具体实施方式

现在将详细参考用于形成和激光加工工件和包括多个工件的工件堆叠的工艺的实施例，其示例在附图中示出。在可能时，贯穿附图将使用相同的附图标记来指示相同或类似的部件。激光加工工件堆叠可包括将激光射束(例如，脉冲激光射束)引导(聚焦)到工件堆叠的至少一个透明工件中以改变透明工件，例如，分离透明工件、在透明工件中形成光栅等。在一些实施例中，引导激光射束以在工件堆叠的至少一个部分中并且不在该工件堆叠的至少一个其他部分中形成激光射束焦线可能是有利的，其中这些不同部分位于工件堆叠的不同深度位置中。作为一个示例，将激光射束引导到第一透明工件中的激光射束焦线中而不是引导到第二透明工件中的激光射束焦线中可能是有利的。作为另一个示例，引导激光射束以在第一透明工件的一个部分中并且不在该第一透明工件的另一个其他部分中形

成激光射束焦线可能是有利的，其中这些不同部分位于该第一透明工件的不同深度位置中。此外，用于形成定制形状的缺陷的当前方法受到激光系统能力的限制。

本文描述了通过修改激光系统的焦线的形状来允许或增强工件和工件堆叠的激光加工的实施例。例如，激光系统可包括相位掩模和/或可调节阻挡元件以修改激光的焦线的形状。经修改的形状被称为自由形态能量分布。该自由形态能量分布被发送到工件中并且在工件中形成缺陷。所形成的缺陷的形状基本上类似于自由形态能量分布的形状。此外，本文描述的方法允许制造具有缺陷的基板，所述缺陷具有不可通过已知方法生产的形状。本文中将具体参考附图来描述工件和/或工件堆叠的激光加工的各种实施例。

如本文所使用，“激光加工”可包括将激光射束引导到工件上和/或引导到工件中。在一些实施例中，激光加工进一步包括相对于工件平移激光射束，例如，沿着轮廓线、沿着修改线、或沿着另一路径。激光加工的示例包括：使用激光射束来形成包括延伸到工件中的一系列缺陷的轮廓，使用激光射束来在工件中形成修改轨迹，以及使用红外激光射束来加热工件堆叠的工件。激光加工可以沿着一个或多个期望的分离线来分离工件。然而，在一些实施例中，附加的非激光步骤可用于沿着一个或多个期望的分离线来(例如，机械地)分离工件。

如本文所使用，“轮廓线”可指示在工件的表面上的线性的、有角的、多边形的、或弯曲的线，该线定义当在工件的平面内移动激光射束以创建对应的轮廓时该激光射束所穿过的路径。

如本文所使用，“轮廓”可以是指通过沿着轮廓线平移激光而在工件中形成的一组缺陷。如本文所使用，轮廓可以是指基板中或基板上的虚拟二维形状或路径。因此，尽管轮廓本身是虚拟的形状，但是轮廓可以通过例如断裂线或裂纹来显现。轮廓可限定工件中的期望分离的表面。轮廓可以通过在工件中使用各种技术沿着轮廓线创建多个缺陷来形成，例如，通过沿着轮廓线在连续的点处引导脉冲激光射束。可将具有弯曲焦线的多个轮廓和/或激光用于创建复杂形状，诸如分离的倾斜(beveled)表面。

如本文所使用，“断裂线”可以是指沿着轮廓延伸并且逼近轮廓的一系列紧密间隔的缺陷线。

如本文所使用，“缺陷”可以是指工件中的改性材料区域(例如，具有相对于体材料的改性折射率的区域)、空隙空间、裂纹、划痕、瑕疵、孔、穿孔或其他变形。在本文的各种实施例中，这些缺陷可被称为缺陷线或损伤轨迹。缺陷线或损伤轨迹可由被引导到工件的单个位置上的激光射束以单个激光脉冲或相同位置处的多个脉冲形成。沿着轮廓线平移激光可导致形成轮廓的多个缺陷线。类似地，术语“改性区域”可以是指缺陷。

如本文所使用，短语“射束横截面”可以是指激光射束的沿着与该激光射束的射束传播方向垂直的平面的横截面，例如，当射束传播方向处于Z方向时沿着X-Y平面。

如本文所使用，“射束斑”可以是指激光射束在冲击表面(即，工件的最接近激光光学器件的表面)中的横截面(例如，射束横截面)。

如本文所使用，“冲击表面”可以是指工件的最接近激光光学器件的表面。

如本文所使用，“上游”和“下游”可以是指两个位置或部件沿着射束路径相对于射束源的相对定位。例如，如果第一部件沿着由激光射束穿过的路径比第二部件更接近激光光学器件，则第一部件处于第二部件的上游。

如本文所使用，“激光射束焦线”或“焦线”可以是指激光射束的交互(例如，交叉)的光线的图案，这些光线形成平行于光轴的线性的细长聚焦区域。激光射束焦线包括沿着光轴在不同位置处交互(例如，交叉)的有像差的光线。激光射束焦线可以例如创建具有线性形状的缺陷。此外，本文所描述的激光射束焦线使用准非衍射射束来形成，下文详细地从数学上定义。

如本文所使用，术语“物体”、“工件”、“基板”等可以是指是激光加工的目标的物体并且这些术语可以可互换地使用。如本文所使用的短语“工件”可以意指由玻璃、玻璃陶瓷或透明的其他材料形成的工件，其中如本文所使用的术语“透明”可以意指该材料具有在每毫米的材料深度上小于20％的光学吸收，诸如对于指定的脉冲激光波长，在每毫米的材料深度上小于10％的光学吸收，或者诸如对于指定的脉冲激光波长，在每毫米的材料深度上小于1％的光学吸收。材料可具有在每毫米材料深度上小于约20％的光学吸收，透明工件的深度(例如，厚度)为约50微米(μm)到约10mm(诸如约100μm到约5mm或约0.5mm到约3mm)。透明工件可包括由玻璃组合物形成的玻璃工件，所述玻璃组合物为诸如硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃、碱金属铝硅酸盐、碱土金属铝硅酸盐玻璃、碱土金属硼铝硅酸盐玻璃、熔融石英、或晶体材料(诸如石英、蓝宝石)、或其组合。透明工件可以包括半导体材料，诸如硅、碳化硅、锗、砷化镓、砷化铟镓、砷化铝镓、氮化镓、氮化铝镓、磷酸铟或铌酸锂。工件可包括复合晶片，其中该复合晶片包括多层不同材料，并且其中不同材料包括玻璃、陶瓷、半导体、聚合物或塑料。在一些实施例中，可在激光加工透明工件之前或之后经由热回火来强化透明工件。在一些实施例中，玻璃可以是离子可交换的，使得在激光加工透明工件之前或之后，玻璃组合物可以经历离子交换以实现玻璃强化。例如，透明工件可包括离子交换玻璃和离子可交换玻璃，诸如可从纽约州康宁市康宁公司获得的康宁(Corning)玻璃(例如，编号2318、编号2319和编号2320)。此外，这些离子交换玻璃可具有从约6ppm/℃到约10ppm/℃的热膨胀系数(CTE)。其他示例透明工件可以包括可从纽约州康宁市康宁公司获得的EAGLE和康宁LOTUS^TM。此外，透明工件可包括激光的波长透明的其他成分，例如，诸如蓝宝石或硒化锌之类的晶体。

在离子交换工艺中，透明工件的表面层中的离子被具有相同价态或氧化态的较大离子取代，例如，通过将透明工件部分或全部浸入离子交换浴中。用较大离子取代较小离子使具有压缩应力的层从透明工件的一个或多个表面延伸到透明工件内的一定深度，该深度被称为层的深度。压缩应力被具有拉伸应力(被称为中心张力)的层平衡，使得玻璃片中的净应力为零。在玻璃片的表面处形成的压缩应力使玻璃坚固并抵抗机械损伤，并且因此减轻了玻璃片由于未延伸到层深度的瑕疵而造成的灾难性故障。在一些实施例中，透明工件的表面层中的较小的钠离子与较大的钾离子交换。在一些实施例中，表面层中的离子和较大的离子是一价碱金属阳离子，诸如Li+(当存在于玻璃中时)、Na+、K+、Rb+和Cs+。替代地，表面层中的一价阳离子可以用除了碱金属阳离子之外的一价阳离子(诸如Ag+、Tl+、Cu+等)代替。

激光加工系统

现在参考图1A和图1B，这些附图示出了根据一个或多个实施例的正在经历激光加工的示例性透明工件160。具体而言，图1A示出了包括多个缺陷172的轮廓170的形成，轮廓170可用于分离透明工件160。包括多个缺陷172的轮廓170可以通过用激光射束112加工透明工件160来形成，激光射束112可以包括沿着轮廓线165在平移方向101上移动的超短脉冲激光射束。缺陷172可以延伸例如穿过透明工件160的深度，并且可以正交于透明工件160的冲击表面。此外，激光射束112最初在冲击位置115处接触透明工件160，该冲击位置115是冲击表面上的特定位置。如图1A和图1B所描绘，透明工件160的第一表面162包括冲击表面，然而，应当理解的是，在其他实施例中，激光射束112最初可以替代地照射透明工件160的第二表面164。此外，图1A描绘了激光射束112形成投射到透明工件160的第一表面162上的射束斑114。

图1A和图1B描绘了激光射束112，该激光射束112沿射束路径111传播并被取向成使得激光射束112可以例如，使用非球面光学元件120(图2)，例如，轴棱锥和一个或多个透镜(例如，第一透镜130和第二透镜132，如下文所述并在图2中描绘)被聚焦到透明工件160内的激光射束焦线113中。例如，可以沿着Z-轴并且绕Z-轴控制激光射束焦线113的位置。此外，激光射束焦线113的长度可以在约0.1mm到约100mm的范围内，或者在约0.1mm到约10mm的范围内。各种实施例可以被配置为具有激光射束焦线113，其长度l为约0.1mm、约0.2mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.7mm、约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、或约5mm，例如，从约0.5mm到约5mm。此外，如下文更详细定义的，激光射束焦线113可以是准非衍射射束的一部分。

