CN106560269B - 对透明材料进行激光加工的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对透明材料进行激光加工的方法和装置。该方法通过在高斯或者高斯‑贝塞尔强度分布激光束的光路中放置光学元件，将所述超短脉冲高斯强度分布激光束转变成不对称高斯‑贝塞尔强度分布激光束，其中通过选择所述光学元件的合适材料和/或所述光学元件的参数和/或所述光学元件在激光束光路中的位置，来设定不对称高斯‑贝塞尔强度分布激光束的不对称性，从而在垂直于所述激光束的传播方向的平面中形成伸长形状的高斯‑贝塞尔强度分布激光束，在所述工件中诱发对应的伸长的损坏区域，以及以如下方式进行所述工件和所述激光束相对于彼此的受控移位：诱发的伸长形状的损坏区域在工件中沿着切割和/或破裂平面的预先确定的轨迹纵向依次排布。

Description

对透明材料进行激光加工的方法和装置
技术领域
本发明涉及激光领域，即对透明材料进行加工，并且可通过使用超短脉冲不对称高斯-贝塞尔(Gauss-Bessel)强度分布激光束，对透明材料(包括玻璃、化学回火玻璃、蓝宝石和其他晶体材料)进行切割、破裂和其他加工过程。
背景技术
用于对透明材料进行切割、划线或破裂的大多数方法和装置是基于将通过激光源产生的激光束聚焦到透明材料的表面上或者透明材料的块体中，在透明材料中形成开裂，这导致透明材料由于外部作用力而发生分离或破裂。
国际专利申请WO20122006736(2012年1月19日)揭示了对透明材料进行预切割的方法，其包括如下步骤：将超短脉冲激光束导向工件，并在其中聚焦，其中，工件的材料对于聚焦的激光束是透过的(transparent)。对激光脉冲持续时间和能量进行选择，以形成线状损坏区域(细丝)，其沿着束传播方向延伸穿过工件。对工件选择性地执行相对于聚焦激光束的多次平移，并且是以在工件中诱发所需数量的额外线状损坏区域的方向，形成破裂平面的轨迹。
最接近其的技术精髓是国际专利申请WO 2014/079478 A1(2014年5月30日)所述的对透明材料进行加工的方法和设备。已知的透明材料加工方法采用超短脉冲高斯强度分布激光束，并且包括如下依次操作：将超短脉冲高斯-贝塞尔强度分布激光束导向光学***，形成高斯-贝塞尔强度分布激光束，通过光学元件将其导向工件并在工件中局部化。工件的材料对于局部化的高斯-贝塞尔强度分布激光束是透过的，并且对激光脉冲持续时间和能量进行选择，以超过工件材料的光学损坏阈值并形成(由微裂纹构成的)损坏区域，其沿着聚焦的激光束延伸穿过工件。使得工件相对于聚焦的激光束移位(displace)，诱发了额外的损坏区域。选择性地执行多次移位，并且是以在工件中诱发所需数量的额外损坏区域的方法，形成切割/破裂平面的轨迹。
已知装置采用高斯或高斯-贝塞尔激光束的单次脉冲来覆盖工件的部分或者完整厚度，实现了高加工精度和速度。最接近已知方法和装置的技术精髓是将高斯-贝塞尔强度分布激光束在工件中局部化，形成损坏区域，其沿着激光束传播方向延伸并且具有接近圆形的形状，位于垂直于激光束传播的平面中。使得形成的具有接近圆形形状的损坏区域相互移位，形成切割和/或破裂平面的轨迹。由具有接近圆形的形状的损坏区域构成的形成在工件中的切割和/或破裂平面在相对于切割和/或破裂平面的轨迹的工件的块体中和平面上产生应力和随机方向或者甚至数个方向的裂纹。这对切割和/或破裂质量造成不利影响，特别是当切割和/或破裂平面轨迹包括各种曲率半径时。此外，由于形成从工件的块体和表面中的破裂轨迹分支出来的随机裂纹和应力，经加工的工件的机械强度下降，工件材料的损耗增加，产率和加工速度下降。
待解决的技术问题
本发明需求改善对透明材料进行切割或破裂的加工质量，以及改善产率、产量和加工速度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了对透明材料进行加工的方法，其包括以下步骤：将超短脉冲高斯强度分布激光束从激光源导向光学***，产生高斯-贝塞尔强度分布激光束，使得产生的高斯-贝塞尔强度分布激光束在工件中局部化，其中，工件的材料对于局部化的高斯-贝塞尔强度分布激光束是透过的，并且其中，对导向的激光束的激光脉冲持续时间和激光能量进行选择以超过工件的材料损坏阈值并在其中形成损坏区域，其以激光束的传播方向延伸，进行工件和激光束相对于彼此的受控移位，以预先确定的轨迹产生所需数量的额外相邻损坏区域，从而形成工件的切割和/或破裂平面，其特征在于，通过在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中放置光学元件，将超短脉冲高斯强度分布激光束转变成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束，其中，通过选择合适的光学元件的材料和/或光学元件的参数和/或光学元件在激光束光路中的位置来设定不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束的不对称性，从而在(垂直于激光束传播方向的)平面中形成伸长形状的高斯-贝塞尔强度分布激光束，在工件中相应地诱发伸长的损坏区域，以及其中，以如下方式进行工件和激光束相对于彼此的受控移位：诱发的伸长形状的损坏区域在工件中沿着切割和/或破裂平面的预先确定轨迹纵向依次排布。
在垂直于激光束传播方向的平面中的伸长形状的诱发的损坏区域类似于椭圆形形状。
伸长形状的损坏区域在工件内沿着切割和/或破裂平面的轨迹相互以一定距离布置，从而使得相邻损坏区域的中心之间的距离dx约为单个损坏区域(18b)的约为0.5-15个长度，其中，损坏区域沿着长轴(18e)的长度约为1-20um，并且损坏区域沿着长轴的长度是沿着短轴长度的1.3-5倍(优选2倍)。工件的透明材料选自：玻璃、化学强化玻璃、蓝宝石或者其他晶体材料。
在透明工件中诱发的损坏区域沿着激光束传播方向的长度可以短于平板状工件的厚度并且与平板状工件的任意表面是不毗连的，或者损坏区域的长度与工件的厚度一致并且与平板状工件的两个表面都毗连，或者损坏区域的长度短于平板状工件的厚度并且仅与一个表面毗连。
