TW201638031A - 熱回火基材之雷射切割 - Google Patents

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Abstract

本案揭示用於雷射切割熱回火基材之系統及方法。在一個實施例中，一種分隔熱回火基材之方法包括引導雷射束聚焦線，使得至少一部分之雷射束聚焦線在熱回火基材之主體內。脈衝輸送聚焦脈衝雷射束以形成包含一或多個子脈衝之脈衝猝發的序列。雷射束聚焦線在回火基材之主體內沿雷射束聚焦線產生損壞徑跡。在聚焦脈衝雷射束與回火基材之間提供相對運動，使得脈衝雷射束在回火基材內形成損壞徑跡之序列。該損壞徑跡之序列的個別損壞徑跡藉由側向間距分隔，且一或多個微裂紋連接該損壞徑跡之序列的相鄰損壞徑跡。

Description

熱回火基材之雷射切割
本申請案根據專利法主張2015年1月12日申請的美國臨時申請案第62/102257號之優先權權益，該臨時申請案之內容為本文之基礎且係以全文引用方式併入本文中。
諸如熱回火玻璃之熱回火基材具有提供附加強度及抗刮擦性之固有應力型態。該等基材已發現多種應用，諸如架構玻璃應用及用於電子器件之螢幕。
近年來，滿足降低前沿器件之大小、重量及材料成本之顧客需求的製程開發之精確微加工及其改良已引起高科技行業之快步發展。超快行業雷射正在變成用於需要高精確度微加工之應用的重要工具。
然而，歸因於熱回火玻璃中所含之大量應力，諸如切割之加工極為困難。用習知方法切割熱回火玻璃之嘗試釋放了此固有應力且導致整片斷裂。為此，在熱回火製程之前將熱回火玻璃切割成適當形狀。因此，熱回火玻璃片僅可以有限數目之庫存量獲得。此可 抑制靈活性，影響定製適合片之成本，且進一步限制回火玻璃之使用。
因此，可需要用於切割熱回火基材之替代系統及方法。
在一個實施例中，一種分隔熱回火基材之方法包括引導雷射束聚焦線至熱回火基材中，使得至少一部分之雷射束聚焦線在熱回火基材之主體中。雷射束聚焦線藉由聚焦脈衝雷射束形成，且雷射束聚焦線沿射束傳播方向安置。該方法進一步包括脈衝輸送聚焦脈衝雷射束以形成包含一或多個子脈衝之脈衝猝發的第一序列。雷射束聚焦線在熱回火基材內產生誘導多光子吸收，從而在熱回火基材之主體內沿雷射束聚焦線產生損壞徑跡。該方法進一步包括在第一次雷射束通過中提供聚焦脈衝雷射束與熱回火基材之間的相對運動，使得脈衝雷射束在熱回火基材內形成損壞徑跡之第一序列。損壞徑跡之第一序列的個別損壞徑跡藉由側向間距分隔，且一或多個微裂紋連接損壞徑跡之第一序列的相鄰損壞徑跡。
在另一實施例中，一種用於加工熱回火基材之系統包括可操作以發射脈衝雷射束之雷射源，可操作以沿至少一個軸平移且可操作以接收熱回火基材之平移台；及安置於脈衝雷射束之光徑內的光學總成。該光學總成將脈衝雷射束轉換成雷射束聚焦線，其中雷射束聚 焦線之至少一部分可操作以定位於熱回火基材之主體內，使得雷射束聚焦線在熱回火基材內產生誘導多光子吸收以在熱回火基材內沿雷射束聚焦線產生材料改性。該系統進一步包括一或多個控制器，該等控制器經程式化以脈衝輸送脈衝雷射束來形成包含一或多個子脈衝的脈衝猝發之序列，及以控制平移台以在第一次雷射束通過中沿至少一個軸提供脈衝雷射束與熱回火基材之間的相對運動，使得脈衝雷射束在熱回火基材內形成損壞徑跡之序列。損壞徑跡之序列的個別損壞徑跡藉由側向間距分隔，且一或多個微裂紋在損壞徑跡之序列的相鄰損壞徑跡之間延伸。
在另一實施例中，熱回火玻璃基材包括第一表面及第二表面，其中第一表面及第二表面具有大於或等於24MPa之壓縮應力，且第一與第二表面之間在熱回火玻璃基材之主體內的應力型態為抛物線狀。熱回火玻璃基材進一步包括自第一表面延伸至第二表面之邊緣，及複數個定位於該邊緣處的損壞徑跡。該複數個損壞徑跡之各個別損壞徑跡具有小於或等於5μm之直徑且具有大於或等於250μm之長度。該複數個損壞徑跡之相鄰損壞徑跡藉由約2μm與約20μm之間的側向間距分隔，且該複數個損壞徑跡使邊緣之長度延伸50%或50%以上。
1‧‧‧熱回火基材
1a‧‧‧表面
1b‧‧‧表面
1c‧‧‧壓縮區
1d‧‧‧內部拉伸區
2‧‧‧脈衝雷射束
2a‧‧‧部分
2aR‧‧‧邊緣射線
2aZ‧‧‧中心射束
2b‧‧‧雷射束聚焦線
2c‧‧‧擴延區段
5‧‧‧脈衝猝發
5a'‧‧‧子脈衝
5a"‧‧‧子脈衝
6‧‧‧光學總成
7‧‧‧球面切割之雙凸透鏡
8‧‧‧孔徑
9‧‧‧旋轉三稜鏡
10‧‧‧旋轉三稜鏡
11‧‧‧平凸透鏡
12‧‧‧準直透鏡
13‧‧‧損壞徑跡
14‧‧‧微裂紋
15‧‧‧損壞線
21a‧‧‧第一表面
21b‧‧‧第二表面
21c‧‧‧壓縮區
21d‧‧‧內部拉伸區
23‧‧‧損壞徑跡
25‧‧‧結構變化
25'‧‧‧結構變化
27‧‧‧雷射切割邊緣
30‧‧‧熱回火玻璃
37‧‧‧邊緣
40A‧‧‧大致3.2mm厚熱回火玻璃片
40B‧‧‧大致3.2mm厚熱回火玻璃片
40C‧‧‧大致3.2mm厚熱回火玻璃片
47A‧‧‧暴露雷射切割邊緣
47B‧‧‧暴露雷射切割邊緣
47C‧‧‧暴露雷射切割邊緣
50A‧‧‧大致5.5mm厚熱回火玻璃片
50B‧‧‧大致5.5mm厚熱回火玻璃片
50C‧‧‧大致5.5mm厚熱回火玻璃片
57A‧‧‧暴露雷射切割邊緣
57B‧‧‧暴露雷射切割邊緣
57C‧‧‧暴露雷射切割邊緣
br‧‧‧圓環寬度
d‧‧‧熱回火基材之厚度
dr‧‧‧圓環直徑
A‧‧‧雷射通過線
B‧‧‧雷射通過線
C‧‧‧雷射通過線
D‧‧‧孔徑大小
L‧‧‧長度
MB‧‧‧中點
MC‧‧‧中點
SR‧‧‧圓形輻射
Tb‧‧‧時間分隔
Td‧‧‧脈衝持續時間
Tp‧‧‧子脈衝分隔
Z1a‧‧‧距離
Z1b‧‧‧距離
Z2‧‧‧距離
前述內容將自示例性實施例之以下更特定描述而明顯，該等示例性實施例如例示於隨附圖式中，其中相同參考符號在整個不同視圖中指代相同部分。圖式未必按比例繪製，而重點是關注對代表性實施例的例示。
第1A圖及第1B圖為根據本文所述及例示之一或多個實施例將雷射束聚焦線定位於熱回火基材中以沿聚焦線藉由誘導吸收形成損壞徑跡之示意圖；第2A圖為根據本文所述及例示之一或多個實施例用於雷射加工之光學總成的示意圖；第2B-1圖至第2B-4圖為根據本文所述及例示之一或多個實施例藉由在透明材料內相對於基材之不同位置處形成雷射束聚焦線來加工基材之多種可能性的示意圖；第3圖為根據本文所述及例示之一或多個實施例用於雷射加工之第二光學總成的示意圖；第4A圖及第4B圖為根據本文所述及例示之一或多個實施例用於雷射加工之第三光學總成的示意圖；第5圖為用於雷射加工之第四光學總成的示意圖；第6A圖及第6B圖為根據本文所述及例示之一或多個實施例具有兩個壓縮區及一個內部拉伸區的熱回火基材之示意圖； 第7A-7C圖為根據本文所述及例示之一或多個實施例關於皮秒雷射隨時間而變之示例性雷射發射的圖；第8圖示意性地描繪根據本文所述及例示之一或多個實施例在熱回火基材內形成損壞徑跡之序列的雷射製程；第9圖示意性地描繪根據本文所述及例示之一或多個實施例在熱回火基材內關於三次雷射通過之雷射線聚焦位置；第10A圖為在雷射-入口表面處熱回火玻璃基材之雷射切割邊緣的側面(橫截面)之顯微鏡影像；第10B圖為在第10A圖中所描繪之熱回火玻璃基材之雷射-出口表面處雷射切割邊緣的側面(橫截面)之顯微鏡影像；第11A圖為熱回火玻璃基材之雷射切割邊緣的頂面之顯微鏡影像；第12A-12C圖為關於3.2mm厚熱回火玻璃基材之三個片，雷射切割邊緣的側面(橫截面)之顯微鏡影像；及第13A-13C圖為關於5.5mm厚熱回火玻璃基材之三個片，雷射切割邊緣的側面(橫截面)之顯微鏡影像。
本文所述之實施例係關於用於光學切割諸如熱回火玻璃材料之熱回火基材的方法及系統。一般而言，雷射束轉換成雷射束聚焦線，該聚焦線定位於諸如熱回火玻璃之熱回火基材的主體內，以產生一或多個藉由該材料內之損壞徑跡形成的損壞線。熱回火基材沿此等損壞線分隔成例如兩個或兩個以上片。
