利用超短脈沖激光的透明材料加工相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2008年3月7日提交的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)61/064,476的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)申請(qǐng)的發(fā)明名稱為"Transparentmaterialprocessingwithanultrashortpulselaser(利用超短脈沖激光的透明材料加工)"。本申請(qǐng)要求2009年1月22日提交的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)61/146,536的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)申請(qǐng)的發(fā)明名稱為"Transparentmaterialprocessingwithanultrashortpulselaser(利用超短脈沖激光的透明材料加工)"。美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)61/064,476和61/146,536的全部?jī)?nèi)容在此被結(jié)合入本文引用。本申請(qǐng)與申請(qǐng)日為2006年9月8日、名稱為"Transparentmaterialprocessingwithanultrashortpulselaser(利用超短脈沖激光的透明材料加工)"的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)11/517,325相關(guān)，該美國(guó)申請(qǐng)11/517,325要求申請(qǐng)日為2005年9月8日的美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)60/714,863的優(yōu)先權(quán)。美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)11/517,325和60/714,863的全部?jī)?nèi)容在此被結(jié)合入本文引用。申請(qǐng)11/517,325以美國(guó)專利申請(qǐng)公開號(hào)20070051706于2007年3月8日公開。上述申請(qǐng)均受讓于本申請(qǐng)的專利受讓人。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及透光材料的超短脈沖激光處理，包括材料劃片、焊接和標(biāo)記。

背景技術(shù)：
A.切割和劃片透光材料的切割通常通過機(jī)械方法進(jìn)行。也許切割薄平材料的最常用方法是利用機(jī)械切割機(jī)(劃片機(jī))。這在微電子行業(yè)中是切割硅片的標(biāo)準(zhǔn)方法。不過，這種方法產(chǎn)生大量的碎片，這些碎片應(yīng)當(dāng)受控制以避免部件污染，導(dǎo)致增加所述工藝的整體成本。此外，用于高級(jí)微處理器設(shè)計(jì)的較薄晶片在用劃片機(jī)切割時(shí)易于損壞。為了解決這些問題，用于“劃片和切割”材料切割的當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)使用不同類型的激光在沿劃片線斷開材料前先在材料上劃出表面槽。例如，亞皮秒激光脈沖已被用于切割硅和其它半導(dǎo)體材料(H.Sawada，“Substratecuttingmethod(基片切割方法)”，美國(guó)專利號(hào)6,770,544)。另外，聚焦的散光激光束已被用于為材料切割產(chǎn)生單個(gè)表面槽(J.P.Sercel,“Systemandmethodforcuttingusingavariableastigmaticfocalbeamspot”，美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0040228004)。該專利聲稱通過優(yōu)化散光聚焦幾何形狀，可以獲得增大的處理速度。為了獲得精確、高質(zhì)量的切割，槽必須具有一定的最小深度，其值隨著應(yīng)用而變化(例如，100μm厚的藍(lán)寶石需要大致15μm深的槽以供可接受的切割)。由于槽的深度隨著掃描速度增加而減小，最小的深度要求限制了最大的掃描速度，并因此限制了激光劃片系統(tǒng)的總體處理能力。材料切割的另一技術(shù)采用多光子吸收以在透明靶材料體內(nèi)形成單個(gè)激光改性的線特性(F.Fukuyo等人,“Laserprocessingmethodandlaserprocessingapparatus”，美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0050173387)。在表面槽的情況，要求這種亞表面特征的特定最小尺寸，以便獲得精確、高質(zhì)量的材料切割，這等同于對(duì)材料切割的處理速度進(jìn)行限制?！皠澠颓懈睢辈牧锨懈畹闹档米⒁獾膽?yīng)用是用于分離各電子和/或光電子器件的晶圓劃片。例如，采用藍(lán)寶石晶圓劃片進(jìn)行藍(lán)光發(fā)光二極管的切割。通過后側(cè)激光燒蝕可以實(shí)現(xiàn)晶圓切割，使得晶圓前側(cè)上的器件污染最小化(T.PGlenn等人，“Methodofsingulationusinglasercutting”，美國(guó)專利號(hào)6,399,463)。另外，可以利用輔助氣體來(lái)幫助切割基片的激光束(K.Imoto等人，“Methodandapparatusfordicingasubstrate”，美國(guó)專利號(hào)5,916,460)。此外，可以首先利用激光來(lái)劃表面槽并隨后利用機(jī)械鋸片來(lái)完成切割，對(duì)晶圓進(jìn)行切割(N.C.Peng等人，“Waferdicingdeviceandmethod”，美國(guó)專利號(hào)6,737,606)。所述應(yīng)用通常大量進(jìn)行并因此處理速度尤為重要。一種工藝?yán)脙煞N不同類型的激光，一種刻劃材料，而另一種斷開材料(J.J.Xuan等人，“Combinedlaser-scribingandlaser-breakingforshapingofbrittlesubstrates”，美國(guó)專利號(hào)6,744,009)。類似的工藝?yán)玫谝患す馐杀砻鎰澠€，并利用第二激光束使非金屬材料分裂成單獨(dú)片(D.Choo等人，“Methodandapparatusforcuttinganon-metallicsubstrateusingalaserbeam”，美國(guó)專利號(hào)6,653,210)。用于劃片和裂化的兩種不同的激光束還被用于切割玻璃板(K.You，“Apparatusforcuttingglassplate”，國(guó)際專利申請(qǐng)?zhí)朩O2004083133)。最后，通過在材料的頂面附近聚焦激光束并且使焦點(diǎn)向下移動(dòng)穿過材料到達(dá)底面附近，同時(shí)在聚焦的激光束和靶材料之間提供相對(duì)橫向運(yùn)動(dòng)，單個(gè)激光束可被用于劃片和裂化材料(J.J.Xuan等人，“Methodforlaser-scribingbrittlesubstratesandapparatustherefor”，美國(guó)專利號(hào)6,787,732)。B.材料連接兩種或更多光學(xué)透明材料的連接(例如玻璃和塑料)對(duì)于不同行業(yè)中的應(yīng)用是有用的。任何類型器件的構(gòu)造可以從所述連接工藝受益，其中在所述器件中光學(xué)透明性或者具有補(bǔ)充功能性，或者產(chǎn)生額外價(jià)值(例如，美觀)。一個(gè)示例是在需要目測(cè)檢查處的部件的氣密封接(例如，電信和生物醫(yī)學(xué)行業(yè))。在一些應(yīng)用中，傳統(tǒng)的連接工藝(例如，粘合劑、機(jī)械連接)是不夠的。例如，在生物醫(yī)學(xué)植入裝置的情況，許多粘合劑可能證實(shí)是會(huì)引起排斥的。對(duì)于其它設(shè)備，粘接對(duì)于特定的應(yīng)用完全可能不足夠堅(jiān)固(例如，高壓密封)。對(duì)于所述需求，激光焊接提供了理想的解決方案。在微流體系統(tǒng)中，希望用覆蓋整個(gè)裝置的蓋帽件密封各互相間緊密間隔的通道。由于不同微流體通道間的接觸區(qū)域小，用其它方法可能難以實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固、牢固地密封連接。激光焊接可以精確定位這些微流體通道之間的結(jié)合區(qū)域并提供牢固密封。當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)中用于激光焊接透明材料的包括：(1)利用CO2激光，其波長(zhǎng)(～10μm)被許多光學(xué)透明材料線性吸收，或者(2)在透明材料的界面引入其它材料，它專門設(shè)計(jì)用于吸收激光輻射，從而導(dǎo)致材料的加熱、熔化和熔融。上述兩種方法均受限于它們的功能性和/或它們的實(shí)施費(fèi)用大。脈沖CO2板條激光器已被用于將Pyrex(耐熱玻璃)焊接到Pyrex(耐熱玻璃)，并且將聚酰亞胺和聚氨酯結(jié)合到鈦和不銹鋼(H.J.Herfurth等人,"JoiningChallengesinthePackagingofBioMEMS"，ProceedingsofICALEO2004)。另外，熔融的石英和其它耐熱材料已經(jīng)用10.6μm的CO2激光進(jìn)行焊接(M.S.Piltch等人,"Laserweldingoffusedquartz"，美國(guó)專利號(hào)6,576,863)。使用所述CO2激光不允許通過聚焦光束穿過厚頂層材料來(lái)焊接，因?yàn)樵诳傻竭_(dá)界面之前激光輻射已被吸收。另一缺陷是大波長(zhǎng)不能夠使光束聚焦到小光斑，從而限制了它在微米尺寸上形成小焊接結(jié)構(gòu)的使用。另外，對(duì)于人眼來(lái)說是透明的吸收層可以設(shè)置在待焊接的兩種材料之間，例如聚酰氨和丙烯酸(V.A.Kagan等人,“AdvantagesofClearweldTechnologyforPolyamides”，ProceedingsofICALEO2002)。具有線聚焦的二極管激光器隨后被用于焊接(T.Klotzbuecher等人,“Microclear-ANovelMethodforDiodeLaserWeldingofTransparentMicroStructuredPolymerChips”，ProceedingsofICALEO2004)。染料層專門設(shè)計(jì)用于吸收激光的波長(zhǎng)(R.A.Sallavanti等人,“Visiblytransparentdyesforthrough-transmissionlaserwelding”，美國(guó)專利號(hào)6,656,315)。用于將玻璃結(jié)合至玻璃或金屬的焊接工藝采用激光束來(lái)熔化待焊接表面之間的玻璃焊劑(M.Klockhaus等人,“Methodforweldingthesurfacesofmaterials”，美國(guó)專利號(hào)6,501,044)。另外，通過利用線性吸收激光波長(zhǎng)的中間層可以將兩種光纖焊接在一起(M.K.Goldstein,“Photonweldingopticalfiberwithultraviolet(UV)andvisiblesource”，美國(guó)專利號(hào)6,663,297)。類似的，通過插入吸收中間層可以將具有塑料護(hù)套的光纖激光焊接至塑料套管(K.M.Pregitzer,“Methodofattachingafiberopticconnector”，美國(guó)專利號(hào)6,804,439)。使用額外的吸收材料層具有明顯的缺點(diǎn)。最顯而易見的是購(gòu)買或制備適于所述工藝的材料的成本。一個(gè)潛在的代價(jià)更高的問題是有關(guān)于將該附加材料整合入制造工藝的加工時(shí)間的增加。隨著希望焊接區(qū)域的尺寸逐漸變小，所述成本預(yù)期會(huì)急劇上升，如在生物醫(yī)學(xué)植入裝置的情況。使用中間光吸收層的另一個(gè)缺點(diǎn)是，該中間光吸收層可能會(huì)將污染物(雜質(zhì))引入要密封的區(qū)域。在微流體系統(tǒng)的情況，光吸收層會(huì)與流過通道的流體直接接觸。將透明材料焊接到吸收材料的一種方法稱為透射焊接。在該方法中，激光束聚焦穿過透明材料并聚焦到吸收材料上，導(dǎo)致兩種材料的焊接(W.P.Barnes,“Lowexpansionlaserweldingarrangement”，美國(guó)專利號(hào)4,424,435)。該方法通過引導(dǎo)多色輻射穿過頂部透明層并將輻射聚焦到底部吸收層已被用于焊接塑料(R.A.Grimm,“Plasticjoiningmethod”，美國(guó)專利號(hào)5,840,147；R.A.Grimm,“Joiningmethod”，美國(guó)專利號(hào)5,843,265)。在該方法的另一示例中，對(duì)于激光波長(zhǎng)透明的黑色模制材料被焊接至相鄰材料或通過吸收激光波長(zhǎng)的附加焊接輔助材料進(jìn)行焊接(F.Reil,“Thermoplasticmoldingcompositionanditsuseforlaserwelding”，美國(guó)專利號(hào)6,759,458)。類似的，另一種方法利用至少兩種二極管激光器與投影掩模的輔助來(lái)焊接兩種材料，其中至少一種材料吸收激光波長(zhǎng)(J.Chen等人,“Methodandadeviceforheatingatleasttwoelementsbymeansoflaserbeamsofhighenergydensity”，美國(guó)專利號(hào)6,417,481)。另一種激光焊接方法在兩種材料間的界面上進(jìn)行激光束的連續(xù)掃描以便遞增地加熱材料直到出現(xiàn)熔化和焊接(J.Korte,“Methodandapparatusforwelding”，美國(guó)專利號(hào)6,444,946)。在該專利中一種材料是透明的，而另一種材料吸收激光波長(zhǎng)。最后，一種方法利用紫外線、激光，X射線和同步加速器輻射來(lái)熔化兩件材料，并隨后使所述材料接觸以形成焊接(A.Neyer等人,“Methodforlinkingtwoplasticworkpieceswithoutusingforeignmatter”，美國(guó)專利號(hào)6,838,156)。已公開了激光焊接用于有機(jī)發(fā)光二極管的氣密封接，其中在兩個(gè)基片之間至少有一層有機(jī)材料(“Methodoffabricationofhermiticallysealedglasspackage”，美國(guó)專利申請(qǐng)公開號(hào)20050199599)。Tamaki等人在“WeldingofTransparentMaterialsUsingFemtosecondLaserPulses”，JapaneseJournalofAppliedPhysics,Vol.44,No.22,2005中討論了在1kHz下利用130-fs的激光脈沖來(lái)結(jié)合透明材料。不過，已知低重復(fù)率超短脈沖(kHz)的材料相互作用與高重復(fù)率超短脈沖(MHz)的相比明顯不同，這是由于電子-聲子耦合時(shí)間常數(shù)和累積效應(yīng)的原因。C.亞表面標(biāo)記玻璃中亞表面標(biāo)記的圖案結(jié)構(gòu)已被藝術(shù)家們用來(lái)創(chuàng)作2D肖像和3D雕刻作品。這些標(biāo)記被設(shè)計(jì)成在各種不同條件下是強(qiáng)可見的，而無(wú)需外部照明。在光學(xué)透明材料表面下的緊密聚焦能量可以產(chǎn)生可見的放射狀傳播的微裂。長(zhǎng)脈沖激光通常用于產(chǎn)生這些標(biāo)記。若干篇專利討論了這些徑向裂紋的大小和密度的變化，以控制隨后圖案的可見性(美國(guó)專利號(hào)6,333,486，6,734,389，6,509,548，7,060,933)。通過中心激光點(diǎn)周圍的裂紋密度而不僅是標(biāo)記的大小可以控制標(biāo)記的可見性(美國(guó)專利號(hào)6,417,485,“Methodandlasersystemcontrollingbreakdownprocessdevelopmentandspacestructureoflaserradiationforproductionofhighqualitylaser-induceddamageimages”)。美國(guó)專利號(hào)6,426,480(“Methodandlasersystemforproductionofhighqualitysingle-layerlaser-induceddamageportraitsinsidetransparentmaterial”)采用單層的平滑標(biāo)記，其中亮度由光斑密度控制。增大記錄激光器的脈沖持續(xù)時(shí)間會(huì)增大標(biāo)記的亮度(美國(guó)專利號(hào)6,720,521,“Amethodforgeneratinganareaoflaser-induceddamageinsideatransparentmaterialbycontrollingaspecialstructureofalaserirradiation”)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