在操作中，激光射束112可以沿着轮廓线165相对于透明工件160(例如，在平移方向101上)平移以形成轮廓170的多个缺陷172。将激光射束112引导或定位到透明工件160中产生透明工件160内的诱导吸收，并且蓄积足够的能量以沿着轮廓线165在间隔开的位置处破坏透明工件160中的化学键以形成缺陷172。根据一个或多个实施例，可以通过透明工件160的运动(例如，耦合到透明工件160的平移台190的运动，如图2所示)、激光射束112的运动(例如，激光射束焦线113的运动)、或透明工件160和激光射束焦线113两者的运动来使激光射束112横跨透明工件160平移。通过相对于透明工件160来平移激光射束焦线113，可以在透明工件160中形成多个缺陷172。

在一些实施例中，缺陷172通常可以沿着轮廓170彼此间隔开约0.1μm到约500μm，例如，约1μm到约200μm、约2μm到约100μm、约5μm到约20μm等的距离。例如，对于TFT/显示器玻璃组合物，缺陷172之间的合适间距可以为约0.1μm到约50μm，诸如约5μm到约15μm、约5μm到约12μm、约7μm到约15μm、或约7μm到约12μm。在一些实施例中，相邻缺陷172之间的间距可以是约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。

如图1A所示，轮廓170的多个缺陷172延伸到透明工件160中并且建立用于裂纹传播的路径，以用于沿轮廓170将透明工件160分离成分离的部分。形成轮廓170包括沿着轮廓线165相对于透明工件160(例如，在平移方向101上)平移激光射束112以形成轮廓170的多个缺陷172。根据一个或多个实施例，可以通过透明工件160的运动、激光射束112的运动(例如，激光射束焦线113的运动)、或透明工件160和激光射束112两者的运动(例如，使用一个或多个平移台(例如，图2中的平移台190))来使激光射束112横跨透明工件160平移。通过相对于透明工件160来平移激光射束焦线113，可以在透明工件160中形成多个缺陷172。此外，虽然图1A所示的轮廓170是线性的，但是轮廓170也可以是非线性的(即，具有曲率)。例如，可以通过在两个维度而不是一个维度上使透明工件160或激光射束焦线113相对于另一方平移来产生弯曲轮廓。

在一些实施例中，可以在随后的分离步骤中进一步作用于透明工件160，以引起透明工件160沿轮廓170分离。后续的分离步骤可包括使用机械力或热应力引起的力来沿轮廓170传播裂纹。诸如红外激光射束之类的热源可用于产生热应力，并且由此沿轮廓170分离透明工件160。在一些实施例中，红外激光射束可用于发起分离，并且随后分离可以被机械地完成。不受限于理论，红外激光是受控的热源，其快速提高透明工件160在轮廓170处或轮廓170附近的温度。该快速加热可以在透明工件160中在轮廓170上或轮廓170附近构建压缩应力。由于加热的玻璃表面的面积与透明工件160的总表面积相比相对较小，因此加热区域相对快速地冷却。所形成的温度梯度在透明工件160中诱导足以沿着轮廓170并穿过透明工件160的深度传播裂纹的拉伸应力，导致透明工件160沿轮廓170完全分离。不受限于理论，人们相信拉伸应力可以由工件的具有较高局部温度的部分中的玻璃的膨胀(即，变化的密度)引起。

用于在玻璃中产生热应力的合适的红外激光典型地将具有容易被玻璃吸收的波长，典型地具有1.2μm到13μm范围内的波长，例如，4μm到12μm范围内的波长。此外，红外激光射束的功率可以从约10W到约1000W，例如100W、250W、500W、750W等。此外，红外激光射束的1/e²射束直径可以为约20mm或更小，例如，15mm、12mm、10mm、8mm、5mm、2mm或更小。在操作中，红外激光射束的较大的1/e²射束直径可以促进更快的激光加工和更大的功率，而红外激光射束的较小的1/e²射束直径可以通过限制对透明工件160靠近轮廓170的部分的损伤来促进高精度分离。示例红外激光器包括二氧化碳激光器(“CO₂激光器”)、一氧化碳激光器(“CO激光器”)、固态激光器、激光二极管、或其组合。

在其他实施例中，取决于类型、深度和材料特性(例如，吸收、CTE、应力、成分等)，透明工件160中存在的应力可能会引起沿轮廓170的自发分离，而无需进一步的加热或机械分离步骤。例如，当透明工件160包括强化玻璃基板(例如，离子交换或热回火玻璃基板)时，轮廓170的形成可能诱导裂纹沿轮廓170传播以分离透明工件160。

再次参考图1A和图1B，用于形成缺陷172的激光射束112进一步具有强度分布I(X,Y,Z)，其中Z是激光射束112的射束传播方向，并且X和Y是与传播方向正交的方向，如图中所描绘。X-方向和Y-方向还可以被称为横截面方向，并且X-Y平面可以被称为横截面平面。激光射束112在横截面平面中的强度分布可以被称为横截面强度分布。

在射束斑114或其他横截面处的激光射束112可以包括准非衍射射束，例如，具有如下数学定义的低射束发散的射束，这是通过使激光射束112(例如，使用诸如脉冲射束源之类的射束源110的诸如高斯射束之类的激光射束112)传播通过非球面光学元件120，如下面关于图2中所描绘的光学组件100更详细地描述的。射束发散可以是指射束横截面在射束传播方向(即，Z方向)上的放大率。本文所讨论的一个示例射束横截面是投射到透明工件160上的激光射束112的射束斑114。示例准非衍射射束包括高斯-贝塞尔射束和贝塞尔射束。

衍射是导致激光射束112的发散的一个因素。其他因素包括由形成激光射束112的光学系统引起的聚焦或散焦或界面处的折射和散射。用于形成轮廓170的缺陷172的激光射束112可以形成具有低发散和弱衍射的激光射束焦线113。激光射束112的发散由瑞利范围Z_R表征，该瑞利范围Z_R与激光射束112的强度分布的方差σ²和射束传播因子M²有关。在接下来的讨论中，将使用笛卡尔坐标系来呈现公式。使用本领域技术人员已知的数学技术，针对其他坐标系的对应表达式是可获得的。射束发散的附加信息可以在A.E.Siegman发表在SPIE研讨会系列第1224卷第2页(1990)的题为“New Developments in Laser Resonators(激光谐振器的新发展)”的文献以及R.Borghi和M.Santarsiero发表在光学快报(OpticsLetters)第22(5)卷第262页(1997)的题为“M² factor of Bessel-Gauss beams(贝塞尔-高斯射束的M²因子)”的文献中找到，这些文献的公开内容通过引用整体并入本文。附加信息还可以在国际标准ISO 11146-1:2005(E)题为“Lasers and laser-relatedequipment—Test methods for laser beam widths,divergence angles and beampropagation ratios—Part 1:Stigmatic and simple astigmatic beams(激光器和激光相关装备——激光射束宽度、发散角和射束传播比的测试方法——第1部分：去像散和简单像散射束)”、ISO 11146-2:2005(E)题为“Lasers and laser-related equipment—Testmethods for laser beam widths,divergence angles and beam propagation ratios—Part 2:General astigmatic beams(激光器和激光相关装备——激光射束宽度、发散角和射束传播比的测试方法——第2部分：一般像散射束)”、以及ISO 11146-3:2004(E)题为“Lasers and laser-related equipment—Test methods for laser beam widths,divergence angles and beam propagation ratios—Part 3:Intrinsic andgeometrical laser beam classification,propagation and details of test methods(激光器和激光相关装备——激光射束宽度、发散角和射束传播比的测试方法——第3部分：固有和几何激光射束分类、传播和测试方法的细节)”中找到，这些文献的公开内容通过引用整体并入本文。

具有时间平均强度分布I(x,y,z)的激光射束112的强度分布的质心的空间坐标由以下表达式给出：

这些也被称为维格纳(Wigner)分布的一阶矩，且在ISO 11146-2:2005(E)的第3.5节进行描述。它们的测量在ISO 11146-2:2005(E)的第7节进行描述。

方差是作为射束传播方向上的位置z的函数的激光射束112的强度分布在横截面(X-Y)平面中的宽度的量度。对于任意激光射束，X-方向上的方差可能与Y-方向上的方差不同。我们让和分别表示X-方向和Y-方向上的方差。特别感兴趣的是近场极限和远场极限中的方差。我们让和分别表示在近场限制中X-方向和Y-方向上的方差，以及我们让和分别表示在远场限制中X-方向和Y-方向上的方差。对于具有时间平均强度分布I(x,y,z)的激光射束，X-方向和Y-方向上的近场和远场方差分别由下列表达式给出，时间平均强度分布I(x,y,z)具有傅里叶变换(其中v_x和v_y分别为X-方向和Y-方向上的空间频率)：

方差量和也被称为维格纳分布的对角元素(见ISO11146-2:2005(E))。可以使用ISO 11146-2:2005(E)第7节所描述的测量技术对实验激光射束的这些方差进行量化。简而言之，测量使用线性不饱和像素化检测器在有限的空间区域上测量I(x,y)，该有限的空间区域近似于定义了方差和质心坐标的积分方程的无限积分区域。测量区域、背景减法和检测器像素分辨率的适当范围由ISO 11146-2:2005(E)第7节中所描述的迭代测量程序的收敛确定。等式1-6给出的表达式的数值根据由像素化检测器测量的强度值的数组通过数值方式来计算。

通过任意光学射束(其中)的横向振幅分布与任意光学射束(其中)的空间-频率分布之间的傅里叶变换关系，其可示出为：

在等式(7)和(8)中，和是和的最小值，和分别在x-方向和y-方向上的腰部位置z_0x和z_0y处发生，并且λ是激光射束112的波长。等式(7)和(8)指示和从与激光射束112的腰部位置(例如，激光射束焦线113的腰部部分)相关联的最小值在任一方向上随着z平方地增加。此外，在本文描述的包括轴对称的射束斑114的实施例中包括轴对称强度分布I(x,y)、在本文描述的包括非轴对称的射束斑114的实施例中包括非轴对称强度分布I(x,y)、即或