一般而言，一系列損壞徑跡可以極快速率製造，其中平移速度可超過1m/s。使用高度應力玻璃，正如熱回火玻璃之情形，一旦產生損壞位點，微裂紋(或單一微裂紋)將極快地形成且傳播。這對切割高中心拉伸玻璃造成極大挑戰，因為相比多種雷射方法可產生合適損壞位點以引導裂紋前緣，微裂紋可更快地形成且傳播。這導致裂紋控制之喪失。然而，本文所揭示之方法可由單一雷射脈衝或猝發脈衝形成完整損壞徑跡，且因此容易以超過微裂紋傳播速度之速度產生損壞徑跡位置，從而確保微裂紋在損壞徑跡之間經引導，而非比雷射損壞「先行一步」。因此，熱回火基材(例如熱回火鈉鈣玻璃)可沿此等損壞線分隔成部分，例如分隔成熱回火玻璃之兩個或兩個以上片。
熱回火玻璃可藉由使用控制熱處理來增加玻璃之強度而產生。玻璃在高溫烘箱(約600℃)中加熱且接著其溫度快速地降低，例如藉由使玻璃經受冷空氣流。這迫使玻璃之外層與內層相比快速地收縮，由此在玻璃之外層中鎖定高水準之壓縮應力，而玻璃之內層則 被迫拉伸以維持材料內部力的平衡。完全回火玻璃一般定義為具有大於10,000psi(69MPa)之表面壓縮應力的玻璃，且熱強化玻璃一般定義為具有大於3,500psi(24MPa)之表面壓縮應力的玻璃。
隨熱回火之深度而變的應力型態一般為抛物線狀的且隨深度緩慢地變化，而在化學強化玻璃(例如經離子交換之化學強化玻璃)的情形下，應力型態隨深度愈加呈指數形式且局限於接近玻璃表面之區域。熱回火玻璃之壓縮應力層因此通常更深，關於熱回火通常>>100μm，但關於化學強化一般<100μm。另外，熱回火一般限於厚度>2mm且主要>3mm之玻璃片，而化學強化經常局限於較薄玻璃片。
該應力分佈及深壓縮應力層使熱回火玻璃極大地抵抗表面衝擊所致之破裂。當玻璃確實破裂時，其一般斷裂成不尖銳的片段。
目前，熱回火玻璃之任何切割均涉及首先使玻璃經受特殊處理以有效地使其去回火。一種方法藉由局部地加熱欲自較大熱回火片分隔之所需形狀周圍之材料而產生未回火玻璃帶。接著沿未回火帶切割玻璃，使得該片之實際回火部分由未回火(退火)玻璃圍繞，未回火(退火)玻璃接著經精細處理。
熱回火玻璃需求量極大，其中需要玻璃強度。其用於最現代架構玻璃幕牆、客車窗、浴室門以及多種消費性應用中。另外，熱回火鈉鈣玻璃可聯合諸如 鹼性硼鋁矽酸鹽玻璃(例如Corning® Eagle XGTM玻璃)之較高品質顯示器玻璃使用以製造電致變色控制窗。當應用電致變色電子層時，較高品質顯示器玻璃(更扁平、更具組成均一性、低鹼含量)用於窗玻璃之一些部分的用途可堆疊，引起較佳電效能及較高產率。將兩種材料切割成複雜形狀之能力獲得極大關注，因為其使較高材料(片)利用成為可能。電致變色層應用且圖案化於玻璃上，但必須在任何熱回火之後應用，因為回火中涉及高溫。若熱回火玻璃可在其經電致變色層圖案化之後切割，則可藉由使用用於塗佈及回火之共用設備且接著簡單地在下游將各部分切割成適當形狀來實現較大製程靈活性。
如上文所述，本發明之實施例有關於用於雷射切割熱回火玻璃而無需去回火之系統及方法。實施例利用超短脈衝雷射及特殊化光學遞送系統以在熱回火玻璃內產生精確穿孔(亦即，損壞徑跡)。此等穿孔或損壞徑跡允許精確地控制任何裂紋傳播，從而防止玻璃片在切割過程期間破碎。因此，根據一些實施例，熱回火基材為熱回火玻璃基材，且至少一個電致變色層在引導雷射束聚焦線至熱回火玻璃基材的步驟之前應用於熱回火玻璃基材上。亦即，在一些實施例中，超短脈衝雷射束切割一或多個電致變色層位於其上之熱回火玻璃(例如鈉鈣玻璃)。
根據下文所述之方法，雷射可用於經由熱回火(亦即強化)材料產生高度控制全線穿孔，具有極小(<75μm，通常<50μm)表面下損壞及可忽略之碎片產生。因此，有可能使用單一高能脈衝或猝發脈衝在透明、熱回火材料中產生顯微(亦即，直徑<0.5μm且>100nm)狹長「孔」或空隙(本文中亦稱為穿孔、缺陷線或損壞徑跡)。此等個別損壞徑跡(或「穿孔」)可以數百千赫之速率(例如每秒數十萬個穿孔)來產生。因此，利用來源與材料之間的相對運動，此等穿孔可彼此鄰近置放(空間離距視需要自次微米變化至數十微米)。此空間離距經選擇以便有助於切割。在一些實施例中，損壞徑跡為「貫通孔」，其為自透明材料之頂部延伸至底部的孔或敞開通道。在一些實施例中，損壞徑跡可不為連續通道，且可藉由固體材料(例如玻璃)之部分或區段阻斷或部分阻斷。如本文所定義，損壞徑跡之內徑為材料中之敞開通道或氣孔或空隙之內徑。例如，在本文所述的實施例中，損壞徑跡之內徑為<500nm，例如400nm或300nm。
如下文更詳細描述，藉由各雷射脈衝(或子脈衝之猝發)形成的損壞徑跡延伸通過熱回火基材之壓縮層進入拉伸區。不同於其他雷射方法，此方法不需要長停留多脈衝或衝擊鑽探方法在材料中全程鑽孔。
因為熱回火玻璃含有高水準之內部應力，故微裂紋將自此等損壞位置出現。然而，其將優先自一個 損壞徑跡導引至另一損壞徑跡，只要損壞徑跡位點緊密地隔開且比微裂紋傳播速度更快地形成。此等微裂紋之傳播將接著沿所需穿孔輪廓分隔玻璃，如下文詳細描述。
選擇雷射之波長，使得欲經雷射處理(藉由雷射鑽孔、切割、剝蝕、損壞或以其他方式略微改質)的材料對雷射波長為透明的。在一個實施例中，若欲經雷射處理之材料吸收每mm材料厚度小於10%之雷射波長強度，則其對雷射波長為透明的。在另一實施例中，若欲經雷射處理之材料吸收每mm材料厚度小於5%之雷射波長強度，則其對雷射波長為透明的。在另一實施例中，若欲經雷射處理之材料吸收每mm材料厚度小於2%之雷射波長強度，則其對雷射波長為透明的。在另一實施例中，若欲經雷射處理之材料吸收每mm材料厚度小於1%之雷射波長強度，則其對雷射波長為透明的。
雷射源之選擇進一步基於在透明材料中誘導多光子吸收(multi-photon absorption；MPA)之能力。MPA為具有相同或不同頻率之多個光子(例如兩個、三個、四個或四個以上)之同時吸收，以便將材料自較低能態(通常為基態)激發至較高能態(激發態)。激發態可為激發電子態或電離態。材料之較高能態與較低能態之間的能量差等於兩個或兩個以上光子之能量的總和。MPA為非線性過程，其比線性吸收弱數個數量級。在二光子吸收之情形下，其不同於線性吸收之處在於吸收之強度取決於光強度之平方，因此使得MPA為非線性 光學過程。在普通光強度下，MPA可忽略不計。若光強度(能量密度)極高，諸如在雷射源(尤其為脈衝雷射源)之聚焦區中，MPA變得可觀且導致材料中其中光源之能量密度充分高的區域內之可量測效應。在聚焦區內，能量密度可充分高以引起電離、分子鍵斷裂及材料汽化。
在原子能階下，個別原子之電離具有個別能量要求。常用於玻璃中之若干元素(例如，Si、Na、K)具有相對低的電離能量(約5eV)。在無MPA之現象的情況下，在約5eV下產生線性電離將需要約248nm之波長。在MPA下，能量分隔約5eV之狀態之間的電離或激發可利用比248nm長的波長來完成。例如，具有532nm之波長的光子具有約2.33eV之能量，因此，例如在二光子吸收(two-photon absorption；TPA)中，兩個具有波長532nm之光子可誘導能量分隔約4.66eV之狀態之間的躍遷。
因此，在其中雷射束之能量密度充分高以便誘導雷射波長之非線性TPA的材料區域中，原子及鍵可選擇性地受激發或電離，該雷射波長例如具有所需激發能量的一半。MPA可引起激發原子或鍵與相鄰原子或鍵之局部重新組態及分隔。鍵合或組態之所得改質可引起非熱燒蝕，及來自其中發生MPA之材料區域之物質的移除。此物質的移除產生結構缺陷(亦即，穿孔、缺陷線或損壞徑跡)，該結構缺陷機械地削弱材料且使其更易於裂化或斷裂。藉由控制損壞徑跡之置放，可精確地界定順 著發生裂化之輪廓或路徑以在相鄰損壞徑跡之間導引應力誘導微裂紋。藉由一系列損壞徑跡界定的輪廓可被視為斷層線，且對應於材料中具有結構脆弱性之區域。
