TWI798401B - 用於透明工件堆疊的選擇性雷射處理的方法 - Google Patents

Abstract

本案提供一種處理透明工件(160,260,360)的方法，該方法包含以下步驟：在透明工件(160,260,360)中或透明工件(160,260,360)上形成光學改性區域(240,340)；和在透明工件(160,260,360)中形成輪廓(170,270)，輪廓(170,270)包括在定位為橫向偏移自光學改性區域(240,340)的透明工件(160,260,360)中的複數個缺陷(172,272)。形成輪廓(170,270)之步驟包含：將主雷射束(212)引導到透明工件(160,260,360)上，主雷射束(212)為沿著光束路徑(111)定向的準非衍射光束，使得：主雷射束(212)的第一焦散部分(216a)被引導到透明工件(160,260,360)中，從而在透明工件(160,260,360)內產生誘導吸收，以在透明工件(160,260,360)內產生缺陷(172,272)；和藉由光學改性區域(240,340)改性主雷射束(212)的第二焦散部分(216b)。再者，使透明工件(160,260,360)和主雷射束(212)沿輪廓線(165,265)相對於彼此平移並橫向偏移自光學改性區域(240,340)。

Description

用於透明工件堆疊的選擇性雷射處理的方法

本申請案主張對於申請於2018年3月29日的美國臨時申請案第62/649,753號的優先權，在此仰賴且併入此美國臨時申請案之內容以作為參考。

本說明書一般涉及用於雷射處理透明工件的設備和方法，更具體地，涉及選擇性雷射處理包括多個透明工件的工件堆疊。

雷射處理材料的領域，包括涉及不同類型材料的切割、鑽孔、銑削、焊接、熔化等的各種應用。在此等處理中，特別感興趣的是在可用於製造用於電子裝置的薄膜電晶體(TFT)或顯示材料的玻璃、藍寶石或熔融石英等材料的處理中，切割或分離不同類型的透明基板。

從處理開發和成本角度來看，在切割和分離玻璃基板方面存在許多改進的機會。與目前在市場上實施的方法相比，具有更快、更清潔、更便宜、更可重複且更可靠的分離玻璃基板的方法是非常有意義的。因此，需要用於分離玻璃基板的替代改進方法。

根據第一具體實施例，一種處理透明工件的方法，包括以下步驟：在透明工件中或上形成光學改性區域；和在透明工件中形成輪廓，輪廓包括在定位為橫向偏移自光學改性區域的透明工件中的複數個缺陷。形成輪廓包含以下步驟：將主雷射束引導到透明工件上，主雷射束包括沿著光束路徑定向的準非衍射光束，使得：主雷射束的第一焦散部分被引導到透明工件中，從而在透明工件內產生誘導吸收，誘導吸收在透明工件內產生缺陷，缺陷的至少一部分在光學改性區域的至少一部分下方延伸；和藉由光學改性區域改性主雷射束的第二焦散部分。準非衍射光束包括：波長l；光斑尺寸w_o ；和橫截面，橫截面包括瑞利範圍Z_R ，瑞利範圍Z_R 大於

，其中F_D 是包含10或更大的值的無量綱發散因子。此外，使透明工件和主雷射束沿輪廓線相對於彼此平移並橫向偏移自光學改性區域。

第二具體實施例包含第一具體實施例的方法，其中光學改性區域包括形成在透明工件中的改性軌跡。

第三具體實施例包含第二具體實施例的方法，其中在透明工件中形成改性軌跡包括以下步驟：將輔助雷射束引導到透明工件上，使得輔助雷射束改性透明工件的至少一部分；和將透明工件和輔助雷射束沿著改性線相對於彼此平移，從而沿著改性線改性透明工件，形成改性軌跡。

第四具體實施例包含第三具體實施例的方法，其中輔助雷射束和主雷射束均包括脈衝雷射束；主雷射束包括第一脈衝能量，且輔助雷射束包括第二脈衝能量；和第一脈衝能量大於第二脈衝能量。

第五具體實施例包含第四具體實施例的方法，其中將輔助雷射束引導到透明工件上會改性透明工件的至少一部分的折射率；且使透明工件與輔助雷射束沿著改性線相對於彼此平移會在透明工件中產生改性折射率區域，而形成改性軌跡。

第六具體實施例包含第三具體實施例的方法，其中將輔助雷射束引導到透明工件上會從透明工件的第一表面燒蝕材料。

第七具體實施例包含第六具體實施例的方法，其中將透明工件和輔助雷射束沿著改性線相對於彼此平移，會沿著改性線從透明工件的第一表面燒蝕材料，從而形成改性軌跡。

第八具體實施例包含第六或第七具體實施例的方法，其中輔助雷射束包含連續波雷射束。

第九具體實施例包含第六或第七具體實施例的方法，其中輔助雷射束包含紅外雷射束。

第十具體實施例包含第六或第七具體實施例的方法，其中輔助雷射束包含脈衝雷射束。

第十一具體實施例包含第二具體實施例的方法，其中在透明工件中形成改性軌跡包括以下步驟：使透明工件的第一表面與機械表面改性元件接觸；並使透明工件和機械表面改性元件沿著改性線相對於彼此平移，從而改性透明工件的第一表面，形成改性軌跡。

第十二具體實施例包含第十一具體實施例的方法，其中機械表面改性元件包含研磨元件。

第十三具體實施例包括第十一具體實施例的方法，其中機械表面改性元件包括刻劃輪。

第十四具體實施例包括第一具體實施例的方法，其中光學改性區域包括沉積在透明工件的第一表面上的破壞性材料條帶。

第十五具體實施例包括第十四具體實施例的方法，其中破壞性材料條帶包括吸收性材料。

第十六具體實施例包括第十四具體實施例的方法，其中破壞性材料條帶包括反射性材料。

第十七具體實施例包括第十四具體實施例的方法，其中破壞性材料條帶包括散射性材料。

第十八具體實施例包括第十四具體實施例的方法，其中破壞性材料條帶包括相變材料。

第十九具體實施例包括任何前述具體實施例，其中光學改性區域包括第一光學改性區域，並且方法還包括以下步驟：在透明工件上或透明工件中形成第二光學改性區域；且第二光學改性區域被定位為橫向偏移自第一光學改性區域，使得第一光學改性區域設置在輪廓線和第二光學改性區域之間。

第二十具體實施例包括任何前述具體實施例，其中光學改性區域包括第一光學改性區域，並且方法還包括以下步驟：在透明工件中形成第二光學改性區域；且第二光學改性區域被定位為橫向偏移自輪廓線，使得輪廓線設置在第一光學改性區域和第二光學改性區域之間。

第二十一具體實施例包括任何前述具體實施例，其中光學改性區域以接近角α撞擊透明工件的第一表面；光學改性區域從輪廓線橫向偏移一偏移距離D_OFF ；和光學改性區域在透明工件的第一表面下游的距離D_CUT 處破壞雷射束焦線的形成，其中D_OFF =D_CUT tanα。

第二十二具體實施例包括任何前述具體實施例，其中主雷射束沿著光束路徑被引導通過一個或多個透鏡，使得主雷射束的第一焦散部分被引導到透明工件中並在透明工件中形成雷射束焦線，其中雷射束焦線在透明工件內產生誘導吸收，誘導吸收在透明工件內產生缺陷。

第二十三具體實施例包括第二十二具體實施例的方法，其中一個或多個透鏡中的至少一個包括非球面光學元件。

第二十四具體實施例包括第二十三具體實施例的方法，其中非球面光學元件包括折射軸稜鏡、反射軸稜鏡、負軸稜鏡、空間光調變器、衍射光學元件或立方形光學元件。

第二十五具體實施例包括任何前述具體實施例，其中無量綱發散因子F_D 包括從約10至約2000的值。

第二十六具體實施例包括任何前述具體實施例，其中無量綱發散因子F_D 包括從約50至約1500的值。

第二十七具體實施例包括任何前述具體實施例，其中無量綱發散因子F_D 包括從約100至約1000的值。

第二十八具體實施例包括任何前述具體實施例，其中相鄰缺陷之間的間隔為約50μm或更小。

第二十九具體實施例包括任何前述具體實施例，其中相鄰缺陷之間的間隔為約25μm或更小。

第三十具體實施例包括任何前述具體實施例，其中相鄰缺陷之間的間隔為約15μm或更小。

第三十一具體實施例包括任何前述具體實施例，其中透明工件包括鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃材料。

第三十二具體實施例包括任何前述具體實施例，其中主雷射束包括由光束源輸出的脈衝雷射束，脈衝雷射束產生包括每脈衝串2個子脈衝或更多脈衝的脈衝串。

第三十三具體實施例包括任何前述具體實施例，其中透明工件包括工件堆疊的第一透明工件，工件堆疊還包括第二透明工件；光學改性區域形成在第一透明工件中或第一透明工件上，並且在第一透明工件中形成橫向偏移自光學改性區域的輪廓，該形成輪廓步驟包括引導包括沿著光束路徑定向的準非衍射光束的主雷射束到第一透明工件，使得主雷射束的第一焦散部分被引導到第一透明工件中；並且藉由光學改性區域改性主雷射束的第二焦散部分，從而防止主雷射束在第二透明工件內產生誘導吸收。

根據第三十四具體實施例，一種用於處理透明工件的方法，包括以下步驟：在透明工件中形成改性軌跡；及在透明工件中形成輪廓，輪廓包括在透明工件中橫向偏離自改性軌跡的複數個缺陷。形成輪廓包含以下步驟：將主雷射束引導到透明工件上，主雷射束包括沿著光束路徑定向的準非衍射光束，使得：主雷射束的第一焦散部分被引導到透明工件中，從而在透明工件內產生誘導吸收，誘導吸收在透明工件內產生缺陷，缺陷的至少一部分在改性軌跡的至少一部分下方延伸；和藉由改性軌跡改性主雷射束的第二焦散部分。準非衍射光束包括：波長l；光斑尺寸w_o ；和橫截面，橫截面包括瑞利範圍Z_R ，瑞利範圍Z_R 大於

，其中F_D 是包含10或更大的值的無量綱發散因子，且主雷射束包括由光束源輸出的脈衝雷射束，脈衝雷射束產生包括每脈衝串2個子脈衝或更多脈衝的脈衝串。此外，使透明工件和主雷射束沿輪廓線相對於彼此平移並橫向偏移自改性軌跡。

根據第三十五具體實施例，一種用於處理透明工件的方法，包括以下步驟：在透明工件的第一表面上沉積破壞性材料條帶；及在透明工件中形成輪廓，輪廓包括在透明工件中定位成橫向偏離自破壞性材料條帶的複數個缺陷。形成輪廓包含以下步驟：將主雷射束引導到透明工件上，主雷射束包括沿著光束路徑定向的準非衍射光束，使得：主雷射束的第一焦散部分被引導到透明工件中，從而在透明工件內產生誘導吸收，誘導吸收在透明工件內產生缺陷；和藉由破壞性材料條帶改性主雷射束的第二焦散部分。準非衍射光束包括：波長l；光斑尺寸w_o ；和橫截面，橫截面包括瑞利範圍Z_R ，瑞利範圍Z_R 大於

