掩模158A的x小于约60个像素且x大于约350个像素的部分中，每个相位环包括类似于图6A中示出的第一长圆形角谱180A的长圆形形状。实际上，部分相位掩模158A的x小于约60个像素且x大于约350个像素的部分中的每个相位环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，与第一长圆形角谱180A不同，部分相位掩模158A的x小于约60个像素且x大于约350个像素的部分中的每个相位环的短轴与每个相位环的对称轴重合，而不是与长轴重合。

不旨在受理论限制，图6A中描绘的第一长圆形角谱180A指示应用于第一光束122的特定相位改变，以便于在第一光束122以高光束传播角θ_b1定向到平坦的冲击表面162上并且折射以使得第一激光束焦点125A在透明工件160内包括第一倒角θ_CH1之后，形成在透明工件160内表现出准非衍射特征的第一激光束焦线125A。具体地，像差校正的准非衍射相位改变形成第一长圆形角谱180A的长圆形形状，并且棱镜相位改变形成相交点185与最终聚焦光学器件的中心点135之间的横向偏移。第一长圆形角谱180A被成形为使得：当第一光束122(例如，第一激光束焦线125A)在冲击表面162处(例如，在冲击表面162处形成的空气-玻璃界面处)折射时，透明工件160内的第一光束122(例如，第一激光束焦线125A)包括圆形或近似圆形的角谱。也就是说，具有第一长圆形角谱180A的第一光束122在冲击表面162处的折射将第一光束122的角谱变换成透明工件160内不太长圆形、更圆形的形状。例如，在一些实施方案中，透明工件160内的第一光束122(例如，第一激光束焦线125A)可具有角谱，类似于第一长圆形角谱180A，所述角谱具有第一曲率半径和第二曲率半径；然而，透明工件160内的第一光束122的角谱比第一长圆形角谱180A更加圆形(例如，不太长圆形)，使得透明工件160内的第一光束122的角谱的第一曲率半径与第二曲率半径之间的差值小于入射到透明工件160的冲击表面162的第一光束122的第一长圆形角谱180A的第一曲率半径与第二曲率半径之间的差值。

图6D描绘了圆形角谱190，其可通过使用自适应相位改变光学元件141将准非衍射相位应用于激光束组合的第二光束124来形成，以确保第二激光束焦线125B在小于1°的特定倒角θ_CH2以及透镜132的焦面与冲击表面162之间的特定间距处表现出大体上无像差特征。圆形角谱190包括与最终聚焦光学器件的中心点135横向对准的中心点192。图6E描绘了相位掩模154，所述相位掩模可由相位改变光学元件140用来对第二光束124进行相位改变，以产生图6D中示出的圆形角谱190。如图6E所示，相位掩模154包括各自诱导从0延伸到2π的相移的多个相位环156，其中相位掩模154具有约400像素的x轴和约300像素的y轴。相位掩模154可包括自适应相位改变光学元件141的第二部分145的第二准非衍射相位掩模。不旨在受理论限制，图6D中描绘的圆形角谱190指示应用于第二光束124的特定相位改变，以便于在第二光束124定向到平坦的冲击表面162中之后形成在透明工件160内表现出准非衍射特征的第二激光束焦线125B。圆形角谱190被成形为使得：当第二光束124(例如，第二激光束焦线125B)在冲击表面162处(例如，在冲击表面162处形成的空气-玻璃界面处)折射时，透明工件160内的第二光束124(例如，第二激光束焦线125B)包括圆形或近似圆形的角谱。

图6F描绘了第二长圆形角谱180B，其可通过使用自适应相位改变光学元件141将像差校正准非衍射相位和棱镜相位应用于激光束组合120的第三光束126来形成，以确保第三激光束焦线125C在大于或等于5°的特定倒角θ_CH3以及透镜132的焦面与冲击表面162之间的特定间距处表现出大体上无像差特征。类似于第一长圆形角谱180A，第二长圆形角谱180B被设计成在成角度的光束(以非法向角度入射到冲击表面162的光束)在冲击表面162处折射时校正发生的像差。第二长圆形角谱180B是第一长圆形角谱180A的镜像版本。因此，短轴189与长轴188的相交点185在与第一长圆形角谱180A的相交点185之间的横向偏移方向相反的方向上从最终聚焦光学器件的中心点135横向偏移(偏移距离B)，如图6A所示。此外，图6G描绘了相位掩模150B，所述相位掩模可由相位改变光学元件140用来对第三光束126进行相位改变，以产生图6F中示出的第二长圆形角谱180B。如图6G所示，相位掩模150B包括多个相位环，所述多个相位环以类似于上文讨论的相位掩模150A的方式与棱镜相位组合地各自诱导从0延伸到2π的相移，其中相位掩模150B具有约400像素的x轴和约300像素的y轴。相位掩模150B可包括自适应相位改变光学元件141的第二部分145的第三准非衍射相位掩模。

不旨在受理论限制，图6F中描绘的第二长圆形角谱180B指示应用于第三光束126的特定相位改变，以便于在第三光束126以高光束传播角θ_b3定向到平坦的冲击表面162上并且折射以使得第三激光束焦点125C包括透明工件160内的第三倒角θ_CH3之后，形成在透明工件160内表现出准非衍射特征的第三激光束焦线125C。第二长圆形角谱180B被成形为使得：当第三光束126(例如，第三激光束焦线125C)在冲击表面162处(例如，在冲击表面162处形成的空气-玻璃界面处)折射时，透明工件160内的第三光束126(例如，第三激光束焦线125C)包括圆形或近似圆形的角谱。也就是说，具有第二长圆形角谱180B的第三光束126在冲击表面162处的折射将第三光束126的角谱变换成透明工件160内不太长圆形、更圆形的形状。例如，在一些实施方案中，透明工件160内的第三光束126(例如，第三激光束焦线125C)可具有角谱，类似于第二长圆形角谱180C，所述角谱具有第一曲率半径和第二曲率半径；然而，透明工件160内的第三光束126的角谱比第二长圆形角谱180B更加圆形(例如，不太长圆形)，使得透明工件160内的第三光束126的角谱的第一曲率半径与第二曲率半径之间的差值小于入射到透明工件160的冲击表面162的第三光束126的第二长圆形角谱180B的第一曲率半径与第二曲率半径之间的差值。