損壞徑跡可利用在時間上緊密間隔的高能量、短持續時間子脈衝之單一「猝發」來完成。雷射脈衝持續時間可為10-10s或更短，或10-11s或更短，或10-12s或更短，或10-13s或更短。此等「猝發」可在高重複率(例如，kHz或MHz)下重複。該等損壞徑跡可藉由經由控制雷射及/或基材之運動來控制基材或基材之堆疊相對於雷射之速度而間隔分開並精確定位。例如，在暴露於100kHz系列脈衝之以200mm/s移動的熱回火基材中，個別脈衝將間隔開2微米以產生分隔2微米之一系列損壞徑跡。在一些實施例中，熱回火基材定位於能夠沿至少一個軸平移的平移台(未展示)上。可利用任何平移台或能夠平移玻璃基材或光學遞送頭之其他器件。
轉而參看第1A圖及第1B圖，雷射鑽探熱回火基材之方法包括沿射束傳播方向觀察，將脈衝雷射束2聚焦成雷射束聚焦線2b。雷射束聚焦線2b為高能量密度之區域。如第2圖所示，雷射3(未展示)發射雷射束2，其具有入射至光學總成6之部分2a。光學總成6將入射雷射束轉變成輸出側上沿射束方向在規定擴張範圍內(聚焦線之長度l)的擴延雷射束聚焦線2b。
本發明之實施例利用非繞射射束(non-diffracting beam；「NDB」)來形成雷射束聚焦線2b。典型地，雷射處理已使用高斯雷射束。具有高斯強度型態之雷射束的緊聚焦具有如下給出之瑞利範圍ZR：
瑞利範圍表示距離，在該距離內在波長η0下在折射率η0之材料中射束之光斑大小w0將增加。此限制藉由繞射強加。注意在方程式(1)中，瑞利範圍與光斑大小直接相關，由此得出結論：具有緊聚焦(亦即，小光斑大小)之射束無法具有長瑞利範圍。該類射束將僅在極短距離內維持此小光斑大小。這亦意謂若該類射束用於藉由改變聚焦區之深度來鑽通材料，則在焦點任一側上光斑之快速擴張均將需要無光失真之大區域，光失真可能限制射束之聚焦特性。該類短瑞利範圍亦需要多個脈衝來切通厚樣品。
然而，本發明實施例利用NDB而非上文論述之光學高斯射束。非繞射射束可在繞射效應不可避免地限制射束聚焦之前傳播顯著距離。儘管無限NDB不經歷繞射效應，但物理學上可實現之NDB將具有有限的物理範圍。射束之主瓣可半徑極小且因此產生高強度射束。存在數種類型之NDB，包括(但不限於)貝塞爾射束、艾裡射束、韋伯射束及馬提厄射束，其場型態典型地由特 殊函數給出，該等函數在橫向方向比高斯函數更緩慢地衰減。
應瞭解，儘管所述之NDB在本文中在貝塞爾射束之背景中描述，但實施例不限於此。貝塞爾射束之中心光斑大小如下給出： 其中NA為藉由平面波之錐面給出之數值孔徑，該錐面使得與光軸成β角。貝塞爾射束與高斯射束之間的關鍵差異在於貝塞爾射束之瑞利範圍如下給出： 其中D為藉由一些孔徑或光學元件強加之射束的有限範圍。因此，展示孔徑大小D可用於增加瑞利範圍使其超出由中心光斑大小強加之極限。用於產生貝塞爾射束之實際方法為傳遞高斯射束通過具有徑向線性相位梯度之旋轉三稜鏡或光學元件。
一般而言，形成線焦點(亦即，雷射束聚焦線)之光學方法可採取多種形式，諸如而不限於使用圈餅形雷射束及球形透鏡、旋轉三稜鏡透鏡、繞射元件或形成高強度之線性區域的其他方法。形成及調節線焦點之各種光學方法描述於美國專利申請第62/024122號中，該申請以全文引用方式併入本文中。亦可改變雷射之類型(皮秒、飛秒及其類似類型)及波長(IR、可見、UV及其 類似波長)，只要達到足夠的光學強度來產生基材材料之擊穿即可。
雷射功率及透鏡焦距(其決定線焦距且因此決定功率密度)為確保用於切割之基材之完全穿透的參數。因此，應控制基材中形成之線焦點的尺寸。
再次參看第1A圖及第1B圖，示意性地例示熱回火基材1(例如熱回火玻璃)，其中欲發生藉由雷射處理及多光子吸收獲得之內部改質。熱回火基材1可安置於基材或載體上。在一些實施例中，多個熱回火基材1呈堆疊配置用於同時處理。熱回火基材1可安置於經組態以沿至少一個軸移動之平移台(未展示)上。平移台可藉由例如一或多個控制器(未展示)控制。熱回火基材1定位於射束路徑中以至少部分地重疊雷射束2之雷射束聚焦線2b。雷射束2可藉由雷射源(未展示)產生，該雷射源可藉由例如一或多個控制器(未展示)控制。參考符號1a指定分別面對(最接近或逼近)光學總成6或雷射之熱回火基材1的表面，且參考符號1b指定熱回火基材1之反向表面(遠離或進一步遠離光學總成6或雷射之表面)。熱回火基材1之厚度(垂直於平面1a及1b，亦即垂直於基材平面來量測)係以d來標記。
如第1A圖所描繪，熱回火基材1垂直於縱向射束軸對準，且因此處於藉由光學總成6產生的同一聚焦線2b後方(基材垂直於圖式之平面)。沿射束方向觀察，熱回火基材1相對於聚焦線2b以如下方式定位，使得聚 焦線2b(沿射束方向觀察)在熱回火基材1之表面1a之前開始且在熱回火基材1之表面1b之後停止，亦即聚焦線2b在熱回火基材1內終止且並未延伸超出表面1b。在雷射束聚焦線2b與熱回火基材1之重疊區域中，亦即在熱回火基材1之由聚焦線2b重疊的部分中，擴延雷射束聚焦線2b在熱回火基材1中產生非線性吸收。(假定沿雷射束聚焦線2b之合適雷射強度，該強度藉由雷射束2在長度l之區段(亦即長度l之線焦點)上的適當聚焦確保，該區段界定擴延區段2c(沿縱向射束方向對準)，沿該區段2c在熱回火基材1中產生誘導非線性吸收。)誘導非線性吸收導致在熱回火基材1中沿區段2c形成損壞徑跡或裂紋。損壞徑跡或裂紋形成不僅為局部的，而且可在誘導吸收之擴延區段2c之整個長度上延伸。區段2c之長度(其對應於雷射束聚焦線2b與熱回火基材1重疊之長度)係以參考符號L來標記。誘導吸收之區段2c(或熱回火基材1之材料中經歷缺陷線或裂紋形成之區段)的平均直徑或範圍係以參考符號D來標記。此平均範圍D可對應於雷射束聚焦線2b之平均直徑δ，亦即，在約0.1μm與約5μm之間的範圍內之平均光斑直徑。
如第1A圖所示，熱回火基材1(其對雷射束2之波長λ為透明的)歸因於沿聚焦線2b之誘導吸收而局部受熱。誘導吸收源於與聚焦線2b內之雷射束的高強度(能量密度)有關之非線性效應。第1B圖例示受熱熱回火 基材1將最終膨脹，使得相應誘導的張力導致微裂紋形成，其中該張力在表面1a處為最高。
以下描述可用於產生聚焦線2b之代表性光學總成6，以及其中可應用此等光學總成之代表性光學設置。所有總成或設置均基於以上描述，使得相同參考符號用於相同組件或特徵或其功能等同的彼等組件。因此，以下僅描述差異。
為了確保沿藉由損壞徑跡系列界定之輪廓裂化之後分隔表面的高品質(關於斷裂強度、幾何精確度、粗糙度及避免再加工要求)，用於形成界定裂化輪廓之損壞徑跡的個別聚焦線應使用下文所述之光學總成(下文中，該光學總成或者亦稱為雷射光學元件)產生。分隔表面之粗糙度主要由聚焦線之光斑大小或光斑直徑決定。表面之粗糙度可例如藉由Ra表面粗糙度統計量(取樣表面之高度的絕對值之粗糙度算術平均值)表徵。為在雷射3(與熱回火基材1之材料相互作用)之給定波長λ的狀況下達成例如0.5μm至2μm之小光斑大小，通常必須對雷射總成6之數值孔徑強加某些要求。
本文所述之雷射切割製程一般產生玻璃零件的暴露切割表面(邊緣)之約0.1-1.0μm Ra表面粗糙度，其中Ra為取樣表面之高度的絕對值之統計學粗糙度算術平均值，該等高度包括源於聚焦線的光斑直徑之凸出的高度。更通常地，切割邊緣之Ra值關於本文所述之雷射製程為約0.25-0.75μm。
為達成所需數值孔徑，一方面，光學元件應根據已知的阿貝公式(N.A.=n sin(θ)，n：待處理材料之折射率，θ：孔徑角之一半；且θ=arctan(D/2f)；D：孔徑，f：焦距)針對給定焦距來安置所需開口。另一方面，雷射束應照射光學元件直至達到所需孔徑，所需孔徑典型地藉助於在雷射與聚焦光學元件之間使用增寬伸縮鏡(widening telescope)進行射束增寬而達成。
出於沿焦線均勻相互作用之目的，光斑大小不應改變過於強烈。此可例如藉由以下來確保(參見以下實施例)：僅在小的圓形區域中照射聚焦光學元件，使得射束開口及因此數值孔徑之百分比僅輕微改變。
