相關(guān)申請的交叉引用

本申請根據(jù)35u.s.c.§119要求于2014年7月14日提交的美國臨時申請?zhí)?2/024122的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該臨時申請的內(nèi)容被用作依據(jù)并且通過引用以其全部內(nèi)容結(jié)合在此。

背景技術(shù)：

近年來，精密微機械加工及其為了滿足顧客需求以減小尖端設備的尺寸、重量和材料成本的工藝開發(fā)的改進已經(jīng)引起在用于觸摸屏、平板電腦、智能手機和電視的平板顯示器的高科技產(chǎn)業(yè)的快步伐增長。超快工業(yè)激光器正在變成用于需要高精度微加工的應用的重要工具。

存在各種已知的方式來切割玻璃。在常規(guī)的激光玻璃切割工藝中，玻璃的分離依賴于激光劃線或穿孔，接著用機械力或熱應力誘發(fā)的裂紋擴展分離。幾乎所有目前的激光切割技術(shù)表現(xiàn)出一個或多個缺點。例如，通過采用高斯激光束的激光工藝進行的玻璃切割需要大量的脈沖以便在玻璃基板內(nèi)產(chǎn)生由于激光束的緊密焦點而引起的所期望的缺陷線。這種激光切割工藝可能是費時的并且因此限制產(chǎn)出。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在此公開的實施例涉及出于鉆孔、切割、分離、穿孔、或以其他方式加工材料的目的在透明材料(玻璃、藍寶石等)中產(chǎn)生小(幾微米和更小)“孔”的方法和系統(tǒng)。更具體地，超短(即從10^-10至10^-15秒)脈沖激光束(波長，如1064、532、355或266納米)被聚焦至具有高于在透明材料的表面處或在透明材料內(nèi)的焦點的區(qū)域中產(chǎn)生缺陷所需的閾值的能量密度的線狀焦點。根據(jù)透明材料的類型和厚度調(diào)節(jié)所述線狀焦點的長度和直徑。通過重復該過程，可以產(chǎn)生沿預定路徑對齊的一系列激光誘導缺陷。通過間隔開充分靠近在一起的激光誘導特征，可以產(chǎn)生在透明材料內(nèi)的機械薄弱的受控區(qū)域并且所述透明材料可以沿著由一系列激光誘導缺陷限定的路徑精確地斷裂或分離(立即、或稍后利用附加機械或熱分離步驟)。在高內(nèi)部應力材料(諸如化學強化玻璃)的情況下，所述材料可以沿著由激光誘導缺陷限定的路徑立即斷裂和分離。在低應力材料(諸如針對tft(薄膜晶體管)顯示器應用而制作的玻璃)的情況下，可能需要附加的分離步驟。因此，(多個)超短、線狀焦點激光脈沖可以任選地跟隨著二氧化碳(co2)激光或其他熱應力源以例如實現(xiàn)透明材料或部分與基板的完全自動化分離。

在一個實施例中，一種用于加工透明材料的系統(tǒng)包括可操作用于發(fā)射脈沖激光束的激光源、以及布置在所述脈沖激光束的光學路徑內(nèi)的光學組件。所述光學組件被配置成用于將所述脈沖激光束轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂锌烧{(diào)長度和可調(diào)直徑的激光束焦線。所述激光束焦線的至少一部分可操作用于被定位在所述透明材料的塊內(nèi)，從而使得所述激光束焦線在所述透明材料內(nèi)生成誘導多光子吸收。所述誘導多光子吸收沿著所述激光束焦線在所述透明材料內(nèi)產(chǎn)生材料改性。

在另一實施例中，一種加工透明材料的方法包括：聚焦脈沖激光束以便沿著光束傳播方向形成激光束焦線，其中，所述激光束焦線具有長度和直徑。所述方法進一步包括：調(diào)節(jié)所述激光束焦線的所述長度和所述激光束焦線的所述直徑中的至少一項；以及將所述激光束焦線引導進入所述透明材料中，從而使得所述激光束焦線的至少一部分在所述材料的塊內(nèi)。所述激光束焦線在所述透明材料內(nèi)產(chǎn)生誘導多光子吸收。所述誘導多光子吸收沿著所述激光束焦線在所述材料內(nèi)產(chǎn)生材料改性。

附圖說明

前述內(nèi)容將從以下示例實施例的更具體描述中而變得清楚，如在附圖中示出的，其中貫穿不同視圖相似的參考符號指代相同的部分。這些附圖并不必須是按比例的，而是將重點放在展示代表性實施例上。

圖1是三個層的堆疊的示意性圖示：面向激光能量的薄材料a、改性的界面、和厚材料b，該改性的界面中斷激光能量免于與該改性的界面的遠離激光束的一側(cè)上的堆疊的部分相互作用；

圖2a和圖2b是激光束焦線的定位的示意性圖示，即，由于沿焦線的誘導吸收激光加工對激光波長透明的材料；

圖3a是用于激光加工的光學組件的示意性圖示；

圖3b-1、圖3b-2、圖3b-3和圖3b-4展示了通過相對于基板在透明材料內(nèi)的不同位置處形成激光束焦線來加工基板的各種可能性。

圖4是用于激光加工的第二光學組件的示意性圖示；

圖5a和圖5b是用于激光加工的第三光學組件的示意性圖示；

圖6a是用于激光加工的第四光學組件的示意性圖示；

圖6b是用于激光加工的軸錐鏡的示意性圖示；

圖6c是用于激光加工的第五光學組件的示意性圖示；

圖6d是用于激光加工的第六光學組件的示意性圖示；

圖6e是用于激光加工的第七光學組件的示意性圖示；

圖6f是用于激光加工的第八光學組件的示意性圖示；

圖6g是用于激光加工的第九光學組件的示意性圖示；

圖7是根據(jù)皮秒激光的時間的激光發(fā)射的簡圖。每個發(fā)射特征在于可以包含一個或多個次脈沖的脈沖“脈沖串”。脈沖串的頻率是激光的重復率，通常大約為100khz(10微秒)。次脈沖之間的時間更短，例如大約為20納秒(nsec)；

圖8是入射到玻璃-空氣-玻璃復合結(jié)構(gòu)上的聚焦高斯(gaussian)光束與貝塞爾(bessel)光束之間的比較；

圖9是堆疊有透明保護層以切割多個板同時減小磨損或污染的示意性圖示；

圖10是封裝設備的空氣間隙和切割的示意性圖示；

圖11是用激光穿孔然后蝕刻或激光穿孔并且co2激光釋放來切割中介層(interposer)或窗口的示意性圖示；

圖12是切割物品如涂覆有透明導電層(例如氧化銦錫(ito))的電致變色玻璃的示意性圖示；以及

圖13是堆疊中的一些層的精密切割而不損傷其他層的示意性圖示。

具體實施方式

在此描述的實施例涉及用于在透明材料中或穿過透明材料光學地產(chǎn)生高精度切割的方法和系統(tǒng)。來自切割工藝的表面下?lián)p傷可以被限制為60微米的深度或小，并且切割可以僅產(chǎn)生少量碎屑。用根據(jù)本公開的激光切割透明材料還可以在此被稱為鉆孔或激光鉆孔或激光加工。當在此波長下的吸收是每毫米的材料深度小于約10％，優(yōu)選小于約1％時，材料對于激光波長是基本上透明的。

通常，激光束被變換成定位在材料(諸如玻璃)的塊內(nèi)的激光束焦線以便在所述材料內(nèi)產(chǎn)生缺陷線。然后可以沿著這些缺陷線分離所述材料。激光束焦線還可以用于在材料中制備孔，諸如在半導體設備組件的中介層中的孔。在此描述了用于調(diào)節(jié)激光線狀焦點的長度和直徑的系統(tǒng)和方法。可以根據(jù)不同類型的材料以及不同厚度的材料來調(diào)節(jié)激光線狀焦點的長度和/或直徑。

根據(jù)以下描述的方法，在單次通過(pass)中，激光可以用于穿過材料產(chǎn)生高度受控的全線穿孔，具有極小(<75μm，常常<50μm)表面下?lián)p傷和碎屑產(chǎn)生。這與用于燒蝕材料的光點聚焦激光的典型使用相反，其中多個通路經(jīng)常必須完全地穿透玻璃厚度，大量碎片從燒蝕過程形成，并且更廣泛的表面下的損傷(>100μm)和邊緣碎裂發(fā)生。

因此，有可能使用單個高能量脈沖串脈沖在透明材料中產(chǎn)生微觀(即直徑<0.5μm且>100nm)的細長的“孔”(亦被稱為穿孔或缺陷線)。根據(jù)在此描述的示例性實施例，典型的穿孔將具有：>100nm且小于5微米(例如0.2微米到2微米、0.2微米到1微米或其之間)的直徑；以及50微米或更大(例如，0.1mm到100mm、150微米到2mm、或150微米到5mm、或150微米到10mm)的長度。這些穿孔、缺陷區(qū)、損傷軌跡或缺陷線總體上相隔從1微米至25微米，在一些實施例中相隔1微米-15微米(例如，2微米-12微米、5微米-10微米)，但是在一些實施例中相隔15微米-25微米。這些單獨的穿孔能夠以數(shù)百千赫茲(例如，每秒數(shù)十萬個穿孔)的速率產(chǎn)生。因此，在具有在源與材料之間的相對運動下，這些穿孔可以彼此相鄰放置(如所希望的，空間間隔從亞微米至數(shù)微米變化)。選擇這種空間間隔以便有利于切割。在一些實施例中，所述缺陷線是“通孔”，其是從透明材料的頂部至底部延伸的孔或開放通道。在一些實施例中，所述缺陷線可以不是連續(xù)通道，并且可以由固體材料(流入，玻璃)的多個部分或多個區(qū)段阻擋或部分阻擋。如在此限定的，缺陷線的內(nèi)徑是開放通道或空氣孔的內(nèi)徑。例如，在此描述的實施例中，缺陷線的內(nèi)徑<500nm，例如≤400nm、或≤300nm。在此處公開的實施例中圍繞孔的材料的中斷的或改性的區(qū)域(例如，壓實的、熔融的、或以其他方式改變的)，優(yōu)選具有<50μm的直徑(例如，<10μm)。