本发明的另一个实施方式是对透明材料进行加工的装置，其包括：激光源，产生超短脉冲高斯强度分布激光束，光学***，形成高斯-贝塞尔强度分布激光束并使其在工件中局部化，其中，工件的材料对于高斯-贝塞尔强度分布激光束是透过的，对激光脉冲持续时间和能量进行选择以超过工件材料的光学损坏阈值并在其中沿着束传播方向形成损坏区域，受控定位机制，用于将透明工件和高斯-贝塞尔强度分布激光束相对于彼此移位，从而以预先确定的轨迹产生所需数量的额外相邻损坏区域，形成工件的切割和/或破裂平面，其特征在于，通过放置在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布激光束的路径中的光学元件来破坏高斯-贝塞尔强度部分激光束的对称性，其中，光学***形成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束并使其在工件中局部化，诱发损坏区域，其在垂直于激光束传播方向的平面内具有伸长形状，并且其中，将通过控制器控制的定位机制设计成以如下方式进行透明工件和高斯-贝塞尔强度分布激光束相对于彼此移位：沿着预先确定的轨迹使得伸长形状的损坏区域纵向依次诱发，在工件中形成切割和/或破裂平面。
光学元件是透明板，将其以如下方式放在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中：使其遮住一半的激光束，其中激光束被遮住和未被遮住的部分是对称的，并且未被遮住的束部分直接通过，而被遮住的束部分贯穿透明板通过。
光学元件是具有拥有不同厚度的第一区和第二区的透明板，将其以如下方式放在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中：将激光束劈开成两个相等对称部分，其中，第一部分的束通过板的第一区，而第二部分的束通过板的第二区。
光学元件是拥有具有不同折射率的第一区和第二区的透明板，将其以如下方式放在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中：将前述的束劈开成两个相等对称部分，其中，第一部分的束通过板的第一区，而第二部分的束通过板的第二区。
受控定位机制包括：转动工作台，将光学件与该转动工作台附连，以及可线性移动工作台，将工件与其附连，其中，控制控制器来控制这两个工作台，所述控制器根据切割和/或破裂平面的预先确定的轨迹以如下方式从计算机接收命令：使得通过工作台、光学元件的转动来控制切割和/或破裂平面的轨迹的方向，以及通过用工作台进行工件的线性移动来控制损坏区域在工件中以一定移位距离放置。
定位机制包括：旋象棱镜(Dove prism)，其放在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中，根据激光束传播方向位于固定光学元件的后面并且与转动工作台附连；以及(与工件附连的)线性移动工作台，其中，转动工作台和线性移动工作台受到控制器的控制，其根据切割和/或破裂平面的预先确定的轨迹以如下方式从计算机接收命令：使得通过工作台转动旋象棱镜来控制切割和/或破裂平面的轨迹的方向，以及通过用工作台对工件进行线性移动来控制损坏区域在工件中以一定移位距离放置。
四分之一波相板用于将激光源的激光辐射的偏振状态从线性改变至圆形，将其以激光束传播的方向放在光学元件的前面或后面以及旋象棱镜前面的激光束路径中。
半波相板用于维持激光源的激光辐射的相同偏振状态，将其以激光束传播方向放在光学元件之后和旋象棱镜之前的激光束路径中，并且与工作台附连用于与旋象棱镜一起来转动相板。
本发明的有益效果
根据本发明，提出了对透明材料进行加工的方法和装置，其能够在工件中形成损坏区域，所述损坏区域在激光束传播的方向以及垂直于激光束传播方向的平面中具有伸长的形状。工件中所诱发的损坏区域的方向以及之间的距离通过受控定位机制进行控制，通过将它们沿着切割和/或破裂平面轨迹依次纵向移位，从而由(优选具有类似于椭圆的形状的)伸长的损坏区域形成所需的切割和/或劈裂平面轨迹。根据提出的方法和装置，形成破裂和/或切割平面轨迹能够控制工件中的应力或裂纹方向，并且同时沿着切割轨迹纵向形成裂纹或应力，这能够使得相对于切割和/或破裂轨迹的工件的块体或表面中的随机裂纹和应力最小化或者甚至完全避免，导致透明材料加工质量的明显改进，改善了自由形式板状透明材料工件的工件材料产率、加工产量和加工速度。由于伸长的损坏区域以及微裂纹沿着切割和/或破裂平面的轨迹的有序排布，由于微裂纹的有序引导及其尺寸，改善了加工质量、产量和加工速度。
附图说明
图1是提出的对透明材料进行加工的装置的主要方框图。
图2是光学元件相对于激光束的配置和位移，用于破坏激光束强度分布的对称性。
图3a是根据光学元件与转动工作台附连并且位于光学件后面的高斯强度分布激光束路径中的实施方式的本发明的装置的主要光学设计，形成高斯-贝塞尔强度分布激光束。
图3b是本发明的装置的主要光学设计，其根据如下实施方式，其中，光学元件与转动工作台附连，并且位于高斯-贝塞尔强度分布激光束路径中(显示两个交替性光学设计)。
图4a是本发明的装置的主要光学设计，其根据如下实施方式，其中，固定光学元件位于高斯强度分布激光束的光路中，并且在它之后，放置了与转动工作台附连的旋象棱镜。
图4b是本发明的装置的主要光学设计，其根据如下实施方式，其中，固定光学元件位于高斯强度分布激光束的光路中，并且在高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中放置了与转动工作台附连的旋象棱镜。
图5是一组损坏区域的照片：通过对称和不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束(下排)在透明材料工件中诱发(上排)，其中
‐18a是被随机方向裂纹围绕的损坏区域，通过对称高斯-贝塞尔强度分布激光束在透明材料工件的块体中诱发了所述随机方向的裂纹(在光路中不存在会将激光束转变成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束的光学元件)。