再次参考图3B，当一个或多个相位改变光学元件140包括两个静态相位改变光学元件142，诸如第一衍射光学元件144A和第二衍射光学元件144B时，光束源10被定位成使得光束路径110延伸穿过第一衍射光学元件144A和第二衍射光学元件144B。虽然第一衍射光学元件144A和第二衍射光学元件144B被示出为透射光学元件，但是应理解，第一衍射光学元件144A和第二衍射光学元件144B的相同衍射特征可应用于反射光学元件。第一衍射光学元件144A定位在第二衍射光学元件144B的上游。第一衍射光学元件144A包括被配置来从初始光束12形成激光束组合120的衍射分束器。光束可直接在空间域中分裂，例如，其中输入高斯光束被划分成三个部分并且来自每个部分的激光强度被定向到第二衍射光学元件144B的不同部分中，或者通过傅里叶变换来分裂，其中透镜放置在第一衍射光学元件144A与第二衍射光学元件144B之间，使得第二衍射光学元件144B位于第一衍射光学元件144A的傅里叶平面中。第二衍射光学元件144B被配置成使得相应激光束焦线125A、125B、125C同时形成在透明工件160中。具体地，如图7A所描绘，第二衍射光学元件144B包括第一衍射区域148A、第二衍射区域148B和第三衍射区域148C。第一衍射区域148A、第二衍射区域148B和第三衍射区域148C中的每一者沿着第二衍射光学元件144B的表面146横向偏移。第二区域148B沿着表面146定位在第一衍射区域148A与第三衍射区域14SC之间。第一衍射区域148A和第三衍射区域148C各自被配置来将像差校正的准非衍射相位和棱镜相位分别应用于激光束组合120的第一光束122和第三光束126，并且第二衍射区域148B被配置来将准非衍射相位应用于激光束组合120的第二光束124。如上所述，将棱镜相位应用于第一光束122和第三光束126应致使第一光束122和第三光束126以非法向光束传播角θ_bp冲击在冲击表面162上。

现在参考图7A，第一衍射区域148A、第二衍射区域148B和第三衍射区域148C中的每一者都是相对于表面146具有可变厚度的区域。第一衍射区域148A、第二衍射区域148B和第三衍射区域148C包括周期性凸起、凹陷或其组合。第一衍射区域148A的周期性凸起和/或周期性凹陷的可变厚度对应于图6B的相位掩模150A的相位变化。因此，第一衍射区域148A将像差校正的准非衍射相位和棱镜相位应用于第一光束122，使得第一光束122包括第二衍射光学元件144B下游的第一长圆形角谱180A(图6A)。第二衍射区域148B的周期性凸起和/或周期性凹陷的可变厚度对应于图6E的相位掩模154的相位变化。因此，第二衍射区域148B将准非衍射相位应用于第二光束124，使得第二光束124包括第二衍射光学元件144B下游的圆形角谱190(图6D)。第三环形衍射区域148C的周期性凸起和/或周期性凹陷的可变厚度对应于图6G的相位掩模150B的相位变化。因此，第三衍射区域148C将像差校正的准非衍射相位和棱镜相位应用于第三光束126，使得第三光束126包括第二衍射光学元件144B下游的第二长圆形角谱180B(图6F)。在图7A中描绘的实施方案中，第一衍射区域148A、第二衍射区域148B和第三衍射区域148C为环形。然而，应理解，也可设想其他衍射区域。

现在参考图7B，描绘了可用来代替图B的第二衍射元件144B的第二衍射元件144B'。第二衍射元件144B'包括第一衍射区域148A'、第二衍射区域148B'和第三衍射区域148C'。这些第一衍射区域148A'、第二衍射区域148B'和第三衍射区域148C'被填充(例如，是非环形的)并且可以是圆形或大致圆形，如图7B所描绘。在一些实施方案中，作为上游分束衍射元件的结果，图7B中描绘的第一衍射区域148A'、第二衍射区域148B'和第三衍射区域148C'的环形部分可由光束122、124、126的环形照明区域(如图4所描绘)来照明。

现在参考图8，示意性地描绘了用于从透明工件160形成具有C形倒角边缘268的分离制品260'(图12B)的激光束组合120的几何形状。图8示出了相位改变光学元件140的掩模和衍射区域的间隔性质。也就是说，自适应相位改变光学元件141的相位掩模的间隔性质和静态相位改变光学元件142的衍射区域的间隔性质。在图8中，未示出透镜组件130，但所述透镜组件将被放置在相位改变光学元件140与透明工件160之间。

不旨在受理论限制，第一激光束焦线125A、第二激光束焦线125B和第三激光束焦线125C中的每一者在透明工件160内的深度位置分别由作为环面接近透明工件160的第一光束122、第二光束124和第三光束126的内径和外径控制。此外，每个光束122、124、126的环面的厚度(即，外径与内径之间的差值)控制由每个光束122、124、126形成的相应激光束焦线125A、125B、125C的长度。相位改变光学元件140与透镜组件130结合，用于控制每个光束122、124、126的偏移定位、每条激光束焦线125A、125B、125C的长度以及每条激光束焦线125A、125B、125C的深度位置。

在图8中描绘的实施方案中，聚焦到第一激光束焦线125A中的第一光束122形成在透明工件160中形成的激光束焦线125A、125B、125C的C形倒角光束组合的顶部光束。第一光束122从相位改变光学元件140的第一位置402传播。聚焦到第二激光束焦线125B中的第二光束124形成在透明工件160中形成的激光束焦线125A、125B、125C的C形倒角光束组合的中间光束。第二光束124从相位改变光学元件140的第二位置404传播。聚焦到第三激光束焦线125C中的第三光束126形成在透明工件160中形成的激光束焦线125A、125B、125C的C形倒角光束组合的底部光束。第三光束126从相位改变光学元件140的第三位置406传播。

在包括图3A的自适应相位改变光学元件141的实施方案中，第一位置402是沿着第一准非衍射相位掩模(例如，相位掩模150A)的表面147的位置，第二位置404是沿着第二准非衍射相位掩模的表面147的位置(例如，相位掩模154)，并且第三位置406是沿着第三准非衍射相位掩模(例如，相位掩模150B)的表面147的位置。在包括图3B的第一衍射光学元件144A和第二衍射光学元件144B的实施方案中，第一位置402是第二衍射光学元件144B的表面146上的第一衍射区域148A的位置，第二位置404是第二衍射光学元件144B的表面146上的第二衍射区域148B的位置，并且第三位置406是第二衍射光学元件144B的表面146上的第三衍射区域148C的位置。

不旨在受理论限制，第一位置402与第三位置406之间的横向偏移取决于第一激光束焦线125A在透明工件160中的期望起始深度(即，第一激光束焦线125A在透明工件160的冲击表面162处或最接近所述冲击表面的定位)、第三激光束焦线125C在透明工件160中的期望结束深度(即，第三激光束焦线125C在透明工件160的第二表面164处或最接近所述第二表面的定位)、期望的第一倒角θ_CH1和期望的第三倒角θ_CH3。

在图8的实施方案中，轴400在第一位置402与第三位置406之间的原点位置401处从相位改变光学元件140延伸，与第一位置402和第三位置406横向等距。原点位置401也横向地定位在第二位置404与第三位置406之间。因此，第二位置404比第三位置406更靠近第一位置402。为了形成对称C形倒角形状的缺陷，第一光束122和第三光束126在相位改变光学元件140处横向偏移(即，第一位置402和第三位置406横向偏移)，使得第一光束传播轴121A与第三光束传播轴121C相交于透明工件160中心的相交点405位置。也就是说，相交点405与冲击表面162和第二表面164等距。

对于其中图8描绘了θ_CH1＝θ_CH3的倒角，第一位置402和第三位置406相对于相位改变光学元件140的原点位置401的横向偏移近似地由公式(6)和(7)示出：

T_off＝-(t_sub/2n+d_off)(tanθ_CH1) (6)