等式(7)和(8)可以根据射束传播因子M²来重写，其中针对x-方向和y方向的单独的射束传播因子和被定义为：

将等式(9)和(10)重新排列并代入等式(7)和(8)中产生：

其可以被重写为：

其中x-方向和y-方向上的瑞利范围Z_Rx和Z_Ry分别由以下等式给出：

瑞利范围对应于(如在ISO 11146-1:2005(E)第3.12节中定义，相对于射束腰部的位置的)距离，在该距离上激光射束的方差(相对于射束腰部位置处的方差)加倍，并且该距离是激光射束的横截面积的发散度的量度。此外，在本文描述的包括轴对称的射束斑114的实施例中包括轴对称强度分布I(x,y)、Z_Rx＝Z_Ry，在本文描述的包括非轴对称的射束斑114的实施例中包括非轴对称强度分布I(x,y)、Z_Rx≠Z_Ry，即Z_Rx＜Z_Ry或Z_Rx＞Z_Ry。瑞利范围也可以被观察为沿着射束轴的距离，在该距离处光学强度衰减到在射束腰部位置(最大强度的位置)处观察到的光学强度的值的一半。具有大瑞利范围的激光射束具有低发散度，并且与具有小瑞利范围的激光射束相比在射束传播方向上随距离更加缓慢地扩展。

以上公式可以通过使用描述激光射束的强度分布I(x,y,z)而适用于任何激光射束(不只是高斯射束)。在高斯射束的TEM₀₀模式的情况下，强度分布由下式给出：

其中w_o为半径(定义为射束强度减小到射束的峰值射束强度的1/e²处的半径，峰值射束强度位于射束腰部位置z_o处)。根据等式(17)和以上公式，对于TEM₀₀高斯射束，我们获得如下结果：

其中Z_R＝Z_Rx＝Z_Ry。对于高斯射束，还要注意

射束横截面由形状和尺寸表征。射束横截面的尺寸由射束的光斑尺寸表征。对于高斯射束，光斑尺寸常被定义为射束强度减小到其最大值的1/e²处的径向范围，在等式(17)中表示为w₀。高斯射束的最大强度发生在强度分布的中心(x＝0且y＝0(笛卡尔)或r＝0(圆柱))，并且用于确定光斑尺寸的径向范围是相对于中心测量的。

具有轴对称(即，围绕射束传播轴Z旋转对称的)横截面的射束可以由在ISO11146-1:2005(E)第3.12节中规定的射束腰部位置处测量的单个尺寸或光斑尺寸来表征。对于高斯射束，等式(17)示出了光斑尺寸等于w₀，根据等式(18)w₀对应于2σ_0x或2σ_0y。对于具有轴对称横截面(诸如圆形横截面)的轴对称射束，σ_0x＝σ_0y。因此，对于轴对称射束，横截面尺寸可以用单个光斑尺寸参数来表征，其中w₀＝2σ₀。对于非轴对称射束横截面，可以类似地定义光斑尺寸，其中与轴对称射束不同，σ_0x≠σ_0y。因此，当射束的光斑尺寸非轴对称时，有必要用两个光斑尺寸参数表征非轴对称射束的横截面尺寸：分别为x-方向和y-方向上的w_0x和w_0y，其中

w_ox＝2σ_0x (25)

w_oy＝2σ_0y (26)

此外，对于非轴对称射束缺少轴向(即任意旋转角度)对称性意味着计算值σ_0x和σ_0y的结果将取决于X-轴和Y-轴的取向的选择。ISO 11146-1：2005(E)将这些参考轴线称为功率密度分布的主轴线(第3.3-3.5节)，并且在下面的讨论中，我们将假设X-轴和Y-轴与这些主轴线对齐。此外，X-轴和Y-轴可以在横截面平面中旋转的角度φ(例如，X-轴和Y-轴分别相对于X-轴和Y-轴的参考位置的角度)可以用于定义非轴对称射束的光斑尺寸参数的最小值(w_o，min)和最大值(w_o，max)：

w_o，min＝2σ_0，min (27)

w_o，max＝2σ_0，max (28)

其中2σ_0，min＝2σ_0x(φ_min，x)＝2σ_0y(φ_min，y)且2σ_0，max＝2σ_0x(φ_max，x)＝2σ_0y(φ_max，y)。射束横截面的轴不对称的大小可以通过纵横比来量化，其中纵横比被定义为w_o，max与w_o，min的比率。轴对称射束横截面的纵横比为1.0，而椭圆射束横截面以及其他非轴对称射束横截面的纵横比大于1.0，例如，大于1.1、大于1.2、大于1.3、大于1.4、大于1.5、大于1.6、大于1.7、大于1.8、大于1.9、大于2.0、大于3.0、大于5.0、大于10.0等等。

为了促进在射束传播方向(例如，透明工件160的深度维度)上的缺陷172的均匀性，可以使用具有低发散度的激光射束112。在一个或多个实施例中，具有低发散度的激光射束112可以被用于形成缺陷172。如上所述，发散度可以由瑞利范围来表征。对于非轴对称射束，对于X-方向和Y-方向的主轴X和Y的瑞利范围分别由等式(15)和(16)定义，其中可以示出，对于任何真实射束，且并且其中和由激光射束的强度分布确定。对于对称射束，瑞利范围在X-方向和Y-方向上是相同的，并且由等式(22)或等式(23)表达。低发散度与瑞利范围的大值和激光射束的弱衍射相关。

具有高斯强度分布的射束可能不太优选用于激光加工以形成缺陷172，因为当聚焦成足够小的光斑尺寸时(诸如在微米范围内的光斑尺寸，诸如约1-5μm或约1-10μm)以使得可用的激光脉冲能量能够对诸如玻璃之类的材料改性时，它们在短的传播距离上是高度衍射的并显著地发散。为了实现低发散度，期望控制或优化脉冲激光射束的强度分布以减少衍射。脉冲激光射束可以是非衍射的或弱衍射的。弱衍射的激光射束包括准非衍射激光射束。代表性的弱衍射激光射束包括贝塞尔射束、高斯-贝塞尔射束、艾里(Airy)射束、韦伯(Weber)射束和马蒂厄(Mathieu)射束。

对于非轴对称射束，瑞利范围Z_Rx和Z_Ry不相等。等式(15)和(16)显示Z_Rx和Z_Ry分别取决于σ_0x和σ_0y，并且以上我们注意到了σ_0x和σ_0y的值取决于X-轴和Y-轴的取向。Z_Rx和Z_Ry的值将相应地变化，并且各自将具有对应于主轴的最小值和最大值，其中Z_Rx的最小值被表示为Z_Rx,mi_n，并且Z_Ry的最小值被表示为Z_Ry,min，对于任何射束分布，Z_Rx,min和Z_Ry,min可被示出为由下式给出

以及

由于激光射束的发散发生在具有最小瑞利范围的方向上的较短距离上，所以可以控制用于形成缺陷172的激光射束112的强度分布，使得Z_Rx和Z_Ry的的最小值(或者对于轴对称射束，Z_R的值)尽可能大。由于非对称性射束的Z_Rx的最小值z_Rx，min和Z_Ry的最小值z_Ry，min不同，所以可以使用具有在形成损伤区域时使z_Rx，min和Z_Ry，min中的较小一者尽可能大的强度分布的激光射束112。

在不同实施例中，z_Rx，min和z_Ry，min中的较小一者(或者对于轴对称射束，Z_R的值)大于或等于50μm，大于或等于100μm，大于或等于200μm，大于或等于300μm，大于或等于500μm，大于或等于1mm，大于或等于2mm，大于或等于3mm，大于或等于5mm，在50μm到10mm范围内，在100μm到5mm范围内，在200μm到4mm范围内，在300μm到2mm范围内，等等。

通过调节等式(27)中定义的光斑尺寸参数w_o，min，针对对于工件透明的不同波长，可以实现本文指定的z_Rx，min和z_Ry，min中的较小一者(对于轴对称射束，Z_R的值)的值和范围。在不同实施例中，光斑尺寸参数w_o，min大于或等于0.25μm，大于或等于0.50μm，大于或等于0.75μm，大于或等于1.0μm，大于或等于2.0μm，大于或等于3.0μm，大于或等于5.0μm，在0.25μm到10μm的范围内，在0.25μm到5.0μm的范围内，在0.25μm到2.5μm的范围内，在0.50μm到10μm的范围内，在0.50μm到5.0μm的范围内，在0.50μm到2.5μm的范围内，在0.75μm到10μm的范围内，在0.75μm到5μm的范围内，在0.75μm到2.5μm的范围内，等等。

非衍射或准非衍射射束通常具有复杂的强度分布，诸如那些相对于半径非单调地减小的强度分布。通过类比于高斯射束，对于非轴对称射束，可以将有效光斑尺寸w_o，eff定义为在任何方向上距最大强度的径向位置(r＝0)的最短半径距离，在该处，强度降低到最大强度的1/e²。此外，对于轴对称射束，w_o，eff是具最大强度的径向位置的半径距离，在该处，强度降低到最大强度的1/e²。可以使用针对非轴对称射束的等式(31)或针对轴对称射束的等式(32)来将基于非轴对称射束的有效光斑尺寸w_o，eff或轴对称射束的光斑尺寸w_o的瑞利范围的标准指定为用于形成损伤区域的非衍射或准非衍射射束，如下所示：

Z_Rx,min,Z_Ry,min中的较小一者

其中F_D是值至少为10、至少为50、至少为100、至少为250、至少为500、至少为1000、在10到2000范围内、在50到1500范围内、在100到1000范围内的无量纲发散因子。通过将等式(31)与等式(22)或(23)进行比较，可以看出，对于非衍射或准非衍射射束在等式(31)中的距离“Z_Rx,min,Z_Ry,min中的较小一者”(在该距离上有效射束尺寸加倍)是在使用典型高斯射束分布的情况下所预期的距离的F_D倍。无量纲发散因子F_D为确定激光射束是否为准非衍射提供了标准。如本文所使用，如果在值F_D≥10时激光射束的特性满足等式(31)或等式(32)，则激光射束112被认为是准非衍射的。随着F_D的值的增大，激光射束112接近更接近完美的非衍射状态。此外，应当理解的是，等式(32)仅仅是等式(31)的简化，因此，等式(31)数学地描述了轴对称的和非轴对称的脉冲激光射束112两者的无量纲发散因子F_D。