透明材料的堆疊的微機械加工和選擇性切割是用通過選擇適當?shù)募す庠春筒ㄩL連同光束傳遞光學器件，以及光束中斷元件在希望的層的邊界處的布置來精確控制切割深度而完成的。該光束中斷元件可以是材料層或界面。該光束中斷元件在此可以被稱為激光束中斷元件、中斷元件或類似物。該光束中斷元件的實施例在此可以被稱為光束中斷層、激光束中斷層、中斷層、光束中斷界面、激光束中斷界面、中斷界面、或類似物。

該光束中斷元件反射、吸收、散射、散焦或以其他方式干涉入射激光束以抑制或防止激光束損傷或以其他方式改性堆疊中下面的層。在一個實施例中，該光束中斷元件位于其中將發(fā)生激光鉆孔的透明材料層的下面。如在此使用的，當該光束中斷元件的安置是使得激光束在遇到該光束中斷元件之前必須穿過透明材料時，該光束中斷元件位于透明材料的下面。該光束中斷元件可以位于透明層的下面并且與該透明層直接鄰近，在該透明層中將發(fā)生激光鉆孔。堆疊材料可以通過插入層或改性該界面以高選擇性進行微機械加工或切割，使得在堆疊的不同層之間存在光學特性的對比。通過使堆疊中的材料之間的界面在感興趣的激光波長下更加反射、吸收、和/或散射，切割可以被限制于堆疊的一個部分或一個層。

選擇激光的波長，使得待激光加工(鉆孔、切割、燒蝕、損傷或通過激光以其他方式明顯改性)的堆疊內(nèi)的材料對于該激光波長是透明的。在一個實施例中，待通過激光加工的材料對于該激光波長是透明的，如果它吸收每mm厚度的該材料小于10％的該激光波長的強度。在另一個實施例中，待通過激光加工的材料對于該激光波長是透明的，如果它吸收每mm厚度的該材料小于5％的該激光波長的強度。在還另一個實施例中，待通過激光加工的材料對于該激光波長是透明的，如果它吸收每mm厚度的該材料小于2％的該激光波長的強度。在又另一個實施例中，待通過激光加工的材料對于該激光波長是透明的，如果它吸收每mm厚度的該材料小于1％的該激光波長的強度。

激光源的選擇是進一步基于在透明材料中誘導多光子吸收(mpa)的能力。mpa是相同或不同頻率的多個光子的同時吸收以將材料從較低能態(tài)(通常是基態(tài))激發(fā)至較高能態(tài)(激發(fā)態(tài))。激發(fā)態(tài)可以是激發(fā)電子態(tài)或電離態(tài)。材料的較高與較低的能態(tài)之間的能量差等于該兩個或更多個光子的能量的總和。mpa是非線性過程，其比線性吸收弱若干個數(shù)量級。在雙光子吸收的情況下，它與線性吸收的不同之處在于吸收的強度取決于光強度的平方，從而使其成為非線性光學過程。在普通的光強度下，mpa是可忽略不計的。如果光強度(能量密度)非常高，如在激光源(特別是脈沖激光源)的焦點的區(qū)域中，mpa變得明顯并且在其中光源的能量密度足夠高的區(qū)域內(nèi)導致材料中的可測量的效應。在焦點區(qū)域內(nèi)，能量密度可以為足夠高以導致電離、分子鍵的斷裂、以及材料的汽化。

在原子能級上，單個原子的電離具有離散的能量需要。在玻璃中常用的幾種元素(例如，si、na、k)具有相對低的電離能(約5ev)。沒有mpa現(xiàn)象的情況下，將需要約248nm的波長以產(chǎn)生在約5ev下的線性電離。具有mpa的情況下，由約5ev的能量分開的態(tài)之間的電離或激發(fā)可以用長于248nm的波長完成。例如，具有532nm的波長的光子具有約2.33ev的能量，所以兩個具有波長532nm的光子可以例如在雙光子吸收(tpa)中誘發(fā)由約4.66ev的能量分開的態(tài)之間的躍遷。

因此，在其中激光束的能量密度足夠高以誘導具有例如一半所需激發(fā)能量的激光波長的非線性tpa的材料的區(qū)域中，原子和鍵可以被選擇性地激發(fā)或電離。mpa可以導致激發(fā)的原子或鍵與相鄰的原子或鍵的局部重構(gòu)和分離。得到的鍵或構(gòu)型的改性可以導致非熱燒蝕以及從其中發(fā)生mpa的材料區(qū)域中去除物質(zhì)。這種物質(zhì)的去除產(chǎn)生機械地削弱該材料的結(jié)構(gòu)缺陷(例如，缺陷線或“穿孔”)并使其在施加機械或熱應力時更容易破裂或斷裂。通過控制穿孔的位置，破裂發(fā)生所沿著的輪廓或路徑可以被精確地限定并且可以完成材料的精確微機械加工。由一系列的穿孔限定的輪廓可以被視為斷裂線(faultline)并且對應于材料的結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域。在一個實施例中，微機械加工包括從由激光加工的材料中分離一部分，其中該部分具有通過由激光誘導的mpa作用形成的穿孔的閉合輪廓決定的精確限定的形狀或外周。如在此使用的，術(shù)語閉合輪廓是指由激光線形成的穿孔路徑，其中該路徑在一些位置與自身相交。內(nèi)部輪廓是其中得到的形狀完全由材料的外部部分圍繞形成的路徑。

可利用在時間上更靠近在一起的單個高能量短持續(xù)時間脈沖“脈沖串”來完成穿孔。激光脈沖持續(xù)時間可以是10^-10s或更小、或10^-11s或更小、或10^-12s或更小、或10^-13s或更小。可以以高重復率(例如，khz或mhz)來重復這些“脈沖串”。這些穿孔可以通過控制激光器和/或基板或堆疊的運動控制基板或堆疊相對于激光器的速度來間隔開并且精確定位。

作為示例，在暴露于100khz的一系列脈沖的以200毫米/秒移動的薄透明基板中，單獨脈沖將被間隔開2微米以產(chǎn)生一系列分隔開2微米的穿孔。此缺陷(穿孔)間隔足夠接近以允許沿著由該系列的穿孔限定的輪廓的機械或熱分離。

熱分離：

在一些情況下，沿著由一系列穿孔或缺陷線限定的輪廓產(chǎn)生的斷裂線不足以自發(fā)地分離該部分，并且第二步驟可能是必要的。如果希望的話，則例如可以使用第二激光產(chǎn)生熱應力以分離它。在藍寶石的情況下，可以實現(xiàn)分離，在產(chǎn)生斷裂線后，通過施加機械力或通過利用熱源(例如，紅外線激光，例如co2激光或co激光)產(chǎn)生熱應力并迫使一部分從基板分離。任選的熱分離可以是例如用散焦co2激光連續(xù)波(cw)激光實現(xiàn)，該散焦co2光連續(xù)波激光在10.6μm發(fā)射并且具有通過控制其占空比調(diào)節(jié)的功率。焦點變化(即，散焦達到的程度并且包括聚焦光斑尺寸)用于通過改變光斑尺寸來改變誘導的熱應力。散焦激光束包括產(chǎn)生大于在激光波長尺寸數(shù)量級下的最小衍射極限的光斑尺寸的光斑尺寸的那些激光束。例如，大約7mm、2mm、和20mm的光斑尺寸可以用于co2激光，例如，其為10.6μm的發(fā)射波長更小。在一些實施例中，例如，沿著斷裂線110方向的相鄰缺陷線120之間的距離可以是大于0.5μm且小于或等于約15μm或20μm。另一種選擇是使co2激光只啟動分離并且然后手動完成分離，即通過施加機械力以便沿著激光穿孔的輪廓分離所述部分。

蝕刻：

例如，可以使用酸蝕刻，以分離具有例如玻璃層的工件。為了將孔放大至用于金屬填充和電連接的尺寸，可對多個部分進行酸蝕刻。在一個實施例中，例如，所使用的酸可以是按體積計10％hf/15％hno3。例如，可在24℃-25℃的溫度下對所述部分蝕刻53分鐘以便移除大約100μm的材料。所述部分可以浸沒在此酸浴中，并且在40khz和80khz頻率的組合下的超聲攪拌可用于促進在這些孔中的流體的滲透和流體交換。此外，可以進行在超聲場內(nèi)的該部分的人工攪拌以防止來自超聲場的駐波圖在該部分上產(chǎn)生“熱點”或空穴相關(guān)的損傷。該酸組合物和蝕刻速率可以有意地設計成緩慢蝕刻該部分-例如僅1.9μm/分鐘的材料去除速率。例如，小于約2μm/分鐘的蝕刻速率允許酸充分滲透窄孔并且攪拌允許交換新鮮流體并從初始地非常窄的孔中去除溶解的材料。

在圖1中示出的實施例中，在多層堆疊中的切割深度的精確控制是通過包含光束中斷界面(標記為“改性的界面”)實現(xiàn)的。該光束中斷界面防止激光輻射與超出中斷界面的位置的多層堆疊的部分相互作用。雖然實施例在此被示出和描述為利用多層堆疊，但是應當理解的是，實施例不限于此。使用在此描述的激光束線狀焦點屬性的激光切割工藝可以應用于單個材料層，諸如玻璃基板。