，其中F_D 是包含10或更大的值的無量綱發散因子，且主雷射束包括由光束源輸出的脈衝雷射束，脈衝雷射束產生包括每脈衝串2個子脈衝或更多脈衝的脈衝串。此外，使透明工件和主雷射束沿輪廓線相對於彼此平移並橫向偏移自破壞性材料條帶。

本文所揭示的處理與系統的額外的特徵與優點，將闡述於下面的實施方式中，在相關技術領域中具有通常知識者根據說明將可顯然得知該等特徵與優點的部分，或者，在相關技術領域中具有通常知識者藉由實作本文（包含實施方式、接續其後的申請專利範圍、以及附加圖式）所說明的具體實施例將可理解到該等特徵與優點的部分。

應瞭解到，上文的一般性說明與下文的詳細說明說明了各種具體實施例，且意為提供概觀或框架以期瞭解所請技術主題的本質與特性。包含附加圖式以期進一步瞭解各種具體實施例，該等圖式被併入本說明書且構成本說明書的一部分。圖式圖示說明本文所說明的各種具體實施例，並與說明一起解釋所請技術主題的原理與作業。

現在將詳細參考用於形成和雷射處理透明工件和工件堆疊的處理的具體實施例，工件堆疊包括複數個透明工件，其示例在附圖中示出。在圖式中儘可能使用相同的元件符號以代表相同或類似的部件。雷射處理工件堆疊之步驟，可以包括將雷射束（例如脈衝雷射束）引導（例如聚焦）到工件堆疊的至少一個透明工件中以改變透明工件，例如分離透明工件、形成透明工件中的光柵等。在一些具體實施例中，引導雷射束以在工件堆疊的至少一部分中形成雷射束焦線而不在工件堆疊的至少一個其他部分中形成雷射束焦線可能是有利的（其中此等不同部分位於工件堆疊的不同深度位置中）。作為一個範例，將雷射束引導到第一透明工件中的雷射束焦線而不是第二透明工件中的雷射束焦線中可能是有利的。作為另一範例，引導雷射束以在第一透明工件的一個部分中形成雷射束焦線而不在第一透明工件的另一部分中形成雷射束焦線可能是有利的，其中此等不同部分位於第一透明工件的不同深度位置。此外，控制雷射在切割過程中的深度和定位的當前方法，需要感測器和快速移位聚焦光學元件。

本文描述了具體實施例，以在不使用感測器和快速移位聚焦光學元件的情況下促進這種選擇性雷射處理。作為一個實例，選擇性雷射處理的方法，包括在透明工件堆疊的透明工件之上或之中形成光學改性區域的步驟，光學改性區域偏移自透明工件的輪廓線（例如期望的分離線）一偏移距離。光學改性區域可包括改性軌跡或破壞性材料條帶。改性軌跡可以包括透明工件的一個或多個區域，該等區域具有足以改性雷射束的第一焦散部分的波前的光學性質改性，使得第一焦散部分不在透明工件堆疊的選定部分（諸如第二透明工件）中形成雷射束焦線。破壞性材料條帶包括設置在透明工件表面上的材料，此材料具有足以改變雷射束的第一焦散部分的波前的光學性質，使得第一焦散部分的波前不在工件堆疊的選定部分（諸如第二透明工件）中形成雷射束焦線。此外，光學改性區域的頂部與雷射束的焦散的幾何形狀之間的橫向距離，控制雷射束焦線的端部位置。透明工件相對於雷射束的垂直位置不需要在任何時間精確控制 - 不是在形成/沉積光學改性區域時，也不是在沿著輪廓線雷射形成缺陷輪廓時。因此，可以避免使用感測器和快速移位光學元件來精確控制垂直位置。本文將具體參考附圖，來描述透明工件和/或工件堆疊的選擇性雷射處理的各種具體實施例。

本文所述「雷射處理」，包括將雷射束引導到透明工件上和/或透明工件中之步驟。在一些具體實施例中，雷射處理還包括相對於透明工件平移雷射束，例如沿輪廓線、沿改性線、或沿另一路徑平移雷射束之步驟。雷射處理步驟的範例，包括：使用雷射束形成輪廓，輪廓包括延伸到透明工件中的一系列缺陷；使用雷射束在透明工件中形成改性軌跡；以及使用紅外雷射束加熱層壓工件堆疊的透明工件。雷射處理可以沿著一個或多個期望的分離線分離透明工件。然而，在一些具體實施例中，可以利用另外的非雷射步驟以沿著一個或多個期望的分離線分離透明工件。

本文所述「輪廓線」，表示透明工件表面上的直線、成角度線、多邊形線或曲線，輪廓線限定雷射束在工件平面內移動以產生相應的輪廓時所經過的路徑。

本文所述「輪廓」是指藉由沿著輪廓線平移雷射而形成的工件中的一組缺陷。本文所述輪廓，是指基板中或基板上的虛擬二維形狀或路徑。因此，儘管輪廓本身是虛擬形狀，但輪廓可以例如藉由斷層線或裂縫顯現。輪廓限定了工件中所需分離的表面。可以藉由沿著輪廓線使用各種技術在透明工件中產生複數個缺陷來形成輪廓，例如藉由沿著輪廓線在連續點處引導脈衝雷射束。具有彎曲焦線的多個輪廓和/或雷射，可用於產生複雜形狀，諸如傾斜的分離表面。

本文所述「斷層線(fault line)」是指沿著輪廓並且逼近輪廓延伸的一系列緊密間隔的缺陷線。

本文所述「缺陷」，是指改性材料區域（例如相對於塊材料而言具有改性折射率的區域）、空隙空間、裂縫、刮痕、瑕疵、孔、穿孔或透明工件中的其他變形。在本文的各種具體實施例中，此等缺陷可稱為缺陷線或損傷軌跡。對於單個雷射脈衝或在相同位置的多個脈衝，藉由指向透明工件的單個位置的雷射束形成缺陷線或損傷軌跡。沿著輪廓線平移雷射，會產生形成輪廓的多個缺陷線。對於線聚焦雷射，缺陷可以具有線性形狀。

本文所述詞語「光束橫截面」，是指雷射束沿垂直於雷射束的光束傳播方向的平面的橫截面，例如當光束傳播方向在Z方向中時為沿X-Y平面。

本文所述「束斑」是指衝擊表面中的雷射束的橫截面（例如光束橫截面），即最接近雷射光學元件的透明工件的表面。

本文所述「衝擊表面」，是指最接近雷射光學元件的透明工件的表面。

本文所述「上游」和「下游」，是指沿著光束路徑的兩個位置或部件相對於光束源的相對位置。例如，若第一部件沿著雷射束橫穿的路徑比第二部件更靠近雷射光學元件，則第一部件在第二部件的上游。

本文所述「雷射束焦線」，是指雷射束的相互作用（例如交叉）光線的圖案，其形成平行於光軸的線性細長聚焦區域。雷射束焦線包括像差光線，像差光線沿著光軸在不同位置處與雷射束的光軸相互作用（例如交叉）。此外，本文描述的雷射束焦線是使用準非衍射光束形成的，在下面詳細以數學方式定義。

本文所述「焦散(caustic)」，是指由光學部件折射並隨後被引導到透明工件上和/或透明工件中的雷射束的光包絡。例如，焦散可包括從光學系統的最下游光學部件延伸到透明工件上和/或透明工件中的雷射束的光包絡。此外，焦散的波前可以相互作用（例如交叉）以形成雷射束焦線，例如在透明工件內。

本文所述「光學改性區域」，是在透明工件中形成的區域或設置在透明工件上的材料，其包括足以改變撞擊（且在一些具體實施例中為橫越）光學改性區域的焦散的部分的光學性質。光學改性區域的示例性光學性質，包括阻擋性質、散射性質、反射性質、吸收性質、折射性質、衍射性質、相變性質等。本文描述的示例性光學改性區域，包括改性軌跡和破壞性材料條帶。

如本文所述，當光學改性區域以在焦散部分中沿波前路徑降低雷射束焦線的強度（或防止雷射束焦線形成）的方式改變焦散的波前，直到本來在沒有光學改性區域時應形成缺陷之處沒有形成缺陷的程度時，焦散的一部分被光學改性區域「改性」。焦散的波前的示例性改性，可包括阻擋、吸收、折射、衍射、反射、散射、或相變波前。

本文所述詞語「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，其中本文所述用詞「透明」，意指該材料具有每毫米材料深度小於20％的透光率，諸如具有對於指定的脈衝雷射波長每毫米材料深度小於10％的透光率，或者諸如具有對於指定的脈衝雷射波長每毫米材料深度小於1％的透光率。除非另有說明，否則材料每毫米材料深度的光學吸收小於約20％。透明工件的深度（例如厚度）可為約50微米（μm）至約10 mm（例如從約100 μm至約5 mm，或從約0.5 mm至約3 mm。透明工件可包括由玻璃組合物形成的玻璃工件，諸如硼矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、鹼金屬鋁矽酸鹽、鹼土鋁矽酸鹽玻璃、鹼土金屬硼鋁矽酸鹽玻璃、熔融石英、或晶體材料如藍寶石、矽、砷化鎵或其組合。在一些具體實施例中，透明工件可以在雷射處理透明工件之前或之後經由熱回火（thermal tempering）強化。在一些具體實施例中，玻璃可以是可離子交換的，使得玻璃組合物可以在雷射處理透明工件之前或之後進行用於玻璃強化的離子交換。例如，透明工件可包括離子交換和可離子交換的玻璃，例如購自康寧公司（Corning Incorporated of Corning，NY）的Corning Gorilla®玻璃（例如，代碼2318、代碼2319和代碼2320）。此外，該等離子交換玻璃的熱膨脹係數（CTE）可為約6 ppm/℃至約10 ppm/℃。其他示例透明工件可包括可從紐約康寧的康寧公司獲得的EAGLE XG^® 和CORNING LOTUS^TM 。此外，透明工件可以包括對雷射波長透明的其他部件，例如，諸如藍寶石或硒化鋅的晶體。

在離子交換過程中，透明工件表面層中的離子被具有相同價態或氧化態的較大離子取代，例如藉由將透明工件部分或完全浸沒在離子交換浴中。用較大離子代替較小離子，導致一層壓縮應力從透明工件的一個或多個表面延伸到透明工件內的一定深度，稱為層深度。壓縮應力由一層拉應力（稱為中心張力）平衡，使得玻璃片中的淨應力為零。在玻璃片表面形成壓縮應力，使得玻璃堅固並且耐機械損傷，並且因此減輕了玻璃片對於不延伸穿過層深度的缺陷的災難性故障。在一些具體實施例中，透明工件的表面層中較小的鈉離子與較大的鉀離子交換。在一些具體實施例中，表面層中的離子和較大的離子是單價鹼金屬陽離子，例如Li+（當存在於玻璃中時）、Na+、K+、Rb+和Cs+。或者，表面層中的一價陽離子可以用除鹼金屬陽離子之外的一價陽離子代替，諸如Ag+、Tl+、Cu+等。

