具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“中部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。

如图1所示，本发明一实施例提供的一种玻璃基板通孔的激光加工方法，包括：

S10、通过贝塞尔光束发生单元2将激光器1发射的第一激光束4分离为对称且具有贝塞尔分布的第一光束41和第二光束42。可以理解地，所述第一激光束4为具有高斯分布的激光束，即在所述第一激光束4的激光横截面的振幅满足高斯函数，所述第一光束41和所述第二光束42为空间呈圆锥形的激光束在水平截面上的表现形式，即所述第一光束41和所述第二光束42为一个整体激光束且为贝塞尔光束，贝塞尔光束的特点为具有一个中心光斑，在很长的距离内保持不变，有利于激光的加工。

S20、通过聚焦单元3对所述第一光束41和所述第二光束42进行聚焦，生成具有预设聚焦光斑和预设焦深的加工激光束5。可以理解地，所述加工激光束5为零阶贝塞尔光束，所述加工激光束5的光斑较小和焦深较长，焦深长的优点在于在所述玻璃基板8可一次性在焦点位置加工很深的玻璃孔。

具体地，所述聚焦单元3为凸透镜，所述聚焦单元3通过对所述第一光束41和所述第二光束42聚焦作用，得到加工激光束5(光斑较小、焦深较长)；在一实施例中，如图6所示，所述聚焦单元3可以为一块凸透镜，通过该凸透镜对所述第一光束41和所述第二光束42的聚焦作用，得到所述加工激光束5。

在另一实施例中，如图4所示和图5所示，所述聚焦单元3可以为两块凸透镜，且两块凸透镜之间的距离为所述两块凸透镜的焦距之和，此时两块凸透镜组成光学4F系统，所述第一光束41和所述第二光束42经过光学4F系统相当于经过傅里叶变换后再经过傅里叶逆变换，从而改变所述第一光束41和所述第二光束42的焦深使之成为具有预设焦深的加工激光束5。

S30、令所述加工激光束5在玻璃基板8上以预设加工路径进行扫描，以使得所述玻璃基板8上沿所述预设加工路径形成具有预设间距的多个点。可以理解地，所述加工激光束5扫描过的所述玻璃基板8的区域(即预设加工路径上的多个间距的点)的腐蚀速度大于所述贝塞尔光束未扫描区域的腐蚀速度。

在一实施例中，如图4所示和图5所示，所述聚焦单元3为两块凸透镜，且两块凸透镜组成光学4F系统，当所述玻璃基板8放置在所述加工激光束5的聚焦平面(所述第一光束41和所述第二光束42经两块块凸透镜聚焦后的焦平面)时，如图7所示，所述玻璃基板8上会生成一个具有中心点的光斑，通过后续在腐蚀性溶液中腐蚀后，在所述玻璃基板8的光斑的中心点处会形成通孔，该方法适用于在所述玻璃基板8上加工直径比较小的通孔；当所述玻璃基板8放置在所述加工激光束5的聚焦平面(所述第一光束41和所述第二光束42经两块凸透镜聚焦后的焦平面)之前或者之后时，如图8所示，在玻璃基板8上会生成一个环形光斑，通过后续在腐蚀性溶液中腐蚀后，在所述玻璃基板8的环形光斑处会形成通孔，该方法适用于在所述玻璃基板8上加工直径比较大的通孔。

在另一实施例中，如图6所示，所述聚焦单元3为一块凸透镜，当所述玻璃基板8放置在所述加工激光束5的聚焦平面(所述第一光束41和所述第二光束42经一块凸透镜聚焦后的焦平面)时，加工激光束5在玻璃基板8上形成环形光斑，如图8所示，此时所述加工激光束5扫描过的所述玻璃基板8的区域的腐蚀速度较大；所述玻璃基板8放置在所述加工激光束5的聚焦平面(所述第一光束41和所述第二光束42经一块凸透镜聚焦后的焦平面)之前或者之后时，加工激光束5在玻璃基板8上同样形成环形光斑，可以理解地，此时加工激光束5扫描过的玻璃基板8的区域的腐蚀速度较小，如图8所示。该实施例中的两种所述玻璃基板8放置的方案均可用于加工直径比较大的通孔。