在一個實施例中，該光束中斷元件被定位在堆疊的層的直接下方，在該層中將發(fā)生經(jīng)由雙光子吸收的改性。圖1中示出了這種構(gòu)型，其中，該光束中斷元件是在材料a直接下方定位的改性的界面并且材料a是其中將發(fā)生通過在此描述的雙光子吸收機制形成穿孔的材料。如在此使用的，提及在另一位置下方或低于另一位置的位置假定頂部或最上面的位置是多層堆疊的表面，激光束首先入射在該表面上。在圖1中，例如，材料a的最接近激光源的表面是頂表面并且光束中斷元件在材料a下方的放置意味著激光束在與光束中斷元件相互作用之前穿過材料a。

該中斷元件具有與待切割的材料不同的光學特性。例如，該光束中斷元件可以是散焦元件、散射元件、半透明元件、或反射元件。該散焦元件是包含防止激光在該散焦元件上或下方形成激光束焦線的材料的界面或?qū)印Ｔ撋⒔乖梢杂删哂猩⑸浠驍_亂光束的波前的折射率不均勻性的材料或界面構(gòu)成。半透明元件是材料的界面或?qū)樱湓试S光通過，但僅在散射或衰減激光束以充分降低能量密度來防止在半透明元件的遠離激光束的一側(cè)的堆疊的部分中形成激光束焦線之后。在一個實施例中，該半透明元件實現(xiàn)至少10％的激光束光線的散射或偏移。

更具體地，可以采用中斷元件的反射性、吸收性、散焦、衰減、和/或散射以產(chǎn)生對激光輻射的屏障或障礙。該激光束中斷元件可以通過若干手段產(chǎn)生。如果整個堆疊系統(tǒng)的光學特性不是重要的，那么可以在該堆疊的希望的兩個層之間沉積一個或多個薄膜作為一個或多個光束中斷層，其中該一個或多個薄膜比在它直接上方的層吸收、散射、散焦、衰減、反射、和/或消散更多的激光輻射以保護在(多個)薄膜下方的層免于從激光源接收過多的能量密度。如果整個堆疊系統(tǒng)的光學特性的確重要，則該光束中斷元件可以作為陷波濾波器實現(xiàn)。這可以通過幾種方法來完成：

a)在該中斷層或界面處產(chǎn)生結(jié)構(gòu)(例如，經(jīng)由薄膜生長、薄膜圖案化、或表面圖案化)，從而使得在特定波長或波長范圍下發(fā)生入射激光輻射的衍射；

b)在該中斷層或界面處產(chǎn)生結(jié)構(gòu)(例如，經(jīng)由薄膜生長、薄膜圖案化、或表面圖案化)，使得發(fā)生入射激光輻射的散射(例如，紋理化的表面)；

c)在該中斷層或界面處產(chǎn)生結(jié)構(gòu)(例如，經(jīng)由薄膜生長、薄膜圖案化、或表面圖案化)，使得發(fā)生激光輻射的衰減相移；以及

d)在該中斷層或界面處經(jīng)由薄膜堆疊產(chǎn)生分布式布拉格反射器以僅反射激光輻射。

沒有必要的是，由該中斷元件的激光束的吸收、反射散射、衰減、散焦等是完全的。該中斷元件在使用時對激光束的影響應當足以將聚焦激光束的能量密度或強度降低至低于用于由該中斷元件保護(在該光束中斷元件下面)的堆疊的層的切割、燒蝕、穿孔等所要求的閾值的水平。在一個實施例中，該中斷元件將聚焦激光束的能量密度或強度降低至低于誘導雙光子吸收所需要的閾值的水平。該中斷層或中斷界面可以被配置成用于吸收、反射、或散射激光束，其中，該吸收、反射、或散射足以將傳遞至載體(或其他下面的層)的激光束的能量密度或強度降低至低于誘導載體層或下面的層中的非線性吸收所需要的水平的水平。

轉(zhuǎn)向圖2a和圖2b，激光鉆孔材料的方法包括沿著脈沖激光束2傳播方向查看，使該光束聚焦成激光束焦線2b。激光束焦線2b為高能量密度的區(qū)域。如圖3所示，激光器3(未示出)發(fā)射激光束2，該激光束具有入射到光學組件6的一部分2a。光學組件6沿著光束方向(焦線的長度l)在輸出側(cè)上在所限定外延范圍內(nèi)將入射激光束轉(zhuǎn)變?yōu)橥庋拥募す馐咕€2b。

本公開的實施例利用非衍射光束(“ndb”)來形成激光束焦線2b。典型地，激光加工已經(jīng)使用了高斯激光束。具有高斯強度分布的激光束的緊密焦點具有由以下等式給出的瑞利范圍zr：

瑞利范圍表示光束的光斑尺寸w0在波長η0的折射率η0的材料中將增加的距離。此限制是由衍射強加的。在等式(1)中注意的是，瑞利范圍與光斑尺寸直接相關(guān)，從而導致包含不具有長瑞利范圍的緊密焦點(即小光斑尺寸)的光束。這種光束將僅針對非常短的距離維持此小光斑尺寸。這還意味著，如果這種光束用于通過改變焦點區(qū)域的深度來鉆取材料，則該焦點的任一側(cè)的光斑的快速膨脹將需要沒有光學失真的大區(qū)域，該光學失真可能限制光束的焦點特性。這種短瑞利范圍還需要多個脈沖以便切穿厚樣本。

然而，本公開的實施例利用ndb而非以上討論的光學高斯光束。在衍射效應不可避免地限制光束焦點之前，非衍射光束可以針對相當遠的距離進行傳播。雖然無限ndb不遭受衍射效應，但是在物理上可實現(xiàn)的ndb將具有有限的物理范圍。光束的中心波瓣可以是相當小的半徑并且因此產(chǎn)生高強度光束。具有若干種類型的ndb，包括但不限于：貝塞爾光束、艾里(airy)光束、韋伯(weber)光束和馬蒂厄(mathieu)光束，它們的場分布典型地是由在橫向方向上比高斯函數(shù)衰減更緩慢的特殊函數(shù)給出。

應當理解的是，雖然在此在貝塞爾光束的上下文中描述了所描述的ndb，但是實施例不限于此。貝塞爾光束的中心光斑尺寸由以下等式給出：

其中，na是由利用光軸(參見圖6b)形成角度的平面波的圓錐體給出的數(shù)值孔徑。貝塞爾光束與高斯光束之間的關(guān)鍵差異是瑞利范圍由以下等式給出：

其中，d是由某個孔口或光學元件強加的光束的有限范圍。因此示出的是，孔口尺寸d可以用于在由中心光斑的尺寸強加的限制之外增加瑞利范圍。一種用于生成貝塞爾光束的實際方法是通過軸錐鏡或具有如圖6b中示出的徑向線性相位元件的光學元件來穿過高斯光束。

通常，形成線狀焦點(即激光束焦線)的光學方法可采取多種形式(諸如但不限于)，使用環(huán)形激光束和球面透鏡、軸錐透鏡、衍射元件、或其他方法來形成高強度的線性區(qū)域。激光的類型(皮秒、飛秒等等)和波長(ir、可見光、uv等等)也可以被改變，只要達到足夠的光學強度以便產(chǎn)生基板材料的斷裂。

激光功率和透鏡焦距(其確定線狀焦點的長度并且因此功率密度)是確保完全穿透用于切割和鉆孔的基板的參數(shù)，同時在切割的情況下有目的地在穿孔(損傷軌跡)之間生成裂紋、或者在鉆孔的情況下可能地嘗試抑制微裂紋。從而，在基板中形成的線狀焦點的尺寸應當受到精確控制。

本公開的實施例涉及用于調(diào)節(jié)線狀焦點的直徑和長度兩者的系統(tǒng)和方法，從而使得能夠利用單個激光機來切割薄材料和厚材料、以及對材料(該材料與具有非常高的材料改性的光學閾值的材料相比更容易破裂)進行加工。這允許單個系統(tǒng)快速適用于切割和鉆孔不同的基板，從而增加了制造效率并提升了資本利用。

再次參考圖2a和圖2b，層1是多層堆疊的層，其中會發(fā)生通過激光加工和雙光子吸收的內(nèi)部改性。層1是更大的工件的部件，該工件典型地包括在其上形成多層堆疊的基板或載體。層1是多層堆疊內(nèi)的層，其中孔、切口、或其他特征將通過如在此描述的雙光子吸收輔助的燒蝕或改性形成。層1被定位于光束路徑上以至少部分地與激光束2的激光束焦線2b重疊。參考號1a表示層1的面向(最靠近或鄰近)光學組件6或激光的表面，分別地，參考號1b表示層1的相反表面(與光學組件6或激光器遠離、或更遠的表面)。層1的厚度(垂直于平面1a和1b，即垂直于基板平面測量的)用d標記。

如圖2a描繪的，層1垂直于縱向光束軸線對齊并且因此在由光學組件6產(chǎn)生的相同焦線2b后面(基板垂直于該圖的平面)。沿著光束方向查看，層1相對于焦線2b以這樣的方式定位，即，使得焦線2b(在光束的方向上查看)在層1的表面1a之前開始并且在層1的表面1b之前停止，即焦線2b在層1內(nèi)終止并且不延伸超出表面1b。在激光束焦線2b與層1的重疊區(qū)域中(即在層1的被焦線2b重疊的部分中)，延伸的激光束焦線2b產(chǎn)生在層1中的非線性吸收。(假設沿著激光束焦線2b的合適的激光強度，其強度由激光束2在長度l的區(qū)段上的適當聚焦(即長度l的線狀焦點)保證)，其限定了外延區(qū)段2c(沿著縱向光束方向?qū)?，沿著該區(qū)段在層1中產(chǎn)生誘導非線性吸收。誘導非線性吸收導致在層1中沿著區(qū)段2c的缺陷線或裂紋的形成。缺陷線或裂紋形成不僅是局部的，而是可以在誘導吸收的區(qū)段2c的整個長度上延伸。區(qū)段2c的長度(其對應于激光束焦線2b與層1的重疊的長度)利用參考號l被標記。誘導吸收區(qū)段2c(或經(jīng)受缺陷線或裂紋形成的層1的材料中的區(qū)段)的平均直徑或范圍利用參考號d被標記。此平均范圍d可以對應于激光束焦線2b的平均直徑δ，也就是說，在約0.1μm與約5μm之間的范圍內(nèi)的平均光斑直徑。