‐18b是具有裂纹的损坏区域，通过不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束在透明材料工件的块体中诱发了所述裂纹(在激光束的光路中存在将其转变成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束的光学元件)。
图6的示意图显示类似于椭圆的形状的伸长形状的激光诱发的改性，其沿着切割和/或破裂平面轨迹以纵向依次位移。
图7是一组长度18f以及在透明材料工件的块体中诱发的损坏区域的分配的四个替代实施方式。
图8是透明材料工件的块体中诱发的损坏区域的照片，显示通过转动光学元件对裂纹方向进行控制。
透明材料激光加工的方法包括这些步骤：通过在高斯或高斯-贝塞尔强度分布激光束路径中***破坏了激光束的强度分布的对称性的光学元件，将高斯强度分布超短脉冲激光束转变成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束。产生的不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束在工件的块体中局部化，其中，工件的材料对于局部化的激光束是透过的。对激光束的脉冲持续时间和脉冲能量进行选择，以超过工件材料的损坏阈值，诱发损坏区域。局部化的不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束诱发损坏区域，其沿着激光束传播方向延伸，并且在垂直于激光束传播方向的平面中具有伸长形状，例如具有类似于椭圆的形状。使得透明材料工件和局部化的不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束相对于彼此进行受控移位，从而在工件内，相互以一定的间距，纵向地沿着切割和/或破裂平面轨迹产生所需数量的所需裂纹方向的伸长形状的损坏区域，从而使得相邻损坏区域的中心之间的距离dx约为单个损坏区域的长度的约0.5-15倍。工件的透明材料可以是玻璃、化学强化玻璃、蓝宝石或者其他晶体材料。在透明工件中诱发的损坏区域沿着激光束传播方向的长度可以短于平板状工件的厚度并且可以与平板状工件的任意表面是不毗连的，或者损坏区域的长度可以与工件的厚度一致并且与平板状工件的两个表面都毗连，或者损坏区域的长度可以短于平板状工件的厚度并且可以仅与一个表面毗连。
具体实施方式
实现了本发明的方法的用于对透明材料进行激光加工的装置包括：
-激光源1，其产生超短脉冲高斯强度分布激光束2，
-光学元件(3、3’、3”)，将高斯-贝塞尔强度分布超短脉冲激光束转变成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束，
-受控转动装置(4a、4b)，在工件7内沿着所需方向对损坏区域18b进行导向，同时形成切割和/或破裂平面轨迹，
-光学***5，形成高斯-贝塞尔强度分布激光束，并使其在工件7内局部化，所述工件7对于局部化的激光束是透明的，
-工作台8，其能够进行线性移动，受到控制器10的控制，所述控制器10从计算机9接收控制命令，
-产生高斯-贝塞尔强度分布激光束的光学元件11，例如空间光调制器、圆锥透镜(旋转三棱镜)，
-光学组件设备12、13，其使得高斯-贝塞尔强度分布激光束在工件7的块体中局部化，
-透明板14a，用于执行光学元件(3、3’、3”)的功能，
-透明板14b，其包括两个不同厚度的区，用于执行光学元件(3、3’、3”)的功能，
-透明板14c，其包括两个不同折射率的区，用于执行光学元件(3、3’、3”)的功能，
-能够进行转动运动的工作台(15、15’、15”)，用于对光学元件(3、3’、3”)或旋象透镜(16、16’)进行转动，
-光学设备19，用于形成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束。
图1是用于对透明材料进行加工的装置的主要方框图，实现了板状工件7的激光加工方法，即切割或预切割，其旨在对工件7进行破裂，其中，板形工件的材料对于激光源1的激光照射2是透过的。所述材料对于激光源的某一激光波长是透过的，当该波长的单光子辐射能小于材料的带隙并且所述激光源的辐射的吸收仅仅通过非线性过程才是可能的，其由于超短脉冲辐射的高强度得以引发。通过如下方式实现该方法：选择光学设备19形成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束，以及通过选择激光照射的参数，从而使得脉冲的不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束6b与工件7的材料的相互作用在工件材料中诱发损坏区域18b，其具有在激光束传播方向和垂直于激光束传播方向的平面中伸长的形状。通过经由计算机9得到命令的控制器10来控制诱发的损坏区域18b的数量以及纵向依次位置18c，从而工件7和在垂直于束传播方向的平面中具有类似于椭圆的伸长形状的不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束相对于彼此发生移位。诱发的伸长损坏区域18b经由微裂纹平面与破裂平面18d相互连接，所述微裂纹平面是由于绕着损坏区域中累积的内部应力所诱发的。通过选择脉冲激光束特性，例如激光脉冲持续时间、平均激光脉冲能量、激光波长以及高斯-贝塞尔强度分布激光束锥角，来控制工件材料内的损坏区域18b的尺寸和大小。在垂直于激光束传播方向的平面内，损坏区域18b沿着长轴18e的典型长度约为1-20um，并且损坏区域沿着长轴的长度是沿着短轴长度的1.3-5倍(优选2倍)，这取决于供给材料类型、厚度和层状结构(如果具有该层状结构的话)。通过超短脉冲激光(其脉冲持续时间约为1-100ps，例如10-100ps)实现该方法。将工件材料处测得的平均激光脉冲能设定为小于约1000uJ，例如小于约400uJ。对激光源的波长进行选择，从而使得该激光波长的单个光子的能量小于工件材料的带隙，以及小于约3um。