现在参考图2，附图示出了根据一个或多个实施例的用于产生激光射束112的光学组件100，激光射束112是准非衍射的，并使用非球面光学元件120(例如，轴棱锥122)在透明工件160处形成激光射束焦线113。光学组件100包括输出激光射束112的射束源110、第一透镜130和第二透镜132。射束源110可以包括被配置为输出激光射束112(例如，脉冲激光射束或连续波激光射束)的任何已知的或仍待开发的射束源110。在一些实施例中，射束源110可以输出包括例如1064nm、1030nm、532nm、530nm、355nm、343nm或266nm或215nm的波长的激光射束112。此外，用于在透明工件160中形成缺陷172的激光射束112可以很好地适用于对所选择的脉冲激光波长透明的材料。

此外，透明工件160可以被定位成使得由射束源110输出的激光射束112例如在穿过非球面光学元件120并且此后穿过第一透镜130和第二透镜132两者之后照射透明工件160。光轴102在射束源110与透明工件160之间(在图2所描绘的实施例中沿着Z-轴)延伸，使得当射束源110输出激光射束112时，激光射束112的射束路径111沿着光轴102延伸。

用于形成缺陷172的合适的激光波长是指在该波长处透明工件160的线性吸收和散射的组合损失足够低的波长。在实施例中，透明工件160在该波长处的由于线性吸收和散射的组合损失小于20％/mm，或小于15％/mm，或小于10％/mm，或小于5％/mm，或小于1％/mm，其中尺寸“/mm”是指在激光射束112的射束传播方向(例如，Z方向)上透明工件160内的每毫米距离。许多玻璃工件的代表性波长包括Nd³⁺的基波和谐波波长(例如，具有接近1064nm的基波波长和接近532nm、355nm和266nm的高阶谐波波长的Nd³⁺:YAG或Nd³⁺:YVO₄)。也可以使用光谱中的满足给定基板材料的组合的线性吸收和散射损失要求的紫外线、可见光和红外线部分中的其他波长。

在操作中，由射束源110输出的激光射束112可以在透明工件160中产生多光子吸收(MPA)。MPA是同时吸收两个或更多个相同或不同频率的光子，该同时吸收将分子从一种状态(通常是基态)激发到更高能量的电子态(即电离)。分子的所涉及的较低态与较高态之间的能量差等于所涉及的光子的能量和。MPA(也被称作诱导吸收)可以是例如比线性吸收弱数个数量级的二阶或三阶(或更高阶)过程。它与线性吸收的不同之处在于，例如，二阶诱导吸收的强度可以与光强度的平方成比例，因此它是非线性光学过程。

形成轮廓170的穿孔步骤(图1A和图1B)可以利用射束源110(例如，诸如超短脉冲激光器之类的脉冲射束源)与非球面光学元件120、第一透镜130和第二透镜132相结合来对透明工件160进行照射并产生激光射束焦线113。激光射束焦线113包括准非衍射射束，诸如上文定义的高斯-贝塞尔射束或贝塞尔射束，并且可以完全或部分地对透明工件160穿孔以在透明工件160中形成缺陷172，这可形成轮廓170。在其中激光射束112包括脉冲激光射束的实施例中，各个脉冲的脉冲持续时间在约1飞秒到约200皮秒的范围内，诸如约1皮秒到约100皮秒，5皮秒到约20皮秒等，并且各个脉冲的重复率可以在约1kHz到4MHz的范围内，诸如在约10kHz到约3MHz范围内，或约10kHz到约650kHz范围内。

现在参考图3A和图3B，除了在前述各个脉冲重复率下的单脉冲操作之外，在包括脉冲激光射束的实施例中，脉冲还可以以两个子脉冲300A或更多个子脉冲(诸如例如，每个脉冲串有3个子脉冲、4个子脉冲、5个子脉冲、10个子脉冲、15个子脉冲、20个子脉冲或更多个子脉冲，诸如每个脉冲串300有1至30个子脉冲，或每个脉冲串300有5至20个子脉冲)的脉冲串300产生。虽然不旨在受理论限制，但脉冲串是子脉冲的短而快的群组，该群组在使用单脉冲操作不容易获得的时间尺度上产生与材料的光能交互(即透明工件160的材料中的MPA)。虽然仍然不旨在受理论限制，但脉冲串(即一组脉冲)内的能量是守恒的。作为说明性示例，对于具有100μJ/串的能量和2个子脉冲的脉冲串，100μJ/串的能量在2个脉冲之间分配，以产生针对每个子脉冲的50μJ的平均能量，并且对于具有100μJ/串的能量和10个子脉冲的脉冲串，100μJ/串的能量在10个子脉冲之间分配，以产生针对每个子脉冲的10μJ的平均能量。此外，脉冲串的子脉冲之间的能量分布不需要是均匀的。事实上，在一些实例中，脉冲串的子脉冲之间的能量分布按照指数衰减的形式，其中脉冲串的第一个子脉冲包含最多的能量，脉冲串的第二个子脉冲包含略少的能量，脉冲串的第三个子脉冲包含更少的能量，以此类推。然而，各个脉冲串内的其他能量分布也是可能的，其中每个子脉冲的确切能量可以被定制以实现对透明工件160的不同程度的改性。

虽然仍不旨在受理论限制，但当用具有至少两个子脉冲的脉冲串形成一个或多个轮廓170的缺陷172时，与在同一透明工件160中使用单脉冲激光形成的、在相邻缺陷172之间具有相同间距的轮廓170的最大断裂阻力相比，沿轮廓170分离透明工件160所需的力(即最大断裂阻力)降低。例如，使用单脉冲形成的轮廓170的最大断裂阻力是使用具有2个或更多个子脉冲的脉冲串形成的轮廓170的最大断裂阻力的至少三倍。此外，使用单脉冲形成的轮廓170与使用具有2个子脉冲的脉冲串形成的轮廓170之间的最大断裂阻力的差大于使用具有2个子脉冲的脉冲串与具有3个子脉冲的脉冲串形成的轮廓之间的最大断裂阻力的差。因此，脉冲串可用于形成比使用单脉冲激光形成的轮廓170更容易分离的轮廓170。

仍然参考图3A和图3B，脉冲串300内的子脉冲300A可以被持续时间分隔开，该持续时间在约1纳秒到约50纳秒的范围内，例如，约10纳秒到约30纳秒，诸如约20纳秒。在其他实施例中，脉冲串300内的子脉冲300A可以被持续时间分隔开，该持续时间高达100皮秒(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皮秒或其间的任何范围)。对于给定的激光，脉冲串300内的相邻子脉冲300A之间的时间间隔T_p(图4B)可以是相对均匀的(例如，在彼此的约10％内)。例如，在一些实施例中，脉冲串300内的每个子脉冲与后续子脉冲在时间上间隔接近20纳秒(50MHz)。此外，每个脉冲串300之间的时间可以是约0.25微秒到约1000微秒，例如，约1微秒到约10微秒，或约3微秒到约8微秒。

在本文所描述的射束源110的示例性实施例中的一些中，对于输出包括大约200kHz的串重复率的激光射束112的射束源110，时间间隔T_b(图3B)为大约5微秒。激光串重复率与脉冲串中的第一脉冲到后续脉冲串中的第一脉冲之间的时间T_b有关(激光脉冲串重复率＝1/T_b)。在一些实施例中，激光串重复率可以是在约1kHz到约4MHz的范围内。在实施例中，激光串重复率可以例如在约10kHz至650kHz的范围内。每个串中的第一脉冲与后续脉冲串中的第一脉冲之间的时间T_b可以是约0.25微秒(4MHz脉冲串重复率)到约1000微秒(1kHz脉冲串重复率)，例如约0.5微秒(2MHz脉冲串重复率)到约40微秒(25kHz脉冲串重复率)，或约2微秒(500kHz脉冲串重复率)到约20微秒(50kHz脉冲串重复率)。确切的时序、脉冲持续时间、以及串重复率可以取决于激光器设计而变化，但已经显示具有高强度的短脉冲(T_d<20皮秒，并且在一些实施例中，T_d≤15皮秒)工作得特别好。

串重复率可以在约1kHz到约2MHz的范围内，诸如约1kHz到约200kHz。猝发(bursting)或产生脉冲串300是这种类型的激光操作，在其中子脉冲300A的发射并非呈均匀且稳定的流，而是呈紧凑的脉冲串300的簇。脉冲串激光射束可以具有基于被操作的透明工件160的材料而选择的波长，使得透明工件160的材料在该波长下基本上是透明的。在该材料处测量的每串的平均激光功率可以是每mm材料厚度至少约40μJ。例如，在实施例中，每脉冲串的平均激光功率可以从约40μJ/mm到约2500μJ/mm，或约500μJ/mm到约2250μJ/mm。在具体示例中，对于0.5mm至0.7mm厚的康宁EAGLE透明工件，约300μJ到约600μJ的脉冲串可以切割和/或分离工件，这对应于约428μJ/mm到约1200μJ/mm的示例性范围(即，对于0.7mm EAGLE玻璃为300μJ/0.7mm，对于0.5mm EAGLE玻璃为600μJ/0.5mm)。

对透明工件160进行改性所需的能量是脉冲能量，其可以根据脉冲串能量(即，脉冲串300内包含的能量，其中每个脉冲串300包含一系列子脉冲300A)来描述，或根据单个激光脉冲(其中许多脉冲可以包括串)内包含的能量来描述。脉冲能量(例如，脉冲串能量)可以为约25μJ到约750μJ，例如，约50μJ到约500μJ，或约50μJ到约250μJ。对于一些玻璃组合物，脉冲能量(例如，脉冲串能量)可以为约100μJ到约250μJ。然而，对于显示器或TFT玻璃组合物，脉冲能量(例如，脉冲串能量)可以更高(例如，约300μJ到约500μJ、或约400μJ到约600μJ，这取决于透明工件160的特定的玻璃组合物)。