如圖2a所示，由于沿著焦線2b的誘導吸收，層1(其對于激光束2的波長λ是透明的)被局部加熱。該誘導吸收起因于與焦線2b內(nèi)的激光束的高強度(能量密度)相關(guān)聯(lián)的非線性效應。圖2b示出了被加熱的層1最終將膨脹，使得對應的誘導張力導致微裂紋形成，其中張力在表面1a處是最高的。

下面將描述可應用于產(chǎn)生焦線2b的代表性光學組件6和其中可應用這些光學組件的代表性光學裝置。所有組件或裝置是基于以上描述，這樣相同的參考號用于相同的部件或特征或在其功能上相等的那些部件或特征。因此，以下僅描述差異。

為了確保在沿著由一系列穿孔限定的輪廓的破裂后分離表面的高質(zhì)量(關(guān)于斷裂強度、幾何精度、粗糙度和再加工要求的避免)，用于形成限定破裂輪廓的穿孔的單獨焦線應使用下述光學組件產(chǎn)生(在下文中，光學組件可替代地還被稱為激光光學器件)。該分離的表面的粗糙度主要由焦線的光斑尺寸或光斑直徑?jīng)Q定。表面的粗糙度特征可在于例如ra表面粗糙度統(tǒng)計(被采樣表面的高度的絕對值的粗糙度算法求平均)。為了在給定波長λ的激光器3(與層1的材料相互作用)的情況下實現(xiàn)例如0.5μm至2μm的小光點大小，某些需求必須通常被強加在激光組件6的數(shù)值孔徑上。

為了實現(xiàn)所需的數(shù)值孔徑，光學器件一方面必須根據(jù)已知阿貝(abbé)公式(n.a.＝nsin(θ)，n：待加工的材料的折射率，θ：孔徑角的一半；以及θ＝arctan(d/2f)，d：孔徑，f：焦距)解決給定焦距所需的開口。另一方面，激光束必須照射該光學器件直到所需孔徑，這典型地借助于光束加寬利用激光與聚焦光學器件之間的加寬望遠鏡實現(xiàn)。

為了沿著焦線均勻相互作用的目的，光點大小不應當變化太強烈。這可以例如通過僅在小的圓形區(qū)域中照射聚焦光學器件來加以確保(見以下實施例)，這樣使得光束開口以及因此數(shù)值孔徑的百分比僅稍微改變。

圖3a描繪了生成線狀焦點的一種方法。根據(jù)圖3a(在激光輻射2的激光束叢(bundle)中的中央光束的水平處垂直于基板平面的截面；在此，同樣，激光束2垂直入射至層1，即入射角β為0°，從而使得焦線2b或誘導吸收的外延區(qū)段2c平行于基板法線)，由激光器3發(fā)射的激光輻射2a被首先引導在對于所使用的激光輻射是完全不透明的圓形孔口8上?？卓?垂直于縱向光束軸定向并且以所描繪的光束叢2a的中央光束為中心.孔口8的直徑以這樣的方式進行選擇，即，使得靠近光束叢2a的中心的這些光束叢或中心光束(在此用2az標記)撞擊孔口并且被其完全阻斷。只有光束叢2a的外周邊范圍內(nèi)的光束(邊緣光線，在此用2ar標記)由于與光束直徑相比的減小的孔口尺寸而不被阻擋，但是側(cè)向地穿過孔口8并且撞擊光學組件6的聚焦光學元件(在此實施例中，其被設計為球形切割的雙凸透鏡7)的邊緣區(qū)域。

透鏡7以中心光束為中心并且被有意設計為呈常見的球形切割透鏡形式的非校正的、雙凸聚焦透鏡。這種透鏡的球面像差可以是有利的。作為替代方案，也可以使用偏離理想校正系統(tǒng)的非球面或多透鏡系統(tǒng)，這些非球面或多透鏡系統(tǒng)不形成理想焦點但是形成限定長度的不同狹長焦線(即，不具有單個焦點的透鏡或系統(tǒng))。透鏡的區(qū)因此沿著焦線2b聚焦，受限于距透鏡中心的距離。橫越光束方向的孔口8的直徑是該光束叢的直徑的約90％(由對于光束的強度降低至峰強度的1/e所要求的距離限定的)并且是光學組件6的透鏡的直徑的約75％。因此使用通過阻擋掉中心的光束叢產(chǎn)生的非像差校正的球面透鏡7的焦線2b。圖3a示出了通過中心光束的一個平面中的截面，當所描繪的光束繞著焦線2b旋轉(zhuǎn)時，可看到完整的三維叢。

這種類型的焦線的一個潛在缺點是這些條件(光斑尺寸、激光強度)可能沿著焦線(并且因此沿著該材料中的期望深度)變化并且因此可能有可能僅在焦線的選定部分中發(fā)生期望類型的相互作用(無熔化、誘導吸收、熱塑性形變直至裂紋形成)。這進而意味著可能僅入射激光的一部分被待加工的材料以希望的方式吸收。以這種方式，該方法的效率(對于希望的分離速率要求的平均激光功率)可能被損害，并且激光還可能被傳輸?shù)讲幌Ｍ膮^(qū)域(粘附到基板或基板保持夾具上的部分或?qū)?并且與它們以不希望的方式(如加熱、擴散、吸收、不想要的改性)相互作用。

圖3b-1-4示出(不僅對于圖3a中的光學組件，而且還對于任何其他適用的光學組件6)激光束焦線2b的位置可以通過相對于層1適當?shù)囟ㄎ缓?或?qū)R光學組件6以及通過適當?shù)剡x擇光學組件6的參數(shù)來控制：如圖3b-1示出，焦線2b的長度l可以按這樣的方式調(diào)節(jié)，即使得它超過層厚度d(在此2倍)。如果層1相對于焦線2b中心地放置(在縱向光束方向上查看)，誘導吸收的外延區(qū)段2c在整個基板厚度上生成。

在圖3b-2中所示的情況下，產(chǎn)生或多或少對應于層厚度d的長度l的焦點線2b。由于層1相對于線2b以這樣的方式定位，即使得線2b在待加工的材料外部的點處開始，誘導吸收的外延區(qū)段2c的長度l(其在此從基板表面延伸至限定的基板深度，但不延伸至相反表面1b)比焦線2b的長度l更小。圖3b-3示出了其中層1(沿著光束方向查看)定位于焦線2b的起點上方的情況，使得，如在圖3b-2中，線2b的長度l大于在層1中的誘導吸收區(qū)段2c的長度l。因此該焦線在層1內(nèi)開始并延伸超出相反表面1b。圖3b-4示出了其中焦線長度l小于層厚度d的情況，使得-在入射方向上查看的基板相對于焦線中央定位的情況下-焦線在層1內(nèi)的表面1a附近開始并且在層1內(nèi)的表面1b附近結(jié)束(例如，l＝0.75d)。例如，激光束焦線2b可具有在約0.1mm與約100mm之間的范圍內(nèi)或在約0.1mm與約10mm之間的范圍內(nèi)的長度l。例如，不同實施例可以被配置為具有約0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.7mm、1mm、2mm、3mm或5mm的長度l。

特別有利的是以這樣一種方式定位焦線2b，使得表面1a、1b中的至少一個被焦線覆蓋，以便誘導非線性吸收的區(qū)段2c至少在待加工的層或材料的一個表面上開始。以這種方式有可能實現(xiàn)幾乎理想的切割，同時避免在表面處的燒蝕、羽化和微粒生成。

圖4描繪了另一種可應用的光學組件6?；緲?gòu)造遵循圖3a中描述的基本構(gòu)造，所以以下僅描述不同之處。所描繪的光學組件基于具有非球面自由表面的光學器件的使用，以便生成焦線2b，所述光學組件被成形，其方式為使得形成具有限定長度l的焦線。為此目的，非球面透鏡可以用作光學組件6的光學元件。在圖4中，例如，使用所謂的圓錐形棱鏡，也經(jīng)常被稱為軸錐鏡。軸錐鏡是在沿著光軸的線上形成光斑源(或?qū)⒓す馐D(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán))的圓錐形切割透鏡。這種軸錐鏡的布局原則上是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的；在該實例中，錐角為10°。在此用參考號9標記的軸錐鏡的頂點指向入射方向并且以光束中心為中心。由于由軸錐鏡9產(chǎn)生的焦線2b在其內(nèi)部開始，層1(在此垂直于主光束軸對齊)可以定位在光束路徑中在軸錐鏡9的正后方。如圖4所示，還有可能由于軸錐鏡的光學特性，沿著光束方向移動層1同時仍然在焦線2b的范圍內(nèi)。在層1的材料中的誘導吸收外延區(qū)段2c因此在整個深度d上延伸。