B_off＝(t_sub/2n+d_off)(tanθ_CH3) (7)

其中T_off是第一位置402(即，第一光束122与表面146/147的冲击位置)相对于原点位置401的偏移，B_off是第三第三位置406(即，第三光束126与表面146/147的冲击位置)相对于原始位置401的偏移，t_sub是透明工件160的厚度，n是透明工件160的折射率，并且d_off是由于第一光束122从非零半径开始的偏移距离。此外，第二位置404相对于原点位置401的横向偏移由公式(8)示出：

M_off＝(L_mid/2n)(tanθ_CH1) (8)

在公式(8)中，M_off是第二位置404(即，第二光束124与表面146/147的冲击位置)相对于原点位置401的偏移量，L_mid是第二激光束焦线125B在透明工件160内的期望长度(即，C形倒角焦线组合的中间区段)。为了形成对称C形倒角形状的缺陷，L_mid可以是t^sub/₃，即透明工件160的厚度的三分之一。

仍然参考图8，透明工件160内的深度位置和每条激光束焦线125A、125B、125C的长度取决于每个光束122、124、126的环面的外径、每个光束122、124、126的环面的厚度(即，外径与内径之间的差值)、以及每个光束122、124、126在冲击表面162处的锥角θ_cone。这里，每个光束122、124、126的锥角θ_cone是从每个光束122、124、126的环面的内半径到相应激光束焦线125A、125B、125C的起点的角度，是从每个光束122、124、126的环面的中点半径到相应激光束焦线125A、125B、125C的中点的角度，以及从每个光束122、124、126的环面的外半径到相应激光束焦线125A、125B、125C的端部的角度。深度位置是指图1B中描绘的第一终止深度115和第二终止深度117，以及第一激光束焦线125A的起点(其可位于冲击表面162处)和第三激光束焦线125C的终点(其可位于第二表面164处)。第一光束122、第二光束124和第三光束126中的每一者在冲击表面162处的近似外径由公式(9)至(11)示出：

T_OD＝(d_off+L_top/n)/tanθ_cone1 (9)

M_OD＝(d_off+(L_top+L_mid)/n)/tanθ_cone2 (10)

B_OD＝(d_off+(L_top+L_mid+L_bot)/n)/tanθ_cone3 (11)

在公式(9)中，第一光束122在冲击表面162处的外径是原点位置401与第一位置402之间的横向偏移T_off、第一激光束焦线125A的期望长度(L_顶部)、透明工件160的折射率n、以及第一光束122在冲击表面162处的锥角θ_cone1的函数。在公式(10)中，第二光束124在冲击表面162处的外径是原点位置401与第一位置402之间的横向偏移T_off、第一激光束焦线125A的期望长度(L_顶部)、第二激光束焦线125B的期望长度(L_mid)、透明工件160的折射率n、以及第二光束124在冲击表面162处的锥角θ_cone2的函数。在公式(11)中，第三光束126在冲击表面162处的外径是原点位置401与第一位置402之间的横向偏移T_off、第一激光束焦线125A的期望长度(L_top)、第二激光束焦线125B的期望长度(L_mid)、第三激光束焦线125C的期望长度(L_bot)、透明工件160的折射率n、以及第三光束126在冲击表面162处的锥角θ_cone3的函数。因为第一激光束焦线125A在透明工件160中形成为比第二激光束焦线125B更靠近冲击表面162，并且第二激光束焦线125B在透明工件中形成为更靠近第三激光束焦线125C，因此第三光束126在冲击表面162处的外径(B_OD)大于第二光束124在冲击表面162处的外径(M_OD)，所述第二光束在所述冲击表面处的外径大于第一光束122在冲击表面162处的外径(T_OD)。

此外，第一光束122、第二光束124和第三光束126中的每一者在冲击表面162处的环面的宽度由公式(12)至(14)示出：

T_width＝(L_top)/ntan θ_cone1 (12)

M_width＝(L_mid)/ntan θ_cone2 (13)

B_width＝(L_bot)/ntan θ_cone3 (14)

在公式(12)至(14)中，T_width是第一光束122在冲击表面162处的环面的宽度，M_width是第二光束124在冲击表面162处的环面的宽度，并且B_width是第三光束126在冲击表面162处的环面的宽度。不旨在受理论限制，并且如公式(12)至(14)所示，在用于形成对称C形倒角形状的缺陷的实施方案(即，其中L_top、L_mid、L_bot相等并且倒角θ_CH1和θ_CH3的量值相等)中，第一光束122、第二光束124和第三光束126的环面的宽度相等，第一光束122、第二光束124和第三光束126的锥角也相等。

再次参考图3A和图3B，光学组件100、100'还包括透镜组件130，所述透镜组件具有定位在第二透镜132上游的第一透镜131。第二透镜132可将激光束组合120的每个光束122、124、126聚焦到透明工件160中，所述透明工件可定位在此第二透镜132的成像平面处。在一些实施方案中，第一透镜131和第二透镜132均包括平凸透镜、弯月透镜、非球面透镜或其组合。在操作中，透镜组件130可控制激光束焦线125A、125B、125C沿着光束122、124、126的相应光束传播轴121A、121B、121C的定位。此外，每个光束122、124、126在冲击透镜132时可包括环形形状。虽然透镜132被描绘为将激光束组合120聚焦到激光束焦线125A、125B、125C中，但是其他实施方案可例如在无需使用透镜组件130的情况下使用相位改变光学元件140来对激光束组合120进行相位修改和聚焦两者。

虽然不旨在受理论限制，但是在激光束组合120已由第二衍射光学元件144A或自适应相位改变光学元件141的第二部分145进行相位修改之后，透明工件160内的每条激光束焦线125A、125B、125C包括圆形或近似圆形的角谱。透明工件160内的每条激光束焦线125A、125B、125C具有由大于或等于10的发散因子F_D限定的瑞利范围。实际上，在本文描述的实施方案中，其中第一光束122和第三光束126非正交地冲击所述冲击表面，当第一光束122和第三光束126位于透明工件160的上游时，第一光束122和第三光束126具有像差(即，具有非圆形角谱)，并且在光束122、126在透明工件160的冲击表面162处折射之后，光束122、126在透明工件160内表现出具有小到几乎没有像差的准非衍射特征(即，透明工件160内的第一激光束焦线125A和第三激光束焦线125C均具有圆形或近似圆形的角谱)。实际上，第二衍射光学元件144A和自适应相位改变光学元件141的第二部分145被配置成使得施加在第一光束122和第三光束126中的每一者上的像差与在冲击表面162处折射到透明工件160中时以相同入射角入射到冲击表面162的对应无相差激光束将被赋予的像差相反。结果，在第一光束122和第三光束126在冲击表面162处折射之后，由第二衍射光学元件144A或自适应相位改变光学元件141的第二部分145施加在第一光束122和第三光束126上的像差被反转，使得透明工件160内的第一光束122和第三光束126大体上无像差，并且第一激光束焦线125A和第三激光束焦线125C具有大体上圆形角谱。虽然本文将第一光束122和第三光束126讨论为非正交地冲击透明工件160，但是应理解，可设想其中激光束组合120的其他光束非正交地冲击透明工件的实施方案。实际上，以上讨论适用于非正交地冲击透明工件160的激光束组合120的任何光束。