在高斯-贝塞尔强度分布激光束的半锥角17是4-45度(例如4-20度)的情况下，实现了该光学设定。通过使得板形工件7和在垂直于束传播方向的平面中具有类似于椭圆的伸长形状的不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束6b相对于彼此移动，纵向沿着切割和/或破裂平面轨迹移位了后续改性，间距为某一距离dx，其可以是单个损坏区域沿着长轴18e的长度的0.5至15倍，这取决于工件材料的类型、厚度和层状结构(如果具有层状结构的话)。对光学设备5和激光束2的特性进行选择，从而使得在垂直于束传播方向的平面中具有类似于椭圆的伸长形状的不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束6b与工件7材料的相互作用沿着激光束传播方向引发损坏区域18b，其中，损坏区域18b的长度18f短于板形工件7的厚度并且与板形工件的任意表面是不毗连的，或者损坏区域的长度18f与板形工件7的厚度一致并且与板形工件的两个表面7a、7b都毗连，或者损坏区域的长度18f短于板形工件7的厚度并且仅与其背表面7a毗连,或者损坏区域的长度18f短于板形工件7的厚度并且仅与其背表面7b毗连。
图3a是本发明所揭示方法的实施方式的主要光学设计，其中，将超短脉冲激光1产生的高斯强度分布激光束2传递通过光学元件3，以破坏激光束的对称性。不对称强度分布激光束进一步通过典型的贝塞尔-高斯束产生光学元件11(例如，空间光调制器或者圆锥透镜)，从而将激光束转变成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束，其在垂直于激光束传播方向的平面中具有类似于椭圆的伸长形状。不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束可以通过激光束成像光学设备12、13进行调节，或者可以仅在工件7的块体中局部化。不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束与工件材料的相互作用产生损坏区域18b，其导致在材料18d中沿着切割和/或破裂平面轨迹诱发微裂纹平面，其方向受到转动装置4a的控制，其中，通过转动工作台15对光学元件3进行转动。通过使用平移工作台8和转动工作台15以及控制器10(它们全都根据预先确定的切割和/或破裂平面轨迹从计算机9接收命令)，以一定脉冲-脉冲间距在材料内布置依次激光脉冲XN-1、XN、XN+1 18c。或者，可以使得具有或不具有激光源1的光学设备相对于工件移动，以获得相同效果。
图3b是所揭示的本发明其他实施方式的主要光学设计，其基于第一个实施方式，其中，使用受控转动装置4a(其包括与转动工作台(15’、15”)附连的光学元件(3’、3”))来设定工件7中的损坏区域6b的裂纹方向，同时诱发切割和/或破裂平面轨迹，根据激光束传播方向，所述受控转动装置4a位于光学元件11后面的高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中，其产生高斯-贝塞尔强度分布激光束或者位于光学元件12和13之间。
图4a是所揭示的本发明另一个方法的主要光学设计，其中，光学设计19包括受控转动装置4b，其位于光学设备5之前的高斯强度分布束2的光路中，其用于产生高斯-贝塞尔强度分布激光束。受控转动装置4b包括光学元件3和旋象棱镜16，其与转动工作台15相附连，根据激光束传播方向，其位于固定光学元件3之后。将超短脉冲激光1产生的高斯强度分布激光束2传递通过(位于高斯强度分布激光束2的光路中的)束对称性破坏光学元件3，然后通过典型的贝塞尔-高斯强度分布激光束产生光学元件11(例如，空间光调制器或者圆锥透镜)。不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束可以通过激光束成像光学设备12、13进行调节，或者可以仅在工件7的块体中局部化。不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束与工件材料的相互作用产生损坏区域18b，其导致在材料18d中诱发微裂纹平面轨迹，其方向受到转动超短脉冲高斯强度分布激光束2的图像通过光学元件3得到控制。这通过转动旋象透镜16和转动工作台15得以实现。为了克服依赖于旋象透镜角的反射变化，如果其上升的话，则可以使用四分之一波长相板(16b、16b’)来将激光照射的线性偏振改变至圆形，或者可以使得半波长相板16b”与旋象透镜16一起转动，以维持相同的激光束偏振状态。通过使用平移工作台8和转动工作台15以及控制器10(它们全都根据预先确定的切割和/或破裂平面轨迹从计算机9接收命令)，以一定脉冲-脉冲间距在材料内布置依次激光脉冲XN-1、XN、XN+1 18c。或者，可以使得具有或不具有激光源1的光学设备相对于工件移动，以获得相同效果。
图4是所揭示的本发明方法其他实施方式的主要光学设计，其是基于图4a中的主要光学设计的实施方式。在该实施方式中，受控转动装置4b包括固定光学元件3，其放在高斯强度分布激光束2的光路中并且可以在其后面或者前面放置四分之一波长相板(16b、16b’)，旨在将激光照射的线性偏振状态改变成圆形；以及旋象透镜16’，其与转动工作台15’附连，用于设定工件7中的损坏区域6b的裂纹方向同时诱发切割和/或破裂平面轨迹。根据激光束传播的方向，旋象透镜16’位于高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中的光学元件11的后面，其产生高斯-贝塞尔强度分布激光束。
图2是满足光学元件3的一组实施方式。光学元件3是透明材料板，其材料可以是玻璃、晶体或者双折射晶体和/或具有影响反射率的层状结构(例如，减反射涂层)。在本发明的实施方式中，光学元件3的目的是通过为一部分激光束引入额外光路，来产生高斯或高斯-贝塞尔强度分布激光束的不对称性。由于引入的激光束的不对称性，高斯-贝塞尔强度分布激光束被转变成伸长形状(优选具有椭圆形形状的)高斯-贝塞尔强度分布激光束6b。