通過非線性吸收，超短激光脈沖可以將能量堆積在透明材料體內(nèi)的定義極其明確的區(qū)域中。匹配激光特性和加工條件可以產(chǎn)生一系列折射率上的特征、變化，能夠?qū)崿F(xiàn)光波導(dǎo)、熔化和內(nèi)部界面處的隨后結(jié)合，或者形成散射光的光缺陷。激光的高重復(fù)率和顯著的脈沖-脈沖交疊導(dǎo)致由相同區(qū)域中在先激光照射和隨后脈沖形成的材料改性間的額外交互作用。光圍繞原有改性衍射并通過相長(zhǎng)干涉，在先前改性的“陰影”中形成另一光斑，通常稱為“阿喇戈光斑(spotofArago)”或“泊松光斑(Poissonspot)”。光斑的大小和強(qiáng)度隨距離增大，其中強(qiáng)度漸近地接近輸入激光強(qiáng)度。本發(fā)明的一個(gè)目的是與傳統(tǒng)的技術(shù)相比能夠以更高的速度徹底地?cái)嚅_透明材料。這通過利用超短激光脈沖在材料上形成表面槽和在材料體內(nèi)形成一個(gè)或多個(gè)激光改性區(qū)域(或者可替換的，僅多個(gè)亞表面激光改性特征)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中光束僅單程通過材料。因?yàn)槎鄠€(gè)劃片特征同時(shí)形成，位于材料的表面上和材料體中，或者僅在材料體中，隨后切割的成功不必然取決于表面槽深度。在已劃片材料的切割工藝中，斷裂從表面劃片結(jié)構(gòu)開始并向下傳播穿過材料。如果表面槽太淺，斷裂會(huì)趨于偏離方向，導(dǎo)致低質(zhì)量的切割面和較差的切割工藝精確度。不過，由于在材料體內(nèi)存在額外的劃片結(jié)構(gòu)，斷裂沿希望方向被引導(dǎo)通過材料，導(dǎo)致與僅有淺表面劃片的情況所期望的相比更高的切割精確度和刻面質(zhì)量。如果塊狀材料的足夠部分在表面下被改性，斷裂可以從亞表面改性區(qū)域開始并穿過材料體傳播到鄰近改性區(qū)域，而無(wú)需表面刻片線。使表面槽的尺寸最小化或完全消除表面槽也減少了由可能污染加工環(huán)境或需要更廣泛后處理清潔的工藝產(chǎn)生的碎片。本發(fā)明的另一目的是通過在表面下聚焦超短激光脈沖在透明材料上生成亞表面缺陷的圖案。相對(duì)于劃片稍微改變處理?xiàng)l件可以在散射光的表面之下產(chǎn)生光學(xué)缺陷。通過控制這些缺陷的特征和結(jié)構(gòu)，使得這些圖案在從一側(cè)照射時(shí)清晰可見，而在沒有光照時(shí)難以看見。亞表面標(biāo)記的該特性可用于車輛的指示標(biāo)志或光、警告標(biāo)志或光，或者為普通玻璃增值(例如，在藝術(shù)上)。該技術(shù)區(qū)別于已知的激光標(biāo)記技術(shù)，已知激光標(biāo)記技術(shù)的設(shè)計(jì)使得材料中產(chǎn)生的缺陷總是清晰可見。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)缺陷的圖案在透明材料內(nèi)的不同深度處形成。在不同深度處具有標(biāo)記避免了“陰影”效應(yīng)，其中一個(gè)標(biāo)記阻止照明光到達(dá)隨后的標(biāo)記。該結(jié)構(gòu)同時(shí)減少了不定向的來(lái)自環(huán)境照明源的散射量，增強(qiáng)了開-關(guān)狀態(tài)之間的對(duì)比。這些缺陷可以是離散點(diǎn)或延伸線。這些缺陷的小尺寸和更為平滑的輪廓使得它們?cè)诓皇芄庹諘r(shí)可見度減小。另外，基片會(huì)更堅(jiān)固并且不易受到裂化傳播，這是由于熱或機(jī)械應(yīng)力的原因，尤其對(duì)于薄透明材料。小尺寸還允許每單元厚度上由更多離散記錄位置，增大了給定厚度透明材料的圖案分辨率。在光照時(shí)標(biāo)記的可見性和無(wú)光照時(shí)標(biāo)記的不可見性之間有權(quán)衡。該權(quán)衡可通過控制照明光源強(qiáng)度、標(biāo)記的尺寸和平滑度以及標(biāo)記間的間隔進(jìn)行調(diào)整。標(biāo)記尺寸的控制參數(shù)包括脈沖持續(xù)時(shí)間、能流、和激光的重復(fù)率和波長(zhǎng)，以及材料內(nèi)焦點(diǎn)的深度和運(yùn)動(dòng)速度。值得注意的是，對(duì)于具有光、熱和機(jī)械特性的透明材料，需要調(diào)整這些參數(shù)?？梢娦栽谟^察方向上進(jìn)行評(píng)估，例如在接收散射光照的立體角內(nèi)。本文所指的可見性不限于可見波長(zhǎng)的檢測(cè)和通過肉眼觀察。本發(fā)明的實(shí)施例一般可應(yīng)用于沿檢測(cè)方向檢測(cè)輻射，并在透明材料內(nèi)具有合適的結(jié)構(gòu)輻射?？梢允褂貌ㄩL(zhǎng)在材料透明度范圍內(nèi)的不可見光源。隨后可以利用在此波長(zhǎng)作出響應(yīng)的檢測(cè)器。希望的圖案可以由離散像素的集合構(gòu)成，其中每個(gè)像素是平行線或其它幾何形狀的集合。采用像素能夠形成整體較大的圖標(biāo)，具有較少的線和更大的可見對(duì)比度。亞表面圖案可以通過適當(dāng)聚焦的光源進(jìn)行照明。聚焦對(duì)于有效地照亮圖案和使漫射光減到最小是重要的。如果光源和圖案之間的距離相當(dāng)短，則該照明光可以直接從光源進(jìn)行傳送。如果距離長(zhǎng)，透明材料的頂面和底面之間的總內(nèi)部反射可用于引導(dǎo)光。另一種替代方式是在透明材料中形成光波導(dǎo)以傳送光。光波導(dǎo)傳送的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是光源和圖案之間的路徑不需要是直的和/或短的。對(duì)光波導(dǎo)傳送，波導(dǎo)的輸出端應(yīng)當(dāng)適當(dāng)設(shè)計(jì)以照亮所需的圖案。同一區(qū)域中的兩個(gè)圖案可以通過兩個(gè)不同的光源分別區(qū)分和可控地照明。相應(yīng)圖案的照明源的軸垂直于構(gòu)成該圖案的標(biāo)記。通過這種方式，來(lái)自特定照明源的最大散射(和最大可見度)可被選擇僅用于指定的圖案。在至少一個(gè)實(shí)施例中，基于激光的材料改性在基本透明的材料(除了玻璃外)上或者內(nèi)產(chǎn)生特征。例如，塑料、透明聚合物和類似材料具有一些希望的特征。一些希望的材料特性包括：減少的重量(相對(duì)于玻璃大約為其四分之一)，柔性(能夠彎曲基片以形成不同的形狀)，減小的厚度(提供通過固定邊緣照明增大亮度的能力)，以及增強(qiáng)的材料強(qiáng)度(具有減小的易受碎裂性)。用于處理透明聚合物(聚碳酸脂，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等)的能流小于玻璃的能流。在一些實(shí)施例中，激光參數(shù)(例如脈沖寬度，重復(fù)率，和脈沖能量)可能與用于玻璃加工的適當(dāng)參數(shù)值重疊。不過，某些材料，尤其是聚碳酸脂，可以通過低得多的能量和較短的脈沖寬度進(jìn)行處理。所形成的結(jié)構(gòu)(特征)可能因此更為受控。所述體中可形成的結(jié)構(gòu)密度可能增大。聚碳酸脂或類似材料的薄部分還有利于形成單一設(shè)計(jì)中的可切換元件。此外，材料內(nèi)形成的特征(結(jié)構(gòu))一般能夠降低對(duì)任何不希望微裂或材料深度內(nèi)其它不想要變化的任何易受性。在一些實(shí)施例中，可以形成可切換或可訪問的圖標(biāo)。如前文關(guān)于在透明材料中生成亞表面缺陷的圖案所討論的，可以進(jìn)行各種權(quán)衡以改進(jìn)可見性。圖案可被橫向或以不同的深度設(shè)置并且以不同的角度觀察或照明，包括非正交照明和觀察條件。一個(gè)或多個(gè)受控的照明源可以直接照亮要觀察的結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，內(nèi)部波導(dǎo)或光導(dǎo)可以將能量傳送到結(jié)構(gòu)。一般希望當(dāng)從希望方向照明時(shí)提供高對(duì)比度，在元件之間具有低水平或不可察覺水平的炫光，防止由串?dāng)_(例如，雜光)造成的對(duì)比度損失或在檢測(cè)角度內(nèi)產(chǎn)生不想要輻射的任何現(xiàn)象。本發(fā)明的另一目的是能夠利用高重復(fù)率飛秒脈沖激光結(jié)合兩件干凈材料而無(wú)需補(bǔ)充的結(jié)合劑。在兩個(gè)透明材料件的接觸區(qū)域聚焦高重復(fù)率超快激光束通過局部加熱會(huì)形成結(jié)合。足夠熱積聚所需的重復(fù)率取決于許多不同工藝變量，包括脈沖能量、光束聚焦幾何結(jié)構(gòu)，和待焊接的特定材料的物理特性。影響飛秒激光點(diǎn)結(jié)合工藝的條件的理論分析強(qiáng)調(diào)確定工藝的最佳聚焦條件(M.Sarkar等人，“TheoreticalAnalysisofFocusingandIntensityMechanismsforaSpotBondingProcessUsingFemtosecondLaser”，IMECE2003-41906；2003ASMEInternationalMechanicalEngineeringCongress,2003年11月,美國(guó)華盛頓特區(qū))。由于激光輻射的非線性吸收(由超短脈沖持續(xù)時(shí)間導(dǎo)致)，以及材料內(nèi)脈沖至脈沖熱量的積聚(由高重復(fù)率導(dǎo)致)，透明材料的焊接可以通過現(xiàn)有其它方法無(wú)可比擬的某種程度的簡(jiǎn)單性、靈活性和有效性實(shí)現(xiàn)。非線性吸收工藝允許將吸收的能量集中在焊接界面附近，這使損壞并因此對(duì)于材料其余部分的光學(xué)畸變減到最小。當(dāng)密集通道需要被分離時(shí)，精細(xì)焊接線是可能的。另外，本發(fā)明的實(shí)施例通過將高重復(fù)率超短脈沖光束的聚焦區(qū)域引導(dǎo)到要連接的材料的界面附近處，能夠通過激光連接對(duì)激光輻射的波長(zhǎng)透明的兩種材料。激光脈沖重復(fù)率在約10kHz和50MHz之間，而激光脈沖持續(xù)時(shí)間在約50fs和500ps之間。選擇激光脈沖能量和光束聚焦光學(xué)器件，以便在待焊接的區(qū)域處生成大于約0.01J/cm2的能量能流(每單元面積的能量)。焊接的最佳能流范圍取決于要焊接的特定材料。對(duì)于透明聚合物(聚碳酸脂，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等)，所需的能流小于玻璃的能流。這是由于材料的廣泛不同的物理特性。例如，PMMA的熔化溫度是～150攝氏度，而熔融石英是～1585攝氏度。因此，熔化熔融石英需要明顯更多的激光能流。其它重要的材料特性包括熱容量和導(dǎo)熱性。焊接聚合物的能流范圍在約0.01和10.0J/cm2之間，而焊接玻璃的相應(yīng)范圍在約1.0和100J/cm2之間。一般，焊接要求待連接的兩個(gè)表面之間幾乎沒有間隙。本發(fā)明的一個(gè)目的是在要結(jié)合的兩件材料間的界面處形成凸起的脊，連接兩者間的任何間隙。通過在表面稍下聚焦高重復(fù)率fs脈沖，加熱、熔化和壓力可導(dǎo)致玻璃表面的局部上升。這些隆起在10(數(shù)十)nm量級(jí)-幾μm高。在堆積的能量不足以引起凸起的脊結(jié)合至配對(duì)件時(shí)，在稍微更高聚焦位置的第二程激光隨后會(huì)將脊焊接至配對(duì)件。如果單個(gè)脊的高度不足以連接間隙，可以形成在上配對(duì)表面上的第二個(gè)脊。此外，通過本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)具有不同程度的線性吸收的材料的焊接。盡管本發(fā)明利用非線性吸收現(xiàn)象作為將能量耦合到材料的主要方式，應(yīng)當(dāng)理解，顯示一定量輻射激光脈沖的線性吸收的材料也可利用本文所呈現(xiàn)的方法進(jìn)行焊接。與本發(fā)明相關(guān)的線性吸收的重要方面是對(duì)于較高的線性吸收，光束可以聚焦穿過材料的厚度減小。此外，較高的線性吸收減小了焊接結(jié)構(gòu)的局部化程度。激光能流的空間分布也可以影響焊接質(zhì)量。盡管通常的激光加工涉及聚焦高斯(Gaussian)激光束以產(chǎn)生較小的高斯激光束，可以采用新的光束成形方法以便改進(jìn)特定焊接工藝的質(zhì)量和/或效率。例如，將通常的高斯能流分布轉(zhuǎn)變成空間均勻的能流分布(稱為“平頂”或“頂帽”強(qiáng)度分布)可能導(dǎo)致更均勻的焊接結(jié)構(gòu)。脈沖的超短特性允許激光能量通過非線性吸收過程耦合入透明材料；不過，僅此并不能實(shí)現(xiàn)激光焊接，因?yàn)樵撨^程一般并不導(dǎo)致材料加熱。是另一方面的高脈沖重復(fù)率與特定范圍的其它加工條件的結(jié)合使得材料內(nèi)熱量的積聚，從而可以實(shí)現(xiàn)材料的熔化，以及隨后的冷卻和連接。由于沒有補(bǔ)充的結(jié)合劑，減少了加工時(shí)間和費(fèi)用，消除了由于過量結(jié)合劑造成的設(shè)備內(nèi)部污染，并且可以保持精尺寸公差。結(jié)合點(diǎn)和線可以非常接近其它結(jié)構(gòu)而不會(huì)造成任何干涉。另外，由于在聚焦體的集中能流和非線性吸收過程，鄰近焊接區(qū)域材料的非常有限的熱變形是可能的。在至少一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)激光束在不同深度快速生成和聚焦以改變靶材料。在至少一個(gè)實(shí)施例中，聚焦的光束共線并沿共同的方向傳播到材料表面處或材料表面附近、或材料內(nèi)的相應(yīng)焦點(diǎn)。系統(tǒng)可被設(shè)置成使得多個(gè)光束的生成是同時(shí)的，在預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)，或上述的任何適當(dāng)組合。在至少一個(gè)實(shí)施例中，聚焦的光束可以包括不同的波長(zhǎng)，每個(gè)波長(zhǎng)超出材料的吸收邊緣，使得靶材料在所述波長(zhǎng)下具有高透射性。在至少一個(gè)實(shí)施例中，短脈沖寬度(例如在飛秒(fs)到皮秒(ps)范圍)提供脈沖間任何時(shí)間重疊的控制，以及緊湊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。各種實(shí)施例改進(jìn)了相對(duì)于單個(gè)光束可獲得的處理速度和具有不同光束焦點(diǎn)位置的多個(gè)處理路徑，并可以改進(jìn)材料處理結(jié)果。