虽然不旨在受理论限制，但是应理解，斯涅尔定律对使用上述技术形成的第一激光焦线125A和第三激光焦线125C(或非正交地定向到透明工件中的任何激光束焦线)的最大倒角θ_CH1、θ_CH2施加了一些限制。以数学方式将斯涅耳定律被限定为其中θ₁是入射光线在第一介质(例如，空气)中的角度，θ₂是光线在第二介质(例如，透明工件160)中的角度，n₁是第一介质(例如，空气，其包括约1的折射率)的折射率，并且n₂是第二介质(例如，透明工件160，在透明工件160包括玻璃的实施方案中所述透明工件可包括约1.45的折射率)的折射率。角度θ₁和θ₂相对于光线的入射的表面(例如，冲击表面162)的法线来测量。斯涅耳定律提供了对透明工件160内可实现的光角度的基本限制。此极限是透明工件160的临界角。应理解，对于包括除玻璃之外还包括另一种材料的透明工件160，临界角将基于所述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，临界角约为43.6°。临界角也是光线以几乎90°的入射角接触玻璃时所形成的内角。因此，斯涅耳定律限制了第一激光束焦线125A和第三激光束焦线125C的倒角θ_CH1和θ_CH2。此外，由于光束122、124、126在冲击透明工件160的冲击表面162时各自包括锥形形状，并且因此包括可从5°至30°的锥角。作为示例，假设光能够以高达90°的角度入射到透明工件160，如果第一光束122以10°的锥角入射透明工件160的冲击表面162，则第一激光束焦线125A在透明工件160内部的最大倒角θ_CH1将为33.6°。

虽然不旨在受理论限制，但是相应光束122、124、126的一些反射可能发生在透明工件160的冲击表面162处。例如，对于S偏振和P偏振，在冲击位置111A、111B、111C处相对于法线成90°入射冲击表面162的光线的反射将是100％，而在冲击位置111A、111B、111C相对于法线成小于90°入射冲击表面162的光线的反射将小于S偏振和P偏振的100％。虽然相应光束122、124、126可包括P偏振光或S偏振光，但是P偏振光可减少由于反射引起的损耗。例如，在85度时，S偏振光的反射率为73％，并且P偏振光的反射率为49％。在操作中，光束源10、一个或多个相位改变光学元件140、或附加光学部件诸如偏振器可用于对相应光束122、124、126进行S偏振或P偏振。虽然仍不旨在受理论限制，但如果透明工件160内的相应激光束焦线125A、125B、125C的角谱周围的光强度量值不均匀，则相应激光束焦线125A、125B、125C在透明工件160内保留圆形角谱和准非衍射特征。然而，透明工件160内的相应激光束焦线125A、125B、125C的由反射引起的角谱周围的不均匀光强度量值可通过发射具有不均匀强度的初始光束12(即，发射来自光束源10的初始光束12)来补偿，其中不均匀强度被配置成一旦光在冲击表面162处折射并且进入透明工件160就在角谱周围变得均匀。可使用的示例性非均匀强度光束(并且然后由相位改变光学元件140转换成具有长圆形或其他非均匀角谱的准非衍射光束)包括椭圆形高斯光束、顶帽光束、或具有任意强度剖面的另一光束。

现在参考图9A和图9B，以图形方式描绘了激光束组合120的相应光束122、124、126的倒角与锥角之间的关系。具体地，图9A的曲线图20示出了第一光束122与第二光束124之间的近似重叠量作为第一光束122和第二光束124(假设它们具有相等的锥角θ_cone)的锥角θ_cone和透明工件160中的第一激光束焦线125A的倒角θ_CH1的函数。重叠量由灰度梯度来描述。由线21界定的区域22描绘了在第一光束122与第二光束124之间不存在重叠的锥角θ_cone和倒角θ_CH1组合。为了最小化第一光束122与第二光束124之间的不希望干扰，锥角θ_cone和倒角θ_CH1可被选择成使得第一光束122与第二光束124之间不存在重叠。也就是说，锥角θ_cone和倒角θ_CH1组合可位于曲线图20的区域22中。此外，由线23界定并包括影线标记的区域24表示由数值孔径(NA)为0.6的聚焦物镜(例如，第二透镜132)施加的限制。由于第二透镜132的NA，区域24中的锥角θ_cone和倒角θ_CH1组合是不可行的。线23的定位将根据聚焦物镜的数值孔径(NA)而变化。需注意，图9A假设第一激光束焦线125A和第二激光束焦线125B的长度相同。

图9B的曲线图30示出了第三光束126与第二光束124之间的近似重叠量作为第二光束124和第三光束126(假设它们具有相等的锥角θ_cone)的锥角θ_cone和透明工件160中的第三激光束焦线125C的倒角θ_CH3的函数。重叠量由灰度梯度来描述。由线31界定的区域32描绘了在第三光束126与第二光束124之间不存在重叠的锥角θ_cone和倒角θ_CH3组合。为了最小化第二光束124与第三光束126之间的不希望干扰，锥角θ_cone和倒角θ_CH3可被选择成使得第二光束124与第三光束126之间不存在重叠。也就是说，锥角θ_cone和倒角θ_CH3组合可位于曲线图30的区域32中。此外，由线33界定并包括影线标记的区域34表示由数值孔径(NA)为0.6的聚焦物镜(例如，第二透镜132)施加的限制。由于第二透镜132的NA，区域34中的锥角θ_cone和倒角θ_CH3组合是不可行的。线33的定位将根据聚焦物镜的数值孔径(NA)而变化。需注意，图9B假设第二激光束焦线125B和第三激光束焦线125C的长度相同。实际上，图9A和图9B假设第一激光束焦线125A、第二激光束焦线125B和第三激光束焦线125C的长度相同。如图9A和图9B所示，图9A的区域22小于图9B的区域32。相对于第一激光束焦线和第三激光束焦线减小第二激光束焦线125B的长度减轻了此重叠差值并且减小了图9A的区域22与图9B的区域32之间的差值。

再次参考图1A至图3B，在操作中，激光束组合120可相对于透明工件160沿着轮廓线165平移(例如，在平移方向101上)以形成轮廓170的多个缺陷172。将激光束组合120定向或定位到透明工件160中在透明工件160内生成诱导吸收(例如，非线性吸收、多光子吸收)，并且沉积足够的能量以在沿着轮廓线的间隔位置处破坏透明工件160中的化学键165以形成缺陷172。根据一个或多个实施方案，激光束组合120可通过透明工件160的运动(例如，如图3A和图3B所示的耦接到透明工件160的平移台109的运动)、激光束组合120的运动(例如，相应激光束焦线125A、125B、125C的运动)、或者透明工件160和相应激光束焦线125A、125B、125C两者的运动而平移穿过透明工件160。