可以通过数种技术方案实现光学元件3。光学元件3可以是仅遮住一部分激光束的玻璃板14a。将玻璃板14a以如下方式放在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中，使得其遮住一半激光束，其中，激光束被遮住部分和未被遮住部分是对称的。由于之前所述的通过玻璃板14a遮住了部分激光束，在激光束的不同部分之间产生的光路差，破坏了激光束的强度分布的对称性。对板14a的厚度进行选择，从而将高斯-贝塞尔强度分布激光束转变成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束，例如0.5mm。
光学元件3的其他实施方式可以是透明板14b，其包括不同厚度的两个区，以及当放在激光束的光路中时，对激光束通过其的部分产生不同光路长度。提到的两个不同厚度区将激光束劈开成两个相同部分，其中，第一部分的束通过板14b的第一区，以及第二部分的束通过板14b的第二区。
光学元件3的其他实施方式可以是透明板14c，其包括不同折射率的两个区，以及当放在激光束的光路中时，对激光束通过其的部分产生不同光路长度。将透明板以如下方式放在激光束的光路中，使得前述的束被劈开成两个相等对称部分，其中，第一部分的束通过板14c的第一区，而第二部分的束通过板14c的第二区。
根据本发明的其他实施方式，可以将透明板(14a、14b、14c)放在激光束的光路中，用于部分遮住激光束，将束劈开成不对称部分以及诱发各种形状的损坏区域，这取决于前述的激光束被遮住和未被遮住部分的不对称性。
根据本发明，将典型的高斯强度分布超短脉冲激光束2转变成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束，其在垂直于激光束传播方向的平面中具有伸长的形状，并且在透明板形工件的块体中局部化，其中，经由非线性过程沉积脉冲能量，并以具有微米尺寸裂纹的损坏区域的形式对改性进行改性。由于改性材料的密度变化，具有类似于椭圆形的伸长形状，材料中的内部应力形成平面状微裂纹，其方向受到[不对称/伸长]高斯-贝塞尔强度分布激光束的长轴的转动的控制。沿着预先确定的轨迹诱发此类改性产生了良好限定的分离路径，其用于通过机械作用力、热应力诱发的作用力或者由于板形工件中存在的内应力而导致的随时间自发破裂将工件分成预定形状的部件，这取决于板形工件的类型和层状结构。

Claims (15)

1.一种对透明材料进行加工的方法，所述方法包括以下步骤：
将超短脉冲高斯强度分布激光束(2)从激光源(1)导向到光学***，产生高斯-贝塞尔强度分布激光束，
使得产生的高斯-贝塞尔强度分布激光束在工件(7)中局部化，其中，所述工件的材料对于局部化的高斯-贝塞尔强度分布激光束是透过的，以及其中，
对经导向的激光束(2)的激光脉冲持续时间和激光脉冲能量进行选择，使其超过所述工件(7)的材料损坏阈值，并且在其中形成损坏区域，其以所述激光束的传播方向延伸，
进行所述工件(7)与所述激光束相对于彼此的受控移位，以预先确定的轨迹产生所需数量的额外相邻的损坏区域，从而形成工件(7)的切割和/或破裂平面，
其特征在于，
通过在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中放置光学元件(3、3’、3”)，将所述超短脉冲高斯强度分布激光束(2)转变成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束(6b)，其中
通过选择所述光学元件(3、3’、3”)的合适材料和/或所述光学元件(3、3’、3”)的参数和/或所述光学元件(3、3’、3”)在激光束光路中的位置，来设定不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束的不对称性，从而在垂直于所述激光束的传播方向的平面中形成伸长形状的高斯-贝塞尔强度分布激光束，在所述工件(7)中诱发对应的伸长的损坏区域(18b)，以及其中，
以如下方式进行所述工件(7)和所述激光束相对于彼此的受控移位：诱发的伸长形状的损坏区域(18b)在工件(7)中沿着切割和/或破裂平面的预先确定的轨迹纵向依次排布。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在垂直于所述激光束传播方向的平面中的诱发的损坏区域(18b)的伸长形状是椭圆形形状。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，伸长形状的损坏区域(18b)在所述工件(7)内沿着切割和/或破裂平面的轨迹相互以一定距离布置，从而使得相邻损坏区域的中心之间的间距dx为单个损坏区域的长度(18e)的0.5-15倍，其中损坏区域(18b)沿着长轴的长度(18e)为1-20um，以及损坏区域沿着长轴的长度是沿着短轴的长度的1.3-5倍。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，损坏区域沿着长轴的长度是沿着短轴的长度的2倍。
5.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述工件(7)的透明材料选自：玻璃或者蓝宝石。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述玻璃是化学强化玻璃。
7.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，在工件中诱发的损坏区域(18b)沿着激光束传播方向的长度(18f)短于工件(7)的厚度并且不与工件的任意表面毗邻，或者损坏区域的长度(18f)与工件的厚度一致并且与工件的两个表面(7a、7b)都毗邻，或者损坏区域的长度(18f)短于工件(7)的厚度并且仅与表面(7a、7b)中的一个表面毗邻，其中，所述工件(7)是透明和板状的。
8.一种对透明材料进行加工的装置，所述装置包括：
激光源(1)，其产生超短脉冲高斯强度分布激光束(2)，