虽然不旨在受理论限制，但使用包括能够产生脉冲串的脉冲激光射束的激光射束112对于切割透明材料或对透明材料改性是有利的，所述透明材料为例如玻璃(例如，透明工件160)。与使用在时间上由单脉冲激光的重复率间隔开的单脉冲相比，使用使脉冲能量在串内的快速脉冲序列内散布的串序列允许获得与使用单脉冲激光可能达到的水平相比更大的与材料的高强度相互作用的时间尺度。使用脉冲串(相对于单脉冲操作)增大了缺陷172的尺寸(例如，横截面尺寸)，这在沿一个或多个轮廓170分离透明工件160时促进相邻缺陷172的连接，从而将非预期的裂纹形成最小化。此外，使用脉冲串形成缺陷172增加了从每个缺陷向外延伸到透明工件160的体材料中的裂纹取向的随机性，使得从缺陷172向外延伸的各个裂纹不影响轮廓170的分离或以其他方式使轮廓170的分离偏离，从而使缺陷172的分离遵循轮廓170，从而将非预期裂纹的形成最小化。

再次参考图2，非球面光学元件120位于射束源110与透明工件160之间的射束路径111内。在操作中，使激光射束112(例如，传入高斯射束)传播通过非球面光学元件120可以改变激光射束112，使得传播超过非球面光学元件120的激光射束112的部分是准非衍射的，如上文所述。非球面光学元件120可以包括任何包括非球面形状的光学元件。在一些实施例中，非球面光学元件120可以包括锥形波前产生光学元件，诸如轴棱锥透镜，例如，负折射率轴棱锥透镜、正折射率轴棱锥透镜、反射轴棱锥透镜、衍射轴棱锥透镜、可编程空间光调制器轴棱锥透镜(例如，相位轴棱锥)等。

在一些实施例中，非球面光学元件120包括至少一个非球面表面，其形状在数学上被描述为：

z′＝(cr²/1)+(1-(1+k)(c²r²))^1/2+(a₁r+a₂r²+a₃r³+a₄r⁴+a₅r⁵

+a₆r⁶+a₇r⁷+a₈r⁸+a₉r⁹+a₁₀r¹⁰+a₁₁r¹¹+a₁₂r¹²

其中z′是非球形表面的表面垂度，r是非球面表面与光轴102在径向方向上(例如，在X-方向或Y-方向上)的距离，c是非球面表面的表面曲率(即，c_i＝1/R_i，其中R是非球面表面的表面半径)，k是圆锥常数，并且系数a_i是描述非球面表面的第一阶至第十二阶非球面系数或更高阶非球面系数(多项式非球面)。在一个示例实施例中，非球面光学元件120的至少一个非球面表面包括以下系数a₁-a₇，分别为：-0.085274788；0.065748845；0.077574995；-0.054148636；0.022077021；-0.0054987472；0.0006682955；并且非球面系数a₈-a₁₂为0。在该实施例中，所述至少一个非球面表面具有圆锥常数k＝0。然而，因为a₁系数具有非零值，这等效于具有含有非零值的圆锥常数k。因此，等效表面可通过指定非零的圆锥常数k、非零的系数a₁、或非零k和非零系数a₁的组合来描述。此外，在一些实施例中，通过至少一个具有非零值的更高阶非球面系数a₂-a₁₂(即，a₂，a₃，……，a₁₂中的至少一者≠0)来描述或限定所述至少一个非球面表面。在一个示例实施例中，非球面光学元件120包括诸如立方体形状的光学元件之类的三阶非球面光学元件，其包括非零的系数a₃。

在一些实施例中，当非球面光学元件120包括轴棱锥122(如图2所描绘)时，轴棱锥122可以具有激光输出表面126(即，圆锥表面)，激光输出表面126具有约1.2°的角度，诸如约0.5°到约5°，或约1°到约1.5°，或甚至约0.5°到约20°的角度，该角度是相对于激光输入表面124(例如，平坦的表面)测量的，在激光输入表面124上，激光射束112进入轴棱锥122。此外，激光输出表面126终止于圆锥形尖端。此外，非球面光学元件120包括从激光输入表面124延伸到激光输出表面126并终止于圆锥形尖端处的中心线轴线125。在其他实施例中，非球面光学元件120可以包括w形轴棱锥(waxicon)、诸如空间光调制器之类的空间相位调制器、或衍射光学光栅。在操作中，非球面光学元件120将传入激光射束112(例如，传入高斯射束)成形为准非衍射射束，该准非衍射射束进而被引导通过第一透镜130和第二透镜132。

仍然参照图2，第一透镜130位于第二透镜132的上游，并且可以在第一透镜130和第二透镜132之间的准直空间134内对激光射束112进行准直。此外，第二透镜132可以将激光射束112聚焦到透明工件160中，透明工件160可以位于成像平面104处。在一些实施例中，第一透镜130和第二透镜132各自包括平凸透镜。当第一透镜130和第二透镜132各自包括平凸透镜时，第一透镜130和第二透镜132的曲率可以各自朝向准直空间134取向。在其他实施例中，第一透镜130可包括其他准直透镜，并且第二透镜132可包括弯月形透镜、非球面或其他更高阶校正聚焦透镜。

用于激光加工工件的当前方法限于在工件中形成简单圆柱形缺陷。而且，具有现有部件(例如，电迹线)的激光加工工件可引起部件的附带激光暴露，从而引起设备中的缺陷。生成具有自由形态形状的焦线的益处是，这可以允许在工件中选择性地形成定制缺陷几何形状。这还可允许对透明制品的更快速的制造和/或降低其制造成本。本文讨论的一些实施例呈现了用于生成具有自由形态形状的准非衍射射束的焦线的光学组件和方法。本文讨论的其他实施例呈现通过使用所述光学组件和方法来生产的基板制品。

图4示出了根据一个或多个实施例的用于产生激光射束的光学组件400。除非另有指示，否则图4的以下结构描述使用图2中使用的相同结构元件，尤其是共享相同标号的元件。在图4中，为了便于讨论和清楚起见，没有示出与工件和平移桌有关的元件。除了图2描述的结构元件之外，在一些实施例中，光学组件400包括相位掩模402、空间光调制器404和望远镜节段406。图4示出了空间光调制器404的三个可能位置，这将在以下解释。望远镜节段406包括第一透镜130、第二透镜132、准直空间134，并且在实施例中包括空间光调制器404。在一些实施例中，相位掩模402或空间光调制器404中的任何一者可以从光学组件400中省略。

在一些实施例中，相位掩模402设置在非球面光学元件120的上游。空间光调制器404设置在第一透镜130的下游和第二透镜132的上游。在另一实施例中，例如，由于给定激光器设计的结构限制，相位掩模402和空间光调制器404不同地定位。因此，例如，空间光调制器404可以可选地设置在第一透镜130的上游或第二透镜132的下游。

本领域技术人员将理解，其他布置对于相位掩模402和空间光调制器404是可能的。例如，在一些实施例中，相位掩模402具有基本上对齐在光轴102上的光学中心(未示出)。相位掩模402可以垂直于光轴102移动，以便使相位掩模402的光学中心相对于光轴102偏心。在一些实施例中，相位掩模402设置在非球面光学元件120的上游。空间光调制器404设置在第一透镜130的下游和第二透镜132的上游。在一些实施例中，例如，由于给定激光器设计的结构限制，相位掩模402和空间光调制器404不同地定位。因此，例如，空间光调制器404可以可选地设置在第一透镜130的上游或第二透镜132的下游。本领域技术人员将理解，其他布置对于相位掩模402和空间光调制器404是可能的。在一些实施例中，相位掩模402具有基本上对齐在光轴102上的光学中心(未示出)。相位掩模402可以垂直于光轴102移动，以便使相位掩模402的光学中心相对于光轴102偏心。

因为空间光调制器404的调节并选择性地阻挡激光射束112的部分的功能，空间光调制器404还可被称为可调节阻挡元件。在一些实施例中，空间光调制器404是液晶元件。液晶元件包括可调节像素网格。每个像素可被编程为响应于电输入而阻挡或允许激光射束112的一部分的透射。

在其他实施例中，空间光调制器404是具有阻挡或传输激光射束112的非透射部分和透射部分的固定图案的主体。空间光调制器404可以平移和/或选择，以便调节传输通过空间光调制器404的激光射束112的空间分布。具有固定透射/阻挡图案的可调节阻挡元件的示例可见于US2018/0093914，其公开内容通过引用以其整体并入本文。

在一些准非衍射激光系统中，激光射束焦线(例如，激光射束焦线113)被成形为圆形圆柱体。该圆形圆柱体具有圆形横截面，该圆形横截面具有半径w_o和长度Z_R(例如，瑞利长度)。在一些实施例中，激光系统能够生成被成形为椭圆圆柱体的激光射束焦线，该椭圆圆柱体具有椭圆或非轴对称横截面。可通过使用阻挡元件阻挡焦线(例如，激光射束焦线113)上游的激光(例如，激光射束112)来实现非轴对称横截面。阻挡元件的一些示例可见于US2018/0093914。本文公开的实施例提供可生成具有自由形态形状(即，与简单的单个圆形圆柱体或单个椭圆圆柱体不同的体积)的激光射束焦线113的激光系统和方法。例如，自由形态形状可包括沙漏形状、具有椭圆横截面的沙漏形状、反向沙漏形状、具有椭圆横截面的反向沙漏形状、锥形、具有椭圆横截面或具有圆柱形横截面与圆形横截面的组合的锥形。因为此类激光射束焦线113具有自由形态形状，所以激光射束焦线113还可被称为具有自由形态能量分布。应理解，作为激光能量的体积的自由形态能量分布的边界由激光强度限定。具体而言，自由形态能量分布是包括高于阈值的激光强度的体积，在该阈值处，在透明材料中诱导激光吸收(即，多光子吸收)。本领域技术人员将理解，阈值强度取决于透明材料，因为每种材料可具有根据激光波长的唯一的阈值强度。