再次参考图1A至图9B，缺陷172大体可沿着轮廓170彼此间隔开从约0.1μm至约500μm的距离，例如，约1μm至约200μm、约2μm至约100μm、约5μm至约20μm等。例如，缺陷172之间的合适间距可为从约0.1μm至约50μm，诸如从约5μm至约15μm、从约5μm至约12μm、从约7μm至约15μm、或从约7μm至约12μm。在一些实施方案中，相邻缺陷172之间的间距可为约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。

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中并且形成裂纹传播的路径，以用于将透明工件160沿着轮廓170分离成分离的部分。形成轮廓170包括沿着轮廓线165(例如，在平移方向101上)相对于彼此平移激光束组合120和透明工件160中的至少一者，以形成轮廓170的多个缺陷172。根据一种或多种实施方案，激光束组合120可通过例如使用一个或多个平移台109(图2A和图2B)的透明工件160的运动、激光束组合120的运动(例如，激光束焦线125A、125B、125C的运动)、透明工件160和激光束组合120两者的运动而平移穿过透明工件160。通过相对于透明工件160平移激光束焦线125A、125B、125C，可在透明工件160中形成多个缺陷172，其中多个缺陷172中的每个缺陷包括具有各种缺陷角度的缺陷区段172。

用于形成缺陷172的合适激光波长是在其处透明工件160的线性吸收和散射的组合损耗足够低的波长。在实施方案中，由于透明工件160在波长处的线性吸收和散射而引起的组合损耗小于20％/mm、或小于15％/mm、或小于10％/mm、或小于5％/mm、或小于1％/mm，其中尺寸“/mm”意指透明工件160内在激光束组合120的光束传播方向(例如，Z方向)上的每毫米距离。许多玻璃工件的代表性波长包括Nd³⁺的基波波长和谐波波长(例如，Nd³⁺:YAG或Nd³⁺:YVO₄具有接近1064nm的基波波长和接近532nm、355nm和266nm的更高次谐波波长)。也可使用光谱的紫外部分、可见部分和红外部分中满足用于给定基板材料的给定组合线性吸收和散射损耗要求的其他波长。

在操作中，激光束组合120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或不同频率的光子的同时吸收，其将分子从一种状态(通常是基态)激发到更高能量的电子状态(即电离)。所涉及的分子的更低能态与更高能态之间的能量差值等于所涉及的光子的能量之和。MPA，也称为诱导吸收，可以是二阶或三阶过程(或更高阶)，例如，比线性吸收弱若干数量级。Tt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，并且因此它是非线性光学过程。

形成轮廓170(图1A和图1B)的穿孔步骤可利用与一个或多个相位改变光学元件140、第一透镜131和第二透镜132组合的光束源10(例如，脉冲光束源诸如超短脉冲激光器)来照射透明工件160并且生成激光束焦线125A、125B、125C。激光束焦线125A、125B、125C包括准非衍射光束，诸如如上所限定的高斯-贝塞尔光束或贝塞尔光束，并且可完全或部分地对透明工件160进行穿孔以形成缺陷172，其中缺陷区段包括透明工件160中可形成轮廓170的各种缺陷角度。在激光束组合120包括脉冲激光束的实施方案中，单独脉冲的脉冲持续时间在从约1飞秒至约200皮秒的范围内，诸如从约1皮秒至约100皮秒、5皮秒至约20皮秒等，并且单独脉冲的重复率可在从约1kHz至4MHz的范围内，诸如在从约10kHz至约3MHz、或从约10kHz至约650kHz的范围内。

现在参考图10A和图10B，除以上述单独脉冲重复率进行单个脉冲操作之外，在包括脉冲激光束的实施方案中，脉冲可在两个或更多个子脉冲500A的脉冲串500(诸如每脉冲串例如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，诸如每脉冲串500 1至30个子脉冲，或每脉冲串500 5至20个子脉冲)中产生。虽然不旨在受理论限制，但脉冲串是短且快速的子脉冲分组，其在使用单脉冲操作不容易达到的时间尺度上产生与材料的光能相互作用(即，透明工件160的材料中的MPA)。虽然仍不旨在受理论限制，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，在2个脉冲之间分配100μJ/串的能量以获得每子脉冲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，在10个脉冲之间分配100μJ/串的能量以获得每子脉冲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，在一些情况下，脉冲串的子脉冲之间的能量分布呈指数衰减的形式，其中脉冲串的第一子脉冲包含最多的能量，脉冲串的第二子脉冲包含略微更少的能量，脉冲串的第三子脉冲包含甚至更少能量，依此类推。然而，单独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被定制以实现对透明工件160的不同量的修改。

虽然仍不旨在受理论限制，但当一个或多个轮廓170的缺陷172由具有至少两个子脉冲的脉冲串形成时，相比于在使用单个脉冲激光形成的相同透明工件160中的相邻缺陷172之间具有相同间距的轮廓170的最大断裂阻力，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。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的最大断裂阻力大至少两倍。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的差值大于使用具有2个子脉冲的脉冲串形成的轮廓170与使用具有3个子脉冲的脉冲串形成的轮廓之间的最大断裂阻力的差值。因此，脉冲串可用于形成比使用单个脉冲激光形成的轮廓170更容易分离的轮廓170。

仍参考图10A和图10B，脉冲串500内的子脉冲500A可间隔从约1纳秒至约50纳秒范围内的持续时间，例如从约10纳秒至约30纳秒，诸如约20纳秒。在其他实施方案中，脉冲串500内的子脉冲500A可间隔高达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)的持续时间。对于给定激光，脉冲串500内的相邻子脉冲500A之间的时间间隔T_p(图11B)可以是相对均匀的(例如，在彼此的约10％内)。例如，在一些实施方案中，脉冲串500内的每个子脉冲500A在时间上与后续子脉冲间隔约20纳秒(50MHz)。此外，每个脉冲串500之间的时间可为从约0.25微秒至约1000微秒，例如从约1微秒至约10微秒，或从约3微秒至约8微秒。

在本文描述的光束源10的一些示例性实施方案中，对于输出包括约200kHz的串重复率的初始光束12的光束源10，时间间隔Tb(图11B)约为5微秒。激光脉冲串重复率与串中的第一脉冲到后续串中的第一脉冲之间的时间T_b相关(激光脉冲重复率＝1/T_b)。在一些实施方案中，激光脉冲串重复率可在从约1kHz至约4MHz的范围内。在实施方案中，激光脉冲串重复率可例如在从约10kHz至650kHz的范围内。每个串中的第一脉冲到后续串中的第一脉冲之间的时间T_b可从约0.25微秒(4MHz脉冲串重复率)至约1000微秒(1kHz脉冲串重复率)，例如从约0.5微秒(2MHz脉冲串重复率)至约40微秒(25kHz脉冲串重复率)，或者从约2微秒(500kHz脉冲串重复率)至约20微秒(50kHz脉冲串重复率)。确切的定时、脉冲持续时间和串重复率可能根据激光器设计而改变，但高强度的短脉冲(T_d<20皮秒，并且在一些实施方案中，T_d≤15皮秒)已被证明效果特别好。

