[发明专利]使用长度和直径可调的激光束焦线来加工透明材料的系统和方法

说明书

公开了一种用于使用可调激光束线状焦点来加工诸如玻璃等透明材料的系统和方法。所述用于加工透明材料的系统包括可操作用于发射脉冲激光束的激光源、以及布置在所述脉冲激光束的光学路径内的光学组件(6’)。所述光学组件(6’)被配置成用于将所述脉冲激光束转变为具有可调长度和可调直径的激光束焦线。所述激光束焦线的至少一部分可操作用于被定位在所述透明材料的块内，从而使得所述激光束焦线沿着所述激光束焦线产生材料改性。还公开了一种通过调节所述激光束焦线的长度和所述激光束焦线的直径中的至少一项来激光加工透明材料的方法。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2014年7月14日提交的美国临时申请号62/024122的优先权权益，该临时申请的内容被用作依据并且通过引用以其全部内容结合在此。

背景技术

近年来，精密微机械加工及其为了满足顾客需求以减小尖端设备的尺寸、重量和材料成本的工艺开发的改进已经引起在用于触摸屏、平板电脑、智能手机和电视的平板显示器的高科技产业的快步伐增长。超快工业激光器正在变成用于需要高精度微加工的应用的重要工具。

存在各种已知的方式来切割玻璃。在常规的激光玻璃切割工艺中，玻璃的分离依赖于激光划线或穿孔，接着用机械力或热应力诱发的裂纹扩展分离。几乎所有目前的激光切割技术表现出一个或多个缺点。例如，通过采用高斯激光束的激光工艺进行的玻璃切割需要大量的脉冲以便在玻璃基板内产生由于激光束的紧密焦点而引起的所期望的缺陷线。这种激光切割工艺可能是费时的并且因此限制产出。

发明内容

在此公开的实施例涉及出于钻孔、切割、分离、穿孔、或以其他方式加工材料的目的在透明材料(玻璃、蓝宝石等)中产生小(几微米和更小)“孔”的方法和系统。更具体地，超短(即从10^-10至10^-15秒)脉冲激光束(波长，如1064、532、355或266纳米)被聚焦至具有高于在透明材料的表面处或在透明材料内的焦点的区域中产生缺陷所需的阈值的能量密度的线状焦点。根据透明材料的类型和厚度调节所述线状焦点的长度和直径。通过重复该过程，可以产生沿预定路径对齐的一系列激光诱导缺陷。通过间隔开充分靠近在一起的激光诱导特征，可以产生在透明材料内的机械薄弱的受控区域并且所述透明材料可以沿着由一系列激光诱导缺陷限定的路径精确地断裂或分离(立即、或稍后利用附加机械或热分离步骤)。在高内部应力材料(诸如化学强化玻璃)的情况下，所述材料可以沿着由激光诱导缺陷限定的路径立即断裂和分离。在低应力材料(诸如针对TFT(薄膜晶体管)显示器应用而制作的玻璃)的情况下，可能需要附加的分离步骤。因此，(多个)超短、线状焦点激光脉冲可以任选地跟随着二氧化碳(CO₂)激光或其他热应力源以例如实现透明材料或部分与基板的完全自动化分离。

在一个实施例中，一种用于加工透明材料的系统包括可操作用于发射脉冲激光束的激光源、以及布置在所述脉冲激光束的光学路径内的光学组件。所述光学组件被配置成用于将所述脉冲激光束转变为具有可调长度和可调直径的激光束焦线。所述激光束焦线的至少一部分可操作用于被定位在所述透明材料的块内，从而使得所述激光束焦线在所述透明材料内生成诱导多光子吸收。所述诱导多光子吸收沿着所述激光束焦线在所述透明材料内产生材料改性。

在另一实施例中，一种加工透明材料的方法包括：聚焦脉冲激光束以便沿着光束传播方向形成激光束焦线，其中，所述激光束焦线具有长度和直径。所述方法进一步包括：调节所述激光束焦线的所述长度和所述激光束焦线的所述直径中的至少一项；以及将所述激光束焦线引导进入所述透明材料中，从而使得所述激光束焦线的至少一部分在所述材料的块内。所述激光束焦线在所述透明材料内产生诱导多光子吸收。所述诱导多光子吸收沿着所述激光束焦线在所述材料内产生材料改性。

附图说明

前述内容将从以下示例实施例的更具体描述中而变得清楚，如在附图中示出的，其中贯穿不同视图相似的参考符号指代相同的部分。这些附图并不必须是按比例的，而是将重点放在展示代表性实施例上。