第2A圖描繪產生線焦點之一種實例方法。如上文所述，存在多種產生本文所述之線焦點之替代方法，且實施例不限於第2A圖中所描繪之實例。根據第2A圖(於雷射輻射2之雷射束叢中的中心射束之位準處垂直於基材平面之區段；亦在此，雷射束2垂直地入射至熱回火基材1，亦即入射角為0°，使得聚焦線2b或誘導吸收之擴延區段2c平行於基材法線)，藉由雷射3發射的雷射輻射2a首先經引導至圓形孔徑8上，該圓形孔徑8對所使用之雷射輻射完全不透明。孔徑8經定向垂直於縱向射束軸，且定中心於所描繪射束叢2a之中心射束上。孔徑8之直徑以如下方式加以選擇，使得靠近射束叢2a之中心的射束叢或中心射束(此處以2aZ來標記)碰撞該孔徑且 完全地由其阻斷。僅射束叢2a之外周邊範圍中之射束(邊緣射線，此處以2aR來標記)歸因於相較於射束直徑減小的孔徑大小而未經阻斷，但側向地通過孔徑8且碰撞光學總成6之聚焦光學元件之邊緣區域，在此實施例中，該光學總成6係設計為球面切割之雙凸透鏡7。
透鏡7定中心於中心射束上，且係設計為呈普通球面切割透鏡形式之非校正雙凸面聚焦透鏡。此種透鏡之球形像差可為有利的。或者，亦可使用偏離理想校正系統之非球體或多透鏡系統(亦即，不具有單一焦點之透鏡或系統)，其不形成理想焦點但形成具有規定長度之相異、狹長聚焦線。透鏡之區帶因此沿聚焦線2b聚焦，其受距透鏡中心之距離的影響。孔徑8橫過射束方向之直徑為射束叢之直徑(藉由射束之強度降低至峰值強度之1/e2所需的距離來定義)的大致90%，且為光學總成6之透鏡之直徑的大致75%。因此使用藉由阻擋中心中之射束叢而產生的非像差校正之球面透鏡7的聚焦線2b。第2A圖展示一個平面中通過中心射束之區段，當所描繪之射束圍繞聚焦線2b旋轉時可見完全三維叢。
此種類型的聚焦線之一潛在缺點在於條件(光斑大小、雷射強度)可沿聚焦線(且因此沿材料中之所要深度)改變，且因此所要類型的相互作用(無熔融、誘導吸收、熱塑性變形直至裂紋形成)可能僅在聚焦線之所選部分中發生。此繼而意指可能入射雷射光之僅一部分以所要方式由欲處理之材料吸收。以此方式，製程之效 率(針對所要分隔速度之所需平均雷射功率)可受損，且雷射光亦可透射至非所要之區域(黏附至基材或基材固持夾具之部件或層)中且與其以不合需要的方式(例如，加熱、擴散、吸收、非所需改質)相互作用。
第2B-1-4圖展示(不僅對於第2A圖中之光學總成而言，而且對於任何其他可應用之光學總成6而言)雷射束聚焦線2b之位置可藉由將光學總成6相對於熱回火基材1適合地定位及/或對準以及藉由適合地選擇光學總成6之參數來控制。如第2B-1圖所例示，聚焦線2b之長度l可以如下方式調節，使得其超過層厚度d(此處超過2倍)。若熱回火基材1置放於聚焦線2b中心(在縱向射束方向觀察)，則誘導吸收之擴延區段2c係於整個基材厚度上產生。
在第2B-2圖中所示的狀況下，產生具有長度l之聚焦線2b，其或多或少地對應於基材厚度d。因為熱回火基材1相對於線2b以如下方式定位，使得線2b在欲處理材料外部之一點處開始，所以擴延誘導吸收區段2c之長度L(此處其自基材表面延伸至規定基材深度，而不延伸至反向表面1b)小於聚焦線2b之長度l。第2B-3圖展示以下狀況，其中熱回火基材1(沿射束方向觀察)定位於聚焦線2b之起始點上方，使得如在第2B-2圖中，線2b之長度l大於熱回火基材1中誘導吸收區段2c之長度L。因此，聚焦線在熱回火基材1內開始且延伸超出反向表面1b。第2B-4圖展示以下狀況，其中聚焦線長度l小 於基材厚度d，使得在入射方向上觀察到基材相對於聚焦線之中心定位時，聚焦線在熱回火基材1內接近表面1a處開始且在熱回火基材1內接近表面1b處結束(例如，l=0.75．d)。雷射束聚焦線2b可例如具有在約0.1mm與約100mm之間的範圍內或在約0.1mm與約10mm之間的範圍內之長度l。各種實施例可經組態以具有例如約0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.7mm、1mm、2mm、3mm或5mm之長度l。
尤其有利的是，聚焦線2b以如下方式定位，使得由該聚焦線覆蓋表面1a、1b中之至少一者，使得誘導非線性吸收區段2c至少在欲處理材料之一表面上開始。以此方式，可能達成事實上理想的切口，同時避免在表面處之燒蝕、羽化及微粒產生。
第3圖描繪另一可應用光學總成6。基本構造遵循第2A圖中所述之構造，因此以下僅描述差異。所描繪光學總成係基於使用具有非球形自由表面之光學元件，以便產生聚焦線2b，該聚焦線2b係以使得形成具有規定長度l之聚焦線的方式成形。為達此目的，非球體可用作光學總成6之光學元件。在第3圖中，例如使用所謂的錐形稜鏡，亦常稱為旋轉三稜鏡。旋轉三稜鏡為錐形切割透鏡，其在沿光軸之線上形成光斑源(或將雷射束轉換成環)。此種旋轉三稜鏡之佈局大體上為熟習此項技術者所知；實例中之錐角為10°。此處以參考符號9來標記的旋轉三稜鏡之頂點朝向入射方向導向且定中心於射束 中心。因為藉由旋轉三稜鏡9產生的聚焦線2b在其內部內開始，所以熱回火基材1(此處垂直於主射束軸對準)可定位於射束路徑中，處於旋轉三稜鏡9之直接後方。如第3圖所示，亦可能由於旋轉三稜鏡之光學特徵而使熱回火基材1沿射束方向移位，同時保持於聚焦線2b之範圍內。熱回火基材1之材料中的擴延誘導吸收區段2c因此在整個深度d上延伸。
然而，所描繪佈局經受以下限制。因為藉由旋轉三稜鏡9形成的聚焦線2b之區域在旋轉三稜鏡9內開始，所以在其中旋轉三稜鏡9與欲處理材料之間存在離距之情形下，雷射能量之大部分不聚焦於位於材料內的聚焦線2b之誘導吸收區段2c中。此外，聚焦線2b之長度l經由旋轉三稜鏡9之折射率及錐角而與射束直徑相關。此為在相對薄材料(若干毫米)的狀況下總聚焦線比欲處理材料之厚度長得多的原因，因而得到更多雷射能量不聚焦於材料中之效果。
為此，可需要使用包括旋轉三稜鏡及聚焦透鏡之光學總成6。第4A圖描繪該種光學總成6，其中具有經設計以形成擴延雷射束聚焦線2b之非球形自由表面的第一光學元件(沿射束方向觀察)定位於雷射3之射束路徑中。在第4A圖所示的狀況下，此第一光學元件為具有5°之錐角的旋轉三稜鏡10，其垂直於射束方向定位且定中心於雷射束上。旋轉三稜鏡之頂點朝向射束方向定向。此處為平凸透鏡11之第二聚焦光學元件(其曲率 朝向旋轉三稜鏡定向)定位於射束方向上，距旋轉三稜鏡10距離z1處。在此狀況下大致為300mm之距離z1係以如下方式來選擇，使得藉由旋轉三稜鏡10形成的雷射輻射圓形地入射於透鏡11之外徑向部分上。透鏡11將圓形輻射聚焦於距離z2(在此狀況下距透鏡11為大致20mm)處之輸出側上，具有規定長度(在此狀況下為1.5mm)之聚焦線2b上。透鏡11之有效焦距在此實施例中為25mm。藉由旋轉三稜鏡10實現之雷射束之圓形轉換係以參考符號SR來標記。
第4B圖詳細地描繪根據第4A圖的在熱回火基材1之材料中聚焦線2b或誘導吸收2c之形成。元件10、11之光學特徵以及其定位係以如下方式選擇，使得聚焦線2b於射束方向上之長度l與熱回火基材1之厚度d恰好相等。因此，應提供熱回火基材1沿射束方向之精確定位以將聚焦線2b恰好定位於熱回火基材1之兩個表面1a與1b之間，如第4B圖所示。
因此有利的是，聚焦線在距雷射光學元件某一距離處形成的情況，及雷射輻射之較大部分聚焦至聚焦線之所要末端的情況。如所述，此可藉由僅圓形地(環形地)照射主要聚焦元件11(透鏡)之特定外徑向區域來達成，從而一方面用以實現所需數值孔徑及因此所需光斑大小，然而另一方面，在光斑(如基本上圓形光斑)之中心的極短距離上形成聚焦線2b之後，擴散圓環之強度減小。以此方式，裂紋形成在所需基材深度的短距離內 停止。旋轉三稜鏡10及聚焦透鏡11之組合符合此項要求。旋轉三稜鏡以兩種不同的方式來作用：歸因於旋轉三稜鏡10，將通常為圓形的雷射光斑以環之形式發送至聚焦透鏡11，且旋轉三稜鏡10之非球面性具有如下效應：形成超出透鏡之焦平面的聚焦線替代在焦平面中形成焦點。聚焦線2b之長度l可經由旋轉三稜鏡上之射束直徑來調節。另一方面，沿聚焦線之數值孔徑可經由距離z1旋轉三稜鏡-透鏡及經由旋轉三稜鏡之錐角來調節。以此方式，整個雷射能量可集中於聚焦線中。