附圖說明通過結(jié)合附圖的下文說明能夠更為清楚地理解本發(fā)明，其中：圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在劃片透明材料的方法中使用的系統(tǒng)的示意圖，其中(a)示出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而(b)示出了劃片和隨后切割的詳細(xì)視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，示出了表面和由聚焦高斯光束產(chǎn)生的塊狀劃片結(jié)構(gòu)；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，利用軸錐透鏡生成多個(gè)亞表面劃片線的系統(tǒng)的示意圖；圖4是用于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的聚焦高斯散光束的強(qiáng)度等值線圖；圖5示意性地示出了設(shè)置以形成具有相對(duì)于靶材料在深度上間隔的光束腰的多個(gè)聚焦光束。圖5a示出了設(shè)置以同時(shí)生成多個(gè)焦斑的衍射光學(xué)元件(DOE)。圖5b-5c示意性地示出了用于快速形成共線多個(gè)聚焦光束的不同結(jié)構(gòu)。圖5d示意性地示出了形成在不同深度，并具有不同形狀和對(duì)比度的結(jié)構(gòu)的示例。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在焊接透明材料的方法中使用的系統(tǒng)的示意圖，其中(a)示意性地示出了系統(tǒng)，而(b)是放大圖，示出了在鄰接材料內(nèi)聚焦的光束細(xì)節(jié)。圖7示出了焊接工藝，其中凸起的脊用于填充兩件材料間的間隙。(a)示出間隙，(b)示出通過在下材料件表面稍下聚焦激光束形成的脊，而(c)示出當(dāng)激光聚焦上移至凸起的脊和要結(jié)合的上材料件之間的界面時(shí)所形成的焊接。圖8-10示出了亞表面標(biāo)記的示圖，其中箭頭標(biāo)記已用作本發(fā)明的可行標(biāo)記的示例；圖11示出了對(duì)于示例性標(biāo)記縱橫比的邊緣照明和標(biāo)記幾何結(jié)構(gòu)的示圖。圖12和13是邊緣照明的兩個(gè)示圖，從基片的邊緣觀察，示出了當(dāng)記錄標(biāo)記圖案時(shí)激光束的方向和觀察者系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)已標(biāo)記圖案的方向。圖14a、14b和14c示出了由線聚焦光源進(jìn)行邊緣照明的、在單個(gè)基片中的不同深度記錄的兩個(gè)圖標(biāo)的照片。圖15是示例性示圖，示出了多層數(shù)字計(jì)數(shù)器圖標(biāo)，其中陣列中特定元件的選擇性照明產(chǎn)生希望的離散圖案。圖15a示出了微標(biāo)記記錄在兩個(gè)不同基片之間的界面處或附近并且一個(gè)基片中的總內(nèi)部反射被用于邊緣照亮圖案的結(jié)構(gòu)。圖16示出了用于在薄板中耦合邊緣照明的偏置邊緣照明。圖17-18是具有非邊緣照明和投影屏的兩個(gè)示圖，從基片的邊緣觀察，示出了當(dāng)記錄標(biāo)記圖案時(shí)激光束的方向和觀察者會(huì)看到標(biāo)記圖案的方向。圖17是示圖，其中基片不正交于觀察方向，但記錄激光的方向正交于基片。圖18是示圖，其中基片不正交于照明和觀察方向，而記錄激光束的方向平行于觀察方向。圖19是光學(xué)顯微照片，示出了激光劃片發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖20是圖像序列，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的熔融石英焊接。(a)示出了在分離焊接前的熔融石英，(b)示出了分離焊接后的熔融石英的底面，而(c)示出了分離焊接后的熔融石英的頂面。圖21-23是根據(jù)本發(fā)明制成的玻璃標(biāo)記樣品的照片；和圖24a和24b是利用長(zhǎng)脈沖激光通過激光標(biāo)記制成的現(xiàn)有技術(shù)裝飾物的照片，及其單獨(dú)標(biāo)記。圖25a和25b示出了從玻璃和聚碳酸酯采樣獲得的相應(yīng)剖面的顯微圖像，定向類似于圖11示意性所示。圖26a-26d示出了用剛化玻璃和藍(lán)寶石材料采樣獲得的各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果。顯微圖像示出了用IR/綠光、共線、多焦點(diǎn)光束生成器獲得的結(jié)果，提供在多個(gè)深度位置和不同橫向(X-Y)位置聚焦的光束。具體實(shí)施方式1.超短脈沖激光劃片圖1示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種用于劃片透明材料以供隨后切割的方法。本實(shí)施例采用激光系統(tǒng)1產(chǎn)生超短激光脈沖束2，生成希望激光束強(qiáng)度分布的光學(xué)系統(tǒng)6，和對(duì)于激光脈沖的波長(zhǎng)透明的待劃片的靶材料7。此外，Z軸臺(tái)8用于光束聚焦位置控制(深度)，而自動(dòng)X-Y軸臺(tái)組件9一般被要求相對(duì)于聚焦激光束橫向移動(dòng)工件7。另外，激光束2可以通過利用掃描鏡3,4和5相對(duì)于固定靶材料進(jìn)行移動(dòng)。激光束2被引導(dǎo)穿過光學(xué)系統(tǒng)6，所述光學(xué)系統(tǒng)將激光束2轉(zhuǎn)換以形成希望的三維強(qiáng)度分布。被轉(zhuǎn)換激光束的特定區(qū)域具有足夠的強(qiáng)度，以通過非線性吸收過程引起靶材料的燒蝕和/或改性。材料燒蝕一般是指材料從強(qiáng)激光輻射的蒸發(fā)。材料的改性更廣義地是指受輻射材料的物理和/或化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，這可能影響裂紋傳播穿過材料。對(duì)于特定材料，激光改性一般要求比激光燒蝕更低的光強(qiáng)。被轉(zhuǎn)換的光束被引導(dǎo)朝向靶透明材料7，以便在材料7的表面內(nèi)部和/或表面上的多個(gè)確定位置引起材料7的燒蝕/改性。燒蝕和/或改性區(qū)域一般位于沿光傳播軸的材料7中并且以確定的距離在材料7中分隔。被轉(zhuǎn)換光束和靶材料7相對(duì)于彼此移動(dòng)，導(dǎo)致材料7中多個(gè)激光劃片結(jié)構(gòu)的同時(shí)生成。多個(gè)劃片結(jié)構(gòu)允許通過應(yīng)用適當(dāng)?shù)牧?lái)切割材料7(參見圖1(b))。圖2示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中具有高斯(Gaussian)空間強(qiáng)度分布的激光束10被聚焦以形成足夠的強(qiáng)度用于靶材料11的非線性吸收和隨后的燒蝕或改性。最緊密聚焦區(qū)域位于材料的表面之下在材料體11內(nèi)的選定位置。此外，通過采用適當(dāng)?shù)木劢构鈱W(xué)器件和激光脈沖能量，強(qiáng)度足以引起材料燒蝕的區(qū)域同時(shí)產(chǎn)生在材料11的表面上或表面附近。重要的方面是選擇脈沖能量和聚焦幾何結(jié)構(gòu)，以便有足夠的強(qiáng)度能同時(shí)不僅在材料體內(nèi)(其中設(shè)置有聚焦光束腰)而且在光束腰12之前的光傳播軸上的另一點(diǎn)(在材料體內(nèi)或材料表面上)引起燒蝕或改性。當(dāng)激光脈沖遇到靶材料11，它們的高強(qiáng)度區(qū)域(接近徑向高斯強(qiáng)度分布的中心)被材料非線性吸收并且出現(xiàn)燒蝕或改性。不過，激光束的外部空間區(qū)域(高斯強(qiáng)度分布的外邊緣)強(qiáng)度太低以至于不能被材料吸收，并且繼續(xù)向光束腰傳播，位于材料體的更里面。在光束腰位置，光束直徑小到足以再次生成足夠的強(qiáng)度，以便在材料體內(nèi)出現(xiàn)非線性吸收和隨后的激光改性。在形成初始的表面結(jié)構(gòu)后(阿喇戈(Arago)光斑)，直接位于表面燒蝕下的區(qū)域還可以通過隨后脈沖的衍射和相長(zhǎng)干涉被改性。相對(duì)較高重復(fù)率的激光源更好地以合理的平移速度實(shí)現(xiàn)該過程。在這些聚焦和脈沖能量條件下，相對(duì)于激光束10平移材料11導(dǎo)致同時(shí)生成多個(gè)激光改性區(qū)域(即，表面槽13和一個(gè)或更多個(gè)塊狀改性區(qū)域14，或兩個(gè)或更多個(gè)塊狀改性區(qū)域)，所述區(qū)域一起使得材料能夠精確切割。圖3示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中軸錐(錐形)透鏡20用于生成多個(gè)內(nèi)部刻片線21。當(dāng)通過激光束22照明時(shí)，軸錐透鏡20形成被稱為零階貝索(Bessel)光束的光束。這一名稱源于在垂直于傳播軸的平面中光強(qiáng)度分布的數(shù)學(xué)描述由零階貝索(Bessel)函數(shù)定義，其中自光束中心的徑向位置是獨(dú)立變量。該光束具有獨(dú)特的特性，包含的高強(qiáng)度中心光束點(diǎn)23比通過傳統(tǒng)聚焦方法生成的類似大小光束點(diǎn)的情況用同樣的小尺寸可以傳播更大的距離(即，比傳統(tǒng)聚焦光束的瑞利(Rayleigh)范圍長(zhǎng)得多)。中心強(qiáng)度場(chǎng)由多個(gè)光的同心環(huán)(未示出)環(huán)繞，其強(qiáng)度隨半徑增大而減小。由于它們傳播矢量的向內(nèi)徑向分量，這些光環(huán)隨貝索(Bessel)光束傳播持續(xù)重建小的中心光束點(diǎn)25。因此，可以產(chǎn)生小的高強(qiáng)度中心光束點(diǎn)23，它在靶材料24的整個(gè)厚度上保持其小直徑。因?yàn)槊芗馐劢沟臄U(kuò)展范圍，貝索(Bessel)光束通常也被稱為非衍射光束。因?yàn)橥猸h(huán)重建強(qiáng)中心點(diǎn)23，如果中心點(diǎn)23強(qiáng)到足以在表面26引起材料的燒蝕，所述環(huán)(它具有比燒蝕區(qū)域更大的直徑)會(huì)在一短距離后會(huì)聚到光束的中心，導(dǎo)致強(qiáng)中心光束點(diǎn)的重建，在重建的光束點(diǎn)處可再次出現(xiàn)燒蝕或材料改性。通過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和足夠的脈沖能量，燒蝕和隨后光束重建的這個(gè)過程可以在透明材料24的整體重復(fù)。其它光學(xué)部件，例如梯度折射率透鏡和衍射光學(xué)元件也可用于產(chǎn)生貝索(Bessel)光束。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)中采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它光束強(qiáng)度變換技術(shù)，以適應(yīng)光束強(qiáng)度以便在靶材料中產(chǎn)生多個(gè)劃片線。一種所述的方法利用散光光束聚焦以形成兩個(gè)高光強(qiáng)度的不同區(qū)域，通過確定的距離分隔。圖4示出了聚焦散光高斯光束的強(qiáng)度分布圖，其中X和Y軸的焦平面被分開20μm的距離。注意兩個(gè)不同高強(qiáng)度區(qū)域的存在(通過等光強(qiáng)輪廓線區(qū)分)。當(dāng)應(yīng)用在靶材料時(shí)，這兩個(gè)區(qū)域可用于形成多個(gè)激光劃片結(jié)構(gòu)(特征)。多個(gè)亞表面改性線(有時(shí)與表面劃片線一起)可用于精確地分割脆性材料如藍(lán)寶石和玻璃。形成所述多個(gè)線可通過多程激光束進(jìn)行。不過，多程增大了整體行進(jìn)距離和加工時(shí)間。圖5示意性地示出了通過多個(gè)聚焦光束處理表面和/或亞表面區(qū)域的結(jié)構(gòu)。脈沖激光器的輸出被多焦點(diǎn)光束發(fā)生器接收，所述多焦點(diǎn)光束發(fā)生器同時(shí)地或按順序地產(chǎn)生在材料的不同深度聚焦的多個(gè)輸出光束。在某些實(shí)施例中，生成的光束可以在相應(yīng)的輸出脈沖之間具有少量或沒有時(shí)間重疊，具有更長(zhǎng)的延遲，或任何適當(dāng)?shù)慕M合。輸出光束具有的時(shí)間延遲可以超過單個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間，它可能小于約100ps。在不同的實(shí)施例中，靶材料和脈沖光束相對(duì)于彼此移動(dòng)，例如通過平移靶材料和/或光學(xué)子系統(tǒng)。所述結(jié)構(gòu)可選地可以包括1D或2D掃描器，和/或靶定位器。例如，在某些實(shí)施例中，掃描系統(tǒng)可以將掃描光束通過遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)(未示出)傳送到靶材料，其中光束被快速傳送到多個(gè)聚焦位置。掃描機(jī)構(gòu)被重定位到其它靶位置，通過連續(xù)或離散掃描移動(dòng)。多焦點(diǎn)光束發(fā)生器可被設(shè)置成在輸出脈沖(和相應(yīng)聚焦的多個(gè)光束)之間產(chǎn)生足夠的時(shí)間延遲，使得在不同聚焦位置的等離子和材料改性彼此不干涉。優(yōu)選地，脈沖光束生成和在多個(gè)深度聚焦比材料和光束間的任何運(yùn)動(dòng)發(fā)生地要快得多。因此，光束生成可被認(rèn)為在特定時(shí)間量程上幾乎同時(shí)。從而處理量相對(duì)于利用單個(gè)脈沖光束聚焦在一個(gè)深度位置的多程可獲得的處理量提高了。在不同的實(shí)施例中，時(shí)間延遲可以低于10ns，并且在約100ps-約1ns的范圍。不過，在某些其它實(shí)施例中更長(zhǎng)的延遲可能是優(yōu)選的。在一些實(shí)施例中，可以同時(shí)形成焦斑。在透明材料中產(chǎn)生多個(gè)劃片結(jié)構(gòu)(特征)的一個(gè)方法采用衍射光學(xué)元件(DOE)，它被設(shè)計(jì)成沿光束傳播軸在不同位置處產(chǎn)生高光強(qiáng)的多個(gè)區(qū)域。圖5a示出了所述的DOE是如何運(yùn)行的。所述多個(gè)高光強(qiáng)區(qū)域當(dāng)應(yīng)用于靶材料時(shí)生成多個(gè)劃片結(jié)構(gòu)以供隨后的材料切割。在一些實(shí)施例中，多個(gè)共線光束被生成并被聚焦通過一個(gè)聚焦目標(biāo)(或可替換地，掃描系統(tǒng))。每個(gè)光束的光束特征(尺寸、光束腰位置、發(fā)散度等)被改變，使得每個(gè)光束的聚焦位置不同，盡管利用相同的傳送系統(tǒng)來(lái)聚焦光束。共線多焦點(diǎn)光束發(fā)生器的一些例子在圖5b-1到5c-3中示出。所述附圖示意性地示出了適于產(chǎn)生具有深度間隔光束腰的多個(gè)聚焦光束的光學(xué)子系統(tǒng)。作為時(shí)間函數(shù)的光功率圖示出了對(duì)應(yīng)于設(shè)置的隨時(shí)間移位的輸出脈沖的示例。在這些例子中，多光束發(fā)生器接收來(lái)自脈沖激光器的脈沖光束，例如一系列脈沖的單個(gè)脈沖。脈沖選擇器，例如聲光調(diào)制器(未示出)，可以通過控制器被控制，以便根據(jù)特定材料處理要求選擇性地傳輸脈沖。多個(gè)光束隨后通過多焦點(diǎn)光束發(fā)生器形成，至少兩個(gè)具有在深度上間隔的不同光束腰位置。用于透明材料加工的激光裝置可以包括飛秒脈沖源，例如可從IMRAAmerica獲得的商用的基于光纖啁啾脈沖放大(FCPA)系統(tǒng)(例如FCPAμJewel)。型號(hào)D-1000提供亞皮秒脈沖，輸出能量在約100nJ到10uJ的范圍內(nèi)，可變重復(fù)率范圍為100KHz-5MHz，并且平均功率為約1W。一些實(shí)施例可包括多個(gè)激光源，例如皮秒(ps)和/或納秒(ns)源，提供適于特定透明材料加工應(yīng)用的脈沖特征。存在多種可行性。在一些實(shí)施例中，產(chǎn)生兩個(gè)在深度上間隔的聚焦光束，并且至少一個(gè)光束聚焦在材料內(nèi)。