然而，所描繪的布局受限于以下約束：由于由軸錐鏡9形成的焦線2b的區(qū)域在軸錐鏡9內(nèi)開始，激光能量的顯著部分不被聚焦到焦線2b的誘導吸收區(qū)段2c(其位于該材料內(nèi))內(nèi)，在軸錐鏡9與待加工的材料之間存在間隔的情況下。此外，焦線2b的長度l通過軸錐鏡9的折射率和錐角與光束直徑有關(guān)。這是為什么，在相對薄的材料(數(shù)毫米)的情況下，總焦線比待加工的材料的厚度長得多，具有許多激光能量沒有聚焦到該材料內(nèi)的影響。

由于這個原因，可能希望的是使用包括軸錐鏡和聚焦透鏡二者的光學組件6。圖5a描繪了此類光學組件6，其中具有設計為形成延伸激光束焦線2b的非球面自由表面的第一光學元件(沿著光束方向查看)定位在激光器3的光束路徑中。在圖5a中所示的情況下，此第一光學元件是具有5°錐角的軸錐鏡10，該軸錐鏡垂直于光束方向定位并且以激光束為中心。軸錐鏡的頂點朝向光束方向被定向。第二聚焦光學元件在此為平凸透鏡11(其彎曲朝向該軸錐鏡定向)在光束方向上與軸錐鏡10相距距離z1定位。距離z1(在這種情況下約300mm)以這樣的方式進行選擇，即使得由軸錐鏡10形成的激光輻射圓形地入射到透鏡11的外部徑向部分上。透鏡11將該圓形輻射聚焦到與透鏡11相距距離z2(在此情況下為約20mm)處的輸出側(cè)，在具有限定長度(在此情況下為1.5mm)的焦線2b上。在這個實施例中，透鏡11的有效焦距為25mm。通過軸錐鏡10的激光束的圓形轉(zhuǎn)換用參考號sr標記。

圖5b詳細描繪了根據(jù)圖5a的層1的材料中焦線2b或誘導吸收2c的形成。元件10、11二者的光學特性及其定位以這樣的方式進行選擇，即，使得焦線2b在光束方向上的長度l與層1的厚度d完全相同。因此，沿著光束方向精確定位層1應當被設置為將焦線2b精確定位在層1的兩個表面1a與1b之間，如圖5b中所示。

因此，如果距激光光學器件一定距離形成焦線并且如果激光輻射的更大部分聚焦到焦線的期望末端，則是有利的。如描述的，這可以通過僅在特定外部徑向區(qū)域上圓形地(環(huán)形地)照射主要聚焦元件11(透鏡)實現(xiàn)，這一方面用于實現(xiàn)所需的數(shù)值孔徑以及因此所需的光斑尺寸，并且，然而在另一方面，由于形成基本上圓形光斑，漫射圈在光斑中心上的非常短的距離內(nèi)的所需焦線2b之后強度減少。以此方式，裂縫形成在所需基板深度中的短距離內(nèi)停止。軸錐鏡10與聚焦透鏡11的組合滿足此要求。軸錐鏡以兩種不同方式起作用：由于軸錐鏡10，通常圓形的激光光斑以環(huán)形式被發(fā)送到聚焦透鏡11，并且軸錐鏡10的非球面性具有在透鏡焦面(而非在焦面中的焦點)之外形成焦線的作用。焦線2b的長度l可通過軸錐鏡上的光束直徑調(diào)節(jié)。另一方面，沿著焦線的數(shù)值孔徑可通過軸錐鏡-透鏡距離z1并且通過軸錐鏡的錐角調(diào)節(jié)。以此方式，全部激光能可集中在焦線中。

如裂紋的形成旨在持續(xù)至待加工的層或材料的背面，該圓形(環(huán)形)照射仍然具有以下優(yōu)點：(1)在大部分激光仍然集中在焦線的所要求的長度中的意義下，激光功率被最佳地使用，以及(2)有可能實現(xiàn)沿焦線的均勻光斑尺寸-以及因此沿著由焦線產(chǎn)生的穿孔的均勻分離過程-由于圓形照射的區(qū)域結(jié)合借助于其他光學功能設置的希望的像差。

代替圖5a中所描繪的平凸透鏡，還有可能使用聚焦彎月形透鏡或另一種更高校正聚焦透鏡(非球面、多透鏡系統(tǒng))。

為了使用圖5a中所描繪的軸錐鏡與透鏡組合來生成非常短的焦線2b，則可能需要的是入射到軸錐鏡上的非常小的光束直徑的激光束。這具有實際的缺點：將光束定中心在軸錐鏡頂點上必須是非常精確的，并且結(jié)果對于激光的方向變化(光束漂移穩(wěn)定性)是非常敏感的。此外，緊密準直的激光束是非常發(fā)散的，即由于光偏轉(zhuǎn)，光束叢在短距離內(nèi)變得模糊。

如圖6a所示，通過在光學組件6中包括另一個透鏡(準直透鏡12)兩種影響均可以避免。附加準直透鏡12用于非常緊密地調(diào)節(jié)聚焦透鏡11的圓形照射。準直透鏡12的焦距f’是以這樣的方式進行選擇，即，使得希望的圓形直徑dr產(chǎn)生自從軸錐鏡至準直透鏡12的距離z1a(其等于f’)。該環(huán)的期望寬度br可以經(jīng)由距離z1b(準直透鏡12至聚焦透鏡11)被調(diào)節(jié)。作為純幾何學問題，圓形照射的小寬度導致短焦線。最小值可以在距離f’處實現(xiàn)。

圖6a中所描繪的光學組件6因此是基于圖5a中所描繪的光學組件，這樣使得以下僅描述差異。準直透鏡12(此處還被設計為平凸透鏡(其曲率朝向光束方向))另外地居中放置在一側(cè)上的軸錐鏡10(其頂點朝向光束方向)與另一側(cè)上的平凸透鏡11之間的光束路徑中。準直透鏡12距軸錐鏡10的距離被稱為z1a，聚焦透鏡11距準直透鏡12的距離被稱為z1b，并且焦線2b距聚焦透鏡11的距離被稱為z2(始終在光束方向上查看)。如圖6a所示，由軸錐鏡10形成的圓形輻射sr(其是發(fā)散地并且在圓直徑dr下入射到準直透鏡12上)對于在聚焦透鏡11處的至少近似恒定的圓直徑dr被調(diào)節(jié)成沿著距離z1b的所需的圓寬度br。在所示的情況下，旨在生成非常短的焦線2b，這樣使得準直透鏡12處的大約4mm的圓形寬度br由于準直透鏡12的聚焦特性在透鏡11處減少至大約0.5mm(圓形直徑dr在這個示例中是22mm)。

在所描繪的實例中，有可能使用2mm的典型激光束直徑，具有焦距f＝25mm的聚焦透鏡11，具有焦距f’＝150mm的準直透鏡，以及選擇距離z1a＝z1b＝140mm和z2＝15mm來實現(xiàn)小于0.5mm的焦線l的長度。

參考圖6b，現(xiàn)在將描述由軸錐鏡10形成的ndb的特性。圖6b示意性地描繪了照射透光軸錐鏡10的平坦入射表面的高斯激光束2。軸錐鏡10的出射表面偏轉(zhuǎn)如示出的激光束2。位于與軸錐鏡的尖端的距離z處的平面中的典型能量分布由以下等式給出：

i(r,z)＝io(rz)rz2πk(sin(β)/cos2(β))jo²(krsin(β))等式(4.1)，

rz＝z*tan(β)等式(4.2)。

因此，β是由軸錐鏡10產(chǎn)生的射線角，其是由軸錐鏡10的成角度的出射表面和折射率提供的軸錐鏡圓錐體的角度的函數(shù)。io(rz)是照亮軸錐鏡10的激光束2的輻照度分布，該輻照度分布被假設為是高斯分布，并且k是波矢k＝2π/λ，并且jo指示一階貝塞爾函數(shù)。

為了以最堅硬的材料制造最強的損傷軌跡或洞，線狀焦點的直徑應當盡可能的小?；谝陨瞎?，在與軸錐鏡10的頂點的某個距離z處的任何平面中的輻照度分布的全寬半最大值(“fwhm”)由以下等式給出：

fwhm＝2.52λ/(2πsin(β))等式(4.3)。

如從等式(4.3)可見的，線狀焦點的直徑與單個幾何系統(tǒng)參數(shù)(如圖6b中所示的孔徑角β)相關(guān)。

從等式4.1，在線狀焦點的中心，峰值功率由以下等式給出：

i_峰值(z)＝io(rz)rz2πk(sin(β)/cos2(β))等式(4.4)。

如從等式(4.4)可見的，峰值功率是光瞳輻照度分布io(rz)的函數(shù)、以及孔徑角β的函數(shù)。

如果我們檢查到同軸強度衰減至近似其最大強度的一半，則線狀焦點的長度(或沿著光軸的范圍)可由以下等式求近似值：

l～0.8*rz/sin(β)等式(4.5)

因此，聚焦線的長度是輸入光束尺寸(rz)和孔徑角β兩者的函數(shù)。

在激光切割機中，待切割的材料可以在厚度上發(fā)生變化。作為示例，這種激光機可以用于切割厚度從0.1mm到2.0mm變化的玻璃。從而，為了確保鉆孔和切割厚材料(即玻璃)是可能的，應當例如通過將光瞳輻照度分布伸展到更大的區(qū)域來將線狀焦點的有用部分設定為例如至少2.0mm。然而，通過這樣做，線狀焦點內(nèi)的峰值功率密度將降低，因為io(rz)的最大值降低。為了保持峰值功率密度大于材料改性能量密度閾值，應當增加孔徑角β，這意味著線狀焦點的fwhm將增加。