若裂紋形成意欲持續至層或欲處理材料之背側，則圓形(環形)照射仍具有以下優點：(1)最佳以如下意義來使用雷射功率：大多數雷射光保持集中於聚焦線之所需長度中；以及(2)可能沿聚焦線達成均勻光斑大小，及因此達成沿由聚焦線產生之損壞徑跡之均勻分隔，此係歸因於圓形照射區帶連同藉助於其他光學功能設定的所要像差。
替代第4A圖中所描繪的平凸透鏡，亦可能使用聚焦彎月形透鏡或另一較高校正聚焦透鏡(非球體、多透鏡系統)。
為使用第4A圖所描繪的旋轉三稜鏡及透鏡之組合來產生極短聚焦線2b，可需要入射於旋轉三稜鏡上的極小射束直徑之雷射束。其具有以下實際缺點：射束於旋轉三稜鏡之頂點上的定中心必須極為精確，且所得者對雷射之方向變化(射束漂移穩定性)極為敏感。此 外，緊密準直雷射束極為發散，亦即，歸因於光偏轉，射束叢在短距離上變得模糊。
如第5圖所示，兩種效應均可藉由在光學總成6中包括另一透鏡，即準直透鏡12來避免。額外準直透鏡12用於極緊密地調節聚焦透鏡11之圓形照射。準直透鏡12之焦距f'係以如下方式來選擇，使得所要圓環直徑dr由旋轉三稜鏡至準直透鏡12之距離z1a產生，該距離z1a等於f'。環之所要寬度br可經由距離z1b(準直透鏡12至聚焦透鏡11)來調節。作為純幾何學之問題，圓形照射之小寬度導致短聚焦線。在距離f'處可達成最小值。
因此，第5圖中所描繪的光學總成6係基於第4A圖中所描繪的光學總成，因此以下僅描述差異。此處亦設計為平凸透鏡(其曲率朝向射束方向)之準直透鏡12另外置放於介於一側上的旋轉三稜鏡10(其頂點朝向射束方向)與另一側上的平凸透鏡11之間的射束路徑之中心處。準直透鏡12與旋轉三稜鏡10之距離稱為z1a，聚焦透鏡11與準直透鏡12之距離稱為z1b，且聚焦線2b與聚焦透鏡11之距離稱為z2(始終在射束方向上觀察)。如第5圖所示，藉由旋轉三稜鏡10形成的圓形輻射SR沿距離z1b調節至所需圓環寬度br，以在聚焦透鏡11處達到至少大致恆定圓環直徑dr，該圓形輻射SR發散地且在圓環直徑dr下入射於準直透鏡12上。在所示的狀況下，意欲產生極短聚焦線2b，使得在準直透鏡12 處大致4mm之圓環寬度br由於準直透鏡12之聚焦性質而減小至在透鏡11處的大致0.5mm(該實例中圓環直徑dr為22mm)。
在所描繪實例中，可能使用2mm之典型雷射束直徑、具有焦距f=25mm之聚焦透鏡11、具有焦距f'=150mm之準直透鏡且選擇距離Z1a=Z1b=140mm及Z2=15mm來達成小於0.5mm的聚焦線1之長度。
現將描述用於切割熱回火基材之雷射處理方法。參看第6A圖，示意性地例示熱回火基材1，諸如熱回火玻璃基材。熱回火基材1包括第一表面1a及第二表面1b。自第一及第二表面1a、1b朝向熱回火基材1之內部延伸為在壓縮應力下之壓縮區1c。在拉伸下之內部拉伸區1d安置於壓縮區1c之間且平衡壓縮區1c之壓縮應力。壓縮區之深度(亦即，層深度(depth of layer；「DOL」)取決於回火製程。作為實例且非限制，關於熱回火玻璃，DOL可大於100μm。第6B圖展示熱回火玻璃基材之典型應力型態。內部應力之精確水準及特定函數相關性將取決於精確熱回火條件及玻璃基材之厚度，但一般而言，應力之函數相關性將採取抛物線形狀，其中壓縮應力的最高量值接近玻璃表面，且拉伸應力的最高量值接近玻璃基材之中心。在距各玻璃表面之特定深度處，應力自壓縮轉換為拉伸，且此等轉換點界定了第6A圖中所示之壓縮及拉伸區的邊界。
應注意，其他雷射製程典型地藉由在玻璃表面附近或深入玻璃內之特定位置處引入局部損壞來切割基材。機械切割製程藉由在玻璃之最上表面處誘導孔或裂紋進行切割。在該等狀況下，可挑戰性製造損壞區帶，該區帶完全穿透可存在於熱回火玻璃中之厚壓縮應力層(大於約100μm)。此意謂可難以使用機械或過去已知之雷射方法在熱回火玻璃中以控制方式起始裂紋。相比之下，本文所述之雷射方法能夠快速地形成可在垂直於玻璃表面之維度中更進一步延伸(數毫米)之損壞徑跡，且甚至可製成在玻璃厚度中全程延伸。此使得對斷裂平面定向之控制大於用其他雷射方法可獲得。
為切割熱回火玻璃，脈衝雷射束之波長應對該材料透明。作為實例且非限制，波長可為1064nm雷射。脈衝持續時間及強度應足夠短以達成上文所述之多光子吸收效應。可利用超短脈衝雷射，諸如皮秒或飛秒雷射源。在一些實施例中，可利用約10皮秒脈衝雷射。作為實例且非限制，使用約1mm與約3mm範圍之間之線焦點，及在200kHz重複率(250uJ/脈衝)下產生大於約50W之輸出功率的約10皮秒脈衝雷射，則線區中之光強度可容易地足夠高以在熱回火玻璃基材中產生非線性吸收。
注意，此種本文所述皮秒雷射之操作產生「脈衝猝發」5之子脈衝5a。第7A圖描繪兩個連續脈衝猝發5，各包含三個子脈衝5a、5a'及5a"(統稱為「5a」)。 產生脈衝猝發為一種類型之雷射操作，其中脈衝之發射不呈均勻及穩定流，而是呈緊密子脈衝叢。各脈衝猝發含有多個極短持續時間之個別子脈衝5a(諸如至少2個子脈衝、至少3個子脈衝、至少4個子脈衝、至少5個子脈衝、至少10個子脈衝、至少15個子脈衝、至少20個子脈衝或20個以上的子脈衝)。亦即，脈衝猝發5為子脈衝5a之「包袋」，且脈衝猝發5藉由比每次猝發內個別相鄰脈衝之分隔更長的持續時間來彼此分隔。參看第7B圖，該圖繪製針對第7A圖之子脈衝5a的雷射發射對時間曲線，子脈衝可具有至多100ps(例如0.1ps、5ps、10ps、15ps、18ps、20ps、22ps、25ps、30ps、50ps、75ps或在其間)之脈衝持續時間Td。在單一脈衝猝發5內之此等個別子脈衝(例如子脈衝5a、5a'及5a")在本文中稱為子脈衝以表示其出現於單一脈衝猝發內之事實。在脈衝猝發5內之各個別子脈衝5a、5a'、5a"的能量或強度可不等於該脈衝猝發內之其他子脈衝的能量或強度，且在脈衝猝發內之多個子脈衝之強度分佈通常遵循藉由雷射設計管理之時間的指數式衰減。
參看第7C圖，較佳地，本文所述示範性實施例之脈衝猝發5內之各子脈衝(例如子脈衝5a、5a'、5a")在時間上與該猝發中之後續子脈衝分隔1ns至50ns(例如10-50ns，或10-30ns，其中時間常常由雷射腔設計管理)之持續時間Tp。對於給定雷射而言，脈 衝猝發5內之各子脈衝之間的時間分隔Tp(子脈衝至子脈衝分隔)為相對均勻的(±10%)。例如，在一些實施例中，脈衝猝發內之各子脈衝可在時間上與後續子脈衝分隔大約20ns(50MHz)。例如，對產生約20ns之子脈衝分隔Tp之雷射而言，脈衝猝發內之子脈衝至子脈衝分隔Tp維持於約±10%內或為約±2ns。具有子脈衝5a之各脈衝猝發5之間的時間(亦即，脈衝猝發之間的時間分隔Tb)將長得多(例如，0.25μsTb 1000μs，例如1-10μs，或3-8μs)。在本文所述雷射之一些示範性實施例中，對具有約200kHz之猝發重複率或頻率的雷射而言，時間分隔Tb為約5μs。雷射猝發重複率(本文中亦稱為猝發重複頻率)定義為脈衝猝發5中之第一子脈衝5a至後續脈衝猝發5中之第一子脈衝5a之間的時間。在一些實施例中，猝發重複頻率可介於約1kHz與約4MHz之間的範圍內。更佳地，雷射猝發重複率可例如介於約10kHz與650kHz之間的範圍內。各脈衝猝發中之第一子脈衝至後續脈衝猝發中之第一脈衝之間的時間Tb可為0.25μs(4MHz猝發重複率)至1000μs(1kHz猝發重複率)，例如0.5μs(2MHz猝發重複率)至40μs(25kHz猝發重複率)，或2μs(500kHz猝發重複率)至20μs(50kHz猝發重複率)。精確時序、脈衝持續時間及猝發重複率可取決於雷射設計而改變，但高強度之短子脈衝(Td<20ps且較佳Td 15ps)已展示為尤其良好適用的。
使用能夠產生此等脈衝猝發之雷射有利於切割或改質例如玻璃之透明材料。與藉由單一脈衝雷射之重複率來使用在時間上間隔分開的單一脈衝形成對比，使用經猝發5內的子脈衝之快速序列傳播雷射能量的脈衝猝發序列允許獲得相較於利用單一脈衝雷射的情況與材料高強度相互作用之較大時間標度。雖然單一脈衝可在時間上延展，因為此已發生，但是脈衝內之強度必須粗略地下降為脈衝寬度上之強度。因此，若10ps單一脈衝延展為10ns脈衝，則強度下降大約三個數量級。此種減小可減小其中非線性吸收不再顯著的點之光學強度，且光材料相互作用不再強烈到足以允許切割。