在一些实施例中，激光射束焦线113的修改通过调节相位掩模402和/或空间光调制器404来实现。例如，相位掩模402延迟激光射束112的选定横截面部分的相位。当具有不同相位的激光射束112的不同部分重组以形成激光射束焦线113时，由相位掩模402引入的相位调节沿激光射束焦线113产生相长干涉和/或相消干涉的区域。控制相长干涉和/或相消干涉的位置允许生成具有自由形态能量分布的激光射束焦线113。空间光调制器404具有控制光如何到达以形成激光射束焦线113的类似功能，但代替于控制相位，空间光调制器404阻挡或传输激光射束112的选定横截面部分。相位掩模402和空间光调制器404中的任何一者或两者可用于实现激光射束焦线113的自由形态形状。

图5示出了根据一个或多个实施例的自由形态能量分布500。在一些实施例中，自由形态能量分布500包括椭圆圆柱体部分502和圆形圆柱体部分504。椭圆圆柱体部分502包括具有长轴506的椭圆横截面，以及沿光轴510的纵轴508。圆形圆柱体部分504包括沿光轴510的纵轴512。为清楚起见，自由形态能量分布500示出为在椭圆圆柱体部分502与圆形圆柱体部分504之间具有鲜明的对比。然而，应当理解，在椭圆圆柱体部分502和圆形圆柱体部分504之间可存在渐变过渡。该渐变过渡可由于例如生成自由形态能量分布500的激光系统的光学限制而存在。

在一些实施例中，自由形态能量分布500取向为使得椭圆圆柱体部分502设置在圆形圆柱体部分504的上游。在其他实施例中，生成了相反的取向，其中椭圆圆柱体部分502是圆形圆柱体部分504的下游。通过使用替代类型的非球面光学元件120(例如，轴棱锥)来实现这些取向的选择。例如，典型的轴棱锥具有平坦侧和与平坦侧相对的突出(凸的)锥形节段。在另一实施例中，可替代地使用反向的或空心的轴棱锥。反向轴棱锥是具有平坦侧和中空(凹的)锥形节段的轴棱锥。通过在轴棱锥与反向轴棱锥之间切换来控制上游/下游圆柱体部分(例如，椭圆形或圆形)。

图6示出了根据一个或多个实施例的自由形态能量分布600。在一些实施例中，自由形态能量分布600包括沙漏形状602。沙漏形状602包括沿光轴606的纵轴604。沙漏形状602包括沿纵轴604尺寸变化的圆形横截面，并且具有由较宽部分侧翼的腰部608。为了清楚起见，自由形态能量分布600示出为在顶部和底部边界具有突然的截止。应理解，顶部和底部边界可以是渐变的。该渐变过渡可由于例如生成自由形态能量分布600的激光系统的光学限制而存在。

图7示出了根据一个或多个实施例的自由形态能量分布700。在一些实施例中，自由形态能量分布700包括沙漏形状702。沙漏形状702包括沿光轴706的纵轴704。沙漏形状702包括具有长轴708的椭圆横截面，其尺寸沿纵轴704缩放。沙漏形状702具有由较宽部分侧翼的腰部。为了清楚起见，自由形态能量分布700示出为在顶部和底部边界具有突然的截止。应理解，顶部和底部边界可以是渐变的。该渐变过渡可由于例如生成自由形态能量分布700的激光系统的光学限制而存在。

图8示出了根据一个或多个实施例的自由形态能量分布800。在一些实施例中，自由形态能量分布800包括反向沙漏形状802(例如，也是花瓶或菱形形状)。反向沙漏形状802包括沿光轴806的纵轴804。反向沙漏形状802包括具有长轴808的椭圆横截面，其尺寸沿纵轴804缩放。本领域技术人员将理解，圆形横截面也是可能的，如关于图6和图7中所示的沙漏实施例所示。反向沙漏形状802具有由较窄部分侧翼的宽中央部分。例如，使用相位掩模和/或空间光调制器(例如，图4的相位掩模402和/或空间光调制器404)的调节，来实现图5-8中所示的自由形态能量分布。

本文描述的激光系统和方法可用于在透明材料中形成缺陷。例如，参考图1A，在沿轮廓线165切割或划分透明工件160的上下文中描述了缺陷172。在此应用和其他应用中，将缺陷成形为与圆形圆柱体不同可能是有利的。本文描述的激光系统和方法的实施例可用于工件上以形成隐藏的分离特征。隐藏分离特征包括具有特定形状的缺陷，该缺陷促进期望的裂纹传播并且完全保留在工件内(即，缺陷不到达透明工件的表面)。为了形成具有自由形态形状的缺陷，基板上的区域被暴露于自由形态能量分布。自由形态能量分布具有足以在工件的与自由形态能量分布同位的区域中诱导MPA的能量。

图9示出了根据一个或多个实施例的自由形态能量分布(例如，自由形态能量分布500(图5))的横截面的激光能量密度的曲线图。激光能量密度以二进制值表示，其中1值对应于超过导致MPA的阈值的激光能量密度，而0值对应于不足以诱导MPA的激光能量。z-轴对应于激光传播的方向(例如，图5的光轴510)。y-轴位于沿长轴506(图5)的方向。x-轴对应于与长轴506(图5)垂直的短轴。图9的图示出了自由形态能量分布500(图5)的横截面的激光强度，横截面位于定义在y＝0处的平面上。图10示出了根据一个或多个实施例的自由形态能量分布500(图5)的另一横截面的激光能量密度的图。图10的图对应于位于定义在x＝0处的平面上的自由形态能量分布500的横截面。本领域技术人员将理解，自由形态能量分布600(图6)、自由形态能量分布700(图7)和自由形态能量分布800(图8)具有激光能量密度的对应图形表示。

激光加工的方法

一种用于使用本文公开的激光系统(例如，光学组件400)来激光加工工件的方法。在一些实施例中，所述方法包括生成辐射射束和在物体中或物体上形成缺陷。辐射射束包括准非衍射射束和具有自由形态能量分布的聚焦体积。形成缺陷的步骤包括将射束引导到物体上并且将聚焦体积部分地或完全地定位在物体内。生成射束的步骤包括部分地阻挡横截面上游的辐射射束和/或空间调制横截面上游的辐射射束的相位。

在一些实施例中，部分地阻挡辐射射束的步骤是使用可调节阻挡元件(例如，图4的空间光调制器404)来执行的。部分地阻挡辐射射束的步骤包括调节可调节阻挡元件以选择性地阻挡辐射射束的一部分。这允许相对于辐射射束的光轴调节自由形态能量分布的轴对称性。调制辐射射束的相位的步骤是使用相位掩模(例如，图4的相位掩模402)来执行的。在空间上调制辐射射束的步骤包括将相位掩模的光学中心移动远离光轴。这允许调节自由形态能量分布的几何形状。自由形态能量分布具有至少足以在物体的与聚焦体积同位的区域中诱导MPA的能量。所得的诱导MPA产生缺陷，并且该缺陷包括基本上类似于自由形态能量分布的形状。

在一些实施例中，准非衍射射束包括波长λ，光斑尺寸w_o和横截面。横截面包括大于的瑞利范围Z_R，其中F_D是具有大于约10的值的无量纲发散因子。

在一些实施例中，自由形态能量分布包括第一横截面和平行于第一横截面的第二横截面。第一横截面在几何上与第二横截面不同。换言之，第一横截面和第二横截面被成形为使得对第一横截面或第二横截面中的任意一者的任何缩放量都不能使第一横截面和第二横截面变得相同。例如，在一些实施例中，圆形圆柱体部分和椭圆圆柱体部分(例如，图5的自由形态能量分布500)的自由形态能量不同。圆形圆柱体和椭圆圆柱体各自具有沿光轴的纵轴。

在一些实施例中，自由形态能量分布包括具有沿光轴的纵轴的沙漏形状。沙漏形状可具有圆形横截面(例如，图6的自由形态能量分布600)或椭圆横截面(例如，图7的自由形态能量分布700)。在一些实施例中，自由形态能量分布包括具有沿光轴的纵轴的反向沙漏形状(例如，图8的自由形态能量分布800)。反向沙漏形状可具有圆形横截面或椭圆横截面。

在一些实施例中，辐射包括在约250nm到2.0μm范围内的波长。在一些实施例中，所形成的缺陷包括断裂特征、空腔、或两者。缺陷形成的速率大于每分钟约1000个缺陷。在一些实施例中，可使用单个激光脉冲来形成缺陷。在一些实施例中，可在不相对于工件对辐射射束栅格化(raster)的情况下形成缺陷。

在一些实施例中，缺陷包括断裂特征、空腔、或两者。在一些实施例中，物体包括透明基板。

激光加工的制品

在一些实施例中，本文公开的方法允许制造难以或不可能通过已知方法生产的透明的激光加工制品。所述方法还可允许对透明制品的更快速的制造和/或降低其制造成本。透明制品可被定制为用于各种应用，例如，具有更精确的裂纹传播或隐藏(例如，潜在/延迟)裂纹传播特征的基板上的电子设备、具有定制形状插座的医用孔板(well-plate)、具有高介电击穿和改进的气密密封的电路板等。

在讨论进一步实施例之前，简要地描述蚀刻技术是有益的。形成在基板中的缺陷可被挖空(例如，经由蚀刻)或作为损伤的材料留在缺陷内。取决于应用，基板可以从具有形成中空缺陷或将缺陷留作实心材料的选择中受益。在期望中空缺陷的情况下，在通过激光暴露形成缺陷之后蚀刻基板。例如，将基板浸没在液体蚀刻剂中。虽然蚀刻剂能够以给定速率溶解基板，但是与缺陷区域接触的蚀刻剂以比非缺陷的材料更快的速率溶解缺陷材料，该现象被称为选择性蚀刻。在不希望受到理论束缚的情况下，可以由在通过基板材料的激光暴露诱导的缺陷内的断裂化学键来促进选择性蚀刻。自由形态能量分布允许在基板上选择性地蚀刻定制的几何形状。