因此，在固定選擇光學器件的系統(tǒng)中，針對最困難的情況參數(shù)應當是可調(diào)的。當切割更薄的基板(例如，100μm厚的顯示器玻璃)時，如果長的線狀焦點被設定位允許切割厚材料(例如，離子交換玻璃的堆疊)，則可能浪費更多的激光能量。類似地，如果光學器件被設定成用于產(chǎn)生非常短且小的直徑的線狀焦點(高能量密度)以便切割非常薄且堅硬的材料(例如，藍寶石)，則針對更厚的材料(例如，厚的堿石灰玻璃基板或離子交換玻璃基板)光學系統(tǒng)可能不再很好地工作。

出于至少這些理由，可能期望的是使得輻照度分布io(rz)和/或孔徑角β可調(diào)。期望的是，使得可調(diào)的參數(shù)兩者應用以下策略：針對每個玻璃厚度和材料：

·調(diào)節(jié)輸入輻照度分布以便實現(xiàn)期望的線狀焦點長度；以及

·調(diào)節(jié)孔徑角以便設定線狀焦點處的激光束的fwhm(或直徑)，從而使得能量密度針對給定材料的改性保持最佳。

可以期望的是，將線狀焦點2b的fwhm(或直徑)設定為盡可能的窄，這允許使用最低激光功率在材料內(nèi)產(chǎn)生損傷軌跡并且因此提供最多的進程余量。然而，在一些情況下，可以期望具有更大直徑的線狀焦點，這降低了損傷痕跡周圍的微裂紋的量。例如，更大直徑的光斑在對隨后被酸蝕刻的孔進行鉆孔時是有幫助的，其中，微裂紋不是如它們可以產(chǎn)生蝕刻不對稱所期望的。對線狀焦點的直徑的上限是：給定激光源可用的最大激光脈沖能量，仍必須達到足夠的能量密度以便允許材料的改性以及損傷軌跡的產(chǎn)生。

針對線狀焦點2b的長度，期望的是使其至少等于但優(yōu)選地大于材料的厚度，從而解釋了此事實：根據(jù)斯涅爾的折射定律，材料的折射率(例如，針對玻璃n-1.5)增加了材料自身內(nèi)的線狀焦點2b的有效長度。更長的焦線給出更大的焦點容差，并且還允許適應各種基板厚度。對焦線長度的上限再次為：給定激光源可用的最大激光脈沖能量，仍必須達到足夠的能量密度以便允許材料的改性并且產(chǎn)生通過基板厚度的損傷軌跡。

圖6c和圖6e至圖6g描繪了允許調(diào)節(jié)激光束焦線2b(即線狀焦點)的長度和fwhm(即直徑)的非限制性光學系統(tǒng)。圖6c描繪了用于使用激光束焦線2b來切割材料(未示出)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括激光源3(未示出)以及被配置成用于將高斯分布激光束2轉(zhuǎn)變成具有焦線2b的貝塞爾分布激光束的光學組件6’。光學組件6’布置在激光束2的光學路徑1內(nèi)，并且包括透明(即充當折射元件)軸錐鏡10、具有第一焦距f1的第一透鏡元件5、以及具有第二焦距f2的第二透鏡元件11(即聚焦透鏡元件)。

透明軸錐鏡10形成由第一透鏡元件5和第二透鏡元件11成像的線狀焦點2b’，所述第一透鏡元件和第二透鏡元件充當將由軸錐鏡10形成的線狀焦點2b’中繼并放大至被應用于材料的線狀焦點2b的望遠鏡。由第一透鏡元件5和第二透鏡元件11限定的望遠鏡的放大率由m＝f2/f1給出，其可以通過改變這兩個透鏡元件之一或兩者來發(fā)生改變以便實現(xiàn)不同的放大率m。利用放大率的平方來縮放線狀焦點2b的長度，同時利用放大率來線性地縮放給定z平面中的線狀焦點的直徑。

當一起縮放線狀焦點長度和寬度兩者時，改變第一透鏡5和/或第二透鏡11的焦距在一些應用中可能不是最佳的。假設m是由第一和第二焦距提供的放大率：

fwhm1＝fwhm0*m等式(5.1)；

長度1＝長度0*m²等式(5.2)。

此處，fwhm0指示在軸錐鏡10之后立即形成的線狀焦點的全寬半最大直徑，并且fwhm1指示在第二透鏡元件11之后形成的線狀焦點的全寬半最大直徑。類似地，長度0指示在軸錐鏡10之后立即形成的線狀焦點的長度、或者沿著光軸的空間范圍，并且長度1指示在第二透鏡元件11之后形成的線狀焦點的長度。如果假設所產(chǎn)生的線狀焦點2b采取長度和直徑尺寸長度1×fwhm1的圓柱體，則該圓柱體內(nèi)部的功率(或能量)密度將按比例為那個物體的1/體積，其中，體積＝(pi/4)*直徑²*長度。這意味著功率密度將縮放為：

功率密度1＝功率密度0/m⁴等式(5.3)。

因此，線狀焦點的直徑隨著由第一透鏡5和第二透鏡11提供的望遠鏡的放大而線性地增加，線狀焦點2b的長度隨著放大率的平方而增加，并且功率或能量密度以放大率的第4次冪之上加一進行縮放。這意味著當較短的焦距透鏡用于f2時，焦點的直徑下降，長度變得更短，并且功率密度快速增加。

在一些實施例中，具有可調(diào)角度的軸錐鏡10被設置為第三自由度以便實現(xiàn)能夠調(diào)節(jié)線狀焦點2b的長度和直徑兩者的系統(tǒng)。假設以上討論的原始軸錐鏡10的角度放大a倍。則假設小角度(即sin(α)≈α)，以下等式為真：

fwhm2＝fwhm1/a等式(6.1)；以及

長度2＝長度1/a等式(6.2)。

在此，如果放大率a產(chǎn)生了更大的軸錐鏡角度，則線狀焦點2b的fwhm(即直徑)變得更小并且線狀焦點2b的長度也變得更小。通常，為了實現(xiàn)針對給定系統(tǒng)的線狀焦點2b的期望fwhm和長度，計算a和m是可能的從而使得：

m/a＝fwhm2/fwhm0等式(6.3)；以及

m²/a＝長度2/長度0等式(6.4)。

因此，第一透鏡元件5、第二透鏡元件11以及軸錐鏡10的光學元件可以交換以便實現(xiàn)針對線狀焦點2b的期望直徑和長度。在一些實施例中，這些光學元件在物理上從光學組件6’中被移除并且由具有期望的光學特性的其他元件來代替。然而，這可能需要光學組件6’在切換至另一種配置時對其進行重對準。在一些實施例中，多個光學元件設置在用于選擇性地選擇在光束路徑中的期望光學元件的轉(zhuǎn)輪(類似于濾光輪)或滑塊上。例如，如果軸錐鏡被選擇作為可移除/可調(diào)元件，則可以在單個基板上制作多個軸錐鏡?，F(xiàn)在參考圖6d，示意性地展示了包括在單個基板中具有不同角度的多個單獨軸錐鏡10a-10d的軸錐鏡組件600?？梢蕴峁┤魏螖?shù)量的軸錐鏡。期望的單獨軸錐鏡10a-10d可以手動地或者通過電機化控制平移進入激光束2的光學路徑中。

作為示例并且不進行限制，金剛石車削可以用于形成透光材料的所述多個單獨軸錐鏡10a-10d。金剛石車削允許待制作的非常高的精度特征(約1μm)，具體地相對于為了對準而機械參考的物理部分的外部特征的光學表面?；蹇梢跃哂芯匦涡螤睿⑶乙虼丝蓹M向地平移以便選擇不同的軸錐鏡。針對在這些激光切割系統(tǒng)中使用的波長(常見的1064nm)，znse是與金剛石車削兼容的適當?shù)耐腹夤鈱W材料。同樣，由于金剛石車削具有放置相對于彼此的物體的極高精準度，因此基板可包括機械重定位特征，諸如槽或錐形孔。應當理解的是，相似的透鏡元件組件可以被制作并且用于選擇具有不同焦距的各種第一和透鏡元件(即第一透鏡組件和/或第二透鏡組件)。

在一些實施例中，輸入激光束2在軸錐鏡10之前在光學路徑中放大n倍，如在圖6e中展示的光學組件6″中示出的。在圖6e中展示的光學組件6″包括軸錐鏡10、第一透鏡元件5、以及第二透鏡元件11，這與圖6c中描繪的實施例類似。在圖6e中展示的示例光學組件6″中，提供了包括具有第三焦距的第三透鏡元件13以及具有第四焦距的第四透鏡元件15的望遠鏡組件。如以上關(guān)于圖6c指示的，第三透鏡元件13和第四透鏡元件15的焦距是可調(diào)的，諸如通過交換透鏡元件。

通過放大激光束2(每等式(4.3)和(4.5))，受影響的唯一參數(shù)是線狀焦點2b的長度-直徑仍保持不變。因此，定位在軸錐鏡10之前的望遠鏡允許僅改變線狀焦點2b的長度，同時保持直徑不變。

互換光學元件(諸如第一至第四透鏡)對于在工業(yè)環(huán)境下操作的激光切割系統(tǒng)可能不是期望的。在一些實施例中，提供放大率因數(shù)n的第三透鏡元件13和第四透鏡元件15和/或第一透鏡元件5和第二透鏡元件11相反可以被配置為一個或多個可變變焦組件。這種可變變焦組件可以允許連續(xù)地調(diào)節(jié)激光束焦線長度，這與通過互換軸錐鏡或透鏡元件可用的離散步驟相反。這種可變變焦組件可以手動地或者通過電動化被衰減，其中，后者允許對系統(tǒng)的編程調(diào)節(jié)，這可能與制造要求兼容。