對比而言，利用脈衝猝發雷射，脈衝猝發5內之各子脈衝5a期間的強度可保持極高，例如在時間上間隔分開大致10ns的三個10ps子脈衝5a仍允許各子脈衝內之強度僅比單一10ps脈衝之強度低大致三倍，而雷射能夠與材料在現在大三個數量級的時間標度上相互作用。因此，對脈衝猝發內的多個子脈衝5a之此種調節允許以如下方式來操縱雷射-材料相互作用之時間標度，該方式可有助於與預存在電漿羽流的更大或更小光相互作用，與已藉由初始或先前雷射脈衝預激發的原子及分子的更大或更小光-材料相互作用，以及材料內的可促進微裂紋之控制生長的更大或更小加熱效應。猝發能量改質材料之所需量將取決於基材材料組成物及用於與基材相互作用的線焦點之長度。相互作用區域愈長，傳 播出的能量愈多，且將需要愈高的猝發能量。精確時序、子脈衝持續時間及猝發重複率可取決於雷射設計而改變，但高強度之短子脈衝(<15ps，或10ps)已展示為良好適用於此技術。
當具有子脈衝5a之單一脈衝猝發5擊打玻璃基材上之基本上同一位置時，於材料中形成缺陷線或孔。亦即，單一脈衝猝發5內之多個子脈衝5a對應於玻璃中之單一缺陷線或孔位置。因為玻璃基材經平移(例如藉由恆定地移動平臺，或射束相對於玻璃移動)，所以脈衝猝發5內之個別子脈衝5a無法恰好處於玻璃基材上之同一空間位置處。然而，其完全在彼此1μm內，亦即，其擊打玻璃基材之基本上同一位置。例如，子脈衝5a可以彼此間隔sp來擊打玻璃基材，其中0<sp 1000nm。例如，當玻璃基材之一位置由具有20個子脈衝之脈衝猝發5碰撞時，脈衝猝發5內之個別子脈衝5a在彼此250nm內擊打玻璃。因此，在一些實施例中，1nm<sp<250nm。在一些實施例中，1nm<sp<100nm。
如上文所述，藉由脈衝雷射產生之脈衝猝發用於沿延伸通過熱回火基材之規定線快速地沉積能量，從而產生典型地延伸大致1mm至3mm通過熱回火基材之主體的損壞徑跡。損壞徑跡之長度取決於所用光學元件之焦距。
現參看第8圖，示意性地例示具有藉由雷射製程形成之損壞徑跡13的序列之熱回火基材1。損壞徑跡13一般採用具有約0.1μm至約1.5μm之敞開內部尺寸(亦即，寬度w)之孔形式。該等孔可或可不在通過損壞徑跡之長度的開口中為連續的，因為其可在區域中經阻斷或封閉。另外，在各損壞徑跡13周圍之經改質玻璃或裂化區可顯著較大，介於數微米至數十微米範圍內，其範圍可取決於線焦點的精確尺寸、用於形成各損壞徑跡13之猝發能量的量及精確雷射條件(諸如每個脈衝猝發中子脈衝之數目)。因此，可能在透明材料中使用單一高能量猝發脈衝產生微觀(亦即，在一些實施例中直徑<2μm且>100nm，且在一些實施例中<0.5μm且>100nm)狹長「孔」(本文中亦稱為穿孔或缺陷線)。此等個別穿孔可以數百千赫之速率(例如每秒數十萬個穿孔)來產生。因此，利用來源與材料之間的相對運動，此等穿孔或損壞徑跡13可置放於基材內之任何所要位置處。在一些實施例中，損壞徑跡13為「貫通孔」，其為自透明材料之頂部延伸至底部的孔或敞開通道。在一些實施例中，損壞徑跡13可不為連續通道，且可藉由固體材料(例如玻璃)之部分或區段阻斷或部分阻斷。如本文所定義，損壞徑跡13之內徑為敞開通道或氣孔(或空隙)之內徑。例如，在本文所述的實施例中，損壞徑跡13之內徑為<500nm，例如400nm或300nm。在本文揭示的實施例中，材料中圍繞孔之擾動或改質區域(例 如，壓緊、熔融或以其他方式變化)較佳具有<50μm(例如，<10μm)之直徑。
在例示的實例中，藉由脈衝雷射束2產生之雷射束聚焦線2b定位於熱回火基材1內，自第一表面1a延伸。損壞徑跡13在熱回火基材1之主體內具有長度L。各損壞徑跡13之至少一部分在熱回火基材1之內部拉伸區1d內。如上文所述，各損壞徑跡13可藉由子脈衝之猝發產生，或其可完全藉由單一脈衝形成。額外脈衝不會使損壞徑跡13更深地延伸通過材料；然而，其可改變損壞徑跡13之精確尺寸或其周圍經改質材料之範圍。
各損壞徑跡之間的側向間距(亦即，節距p)藉由雷射之脈衝率測定，因為熱回火基材1在聚焦雷射束下方平移(或，在其他情況下，因為聚焦雷射束相對於熱回火基材平移)。為以不同節距產生損壞徑跡13，可觸發雷射以在較長或較短時間間隔下發射光學輻射。損壞徑跡13之間的節距之選擇可藉由熱回火基材1之硬度(亦即，其產生微裂紋的趨勢)及熱回火基材1中有助於微裂紋傳播之應力水準管理。一般而言，具有較高應力水準之熱回火基材以損壞徑跡之間較寬的間距經切割，且具有較低應力水準之熱回火基材在其間具有較緊密間距之損壞徑跡下經切割。作為非限制性實例，側向間距可在2μm與20μm之間。
熱回火基材1之主體內各損壞徑跡13的形成使一或多個微裂紋14至少部分歸因於熱回火基材1之內 部應力而自損壞徑跡13延伸。應瞭解，微裂紋14示意性地展示於第8圖中，且其可採用不同於第8圖中所描述之彼等形狀及/或尺寸的形狀及/或尺寸。此外，在一些情況下，僅一個裂紋或微裂紋可自損壞徑跡13延伸。
如第8圖中所示，微裂紋在相鄰損壞徑跡13之間延伸。不受理論束縛，咸信在損壞徑跡13之長深度尺寸L下損壞之小側向範圍(亦即，在大體上與第一或第二表面1a、1b平行之方向上自損壞徑跡13延伸的微裂紋14)使得此雷射方法能夠切割熱回火玻璃基材。藉由在側向上保持小損壞，裂紋或微裂紋14不會在產生下一損壞徑跡之前過快生長或變得過大。此外，藉由產生相對長的損壞徑跡(亦即，長於微裂紋14)，該製程確保可到達熱回火玻璃基材1之內部拉伸區1d，該內部拉伸區在熱回火玻璃之情況下距第一及第二表面1a、1b極遠地經掩埋。若損壞不延伸至內部拉伸區1d，則裂紋將不生長，或更重要的是，其將不以時間控制方式生長。
第8圖示意性地描繪僅已至少部分藉由本文揭示方法進行雷射處理之熱回火基材1。已產生若干損壞徑跡13，其中微裂紋14自其延伸。例示之聚焦線2b將在熱回火基材1之主體中形成另一損壞徑跡13'。當損壞徑跡13'形成13時(及/或恰在其形成之後)，微裂紋14'開始自其傳播。雷射束2相對於熱回火基材1之相對速度使得雷射束聚焦線2b在由箭頭30所指示之方向中相對於熱回火基材1前進，使得微裂紋14'將朝向損壞徑跡系 列內之下一尚未形成之損壞徑跡經導引。以此方式，微裂紋沿藉由損壞徑跡13形成之損壞線15經導引且熱回火基材1沿此損壞線15成功地經切割。
不受理論束縛，本文所述方法由於在引起微裂紋傳播之足夠強的內部損壞事件發生之前快速地且清楚地在熱回火基材主體之大部分或全部厚度中界定大的損壞平面或輪廓之能力而能夠切割熱回火基材。此現在界定之損壞平面或輪廓接著導引任何後續裂化，使得材料沿預定輪廓分隔，而非以不受控方式前進，以不受控方式前進將引起玻璃片斷裂成多片。其他方法(其他雷射及機械劃痕方法)不能在該種熱回火基材中之高內部應力回應於切割製程引入之損壞而釋放之前完全建立此損壞平面或輪廓，意謂後續裂化不受控。
使用線焦點來建立內部損壞允許在單次通過中相對於熱回火基材之厚度界定極長區域(例如，約1mm或更長)，與僅在短得多之區域中產生損壞的習知雷射方法形成對比。另外，使用線焦點會沿線性區域傳播出雷射能量，該線性區域不具有其中線性區域具有比任何其他區域高得多(例如>2-3倍)之能量密度的特定位置。
相比之下，將高斯射束聚焦於基材內部將產生小的損壞區域，該等區域之範圍通常僅數十微米，或可能一百微米。因此，此舉不會在數毫米厚之熱回火基材中界定完全損壞「壁」，除非進行多次通過(數十次通 過)。此外，高斯射束聚焦在沿射束傳播之光軸(聚焦)的小局部區域中本質上比遠離彼焦點之一些瑞利範圍強烈得多。因此，若產生足夠強烈以在數十微米或更長範圍內界定損壞徑跡之高斯射束，則在聚焦光斑自身處，極易於產生足夠強的損壞，使得其將起始片中之不受控裂化。此舉使得任何允許損壞平面之界定而不起始不受控裂化之製程窗極窄(或不存在)。