現在參考圖1A和1B，示意性地描繪了示例性透明工件160，透明工件160根據本文所述的方法進行雷射處理。具體而言，圖1A示意性地描繪了包括複數個缺陷172的輪廓170的形成，輪廓170可用於分離透明工件160。包括複數個缺陷172的輪廓170，可以藉由用雷射束112處理透明工件160來形成，雷射束112可以包括沿著輪廓線165在平移方向101上移動的超短脈衝雷射束。缺陷172可以例如延伸穿過透明工件160的深度，並且可以與透明工件160的衝擊表面正交。此外，雷射束112最初在衝擊位置115處接觸透明工件160，衝擊位置115是衝擊表面上的特定位置。如圖1A和1B所示，透明工件160的第一表面162包括衝擊表面，然而，應當理解，在其他具體實施例中，雷射束112可以替代地首先照射透明工件160的第二表面164。此外，圖1A描繪了雷射束112形成投射到透明工件160的第一表面162上的束斑114。

圖1A和1B描繪了雷射束112沿著光束路徑111傳播並且定向成使得雷射束112可以聚焦到透明工件160內的雷射束焦線113中，例如使用非球面光學元件120（圖2），例如軸稜鏡和一個或多個透鏡（例如第一透鏡130和第二透鏡132，如下所述並在圖2中示出）。例如，可以沿Z軸並圍繞Z軸控制雷射束焦線113的位置。此外，雷射束焦線113的長度可以在約0.1 mm至約100 mm的範圍內，或者在約0.1 mm至約10 mm的範圍內。各種具體實施例可以被配置為具有雷射束焦線113，雷射束焦線113的長度l為約0.1 mm、約0.2 mm、約0.3 mm、約0.4 mm、約0.5 mm、約0.7 mm、約1 mm、約2 mm、約3 mm、約4 mm、或約5 mm、例如從約0.5 mm至約5 mm。此外，雷射束焦線113可以是準非衍射光束的一部分，如下面更詳細地定義的。

在操作中，雷射束112可以沿著輪廓線165相對於透明工件160（例如在平移方向101上）平移，以形成輪廓170的複數個缺陷172。將雷射束112引導或定位到透明工件160中，會在透明工件160內產生誘導吸收，並且在沿著輪廓線165的間隔位置處沉積足夠的能量以破壞透明工件160中的化學鍵，以形成缺陷172。根據一個或多個具體實施例，雷射束112可以藉由透明工件160的運動（例如耦合到透明工件160的平移台190的運動，如圖2所示）、雷射束112的運動（例如雷射束焦線113的運動）、或透明工件160和雷射束焦線113兩者的運動，而在透明工件160上平移。藉由相對於透明工件160平移雷射束焦線113，可以在透明工件160中形成複數個缺陷172。

在一些具體實施例中，缺陷172通常可以沿著輪廓170彼此間隔開約0.1μm至約500μm的距離、例如約1μm至約200μm、約2μm至約100μm、約5μm至約20μm等。例如，對於TFT/顯示器玻璃組合物，缺陷172之間的合適間隔可以為約0.1μm至約50μm，諸如約5μm至約15μm、約5μm至約12μm、約7μm至約15μm、或從約7μm至約12μm。在一些具體實施例中，相鄰缺陷172之間的間隔可以是約50μm或更小、45μm或更小、40μm或更小、35μm或更小、30μm或更小、25μm或更小、20μm或更小、15μm或更小、10μm或更小等等。

如圖1A所示，輪廓170的複數個缺陷172延伸到透明工件160中，並且建立用於裂縫傳播的路徑，以將透明工件160沿輪廓170分離成分離部分。形成輪廓170之步驟包含使雷射束112沿著輪廓線165相對於透明工件160（例如在平移方向101上）平移，以形成輪廓170的複數個缺陷172。根據一個或多個具體實施例，雷射束112可以例如使用一個或多個平移台190（圖2），以藉由透明工件160的運動、雷射束112的運動（例如雷射束焦線113的運動）、或透明工件160和雷射束112兩者的運動，而在透明工件160上平移。藉由相對於透明工件160平移雷射束焦線113，可以在透明工件160中形成複數個缺陷172。再者，儘管圖1A中所示的輪廓170是線性的，但輪廓170也可以是非線性的（即具有曲率）。例如，可以藉由在兩個維度而不是一個維度上使透明工件160或雷射束焦線113相對彼此平移，來產生彎曲的輪廓。

在一些具體實施例中，透明工件160可以在隨後的分離步驟中被進一步作動，以引發透明工件160沿輪廓170分離。隨後的分離步驟，可包括使用機械力或熱應力誘導的力沿著輪廓170傳播裂縫。諸如紅外雷射束的熱源可用於產生熱應力，從而沿著輪廓170分離透明工件160。在一些具體實施例中，紅外雷射束可用於啟動分離，隨後可以機械地完成分離。不受理論束縛，紅外雷射器是受控熱源，受控熱源在輪廓170處或附近快速增加透明工件160的溫度。此種快速加熱可在透明工件160中在輪廓170上或鄰近輪廓170處產生壓縮應力。由於加熱的玻璃表面的面積與透明工件160的總表面積相比相對較小，因此加熱區域相對快速地冷卻。所得到的溫度梯度在透明工件160中誘導拉伸應力，這足以沿著輪廓170並穿過透明工件160的深度傳播裂縫，導致透明工件160沿輪廓170完全分離。不受理論束縛，據信拉伸應力可以由具有較高局部溫度的工件部分中的玻璃膨脹（即變化的密度）引起。

用於在玻璃中產生熱應力的合適的紅外雷射，通常具有容易被玻璃吸收的波長，該波長通常具有1.2μm至13μm的波長，例如4μm至12μm的範圍。此外，紅外雷射束的功率可以是約10W至約1000W，例如100W、250W、500W、750W等。此外，紅外雷射束的1/e² 光束直徑可以是約20mm或更小，例如15mm、12mm、10mm、8mm、5mm、2mm或更小。在操作中，紅外雷射束的較大的1/e² 光束直徑，可以促進更快的雷射處理和更多的功率，而紅外雷射束的較小的1/e² 光束直徑可以藉由限制對透明工件160靠近輪廓170的部分的損傷來促進高精度分離。示例性紅外雷射包括二氧化碳雷射器（「CO2雷射器」）、一氧化碳雷射器（「CO雷射器」）、固態雷射器、雷射二極體或其組合。

在其他具體實施例中，取決於類型、深度和材料特性（例如吸收、CTE、應力、成分等），存在於透明工件160中的應力可導致沿輪廓170的自發分離，而無需進一步的加熱或機械分離步驟。例如，當透明工件160包括強化玻璃基板（例如離子交換或熱回火玻璃基板）時，輪廓170的形成可以引發沿輪廓170的裂縫傳播以分離透明工件160。

再次參考圖1A和1B，用於形成缺陷172的雷射束112還具有強度分佈I（X,Y,Z），其中Z是雷射束112的光束傳播方向，X和Y是與傳播方向垂直的方向，如圖所示。X方向和Y方向也可以稱為橫截面方向，且X-Y平面可以稱為橫截面。雷射束112在橫截面中的強度分佈，可以稱為橫截面強度分佈。

藉由透過非球面光學元件120（將於以下針對圖2所示的光學組件100更詳細地描述）傳播雷射束112（例如，雷射束112（諸如高斯光束），使用光束源（例如脈衝光束源）），束斑114或其他橫截面處的雷射束112可以包括準非衍射光束，例如具有下文以數學方式定義的低光束發散的光束。光束發散是指光束傳播方向（即Z方向）上光束橫截面的放大率。此處論述的一個示例光束橫截面，是投射到透明工件160上的雷射束112的束斑114。示例性準非衍射光束包括高斯 - 貝塞爾光束和貝塞爾光束。

衍射是導致雷射束112發散的一個因素。其他因素包括由形成雷射束112的光學系統或在界面處的折射和散射引起的聚焦或散焦。用於形成輪廓170的缺陷172的雷射束112，可以形成具有低發散和弱衍射的雷射束焦線113。雷射束112的發散的特徵在於瑞利範圍ZR，瑞利範圍ZR與雷射束112的強度分佈和光束傳播因子M² 的方差s² 有關。在下面的論述中，將使用笛卡爾坐標系來呈現公式。可以使用本領域技術人員已知的數學技術獲得其他坐標系的對應表達式。關於光束發散的額外資訊可以在A.E. Siegman在SPIE Symposium Series Vol. 1224, p. 2(1990)中題為「New Developments in Laser Resonators」的文章，和R. Borghi和M. Santarsiero在Optics Letters, Vol. 22(5), 262(1997)中題為「M² factor of Bessel-Gauss beams」的文章中找到，其揭示內容通過引用整體併入本文。其他資訊也可以在題為「Lasers and laser-related equipment—Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios—Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams」之國際標準ISO 11146-1：2005（E），題為「Lasers and laser-related equipment—Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios—Part 2: General astigmatic beams」之ISO 11146-2：2005（E），和題為「Lasers and laser-related equipment—Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios—Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, propagation and details of test methods」之ISO 11146-3：2004（ E）中找到，該等之公開內容通過引用整體併入本文。

具有時間平均強度分佈

的雷射束112的強度分佈的質心的空間坐標由以下表達式給出：

此等表達式也被稱為Wigner分佈的一階矩(first moments)，並在ISO 11146-2：2005（E）的第3.5節中描述。它們的量測在ISO 11146-2：2005（E）的第7節中描述。

方差是在橫截面（X-Y）平面中雷射束112的強度分佈的寬度的量度，作為光束傳播方向上的位置z的函數。對於任意雷射束，X方向上的方差可能與Y方向上的方差不同。吾人假設

和

分別表示X方向和Y方向的方差。特別感興趣的是近場和遠場限制的方差。吾人假設

和

分別表示近場極限中X方向和Y方向的方差，並假設

和

分別表示遠場極限中X方向和Y方向的方差。對於具有時間平均強度分佈

的雷射束，其具有傅立葉變換

（其中

和

分別是X方向和Y方向上的空間頻率），近場和遠場方差在X方向和Y方向上由以下表達式給出：

方差量

、

、

、與

也被稱為Wigner分佈的對角元素（參見ISO 11146-2：2005（E））。可以使用ISO 11146-2：2005（E）第7節中描述的量測技術對實驗雷射束量化此等方差。簡而言之，量測使用線性不飽和像素化偵測器在有限空間區域上量測

，此有限空間區域近似於定義方差和質心坐標的積分方程式的無限積分區域。量測區域、背景減法和偵測器像素分辨率的適當範圍，由ISO 11146-2：2005（E）第7節中描述的疊代量測程序的收斂確定。由像素化偵測器量測的強度值陣列，數值地計算由方程式1-6給出的表達式的數值。

透過任意光束（其中

）的橫向幅度分佈

與任意光束的空間頻率分佈

之間的傅里葉變換關係（其中

），可以表明：

在方程式(7)和(8)中，

和

是

和

的最小值，其分別出現在x方向和y方向上的腰部位置

和

處，並且l是雷射束112的波長。方程式(7)和(8)表示

和

在與雷射束112的腰部位置（例如，雷射束焦線113的腰部）相關聯的最小值的任一方向上與z成二次方向增加。此外，在本文所述的具體實施例中，包括軸對稱的束斑114（從而包括軸對稱強度分佈I(x, y)，