圖6f中示意性地描繪了用于使用激光束線狀焦點2b來分離材料的另一光學組件4。通常，示例光學組件4利用反射軸錐鏡19以及具有成角度的反射表面的環(huán)形反射組件18，所述成角度的反射表面具有與反射軸錐鏡19相同的角度。第一透鏡元件17在反射軸錐鏡19之前會聚(或發(fā)散)激光束2。反射軸錐鏡19和環(huán)形反射組件18產(chǎn)生準直光環(huán)。第二透鏡元件11聚焦圓形輻射sr以便生成激光束線狀焦點2b?？梢酝ㄟ^相對于如由箭頭a指示的環(huán)形反射組件18(反之亦然)平移反射軸錐鏡19來連續(xù)改變圓形輻射的半徑h。由于第二透鏡元件11的焦距在基本上與第二透鏡元件11的距離f2處聚焦射線，因此環(huán)半徑的此變化將進而改變最終的孔徑角β，從而產(chǎn)生激光束焦線2b的長度變化，每等式(4.5)。通過將反射軸錐鏡19移動至右邊而產(chǎn)生的更大的環(huán)半徑h將產(chǎn)生更小的焦線長度。然而，激光束焦線2b的直徑也將改變，每等式(4.3)。更大的環(huán)半徑h將產(chǎn)生更小的焦線直徑。

圖6g示意性地展示了用于產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的準直光環(huán)sr的另一光學組件4’。示例光學組件4’包括第一透光軸錐鏡20之前的第一透鏡元件17、第二透光軸錐鏡21、以及所述第二透光軸錐鏡21之前的第二透鏡元件11。第一透鏡元件17產(chǎn)生激光束2的小會聚(或在一些實施例中發(fā)散)，其在系統(tǒng)中產(chǎn)生球面像差以便形成線狀焦點。

激光束2在其成角度的出射表面處離開第一透光軸錐鏡20。第二透光軸錐鏡21在其成角度的入射表面處接收激光束并且產(chǎn)生準直光環(huán)sr。第一透光軸錐鏡20的偏轉(zhuǎn)角基本上等于第二透光軸錐鏡21的偏轉(zhuǎn)角。第二透鏡元件11然后聚焦光以便生成激光束線狀焦點2b。調(diào)節(jié)環(huán)半徑h可以通過改變第一透光軸錐鏡20與第二透光軸錐鏡21之間的可調(diào)距離d被實現(xiàn)。此移動調(diào)節(jié)了激光束線狀焦點2b的長度和直徑。

注意，如圖7所示，這種皮秒激光器的典型操作產(chǎn)生脈沖720“脈沖串”710。每個“脈沖串”710可以包含非常短的持續(xù)時間(約10皮秒)的多個脈沖720(諸如如圖7中示出的兩個脈沖、三個脈沖，四個脈沖、五個脈沖、10個脈沖、15個脈沖、20個脈沖、25個脈沖或更多)。每脈沖720(在此亦被稱為次脈沖)在時間上間隔開約1納秒與約50納秒之間的范圍中的持續(xù)時間，例如，10納秒至30納秒，諸如近似地20納秒(50mhz)，所述時間經(jīng)常由激光腔設計調(diào)控。每個“脈沖串”710之間的時間將更長，對于大約100khz的激光重復率經(jīng)常是大約10微秒。在一些實施例中，脈沖串重復頻率在約1khz與約200khz之間的范圍內(nèi)。確切定時、脈沖持續(xù)時間和重復率可以取決于激光設計發(fā)生改變，但具有高強度的短脈沖(即小于約15皮秒)已經(jīng)被示出為與此技術(shù)一起良好地工作。(爆發(fā)或產(chǎn)生脈沖串是激光操作的類型，其中脈沖發(fā)射并非呈均勻且穩(wěn)定的流，而是呈緊湊的脈沖簇。)

在該材料處測量的每脈沖串的平均激光功率可以是大于40微焦耳/mm材料厚度，例如在40微焦耳/mm與2500微焦耳/mm之間或在500與2250微焦耳/mm之間。例如，對于0.1mm-0.2mm厚的康寧(corning)eagle玻璃，可以使用200μj脈沖串，這給出1000-2000μj/mm的示例性范圍。例如，針對0.5mm-0.7mm厚的康寧(corning)eagle玻璃，可以使用400μj-700μj的脈沖串以便穿孔玻璃，這對應于示例性實施例，出于穿孔一些堿土金屬硼硅鋁酸鹽玻璃組合物的目的，與形成光學器件的線狀焦點光束組合產(chǎn)生多個脈沖串的皮秒脈沖激光(例如，1064nm、或532nm皮秒脈沖激光)可以用于在玻璃組合物中產(chǎn)生損傷線(缺陷線)。在一個實施例中，具有高達0.7mm厚度的玻璃組合物被定位以使得其在由光學器件產(chǎn)生的焦線的區(qū)域內(nèi)。利用長度約為1mm的焦線、以及以在玻璃處測量的脈沖串重復率200khz(大約120微焦耳/脈沖串)產(chǎn)生約24w輸出功率或更多的1064nm皮秒激光，焦線區(qū)域中的光學強度足夠高以便在玻璃中產(chǎn)生非線性吸收。脈沖激光束可具有在材料處測量的大于40微焦耳每毫米材料厚度的平均激光脈沖串能量。所使用的平均激光脈沖串能量可高達2500μj每毫米透明材料厚度，例如40μj/mm-2500μj/mm，500μj/mm-2250μj/mm是優(yōu)選的，并且550μj/mm到2100μj/mm是甚至更優(yōu)選的，因為能量密度足夠強以使得損傷軌跡徹底穿過玻璃，同時最小化與穿孔線或切割邊緣成正交的微裂紋的范圍。在一些示例性實施例中，激光脈沖串的能量是40-1000μj/mm。此“平均脈沖串激光能量”每毫米還可被稱為平均每脈沖串線性能量密度、或者平均能量每激光脈沖串每毫米材料厚度。產(chǎn)生大致仿效由激光束焦線產(chǎn)生的高光學強度線性區(qū)域的玻璃組合物內(nèi)的損傷、汽化或以其他方式進行改性的材料區(qū)域。

圖8示出了入射到玻璃-空氣-玻璃復合結(jié)構(gòu)上的聚焦高斯光束與貝塞爾光束之間的對比。聚焦高斯光束將在進入第一玻璃層時發(fā)散并且不會鉆孔到大的深度，或者如果隨著鉆孔玻璃發(fā)生自聚焦，該光束將從第一玻璃層中露出并且衍射，并且不會鉆孔入第二玻璃層。相比之下，貝塞爾光束將在線狀焦點的整個范圍內(nèi)對兩個玻璃層鉆孔(并且更具體地損傷、穿孔或切割)。圖8的插圖中示出了用貝塞爾光束切割的玻璃-空氣-玻璃復合結(jié)構(gòu)的實例，其示出了暴露的切割邊緣的側(cè)視圖。頂部和底部玻璃片為0.4mm厚2320，ct101。兩層玻璃之間的示例性空氣間隙是約400μm。切割是以200毫米/秒用激光的單次通過進行的，使得這兩片玻璃被同時切割，即使它們分隔開>400μm。

在此處描述的實施例的一些實施例中，空氣間隙在50μm與5mm之間，例如在50μm與2mm之間，或在200μm與2mm之間。

示例性中斷層包括聚乙烯塑料片(例如，visqueen)。透明層(如圖9所示)包括透明的乙烯樹脂(例如，penstick)。注意，不像使用其他聚焦激光方法，為了獲得阻擋或停止層的效果，不需要精確地控制精確的焦點，中斷層的材料也不需要是特別耐用的或昂貴的。在許多應用中，人們只需要稍微干涉激光的層以中斷激光并防止線狀焦點的發(fā)生。visqueen防止用皮秒激光切割和線狀焦點的事實是很好的例子-其他聚焦皮秒激光束將十分肯定地鉆孔直接穿過visqueen，并且人們?nèi)粝Ｍ闷渌す夥椒ū苊忏@孔直接穿過這種材料，人們將不得不非常精確地將激光焦點設定為不靠近visqueen。

圖10示出了堆疊有透明保護層以切割多個板同時減小磨損或污染。同時切割顯示玻璃板的堆疊是非常有利的。透明聚合物如乙烯樹脂可被放置在玻璃板之間。透明聚合物層充當保護層用于降低對彼此緊密接觸的玻璃表面的損傷。這些層將允許切割過程運行，但將保護玻璃板免受彼此劃傷，并將進一步防止任何切割碎屑(盡管使用此過程的情況下它是小的)污染玻璃表面。保護層也可以包含沉積在基板或玻璃板上的蒸發(fā)介電層。

圖11示出了封裝器件的空氣間隙和切割。此線狀焦點方法可以同時切穿堆疊的玻璃板，即使存在顯著宏觀的空氣間隙。這使用其他激光方法是不可能的，如圖8所示。許多裝置需要玻璃封裝，例如oled(有機發(fā)光二極管)。能夠同時切穿兩個玻璃層對于可靠且有效的裝置分割過程是非常有利的。被分割是指一個組件能夠從可以包含多個其他組件的較大的材料片中分離。可以通過在此描述的方法分割、切去、或者生產(chǎn)的其他組件是，例如，oled(有機發(fā)光二極管)組件、dlp(數(shù)字光處理器)組件、lcd(液晶顯示器)單元、半導體器件基板。

圖12示出了切割制品如涂覆有透明導電層(例如ito)的電致變色玻璃。切割已經(jīng)具有透明導電層例如氧化銦錫(ito)的玻璃對于電致變色玻璃應用以及還有觸摸面板裝置具有高價值。這種激光過程能夠以對透明導電層的最小損傷和很少的碎屑產(chǎn)生而切穿這樣的層。所穿孔的孔的極小的尺寸(<5um)意味著非常少的ito將受到切割過程的影響，而其他切割方法將要產(chǎn)生多得多的表面損傷和碎屑。