光学***，其形成高斯-贝塞尔强度分布激光束并使其在工件(7)中局部化，其中，所述工件的材料对于高斯-贝塞尔强度分布激光束是透过的，并且对激光脉冲持续时间和激光脉冲能量进行选择，使其超过所述工件(7)的光学损坏阈值，并且在其中沿着束传播方向形成损坏区域，
受到控制器控制的定位机制，用于使得所述工件(7)和高斯-贝塞尔强度分布激光束相对于彼此移位，从而以预先确定的轨迹产生所需数量的额外相邻损坏区域，从而形成工件的切割和/或破裂平面，其特征在于，
在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布束的路径中放置光学元件(3、3’、3”)，以破坏高斯-贝塞尔强度分布激光束的对称性，其中
所述光学***形成不对称高斯-贝塞尔强度分布激光束(6b)并使其在工件(7)中局部化，诱发损坏区域(18b)，其在垂直于激光束传播方向的平面中具有伸长的形状，并且其中，
将受到控制器(10)控制的定位机制设计成以如下方式进行所述工件(7)和高斯-贝塞尔强度分布激光束(6b)相对于彼此的受控移位：使得沿着预先确定的切割和/或破裂平面的轨迹，在工件中纵向依次诱发伸长形状的损坏区域(18b)，其中，所述工件(7)是透明的。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，光学元件(3、3’、3”)是透明板(14a)，将其以如下方式放在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中：使其遮住一半的激光束，其中，激光束被遮住和未被遮住的部分是对称的，并且束未被遮住的部分直接通过，而束被遮住的部分通过透明板(3、3’、3”)。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，光学元件(3、3’、3”)是具有不同厚度的第一区和第二区的透明板(14b)，将其以如下方式放在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中：将激光束劈开成两个相等对称部分，其中，第一部分的束通过板(14b)的第一区，而第二部分的束通过板(14b)的第二区。
11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，光学元件(3、3’、3”)是具有不同折射率的第一区和第二区的透明板(14c)，将其以如下方式放在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中：将之前的激光束劈开成两个相等对称部分，其中，第一部分的束通过板(14c)的第一区，而第二部分的束通过板(14c)的第二区。
12.如权利要求8-11中任一项所述的装置，其特征在于，受到控制器(10)控制的定位机制包括：转动工作台(15、15’、15”)，将所述光学元件(3、3’、3”)与其附连；以及线性运动工作台(8)，将所述工件(7)与其附连；其中，工作台(15、15’、15”)和工作台(8)受到控制器(10)的控制，所述控制器以如下方式根据切割和/或破裂平面的预先确定的轨迹从计算机(9)接受命令：使得切割和/或破裂平面的轨迹的方向受到工作台(15、15’、15”)和光学元件(3、3’、3”)的转动的控制，以及损坏区域(18b)在工件(7)中以一定移位距离(18e)的放置受到工作台(8)对工件(7)进行线性移动的控制。
13.如权利要求8-11中任一项所述的装置，其特征在于，受到控制器(10)控制的定位机制包括：
旋象棱镜(16’、16”)，其放在高斯或者高斯-贝塞尔强度分布激光束的光路中，根据激光束传播方向位于固定光学元件(3)的后面并且与转动工作台(15’、15”)附连，以及
线性运动工作台(8)，将工件(7)与其附连，其中
工作台(15’、15”)和工作台(8)受到控制器(10)的控制，其根据切割和/或破裂平面的预先确定的轨迹以如下方式从计算机接收命令：使得通过工作台(15’、15”)转动旋象棱镜(16’、16”)来控制切割和/或破裂平面的轨迹的方向，以及通过用工作台(8)线性移动工件(7)来控制损坏区域(18b)在工件(7)中以一定移位距离(18e)放置。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，四分之一波相板(16b、16b’)用于将激光源(1)的激光辐射的偏振状态从线性改变至圆形，根据激光束传播的方向将其放在光学元件(3)的前面或后面以及旋象棱镜(16、16’)的前面的激光束路径中。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，半波相板(16”)用于维持激光源(1)的激光辐射的相同偏振状态，根据激光束传播方向将其放在光学元件(3)之后和旋象棱镜(16)之前的激光束路径中，并且与转动工作台(15)附连用于与旋象棱镜(16)一起来转动相板(16b”)。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112142315A (zh) * 2020-09-22 2020-12-29 东莞市盛雄激光先进装备股份有限公司 一种厚玻璃的超快激光加工***及方法
US11811185B2 (en) 2018-06-28 2023-11-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Laser dicing device, method of laser beam modulation, and method of dicing a substrate

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10429553B2 (en) 2015-02-27 2019-10-01 Corning Incorporated Optical assembly having microlouvers