），並且在本文所述的具體實施例中，包括非軸對稱的束斑114（從而包括包括非軸對稱強度分佈I(x, y)，

，即

或

）。

方程式(7)和(8)可以根據光束傳播因子M² 重寫，其中x方向和y方向的單獨光束傳播因子

和

定義為：

將方程式(9)和(10)重新排列並代換入方程式(7)和(8)產生：

可以改寫為：

在x方向和y方向上的瑞利範圍Z_Rx 和Z_Ry 分別由下式給出：

瑞利範圍對應於雷射束的方差於其上加倍（相對於光束腰部位置的方差）的距離（相對於ISO 11146-1：2005（E）第3.12節中定義的光束腰部位置），並且是雷射束橫截面積發散的量度。此外，在本文所述的具體實施例中，包括軸對稱的束斑114（從而包括軸對稱強度分佈I(x, y)，Z_Rx =Z_Ry ），並且在本文所述的具體實施例中，包括非軸對稱的束斑114（從而包括非軸對稱強度分佈I(x, y)，Z_Rx ≠Z_Ry ，即Z_Rx ＜Z_Ry 或Z_Rx ＞Z_Ry ）。瑞利範圍也可以被觀察為沿著光束軸的距離，在此距離處光學強度衰減到在光束腰部位置（最大強度的位置）處觀察到的值的一半。具有大瑞利範圍的雷射束具有低發散度，並且相比於具有小瑞利範圍之雷射束在光束傳播方向上隨著距離更慢地擴展。

藉由使用描述雷射束的強度分佈

，上述公式可以應用於任何雷射束（不僅僅是高斯光束）。在高斯光束的TEM₀₀ 模式的情況下，強度分佈由下式給出：

其中w_o 是半徑（定義為光束強度減小到光束腰部位置z_o 處光束的峰值光束強度的1/e² 時的半徑）。從方程式(17)和上面的公式，吾人得到TEM₀₀ 高斯光束的以下結果：

其中Z_R =Z_Rx =Z_Ry 。對於高斯光束，進一步注意到

。

光束橫截面的特徵在於形狀和尺寸。光束橫截面的尺寸由光束的光斑尺寸表徵。對於高斯光束，光斑尺寸通常被定義為光束強度減小到其最大值的1/e² 的徑向範圍，在方程式(17)中表示為w₀ 。高斯光束的最大強度出現在強度分佈的中心（x = 0和y = 0（笛卡爾）或r = 0（圓柱座標）），且相對於中心量測用於確定光斑尺寸的徑向範圍。

具有軸對稱（即圍繞光束傳播軸Z旋轉對稱）橫截面的光束，可以由在ISO 11146-1：2005（E）的第3.12節中規定的在光束腰部位置處量測的單個尺寸或光斑尺寸來表徵。對於高斯光束，方程式(17)示出光斑尺寸等於w_o ，w_o 根據方程式(18)對應於

或

。對於具有軸對稱橫截面的軸對稱光束（諸如圓形橫截面），

。因此，對於軸對稱光束，橫截面尺寸可以用單個光斑尺寸參數表徵，其中

。對於非軸對稱光束橫截面，可以類似地定義光斑尺寸，其中與軸對稱光束不同，

。因此，當光束的光斑尺寸是非軸對稱時，有必要由兩個光斑尺寸參數表徵非軸對稱光束的橫截面尺寸：分別在x方向和y方向上的

和

，其中

此外，對於非軸對稱光束缺乏軸向（即任意旋轉角度）對稱性，意味著

和

的值的計算結果將取決於X軸和Y軸的定向的選擇。ISO 11146-1：2005（E）將此等參考軸稱為功率密度分佈的主軸（第3.3-3.5節），在下面的論述中，吾人假設X軸和Y軸與此等主軸對齊。此外，X軸和Y軸可以在橫截面中旋轉的角度f（例如分別相對於X軸和Y軸的參考位置的X軸和Y軸的角度），可用於定義非軸對稱光束的光斑尺寸參數的最小值(

)和最大值(

)：

其中

且

。光束橫截面的非軸對稱性的量值，可以通過縱橫比來量化，其中縱橫比定義為

與

的比率。軸對稱光束橫截面具有1.0的縱橫比，而橢圓形和其他非軸對稱光束橫截面具有大於1.0的縱橫比，例如大於1.1、大於1.2、大於1.3、大於1.4、大於1.5、大於1.6、大於1.7、大於1.8、大於1.9、大於2.0、大於3.0、大於5.0、大於10.0等。

為了促進光束傳播方向上的缺陷172的均勻性（例如透明工件160的深度尺寸），可以使用具有低發散度的雷射束112。在一個或多個具體實施例中，具有低發散度的雷射束112可用於形成缺陷172。如上所述，發散度可以通過瑞利範圍來表徵。對於非軸對稱光束，主軸X和Y的瑞利範圍分別由方程式(15)與(16)對X方向和Y方向定義，其中可以顯示對於任何實際光束，

且

，並且其中

和

由雷射束的強度分佈確定。對於對稱光束，瑞利範圍在X方向和Y方向上相同，並且由方程式(22)或方程式(23)表示。低發散度與瑞利範圍的大值和雷射束的弱衍射相關。

具有高斯強度分佈的光束可能不太被優選用於雷射處理以形成缺陷172，因為當聚焦到足夠小的光斑尺寸（諸如在微米範圍內的光斑尺寸，諸如約1至5μm或約1至10μm）時，為了使可用的雷射脈衝能量能夠改性諸如玻璃的材料，它們在短傳播距離上顯著地高衍射和發散。為了實現低發散，期望控制或優化脈衝雷射束的強度分佈以減少衍射。脈衝雷射束可以是非衍射的或弱衍射的。弱衍射雷射束包括準非衍射雷射束。代表性的弱衍射雷射束包括貝塞爾光束、高斯 - 貝塞爾光束、艾里光束、韋伯光束和馬蒂厄光束。

對於非軸對稱光束，瑞利範圍

和

是不相等的。方程式(15)和(16)表示

和

分別取決於

和

，並且如前述，吾人注意到

和

的值取決於X軸和Y軸的定向。

和

的值將相應地變化，並且每個值將具有對應於主軸的最小值和最大值，其中

的最小值表示為

，且

的最小值表示為

，對於任意光束輪廓

和

可以表示為由以下給定

與

由於雷射束的發散在具有最小瑞利範圍的方向上發生在較短距離上，因此可以控制用於形成缺陷172的雷射束112的強度分佈，使得

和

的最小值（或者對於軸對稱光束為

值）儘可能大。由於

的最小值

和

的最小值

對於非軸對稱光束為不同，因此可以使用雷射束112，其強度分佈使得

和

中的較小值在形成損傷區域時儘可能大。

在不同的具體實施例中，

和

中的較小者（或者對於軸對稱光束為

的值）大於或等於50μm、大於或等於100μm、大於或等於200μm、大於或等於300μm、大於或等於500μm、大於或等於1mm、大於或等於2mm、大於或等於3mm、大於或等於5mm、在從50μm至10mm的範圍內、在100μm至5mm的範圍內、在200μm至4mm的範圍內、在300μm至2mm的範圍內、或類似的範圍。

本文所指明的

和

中的較小者（或者對於軸對稱光束為

的值）的值與範圍，可透過調整方程式(27)中定義的光斑尺寸參數

以對於不同的波長來達成，工件對於此等波長是透明的。在不同的具體實施例中，光斑尺寸參數

大於或等於0.25μm、大於或等於0.50μm、大於或等於0.75μm、大於或等於1.0μm、大於或等於2.0μm、大於或等於3.0μm、大於或等於5.0μm、在0.25μm至10μm的範圍內、在0.25μm至5.0μm的範圍內，在0.25μm至2.5μm的範圍內、在0.50μm至10μm的範圍內、在0.50μm至5.0μm的範圍內、在0.50μm至2.5μm的範圍內、在0.75μm至10μm的範圍內、在0.75μm至5.0μm的範圍內、在0.75μm至2.5μm的範圍內等等。

非衍射或準非衍射光束通常具有複雜的強度分佈，諸如彼等相對於半徑非單調地減小的強度分佈。藉由類比於高斯光束，可以將非軸對稱光束的有效光斑尺寸

，定義為在任何方向上從最大強度徑向位置（r = 0）到強度降低至最大強度的1/e² 處的最短徑向距離。此外，對於軸對稱光束，

是從最大強度徑向位置（r = 0）到強度降低至最大強度的1/e² 處的徑向距離。基於非軸對稱光束的有效光斑尺寸

或軸對稱光束的光斑尺寸w_o 的瑞利範圍的準則，可以被指定為用於形成損傷區域的非衍射或準非衍射光束，對非軸對稱光束使用方程式(31)或對軸對稱光束使用方程式(32)，如下：

其中F_D 是無量綱發散因子，其值為至少10、至少50、至少100、至少250、至少500、至少1000、在10至2000的範圍內、在50至1500的範圍內、在100到1000的範圍內。藉由比較方程式(31)與方程式(22)或(23)，可以看出，對於非衍射或準非衍射光束，有效光束尺寸加倍的距離（方程式(31)中的

和

的較小者），為在使用典型高斯光束輪廓之下所預期的距離的F_D 倍。無量綱發散因子F_D 提供用於確定雷射束是否是準非衍射的準則。如本文所述，若雷射束的特性滿足具有F_D ³10值的方程式(31)或方程式(32)，則雷射束112被認為是準非衍射的。隨著F_D 的值增加，雷射束112接近更接近完美的非衍射狀態。此外，應當理解，方程式(32)僅僅是方程式(31)的簡化，並且因此，方程式(31)以數學方式描述了軸對稱和非軸對稱脈衝雷射束112兩者的無量綱發散因子F_D 。

現在參照圖2，示意性地描繪用於產生雷射束112的光學組件100，雷射束112為準非衍射並且使用非球面光學元件120（例如軸稜鏡122）在透明工件160處形成雷射束焦線113。光學組件100包括輸出雷射束112的光束源110、第一透鏡130和第二透鏡132。光束源110可包括任何已知的或尚待開發的光束源110，其配置成輸出雷射束112，例如脈衝雷射束或連續波雷射束。在一些具體實施例中，光束源110可輸出包括例如1064nm、1030nm、532nm、530nm、355nm、343nm、或266nm、或215nm的波長的雷射束112。此外，用於在透明工件160中形成缺陷172的雷射束112，可以很好地適合於對所選擇的脈衝雷射波長透明的材料。

此外，透明工件160可以定位成使得由光束源110輸出的雷射束112照射透明工件160，例如在穿過非球面光學元件120且隨後穿過第一透鏡130和第二透鏡132兩者之後。光軸102在光束源110和透明工件160之間延伸（在圖2所示的具體實施例中沿Z軸延伸），使得當光束源110輸出雷射束112時，雷射束112的光束路徑111沿光軸102延伸。