串重复率可在从约1kHz至约2MHz的范围内，诸如从约1kHz至约200kHz。成串或产生脉冲串500是一种激光操作，其中子脉冲500A的发射不是均匀且稳定的流，而是以脉冲串500的紧密簇的形式。脉冲串激光束可具有基于正在操作的透明工件160的材料来选择的波长，使得透明工件160的材料在所述波长下是基本上透明的。在材料处测量的每串平均激光功率可以是每毫米材料厚度至少约40μJ。例如，在实施方案中，每串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。在具体示例中，对于0.5mm至0.7mm厚的Corning EAGLE透明工件，从约300μJ至约600μJ的脉冲串可切割和/或分离所述工件，这对应于约428μJ/mm至约1200μJ/mm的示例性范围(例如，对于0.7mm的EAGLE玻璃为300μJ/0.7mm，对于0.5mm的EAGLE/>玻璃为600μJ/0.5mm)。

修改透明工件160所需的能量是脉冲能量，其可用脉冲串能量来描述(即，脉冲串500内包含的能量，其中每个脉冲串500包含一连串子脉冲500A)，或者用单个激光脉冲(其中许多可能包含串)内包含的能量来描述。脉冲能量(例如，脉冲串能量)可为从约25μJ至约750μJ，例如从约50μJ至约500μJ，或从约50μJ至约250μJ。对于一些玻璃组合物，脉冲能量(例如，脉冲串能量)可为从约100μJ至约250μJ。然而，对于一些玻璃组合物，脉冲能量(例如，脉冲串能量)可为更高(例如，从约300μJ至约500μJ，或从约400μJ至约600μJ，这取决于透明工件160的具体玻璃组合物)。

第一光束122、第二光束124和第三光束126的定向到透明工件160中的部分可包括持久强度均匀性。如本文所用，术语“持久强度均匀性”意指激光束焦线125A、125B和125C中的任一者内的任一点处的激光束的强度与在激光束焦线125A、125B和125C上共同评估的平均强度相差不超过50％。在本公开描述的实施方案中，在透明工件内的激光束聚焦区域的整个部分中，激光束的持久强度均匀性使得对于透明工件中存在的任何焦线内的任何点的强度，激光束强度的极值(即，最小值或最大值)大于或等于在透明工件中的所有焦线上共同评估的平均强度的约50％至150％之间。

虽然不旨在受理论限制，但是使用能够生成脉冲串的脉冲激光束对于切割或修改透明材料例如玻璃(例如，透明工件160)是有利的。与使用按单个脉冲激光器的重复率在时间上间隔开的单个脉冲相比，使用将脉冲能量分散在串内的快速脉冲序列上的串序列允许获得相比于利用单个脉冲激光器的与材料的高强度相互作用的更大时间尺度。脉冲串的使用(与单个脉冲操作相比)增大了缺陷172的大小(例如，横截面大小)，这在沿着一个或多个轮廓170分离透明工件160时便于相邻缺陷172的连接，从而最小化非预期裂纹形成。此外，使用脉冲串来形成缺陷172增加了从每个缺陷172向外延伸到透明工件160的块体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，从而最小化非预期裂纹形成。

图10C示出了激光束焦线随距离的示例性强度分布。图10C示出了使用高斯激光输入生成贝塞尔光束。当高斯输入光束穿过相位改变光学元件时，贝塞尔光束相对于Z的特征最大强度分布最开始由于高斯光束半径的增大而上升，并且然后由于在较大半径处的高斯输入强度的降低而逐渐下降。抵消此不对称性的一种方式是将透明工件160的冲击表面162放置在第一激光焦线125A的形成的下游，所述透明工件大于或等于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，使得第一激光束焦线125A包括透明工件160外部的一部分。将透明工件160的冲击表面162放置在第一激光束焦线125A的形成的下游可导致在冲击表面162处的更大光束强度，从而确保第一缺陷区段172A的内部缺陷平面与冲击表面162连接。

现在参考图11A，抵消图10C中示出的不对称性的另一方式是根据标准高斯形状修改初始光束12。图11A的曲线图40示出了对于使用各种初始光束形成的激光束焦线，最大光束强度作为光束传播方向上的距离的函数。曲线图40示出了对于使用以下项形成的激光束焦线，最大光束强度作为传播距离的函数：线42中的高斯初始光束、线44中的高斯初始光束的环形部分(称为环形高斯输入光束)、线46中在其边缘附近具有超高斯滚降的高斯输入光束的环形部分(称为环形超高斯输入光束)、线48中在其边缘附近具有超高斯滚降以及1/R强度剖面的高斯输入光束的环形部分(称为具有1/R强度剖面的环形超高斯输入光束)。

也参考图11B至图11E，在XY截面中示出了使用图11A中以图形方式描绘的初始光束形成的激光束焦线的输入光束强度剖面。图11B示出了高斯输入光束(例如，线42的高斯输入光束)的输入光束强度剖面。图11C示出了高斯输入光束的环形部分(例如，线44的环形高斯输入光束)的输入光束强度剖面。图11D示出了使用在其边缘附近具有超高斯滚降的高斯输入光束的环形部分(例如，线46的环形超高斯输入光束)生成的激光束焦线的输入光束强度剖面。图11E示出了在其边缘附近具有超高斯滚降以及1/R强度剖面的高斯输入光束的环形部分(例如，线48的具有1/R强度剖面的环形超高斯输入光束)生成的激光束焦线的输入光束强度剖面。

相比于高斯生成的激光束焦线，线44的环形形状的添加减少了激光束焦线的长度，但由于环面上的硬边缘而引起强度波动，这可能致使衍射效应。这可通过圆化或“软化”环面的边缘来解决，例如通过使用超高斯初始光束和环形形状。不旨在受理论限制，超高斯光束是具有带有平坦顶部和在其边缘附近加速但平滑的强度滚降的强度光束剖面的高斯光束。超高斯光束的强度剖面近似为公式(21)：

在公式(21)中，I(r)是光束在半径r处的强度，I₀是光束的峰值强度，并且w₀是光束腰，并且n是超高斯阶。增加超高斯的阶n增加了强度剖面的边缘的陡度。此外，如线48所示，向初始光束添加1/R强度剖面在所生成的激光束焦线中形成平顶强度分布。类似地，可控制环形光束强度的幅度以使所得激光束焦线的焦点强度分布平坦。

再次参考图3A和图3B，光学组件100、100'可被配置来进一步改变激光束组合120，使得每个光束122、124、126在透明工件160的冲击表面162处的横截面是非轴对称的，并且因此每条激光束焦线125A、125B、125C的横截面是非轴对称的，例如，使用美国专利号10,730,783中描述的方法和系统，所述美国专利据此全文以引用方式并入。例如，由光束122、124、126在透明工件160的冲击表面162处形成的束斑112A、112B、112C可包括具有长轴和短轴的非轴对称束斑，使得使用激光束焦线125A、125B、125C形成的缺陷区段172A、172B、172C包括形成在长轴和短轴相交处的中心缺陷区域以及形成在长轴方向上的一个或多个径向臂。使用激光束焦线125A、125B、125C形成的缺陷区段172A、172B、172C具有非轴对称束斑，所述非轴对称束斑被取向成使得每个束斑112A、112B、112C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125A、125B、125C以使得每个缺陷172的径向臂的方向沿着轮廓线165延伸，可更好地控制裂纹传播。