S40、将扫描之后的所述玻璃基板放置在预设的腐蚀性溶液中，以令所述玻璃基板8上的所述点所在的位置，以大于所述玻璃基板8上未被所述加工激光束5扫描的其他位置的腐蚀速度被所述腐蚀性溶液腐蚀。具体地，所述腐蚀性溶液为氢氟酸和盐酸混合溶液，但也不局限于此；可以理解地，由于所述加工激光束5扫描过的所述玻璃基板8的区域(即预设加工路径上的多个间距的点)的腐蚀速度大于所述贝塞尔光束未扫描区域的腐蚀速度，所述玻璃基板8经过腐蚀性溶液进一步腐蚀，使得所述玻璃基板8上的多个所述点进一步腐蚀并扩大最后形成通孔，而玻璃基板8的其他未被加工激光束5扫描的部位也存在腐蚀，但不会腐蚀穿。

S50、在预设时间之后自所述腐蚀性溶液中取出沿所述预设加工路径形成通孔的所述玻璃基板8。可以理解地，所述玻璃基板8上被所述加工激光束5扫描的多个间距点腐蚀穿后，在所述玻璃基板8上形成通孔；当所述加工激光束5在所述玻璃基板8上扫描的区域为中心光斑点时(如图4和图5所示，对应的所述玻璃基板8放置在由两块凸透镜组成的聚焦单元3的聚焦平面上)，所述玻璃基板8在腐蚀性溶液中腐蚀后在中心光斑点处形成通孔(直径较小的通孔)，如图7所示；当所述加工激光束5在所述玻璃基板8上扫描的区域为环形光斑时(如图6所示，对应的玻璃基板8放置在由两块凸透镜组成聚焦单元3的焦平面之前或者之后，或者放置在有一块凸透镜组成的聚焦单元3的任意位置)，所述玻璃基板8在腐蚀性溶液中腐蚀后在环形光斑处形成通孔(直径较大的通孔)，如图8所示。

进一步说明，所述激光器1产生的具有高斯分布的激光束，以直径为d垂直入射到贝塞尔光束发生单元2；直径为d的所述聚光束经贝塞尔光束发生单元2后形成零阶贝塞尔光束，截面光斑分布图如图4所示，贝塞尔光束的光束直径ρ满足如下关系：

其中，如图9所示，k为波矢；α₀为光束发散角，由贝塞尔发生单元决定；n为贝塞尔光束发生单元2的折射率；n₀为其周围环境的折射率；τ为贝塞尔发生单元的特征参数，若贝塞尔发生单元为轴棱镜，则τ为轴棱镜的顶角；当贝塞尔光束垂直入射聚焦单元3，聚焦后光束直径由聚焦单元3决定。通过上式可以看出，所述贝塞尔光束的光束和焦深与具有高斯分布的入射激光束的尺寸、贝塞尔光束发散角、贝塞尔光束发生单元2共同决定。

通过该玻璃基板8通孔的激光加工方法可在玻璃基板8上加工无锥度、无边缘崩溃的通孔，即其通孔的加工质量好；也可实现在玻璃基板8上加工直径小于30μm的通孔，且加工激光束5聚焦光斑极小及高圆度，保证了量产加工小尺寸微孔的可靠性与质量；该方法可以一次性在玻璃基板8上加工多个通孔，保证了产品设计者依据自身需求进行独特设计，大大提高了玻璃通孔量产的效率、质量与可靠性。另外该璃基板通孔的激光加工方法是利用贝塞尔光束在玻璃基板8上加工通孔，贝塞尔光束具有长焦深的特点，可在玻璃基板8上一次性加工较深的通孔，相比于而现有的激光诱导腐蚀法利用高斯光在玻璃基板8上一层一层的照射打孔，大大提升了玻璃基板8上打孔的效率。另外，相比于现有的烧蚀成孔技术(每次激光扫描只能加工一个小点，需要经过多次扫描才能形成通孔)，而该玻璃基板通孔的激光加工方法可在玻璃基板8上一次扫描多个腐蚀点，最后经腐蚀形成通孔，故该玻璃基板通孔的激光加工方法，其在玻璃基板8上的打孔效率更高。