用於形成缺陷172的合適的雷射波長，是透明工件160的線性吸收和散射的組合損失足夠低的波長。在具體實施例中，由於透明工件160在波長處的線性吸收和散射引起的組合損失，係小於20％/mm、或小於15％/mm、或小於10％/mm、或小於5％/mm、或小於1％/ mm，其中尺寸「/mm」表示在雷射束112的光束傳播方向（例如Z方向）上透明工件160內的每毫米距離。許多玻璃工件的代表性波長，包括Nd³⁺ 的基波和諧波波長（例如，Nd³⁺ :YAG或Nd³⁺ :YVO₄ ，其具有接近1064nm的基波波長和接近532nm、355nm和266nm的更高次諧波波長）。也可以使用滿足給定基板材料的組合線性吸收和散射損失要求的光譜的紫外、可見和紅外部分中的其他波長。

在操作中，由光束源110輸出的雷射束112可以在透明工件160中產生多光子吸收（MPA）。MPA是對於兩個或更多個相同或不同頻率的光子的同時吸收，其將分子從一種狀態（通常是基態）激發到更高能量的電子態（即電離）。所涉及的分子的下部和上部狀態之間的能量差異，等於所涉及的光子的能量之和。MPA，也稱為誘導吸收，可以是二階或三階過程（或更高階），例如比線性吸收弱幾個數量級。它與線性吸收的不同之處在於，例如，二階誘導吸收的強度可以與光強度的平方成比例，且因此他是非線性光學過程。

產生輪廓170（圖1A和1B）的穿孔步驟，可以利用光束源110（例如，諸如超短脈衝雷射的脈衝光束源）與非球面光學元件120、第一透鏡130和第二透鏡132的組合，以照射透明工件160並產生雷射束焦線113。雷射束焦線113包括準非衍射光束，諸如如上所述的高斯 - 貝塞爾光束或貝塞爾光束，並且可以完全或部分地穿透透明工件160，以在透明工件160中形成缺陷172，這可以形成輪廓170。在雷射束112包括脈衝雷射束的具體實施例中，各個脈衝的脈衝持續時間在從約1飛秒至約200皮秒的範圍內，例如從約1皮秒至約100皮秒、5皮秒至約20皮秒等，且各個脈衝的重複率可以在約1kHz至4MHz的範圍內，例如在約10kHz至約3MHz的範圍內，或從約10kHz至約650MHz的範圍內。

並參考圖3A和3B，除了在上述各個脈衝重複率下的單脈衝操作之外，在包括脈衝雷射束的具體實施例中，脈衝可以在兩個或更多個子脈衝500A的脈衝串500中產生（諸如（例如）每個脈衝串有3個子脈衝、4個子脈衝、5個子脈衝、10個子脈衝、15個子脈衝、20個子脈衝或更多，諸如每個脈衝串500有1個至30個子脈衝，或每個脈衝串500有5個至20個子脈衝）。儘管不意為受理論限制，但脈衝串是子脈衝的短且快速的分組，其在使用單脈衝操作不易於到達的時間尺度上對材料產生光學能量相互作用（即，透明工件160的材料中的MPA）。儘管仍然不意為受理論限制，但是脈衝串（即一組脈衝）內的能量是守恆的。作為說明性實例，對於具有每串100μJ的能量和2個子脈衝的脈衝串，每串100μJ的能量被分散在2個子脈衝之間，每個子脈衝的平均能量為50μJ，並且，對於具有每串100μJ的能量和10個子脈衝的脈衝串，每串100μJ的能量被分散在10個子脈衝之間，每個子脈衝的平均能量為10μJ。此外，脈衝串的子脈衝之間的能量分佈不需要是均勻的。事實上，在一些情況下，脈衝串的子脈衝之間的能量分佈是指數衰減的形式，其中脈衝串的第一個子脈衝包含最多的能量，脈衝串的第二個子脈衝包含的能量略低，脈衝串的第三個子脈衝包含更少的能量，依此類推。然而，各個脈衝串內也可能具有其他能量分佈，其中可以調整每個子脈衝的精確能量以實現對透明工件160的不同改性量。

儘管仍然不意圖受理論限制，但是當一個或多個輪廓170的缺陷172由具有至少兩個子脈衝的脈衝串形成時，沿著輪廓170分離透明工件160所需的力（即最大抗斷裂性）降低，相較於使用單脈衝雷射形成的相同透明工件160中的相鄰缺陷172之間具有相同間距的輪廓170的最大抗斷裂性。例如，使用單脈衝形成的輪廓170的最大抗斷裂強度，是使用具有2個或更多個子脈衝的脈衝串形成的輪廓170的最大抗斷裂強度的至少兩倍。此外，使用單脈衝形成的輪廓170與使用具有2個子脈衝的脈衝串形成的輪廓170之間的最大抗斷裂強度的差異，大於使用具有2個子脈衝的脈衝串和具有3個子脈衝的脈衝串形成的輪廓170之間的最大斷裂強度的差異。因此，脈衝串可用於形成輪廓170，輪廓170比使用單脈衝雷射形成的輪廓170更容易分離。

仍然參照圖3A和3B所示，脈衝串500內的子脈衝500A可以被隔開一持續時間，此持續時間在約1奈秒至約50奈秒的範圍內，例如從約10奈秒至約30奈秒，例如約20奈秒。在其他具體實施例中，脈衝串500內的子脈衝500A可以被分開最多100皮秒的持續時間（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、或其間的任何範圍）。對於給定的雷射，脈衝串500內的相鄰子脈衝500A之間的時間間隔T_p （圖4B）可以是相對均勻的（例如在彼此的約10％內）。例如，在一些具體實施例中，脈衝串500內的每個子脈衝500A在時間上與隨後的子脈衝隔開約20奈秒（50MHz）。此外，每個脈衝串500之間的時間可以是約0.25微秒至約1000微秒，例如約1微秒至約10微秒，或約3微秒至約8微秒。

在本文所述的光束源110的一些示例性具體實施例中，時間間隔T_b （圖3B）對於輸出包括約200kHz的脈衝串重複率的雷射束112的光束源110是約5微秒。雷射脈衝串重複率與脈衝串中的第一脈衝與隨後脈衝串中的第一脈衝之間的時間T_b 有關（雷射脈衝串重複率 = 1/T_b ）。在一些具體實施例中，雷射脈衝串重複率可以在約1kHz至約4MHz的範圍內。在具體實施例中，雷射脈衝串重複率可以在例如約10kHz至650kHz的範圍內。每個脈衝串中的第一脈衝與隨後脈衝串中的第一脈衝之間的時間T_b ，可以是從約0.25微秒（4MHz脈衝串重複率）至約1000微秒（1kHz脈衝串重複率），例如從約0.5微秒（2MHz脈衝串重複率）至約40微秒（25kHz脈衝串重複率），或從約2微秒（500kHz脈衝串重複率）至約20微秒（50kHz脈衝串重複率）。確切的時序、脈衝持續時間和脈衝串重複率，可以根據雷射設計而變化，但是已經證明高強度的短脈衝（T_d ＜20皮秒，並且在一些具體實施例中，T_d

15皮秒）工作得特別良好。

脈衝串重複率可以在約1kHz至約2MHz的範圍內，例如約1kHz至約200kHz。突發或產生脈衝串500是一種類型的雷射操作，其中子脈衝500A的發射不是均勻且穩定的流，而是緊密的脈衝串500群集。脈衝串雷射束可以具有基於所操作的透明工件160的材料選擇的波長，使得透明工件160的材料對於此波長是實質上透明的。在材料處量測的每個脈衝串的平均雷射功率，可以是每mm厚度材料至少約40μJ。例如，在具體實施例中，每個脈衝串的平均雷射功率，可以從約40μJ/mm至約2500μJ/mm，或從約500μJ/mm至約2250μJ/mm。在一個具體實例中，對於0.5mm至0.7mm厚的Corning EAGLE XG^® 透明工件，約300μJ至約600μJ的脈衝串可以切割和/或分離工件，這對應於約428μJ/mm至約1200μJ/mm的示例性範圍（即，對於0.7mm EAGLE XG^® 玻璃為300μJ/0.7mm，對於0.5mm EAGLE XG^® 玻璃為600μJ/0.5mm）。

改性透明工件160所需的能量是脈衝能量，其可以用脈衝串能量來描述（即脈衝串500中包含的能量，其中每個脈衝串500包含一系列子脈衝500A），或者可以用單個雷射脈衝中包含的能量描述（其中許多可能包括脈衝串）。脈衝能量（例如脈衝串能量）可以為約25μJ至約750μJ，例如約50μJ至約500μJ，或約50μJ至約250μJ。對於一些玻璃組合物，脈衝能量（例如脈衝串能量）可以為約100μJ至約250μJ。然而，對於顯示器或TFT玻璃組合物，脈衝能量（例如脈衝串能量）可以更高（例如從約300μJ至約500μJ，或從約400μJ至約600μJ，取決於透明工件160的具體玻璃組合物）。

儘管不意圖受理論限制，但是使用包括能夠產生脈衝串的脈衝雷射束的雷射束112，有利於切割或改性透明材料，例如玻璃（例如透明工件160）。與藉由單脈衝雷射器的重複率在時間上間隔開的單脈衝的使用相比，使用在脈衝串內的快速脈衝序列上擴展脈衝能量的脈衝串序列，允許以較大的時間尺度與材料進行高強度相互作用（相較於單脈衝雷射）。脈衝串的使用（與單脈衝操作相反）增加了缺陷172的尺寸（例如橫截面尺寸），這有利於在沿著一個或多個輪廓170分離透明工件160時連接相鄰缺陷172，從而最小化非預期的裂縫形成。此外，使用脈衝串形成缺陷172，增加了從每個缺陷172向外延伸到透明工件160的塊材料中的裂縫定向的隨機性，使得從缺陷172向外延伸的各個裂縫不會影響輪廓170的分離或以其他方式使輪廓170的分離過程偏離，而使得缺陷172的分離遵循輪廓170，從而最小化非預期裂縫的形成。

再次參考圖2，非球面光學元件120位於光束源110和透明工件160之間的光束路徑111內。在操作中，透過非球面光學元件120傳播雷射束112（例如輸入的高斯光束）可以改變雷射束112，使得傳播到非球面光學元件120後的雷射束112部分是準非衍射的，如上所述。非球面光學元件120可包括任何包括非球面形狀的光學元件。在一些具體實施例中，非球面光學元件120可包括產生錐形波前的光學元件，諸如軸錐透鏡，例如負折射軸錐透鏡、正折射軸錐透鏡、反射軸錐透鏡、衍射軸錐透鏡、可程式化空間光調變器軸錐透鏡（例如相位軸稜鏡）等。

在一些具體實施例中，非球面光學元件120包括至少一個非球面表面，其形狀以數學方式被描述為：

，其中z'是非球面表面的表面下垂(surface sag)，r是非球面表面和光軸102之間在徑向方向上（例如在X方向或Y方向上）的距離，c是非球面表面的表面曲率（即

