[发明专利]用于透明材料的激光加工的方法和装置

说明书

本发明涉及通过超短激光脉冲制造透明材料。一种用以制造对激光波长大部分透明的材料的方法，该方法包括由光学元件形成非中心对称的无衍射光束，该光学元件包含至少两个双折射结构区域，该双折射结构区域根据特定于该特定区域的规则改变Pancharatnam‑Berry相位。能量、相位和偏振的分布取决于接近所述元件的光的参数。选择脉冲能量以利用分布的主最大值来形成沿期望方向伸长的空隙，而侧最大值形成来自相邻脉冲的损伤之间的化学特性的变化。空隙损伤和化学变化区域形成期望的切割线。将以所述方式制备的工件置于化学聚集溶液中，其中，受激光影响的区域比未受影响的区域溶解得快得多。这使得能够实现具有高达1/50的纵横比的切割。

技术领域

本发明属于激光领域，涉及透明介质的加工，并且可以通过使用超短脉冲激光辐射光束用于透明介质的切割、分裂和其他加工，所述透明介质包括不同类型的玻璃、化学钢化玻璃、蓝宝石和其他晶体材料。

背景技术

为了切割非常小尺寸的孔或在透明材料的工件中形成自由形式的切口，使用激光方法。常规激光微加工(钻孔、切割或凹槽形成等)方法通常依赖于由于激光脉冲能量在受影响区域中的聚焦而去除材料--烧蚀。为此目的使用飞秒激光器产生非常干净的孔或切口的边缘，并且实际上没有材料不能够由这种激光器处理。然而，烧蚀具有基本缺点-由于从切口底部移除的材料积聚在受影响区域上方的壁上，从而逐渐覆盖光的入口，因此不可能从非常窄的间隙或小直径孔移除材料。通过使用分裂分离来避免该缺点，其中，激光脉冲沿着期望的分裂线产生损伤区域。然而，当沿着高曲率的线分裂工件时，特别是当需要钻孔时，这种方法非常有限。当工件由玻璃制成时，特别是如果玻璃被回火时，任务变得更加复杂。玻璃最近在半导体技术(作为半导体结构的基础)、微机电系统的制造和微流体装置的制造中使用的材料中变得越来越重要。所有这些区域都需要产生任何形状的切口、孔或通道的能力。最近，使用激光方法与化学蚀刻的组合，其极大地扩展了这些方法的能力。

已知的类似物使用激光影响的材料的酸蚀刻或碱蚀刻。US20180029924A1描述了一种方法，在该方法中，用HF酸对紫外激光钻孔进行蚀刻，其采用受激光影响的材料比未受影响的材料蚀刻得更快的性质。以这种方式获得的孔在工件的整个厚度上具有不同的直径(通常为沙漏形)，并且在蚀刻期间，孔在所有方向上均匀地扩展；在蚀刻整个切割线期间，这导致具有与孔之间的间距几乎相同的宽度的切口。

US2018037489中提出的方法也没有表现出取向，在蚀刻期间，激光穿透的孔在所有方向上均匀地扩展。该方法并非意在用于制造切口或凹槽，而是仅用于圆形孔。

US9517963B2描述了一种采用通过蚀刻均匀加宽激光穿孔的方法。在该方法中，使用中心对称的非衍射贝塞尔光束来刺穿玻璃，因此，孔是圆形的和非定向的。该方法不提供蚀刻均匀切口的选择，它仅有助于工件沿着连接孔的线的分裂。通过使用所描述的方法，在工件中的孔的入口和出口处获得显著的斜率，即，孔显著偏离筒形形状，这也导致具有不规则形状斜率的切口。此外，当用激光穿孔时，在其周围形成不可预测形状的微裂纹，并且当玻璃蚀刻酸扩散通过它们时，它扩大了孔，同时降低了裂缝的平滑度，由于裂纹的随机性质，裂缝的平滑度沿着分裂线是不均匀的。

EP3102358A4描述了一种方法，该方法利用激光穿孔的蚀刻来扩大孔，并且用于使用孔沿着由孔形成的轮廓来破碎玻璃的目的。蚀刻工艺的取向既不寻求也不受控制，孔不连接。

US20160152508A1描述了一种用于将玻璃工件沿着激光制造和蚀刻扩大的孔的线分离的方法。蚀刻工艺的取向既不寻求也不受控制，孔不连接。