在一实施例中，如图2所示，步骤S10(即所述通过贝塞尔光束发生单元2将激光器1发射的第一激光束4分离为对称且具有贝塞尔分布的第一光束41和第二光束42)，包括：

S101、通过激光器1产生的具有高斯分布的第一激光束4。可以理解地，所述激光器1产生的所述第一激光束4过于集中，会导致通过所述贝塞尔光束发生单元2生成第一光束41和第二光束42(均为零阶贝塞尔光束)的效果不是很好，故需要对所述第一激光束4进行扩散，以提升所述贝塞尔光束发生单元2生成第一光束41和第二光束42的效果。

S102、通过凹面镜71对所述第一激光束4进行扩散，并将扩散后的所述第一激光束4通过凸面镜72集中为平行且发散的第二激光束6；所述凹面镜71和所述凸面镜72平行设置。其中，所述凹面镜71和所述凸面镜72之间的距离可以根据实际在所述玻璃基板8加工通孔的情况而定。

S103、将平行且发散的所述第二激光束6垂直射入所述贝塞尔光束发生单元2，以通过所述贝塞尔光束发生单元2将所述第二激光束6分离为对称且具有贝塞尔分布的第一光束41和第二光束42。可以理解地，通过所述凸面镜72的结构使经所述凹面镜71扩散的所述第一激光束4聚集并垂直射入所述贝塞尔光束发生单元2。

在另一实施例中，如图3所示，步骤S103(即所述将平行且发散的所述第二激光束6垂直射入所述贝塞尔光束发生单元2)，包括：

S104、将平行且发散的所述第二激光束6垂直射入螺旋相位板73；所述螺旋相位板73和所述凸面镜72平行设置。其中，所述螺旋相位板73和所述凸面镜72之间的距离没有要求。

S105、将经所述螺旋相位板73透射后的所述第二激光束6垂直射入所述贝塞尔光束发生单元2。

可以理解地，通过所述螺旋相位板73的作用，使得所述零阶贝塞尔光束转变为一阶贝塞尔光束(改变了加工激光束5的性质)，所述一阶贝塞尔光束通过聚焦单元3聚焦后得到预设聚焦光斑和焦深的加工激光束5(一阶贝塞尔光束)，所述工激光束在所述玻璃基板8上的加工通孔与所述零阶贝塞尔光束通过聚焦单元3形成的加工激光束5相同，在此不再赘述。所述螺旋相位板73可以消除贝塞尔光束的旁瓣对加工激光束5的影响，即一阶贝塞尔光束具有抗散射、自愈性的特点，在玻璃基板8较深的位置依然可以保持很好的光斑形貌，从而进一步提高了玻璃基板8上通孔加工的质量(锥度小)。

在一实施例中，所述激光器1为超短脉冲激光器，所述激光器1为超短脉冲激光器，所述超短脉冲激光器1发出的所述第一激光束4的波长为300nm至1100nm，脉冲宽度为300fs至50000fs，重复频率为10KH至200KH，单脉冲能量10uJ至1000uJ，所述超短脉冲激光器功率为1W至100W。可以理解地，所述超短脉冲激光器发射的第一激光束4的激光脉宽度小，以至于加工激光束5的加工热影响区域小，进而进一步提升了所述玻璃基板8上通孔的加工质量；另外，所述加工激光束5在玻璃基板8上加工通孔，所对应的加工激光束5包括但不限于玻璃通孔的加工。