图11示出了根据一个或多个实施例的基板1100的区域。在一些实施例中，基板1100(例如，透明工件)包括主体1102、第一表面1104、第二表面1106、以及多个缺陷1108(例如，改性区域)。多个缺陷1108包括至少第一缺陷1108a和第二缺陷1108b。第一缺陷1108a和第二缺陷1108b设置在第一表面1104与第二表面1106之间。具体而言，第一缺陷1108a和第二缺陷1108b部分地(例如，与表面相交、陷入)或完全地设置在主体1102内。第一缺陷1108a和第二缺陷1108b彼此分离一定距离。在一些实施例中，第一缺陷1108a和第二缺陷1108b被配置为被蚀刻。第一缺陷1108a和第二缺陷1108b可包括基板1100的损伤的材料。在其他实施例中，第一缺陷1108a和第二缺陷1108b被蚀刻，并且因此是空隙的(例如，空腔)和/或具有基板材料的剩余颗粒。

图12示出了根据一个或多个实施例的基板1200的节段。在一些实施例中，基板1200包括主体1202、第一表面1204、第二表面1206和第一缺陷1208。第一缺陷1208包括横截面1210。基板1200包括中间平面1212，中间平面1212被限定成与第一表面1204和第二表面1206大致等距。在一些实施例中，基板1200包括第二缺陷1214。第二缺陷1214包括横截面1216。基板1200包括轮廓1218(例如，断裂或分离特征)。

在一些实施例中，第一表面1204与第二表面1206相对。第一表面1204基本上平行于第二表面1206。第一缺陷1208和第二缺陷1214(例如，改性区域)设置在第一表面1204与第二表面1206之间。横截面1210和横截面1216平行于第一表面1204。在一些实施例中，第一缺陷1208和第二缺陷1214包括自由形态形状。第一缺陷1208的自由形态形状包括具有椭圆横截面的反向沙漏形状(例如，使用自由形态能量分布800形成)。横截面1210是第一缺陷1208的所述椭圆横截面。即，横截面1210由缺陷1208的自由形态形状的边界限定。第一缺陷1214的自由形态形状包括具有椭圆横截面的反向沙漏形状(例如，使用自由形态能量分布800形成)。横截面1216是第二缺陷1214的所述椭圆横截面。即，横截面1216由缺陷1208的自由形态形状的边界限定或包围。在其他实施例中，横截面1210和横截面1216是圆形的。

可以以替代方式描述第一缺陷1208和第二缺陷1214的反向沙漏形状。例如，虽然横截面1210示出为大致在中间平面1212处，但是横截面1210可以实际上被绘制在距第一表面1204任何距离处。如果横截面1210被绘制在距离中间平面1212更远的位置(例如，靠近第一表面1204)，则横截面1210的大小减小。在此情况下，横截面1210的大小可被视作“滑动”参数，该参数作为从第一表面1204测量且垂直于第一表面1204的横截面1210的距离的函数来缩放。在一些实施例中，横截面1210的大小随着横截面1210的距离接近中间平面而增加。无论横截面1210的距离从第一表面1204接近中间平面还是从第二表面1206接近中间平面都是如此，这描述了反向沙漏形状。本领域技术人员将理解，在(例如，由图2的焦线113产生的)圆柱形缺陷的情况下，横截面的大小在距第一、第二或中间表面/平面任何距离处保持基本恒定。

在一些实施例中，第一缺陷1208和第二缺陷1214沿轮廓1218对齐。轮廓1218是直的或弯曲的。轮廓1218也可以具有直的部分和弯曲的部分两者。在一些实施例中，横截面1210和横截面1216各自包括长轴。椭圆横截面促进裂纹传播的优选方向，特别是在椭圆横截面的长轴的方向上。因此，横截面1210和横截面1216的长轴大致沿轮廓1218对齐。

图13示出了根据一个或多个实施例的基板1300的区域。在一些实施例中，基板1300包括主体1302、第一表面1304、第二表面1306和第一缺陷1308。第一缺陷1308包括横截面1310。基板1300包括中间平面1312，中间平面1312被限定成与第一表面1304和第二表面1306大致等距。在一些实施例中，基板1300包括第二缺陷1314。第二缺陷1314包括横截面1316。基板1300包括轮廓1318。

在一些实施例中，第一表面1304与第二表面1306相对。第一表面1304基本上平行于第二表面1306。第一缺陷1308和第二缺陷1314设置在第一表面1304与第二表面1306之间。横截面1310和横截面1316平行于第一表面1304。在一些实施例中，第一缺陷1308和第二缺陷1314包括自由形态形状。第一缺陷1308的自由形态形状包括具有椭圆横截面的沙漏形状(例如，使用自由形态能量分布700形成)。横截面1310是第一缺陷1308的所述椭圆横截面。即，横截面1310由第一缺陷1308的自由形态形状的边界限定。第一缺陷1308的自由形态形状包括具有椭圆横截面的沙漏形状(例如，使用自由形态能量分布700形成)。横截面1316是第二缺陷1314的所述椭圆横截面。即，横截面1316由第二缺陷1314的自由形态形状的边界限定或包围。在其他实施例中，横截面1310和横截面1316是圆形的。

可以以替代方式描述第一缺陷1308和第二缺陷1314的沙漏形状。例如，虽然横截面1310示出为更靠近第一表面1304，但是横截面1310可以实际上被绘制在距第一表面1304任何距离处。如果横截面1310被绘制在距中间平面1312更远的位置，则横截面1310的大小增加。在此情景中，横截面1310的大小可被视作“滑动”参数，该参数作为从第一表面1304测量且垂直于第一表面1304的横截面1310的距离的函数来缩放。在一些实施例中，横截面1310的大小随着横截面1310的距离接近中间平面而减小。无论横截面1310的距离从第一表面1304接近中间平面还是从第二表面1306接近中间平面都是如此，这描述了沙漏形状。

在一些实施例中，第一缺陷1308和第二缺陷1314沿轮廓1318对齐。轮廓1318是直的或弯曲的。轮廓1318也可以具有直的部分和弯曲的部分两者。在一些实施例中，横截面1310和横截面1316各自包括长轴。椭圆横截面促进裂纹传播的优选方向，特别是在椭圆横截面的长轴的方向上。因此，横截面1310和横截面1316的长轴大致沿轮廓1318对齐。

此外，图12和图13所述的实施例可以包括锥形缺陷，而不是所示的沙漏(或反向沙漏)缺陷。这可以例如通过使自由形态能量分布600、自由形态能量分布700或自由形态能量分布800拉长来实现，使得自由形态能量分布的沙漏(或反向沙漏)形状的仅一半在工件内部，而另一半在外部。因此，在一些实施例中，缺陷的横截面的大小随着横截面1310的距离从第一表面开始并且接近第二表面而连续增加，这描述了锥体。

在一些实施例中，图12和图13中的轮廓通过激光加工来产生，尤其是通过形成有序缺陷来产生。这些轮廓的应用是从一个较大制品大量生产较小制品。例如，对具有米量级或更大量级的尺寸的玻璃基板进行激光加工。随后将基板劈开成数百或数千个较小矩形，这些较小矩形可以变成例如用于(例如，智能电话或平板电脑中的)触摸显示器的屏幕数字化器。理想地，将制造工艺施加到较大基板将是最高效且方便的。在屏幕数字化器的示例中，如果可以在将基板切割成较小的个体设备之前将屏幕上的电子部件一次性地同时施加到较大基板上，则可以大大缩短体积生产的时间。在一些实例中，在完成电子制造工艺之后激光加工大基板可引起电子部件的附带激光暴露、过度局部加热、以及损害清洁环境的完整性，所有这些都可能损伤关键电子特征，从而使个体设备不可操作。

一种解决方案可以是在施加其他制造步骤之前激光加工大基板。由于在轮廓处的降低的结构完整性，通常必须在激光加工之后不久将大基板分离成较小制品。如果在该状态下尝试在基板上进行制造工艺，则轮廓的降低的结构完整性可能使基板在其他制造步骤期间无意中分离。这使得在较大的基板上进行制造非常麻烦，并且因此通常在较小的、分离的设备上单独执行制造。

轮廓处的降低的结构完整性的一个原因是缺陷“到达”或相交于基板的表面(参见图1的缺陷172)。所形成的缺陷可以从顶部表面延伸到底部表面。本公开的实施例提供了允许形成延迟或潜在断裂特征的隐藏缺陷的产品和方法。应理解，术语“隐藏”可能不意味着缺陷是不可见的。在一些实施例中，术语“隐藏”可以是指透明工件内的缺陷放置为使得该缺陷不与基板的表面相交或无法接近基板的表面。

参考图12，在一些实施例中，第一缺陷1208和第二缺陷1214不与第一表面1204和/或第二表面1206相交。基板1200进一步包括待分离的产品制品。产品制品由多个轮廓限定。所述多个轮廓包括轮廓1218。在一些实施例中，多个轮廓形成潜在分离特征，以便允许基板在被分离成产品制品之前作为单个较大制品经历制造工艺。图13中表示的实施例还可包括这些特征。通过允许形成潜在分离特征，基板可以作为较大工件经历其他制造步骤(例如，光刻、蚀刻等)，从而允许对从较大工件断裂出的较小制品的快得多的体积处理速率。

基板还可被制造用于悬浮在液体溶液中的物质的光学测量(例如，孔板)。图14示出了根据一个或多个实施例的基板1400的节段。基板1400包括主体1402、第一表面1404、第二表面1406、缺陷1408和开口1410。缺陷1408包括(例如，由图5的自由形态能量分布500形成的)椭圆圆柱体部分1408a与圆形圆柱体部分1408b。在一些实施例中，基板1400包括涂层1412。

在一些实施例中，缺陷1408的椭圆圆柱体部分1408a连接到圆形圆柱体部分1408b。椭圆圆柱体部分1408a靠近第一表面1404。开口1410设置在椭圆圆柱体部分1408a与第一表面1404之间的相交处。在基板1400被提供为未蚀刻孔板(例如，待稍后蚀刻)的情况下，应理解，将在后续蚀刻中在椭圆圆柱体部分1408a与第一表面1404之间的相交处形成开口1410。

在一些实施例中，涂层1412是被配置成基于波长过滤辐射的光学滤波器。光学滤波器包括配置成基于连续频谱来过滤辐射的多变量光学元件(例如，多变量光学滤波器等)。在一些实施例中，涂层1412是抗反射涂层。在一些实施例中，涂层1412是配置成保护基板1400免受由冲击造成的损伤的保护层。