在化學強化玻璃之情形下，一組類似概念適用。較佳使用諸如線焦點之方法在微裂紋傳播之前完全界定玻璃基材內之損壞平面或輪廓(理想地經由玻璃基材之完全深度)。然而，該等化學強化玻璃通常不具有與熱回火玻璃相等之存在於其中之內部應力水準，因此化學回火玻璃可更加寬容。若損壞平面未完全形成，則後續裂化仍可受到充分良好控制以生成圍繞所需輪廓之部分且另外，在對拉伸層起始損壞之後，該等化學強化片並未如熱回火片般快速地裂化且具有如熱回火片般快速之裂紋傳播。關於較低中心拉伸玻璃(例如CT<20MPa)，製程窗為最寬的且對未具有完全形成之損壞平面或輪廓最寬容，而關於較高中心拉伸片(例如CT>20MPa，尤其CT>50MPa)，製程窗較窄且需要預定損壞平面及輪廓之更快速且完全形成。最終，化學強化玻璃片之厚度典型地比熱回火玻璃片之厚度(典型地>3mm)小得多(一般<2.5mm)。此意謂在玻璃片之大部分厚度中界定損壞平面或輪廓對於熱回火片而言更具挑 戰性，如與使用其他雷射方法相比利用>1mm之線焦點範圍為尤其有利的。
應選擇雷射功率及透鏡焦距(其決定線焦距及因此功率密度)以確保對玻璃之完全穿透及低的微裂化。雷射功率可例如介於約25W與約60W之間。以較高功率密度切割玻璃之嘗試可導致熱回火玻璃基材之斷裂，該等較高功率密度可能藉由使用過短焦距透鏡(例如30mm或40mm)(其在線聚焦中產生極高功率密度)、過高猝發能量或損壞徑跡之間過密的節距來誘導。作為非限制性實例，關於熱回火玻璃基材，已發現約1-3mm之線焦距、150-750μJ/猝發之雷射猝發能量、2-15μm之損壞徑跡側向間距及每次猝發2-15個子脈衝之數目為可接受範圍。更佳地，可使用150-250μJ之猝發脈衝能量，且可使用3-6個子脈衝/猝發，連同5-10μm之損壞徑跡側向間距。
關於其中線聚焦完全通過基材主體之較薄熱回火基材(例如，小於2.5mm)，可僅需要脈衝雷射束之單次通過。然而，關於較厚熱回火基材，可利用多次通過方法，其中在各後續通過中之聚焦提高以允許在N次通過後完全切割熱回火基材。雖然有可能在低於一組先前形成之損壞徑跡的聚焦設定下(亦即，進一步遠離聚焦光學元件)形成損壞徑跡，但一般較佳首先進行最低聚焦通過，且接著在後續通過中提高聚焦。此可有助於防止先前形成之損壞徑跡干擾雷射束之傳播。
第9圖示意性地描繪具有如雷射通過線A、B及C所描繪之三次通過的熱回火基材。關於雷射通過線A，雷射束聚焦線2b之中點MA在第一壓縮區1c內。關於雷射通過線B，雷射束聚焦線2b之中點MB在內部拉伸區1d內。關於雷射通過線C，雷射束聚焦線2b之中點MC在第二壓縮應力區1c'內。
第10A圖及第10B圖為使用本文所述之雷射製程時熱回火鈉鈣玻璃片20之雷射切割邊緣27之顯微鏡影像。使用兩次雷射通過來切割厚度3.2mm之熱回火玻璃片。第10A圖描繪熱回火玻璃片20之第一表面21a(亦即，雷射-入口表面)。儘管難以在顯微鏡影像中看到，可沿熱回火玻璃片之第一表面21a看到個別損壞徑跡23之入口。損壞徑跡23經由壓縮區21c延伸至熱回火玻璃片20之主體內且進入內部拉伸區21d中。在大致592μm之深度處，在雷射切割邊緣27中看見結構變化25，其可能與這片熱回火玻璃之層的大致深度(內部拉伸區21d之深度)有關。
第10B圖描繪第二表面21b(亦即，雷射-出口表面。儘管難以在顯微鏡影像中看到，沿熱回火玻璃之雷射切割邊緣27存在藉由雷射誘導之損壞徑跡23。類似於第10A圖，在切割邊緣中大致546μm之深度處存在結構變化25'，其可能與這片熱回火玻璃之層的深度有關。
第11圖展示一片熱回火玻璃30之切割邊緣37的頂視圖(如與自切割邊緣面觀察相反，自一片玻璃之頂面觀察)。可見沿邊緣之週期軸向變化，具有6微米之大致週期。此等特徵源於界定邊緣37之雷射穿孔或入口孔，熱回火玻璃30已沿邊緣37分隔。軸向變化之幅度(垂直於切割表面之深度)大致為1微米(例如<3微米，或<2微米，更經常<1微米)。
第12A圖、第12B圖及第12C圖展示三片大致3.2mm厚熱回火玻璃片40A、40B、40C之暴露雷射切割邊緣47A、47B、47C的側視圖(橫截面)，其中該等玻璃片經切割而未誘導毀滅性破碎(斷裂)。在三種情況之間，精確聚焦條件發生改變，導致在各片之側面中明顯的不同穿孔(損壞徑跡)結構。在第12A圖中，在玻璃片之上部80%中可見損壞徑跡，但底部20%僅展現微弱雷射標記。在第12B圖中，損壞徑跡存在於玻璃片之上部90%中，然而在距玻璃片之頂部的距離之大致1/3處存在區域，其深度大致為500微米，展示其中斷裂平面先前尚未藉由雷射損壞徑跡導引。不過，以控制方式作為玻璃片深度之大部分分隔的玻璃片具有控制斷裂平面。在第12C圖中，雷射損壞徑跡僅在玻璃邊緣之中心約60%(其為更多藉由拉伸應力支配之區域)中顯而易見，但不存在於邊緣之上部及下部約20%中，邊緣之上部及下部約20%為更多藉由壓縮應力支配之區域。然而，在所有以上情況(第12A圖、第12B圖、 第12C圖)中，玻璃之深度的充足部分經雷射穿孔(在所有三種情況中>50%)，使得斷裂平面受到良好控制，且玻璃片沿由雷射界定之輪廓分隔，如與引起玻璃片之不受控裂紋傳播及毀滅性斷裂相反。
第13A圖、第13B圖及第13C圖展示三片大致5.5mm厚熱回火玻璃片50A、50B、50C之暴露雷射切割邊緣57A、57B、57C的側視圖(橫截面)，其中該等玻璃片經切割而未誘導毀滅性破碎(斷裂)。第13A圖展示玻璃片之深度(約4.5mm)的下部80%由藉由三次雷射通過產生的雷射損壞徑跡覆蓋。第13B圖具有由三次雷射通過之損壞徑跡覆蓋的玻璃片之深度之上部80%，且第13C圖具有由該等損壞徑跡覆蓋的玻璃片之中部，其中上部5%未經強烈穿孔且下部15%未經強烈穿孔。在影像中水平延伸之薄玻璃區域展示其中雷射損壞徑跡到達其範圍之末端的近似區域，從而展示各通過損壞或穿孔大致1.5mm深度。注意在所有情況中，玻璃片之深度的>75%經完全穿孔，從而在玻璃片之深度的大部分中界定玻璃斷裂平面。此允許所有5.5mm熱回火片經成功切割及分隔而無毀滅性斷裂。
實例
使用本文所述之雷射處理方法切割具有不同厚度之完全熱回火鈉鈣玻璃，該玻璃在玻璃表面處具有大於69MPa(10,000psi)之壓縮應力。發現以下條件有效用於切割材料而無斷裂： ●具有大於約30W之輸出功率的1064nm皮秒雷射●產生大致2mm長度之線聚焦的光學系統參數：○旋轉三稜鏡透鏡之輸入射束直徑約為3mm 1/e2直徑；○旋轉三稜鏡角度=10度；○初始準直透鏡焦距=125mm；及○最終物鏡焦距=50mm；●每次脈衝猝發5個子脈衝，(遞送至玻璃之雷射猝發能量大致為160μJ)；及●相鄰損壞徑跡之間的節距為約7μm，且雷射與基材之間的相對運動速度為約1m/s。(7μm節距及1m/s速度意謂新的損壞徑跡正以142kHz或每7微秒一個之速率產生)。
應瞭解，以上參數僅針對例示性目的，且實施例不限於此。其他參數亦為可能的，尤其對於除完全熱回火鈉鈣玻璃以外之熱回火基材而言。
實例1
關於此實例，3.2mm厚完全熱回火鈉鈣玻璃片使用兩次雷射通過在玻璃片內之不同聚焦高度處經切割，從而產生損壞徑跡之兩條損壞線。雷射及光學參數如上文所提供。
設定第一次通過之聚焦，使得線聚焦定中心於玻璃片之大致中心處。用光學元件設定第二次通過之聚焦在物理上低1.1mm，其說明了玻璃之折射率，將 產生極接近玻璃之底部定中心的線聚焦。玻璃並未分隔，直至第二次(較低)雷射通過完成。產生最佳結果之聚焦設定如下：●第一次雷射通過：在z=2.3mm下之聚焦設定；及●第二次雷射通過：在z=1.18mm下之聚焦設定。
完全熱回火玻璃片具有存在於其主體內之足夠應力(中心拉伸)，使得在暴露於以上雷射條件之後，玻璃基材快速地沿藉由損壞線產生之路徑分隔。如上文所述，重要的是保持切割速度足夠快，使得自損壞徑跡出現之微裂紋不會「追過」損壞徑跡。若速度設定過低，則微裂紋可變得不受控且不會遵循損壞徑跡，從而導致玻璃最終破碎。
實例2