圖13示出了堆疊中的一些層的精密切割而不損害其他層，如也在圖1中示出的，將概念延伸至多個層(即，多于兩個層)。在圖13的實施例中，中斷元件是散焦層。

其他示例。

一般而言，可用激光功率越高，利用以上過程切割所述材料可以進行得越快。在此公開的過程可以0.25米/秒或更快的切割速度切割玻璃。切削速度(或切割速度)是激光束相對于透明材料(例如，玻璃)的表面移動同時產(chǎn)生多個孔或修改區(qū)域的速率。高的切割速度，例如像，400毫米/秒、500毫米/秒、750毫米/秒、1米/秒、1.2米/秒、1.5米/秒、或2米/秒、或甚至3.4米/秒、5米/秒、5米/秒、7米/秒、或10米/秒是通常希望的以最小化用于制造的資本投資，并且以優(yōu)化設備利用率。激光功率等于由激光器的脈沖串重復頻率(速率)倍增的突發(fā)能量。一般而言，為了以高切割速度切割此類玻璃材料，損傷痕跡典型地間隔開1-25微米，在一些實施例中，所述間隔優(yōu)選地是3微米或更大-例如3-12微米、或例如5-10微米、或10-20微米。

例如，為了實現(xiàn)300毫米/秒的線性切割速度，3微米孔間距對應于具有至少100khz脈沖串重復率的突發(fā)脈沖激光器。對于600毫米/秒的切割速度，3微米間距對應于具有至少200khz脈沖串重復率的突發(fā)脈沖激光器。在200khz時產(chǎn)生至少40μj/脈沖串并且以600mm/s切割速度切割的突發(fā)脈沖激光器需要具有至少8瓦特的激光功率。更高的切削速度因此需要甚至更高的激光功率。

例如，在3μm間距和40μj/脈沖串時的0.4米/秒切削速度將需要至少5瓦特激光器，在3μm間距和40μj/脈沖串時的0.5米/秒切割速度將需要至少6瓦特激光器。因此，優(yōu)選地，突發(fā)脈沖皮秒激光器的激光功率是6瓦特或更高，更優(yōu)選地至少8瓦特或更高，并且甚至更優(yōu)選地至少10w或更高。例如，為了實現(xiàn)在4μm間距(缺陷線調(diào)步或在損傷痕跡間隔之間)和100μj/脈沖串時的0.4米/秒切削速度將需要至少10瓦特激光器，并且為了實現(xiàn)在4μm間距和100μj/脈沖串時的0.5米/秒切削速度將需要至少12瓦特激光器。例如，為了實現(xiàn)在3μm間距和40μj/脈沖串時的1米/秒切削速度，將需要至少13瓦特激光器。還例如在4μm間距和400μj/脈沖串時的1米/秒切削速度將需要至少100瓦特激光器。損傷痕跡之間的最佳間距和精確突發(fā)能量是材料相關(guān)的，并且可以經(jīng)驗地確定。然而，應當注意的是以更近的間距提升激光脈沖能量或產(chǎn)生損傷痕跡不是始終使基板材料更好地分離或具有改善的邊緣質(zhì)量的條件。損傷痕跡之間的太密集的間距(例如<0.1微米，在一些示例性實施例中<1μm，或在一些實施例中<2μm)有時可以禁止附近后續(xù)損傷痕跡的形成，并且經(jīng)?？梢越箛@穿孔輪廓的材料的分離，并且還可以導致玻璃內(nèi)增加不想要的微裂紋。太長的間距(>50μm，并且在一些玻璃中>25μm)可以導致“不受控制的微裂紋”-即，替代從孔到孔傳播，所述微裂紋沿著不同路徑傳播，并且致使所述玻璃在不同(不希望的)方向上裂開。這可以最終降低所分離玻璃部分的強度，因為剩余微裂紋將作為削弱玻璃的裂紋。用來形成每個損傷痕跡的太高的突發(fā)能量(例如，>2500μj/脈沖串，并且在一些實施例中>500μj/脈沖串)可以致使相鄰損傷痕跡的已經(jīng)形成的微裂紋的“愈合”或再熔化，這將禁止玻璃的分離。因此，優(yōu)選的是突發(fā)能量<2500μj/脈沖串，例如，≤500μj/脈沖串。并且，使用太高的突發(fā)能量可以致使極大的微裂紋的形成并且產(chǎn)生在分離后減小所述部分的邊緣強度的裂紋。太低的突發(fā)能量(<40μj/脈沖串)可以導致玻璃內(nèi)不形成可觀的損傷痕跡，以及因此導致非常高的分離強度或完全不能沿著穿孔輪廓分離。

由這個過程實現(xiàn)的典型的示例性切割速率(速度)是例如0.25米/秒和更高。在一些實施例中，切割速率是至少300毫米/秒。在此描述的一些實施例中，切割速率是至少400毫米/秒，例如500毫米/秒至2000毫米/秒或更高。在一些實施例中，皮秒(ps)激光器利用脈沖串以產(chǎn)生具有0.5微米與13微米(例如0.5微米與3微米)之間的周期的缺陷線。在一些實施例中，脈沖激光器具有10w-100w的激光功率并且材料和/或激光束相對于彼此以至少0.25米/秒的速率平移，例如，以0.25至0.35米/秒或0.4米/秒至5米/秒的速率。優(yōu)選地，脈沖激光束的每個脈沖串具有在工件處測得的大于40微焦耳每脈沖串每毫米工件厚度的平均激光能量。優(yōu)選地，脈沖激光束的每個脈沖串具有在工件處測得的大于或小于2500微焦耳每脈沖串每毫米工件厚度的平均激光能量，并且優(yōu)選地小于約2000微焦耳每脈沖串每毫米，并且在一些實施例中小于1500微焦耳每脈沖串每毫米工件厚度，例如，不多于500微焦耳每脈沖串每毫米工件厚度。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與諸如corning的玻璃相比，更高(高5至10倍)的體積脈沖能量密度(μj/μm³)對于穿孔具有較少或不具有含堿玻璃的堿土金屬硼硅鋁酸鹽玻璃是需要的。這可以例如通過利用突發(fā)脈沖激光器實現(xiàn)，優(yōu)選地具有每脈沖串至少2個脈沖并且提供堿土金屬硼硅鋁酸鹽玻璃(具有較少或不具有堿)內(nèi)的約0.05μj/μm³或更高，例如至少0.1μj/μm³，例如0.1-0.5μj/μm³的體積能量密度。

因此，優(yōu)選的是激光器產(chǎn)生具有每脈沖串至少2個脈沖的脈沖串。例如，在一些實施例中，脈沖激光器具有10w-150w(例如，10w-100w)的激光功率并且產(chǎn)生具有每脈沖串至少2個脈沖(例如，每脈沖串2-25個脈沖)的脈沖串。在一些實施例中，脈沖激光器具有25w-60w的功率，并且產(chǎn)生具有每脈沖串至少2-25個脈沖的脈沖串，并且由激光脈沖串產(chǎn)生的相鄰缺陷線之間的周期或距離是2-10微米。在一些實施例中，脈沖激光器具有10w-100w的激光功率，產(chǎn)生具有每脈沖串至少2個脈沖的脈沖串，并且工件和激光束相對于彼此以至少0.25米/秒的速率平移。在一些實施例中，工件和/或激光束相對于彼此以至少0.4米/秒的速率平移。

例如，對于切割0.7mm厚的非離子交換康寧代碼2319或代碼2320的gorilla玻璃，查看到3-7微米的間距可以良好工作，脈沖突發(fā)能量是約150-250μj/脈沖串，并且突發(fā)脈沖數(shù)的范圍是從2-15，并且優(yōu)選地3-5微米間距和2-5的突發(fā)脈沖數(shù)(每脈沖串的脈沖數(shù))。

以1米/秒切割速度，eagle玻璃的切割典型地需要15-84瓦特的激光功率的利用，30-45瓦特通常是足夠的。一般而言，遍及多種玻璃和其他透明材料，申請人發(fā)現(xiàn)10與100w之間的激光功率對于實現(xiàn)從0.2-1米/秒的切割速度是優(yōu)選的，25-60瓦特的激光功率對于許多玻璃是足夠的(并且最佳)。對于0.4米/秒至5米/秒的切割速度，激光功率應當優(yōu)選地是10w-150w，具有40μj/脈沖串-750μj/脈沖串的突發(fā)能量、2-25脈沖每脈沖串(取決于被切割的材料)以及3至15μm或3-10μm的孔間隔(或間距)。皮秒脈沖突發(fā)激光器的使用將對于這些切割速度是優(yōu)選的，因為它們產(chǎn)生高功率和每脈沖串所需數(shù)量的脈沖。因此，根據(jù)一些示例性實施例，脈沖激光產(chǎn)生10-100w的功率(例如25w至60瓦特)并且以至少2-25脈沖每脈沖串產(chǎn)生脈沖串，并且缺陷線之間的距離是2-15微米；并且激光束和/或工件相對于彼此以至少0.25米/秒的速度平移，在一些實施例中至少0.4米/秒，例如0.5米/秒至5米/秒，或更快。

現(xiàn)在應當理解的是，在此描述的實施例提供了用于通過應用激光束焦線來間隔基板(諸如玻璃基板)的系統(tǒng)和方法。在此描述的系統(tǒng)允許快速調(diào)節(jié)激光束焦線的長度和/或直徑以便解釋不同類型的材料以及不同厚度的材料。

雖然在此已經(jīng)描述了示例性實施例，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的是，在不脫離由所附權(quán)利要求所涵蓋的范圍的情況下，可以在其中做出在形式和細節(jié)上的不同改變。