在一些实施例中，缺陷1408包括与第一表面1404平行的第一横截面与第二横截面。第一横截面和第二横截面由缺陷1408的自由形态形状的边界限定。第一横截面和第二横截面在几何上彼此不同。

图15示出了根据一个或多个实施例的基板1500的节段。基板1500包括主体1502、第一表面1504、第二表面1506、缺陷1508和开口1510。缺陷1508包括(例如，由图5的自由形态能量分布500倒置形成的)椭圆圆柱体部分1508a与圆形圆柱体部分1508b。在一些实施例中，基板1500包括涂层1512。缺陷1508包括基板1500的折裂(fractured)颗粒1514。

在一些实施例中，椭圆圆柱体部分1508a连接到圆形圆柱体部分1508b。圆形圆柱体部分1508b靠近第一表面1504。开口1510设置在圆形圆柱体部分1508b与第一表面1504之间的相交处。在基板1500被提供为未蚀刻孔板(例如，待稍后蚀刻)的情况下，应理解，将在后续蚀刻中在圆形圆柱体部分1508b与第一表面1504之间的相交处形成开口1510。

涂层1512的结构和功能与关于涂层1412(图14)所述的那些相同。在一些实施例中，折裂颗粒1514被配置成增强放置在缺陷1508中的液体样品的毛细作用。尽管为了清楚起见未在一些附图中示出，但是可在其他附图(例如，图14、图16和图17)中表示的实施例中使用折裂颗粒1514。

在一些实施例中，缺陷1508包括与第一表面1504平行的第一横截面与第二横截面。第一横截面和第二横截面由缺陷1508的自由形态形状的边界限定。第一横截面和第二横截面在几何上彼此不同。

图16示出了根据一个或多个实施例的基板1600的节段。基板1600包括主体1602、第一表面1604、第二表面1606、缺陷1608和开口1610。在一些实施例中，基板1600包括涂层1612。缺陷1608包括基板1600的折裂颗粒1614。

缺陷1608包括(例如，由图6的自由形态能量分布600或图7的自由形态能量分布700形成的)沙漏形状。开口1610设置在缺陷1608与第一表面1604之间的相交处。在基板1600被提供为未蚀刻孔板(例如，待稍后蚀刻)的情况下，应理解，将在后续蚀刻中在缺陷1608与第一表面1604之间的相交处形成开口1610。涂层1612的结构和功能与关于涂层1412(图14)所述的那些相同。

图17示出了根据一个或多个实施例的基板1700的节段。基板1700包括主体1702、第一表面1704、第二表面1706、缺陷1708和开口1710。在一些实施例中，基板1700包括涂层1712。缺陷1708包括基板1700的折裂颗粒1714。

缺陷1708包括(例如，由图8的自由形态能量分布800形成的)反向沙漏形状。开口1710设置在缺陷1708与第一表面1704之间的相交处。在基板1700被提供为未蚀刻孔板(例如，待稍后蚀刻)的情况下，应理解，将在后续蚀刻中在缺陷1708与第一表面1704之间的相交处形成开口1710。涂层1712的结构和功能与关于涂层1412(图14)所述的那些相同。

在一些实施例中，本文公开的激光系统和方法还允许制造用于在印刷电路应用中使用的基板。需要具有允许高频操作(例如，微波、远红外和更高频率)的介电性质的电路。当基板上的电路部件在高频下操作时，基于树脂和半导体的基板通常经历介电击穿。例如，熔融石英可以是解决该问题的合适基板，因为熔融石英具有比树脂或半导体大数个数量级的介电强度。熔融石英也不像普通电子印刷电路板那样吸收大量的高频辐射。在熔融石英或其他类玻璃基板中制造形成令人满意的气密密封同时提供从板的一个表面到相对表面的电通量的通孔可能是困难的。本公开的激光系统和方法允许制造可用作高频应用中的电路板的基板。

图18示出了根据一个或多个实施例的基板1800的节段。基板1800包括主体1802、第一表面1804、第二表面1806、缺陷1808、开口1810和开口1812。在一些实施例中，缺陷1808包括导电材料。基板1800进一步包括导电元件1814和导电元件1816(例如，用于传输电信号的电迹线)。

在一些实施例中，缺陷1808包括(例如，由图6的自由形态能量分布600或图7的自由形态能量分布700形成的)沙漏形状。当缺陷1808被导电、电通量材料填充时，该沙漏形状增强气密密封。开口1810设置在缺陷1808与第一表面1804之间的相交处。开口1812设置在缺陷1808与第二表面1806之间的相交处。在基板1800被提供为未蚀刻基板(例如，待稍后蚀刻)的情况下，将在后续蚀刻中在先前指示的位置处形成开口1810和开口1812。

使用金属沉积技术在缺陷1808内沉积导电材料。导电元件1814设置在第一表面1804上。导电元件1816设置在第二表面1806上。导电元件1814和导电元件1816通过缺陷1808的导电材料彼此电耦合。

图19示出了根据一个或多个实施例的基板1900的节段。基板1900包括主体1902、第一表面1904、第二表面1906、缺陷1908、开口1910和开口1912。在一些实施例中，缺陷1908包括导电材料。基板1900进一步包括导电元件1914和导电元件1916。

在一些实施例中，缺陷1908包括(例如，由图8的自由形态能量分布800形成的)反向沙漏形状。开口1910设置在缺陷1908与第一表面1904之间的相交处。开口1912设置在缺陷1908与第二表面1906之间的相交处。在基板1900被提供为未蚀刻基板(例如，待稍后蚀刻)的情况下，将在后续蚀刻中在先前指示的位置处形成开口1910和开口1912。

使用金属沉积技术在缺陷1908内沉积导电材料。导电元件1914设置在第一表面1904上。导电元件1916设置在第二表面1906上。导电元件1914和导电元件1916通过缺陷1908的导电材料彼此电耦合。

图20示出了根据一个或多个实施例的基板2000的节段。基板2000包括主体1902、第一表面2004、第二表面2006、缺陷2008、开口2010和开口2012。在一些实施例中，缺陷2008包括导电材料。基板2000进一步包括导电元件2014和导电元件2016。

在一些实施例中，缺陷2008包括斜圆形圆柱体形状或斜椭圆圆柱体形状(例如，倾斜圆柱体)。通过调节用于形成缺陷2008的激光系统的相位掩模(例如，图4的相位掩模402)和/或空间光调制器(例如，图4的空间光调制器404)来实现圆柱体形状的角度。开口2010设置在缺陷2008与第一表面2004之间的相交处。开口2012设置在缺陷2008与第二表面2006之间的相交处。在基板2000被提供为未蚀刻基板(例如，待稍后蚀刻)的情况下，将在后续蚀刻中在先前指示的位置处形成开口2010和开口2012。

使用金属沉积技术在缺陷2008内沉积导电材料。导电元件2014设置在第一表面2004上。导电元件2016设置在第二表面2006上。导电元件2014和导电元件2016通过缺陷2008的导电材料彼此电耦合。

还可以以替代方式描述图18-20所述的实施例。例如，基板(例如，基板1800)进一步包括第一组导电元件和第二组导电元件(例如，导电元件1814和导电元件1816)。第一组导电元件和第二组导电元件被配置成允许信号在第一表面与第二表面(例如，第一表面1804和第二表面1806)及其元件之间流动。

图16-19所述的实施例可以包括锥形缺陷，而不是所示的沙漏(或反向沙漏)缺陷。这可以例如通过使自由形态能量分布600、自由形态能量分布700或自由形态能量分布800拉长来实现，使得自由形态能量分布的沙漏(或反向沙漏)形状的仅一半在工件内部，而另一半在外部。

鉴于前述描述，应当理解，可以通过修改激光系统的聚焦体积(例如，自由形态能量分布)的形状来增强对工件和工件堆叠的激光加工。例如，激光系统可包括相位掩模和/或可调节阻挡元件以修改激光的自由形态能量分布的形状。该自由形态能量分布被发送到工件中并且在工件中形成缺陷。所形成的缺陷的形状基本上类似于自由形态能量分布的形状。此外，本文描述的方法允许制造具有缺陷的透明基板，所述缺陷具有不可通过已知方法生产的形状。

如本文中所使用，术语“约”是指量、尺寸、配方、参数、和其他数量和特性不是也不需要是精确的，但可以根据需要是近似的和/或更大或更小，从而反映出公差、转换因子、舍入、测量误差等和本领域技术人员已知的其他因素。当在描述值或范围的端点中使用术语“约”时，包括所指的特定值或端点。无论说明书中的数值或范围的端点是否记载了“约”，都描述了两个实施例：一个由“约”修饰，并且一个不由“约”修饰。还将理解的是，每一个范围的端点相对于另一个端点都是重要的，并且独立于另一个端点。

如本文中所使用的方向性术语(例如，上、下、右、左、前、后、顶部、底部)仅参考如所绘制的附图作出，而不旨在隐含绝对取向。

除非另外明确地指出，此处所阐述的任何方法决不会被解释为要求其步骤以特定的顺序执行，也不要求任何装置特定定向。因此，在方法权利要求实际上未叙述要遵循其步骤的顺序、或者任何装置权利要求实际上未叙述各个部件的顺序或定向、或者在权利要求或描述中没有以其他方式特别说明这些步骤将被限制于特定顺序、或者没有记载对装置的组件的特定顺序或定向的情况下，在任何方面，决不旨在推断顺序或定向。这适用用于解译的任何可能的非明确的基础，包括：相对于步骤排列、操作流程、部件的顺序或部件的定向的逻辑事项；从语法组织或标点推出的普通含义；以及说明书中所描述的实施例的数量或类型。

如本文中所使用的，单数形式“一/一个(a/an)”、和“该(the)”包括复数指代物，除非上下文明确地另作规定。因此，例如，对“部件”的引用包括具有两个或多个这样的部件的方面，除非上下文明确地另作指示。

对本领域的技术人员显而易见的是，可对本文描述的实施例作出各种修改和变化而不背离要求保护的主题的精神和范围。因此，旨在使说明书覆盖本文描述的各实施例的多种修改和变化，只要这些修改和变化落在所附权利要求书及其等效方案的范围内。