在相位改变光学元件140包括自适应相位改变光学元件141的实施方案中，具有非轴对称横截面的激光束焦线125A、125B、125C可通过改变由自适应相位改变光学元件141应用的相位调制来形成。此外，如美国专利号10,730,783所述，在相位改变光学元件140包括静态相位改变光学元件142(例如，衍射光学元件144A、144B)的实施方案中，具有非轴对称横截面的激光束焦线125A、125B、125C可通过改变第二衍射光学元件144B的衍射区域148A、148B、148C、阻挡激光束组合120的每个光束122、124、126的一部分来形成。

再次参考图1A至图11E，在一些实施方案中，透明工件160可在后续分离步骤中被进一步作用以诱导透明工件160沿着轮廓170分离，从而形成包括成角度的边缘的分离透明制品(图12A至图12B)。后续分离步骤可包括使用机械力、热应力诱导力或化学蚀刻剂来沿着轮廓170传播裂纹。热源诸如红外激光束可用于产生热应力，并且因此沿着轮廓170分离透明工件160。分离透明工件160可包括：将红外激光束定向到轮廓170以诱导热应力，以沿着轮廓170传播裂纹。在一些实施方案中，红外激光束可用于发起分离，并且然后所述分离可机械地完成。不受理论的约束，红外激光器是受控热源，其在轮廓170处或附近快速增加透明工件160的温度。此快速加热可在轮廓170上或邻近所述轮廓的透明工件160中产生压应力。由于相比于透明工件160的总表面积，所加热的玻璃表面的面积相对较小，因此所加热的区域冷却相对较快。所产生的温度梯度在透明工件160中引起足以使裂纹沿着轮廓170传播并穿过透明工件160的深度的拉应力，从而导致透明工件160沿着轮廓170完全分离。不受理论的约束，据信拉应力可由工件的具有较高局部温度的部分中的玻璃膨胀(即，改变的密度)引起。

用于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，通常具有从1.2μm至13μm范围内的波长，例如4μm至12μm范围内的波长。此外，红外激光束的功率可为从约10W至约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，红外激光束的更大1/e²光束直径可便于更快的激光加工和更大的功率，而红外激光束的更小1/e²光束直径可通过限制对轮廓170附近的透明工件160的部分的损坏而便于高精度分离。示例性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。

在其他实施方案中，根据类型、深度和材料属性(例如，吸收、CTE、应力、成分等)存在于透明工件160中的应力可致使沿着轮廓170的自发分离，而无需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，离子交换或热钢化玻璃基板)时，轮廓170的形成可诱导沿着轮廓170的裂纹传播以分离透明工件160。

现在参考图12A和图12B，示意性地描绘了示例性透明工件260和使用本文描述的方法和系统由透明工件260形成的所得分离制品260'。作为一个示例，图12A描绘了包括多个缺陷272的透明工件260的示意性侧视图，所述多个缺陷包括第一缺陷272a、第二缺陷272b和第三缺陷272c。第一缺陷272a从冲击表面262延伸到第二缺陷272b的第一端部，第二缺陷272b从第一缺陷272a的端部延伸到第三缺陷272c的端部，并且第三缺陷272c从第二缺陷272b的第二端部延伸到第二表面264。在操作中，可使用本文描述的实施方案沿着多个缺陷272分离透明工件260，以形成具有C形倒角边缘268的分离制品260'，如图12B所描绘。

实施例

图13描绘了聚焦到700μm厚的玻璃基板内的第一激光束焦线125A、第二激光束焦线125B和第三激光束焦线125C中的激光束组合120的模拟。第一激光束焦线125A具有倒角θ_chamf＝23°和锥角θ_cone＝9°，第二激光束焦线125B包括长度L_mid＝233μm，并且第三激光束焦线125C具有倒角θ_chamf＝23°和锥角θ_cone＝9°。图13中模拟的激光束焦线的组合形成C形倒角形状，其可用于形成C形倒角缺陷，并且随后形成具有C形倒角边缘的分离制品。

图14描绘了使用图3A的光学组件100形成的分离制品上的C形倒角边缘的表面剖面，其中自适应相位改变光学元件141包括用于形成激光束组合的空间光调制器，所述激光束组合由透镜组件以33:1的缩小比例进行收缩。此示例中使用的光束源是由立陶宛维尔纽斯光转换公司制造的飞秒激光器。变换成激光束组合的初始光束由光束源以每脉冲串5个子脉冲的1mJ脉冲串形式发射，每个子脉冲在时间上间隔15ns。脉冲串以10kHz重复频率、10ps脉冲宽度和1030nm波长发射。为了形成图14的分离制品，在透明工件中形成C形倒角缺陷，相邻缺陷之间的间距为10μm节距。此外，激光束组合的每个光束的30°楔形被阻挡以形成非轴对称缺陷，所述非轴对称缺陷被成形为便于在切割方向上形成裂纹。

出于描述和限定本发明技术的目的，需注意，本文中对作为参数或另一变量的“函数”的变量的引用并不旨在表示所述变量只是列出的参数或变量的函数。相反，本文对作为列出的参数的“函数”的变量的引用旨在是开放式的，使得所述变量可以是单个参数或多个参数的函数。

如本文所用，术语“约”意指数量、大小、配方、参数和其他量及特征不是并且也不需要是确切的，而是可根据以下需要为近似的和/或较大些或较小些：反映公差、换算因数、四舍五入、测量误差等以及本领域技术人员已知的其他因素。当术语“约”用于描述值或范围的端点时，具体的值或所涉及的端点包括在内。无论本说明书中的数值或范围的端点是否表述为“约”，都描述了两个实施方案：一个由“约”修饰，而一个不由“约”修饰。将进一步理解，范围中的每一个的端点相对于另一个端点并且独立于另一个端点都是有意义的。

如本文所用的方向术语——例如上、下、右、左、前、后、顶部、底部——仅参考所绘制的附图来做出，并不旨在暗示绝对取向。

除非另外明确说明，否则决不意图将本文阐述的任何方法解释为要求以特定次序执行其步骤，也不要求具有任何设备的特定取向。因此，在方法权利要求项未实际叙述其步骤要遵循的顺序、或者任何设备权利要求未实际叙述针对各个部件的顺序或取向、或者在权利要求或描述中未另外具体陈述各步骤将限于特定顺序、或者未叙述针对设备的部件的特定顺序或取向的情况下，决不意图在任何方面推断顺序或取向。这适用于任何可能的用于解释的非表示基础，包括：关于步骤、操作流程、部件顺序或部件取向的布置的逻辑问题；获自语法组织或标点的明确含义；以及在本说明书中描述的实施方案的数量或类型。

除非上下文另外明确指出，否则如本文所用，单数形式“一个(种)(a/an)”和“所述(the)”包括复数个指代物。因此，除非上下文另外明确指示，否则例如对“部件”的引用包括具有两个或更多个此类部件的方面。