第二個(gè)光束可以聚焦在材料的表面處或表面附近、材料內(nèi)、或在任何適于材料改性的深度位置。利用下文會(huì)進(jìn)一步討論的偏振光束分光器將單個(gè)輸入激光束首先分成兩個(gè)光束。兩個(gè)光束之間的時(shí)間延遲可以通過改變光束路徑的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。例如，延遲可以通過在一個(gè)光束路徑中插入額外的一系列鏡以增大行進(jìn)距離并從而增大兩個(gè)脈沖間的時(shí)間延遲進(jìn)行調(diào)整。通過使用fs或其它短脈沖寬度(例如小于100ps)，自由空間光路徑長(zhǎng)度是短的，從而提供緊湊的系統(tǒng)。光路徑也可以足夠長(zhǎng)以避免脈沖間的時(shí)間重疊，無(wú)論何時(shí)所述重疊是要避免的。長(zhǎng)于脈沖寬度的時(shí)間分隔可以避免光束間的光學(xué)干涉，并且增大的時(shí)間分隔可被設(shè)置成以避免與等離子、或激光材料交互的其它產(chǎn)品的交互作用。在圖5b-15b-2和5c-1到5c-3的示例中，示出了兩種方法用于分離輸入光束并結(jié)合以形成共線的輸出光束。第一種方法利用偏振差而第二種利用波長(zhǎng)差。其它實(shí)施例可能利用基于偏振和波長(zhǎng)技術(shù)的組合在空間上和/或時(shí)間上分離來(lái)自于脈沖激光的輸入光束，并形成多個(gè)聚焦輸出光束。參見圖5b-1和5b-2，偏振光束分光器將來(lái)自于脈沖激光源的光束分成兩個(gè)正交的偏振光束。在圖5b-1中，p-偏振光束在聚焦目標(biāo)處發(fā)散，而s-偏振光束被準(zhǔn)直。因此，在本示例中，與p-聚焦相比s-聚焦更接近于光束發(fā)生器并且相對(duì)于靶材料深度較淺。在圖5b-2中，p-偏振光束在聚焦目標(biāo)處會(huì)聚，而s-偏振光束被準(zhǔn)直，并且具有p-偏振的光束與s-偏振光束相比更接近于光束發(fā)生器聚焦，且相對(duì)于靶材料更淺。另外，光學(xué)系統(tǒng)可被設(shè)置使得s-偏振光束會(huì)聚或發(fā)散以增大聚焦分離。在上述示例中，兩個(gè)光束的偏振是正交的。已知所述偏振差可以影響激光加工。圖5b-3示出了所述偏振靈敏性。加工的硅基片結(jié)果顯著受到線性偏振的影響。在一些實(shí)施例中，可以利用圓偏振來(lái)避免或減少偏振敏感效應(yīng)。在光束被結(jié)合后可以使用四分之一波片(未示出)。離開四分之一波片的線性偏振光束會(huì)變成圓偏振輸出，但有相位差180度。在不同的實(shí)施例中，基波長(zhǎng)可被轉(zhuǎn)換為一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)，例如通過諧波產(chǎn)生或其它波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)。隨后具有不同波長(zhǎng)的光束在結(jié)合后在不同深度處聚焦。參見圖5c-l和5c-2所示的示例，波長(zhǎng)差被用于形成多個(gè)聚焦光束。在這些例子中，一個(gè)光束被分離并隨后在重新結(jié)合前被轉(zhuǎn)換成不同的波長(zhǎng)。在這些例子中，近紅外(IR)波長(zhǎng)是綠光波長(zhǎng)的倍頻，并隨后通過諧波分離器重新組合。在上述基于偏振的例子中，控制一個(gè)或兩個(gè)光束的發(fā)散/會(huì)聚以調(diào)整兩個(gè)光束的聚焦位置分離。圖5c-3中示出的另一可替換例子提供了無(wú)需分開的共線聚焦光束。利用了剩余IR透射通過頻率轉(zhuǎn)換晶體。當(dāng)IR光束被轉(zhuǎn)換成第二諧波(SHG)，不是所有的IR能量都被轉(zhuǎn)換。另外，在晶體之后的光束傳播特征是不同的。舉例來(lái)說，圖5c-3所示的時(shí)間特征示出了表示色散介質(zhì)內(nèi)傳播的輸出脈沖之間的稍微時(shí)間位移(不按比例)，如同通過某些飛秒脈沖寬度可以產(chǎn)生的。兩個(gè)光束(SHG和殘余IR)可用于共線加工。在本示例中，SHG和IR光束能量之間的比率可以通過將光束的焦點(diǎn)調(diào)整入晶體來(lái)控制。該焦點(diǎn)調(diào)整還會(huì)控制兩個(gè)現(xiàn)有光束的相對(duì)會(huì)聚/發(fā)散，從而焦點(diǎn)位置分離。圖5d-l到5d-3示意性地示出了結(jié)構(gòu)(特征)的示例，所述結(jié)構(gòu)(特征)可以通過共線多焦點(diǎn)光束發(fā)生器在材料上或材料內(nèi)形成。在這些例子中，如圖所示光束大致垂直于表面入射(例如，沿Z軸)，并且材料被平移以在不同的橫向(X-Y)位置形成結(jié)構(gòu)(特征)。沿Z軸的結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置，以及縱向跨距(即沿Z軸的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度)可以通過不同的聚焦設(shè)定，并通過兩個(gè)光束中的每一個(gè)的入射光束功率/能流來(lái)控制。在圖5d-1的例子中，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)(特征)的兩個(gè)光束分別對(duì)應(yīng)于近紅外(IR)和SHG光束。不過，共線多焦點(diǎn)光束發(fā)生器可被設(shè)置成使得其它光束在不同波長(zhǎng)和/或偏振下生成。結(jié)構(gòu)(特征)形狀，包括縱向跨距，可以通過不同方式來(lái)控制。例如，系統(tǒng)可被設(shè)置成使得NIR和SHG光束均充滿物鏡的大部分。物鏡可以是用于聚焦光束的非球面、一組透鏡或其它合適的光學(xué)元件結(jié)構(gòu)。用SHG和NIR光束形成的結(jié)構(gòu)可能隨后表現(xiàn)出局部和圓形對(duì)稱。舉例來(lái)說，圖5d-1是示意性示圖，示出了具有點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)(特征)的側(cè)視圖。點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)(特征)表示緊密焦距，在這里大部分能量被局部吸收。圖5d-1還示意性地示出了在每個(gè)光束中結(jié)構(gòu)(特征)對(duì)比度如何隨激光功率變化。例如，示出的密集陰影表示當(dāng)通過顯微鏡和透射法，或任何其它用于照明和成像的合適裝置觀察時(shí)的高對(duì)比度。在本示例中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)(特征)通過SHG光束(頂行)和NIR光束(底行)形成，SHG功率從右向左增大，例如從0mW到300mW(從右向左)?？梢岳煤愣⊕呙杷俣龋缂s50mm/s。對(duì)于不同的劃片應(yīng)用可能希望具有較大縱向跨距的線形焦點(diǎn)。伸長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，例如具有較大深度對(duì)寬度的縱橫比的長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，有利于在玻璃一旦承受壓力后實(shí)現(xiàn)干凈平滑的斷開。在一些實(shí)施例中，一系列結(jié)構(gòu)可以有效地充當(dāng)沿路徑的孔以便于后續(xù)分離；裂紋會(huì)基本上沿結(jié)構(gòu)定義的方向傳播。結(jié)構(gòu)的縱橫比可以是約2:1,3:1,5:1,10:1或更大。與上文用于獲得點(diǎn)狀形狀的緊密焦點(diǎn)設(shè)置不同，SHG望遠(yuǎn)鏡可被調(diào)整以便光束不充滿目標(biāo)。通過IR和SHG光束均不充滿目標(biāo)，加工的結(jié)構(gòu)可以變長(zhǎng)成線形。圖5d-2是示意性的示圖，示出了具有所述伸長(zhǎng)結(jié)構(gòu)形狀的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，并且表示通過顯微鏡或其它合適的成像和照明裝置獲得的圖像。在本例中，結(jié)構(gòu)可以用SHG光束(底行)和近IR(頂行)形成，SHG功率從0mW變化到約200mW(從左到右，在0mW功率或用于材料改性的能量密度閾值之下沒有結(jié)構(gòu)(特征))。結(jié)構(gòu)的尺寸可以通過功率進(jìn)行控制。例如，結(jié)構(gòu)的尺寸隨功率的增大而增大，至少在實(shí)際操作范圍上。對(duì)于給定的材料類型，縱向跨距數(shù)據(jù)對(duì)于確定劃片或其它加工過程的合適參數(shù)是有用的。通過調(diào)整光束的焦點(diǎn)位置、功率、能流、掃描速度或其它參數(shù)，可以產(chǎn)生圖5d-3中示意性所示出的測(cè)試圖案。結(jié)構(gòu)可以通過單次掃描、多次掃描，或任意組合而形成。結(jié)構(gòu)可以是局部或伸長(zhǎng)的、重疊或非重疊的、或者適于給定應(yīng)用的尺寸、形狀、橫向或深度間隔、或?qū)Ρ榷鹊娜我夂线m的組合。所述測(cè)試圖案可用于確定工藝窗口(processwindow)，對(duì)于特定基片材料定義工藝限制。具有NIR和SHG的設(shè)置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)波長(zhǎng)可用于燒蝕玻璃表面，而另一個(gè)形成內(nèi)部孔以便裂紋跟隨。此外，不同的材料用不同的效率吸收不同的波長(zhǎng)。例如，發(fā)現(xiàn)522nm光比用IR更易于在熔融石英形成光波導(dǎo)。在任何情況，通過調(diào)整NIR聚焦透鏡相對(duì)于目標(biāo)的距離，NIR結(jié)構(gòu)可以相對(duì)于SHG結(jié)構(gòu)向上或向下移動(dòng)。這種利用功率控制的調(diào)整可用于控制加工結(jié)構(gòu)的尺寸和它們的相對(duì)距離。元件間的間隔可能增大結(jié)構(gòu)在深度上的分隔，這在不同的實(shí)施例中可能是希望的。例如，增大深度分隔可影響裂紋如何在玻璃中傳播；裂紋可通過玻璃內(nèi)部的結(jié)構(gòu)傳播以利于干凈的斷開。不過，在一些實(shí)施例中，透鏡分離可被設(shè)置成產(chǎn)生重疊結(jié)構(gòu)(特征)。在不同的實(shí)施例中，增大結(jié)構(gòu)分離可利于可控的分裂。通過示例的方式，并且如圖5d-3中示意性所示，可以調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)使得結(jié)構(gòu)寬距間隔、重疊或在深度方向上相對(duì)于彼此顛倒。另外，結(jié)構(gòu)(特征)可以形成在表面處或表面附近和/或表面之下。此外，可以利用多于兩個(gè)的光束。在一些劃片或其它應(yīng)用的實(shí)施例中，表面燒蝕和內(nèi)部結(jié)構(gòu)間的良好平衡是有利的。SHG對(duì)IR功率比還可影響結(jié)構(gòu)。隨著SHG功率增大，SHG結(jié)構(gòu)尺寸增大但NIR結(jié)構(gòu)尺寸減小。在利用多波長(zhǎng)的實(shí)施例中，通過調(diào)整對(duì)倍頻晶體的入射角度或其它頻率轉(zhuǎn)換器可獲得不同的功率組合。例如，SHG和IR功率可以通過使SHG晶體相對(duì)于光束轉(zhuǎn)動(dòng)和SHG晶體內(nèi)的光斑大小進(jìn)行調(diào)整。在約45°的范圍上調(diào)整會(huì)使SHG最大化并使IR最小化。在30°可獲得大致相等的功率。盡管角度可隨晶體類型和其它參數(shù)變化，不同的組合可用于劃片和切割加工。在最初的示范中使用與圖5c-1所示類似的系統(tǒng)。在本例中，通過IMRAFCPAμJewelD-1000產(chǎn)生飛秒脈沖，并且所收到的激光束通過偏振分束器(PBS)被分成兩個(gè)光束。兩個(gè)光束之間的功率比通過PBS前的1/2波片可調(diào)。P-偏振光通過望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)展，并且光學(xué)透鏡將發(fā)散引入光束。S-偏振光通過LBO晶體被轉(zhuǎn)換成其第二諧波生成(SHG)。兩個(gè)光束由諧波分離器(透射IR，反射SHG)結(jié)合并由非球狀物鏡聚焦。由于它們的折射率和發(fā)散/會(huì)聚的差異，SHG比NIR光束聚焦在更短的距離(更淺)。內(nèi)部線以三種設(shè)定記錄：結(jié)合的兩個(gè)光束，僅NIR，和僅SHG。FCPA激光重復(fù)率設(shè)定在500kHz。激光脈沖重復(fù)率還對(duì)應(yīng)于多焦點(diǎn)發(fā)生器產(chǎn)生在深度上間隔的多個(gè)聚焦光束的速率(在主動(dòng)加工期間加工，選擇所有脈沖用于加工)。SHG功率為約100mW，而NIR功率為約250mW(由于從一個(gè)鏡子泄漏，SHG功率低)。物鏡是40X非球面，并且500-mm透鏡被用于形成非準(zhǔn)直光束并調(diào)整整體焦距。玻璃樣品(堿石灰)分別以5和2mm/s的速度掃描。在記錄后，樣品正交于線方向被劃片和斷開。在本例中，兩個(gè)垂直結(jié)構(gòu)的深度分隔是約70μm。頂部結(jié)構(gòu)的形成(通過淺焦點(diǎn)形成)不影響底部結(jié)構(gòu)，并且在不同的實(shí)施例中希望獨(dú)立地形成在深度上的結(jié)構(gòu)。第二組標(biāo)記通過在深度上的不同間隔而形成。移去了500-mm聚焦透鏡。近準(zhǔn)直NIR光束在更深處聚焦。兩組標(biāo)記間的分隔測(cè)量為大致170um。因此，通過單次掃描在不同深度產(chǎn)生了兩個(gè)結(jié)構(gòu)。在不同的實(shí)施例中，以及在特定的示例中，如圖5所示的多焦點(diǎn)光束發(fā)生器可用于通過一個(gè)單次掃描在兩個(gè)深度產(chǎn)生標(biāo)記或其它結(jié)構(gòu)。另外，結(jié)構(gòu)間的距離可以使用多焦點(diǎn)光束發(fā)生器內(nèi)的光學(xué)元件進(jìn)行調(diào)整。在深度上結(jié)構(gòu)的中心至中心間隔可以在幾微米到幾百微米的范圍內(nèi)，取決于特定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(設(shè)置)?？梢愿鶕?jù)特定的材料特性和加工要求選擇參數(shù)的不同其它選擇。例如，聚焦光斑可以是圓形或非圓形的。光斑尺寸可以在約幾微米直到約100μm的范圍內(nèi)，而能流可以相對(duì)于材料改性的閾值能流進(jìn)行確定。在不同的實(shí)施例中，能流可以在約1J/cm2到100J/cm2的范圍內(nèi)。示例來(lái)說，通過SHG綠光波長(zhǎng)的能流在約10-50J/cm2的范圍內(nèi)和IR中的能流在50-150J/cm2的范圍內(nèi)可以進(jìn)行玻璃和/或藍(lán)寶石的亞表面劃片。不同玻璃和藍(lán)寶石材料樣品的估計(jì)表面燒蝕閾值在約1-5J/cm2的大致范圍內(nèi)。作為特定示例，不同玻璃的亞表面改性可以通過約20J/cm2的SHG和100J/cm2的IR發(fā)生，而藍(lán)寶石的亞表面改性通過約40J/cm2的SHG和80J/cm2的IR發(fā)生。這些材料的表面改性的閾值可以是玻璃為約2.5J/cm2的SHG和3J/cm2的IR，而藍(lán)寶石為1.5J/cm2的SHG和2J/cm2的IR。小于約1W的平均功率可能適用于加工許多材料，例如100-500mWSHG和300mW-1WIR。脈沖重復(fù)率可以在約1KHz-100MHz的范圍內(nèi)，光斑內(nèi)的脈沖能量在約100nJ-100μJ的范圍內(nèi)。在不同的實(shí)施例中，靶材料和脈沖激光束的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以在約1mm/秒-10m/秒的范圍內(nèi)，取決于加工要求。例如，聚焦光束和/或工件材料的掃描速率可以為幾mm/秒直到100mm/秒，約1m/秒，并且在某些實(shí)施例中采用達(dá)到約5-10m/秒的光束掃描器。