在下一實例中，使用三次雷射通過來切割5.5mm厚熱回火鈉鈣玻璃片。雷射條件與實例1中所提供相同，除了以下：●第一次雷射通過：在z=2.8mm下之聚焦設定；●第二次雷射通過：在z=3.7mm下之聚焦設定；●第三次通過：聚焦在z=5.0mm下設定；及●雷射脈衝能量：大致190μJ。
雷射製程在玻璃片內之逐漸增高位置處產生損壞線。第一次通過在玻璃片之下部三分之一中產生損壞線，第二次通過用光學元件在物理上比第一損壞線高約0.9mm處產生損壞線(或說明了折射率，在玻璃片內 高約1.4mm)，且最後一次通過用光學元件在高約1.3mm處產生損壞線(在玻璃片內高約1.95mm)。玻璃片在第三次通過完成之後經切割。
本文所述之雷射處理方法不僅可用於沿直線切割熱回火基材，而且可用於沿曲線自熱回火基材片切割任意形狀之物件。
現應瞭解，本文所述實施例提供熱回火基材之雷射切割而無需在所需切割線附近之局部去回火。實施例使用超短脈衝雷射及特殊化光學遞送系統以在熱回火基材內產生精確損壞徑跡。此等損壞徑跡導引藉由熱回火基材內之內部應力引起的微裂紋之傳播，其允許裂紋傳播受到精確控制，藉此防止熱回火基材在切割製程期間破碎。本文所述方法允許玻璃在回火製程之後切割成所需形狀。另外，本文所述實施例以高速度(例如，在一些實施例中約1m/s)切割熱回火基材，且可形成複雜形狀，諸如矩形、倒稜、圓角及圓環。此外，本文所述製程可與多種基材厚度及回火水準一起使用。
雖然本文已描述示範性實施例，但熟習此項技術者應瞭解，在不脫離隨附申請專利範圍所涵蓋的範疇的情況下，可在該等實施例中做出各種形式變化及細節變化。
1‧‧‧熱回火基材
1a‧‧‧表面
1b‧‧‧表面
2a‧‧‧部分
2aR‧‧‧邊緣射線
2aZ‧‧‧中心射束
2b‧‧‧雷射束聚焦線
2c‧‧‧擴延區段
6‧‧‧光學總成
7‧‧‧球面切割之雙凸透鏡
8‧‧‧孔徑
d‧‧‧熱回火基材之厚度

Claims (15)

  1. 一種分隔一熱回火基材之方法，該方法包含：引導一雷射束聚焦線至該熱回火基材中，使得至少一部分之該雷射束聚焦線在該熱回火基材之一主體內，其中該雷射束聚焦線藉由脈衝雷射束形成，且該雷射束聚焦線沿一射束傳播方向安置；脈衝輸送該脈衝雷射束以形成包含一或多個子脈衝之脈衝猝發的一序列，其中該雷射束聚焦線在該熱回火基材內產生一誘導多光子吸收，從而在該熱回火基材之該主體內沿該雷射束聚焦線產生一損壞徑跡；及在一第一次雷射束通過中提供該脈衝雷射束與該熱回火基材之間的相對運動，使得該脈衝雷射束在該熱回火基材內形成損壞徑跡之一第一序列，其中該損壞徑跡之該第一序列的個別損壞徑跡藉由一側向間距分隔，且一或多個微裂紋連接該損壞徑跡之第一序列的相鄰損壞徑跡。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該熱回火基材為一熱回火玻璃基材，其在該熱回火玻璃基材之一表面處具有大於24MPa之壓縮應力。
  3. 如請求項2所述之方法，其中：(i)該雷射束 聚焦線定位於該熱回火玻璃基材內，使得該損壞徑跡之第一序列經安置通過該熱回火玻璃基材之一厚度的至少50%；及/或(ii)該損壞徑跡之第一序列的損壞徑跡中之每一者均具有在約0.5μm與約1.5μm之間的一直徑；及/或(iii)該脈衝雷射束具有在約150μJ與約750μJ之間的遞送至該熱回火基材之一雷射猝發能量，且各個別脈衝猝發具有1與20個之間的子脈衝；及/或(iv)個別脈衝猝發之間的一時間使得個別脈衝猝發擊打該熱回火基材之處之間的側向間距大於或等於2μm且小於或等於20μm。
  4. 如請求項1所述之方法，其中：該脈衝雷射束具有在約25W與約60W之間的雷射功率；該脈衝猝發之序列的各脈衝猝發具有2與25個之間的子脈衝；及損壞徑跡之間之側向間距在約2μm與約10μm之間。
  5. 如請求項1所述之方法，其中各脈衝猝發包含一單一子脈衝。
  6. 如請求項1所述之方法，其中各脈衝猝發包含複數個子脈衝。
  7. 如請求項6所述之方法，其中一個別脈衝猝 發之個別子脈衝之間的一時間在約10與約50奈秒之間且其中：(i)一個別子脈衝之一持續時間在約1皮秒與約100皮秒之間；及/或(ii)一個別子脈衝之一持續時間在約5皮秒與約20皮秒之間；及/或(iii)該雷射束聚焦線具有在約1mm與約10mm之間的一長度。
  8. 如請求項1所述之方法，其進一步包含：在該第一次雷射束通過之後，調節該雷射束聚焦線之一位置，使得該雷射束聚焦線的一中點處於該熱回火基材之該主體內不同於在該第一次雷射束通過期間該熱回火基材之該主體內該雷射束聚焦線之該中點的一深度之一深度處；及在一第二次雷射束通過中提供該脈衝雷射束與該熱回火基材之間的相對運動，使得該脈衝雷射束在該熱回火基材之主體內形成損壞徑跡之一第二序列，其中該損壞徑跡之第一序列及該損壞徑跡之第二序列的個別損壞徑跡具有大於1mm長度之一長度。
  9. 如請求項8所述之方法，其進一步包含：在該第二次雷射束通過之後，調節該雷射束聚焦線之該位置，使得該雷射束聚焦線的該中點定位於該熱 回火基材之該主體內不同於在該第一次雷射束通過期間及在該第二次雷射束通過期間該熱回火基材之主體內該雷射束聚焦線之該中點的一深度之一深度處；及在一第三次雷射束通過中提供該脈衝雷射束與該熱回火基材之間的相對運動，使得該脈衝雷射束在該熱回火基材之主體內形成損壞徑跡之一第三序列，其中該熱回火基材之一厚度的50%或50%以上暴露於該損壞徑跡之第一、第二及第三序列之損壞徑跡。
  10. 如請求項1至9所述之方法，其中該熱回火基材為一熱回火玻璃基材，且其中至少一個電致變色層在引導該雷射束聚焦線至該熱回火玻璃基材的步驟之前應用於該熱回火玻璃基材上。
  11. 如請求項1至9所述之方法，其中該熱回火基材為鈉鈣玻璃。
  12. 如請求項1至9所述之方法，其中該熱回火基材沿此等損壞徑跡分隔為兩個或兩個以上片。
  13. 一種用於處理一熱回火基材之系統，該系統包含：可操作以發射一脈衝雷射束之一雷射源，該雷射源較佳地具有；可操作以接收該熱回火基材及沿至少一個軸平移 之一平移台；安置於該脈衝雷射束之一光徑內的一光學總成，該光學總成將該脈衝雷射束轉換成一雷射束聚焦線，其中該雷射束聚焦線之至少一部分可操作以定位於該熱回火基材之一主體內，使得該雷射束聚焦線在該熱回火基材內產生一誘導多光子吸收以在該熱回火基材內沿該雷射束聚焦線產生一材料改性；及一或多個控制器，該等控制器經程式化以：脈衝輸送該脈衝雷射束以形成包含一或多個子脈衝、較佳地2及25個子脈衝的脈衝猝發之一序列；及控制該平移台以在一第一次雷射束通過中沿該至少一個軸提供該脈衝雷射束與該熱回火基材之間的相對運動，使得該脈衝雷射束在該熱回火基材內形成損壞徑跡之一序列，其中該損壞徑跡之序列的個別損壞徑跡藉由一側向間距(較佳地損壞徑跡之間之側向間距在約2μm與約10μm之間)分隔，且一或多個微裂紋在該損壞徑跡之序列的相鄰損壞徑跡之間延伸。
  14. 一種熱回火玻璃基材，其包含：一第一表面及一第二表面，其中該第一表面及該第二表面具有大於或等於24MPa之一壓縮應力，且該 第一與第二表面之間在該熱回火玻璃基材之一主體內的一應力型態為抛物線狀；自該第一表面延伸至該第二表面之一邊緣；及複數個定位於該邊緣處的損壞徑跡，其中：該複數個損壞徑跡之各個別損壞徑跡具有小於或等於5μm之一直徑且具有大於或等於250μm之一長度；該複數個損壞徑跡之相鄰損壞徑跡藉由約2μm與約20μm之間的一側向間距分隔；及該複數個損壞徑跡使該邊緣之一長度延伸50%或50%以上。
  15. 如請求項14所述之熱回火玻璃基材，其中：(i)該複數個損壞徑跡之各個別損壞徑跡具有等於或大於1mm之一長度；且該複數個損壞徑跡使該邊緣之該長度延伸75%或75%以上；或(ii)該熱回火基材為至少一個電致變色層位於其上之一熱回火玻璃基材；或(iii)該熱回火基材為鈉鈣玻璃。
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