对本领域技术人员将显而易见的是，可在不背离要求保护的主题的精神和范围的情况下对本文描述的实施方案进行各种修改和变更。因此，旨在本说明书涵盖本文描述的各种实施方案的修改和变更，只要此类修改和变更在所附权利要求及其等效物的范围内即可。

Claims (25)

1.一种用于加工透明工件的方法，所述方法包括：

将包括第一光束和第二光束的激光束组合同时定向到所述透明工件中，所述第一光束在第一冲击位置处穿过所述透明工件的冲击表面，并且所述第二光束在第二冲击位置处穿过所述透明工件的所述冲击表面，其中：

所述激光束组合的所述第一光束在所述透明工件中形成第一激光束焦线并且生成第一诱导吸收，以在所述透明工件内产生第一缺陷

区段，所述第一缺陷区段具有第一倒角；并且

所述激光束组合的所述第二光束在所述透明工件中形成第二激光束焦线并且生成第二诱导吸收，以在所述透明工件内产生

第二缺陷区段，所述第二缺陷区段具有第二倒角，所述第二倒角不同于所述第一倒角。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一冲击位置和所述第二冲击位置沿着所述冲击表面横向偏移。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第二倒角相对于在所述第二冲击位置处与所述冲击表面正交的平面大于5°。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第二倒角相对于在所述第二冲击位置处与所述冲击表面正交的平面小于1°。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一激光束焦线在所述冲击表面与所述透明工件内的第一终止深度之间延伸，并且终止于定位在所述第一终止深度处的第一终止位置处。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述第二激光束焦线从定位在所述第一终止深度处的所述第一终止位置延伸到定位在所述透明工件内的第二终止深度处的第二终止位置。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述激光束组合还包括在第三冲击位置处定向到所述透明工件中的第三光束，其中所述第三光束在所述透明工件中形成第三激光束焦线并且生成第三诱导吸收以在所述透明工件内产生第三缺陷区段，所述第三缺陷区段具有第三倒角，所述第三倒角不同于所述第二倒角。

8.如权利要求7所述的方法，其中：

所述第一激光束焦线在所述冲击表面与所述透明工件内的第一终止深度之间延伸，并且终止于定位在所述第一终止深度处的第一终止位置处；

所述第二激光束焦线从所述第一终止深度处的所述第一终止位置延伸到定位在所述透明工件内的第二终止深度处的第二终止位置，其中所述第一终止深度比所述第二终止深度更靠近所述透明工件的所述冲击表面；并且

所述第三激光束焦线从所述第二终止位置朝向所述透明工件的第二表面延伸。

9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述第一激光束焦线和所述第二激光束焦线各自包括：

波长λ；

光斑大小w₀；以及

大于的瑞利范围Z_R，其中F_D是

包括10或更大值的无量纲发散因子。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，还包括：将所述激光束组合冲击到相位改变光学元件上以将相位改变应用于所述第一光束和所述第二光束。

11.如权利要求10所述的方法，其中当在所述相位改变光学元件下游的自由空间中产生时，所述第一光束包括长圆形角谱，所述长圆形角谱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，其中所述第一曲率半径不同于所述第二曲率半径。

12.如权利要求11所述的方法，其中入射到所述冲击表面的所述第二光束包括圆形角谱。

13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其中：

所述相位改变光学元件包括衍射光学元件，所述衍射光学元件包括沿着所述衍射光学元件的表面从第二衍射区域横向偏移的第一衍射区域；

所述第一衍射区域被配置来将像差校正的准非衍射相位和棱镜相位应用于所述激光束组合的所述第一光束；并且

所述第二衍射区域被配置来将准非衍射相位应用于所述激光束组合的所述第二光束。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述衍射光学元件是第二衍射光学元件，并且所述方法还包括：将由光束源输出的初始光束定向到包括衍射分束器的第一衍射光学元件上，所述衍射分束器从所述初始光束形成所述激光束组合，并且将所述激光束组合定向到所述第二衍射光学元件。

15.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述相位改变光学元件包括自适应相位改变光学元件。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述将所述相位改变应用于所述第一波束和所述第二波束包括：

将来自光束源的初始光束定向到所述自适应相位改变光学元件的第一部分上，所述第一部分从所述初始光束形成所述激光束组合；以及

将所述激光束组合从所述第一部分定向朝向所述自适应相位改变光学元件的第二部分，所述第二部分对所述激光束组合的所述第一光束和所述第二光束进行相位改变。

17.如权利要求16所述的方法，其中：

所述自适应相位改变光学元件的所述第一部分包括被配置来将所述初始光束分成所述激光束组合的分束相位掩模；并且

所述自适应相位改变光学元件的所述第二部分包括被配置来将像差校正的准非衍射相位和棱镜相位应用于所述激光束组合的所述第一光束的第一准非衍射相位掩模，以及被配置来将准非衍射相位应用于所述激光束组合的所述第二光束的第二准非衍射相位掩模。

18.如权利要求17所述的方法，其中：

所述自适应相位改变光学元件的所述第一部分和所述第二部分沿着所述自适应相位改变光学元件的表面横向偏移；并且

所述第二部分的所述第一准非衍射相位掩模和所述第二准非衍射相位掩模沿着所述自适应相位改变光学元件的所述表面横向偏移。

19.如权利要求1至18中任一项所述的方法，还包括：沿着轮廓线相对于彼此平移所述透明工件和所述激光束组合中的至少一者，以在所述透明工件中形成包括多个缺陷的轮廓。

20.如权利要求1至19中任一项所述的方法，其中所述激光束组合的所述第一光束由第一光束源输出，并且所述激光束组合的所述第二光束由第二光束源输出。

21.如权利要求1至20中任一项所述的方法，其中所述第一激光束焦线和所述第二激光束焦线各自包括圆形角谱。

22.如权利要求1至21中任一项所述的方法，其中所述第一倒角大于10°。

23.一种相位改变光学元件，包括：

衍射光学元件，所述衍射光学元件包括沿着所述衍射光学元件的表面从第二衍射区域横向偏移的第一衍射区域；

所述第一衍射区域被配置来将像差校正的准非衍射相位和棱镜相位应用于激光束组合的第一光束，并且

所述第二衍射区域被配置来将准非衍射相位应用于所述激光束组合的第二光束。

24.一种用于加工透明工件的方法，所述方法包括：在所述透明工件的冲击表面处同时折射激光束组合，所述激光束组合包括第一光束和第二光束，其中：

所述第一光束在所述透明工件中形成第一激光束焦线并且生成第一诱导吸收，以在所述透明工件内产生第一缺陷区段，所述第一缺陷区段具有第一倒角；并且

所述第二光束形成第二激光束焦线并且生成第二诱导吸收，以在所述透明工件内产生第二缺陷区段，

所述第二缺陷区段具有第二倒角，所述第二倒角不同于所述第一倒角。

25.如权利要求24所述的方法，其中所述第一光束在所述冲击表面的第一冲击位置处折射，并且所述第二光束在所述冲击表面的第二冲击位置处折射，所述第二冲击位置沿着所述冲击表面从所述第一冲击位置横向偏移。