如图4所示，本发明一实施例提供的一种玻璃基板通孔的激光加工装置，包括激光器1、贝塞尔光束发生单元2、聚焦单元3和控制模块(图中未示)；具体地，在所述激光器1发出的激光的传播路径上依次分布有所述贝塞尔光束发生单元2、所述聚焦单元3和所述玻璃基板8；作为优选，所述贝塞尔光束发生单元2为轴棱镜，当然，也不局限于轴棱镜。

所述激光器1用于发射第一激光束4；作为优选，所述激光器1为超短脉冲激光器，其常用量在上文已经描述过，在此就不再赘述。

所述贝塞尔光束发生单元2用于将激光器1发射的第一激光束4分离为对称且具有贝塞尔分布的第一光束41和第二光束42；所述聚焦单元3用于对所述第一光束41和所述第二光束42进行聚焦，生成具有预设聚焦光斑和预设焦深的加工激光束5；可以理解地，所述激光器1发射的第一激光束4为高斯分布的激光束不满在玻璃基板8上加工通孔的要求，所述第一激光束4经所述贝塞尔光束发生单元2后形成具有一定焦深的第一光束41和第二光束42(均为零阶贝塞尔光束)，初步满足激光加工的要求；所述第一光束41和所述第二光束42经聚焦单元3聚焦后得到预设光斑和预设焦深的所述加工激光束5(零阶贝塞尔光束)，所述加工激光束5的光斑小、焦深长。

所述控制模块用于控制所述加工激光束5在玻璃基板8上以预设加工路径进行扫描，以使得所述玻璃基板8上沿所述预设加工路径形成具有预设间距的多个点；可以理解地，所述控制模块控制所述玻璃基板8转动的角速度(或者移动速度)，结合所述加工激光束5的频率(一秒内脉冲重复出现的次数)，即可在所述玻璃基板8上得到具有预设间距的多个点，所述预设间距的多个点(所述加工激光束5扫描区域)的腐蚀速度大于未被所述加工激光束5扫描区域的腐蚀速度。

控制预设的抓取装置(图中未示)将扫描之后的所述玻璃基板8放置在预设的腐蚀性溶液中，以令所述玻璃基板8上的所述点所在的位置，以大于所述玻璃基板8上未被所述加工激光束5扫描的其他位置的腐蚀速度被所述腐蚀性溶液腐蚀；可以理解地，所述抓取装置可以为机械手，通过控制单元控制所述抓取装置将所述玻璃基板8放置在腐蚀性溶液中溶解，另外也可以通过人工的拿取的方式将所述玻璃基板8放置在腐蚀性溶液中溶解。

控制所述抓取装置在预设时间之后自所述腐蚀性溶液中取出沿所述预设加工路径形成通孔的所述玻璃基板。可以理解地，在腐蚀性溶液中，所述玻璃基板8上所述预设间距的多个点(所述加工激光束5扫描区域)会被腐蚀穿并扩大，而所述玻璃基板8上未被所述加工激光束5扫描区域的并没有被腐蚀穿，从而在所述玻璃基板8上的预设加工路径形成通孔。

具体地，如图4所示，在本实施例中，所述激光器1发出的激光束的波长1030nm，单脉冲能量为50μJ，重复频率为70kHZ，脉冲宽度6ps；激光束经过光学元件组(贝塞尔光束发生单元2、所述聚焦单元3)产生零阶贝塞尔光束，经过聚焦单元3到达样品表面；加工激光束5以200μm点间距打点的方式沿着预设路径进行扫描，点的大小等于激光光斑大小，约为3μm；所述加工激光束5扫描区域的材料相比未加工过区域的材料，可以更快的被腐蚀溶液腐蚀，将激光加工后的玻璃基板8放置在腐蚀溶液中一段时间，加工激光束5扫描的区域内材料迅速被腐蚀，形成通孔，通孔直径大于50μm，同时玻璃基板8变薄成为0.11mm。