DE102017206461B4 (de) 2017-04-13 2019-05-02 Schott Ag Vorrichtung und Verfahren zum laserbasierten Trennen eines transparenten, sprödbrechenden Werkstücks
CN110997213B (zh) * 2017-05-19 2022-09-06 肖特股份有限公司 包括玻璃或玻璃陶瓷的组件，用于生产组件的方法和装置及组件的用途
TW201919805A (zh) * 2017-08-25 2019-06-01 美商康寧公司 使用遠焦光束調整組件以雷射處理透明工件的設備與方法
US10830943B2 (en) * 2017-10-31 2020-11-10 Corning Incorporated Optical fibers and optical systems comprising the same
WO2019179603A1 (de) * 2018-03-20 2019-09-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zur prozessorientierten strahlformanpassung und strahlorientierung
US11059131B2 (en) 2018-06-22 2021-07-13 Corning Incorporated Methods for laser processing a substrate stack having one or more transparent workpieces and a black matrix layer
WO2020188861A1 (ja) * 2019-03-19 2020-09-24 株式会社村田製作所 光学装置
LT6791B (lt) * 2019-05-15 2020-12-28 Uab "Altechna R&D" Skaidrių medžiagų apdirbimo būdas ir įrenginys
US10903121B1 (en) * 2019-08-14 2021-01-26 Applied Materials, Inc. Hybrid wafer dicing approach using a uniform rotating beam laser scribing process and plasma etch process
CN114556163A (zh) * 2019-08-15 2022-05-27 康宁股份有限公司 结合基材以及通过结合部分离所结合的基材的一部分的方法，例如制造液体透镜阵列以及将阵列分离为独立的液体透镜
CN110539085A (zh) * 2019-09-11 2019-12-06 华东师范大学重庆研究院 一种飞秒光丝隐切方法及装置
DE102019128362B3 (de) * 2019-10-21 2021-02-18 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Segmentiertes Strahlformungselement und Laserbearbeitungsanlage
DE102019129036A1 (de) * 2019-10-28 2021-04-29 Schott Ag Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben und verfahrensgemäß hergestellte Glasscheibe sowie deren Verwendung
LT3875436T (lt) * 2020-03-06 2024-04-10 Schott Ag Substrato elementas ir substrato elemento gavimo ir (arba) atskyrimo atlikimo būdas
CN111716015B (zh) * 2020-05-28 2022-06-14 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光切割裂纹控制方法及装置
CN113770548A (zh) * 2020-06-10 2021-12-10 大族激光科技产业集团股份有限公司 激光加工***、激光加工方法及获得椭圆形光斑的方法
KR20230037547A (ko) * 2020-07-15 2023-03-16 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 레이저 가공 장치, 및 레이저 가공 방법
KR102375235B1 (ko) * 2020-09-08 2022-03-16 주식회사 필옵틱스 레이저 가공 시스템 및 방법
DE102020134195A1 (de) * 2020-12-18 2022-06-23 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Trennen eines Materials
WO2022167254A1 (de) * 2021-02-02 2022-08-11 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Vorrichtung und verfahren zur laserbearbeitung eines werkstücks
WO2022167257A1 (de) * 2021-02-02 2022-08-11 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Vorrichtung und verfahren zur laserbearbeitung eines werkstücks