=1/

，其中R是非球面表面的表面半徑），k是圓錐常數，且係數a_i 是第一到十二階非球面係數，或是描述非球面表面的更高階非球面係數（多項式非球面）。在一個示例性具體實施例中，非球面光學元件120的至少一個非球面表面分別包括以下係數a₁ -a₇ ：-0.085274788；0.065748845；0.077574995；-0.054148636；0.022077021；-0.0054987472；0.0006682955；並且非球面係數a₈ -a₁₂ 為0。在此具體實施例中，至少一個非球面表面具有圓錐常數k=0。但是，因為a₁ 係數具有非零值，所以這相當於具有非零值的圓錐常數k。因此，可以藉由指定非零的圓錐常數k、非零的係數a₁ 、或非零k和非零係數a₁ 的組合，來描述等效表面。此外，在一些具體實施例中，由具有非零值的至少一個更高階非球面係數a₂ -a₁₂ （即a₂ 、a₃ ......、a₁₂ 中的至少一個≠0），來描述或定義至少一個非球面表面。在一個示例具體實施例中，非球面光學元件120包括三階非球面光學元件，諸如立方形光學元件，其包括非零的係數a₃ 。

在一些具體實施例中，當非球面光學元件120包括軸稜鏡122（如圖2所示）時，軸稜鏡122可具有雷射輸出表面126（例如錐形表面），其具有約1.2°的角度，諸如約0.5°至約5°，或約1°至約1.5°，或甚至約0.5°至約20°，角度是相對於雷射束112進入軸稜鏡122的雷射輸入表面124（例如平坦表面）所量測的。此外，雷射輸出表面126終止於錐形尖端。此外，非球面光學元件120包括中心軸125，中心軸125從雷射輸入表面124延伸到雷射輸出表面126並終止於錐形尖端。在其他具體實施例中，非球面光學元件120可包括蠟像、空間相位調變器（諸如空間光調變器）、或衍射光柵。在操作中，非球面光學元件120將入射雷射束112（例如入射高斯光束）成形為準非衍射光束，準非衍射光束又被引導通過第一透鏡130和第二透鏡132。

仍然參考圖2，第一透鏡130位於第二透鏡132的上游，並且可以在第一透鏡130和第二透鏡132之間的準直空間134內準直雷射束112。此外，第二透鏡132可以將雷射束112聚焦到透明工件160中，透明工件160可以位於成像平面104處。在一些具體實施例中，第一透鏡130和第二透鏡132均包括平凸透鏡。當第一透鏡130和第二透鏡132均包括平凸透鏡時，第一透鏡130和第二透鏡132的曲率可各自朝向準直空間134定向。在其他具體實施例中，第一透鏡130可以包括其他準直透鏡，且第二透鏡132可以包括彎月形透鏡、非球面或其他更高階校正的聚焦透鏡。

現在參考圖4A至4C，示意性地描繪了包括複數個透明工件260的工件堆疊250，例如第一透明工件260a和第二透明工件260b。第一透明工件260a和第二透明工件260b均包括與第二表面264a、264b相對的第一表面262a、262b。儘管未示出，但在一些具體實施例中，工件堆疊250可包括附加層，例如除透明工件260a和260b之外的透明工件或其他材料層，諸如樹脂層、金屬或其他導電層等。此外，在圖4A至4C的具體實施例中，第一透明工件260a和第二透明工件260b間隔開並且間隙位於其間，然而應當理解，在一些具體實施例中，第一透明工件260a可以與第二透明工件260b接觸。例如，第一透明工件260a的第二表面264a可以與第二透明工件260b的第一表面262b接觸。

此外，圖4A至4C描繪了選擇性地雷射處理工件堆疊250的方法。具體而言，圖4A至4C各自描繪了在第一透明工件260a上或中的光學改性區域240。光學改性區域240被配置為改性撞擊第一透明工件260a的主雷射束212（例如上述準非衍射光束）的波前。在操作中，光學改性區域240可以防止主雷射束212形成足以在工件堆疊250的選擇部分中，例如在第一透明工件260a的選擇部分中、在第二透明工件260b的選定部分（例如整個第二透明工件260b，如圖4A至4C所示）中等等形成缺陷272的雷射束焦線213。此外，儘管光學改性區域240在本文中被主要描繪和描述為形成在第一透明工件260a中或設置在第一透明工件260a上，但應理解，光學改性區域240可形成在工件堆疊的任何透明工件中或設置在工件堆疊的任何透明工件上。例如，在包括三個透明工件的工件堆疊中，光學改性區域240可以形成在第二透明工件中或設置在第二透明工件上，以防止主雷射束212形成足以在第三透明工件中形成缺陷272的雷射束焦線213。

仍然參考圖4A至4C，主雷射束212包括準非衍射光束，其可以是脈衝雷射束或連續波雷射束。主雷射束212可以聚焦到雷射束焦線213中，如圖4A至4C所示，例如使用諸如前述圖2的光學組件100的光學組件。此外，應當理解，主雷射束212可以包括上述雷射束112的任何具體實施例，並且雷射束焦線213可以包括上述雷射束焦線113的任何具體實施例。此外，圖4A至4C示意性地描繪了主雷射束212的焦散216。

在操作中，光學改性區域240可以改性焦散216的一部分，從而防止主雷射束212形成足以在工件堆疊250的選定部分中形成缺陷272的雷射束焦線213。例如，光學改性區域240可以阻擋、吸收、折射、衍射、反射、散射、相變或以其他方式改性焦散216的一部分。儘管不意圖受理論束縛，但是改變焦散216的部分的波前，可以防止焦散216的此部分與改性的焦散部分與焦散216的另一部分的波前的相長干涉，從而防止使用焦散216改性部分的波前形成雷射束焦線213或降低使用焦散216改性部分的波前形成的雷射束焦線213的強度，使得缺陷272不在工件堆疊250的對應區域中形成。儘管不意圖受到理論束縛，但是阻擋、吸收、折射、衍射、反射、散射、或相變焦散216的一個部分的波前，可以防止焦散216的此改性部分與焦散216的另一部分的波前的相長干涉。

如圖4A至4C所示，主雷射束212被引導到第一透明工件260a上（例如被引導到第一透明工件260a的第一表面262a上），使得主雷射束212的第一焦散部分216a被引導到第一透明工件260a中，從而在第一透明工件260a內產生誘導吸收，並在第一透明工件260a內產生缺陷272（其可包括上述任何缺陷172）。此外，主雷射束212的第二焦散部分216b被光學改性區域240改性。不受理論束縛，第一焦散部分216a的波前可以與第三焦散部分216c的波前相互作用（例如交叉）以形成雷射束焦線213，並且防止第二焦散部分216b的波前形成足以形成缺陷272的雷射束焦線213的一部分。

現在參考圖4A和4B，光學改性區域240可包括設置在第一透明工件260a中的改性軌跡241。在一些具體實施例中，改性軌跡241可以包括延伸到第一透明工件260a中的改性的折射率區域242（圖4A），並且在其他具體實施例中，改性軌跡241可以包括改性的表面軌跡244（圖4B）。

如圖4A所示，改性折射率區域242從第一表面262a延伸到第一透明工件260a的第二表面264a。在其他具體實施例中，改性的折射率區域242可以設置在第一透明工件260a中，而不延伸第一透明工件260a的整個深度。改性的折射率區域242包括與第一透明工件260a的周圍材料不同的折射率，使得撞擊改性的折射率區域242的波前（例如第二焦散部分216b的波前）被改性（例如折射和/或相變）。

如圖4B所示，改性的表面軌跡244包括透明工件（例如第一透明工件260a）的表面（例如第一表面262a）的區域，其包括足以改性雷射束（諸如主雷射束212）的波前的一個或多個表面特徵，諸如表面粗糙度。在一些具體實施例中，改性的表面軌跡244包括延伸到第一透明工件260a的第一表面262a中的凹槽、第一表面262a的粗糙部分等。改性的表面軌跡244足以散射或以其他方式改性主雷射束212的第二焦散部分216b的波前。

再者，如圖4A和4B所示，缺陷272的至少一部分在光學改性區域240的至少一部分（例如，改性軌跡241）下方延伸。具體而言，缺陷272在第一透明工件260的至少一部分內延伸，例如從第一透明工件260a的第一表面262a延伸到第二表面264a。包括改性的折射率區域242（圖4A）和改性的表面軌跡244（圖4B）的改性軌跡241的具體實施例，也延伸到第一透明工件260a中，然而，缺陷272的至少一部分（例如，至少為離第一表面262a最遠的部分）在改性的折射率區域242和/或改性的表面軌跡244的至少一部分下方延伸（例如至少為每個最靠近第一表面262a的部分）。此外，應當理解，在其中光學改性區域240包括破壞性材料條帶248的具體實施例中（圖4C），缺陷272也在光學改性區域240的至少一部分下方延伸。

現在參考圖4C，在一些具體實施例中，光學改性區域240可包括設置在第一透明工件260a上的破壞性材料條帶248。具體而言，破壞性材料條帶248可以設置在第一透明工件260a的第一表面262a上。在一些具體實施例中，破壞性材料條帶248可包括吸收性材料，例如配置成吸收寬波長光譜的有色或無色聚合物，或具有嵌入擴散聚合物中的吸收性顆粒的擴散聚合物，例如選為吸收窄波長光譜的金屬（諸如Cr、氧化鋁等等）。在一些具體實施例中，破壞性材料條帶248可包括反射材料，例如反射性金屬，諸如Cr、Cu等。在一些具體實施例中，破壞性材料條帶248可包括散射材料，例如嵌有散射顆粒的聚合物，諸如金屬TiO、SiO₂ 、氣泡、陶瓷顆粒等。在一些具體實施例中，破壞性材料條帶248可包括相變材料，例如透明材料，透明材料被配置為改變穿過破壞性材料條帶248的焦散部分（例如第二焦散部分216b）的波前的相位，例如具有與第一透明工件260a不同的折射率的任何透明材料。在操作中，撞擊破壞性材料條帶248的波前（例如第二焦散部分216b的波前）被阻擋、吸收、反射、散射、折射、衍射、相變或以其他方式改性，以防止此等波前（例如第二焦散部分216b的波前）形成足以形成缺陷272的雷射束焦線213的一部分。

現在參考圖5A所示，在一些具體實施例中，在第一透明工件260a中形成改性軌跡241之步驟包括將輔助雷射束280引導到第一透明工件260a上，使得輔助雷射束280改性第一透明工件260a的至少一部分並進行第一透明工件260a和輔助雷射束280沿著改性線285相對於彼此的平移，從而沿著改性線285改性第一透明工件260a，形成改性軌跡241。應該瞭解到，儘管圖5A示意性地示出了一般性的改性軌跡241，但圖5A繪示的具體實施例可以用於形成包含圖4A的一個或多個改性的折射率區域242或圖4B的改性的表面軌跡244的改性軌跡241。