本发明中，通过贝塞尔光束发生单元2将激光器1发出的具有高斯分布的激光束转变为贝塞尔光束，所述贝塞尔光束再通过聚焦单元3的聚焦作用，改变所述贝塞尔光束的焦距使之成为具有预设聚焦光斑和焦深的加工激光束5(聚焦光斑较小、焦深较长)。所述加工激光束5在玻璃基板8上扫描，使得玻璃基板8上加工激光束5中心点扫描过的区域的腐蚀速度大于未扫描过的区域的腐蚀速度，通过后续玻璃基板8在腐蚀溶液中浸泡腐蚀，在所述玻璃基板8上形成圆形的通孔。由于贝塞尔光束具有焦深较长的特点(焦深长即在激光的传播较长路径上，保持较为清晰的影像，有利于加工)，在玻璃基板8上形成的通孔锥度小，保证了玻璃基板8上通孔的质量；所述利用贝塞尔光束可一次性在玻璃基板8上加工多可孔，降低了时间成本，提高了激光打孔的效率。

在一实施例中，如图4、图5和图6所示，所述玻璃基板通孔的激光加工装置还包括扩束准直单元7，所述扩束准直单元7包括平行设置的凸面镜72和凹面镜71；所述凹面镜71对所述第一激光束4进行扩散，所述凸面镜72将扩散后的所述第一激光束4集中为平行且发散的第二激光束6,所述第二激光束6垂直射入所述贝塞尔光束发生单元2。可以理解地，通过所述凹面镜71的发散作用将所述激光器1发射的第一激光束4发散开，所述凸面镜72的聚合作用将所述发散开的第一激光束4再通过聚光后，形成平行且垂直射入所述贝塞尔光束发生单元2的所述第二激光束6。通过所述扩束准直单元7对激光束的扩散扩用，降低了对所述激光器1的要求，即降低了所述玻璃基板8通孔的激光加工装置的成本。此实施例中，入射到贝塞尔光束发生单元2的激光束的直径d与所述发散单元(凸面镜72和凹面镜71)有关，进而影响加工激光束5的光斑直径和焦深。

在一实施例中，如图5和图6所示，所述扩束准直单元7还包括与所述凸面镜72平行设置的螺旋相位板73，所述第二激光束6垂直射入所述螺旋相位板73，经所述螺旋相位板73透射后的所述第二激光束6垂直射入所述贝塞尔光束发生单元2。可以理解地，通过所述螺旋相位板73的作用，使得所述加工激光束5由零阶贝塞尔光束转变为一阶贝塞尔光束，所述一阶贝塞尔光束在所述玻璃基板8上的加工通孔与所述零阶贝塞尔光束通过聚焦单元3形成的加工激光束5相同，在这里就不再赘述。所述螺旋相位板73可以消除贝塞尔光束的旁瓣对加工激光束5的影响，即一阶贝塞尔光束具有抗散射、自愈性的特点，在玻璃基板8较深的位置依然可以保持很好的光斑形貌，从而进一步提高了玻璃基板8上通孔加工的质量(锥度小)。

具体地，在本实施列中，所述激光器1工作参数：波长1030nm，单脉冲能量为50μJ，重复频率为70kHZ，脉冲宽度6ps，激光束经过光学元件组(扩束准直单元7、贝塞尔光束发生单元2、所述聚焦单元3等)产生一阶贝塞尔光束，经过聚焦单元3到达样品表面；类似地，一阶贝塞尔光束在0.21mm厚待加工玻璃基板8上以0.2mm点间距打点的方式沿着预设路径进行扫描，点的大小等于激光光斑大小，约为3μm；将加工的玻璃基板8放置在腐蚀溶液中一段时间，激光辐射区域内材料迅速被腐蚀，形成通孔，通孔直径50μm，同时玻璃基板8变薄成为0.11mm。