在某些實(shí)施例中，材料的平移速度可以在約10mm/秒到約100mm/秒的范圍內(nèi)。許多其它的變化是可行的。此外，圖5的系統(tǒng)還可以包括動(dòng)態(tài)聚焦機(jī)制(未示出)以調(diào)整焦點(diǎn)位置，單獨(dú)使用或與1D或2D光束掃描器和/或空間光調(diào)制器和/或材料運(yùn)動(dòng)結(jié)合使用?？刂破骺梢耘c多焦點(diǎn)發(fā)生器、掃描器、用于動(dòng)態(tài)調(diào)整、校準(zhǔn)和其它操作的光學(xué)器件通信。例如，通過基于偏振的方法，脈沖激光輸出可利用半波片和偏振分束器被分成兩個(gè)光束。功率比可以隨半波片的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化。如果采用在不同深度的多程通過，與兩個(gè)光束在材料內(nèi)部聚焦的情況相比，功率分束比在一個(gè)光束在表面處聚焦時(shí)可能是不同的。如果使用SHG波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，SHG轉(zhuǎn)換效率可以變化以調(diào)整功率比。在至少一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)整可以通過控制SHG溫度晶體，或通過晶體內(nèi)光束的焦點(diǎn)位置進(jìn)行。本文所公開的技術(shù)還可擴(kuò)至按時(shí)間分隔或者同時(shí)生成多于兩個(gè)的光束。根據(jù)特定工件加工要求，可以進(jìn)行加工時(shí)間和光束數(shù)量的不同權(quán)衡。如前所述，發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)還示出了假如光束在深度上的空間分隔足夠，當(dāng)在附近形成結(jié)構(gòu)時(shí)不實(shí)質(zhì)影響伸長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的形狀。還觀察到，以50mm/s和100mm/s速度獲得的結(jié)構(gòu)在截面圖中幾乎相同，暗示在一些應(yīng)用中在顯著范圍上增大掃描速度可能不會(huì)非常影響結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中干涉和串?dāng)_效應(yīng)也足夠低。此外，對(duì)于所測(cè)試的條件，通過圖5b-5c的系統(tǒng)生成的超短脈沖具有足夠的時(shí)間延遲以避免時(shí)間重疊和等離子干涉。例如，通過圖5系統(tǒng)的緊湊型或類似裝置可以產(chǎn)生寬度在約10fs-數(shù)十皮秒范圍的非重疊脈沖。一系列脈沖(每個(gè)脈沖聚焦在不同深度)通過具有額外光學(xué)路徑和/或光源的圖5b-5c所示裝置的擴(kuò)展可用于形成多于兩個(gè)的結(jié)構(gòu)。類似的，脈沖群可以通過激光系統(tǒng)產(chǎn)生，并在給定加工位置應(yīng)用于材料以形成在深度上聚焦的光束和相應(yīng)結(jié)構(gòu)，例如脈沖激光源可產(chǎn)生時(shí)間分隔在1ns-10ns范圍內(nèi)的兩個(gè)脈沖，兩個(gè)脈沖中的每一個(gè)隨后被分開、組合、并聚焦以形成上述所示的結(jié)構(gòu)，但是以脈沖串方式設(shè)置。存在許多加工的可行性并且其依賴于總體激光功率、速度和材料加工要求。這些多光束技術(shù)也可以用于分割、焊接、連接、標(biāo)記或其它加工操作，以及高加工速度是有利的其它應(yīng)用。在一些實(shí)施例中，最大近IR功率可能為約1W而SHG非常低，或最大SHG為400mW而IR非常低。加工速度可確定功率要求，但至少一些結(jié)果表示速度可以在相對(duì)寬的范圍(例如：2:1，以50mm/秒和100mm/秒)上變化而基本不影響結(jié)構(gòu)形成。具有不同結(jié)構(gòu)分隔的加工條件可提供增大的掃描速度。對(duì)于不同的材料和不同的樣品深度，可以調(diào)整結(jié)構(gòu)分隔和功率組合以供最佳分割。在不同的實(shí)施例中，聚焦光束是共線的并且大致垂直于靶材料表面，如上述例子所示。在另一些實(shí)施例中，光束可以是偏移和非共線的，并且通過高速小角度光束偏轉(zhuǎn)器以比平移速度快得多的速率操作而形成。在一些實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)可被設(shè)置成通過離軸入射角傳送在深度上間隔的聚焦光束。所形成的結(jié)構(gòu)具有沿相對(duì)于材料表面非法向方向的長(zhǎng)度，并且可包括斜面切割。不同的NIR聚焦透鏡可用于產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)分隔，包括部分重疊結(jié)構(gòu)，它可用于優(yōu)化不同基片的加工。在一些實(shí)施例中，多焦點(diǎn)發(fā)生器可被設(shè)置成用于基于波長(zhǎng)和偏振的分束，并可以形成多個(gè)聚焦光束，例如四個(gè)在深度上間隔的光束。多焦點(diǎn)發(fā)生器可被設(shè)置成以時(shí)間順序序列產(chǎn)生聚焦光束，例如對(duì)于材料從深聚焦到淺聚焦進(jìn)行加工。在一些實(shí)施例中，尤其對(duì)于加工厚透明材料，可以使用多程通過，其中至少一程通過包括生成多個(gè)在深度上間隔的聚焦光束，以深聚焦到淺聚焦的順序，或其它合適的序列。一個(gè)所述的例子包括加工平板顯示器或類似結(jié)構(gòu)。此外，如本文所用的透明材料，材料在操作波長(zhǎng)不顯著吸收輻射，并因此不限于可見透明材料。對(duì)于用于產(chǎn)生多個(gè)劃片燒蝕結(jié)構(gòu)的光束-聚焦和/或強(qiáng)度映射方法，可以引入其它光學(xué)部件以便對(duì)整個(gè)光束形狀產(chǎn)生橢圓部分。通過定向橢圓光束使得長(zhǎng)軸與光束掃描的方向平行，可以獲得較高的掃描速度?？梢垣@得較高的掃描速度，這是因?yàn)闄E圓光束形狀允許足夠的脈沖-至-脈沖重疊以供加工平滑和連續(xù)的劃片結(jié)構(gòu)(而不是由空間分隔的脈沖燒蝕材料而引起的點(diǎn)狀劃片結(jié)構(gòu))。盡管通過較大的圓形光束點(diǎn)也可以獲得增大的脈沖重疊和較高的掃描速度，這同時(shí)會(huì)導(dǎo)致通常不希望的較寬的劃片結(jié)構(gòu)寬度。2.超短脈沖激光焊接本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及激光焊接透明材料的工藝。如圖6所示，本實(shí)施例要求使用以高重復(fù)率產(chǎn)生超短激光脈沖光束51的激光系統(tǒng)50；具有足夠聚焦功率的聚焦元件55(例如，透鏡、顯微鏡物鏡)；和要連接在一起的至少兩個(gè)材料56和57，其中至少一個(gè)材料對(duì)激光的波長(zhǎng)是透明的。此外，光束聚焦定位臺(tái)58被用于調(diào)整激光束51的聚焦位置，并且一般需要自動(dòng)運(yùn)動(dòng)臺(tái)組件59用于相對(duì)于聚焦激光束移動(dòng)工件56和57。在本實(shí)施例中，待激光焊接的兩個(gè)材料(“頂部件”(56)和“底部件”(57))被設(shè)置成彼此接觸以便在它們的表面之間形成具有少量或沒有間隙的界面；可以對(duì)兩個(gè)工件施加或不施加夾緊力。透鏡55隨后被置于激光束的路徑中以形成高強(qiáng)度激光輻射的聚焦區(qū)域。兩個(gè)透明材料56和57相對(duì)于聚焦激光束安置使得光束聚焦區(qū)域橫跨頂部件56和底部件57的界面。通過足夠的激光強(qiáng)度，可以發(fā)生材料界面的焊接。通過相對(duì)于光束聚焦區(qū)域移動(dòng)透明材料56和57，同時(shí)保持材料56和57的界面極為接近于光束聚焦區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)確定長(zhǎng)度的激光焊接。在本實(shí)施例的尤其獨(dú)特的應(yīng)用中，材料56和57可以設(shè)置使得聚焦激光束行進(jìn)穿過頂部(透明)件56并鄰近頂部件56和底部件57的界面形成聚焦區(qū)域，導(dǎo)致兩個(gè)材料的焊接。不同于其它激光焊接工藝，本發(fā)明的工藝通過利用主要非線性吸收而不是線性吸收進(jìn)行焊接。由于這樣，在該焊接工藝中具有獨(dú)特特性。非線性吸收是非常依賴于強(qiáng)度的，所以工藝可被限于激光束的聚焦。因此，吸收只能在透明材料深處焦點(diǎn)周圍出現(xiàn)。通常，通過超短脈沖的非線性吸收導(dǎo)致等離子形成和非常少(如果有)的熱量沉積，因此通過超快激光的燒蝕導(dǎo)致非常小的熱影響區(qū)(HAZ)。不過，通過保持強(qiáng)度足夠低從而燒蝕不會(huì)出現(xiàn)但強(qiáng)度足夠高以便出現(xiàn)非線性吸收，一些熱量被沉積。如果激光的重復(fù)率增大地足夠多，則足以在材料中積聚熱量導(dǎo)致熔化。激光系統(tǒng)50發(fā)出近似準(zhǔn)直激光束51，在脈沖重復(fù)率在100kHz和500kHz之間脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間在約200-900fs的范圍內(nèi)而波長(zhǎng)為大約1045nm。第一光束控向鏡52將激光束引導(dǎo)向功率調(diào)解組件53，所述組件用于調(diào)節(jié)用于焊接工藝的脈沖能量；獲得所述衰減的具體方法對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。第二光束控向鏡54將光束導(dǎo)至光束聚焦物鏡55。光束聚焦物鏡55聚焦激光脈沖以獲得工藝的適當(dāng)能流(能量/單位面積)，它在距離光束聚焦物鏡55的大致距離(F)有最大值。光束聚焦定位臺(tái)58平移光束聚焦物鏡55，使得該最大能流區(qū)域位于靶材料56和57的界面。XY工作臺(tái)組件59相對(duì)于聚焦光束移動(dòng)靶材料56和57，以便具有能力在靶材料56和57的界面處產(chǎn)生線性焊接結(jié)構(gòu)，或者圓形焊接結(jié)構(gòu)的陣列。圖7示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中在由小間隙60分隔開的兩個(gè)工件之間需要焊接。首先，激光束51聚焦在底部件57的表面下方。通過適當(dāng)控制脈沖能量和聚焦條件，當(dāng)樣品相對(duì)于光束焦點(diǎn)平移時(shí)(或者當(dāng)光束相對(duì)于靶移動(dòng)時(shí))形成凸起的脊61。該凸起的脊61連接頂部(上靶)和底部(下靶)靶之間的間隙。激光的第二程通過(其中光束焦點(diǎn)上升至接近凸起的脊61的頂部和頂部件56之間的界面的高度)隨后形成焊接62。3.可見/不可見激光標(biāo)記圖1a所示的相同系統(tǒng)可用于在透明材料中形成亞表面標(biāo)記，其中所應(yīng)用的激光束在透明材料基片的表面下聚焦。圖8示出了在透明材料64(例如玻璃)中記錄的箭頭圖案63的俯視圖的圖示。光源65將光射入光波導(dǎo)管66，所述光波導(dǎo)管66將光傳送到箭頭標(biāo)記63以照亮圖案。應(yīng)該合理地設(shè)計(jì)光波導(dǎo)管的輸出數(shù)值孔徑以便有效地照明希望源?？梢允褂枚鄠€(gè)光波導(dǎo)管來(lái)照亮圖案的不同區(qū)域?？刂撇煌彰鞴庠吹臅r(shí)間可以產(chǎn)生不同的裝飾性和信號(hào)效應(yīng)。另外，可以從適當(dāng)聚焦的光源直接照明圖案，而不是利用光波導(dǎo)管。圖9(a)示出了由平行線構(gòu)成的箭頭標(biāo)記63的俯視圖的特寫圖示，所述平行線全部垂直于照明光的方向。這些平行線通過將激光緊密聚焦在靶基片內(nèi)以形成材料改性的區(qū)域而產(chǎn)生。圖9(b)示出了箭頭標(biāo)記63的側(cè)視圖的圖示。箭頭標(biāo)記由一組處于不同深度的標(biāo)記組成。這些標(biāo)記將由光波導(dǎo)管66傳送的光朝向觀察者67散射。亮度可以通過照明光的強(qiáng)度、各標(biāo)記的大小以及標(biāo)記的密度來(lái)控制。圖10示出了圖案由“像素”68組成并且每個(gè)像素由通過密集聚焦激光以改變基片材料而形成的處于不同深度的一組平行線69構(gòu)成的圖示。將標(biāo)記設(shè)置在不同深度有助于在邊緣照明時(shí)避免“陰影”。更接近于光源的標(biāo)記會(huì)部分阻擋邊緣照明射到距離光源更遠(yuǎn)的標(biāo)記。在上述圖8、9a和9b所示的示例中，示出了箭頭標(biāo)記。圖10提供了由處于不同深度的一組平行線所形成的像素的示例。透明材料加工的實(shí)施例可用于形成多種類型的圖案，所述圖案通過照明和觀察的適當(dāng)條件可以檢測(cè)到。其它的示例和結(jié)構(gòu)包括多層圖標(biāo)顯示、非邊緣照明結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)、投影屏顯示、或者灰度圖標(biāo)。基片材料不限于玻璃，但可能包括塑料、聚合物或者任何對(duì)于記錄激光器和照明光源的波長(zhǎng)透明的合適材料。一些示例性結(jié)構(gòu)和圖案如下?？梢娦院蜆?biāo)記特征—一般性討論結(jié)構(gòu)(例如標(biāo)記)的可見性權(quán)衡一般被定義為：當(dāng)被照亮?xí)r清晰可見(可視開(On))當(dāng)不被照亮?xí)r難以看見(幾乎不可見)(可視關(guān)(Off))。一些因素可影響可見性。這些因素包括但是不限于，標(biāo)記尺寸和縱橫比、線密度以及視角。參見圖11，標(biāo)記縱橫比(例如，標(biāo)記深度對(duì)寬度的比率)的效果是明顯的。當(dāng)沒有邊緣照明時(shí)，標(biāo)記越寬就越可見。當(dāng)有邊緣照明時(shí)，標(biāo)記越深，越多的光被散射。標(biāo)記就變得更為可見。圖標(biāo)通常包括填充所需形狀的光柵掃描線。為了最佳散射，這些線一般可能垂直于邊緣照明方向。圖標(biāo)可以由沿不同方向定向的線組成，以控制相對(duì)亮度和/或從材料的不同邊緣照亮不同部分。在照明時(shí)，線密度越高標(biāo)記就越可見。有更多的表面區(qū)域可用于散射光線。不過，在沒有照明時(shí)，增大的密度也會(huì)增加可見性。例如，圖8-10中的箭頭標(biāo)記和像素可能受到線密度影響。還在圖11中示出的視角一般影響可見性，尤其對(duì)于多個(gè)圖標(biāo)層或者深(長(zhǎng))標(biāo)記。在不同的實(shí)施例中，圖標(biāo)微標(biāo)記截面沿記錄激光傳播的方向可能具有較高的深度對(duì)寬度的縱橫比，例如大約10:1。微標(biāo)記的這種不對(duì)稱形狀導(dǎo)致圖標(biāo)的亮度依賴于觀察方向。最小的可視關(guān)(Off-visibility)通常產(chǎn)生在微標(biāo)記平行于觀察方向的時(shí)候。圖12和13示出了邊緣照明結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中觀察方向不垂直于基片表面。在圖12中，微標(biāo)記軸垂直于基片表面，這易于制備。使垂直于邊緣照明方向的微標(biāo)記截面面積最大化，但是不使垂直于觀察方向的微標(biāo)記截面面積最小化，這會(huì)影響到可視關(guān)(off-visibility)。在圖13中，微標(biāo)記軸平行于觀察方向，使得所觀察到的截面面積和可視關(guān)最小化。不過，垂直于邊緣照明方向的微標(biāo)記截面面積沒有被最大化，影響可視開(On-visibility)?？梢栽诓煌疃戎谱鳂?biāo)記。還可以在基片的表面上或者基片的表面內(nèi)形成標(biāo)記或者其它結(jié)構(gòu)。結(jié)合不同的照明設(shè)置，可以產(chǎn)生不同的效果。反射標(biāo)記圖8-12和14在此示出了在透明材料中亞表面標(biāo)記的示例。由于從形成標(biāo)記的局部微裂的光散射，亞表面標(biāo)記是可見的。