在一些具體實施例中，輔助雷射束280包括準非衍射光束（諸如雷射束112），其可被引導（例如聚焦）到第一透明工件260a中以形成一個或多個改性的折射率區域242。例如，輔助雷射束280可以形成為雷射束焦線（類似於雷射束焦線113、213），並且被引導到第一透明工件260a中，以經由誘導吸收過程改性第一透明工件260a的折射率，如上面針對雷射束焦線113所述。此外，輔助雷射束280可以包括比主雷射束212更低的雷射功率，以最小化不期望的改變（例如損傷），同時仍然形成圖4A的一個或多個改性的折射率區域242。在一些具體實施例中，主雷射束212和輔助雷射束280可以包括脈衝雷射束，並且每個可以包括不同的脈衝能量。例如，主雷射束212可以包括第一脈衝能量，輔助雷射束280可以包括第二脈衝能量，並且第一脈衝能量可以大於第二脈衝能量。此外，在輔助雷射束280包括脈衝雷射束的具體實施例中，改性軌跡241可以包括複數個改性的折射率區域242，並且相鄰的改性的折射率區域242之間的間隔，可以與相鄰的輪廓170的缺陷272之間的間隔相同，或者可以與相鄰的輪廓170的缺陷272之間的間隔不同。此外，在一些具體實施例中，輔助雷射束280可用於形成改性軌跡241，改性軌跡241包括散射中心，例如延伸到第一透明工件260a中的改性區域，改性區域被配置為散射波前，諸如撞擊散射中心的主雷射束212的第二焦散部分216b的波前。在一些具體實施例中，改性的折射率區域242可以作為散射中心操作，並且在其他具體實施例中，輔助雷射束280可以改性第一透明工件260a以形成散射中心，而不改性第一透明工件260a的折射率。

仍然參考圖5A，在一些具體實施例中，將輔助雷射束280引導到第一透明工件260a上會從第一透明工件260a的第一表面262a燒蝕材料，以形成改性表面軌跡244。在形成圖4B的改性表面軌跡244的一些具體實施例中，輔助雷射束280可以包括連續波雷射束（諸如紅外雷射束），並且在其他具體實施例中，輔助雷射束280可以包括脈衝雷射束（例如本文所述的任何脈衝雷射束），脈衝雷射束具有足夠的雷射功率以燒蝕第一透明工件260a的材料。在一些具體實施例中，燒蝕來自第一透明工件260a的第一表面262a的材料僅使第一表面262a的部分粗糙化，並且在其他具體實施例中，燒蝕來自第一透明工件260a的第一表面262a的材料會形成延伸到第一表面262a中的凹槽。

現在參考圖5B，在一些具體實施例中，改性表面軌跡244可以機械地形成。例如，形成改性表面軌跡244之步驟包括使第一透明工件260a的第一表面262a與機械表面改性元件282接觸，並使第一透明工件260a和機械表面改性元件282沿著改性線285相對於彼此平移，從而沿著改性線285改性第一透明工件260a的第一表面262a，形成改性表面軌跡244。在一些具體實施例中，機械表面改性元件282可包括研磨元件（例如砂輪）、刻劃輪等。在一些具體實施例中，機械表面改性元件282僅使第一表面262a的部分粗糙化，並且在其他具體實施例中，機械表面改性元件282形成延伸到第一表面262a中的凹槽。

現在將參考圖4A至5C的工件堆疊250，描述處理透明工件和透明工件堆疊的方法。儘管本文針對工件堆疊250描述方法，但是應該瞭解到，該等方法適用於單個透明工件或具有各種設置的工件堆疊，諸如額外的透明工件和其他材料層。

現在參考圖4A至5C，處理工件堆疊250（或者單個透明工件）的方法，包括在第一透明工件260a上或其中形成光學改性區域240，隨後在第一透明工件260a中形成包括複數個缺陷272的輪廓270，輪廓270被定位為橫向偏移自光學改性區域240。形成輪廓270之步驟包括將主雷射束212引導到第一透明工件260a上，使得主雷射束212的第一焦散部分216a被引導到第一透明工件260a中，以形成一個或多個缺陷272，而由光學改性區域240（例如改性軌跡241，諸如改性折射率區域或改性表面軌跡244，或破壞性材料條帶248）改性主雷射束212的第二焦散部分216b（例如阻擋、吸收、反射、散射、折射、衍射、相變、或以其他方式改性）。形成輪廓270之步驟還包括使第一透明工件260a和主雷射束212沿著輪廓線265相對於彼此平移並且從光學改性區域240橫向偏移，使得在橫向偏移自光學改性區域240的位置處第一焦散部分216a在第一透明工件260a內部雷射形成缺陷272，而第二焦散部分216b由光學改性區域240改性。

仍然參考圖4A至5C，輪廓270可以從光學改性區域240橫向偏移一偏移距離D_OFF 。儘管不意圖受理論束縛，但是主雷射束212（例如主雷射束212的焦散216）以接近角α撞擊第一透明工件260a的第一表面262a，並且光學改性區域240在第一透明工件260a的第一表面262a下游的一距離D_CUT 處（例如在Z方向上的第一表面262a下方）破壞雷射束焦線213的形成，其中D_OFF =D_CUT tanα。儘管不意圖受理論束縛，但是在光學改性區域240包括改性表面軌跡244或破壞性材料條帶248的具體實施例中，改性表面軌跡244或破壞性材料條帶24沿著第一透明工件260a的第一表面262a的寬度W（在橫向偏移方向上量測），可以控制雷射束焦線213的形成的中斷的長度L（在光束傳播方向上量測），其足以在工件堆疊250中形成缺陷272，其中W=Ltanα。

在一些具體實施例中，工件堆疊250的第一透明工件260a可以在隨後的分離步驟中被進一步作動，以引發透明工件160沿輪廓170的分離，例如上文針對圖1A與1B所述的任何分離步驟。此外，當第一透明工件260a的分離部分之一是廢料部分時，在分離後要報廢的第一透明工件260a的部分中或上形成光學改性區域240可為有利的，特別是在其中光學改性區域240包括改性軌跡241的具體實施例中。

現在參考圖4A、4B、5A和5B，儘管描繪了單個光學改性區域240，但是可以預期多個光學改性區域240。例如，光學改性區域240可以包括第一光學改性區域，並且方法還可以包括在第一透明工件260a中形成第二光學改性區域之步驟。在一些具體實施例中，第二光學改性區域可以定位成橫向偏移自第一光學改性區域，使得第一光學改性區域設置在輪廓270和第二光學改性區域之間。此具體實施例可有助於形成雷射束焦線213，雷射束焦線213具有在Z方向上間隔開的多個段（例如在主雷射束212的光束傳播方向上），從而有助於在工件堆疊250中（例如在第一透明工件260a中、在第二透明工件260b中或在兩者中）形成光柵。在其他具體實施例中，第二光學改性區域可以定位成橫向偏移自輪廓270，使得輪廓270設置在第一光學改性區域和第二光學改性區域之間。在此具體實施例中，第一光學改性區域（例如光學改性區域240）可以破壞主雷射束212的第二焦散部分216b，並且第二光學改性區域可以改性第三焦散部分216c的至少一些波前，進一步限制主雷射束212的波前在工件堆疊的某些部分中（例如在圖4A和4B所示的範例中的第二透明工件260b中）產生誘導吸收。

現在參考圖4A、4B、5A和5B所示，在一些具體實施例中，光學改性區域240包括形成在第一透明工件260a中的改性軌跡241。在一些具體實施例中，如圖5A所示，在第一透明工件260a中形成改性軌跡241之步驟包括將輔助雷射束280引導到第一透明工件260a上並使第一透明工件260a和輔助雷射束280（並且在一些具體實施例中是工件堆疊250和輔助雷射束280）沿著改性線285相對於彼此平移，從而沿著改性線285改性第一透明工件260a，形成改性軌跡241。如上所述，輔助雷射束280可以形成改性折射率區域242（圖4A）或改性表面軌跡244（圖4B）。在一些具體實施例中，如圖5B所示，在第一透明工件260a中形成改性軌跡241之步驟包括使第一透明工件260a的第一表面262a與機械表面改性元件282接觸，並使第一透明工件260a和機械表面改性元件282沿著改性線285相對於彼此平移，以對第一透明工件260a的第一表面262a沿著改性線285進行研磨、刻劃、粗糙化或以其他方式改性，從而形成改性表面軌跡244。

現在參考圖4C和5C，在一些具體實施例中，光學改性區域240包括破壞性材料條帶248，且形成光學改性區域240之步驟可以包括將破壞性材料條帶248沉積在第一透明工件260a的第一表面262a上。

現在參考圖6A和6B，示出了示例性透明工件360（圖6A）的圖像和透明工件360（圖6B）的示意圖。光學改性區域340設置在透明工件360的第一表面362中。此外，透明工件360包括改變的材料部分305和未改變的材料部分304。藉由在第一位置301或第二位置302中的一個處，將雷射束引導到透明工件中，並且將雷射束從第一位置301或第二位置302中的一個掃描到第一位置301和第二位置302中的另一個，來形成改變的材料部分305。然而，在此掃描期間，光學改性區域340改性雷射束的一部分，並防止雷射束改變透明工件360的一部分，以形成未改變的材料部分304。

在圖5A至5C的具體實施例中，輪廓線265平行於改性線285並偏移自改性線285。圖6A和6B的不同之處，在於圖6A和6B中，輪廓線從左到右延伸，垂直於改性線，改性線垂直於頁面。圖6A和6B的具體實施例並非設計為實現沿輪廓具有均勻D_cut 的輪廓，而是為了說明D_cut 對D_off 的相依性。例如，當D_off 從D_off1 增加到D_off2 時，D_cut 從D_cut1 增加到D_cut2 。因此，例如參考圖5A，使用與圖6A和6B相同的雷射器和光學改性區域，可以藉由設置在D_off1 處輪廓線265和改性線285之間的距離，來實現沿著輪廓均勻地延伸到第一透明工件260a中D_cut1 的輪廓，並且可以藉由設置在D_off2 處輪廓線265和改性線285之間的距離，來實現沿著輪廓均勻地延伸到第一透明工件260a中D_cut2 的輪廓。

鑑於前面的描述，應該理解，可以藉由改變用於形成缺陷輪廓的雷射束的焦散部分的波前，來增強透明工件和工件堆疊的成形和選擇性雷射處理，例如藉由使用定位為橫向偏移自輪廓的光學改性區域（例如改性軌跡和/或破壞性材料層）。光學改性區域可以改性雷射束的一個或多個焦散部分的波前，以選擇性地防止在透明工件或工件堆疊的部分中形成缺陷。例如，改性雷射束的焦散部分的波前，允許工件堆疊的第一透明工件被雷射處理和分離，而不會損傷工件堆疊的第二透明工件。此外，本文描述的方法，有助於在無需感測器、快速移位聚焦光學元件或其他多餘設備的情況下進行選擇性雷射處理。

本文所使用的用詞「約」，表示數量、尺寸、配方、參數、和其他數量和特性不是並且不必是精確的，但可根據所需而為近似的及（或）更大或更小的、反映公差、轉換因素、四捨五入、量測誤差等等、以及本領域技術人員已知的其他因素。當用詞「約」用於描述範圍的值或端點時，包括所提及的特定的值或端點。不論說明書中的範圍的數值或端點是否記載了「約」，都說明了兩個具體實施例：一個由「約」修飾，一個不由「約」修飾。將進一步瞭解的是，每個範圍的端點對於另一個端點都是重要的，並且獨立於另一個端點。