在一实施例中，如图5所示，所述聚焦单元3包括平行设置的第一聚焦单元31和第二聚焦单元32，所述第一聚焦单元31和所述第二聚焦单元32之间的距离为所述第一聚焦单元31焦距和所述第二聚焦单元32焦距之和。其中，所诉第一聚焦单元31和所述第二聚焦单元32均为凸透镜且两者之间的距离为所述第一聚焦单元31焦距和所述第二聚焦单元32焦距之和，此时第一聚焦单元31和第二聚焦单元32形成4F系统，光束经过4F系统相当于经过傅里叶变换后再经过傅里叶逆变换，从而改变所述贝塞尔光束的焦深使之成为具有预设焦深的加工激光束5。可以理解地，当所述玻璃基板8放置在所述加工激光束5的聚聚焦平面处时，如图7所示会在所述玻璃基板8上会生成一个具有中心点的光斑，通过后续在腐蚀性溶液中腐蚀在光斑的中心点处形成通孔，该方法适用于加工直径比较小的通孔；当所述玻璃基板8放置在所述加工激光束5的聚聚焦平面之前或者之后时，如图8所示会在玻璃基板8上会生成一个环形光斑，通过后续的作业在所述环形光斑处形成通孔，该方法用于加工直径比较大的通孔。

可选地，如图6所示，所述聚焦单元3也可以只为第一聚焦单元31(或第二聚焦单元32)，此种情况，所述贝塞尔光束发生单元2发出的贝塞尔光束经第一聚焦单元31(或第二聚焦单元32)后形成具有一定焦深的加工激光束5(即贝塞尔光束)；可以理解地，当玻璃基板8放置在第一聚焦单元31(或第二聚焦单元32)的聚焦平面处，加工激光束5在玻璃基板8上形成环形光斑，此时加工激光束5扫描过的玻璃基板8的区域的腐蚀速度较大；当玻璃基板8放置在第一聚焦单元31的聚焦平面之前或者之后的位置，加工激光束5在玻璃基板8上同样形成环形光斑，但此时，加工激光束5扫描过的玻璃基板8的区域的腐蚀速度较小。可以根据实际玻璃通孔的需求，选择放置玻璃基板8的位置。在本实施例中，所述聚焦单元3只有所述第一聚焦单元31或者第二聚焦单元32，待加工的玻璃基板8放置在聚焦单元3(第一聚焦单元31或者第二聚焦单元32)的具有高斯分布的激光束的光束大小共同决定。

在一实施例中，如图4所示，所述玻璃基板通孔的激光加工装置还包括底座91、用于监控所述玻璃基板8被所述加工激光束5扫描时的加工状态的视觉监控组件(图中未示)以及用于带动所述玻璃基板8旋转和平移的运动组件92，所述激光器1、所述贝塞尔光束发生单元2、所述聚焦单元3、所述玻璃基板8、所述扩束准直单元7均安装在所述底座91上，所述运动组件92设置在所述玻璃基板8远离所述聚焦单元3一端。可以理解地，所述监控组件可用于监控所述加工激光束5在所述玻璃基板8上扫描时的加工状态，也可以监控玻璃基板8通孔的激光加工装置中光路的情况，还可以监控所述激光器1、所述贝塞尔光束发生单元2、所述聚焦单元3、所述玻璃基板8、所述扩束准直单元7在所述底座91上安装状况，进一步提升了所述加工激光束5在所述玻璃基板8上通孔的加工精度。进一步地，若需要在所述玻璃基板8上加工方形通孔，所述运动组件92控制所述玻璃基板8移动和转动；若需要在所述玻璃基板8上加工圆形通孔时，所述运动组件92控制所述玻璃基板8以一定的角速度转动。

以上仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。