與垂直于觀察方向的標(biāo)記的截面面積相比，標(biāo)記在垂直于邊緣照明的方向上具有實(shí)質(zhì)更大的截面面積。因此，標(biāo)記在有邊緣照明時(shí)更清晰可見，而在沒有邊緣照明時(shí)幾乎不可見。反射標(biāo)記通過具有或沒有邊緣照明也可以產(chǎn)生，但是難以檢測(cè)到。較差的可檢測(cè)性將反射標(biāo)記與圖8-12和14所示的光散射標(biāo)記相區(qū)分。在利用不同組合的照明和觀察角度進(jìn)行若干個(gè)非決定性實(shí)驗(yàn)后，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)標(biāo)記反射照明光而不是散射照明光。強(qiáng)鏡面反射解釋了為什么在有邊緣照明時(shí)標(biāo)記是不可見的，如同光散射標(biāo)記。照明光的入射角大約等于最佳觀察角度。與在觀察方向之外相比，當(dāng)沿最佳觀察方向觀察時(shí)可見性的差異是明顯的，如下文所述。掃描反射標(biāo)記的截面的電子顯微鏡圖像暗示形成了“平面”裂紋，形成延長(zhǎng)的和連續(xù)的反射區(qū)域。舉例來(lái)說，裂紋的平面可以通過記錄激光束的軸和平移的方向來(lái)定義。這種形態(tài)從根本上不同于散射標(biāo)記中的局部微裂紋。無(wú)需贊同任何特定的理論，平面裂紋形成為以某些照明和觀察角度的組合產(chǎn)生高可見性標(biāo)記(實(shí)驗(yàn)的令人吃驚的結(jié)果并且最初沒有認(rèn)識(shí)到)的反射光給出了解釋。邊緣照明產(chǎn)生弱的對(duì)比，并且隨后的實(shí)驗(yàn)表明非邊緣照明提供高可見性。通常產(chǎn)生在光學(xué)顯微鏡下表現(xiàn)為平滑熔化線類似光波導(dǎo)的材料改性，但并不表現(xiàn)為與標(biāo)記的可見性相關(guān)。在一個(gè)示例中，透明材料中的一系列亞表面標(biāo)記，其中標(biāo)記的集合形成所需的圖案，形成例如二維陣列。在本示例中，標(biāo)記垂直于材料表面。不過，可以相對(duì)于材料以其它角度形成標(biāo)記，只要記錄激光的入射角小于臨界角，所述臨界角是透明材料的折射率的函數(shù)。由于照明光沿著第一路徑從右側(cè)進(jìn)入，照明光被亞表面反射標(biāo)記反射，其中入射角大致等于反射角。被組成圖案的所有標(biāo)記反射的光使得圖案對(duì)于觀察者是可見的。在其它觀察位置，因?yàn)闆]有足夠的光被反射，標(biāo)記的圖案不清晰可見。一部分照射光沒有碰到反射標(biāo)記并直通穿過材料，對(duì)應(yīng)第二路徑，即透射的光。在一個(gè)示出了反射標(biāo)記照明和觀察的示例中，在玻璃中形成的反射標(biāo)記通過手電筒被照亮，并且以不同角度被觀察。在一塊玻璃的表面下記錄的正方形圖案的陣列示出對(duì)于特定照射角度最佳的觀察位置。當(dāng)利用相同照射角的標(biāo)記的相同陣列在遠(yuǎn)離最佳觀察位置的地方觀察時(shí)，所檢測(cè)到的輻射表示由漫射光造成的低水平背景，并且通過增大對(duì)照明的控制可以進(jìn)一步改進(jìn)對(duì)比度。反射標(biāo)記的應(yīng)用包括：(1)產(chǎn)品識(shí)別；(2)需要干凈平滑表面的透明材料中的分級(jí)和參考標(biāo)記；(3)通常希望不受阻擋的觀察(當(dāng)不需要警告時(shí))，但對(duì)于某些情況需要高可見性警告的窗口中的可切換警告指示器；(4)區(qū)分合法產(chǎn)品和仿制品但通常不可見的防偽圖案，例如：昂貴的手表、寶石、高品質(zhì)鏡頭和其它具有透明部件的產(chǎn)品。多層圖標(biāo)顯示圖14示出了多層圖標(biāo)顯示的示范，其中在單個(gè)基片中寫入兩個(gè)圖標(biāo)。圖14a中的綠色箭頭是通過綠色光源對(duì)基片的右側(cè)進(jìn)行邊緣照明。圖14b中的紅色危險(xiǎn)標(biāo)志是通過紅色光源在基片的頂部進(jìn)行邊緣照明。圖14c示出了當(dāng)兩個(gè)光源都關(guān)閉時(shí)的基片。兩個(gè)圖標(biāo)看起來(lái)位于玻璃基片的相同區(qū)域。通過切換相應(yīng)的光源可以選擇性地照亮各圖標(biāo)，因?yàn)榧す鈱懭霕?biāo)記位于玻璃中的不同深度并且兩個(gè)光源利用柱面透鏡進(jìn)行線聚焦，其中線聚焦的軸平行于玻璃基片的平面。圖15示出了具有多個(gè)基片層(在這里是5層)的圖標(biāo)的示例?？蓮钠渌謩e照射陣列中的每個(gè)單獨(dú)元件，而不需要緊密聚焦照明光源。元件“a”在層1中并且可以由光“A”照射。由于元件“a”在單獨(dú)層中，來(lái)自光“A”的照射光被全內(nèi)部反射所限制，從而沒有其它元件被照亮。類似的，元件“d”在層3中并且只被光“D”照亮，而元件“h”在層5中并只被光“H”照亮?？諝馕⒂^層或者相對(duì)于基片層具有足夠不同的折射率的薄層材料將每個(gè)層隔離，同時(shí)在視覺上是透明的。元件“b”和“c”在層2中并由光“B”和“C”分別照射。盡管這兩個(gè)元件在相同的層，但它們被充足的空間(間隔)分離從而它們只能被一個(gè)光源照亮。類似的，元件“f”和元件“g”在層4中并由光“F”和光“G”分別照射。這個(gè)示例示出了可以如何設(shè)計(jì)字母數(shù)字顯示器或數(shù)字計(jì)數(shù)器中的一個(gè)字符。其它多元件顯示也是可行的。圖15a示出了在基片表面處或基片表面附近制成微標(biāo)記的結(jié)構(gòu)。透明涂層隨后被施加至表面。邊緣照明光被該第二層中的全內(nèi)反射引導(dǎo)并且散射離開微標(biāo)記?；梢允峭该鞯幕蛘卟煌该鞯摹Ｈ绻峭该鞯?，基片應(yīng)該具有不同于透明涂層的折射率足以用于全內(nèi)反射。在一些實(shí)施例中，一層疊薄片可以如圖16所示來(lái)使用。如果邊緣照明光大于單獨(dú)薄片的厚度，會(huì)難以單獨(dú)將光耦合入特定薄片而不使光也耦合入相鄰的薄片。這會(huì)阻止目標(biāo)照明元件陣列中的僅一個(gè)元件或者一個(gè)基片層。光源間的一些偏移會(huì)改進(jìn)不同光源間的隔離，并允許只照明所需的陣列元件。對(duì)于圖16所示的示例，有5個(gè)基片層(1-5)。5個(gè)光源(A-E)(每個(gè)光源對(duì)每一層)被偏移并且相對(duì)于基片成一角度。該角度使得全內(nèi)反射會(huì)包含每一層中的光。非邊緣照明在一些實(shí)施例中，圖標(biāo)從非邊緣位置被照亮。圖17示出了圖標(biāo)的非邊緣照明，其中基片非正交于照明和觀察方向。不過，寫入方向正交與基片。圖18示出了圖標(biāo)的非邊緣照明，其中基片非正交于寫入、照明和/或觀察方向。該結(jié)構(gòu)在基片材料平面不垂直于主觀察方向時(shí)可能尤其有用，因此微標(biāo)記不垂直于材料表面。施加至一個(gè)或多個(gè)基片表面的防反射涂層減少了散亂反射。如果微標(biāo)記垂直于材料表面，制備可能更容易和更快速。不過，對(duì)于這個(gè)實(shí)施例，可見性權(quán)衡(visibilitytrade-off)可能不是很理想。投影屏構(gòu)思在先前的示例中，圖形圖案被寫入靶材料中。這限制了顯示的靈活性，因?yàn)閳D案不能隨后被改變或重新設(shè)定。較大均勻場(chǎng)的微標(biāo)記也可被用作屏幕，利用不同的方法，例如快速掃描鏡或LEDs陣列來(lái)投影圖形。上文用于示出非邊緣照明的圖17和18還可用于顯示投影屏構(gòu)思。附圖示出了兩個(gè)結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中觀察方向和圖案投影方向不垂直于基片表面。如同前文段落所指出的，照明光是固定的并且只照射基片中的標(biāo)記圖案。在投影屏構(gòu)思的情況，照明光由快速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)導(dǎo)向以將所需的圖案投影到屏幕上或者設(shè)計(jì)以產(chǎn)生所需圖案的光的圖案被投影到屏幕上。在圖17中，微標(biāo)記垂直于基片表面寫入，以易于制備。不過，垂直于照明光方向的微標(biāo)記截面不被最大化以便為了更好的可視開(On-Visibility)，而平行于觀察方向的微標(biāo)記截面不被最小化以便為了最佳的可視關(guān)(Off-Visibility)。在圖18中，微標(biāo)記軸平行于觀察方向，使可視關(guān)(off-visibility)最小化。而照明光源方向垂直于微標(biāo)記軸，使可視開(on-visibility)最大化?？山邮艿膶?duì)比度可取決于應(yīng)用。根據(jù)觀察和檢測(cè)系統(tǒng)的類型，10:1-100:1之間的對(duì)比度通常是可接受的。例如，30:1范圍可能足以通過顯示器觀察。如果使用高灰度分辨率成像系統(tǒng)，可能優(yōu)選大約30:1-1000:1的對(duì)比率?；叶葓D標(biāo)在不同的實(shí)施例中，圖標(biāo)的加工條件可能被可見性權(quán)衡(visibilitytrade-off)優(yōu)化。利用不同的加工條件，例如較快的平移速度或較低的脈沖能量，可能制成更少散射的標(biāo)記。通過控制這些參數(shù)，可能產(chǎn)生“灰度”圖標(biāo)，其中“更白的”區(qū)域散射更少的光而“更黑的”區(qū)域散射更多的光，或者反之亦然。例如，激光參數(shù)的組合可以產(chǎn)生的散射范圍在至少10:1或30:1，并優(yōu)選達(dá)到約100:1到1000:1。觀察方向內(nèi)的對(duì)比度一般會(huì)受到角分布的影響。雖然沒有必要實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)理解本文的操作機(jī)理，我們考慮結(jié)合兩種基本現(xiàn)象：散射對(duì)比度和散射角。通過細(xì)微標(biāo)記控制散射對(duì)比度滿足了標(biāo)準(zhǔn)，Con>>Coff，其中Con和Coff分別是具有和沒有人工照明時(shí)的散射系數(shù)。它們被進(jìn)一步定義為和其中s是散射結(jié)構(gòu)的散射截面，ρ是標(biāo)記中結(jié)構(gòu)的密度，而k表示背景的亮度。N是人工照明和背景照明之間的亮度比。散射結(jié)構(gòu)的大小一般在可見光波長(zhǎng)的大約1/10到1/100的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施例中，可提供裝置和工藝用于控制散射角?？梢钥紤]相對(duì)于背景照明的照明角，例如光的照明垂直于主要背景照明。所述結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于相對(duì)于觀察方向具有垂直照明光的圖標(biāo)類型的顯示。還可以考慮標(biāo)記的幾何結(jié)構(gòu)和標(biāo)記的設(shè)置。散射尺寸控制(可見光的1/10到1/1000的范圍內(nèi))是Mie散射的一個(gè)基本方面。為了擴(kuò)展可觀察角度和更好地利用散射的角分布，調(diào)整玻璃表面的全內(nèi)反射可用作另一控制方法。在不同的實(shí)施例中，采用合適范圍的脈沖能量，平移速度，重復(fù)率以便改變基片內(nèi)的曝光度。增大的曝光度產(chǎn)生更大的微標(biāo)記，造成散射光在相對(duì)于觀察角增大的角度上散發(fā)。如果在觀察角度內(nèi)的定向反射比大，結(jié)構(gòu)會(huì)顯得亮。如果相同量的光以大角度散射，結(jié)構(gòu)會(huì)顯得暗?？蛇x擇的材料在一些實(shí)施例中，可以改變除玻璃外的材料的表面和/或材料體。一個(gè)或多個(gè)激光束可形成可通過合適的照明和檢測(cè)裝置(結(jié)構(gòu))檢測(cè)到的結(jié)構(gòu)。在我們用玻璃的過程中發(fā)現(xiàn)的一些限制包括相對(duì)低的加工速度和要求較高脈沖能量。例如，200ps的脈沖，50kHz的重復(fù)率，以及13μJ的脈沖能量接近最佳。對(duì)于通常的光斑尺寸，通常速度為大約1mm/秒。其它的限制包括有關(guān)微裂紋特征取決于標(biāo)記深度的性能上的一些損失，然而一般優(yōu)選基本上獨(dú)立于深度。另外，某些應(yīng)用的另一限制在于玻璃的易碎性和易于碎裂，對(duì)于某些環(huán)境和應(yīng)用是潛在的危險(xiǎn)情況。因此，玻璃加工的應(yīng)用可能被約束或者限制。根據(jù)最終產(chǎn)品的所需強(qiáng)度和在所使用環(huán)境中的安全性，在某些應(yīng)用中可能需要特別處理和管理基片。一種選擇是在兩片聚碳酸酯之間設(shè)置玻璃基片。聚碳酸酯會(huì)增大組件的強(qiáng)度并且包含玻璃，如果它碎裂的話。聚碳酸酯層還可以防止玻璃的表面污染。在照射時(shí)表面污染可形成散射中心，導(dǎo)致降低的圖標(biāo)可視開(on-visibility)對(duì)比度。在一些實(shí)施例中，可以使用聚碳酸酯材料，或者其它聚合物。例如，塑料、透明聚合物和類似材料具有某些所希望的特征。一些希望的材料特性包括：減少的重量(相對(duì)于由玻璃制成的類似部分大約為其四分之一)，柔性(允許彎曲基片以形成不同的形狀)，減小的厚度(提供了通過固定邊緣照明增大亮度的能力)，以及增大的材料強(qiáng)度(具有降低的易受碎裂性)。在下文部分中公開的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了在加工速度上的顯著進(jìn)步和在脈沖能量上的同時(shí)減少。可以利用超短脈沖持續(xù)時(shí)間進(jìn)行聚碳酸酯或類似材料的加工，與玻璃加工相比在脈沖能量上顯著減少。脈沖持續(xù)時(shí)間一般可小于10ps。在一些實(shí)施例中，脈沖持續(xù)時(shí)間可以在大約100fs-大約1ps的范圍內(nèi)，例如大約500fs。脈沖能量可以在大約100nJ-1μJ的范圍內(nèi)，例如大約0.5μJ。對(duì)于具有顯著脈沖重疊引起熱積聚的快速加工優(yōu)選高重復(fù)率，例如至少100kHz。上述參數(shù)可適用在光斑尺寸為幾微米到數(shù)十微米以及平移速度從數(shù)十微米到數(shù)十米每秒的通常范圍上。總脈沖能量和光斑尺寸確定聚焦光斑位置處的能流。上述示例性范圍可適當(dāng)按比例用于在光斑尺寸或其它參數(shù)，例如激光波長(zhǎng)上的變形。在一些玻璃加工的實(shí)施例中，脈沖寬度可以在10fs至直到1ns，10fs-500ps，或者100fs-200ps的大致范圍內(nèi)。脈沖能量可以達(dá)到數(shù)十微焦耳，例如大約20μJ至50μJ。在某些實(shí)施例中，可以省略脈沖壓縮器，但使用優(yōu)選的基于光纖的啁啾脈沖放大系統(tǒng)的其它部件。可從IMRAAmerica獲得的FCPAμJewelD-400和D-1000提供了總能量達(dá)到大約10μJ，重復(fù)率在100kHz和5MHz之間變化的超短脈沖寬度。在一些實(shí)施例中，激光系統(tǒng)可包括用于拉伸、放大和壓縮的“全光纖”系統(tǒng)。可切換圖標(biāo)的應(yīng)用可以在電焊面罩、水中呼吸器面罩、外科醫(yī)生的眼鏡、安全面罩、飛機(jī)座艙罩、眼鏡、后視鏡、天窗個(gè)前燈透鏡中找到。標(biāo)記可被寫在鏡中，其中這些標(biāo)記在環(huán)境光照下難以看見(可視關(guān),offvisibility)，但是在有邊緣照明時(shí)可以清楚地辨別(可視開，onvisibility)。適當(dāng)?shù)溺R是那些使用透明基片，例如玻璃或聚碳酸酯的鏡，在一個(gè)表面上具有反射涂層。優(yōu)選激光加工用于在透明介質(zhì)內(nèi)形成結(jié)構(gòu)。不過，其它工藝可以單獨(dú)使用或者與激光加工結(jié)合使用。例如，可以采用蝕刻、平版印刷法、化學(xué)氣相沉積、和脈沖激光沉積。在一些實(shí)施例中，可以實(shí)施激光加工和非激光加工的組合。4.多焦點(diǎn)加工除了劃片，圖5所示的多焦點(diǎn)加工可用于切割、焊接、連接、標(biāo)記或其它加工操作。在不可見波長(zhǎng)下，各種材料可以是透明的或者幾乎透明的。