DE102021123801A1 (de) 2021-06-02 2022-12-08 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks
DE102021123962A1 (de) 2021-09-16 2023-03-16 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks
DE102021131811A1 (de) 2021-12-02 2023-06-07 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks
CN115401342B (zh) * 2022-11-02 2023-03-03 武汉引领光学技术有限公司 一种激光切割透明脆性材料的裂纹诱导方法
CN115647578A (zh) * 2022-12-28 2023-01-31 歌尔股份有限公司 激光加工方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2389555A (en) * 2001-02-01 2003-12-17 Electro Scient Ind Inc Resistor trimming with small uniform spot from solid-state UV laser
JP3559827B2 (ja) 2002-05-24 2004-09-02 独立行政法人理化学研究所 透明材料内部の処理方法およびその装置
BRPI0515667A (pt) * 2004-10-01 2008-07-29 Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd método de inscrição para material frágil e equipamento de inscrição
DE102005013783B4 (de) * 2005-03-22 2007-08-16 Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh Verfahren zum Trennen von spröden Materialien mittels Laser mit unsymmetrischer Strahlungsdichteverteilung
DE102006042280A1 (de) * 2005-09-08 2007-06-06 IMRA America, Inc., Ann Arbor Bearbeitung von transparentem Material mit einem Ultrakurzpuls-Laser
JP2009255114A (ja) 2008-04-15 2009-11-05 Linkstar Japan Co Ltd 脆性材料基板の加工装置および切断方法
JP5416492B2 (ja) 2009-06-30 2014-02-12 三星ダイヤモンド工業株式会社 レーザ光によるガラス基板加工装置
CA2805003C (en) 2010-07-12 2017-05-30 S. Abbas Hosseini Method of material processing by laser filamentation
US8635887B2 (en) 2011-08-10 2014-01-28 Corning Incorporated Methods for separating glass substrate sheets by laser-formed grooves
KR20130061897A (ko) * 2011-12-02 2013-06-12 디앤에이 주식회사 기판가공장치
CN102785031B (zh) * 2012-08-15 2015-04-01 武汉隽龙科技有限公司 一种利用超短脉冲激光的透明材料切割方法及切割装置
DE102012110971A1 (de) * 2012-11-14 2014-05-15 Schott Ag Trennen von transparenten Werkstücken
WO2014079478A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-30 Light In Light Srl High speed laser processing of transparent materials
JP5613809B2 (ja) 2013-09-25 2014-10-29 株式会社レーザーシステム レーザ切断方法およびレーザ加工装置
US9757815B2 (en) * 2014-07-21 2017-09-12 Rofin-Sinar Technologies Inc. Method and apparatus for performing laser curved filamentation within transparent materials
JP6005125B2 (ja) 2014-12-22 2016-10-12 イムラ アメリカ インコーポレイテッド 超短パルスレーザでの透明材料処理

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11811185B2 (en) 2018-06-28 2023-11-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Laser dicing device, method of laser beam modulation, and method of dicing a substrate
CN112142315A (zh) * 2020-09-22 2020-12-29 东莞市盛雄激光先进装备股份有限公司 一种厚玻璃的超快激光加工***及方法

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