本文所使用的方向性用詞，例如上、下、右、左、前、後、頂、底，僅為參照所繪製的圖式，且不意為隱含絕對定向。

除非另外明確說明，否則本文所闡述的任何方法都不應被解譯為要求其步驟被由特定次序執行，亦非需要任何設備特定的定向。因此，若方法請求項實際上沒有記載其步驟要遵循的次序，或者任何設備請求項並未實際記載對於個別部件的次序或定向，或者在請求項或說明書中沒有明確說明步驟被限制為特定次序，或並未記載設備部件的特定次序或定向，則並未意圖在任何方面推斷出次序或定向。這適用於任何可能的非明確的解釋基礎，包括：有關設置步驟、操作流程、部件次序、部件定向的邏輯問題；從語法組織或標點符號導出的平凡含義；以及說明書中描述的具體實施例的數量或類型。

本文所使用的單數形式「一(a)」、「一(an)」以及「該」，包含複數的參照物，除非背景內容清楚表示並非如此。因此，例如，對於「一」部件的參照，包含具有兩個或更多個此種部件的態樣，除非背景內容清楚表示並非如此。

在本發明技術領域中具有通常知識者將顯然瞭解到，可對本文所說明的具體實施例進行各種改性與變異，而不脫離所請技術主題的精神與範圍。因此，說明書意為涵蓋本文所說明的各種具體實施例的改性與變異，只要此種改性與變異位於附加申請專利範圍及其均等範圍之內。

101‧‧‧平移方向 111‧‧‧光束路徑 112‧‧‧雷射束 113‧‧‧雷射束焦線 114‧‧‧束斑 115‧‧‧衝擊位置 120‧‧‧非球面光學元件 122‧‧‧軸稜鏡 124‧‧‧雷射輸入表面 125‧‧‧中心軸 126‧‧‧雷射輸出表面 130‧‧‧第一透鏡 132‧‧‧第二透鏡 134‧‧‧準直空間 160‧‧‧透明工件 162‧‧‧第一表面 164‧‧‧第二表面 165‧‧‧輪廓線 170‧‧‧輪廓 172‧‧‧缺陷 190‧‧‧平移台 212‧‧‧主雷射束 213‧‧‧雷射束焦線 216‧‧‧焦散 216a‧‧‧第一焦散部分 216b‧‧‧第二焦散部分 216c‧‧‧第三焦散部分 240‧‧‧光學改性區域 241‧‧‧改性軌跡 242‧‧‧經改性的折射率區域 244‧‧‧經改性的表面軌跡 248‧‧‧破壞性材料條帶 250‧‧‧工件堆疊 260a‧‧‧第一透明工件 260b‧‧‧第二透明工件 262a‧‧‧第一表面 262b‧‧‧第一表面 264a‧‧‧第二表面 264b‧‧‧第二表面 265‧‧‧輪廓線 270‧‧‧輪廓 272‧‧‧缺陷 280‧‧‧輔助雷射束 282‧‧‧機械表面改性元件 285‧‧‧改性線 301‧‧‧第一位置 302‧‧‧第二位置 304‧‧‧未改變的材料部分 305‧‧‧改變的材料部分 340‧‧‧光學改性區域 360‧‧‧透明工件 362‧‧‧第一表面 500‧‧‧脈衝串 500A‧‧‧子脈衝

附圖中闡述的具體實施例本質上是說明性和示例性的，並不意欲限制由申請專利範圍限定的技術主題。當結合以下附圖閱讀時，可以理解下文對於說明性具體實施例的實施方式，其中類似的結構用類似的附圖標記表示，並且在附圖中：

圖1A示意性地描繪了根據本文描述的一個或多個具體實施例的透明工件中的缺陷輪廓的形成；

圖1B示意性地描繪了根據本文描述的一個或多個具體實施例的在處理透明工件期間雷射束焦線的定位；

圖2示意性地示出了根據本文描述的一個或多個具體實施例的用於雷射處理的光學組件；

圖3A圖示了根據本文描述的一個或多個具體實施例的示例性脈衝串內的雷射脈衝相對於時間的相對強度；

圖3B圖示了根據本文描述的一個或多個具體實施例的另一示例性脈衝串內的雷射脈衝相對於時間的相對強度；

圖4A示意性地描繪了根據本文描述的一個或多個具體實施例的使用主雷射束和包括改性軌跡的光學改性區域在工件堆疊中選擇性地形成缺陷；

圖4B示意性地描繪了根據本文描述的一個或多個具體實施例的使用主雷射束和包括另一改性軌跡的光學改性區域在工件堆疊中選擇性地形成缺陷；

圖4C示意性地描繪了根據本文描述的一個或多個具體實施例的使用主雷射束和包括破壞性材料條帶的光學改性區域在工件堆疊中選擇性地形成缺陷；

圖5A示意性地描繪了根據本文所示和所述的一個或多個具體實施例的圖4A和4B的改性軌跡的雷射形成；

圖5B示意性地描繪了根據本文所示和所述的一個或多個具體實施例的圖4A和4B的改性軌跡的機械形成；

圖5C示意性地描繪了根據本文所示和所述的一個或多個具體實施例的設置在工件堆疊上的破壞性材料條帶；

圖6A是根據本文所示和所述的一個或多個具體實施例的具有光學改性區域的透明工件的圖像；和

圖6B是根據本文所示和所述的一個或多個具體實施例的圖6A的透明工件的示意圖。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

212‧‧‧主雷射束

213‧‧‧雷射束焦線

216‧‧‧焦散

216a‧‧‧第一焦散部分

216b‧‧‧第二焦散部分

216c‧‧‧第三焦散部分

240‧‧‧光學改性區域

241‧‧‧改性軌跡

242‧‧‧經改性的折射率區域

250‧‧‧工件堆疊

260a‧‧‧第一透明工件

260b‧‧‧第二透明工件

262a‧‧‧第一表面

262b‧‧‧第一表面

264a‧‧‧第二表面

264b‧‧‧第二表面

270‧‧‧輪廓

272‧‧‧缺陷

Claims (10)

1. 一種處理一透明工件(160,260,360)的方法，該方法包括以下步驟：在一透明工件(160,260,360)中或該透明工件(160,260,360)上形成一光學改性區域(240,340)；和在該透明工件(160,260,360)中形成一輪廓(170,270)，該輪廓(170,270)包括在定位為橫向偏移自該光學改性區域(240,340)的該透明工件(160,260,360)中的複數個缺陷(172,272)，其中形成該輪廓(170,270)的步驟包含以下步驟：將一主雷射束(212)引導到該透明工件(160,260,360)上，該主雷射束(212)包括沿著一光束路徑(111)定向的一準非衍射光束，使得：該主雷射束(212)的一第一焦散部分(216a)被引導到該透明工件(160,260,360)中，從而在該透明工件(160,260,360)內產生一誘導吸收，該誘導吸收在該透明工件(160,260,360)內產生一缺陷(172,272)，該缺陷(172,272)的至少一部分在該光學改性區域(240,340)的至少一部分下方延伸；和藉由該光學改性區域(240,340)改性該主雷 射束(212)的一第二焦散部分(216b)；其中該準非衍射光束包括：一波長λ；一光斑尺寸w_o；和一橫截面，該橫截面包括一瑞利範圍Z_R，該瑞利範圍Z_R大於F D

   

   ，其中F_D是包含10或更大的值的一無量綱發散因子；和使該透明工件(160,260,360)和該主雷射束(212)沿一輪廓線(165,265)相對於彼此平移並橫向偏移自該光學改性區域(240,340)。
2. 如請求項1所述的方法，其中該光學改性區域(240,340)包括形成在該透明工件(160,260,360)中的一改性軌跡(241)。
3. 如請求項2所述的方法，其中在該透明工件(160,260,360)中形成該改性軌跡(241)包括以下步驟：將一輔助雷射束(280)引導到該透明工件(160,260,360)上，使得該輔助雷射束(280)改性該透明工件(160,260,360)的至少一部分；和將該透明工件(160,260,360)和該輔助雷射束(280)沿著一改性線(285)相對於彼此平移，從而沿著該改性線(285)改性該透明工件 (160,260,360)，形成該改性軌跡(241)。
4. 如請求項3所述之方法，其中：該輔助雷射束(280)和該主雷射束(212)均包括一脈衝雷射束；該主雷射束(212)包括一第一脈衝能量，且該輔助雷射束(280)包括一第二脈衝能量；和該第一脈衝能量大於該第二脈衝能量。
5. 如請求項3所述的方法，其中將該輔助雷射束(280)引導到該透明工件(160,260,360)上會從該透明工件(160,260,360)的一第一表面(162,262,362)燒蝕材料。
6. 如請求項2所述的方法，其中在該透明工件(160,260,360)中形成該改性軌跡(241)包括以下步驟：使該透明工件(160,260,360)的一第一表面(162,262,362)與一機械表面改性元件(282)接觸；和將該透明工件(160,260,360)和該機械表面改性元件(282)沿著一改性線(285)相對於彼此平移，從而沿著該改性線(285)改性該透明工件(160,260,360)的該第一表面(162,262,362)形成該改性軌跡(241)。
7. 如請求項1所述的方法，其中該光學改性區域(240,340)包括沉積在該透明工件(160,260,360)的一第一表面(162,262,362)上的一破壞性材料條帶(248)。
8. 如請求項1至7中任一項所述的方法，其中：該光學改性區域(240,340)包括一第一光學改性區域，並且該方法還包括以下步驟：在該透明工件(160,260,360)上或其中形成一第二光學改性區域；和該第二光學改性區域被定位為橫向偏移自該第一光學改性區域，使得該第一光學改性區域設置在該輪廓線(165,265)和該第二光學改性區域之間，或使得該輪廓線(165,265)設置在該第一光學改性區域和該第二光學改性區域之間。
9. 如請求項8所述之方法，其中：該主雷射束(212)以一接近角α照射該透明工件(160,260,360)的一第一表面(162,262,362)；該光學改性區域(240,340)從該輪廓線(165,265)橫向偏移一偏移距離D_OFF；和該光學改性區域(240,340)在該透明工件(160,260,360)的該第一表面(162,262,362)下游的一距離D_CUT處破壞一雷射束焦線(113,213) 的形成，其中D_OFF=D_CUTtanα。
10. 如請求項8所述之方法，其中：該主雷射束(212)沿著該光束路徑(111)被引導通過一個或多個透鏡，使得該主雷射束(212)的該第一焦散部分(216a)被引導到該透明工件(160,260,360)中並且在該透明工件(160,260,360)內形成一雷射束焦線(113,213)；該雷射束焦線(113,213)在該透明工件(160,260,360)內產生該誘導吸收，該誘導吸收在該透明工件(160,260,360)內產生該等缺陷(172,272)；該一個或多個透鏡中的至少一個包括一非球面光學元件(120)；該無量綱發散因子F_D包括10至2000的一值；相鄰缺陷(172,272)之間的一間距為50μm或更小；和該主雷射束(212)包括由一光束源(110)輸出的一脈衝雷射束，該脈衝雷射束產生包括每脈衝串2個子脈衝或更多脈衝的脈衝串。

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