例如，在大約1-1.1μm下硅是高度透射的，在大約1.2μm下僅紅外線具有最大透射。因此，多焦點(diǎn)微加工可以用不同標(biāo)準(zhǔn)的激光波長(zhǎng)，或者在某些情況在非常規(guī)波長(zhǎng)下進(jìn)行。在近帶隙進(jìn)行加工的應(yīng)用中，可能需要考慮吸收系數(shù)及其隨溫度的變化。例如，在可能波長(zhǎng)為大約1.0-1.1μm，1.2μm，1.3μm，1.55μm等等下在硅中可以形成結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，通過波長(zhǎng)漂移標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)可獲得非常規(guī)波長(zhǎng)。超短脈沖可避免在焦點(diǎn)外過量加熱沖擊靶區(qū)域，以及相關(guān)的間接損害。通過超短脈沖的多焦點(diǎn)微加工可能有利于半導(dǎo)體基片的劃片和切割。例如，多個(gè)伸長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)可能比通過單程形成材料內(nèi)的內(nèi)部線可獲得的具有更干凈的芯片分離。實(shí)驗(yàn)演示結(jié)果1.超短波脈沖激光劃片如圖19所示，通過單程激光束，利用20X非球面聚焦物鏡(8-mm焦距)在100-μm厚的藍(lán)寶石晶片中同時(shí)加工了一對(duì)劃片線(表面槽70和亞表面劃片結(jié)構(gòu)71)。切割面表現(xiàn)出良好的質(zhì)量。掃描速度是40mm/s(非最佳)。對(duì)于只有表面劃片線的情況，利用相同的激光脈沖能量和重復(fù)率，并且在同樣的加工條件下(周圍大氣環(huán)境等)，產(chǎn)生材料的良好切割的最快劃片速度是～20mm/s。2.超短脈沖激光焊接在多個(gè)激光脈沖被吸收在待焊接材料的特定區(qū)域內(nèi)后，發(fā)生材料的加熱、熔化和混合，并且一旦冷卻后，分離的材料熔融在一起。將材料焊接在一起所需的脈沖數(shù)量取決于其它工藝變量(激光能量，脈沖重復(fù)率，聚焦幾何形狀等)，以及材料的物理屬性。例如，具有高導(dǎo)熱性和高熔化溫度組合的材料要求較高的脈沖重復(fù)率和較低的平移速度，以便在用于發(fā)生焊接的照射體積內(nèi)獲得足夠的熱積聚。A.聚碳酸酯焊接用高重復(fù)率的實(shí)驗(yàn)，在脈沖重復(fù)率為200kHz下工作并且波長(zhǎng)為1045nm的飛秒脈沖激光源導(dǎo)致了兩個(gè)光學(xué)透明材料的激光連接。具體地講，～2μJ激光脈沖用100mm焦距透鏡穿過透明聚碳酸酯的1/4”厚片的頂面進(jìn)行聚焦，并且在它的底面上與透明聚碳酸酯的類似大小片的頂面面接。聚碳酸酯片被線性平移并且位于垂直于激光傳播方向的平面中，保持定位接近材料界面的光束聚焦區(qū)。兩個(gè)工件(片)在激光照射的界面被熔融在一起，并且需要較大的力來(lái)將它們彼此分開。B.熔融石英焊接利用40X非球面透鏡和5MHz的激光重復(fù)率將200-μm厚的熔融石英板焊接至1-mm厚的熔融石英板。激光的1/e2光束直徑是～3.6mm并且非球面透鏡焦距是4.5mm，導(dǎo)致工作NA(數(shù)值孔徑)為～0.37。圖20示出了熔融石英中的焊接結(jié)構(gòu)，圖像取自在斷開兩個(gè)石英板之前和之后。第一個(gè)圖像(a)示出了完好的焊接結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出平滑熔化玻璃的區(qū)域，而隨后的圖像(b)和(c)示出了在焊接斷裂后的兩塊玻璃的表面，展示了斷裂玻璃的面。焊接速度的范圍從0.1-1.0mm/s，雖然速度大于5mm/s是可行的，并且最大速度可以隨增大的脈沖重復(fù)率而增加。所述工藝的額定能流范圍是5-15J/cm2并且額定脈沖持續(xù)時(shí)間范圍是10-1000fs。在所述能流和脈沖持續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)，額定脈沖重復(fù)率范圍是1-50MHz。通過嚴(yán)格的工藝優(yōu)化，所述范圍可以擴(kuò)展至能流、脈沖持續(xù)時(shí)間和重復(fù)率分別為1-100J/cm2，1fs-500ps和100kHz-100MHz。高重復(fù)率優(yōu)選用于在熔融石英中熔化的最初時(shí)進(jìn)行足夠的熱量積累。通過以類似的重復(fù)率可獲得更高的能量脈沖，更松散的聚焦可能產(chǎn)生具有所需能流的更大聚焦體。該焊接聚焦體的尺寸和形狀可以根據(jù)待焊接的區(qū)域進(jìn)行調(diào)整。3.可見/不可見的激光標(biāo)記圖21示出了玻璃樣品，其中箭頭標(biāo)記由綠光源從側(cè)面照射。這里，箭頭圖案是清晰可見的。圖8-10的圖示示出了箭頭圖案的細(xì)節(jié)，其中垂直于照射光源(在這里是綠光)處于不同深度的線由緊密聚焦的激光產(chǎn)生。用于形成所述標(biāo)記的激光參數(shù)和掃描速度可以在下面的表中找到。圖22示出了相同的玻璃樣品，其中照明光源關(guān)閉。顯然，不能看見箭頭圖案。圖23示出了用于限定圖21中箭頭標(biāo)記的單獨(dú)像素的顯微鏡照片。圖24(a)示出了玻璃內(nèi)部裝飾圖案的照片而圖24(b)示出了單獨(dú)標(biāo)記的顯微鏡圖像。圖24(b)中的標(biāo)記的尺寸大約是200μm并且非常粗糙，由若干個(gè)從中心向各方延伸的不同裂紋組成。圖23的像素由一系列平行線構(gòu)成，每一根線大約10μm寬并且250μm長(zhǎng)。線間隔為50μm。圖23和24(b)中結(jié)構(gòu)之間在尺寸上的不同和平滑度差異解釋了為什么圖24(a)中的玻璃雕刻在大多數(shù)光照條件下是清晰可見的，而在圖21和22中的箭頭需要側(cè)面照明才能看見。所產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的尺寸和平滑度由脈沖能量，脈沖持續(xù)時(shí)間，激光的波長(zhǎng)和光速通過靶的平移速度進(jìn)行控制。最佳參數(shù)取決于具體的靶材料。圖23中像素的可見性可以通過控制像素中每條線的寬度和長(zhǎng)度和像素內(nèi)的線密度以及平滑度來(lái)控制。因此，一種用于在透明材料的表面下產(chǎn)生激光改性結(jié)構(gòu)的可見圖案的方法通過首先利用緊密聚焦的超快脈沖激光在材料內(nèi)的不同深度處形成多條線，同時(shí)通過控制所述激光的參數(shù)(如上所述)來(lái)控制粗糙度進(jìn)行。隨后利用光傳播或定向大體垂直于線來(lái)照射線。通過這種方式形成的圖案當(dāng)從垂直方向照射時(shí)對(duì)于肉眼來(lái)說是清晰可見的，雖然這些圖案在沒有光照時(shí)對(duì)于肉眼來(lái)說基本上是不可見的；即，如圖22中在正常環(huán)境光條件下。通過將聚焦光源引導(dǎo)到線上或者通過經(jīng)由具有選定以有效照亮圖案的輸出數(shù)值孔徑的光波導(dǎo)將光引導(dǎo)向線來(lái)進(jìn)行照明。不同的所述線，例如不同像素的線，可以相對(duì)于彼此成定義的角度，并且可以通過設(shè)置多個(gè)光源以便它們各自定向光大體垂直于所述線的子集被分別或同時(shí)照亮。通過聚碳酸酯樣品和與玻璃的比較也獲得了結(jié)果。圖25a和25b示出了從玻璃(左圖，a)和聚碳酸酯(右圖，b)樣品獲得的各自的截面。圖24a和24b示出了用納秒脈沖制成的標(biāo)記，其中圖24b是圖24a中圖案的一部分的展開圖。所述圖像利用具有亮場(chǎng)照明的光學(xué)顯微鏡取得。在聚碳酸酯中的標(biāo)記具有較窄的寬度以及類似的深度，暗示更好的可見性權(quán)衡(visibilitytrade-off)。將圖25a和25b中的標(biāo)記與圖24a和24b所示由長(zhǎng)脈沖激光制成的裝飾性蝕刻標(biāo)記相比較是有啟發(fā)性的。長(zhǎng)脈沖激光標(biāo)記更大并且球面對(duì)稱，使得它在大多數(shù)照明條件下從所有方向都清晰可見。另外，聚碳酸酯的另一優(yōu)點(diǎn)與激光加工參數(shù)有關(guān)。對(duì)于聚碳酸酯，下表中示出了所產(chǎn)生的在脈沖能量上具有超過十倍的減少的在加工速度上的增大。聚合物的材料改性閾值通常低于玻璃的材料改性閾值。一個(gè)有趣的觀察是在玻璃和在聚碳酸酯中的材料改性過程看起來(lái)是不同的。對(duì)于玻璃，微裂紋多半是由微爆造成的。當(dāng)激光焦點(diǎn)接近表面時(shí)，裂痕可傳播到表面。對(duì)于聚碳酸酯，它看起來(lái)不是微爆炸過程，而是更溫和，因此需要更低的脈沖能量。當(dāng)光束在表面附近聚焦時(shí)，沒有表面改性。加工條件玻璃PC脈沖能量13μJ0.5μJ脈沖持續(xù)時(shí)間200ps500fs激光重復(fù)率50KHz100KHz平移速度1mm/s50mm/s**：1m/s以2MHz重復(fù)率用于聚碳酸酯的較低能流并不必然涉及較短的脈沖，如利用500fs脈沖從玻璃上的數(shù)據(jù)所確定的，在這里較短的脈沖導(dǎo)致更少的散射?？赡芾枚逃诖蠹s10ps的超短脈沖在玻璃中進(jìn)行材料改性過程導(dǎo)致折射率的變化，并且與微裂紋相比不會(huì)散射同樣多的光。在任何情況，脈沖能量降低至0.5μJ以及相應(yīng)的速度增加提供了相當(dāng)大的進(jìn)步和適用性。類似于圖13所示的反射標(biāo)記形成在顯微鏡用蓋片玻璃，窗玻璃，和耐化學(xué)硼硅玻璃的樣品中。我們的測(cè)試結(jié)果顯示可以利用脈沖持續(xù)時(shí)間在大約300fs-大約25ps范圍內(nèi)，在表面下聚焦的脈沖的數(shù)值孔徑在0.3和0.55之間的超短脈沖形成反射標(biāo)記。以重復(fù)率為50kHz和100kHz產(chǎn)生激光脈沖。實(shí)驗(yàn)中的平均功率達(dá)到1W，激光掃描速度達(dá)到200mm/s。用于形成反射標(biāo)記的激光參數(shù)在幾個(gè)方面不同于散射標(biāo)記參數(shù)。使用較短的脈沖持續(xù)時(shí)間來(lái)形成反射標(biāo)記，例如脈沖持續(xù)時(shí)間在大約300fs-25ps的范圍內(nèi)。長(zhǎng)得多的脈沖，例如大約200ps，適于在相同的加工材料中(例如窗玻璃)制成一些散射標(biāo)記。此外，實(shí)驗(yàn)示出了更大范圍的速度和功率水平可適于制成反射標(biāo)記。相反的，較低的重復(fù)率以高得多的平均功率，用降低的掃描速度(例如達(dá)到1mm/s)最好用于在玻璃中形成散射標(biāo)記。不過，低功率、短脈沖足以在塑料樣品中制成散射標(biāo)記。4.0多焦點(diǎn)加工示例實(shí)驗(yàn)利用如圖5c所示的波長(zhǎng)組合工藝來(lái)進(jìn)行，并且包括初步單光束實(shí)驗(yàn)以測(cè)試在不同深度的結(jié)構(gòu)形成，并且調(diào)整參數(shù)以避免碎裂。加工鈉鈣玻璃，鋼化玻璃，和藍(lán)寶石樣品。由于其低激光改性閾值和低成本，首先測(cè)試具有1mm厚度的鈉鈣玻璃(例如顯微鏡載片)。因?yàn)閺V泛的工業(yè)應(yīng)用和用激光加工的潛在挑戰(zhàn)，鋼化玻璃和藍(lán)寶石具有相當(dāng)大的關(guān)注度。由于抗劃傷性，彎曲耐受性和堅(jiān)固性，鋼化玻璃被用在多種工業(yè)應(yīng)用中。玻璃可以通過熱、化學(xué)或其它工藝進(jìn)行鋼化，以便接近表面的材料在壓應(yīng)力作用下而接近中心的材料在張應(yīng)力作用下。在壓應(yīng)力作用下的接近表面的玻璃更能抗劃傷?；瘜W(xué)工藝通過使鉀原子擴(kuò)散入鋁硅玻璃結(jié)構(gòu)用于鋼化玻璃。為了增加表面強(qiáng)度和抗磨損/劃傷，可以用化學(xué)方法將蓋玻璃鋼化在表面上。所述鋼化工藝在玻璃表面上引入壓力而在其它地方引入張力，這對(duì)于加工可能是挑戰(zhàn)。超短加工的結(jié)果在下文說明。在玻璃表面下聚焦的超短脈沖束可以沿希望的斷開或切割方向形成線或其它結(jié)構(gòu)。通過在玻璃的中心(在這里應(yīng)力分布更為對(duì)稱并且在張應(yīng)力下)開始切割，與在表面進(jìn)行切割相比可獲得對(duì)斷裂動(dòng)作更好的控制。小于約10ps的脈沖寬度是合適的，并且優(yōu)選亞皮秒脈沖。在一些實(shí)施例中，可以采用數(shù)十皮秒的脈沖寬度。多程通過可用于切割鋼化玻璃，其中最初程(單程或多程)形成一些材料改性，但沒有裂紋或斷裂。隨后程的激光通過然后可用于沿最初的激光改性路徑產(chǎn)生和傳播裂紋。不過，速度是被限制的。一些實(shí)驗(yàn)表明，如果應(yīng)力分布被破壞，化學(xué)方法的鋼化玻璃易于碎裂?？赡艽┻^化學(xué)方法鋼化玻璃的厚度的應(yīng)力分布不同于熱方法的鋼化玻璃。不過，與僅是表面劃片相比，多焦點(diǎn)微加工確實(shí)形成更平滑的斷裂表面。A.鋼化玻璃用超短激光脈沖，包括雙波長(zhǎng)，多光束加工來(lái)測(cè)試對(duì)鋼化玻璃進(jìn)行劃片和斷開的能力。在這些實(shí)施例中使用700μm厚的蓋玻璃板。一些商用鋼化玻璃專門設(shè)計(jì)用于便攜式電子產(chǎn)品，例如用作觸摸屏，具有用化學(xué)方法的鋼化表面并且厚度從700μm-2mm。在不同深度劃片－多次掃描為了避免可能的碎裂，首先在樣品正表面之下的～240μm處測(cè)試激光照射線，并隨后逐漸上升至表面之上～120μm。FCPAμJewelD-1000激光系統(tǒng)被用于鋼化玻璃的劃片，具有以下參數(shù)：激光：IMRAFCPAμJewelD-1000波長(zhǎng)：SHG@523nm脈沖重復(fù)率：100kHz聚焦透鏡：為SHG涂層的16X非球面激光功率：400mWSHG掃描速度：20mm/s焦點(diǎn)深度：-240μm(內(nèi)部)至+120μm(表面之上)圖26a示出了用上述激光參數(shù)獲得的一系列圖像，其中某些結(jié)果顯示依賴于相對(duì)于玻璃的頂面和底面的聚焦位置。第一排對(duì)應(yīng)于激光焦點(diǎn)從-240μm(玻璃內(nèi)部)調(diào)整至+120μm(玻璃外部)到樣品正面的激光照射線的俯視圖像。第二排示出了當(dāng)樣品被翻轉(zhuǎn)并且激光焦點(diǎn)從-240μm(玻璃內(nèi)部)調(diào)整至+80μm(玻璃外部)到樣品背面時(shí)具有類似條件的激光加工線。在本實(shí)驗(yàn)中，正面附近或正面上的劃片線具有與背面附近或背面上的劃片線不同的特征?；氐綀D4的示例，示出了接近光束腰的示例光束聚焦體等強(qiáng)度輪廓，包括具有軸向變化直徑的凹形的外部輪廓(例如，類似于“啞鈴”)。當(dāng)用不同激光參數(shù)和聚焦條件加工不同材料時(shí)，光束內(nèi)能流超過燒蝕閾值的位置不必然在焦點(diǎn)處，而是可以在外部輪廓位置。因此，根據(jù)所用的聚焦體的部分，可能在不同深度處設(shè)置光束焦點(diǎn)以產(chǎn)生不同的改性結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在加工結(jié)構(gòu)的深度上的改進(jìn)的控制。在本例中，當(dāng)光束焦點(diǎn)接近正面或在正面上時(shí)注意到接近燒蝕線的裂紋。對(duì)于背面，對(duì)于相同范圍的加工條件所述裂紋不出現(xiàn)。這暗示了穿過鋼化玻璃厚度的應(yīng)力分布不是對(duì)稱的。鋼化玻璃被稍微彎曲：正面是凹入的，而背面是凸出的。這可能由玻璃壓延過程中引入的應(yīng)力，或在玻璃正面和背面上不均勻程度的鋼化而造成。在任何情況，深度掃描曝光證實(shí)了鋼化玻璃在飛秒激光表面或內(nèi)部加工下不會(huì)碎裂。令人吃驚的是，只有當(dāng)焦點(diǎn)在正面之下或在正面之上時(shí)出現(xiàn)裂紋，但是當(dāng)在正面上聚焦時(shí)沒有裂紋。無(wú)需贊同任何特別理論，可能當(dāng)光束在正面之下聚焦時(shí)，一些材料改性發(fā)生，隨后釋放張力并產(chǎn)生裂紋。然后表面被燒蝕。+80μm的情況不同。用不同功率的燒蝕實(shí)驗(yàn)顯示在表面上聚焦從不產(chǎn)生所述裂紋。劃片和斷裂隨后對(duì)玻璃的劃片和斷裂過程進(jìn)行測(cè)試。首先，使用由20mm/s掃描速度、400mWSHG功率和在-30μm處的激光焦點(diǎn)形成的單表面燒蝕線。圖26b-l示出了玻璃的斷裂面，具有裂紋的痕跡(左)和表面粗糙度(右)。通過在不同深度的多次掃描減少了裂紋。圖26b-2示出了當(dāng)采用四程(次)激光通過時(shí)的斷裂面：表面燒蝕在Z＝-30μm，并且內(nèi)部標(biāo)記分別位于-700μm，-450μm，-300μm。內(nèi)部改性的痕跡在這些圖像中可以檢測(cè)到。共線雙波長(zhǎng)劃片和斷裂對(duì)于鋼化玻璃還測(cè)試了共線雙色劃片。探究了廣泛范圍的功率組合(SHG和IR)。玻璃利落地?cái)嚅_具有下列參數(shù)：激光：IMRAFCPAμJewelD-1000脈沖重復(fù)率：100kHz波長(zhǎng)：SHG和IR功率：150mWSHG，和460mWIR焦點(diǎn)：IR在表面處，SHG在表面之下的～200μm掃描速度：20mm/s圖26c示出了在共線雙過程后的光潔斷面，分別用5X和50X顯微鏡物鏡獲取。可以觀察到(右圖)頂面損壞極小并且沒有裂紋的跡象。在斷面的底部附近可以看到意想不到的多條水平線(左圖)，但是不限制加工；獲得了光潔的斷面。結(jié)果表明共線超短脈沖可與多焦點(diǎn)光束發(fā)生器一起使用以形成基片內(nèi)的多個(gè)結(jié)構(gòu)，并且加工鋼化玻璃以便能夠獲得清晰分離。另外，通過的次數(shù)可被減少并且總體速度增大。B.藍(lán)寶石還針對(duì)藍(lán)寶石進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。產(chǎn)生了兩種不同的亞表面結(jié)構(gòu)。不過，沒有獲得沿劃片線的成功斷開。相對(duì)于亞表面結(jié)構(gòu)的尺寸，晶片厚度為大約0.5mm可能限制了本測(cè)試晶片的加工。所述大厚度可能對(duì)于所形成的劃片改性的尺寸是過多的。圖26d中在各自深度的兩條線分隔25μm。在不同深度的另外共線劃片通過程預(yù)計(jì)提供可接受的切割結(jié)果。不同的實(shí)施例和特征因此，發(fā)明人公開了利用超短激光的透明材料加工的方法和系統(tǒng)，以及由此制成的物品。加工包括但不限于切割、劃片、焊接、標(biāo)記和/或連接。可以采用不同組合的空間和時(shí)間加工，例如順序加工或并行加工。至少一個(gè)實(shí)施例中包括對(duì)透明材料進(jìn)行劃片的方法。該方法包括利用超短激光脈沖的聚焦光束的單次掃描，同時(shí)在材料中形成表面槽和在材料體內(nèi)形成至少一個(gè)改性區(qū)域。至少一個(gè)實(shí)施例包括對(duì)透明材料進(jìn)行劃片的方法。該方法包括利用超短激光脈沖的聚焦光束的單次掃描，同時(shí)在材料體內(nèi)形成多個(gè)改性區(qū)域。至少一個(gè)實(shí)施例通過超短激光脈沖的聚焦光束的單次掃描產(chǎn)生在深度方向上的兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)劃片的透明材料。至少一個(gè)實(shí)施例包括焊接透明材料的方法。所述方法包括將超短激光脈沖的光束聚焦在材料之間的界面附近，并且以一重復(fù)率產(chǎn)生超短激光脈沖，且所述超短激光脈沖具有一個(gè)或多個(gè)能流區(qū)域足以引起材料在界面處的局部熔化。至少一個(gè)實(shí)施例包括焊接透明材料的方法。所述方法包括將超短激光脈沖的光束導(dǎo)向材料間的界面附近，在接近光束的至少一個(gè)高強(qiáng)(亮)度區(qū)域引起能量的非線性吸收，并且在所述區(qū)域用足以引起材料局部熔化的重復(fù)脈沖堆積和積聚熱量。至少一個(gè)實(shí)施例包括在待焊接的兩個(gè)相對(duì)表面之間的界面形成凸起的脊以填充不能通過單獨(dú)焊接連接的間隙的方法。所述方法包括在要形成所述脊的兩個(gè)相對(duì)表面的一個(gè)或兩個(gè)之下聚焦超短激光脈沖，以使脊凸起，并隨后激光焊接凸起的脊和相對(duì)表面或者脊。至少一個(gè)實(shí)施例包括焊接透明材料的光學(xué)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括產(chǎn)生飛秒到皮秒范圍超短激光脈沖的光束的激光系統(tǒng)，和用于聚焦材料間界面附近的光束的聚焦元件，其中激光系統(tǒng)具有脈沖重復(fù)率，并且脈沖具有較高能流區(qū)域，累積足以引起材料在界面處的局部熔化。至少一個(gè)實(shí)施例包括焊接材料的光學(xué)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括產(chǎn)生超短激光脈沖的光束的激光系統(tǒng)，和用于在材料間的界面附近聚焦光束的聚焦元件。在界面處的光束具有的強(qiáng)度不足以燒蝕材料，但是激光系統(tǒng)具有的脈沖重復(fù)率高到足以累積地引起材料在界面處的局部熔化。至少一種材料對(duì)于激光系統(tǒng)的波長(zhǎng)是透明的。至少一個(gè)實(shí)施例包括焊接透明材料的方法。所述方法包括將超短激光脈沖的光束引向材料間的界面附近，和光學(xué)控制一個(gè)或多個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域在材料體內(nèi)的形成和空間位置，以便僅在一個(gè)或者多個(gè)區(qū)域內(nèi)引起材料的熔化。至少一個(gè)實(shí)施例包括在透明材料的表面之下生成激光改性結(jié)構(gòu)的圖案的方法。所述方法包括：利用緊密聚焦的超短激光脈沖在材料內(nèi)部的不同深度形成多條線；通過控制激光的參數(shù)來(lái)控制線的粗糙度；和利用大體垂直于所述線傳播的光來(lái)照射線。在不同的實(shí)施例中：當(dāng)垂直照射時(shí)圖案對(duì)于肉眼是清晰可見的，并且在環(huán)境光線下對(duì)于肉眼基本上是不可見的。照射步驟通過將聚焦光源引導(dǎo)到線上或者通過將光經(jīng)由具有選定以有效照亮圖案的輸出數(shù)值孔徑的光波導(dǎo)引向所述線來(lái)進(jìn)行。不同的線相對(duì)于彼此成定義的角度，并且照射步驟通過從多個(gè)光源將光引向線來(lái)進(jìn)行，其中所述多個(gè)光源中的每一個(gè)沿大體垂直于所述線子集的方向引導(dǎo)光。超短脈沖的脈沖寬度小于約1ns，并且透明材料包括透明聚合物。緊密聚焦超短脈沖內(nèi)的總能量小于約20μJ?？刂瓢ㄕ{(diào)整散射對(duì)比度和散射角中的至少一個(gè)。透明材料包括聚碳酸酯，并且緊密聚焦超短脈沖的脈沖寬度小于約1ps，脈沖能量小于約1μJ。在超短脈沖和材料之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；并且所述方法包括通過控制所述激光和所述運(yùn)動(dòng)的參數(shù)使得圖案的截面積沿觀察方向比沿照射方向更小來(lái)控制所述線的深度對(duì)寬度的縱橫比。至少一個(gè)實(shí)施例包括通過控制各線的寬度、長(zhǎng)度和平滑度以及構(gòu)成標(biāo)記的線的密度來(lái)控制在透明材料中激光引起的亞表面標(biāo)記的可見性的方法。至少一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生具有由激光形成的亞表面標(biāo)記的圖案的材料，其中標(biāo)記由材料內(nèi)不同深度處的線形成，只有當(dāng)用定向大體垂直于線的光源照射時(shí)線對(duì)于肉眼是基本上可見的。至少一個(gè)實(shí)施例包括產(chǎn)生可檢測(cè)空間圖案來(lái)響應(yīng)受控輻射的設(shè)備。所述設(shè)備包括：其內(nèi)形成有至少一個(gè)結(jié)構(gòu)的基本透明介質(zhì)，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)具有深度，寬度，和物理特性用于產(chǎn)生沿檢測(cè)方向的可檢測(cè)輻射來(lái)響應(yīng)沿輻射方向入射的受控輻射，可檢測(cè)輻射表示空間圖案。至少所述物理特性基本上限制沿檢測(cè)方向的檢測(cè)來(lái)響應(yīng)不想要的輻射。在不同的實(shí)施例中：所述設(shè)備包括結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)填充對(duì)應(yīng)于圖案的幾何形狀。所述設(shè)備包括結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)形成在介質(zhì)內(nèi)的不同深度處以便產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)可檢測(cè)空間圖案來(lái)響應(yīng)在深度上的受控輻射，從而提供可切換空間圖案。所述設(shè)備包括多層透明材料，并且在深度上受控的輻射通過層內(nèi)全內(nèi)反射被限制以便只輻射層內(nèi)或接近層的結(jié)構(gòu)。受控輻射的至少一部分沿至少第二方向入射，并且結(jié)構(gòu)在多個(gè)定向形成。所述設(shè)備包括設(shè)備內(nèi)的至少一個(gè)區(qū)域，它被設(shè)置成從至少一個(gè)(光)源接收輻射并沿第一方向引導(dǎo)輻射以便產(chǎn)生受控的輻射。深度對(duì)寬度的比率大于約10。所述設(shè)備包括具有柔性和基本上防碎的特性中的至少一個(gè)的材料。所述介質(zhì)包括兩個(gè)或更多個(gè)不同的透明材料，至少一個(gè)材料具有柔性和基本上防碎的特性中的至少一個(gè)。所述設(shè)備的至少一部分包括聚合物。所述設(shè)備的至少一部分包括聚碳酸酯。所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)利用一個(gè)或多個(gè)聚焦超短激光脈沖形成。所述結(jié)構(gòu)形成為陣列，并且所述陣列選擇性地輻射以投影空間圖案。所述結(jié)構(gòu)形成陣列，并且其中來(lái)自陣列元件的可檢測(cè)輻射由于輻射或物理特性中的至少一個(gè)而不同，其中圖案對(duì)應(yīng)于灰度圖案。至少一個(gè)實(shí)施例包括在透明材料的表面之下產(chǎn)生激光改性結(jié)構(gòu)的圖案的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：激光亞系統(tǒng)，產(chǎn)生脈沖寬度在約10fs到約500ps的范圍內(nèi)的脈沖。包括了定位系統(tǒng)，以定位脈沖相對(duì)于材料的位置，以及光學(xué)系統(tǒng)以聚焦脈沖并在材料內(nèi)形成至少一個(gè)結(jié)構(gòu)。所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)具有深度、寬度和物理特性，所述物理特性用于沿檢測(cè)方向產(chǎn)生可檢測(cè)輻射來(lái)響應(yīng)沿第一輻射方向入射的受控輻射。在不同的實(shí)施例中：脈沖的脈沖寬度在約100fs-約200ps的范圍內(nèi)，并且其中激光源包括基于光纖的啁啾脈沖放大器系統(tǒng)。至少一個(gè)實(shí)施例包括系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有產(chǎn)生可檢測(cè)空間圖案來(lái)響應(yīng)受控輻射的設(shè)備；和照明器，它用于選擇性地輻射所述設(shè)備以便形成至少一個(gè)可檢測(cè)空間圖案。在不同的實(shí)施例中：用于選擇性輻射的裝置包括多個(gè)輻射源。用于輻射的裝置包括非球面光學(xué)部件，它用于產(chǎn)生伸長(zhǎng)的光束并用于沿第一輻射方向投影伸長(zhǎng)的光束。所述系統(tǒng)包括沿檢測(cè)方向設(shè)置的檢測(cè)系統(tǒng)。用于輻射的裝置包括掃描機(jī)構(gòu)，以選擇性地輻射所述設(shè)備的至少一部分。至少一個(gè)實(shí)施例包括用于改性透明材料的基于激光的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：產(chǎn)生脈沖激光輸出的脈沖激光裝置和接收輸出的多焦點(diǎn)光束發(fā)生器。所述發(fā)生器被設(shè)置成利用輸出形成多個(gè)聚焦光束，每個(gè)聚焦光束具有光束腰，所述光束腰在深度上相對(duì)于材料間隔，其中所述多個(gè)聚焦光束的至少一個(gè)光束腰在材料內(nèi)并導(dǎo)致材料的改性。包括了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，以在材料和聚焦光束之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)?？刂破鞅贿B接至脈沖激光裝置和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，并控制系統(tǒng)使得在相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間形成多個(gè)聚焦光束。在不同的實(shí)施例中：多焦點(diǎn)光束發(fā)生器包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，并且聚焦光束包括多個(gè)波長(zhǎng)。第一波長(zhǎng)是IR波長(zhǎng)，而第二波長(zhǎng)是長(zhǎng)于材料的吸收邊緣的可見或近UV波長(zhǎng)。多焦點(diǎn)光束發(fā)生器包括偏振元件，并且聚焦光束包括多個(gè)偏振。偏振包括圓偏振。在深度上間隔的光束腰沿聚焦光束的傳播方向形成在共線位置。多個(gè)聚焦光束形成在輻照時(shí)間間隔期間，并且時(shí)間間隔期間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的相對(duì)位移小于大約聚焦光束的光束腰直徑。在深度上間隔的光束腰大致沿表面的法向方向形成，并且在對(duì)應(yīng)于大致垂直于表面的平面的一部分的局部區(qū)域內(nèi)。聚焦光束在小于約10ns的輻照時(shí)間間隔期間形成，并且相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括在約1mm/秒直到約10m/秒范圍內(nèi)的速度。至少一個(gè)產(chǎn)生的脈沖輸出包括脈沖寬度在約10fs到100ps范圍內(nèi)的激光脈沖。多焦點(diǎn)光束發(fā)生器包括光束分束器和光束組合器，被設(shè)置成沿多個(gè)光學(xué)路徑傳播光束，和聚焦元件，被設(shè)置成控制光束的聚焦和形成在深度上間隔的光束腰。所述系統(tǒng)包括光束偏轉(zhuǎn)器并且系統(tǒng)包括設(shè)置在材料和光束偏轉(zhuǎn)器之間的掃描透鏡。脈沖激光裝置產(chǎn)生重復(fù)率在約10KHz到100MHz范圍內(nèi)的激光輸出脈沖，并且多焦點(diǎn)光束發(fā)生器被設(shè)置成以所述重復(fù)率形成多個(gè)聚焦光束。多焦點(diǎn)光束發(fā)生器包括衍射光學(xué)元件(DOE)，它形成至少兩個(gè)在深度上間隔的聚焦光束部分。至少一個(gè)實(shí)施例包括用于改性材料的基于激光的方法。所述方法包括：產(chǎn)生脈沖激光束；形成多個(gè)聚焦脈沖光束，每個(gè)光束具有光束腰，所述光束腰相對(duì)于材料在深度上間隔，所述光束腰中的至少一個(gè)在材料內(nèi)并導(dǎo)致材料內(nèi)的材料改性產(chǎn)生至少一個(gè)亞表面結(jié)構(gòu)；所述方法包括在材料和聚焦光束之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。所述方法包括控制所述形成和運(yùn)動(dòng)使得在運(yùn)動(dòng)期間形成多個(gè)聚焦脈沖光束。在不同的實(shí)施例中：形成至少一個(gè)亞表面結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括伸長(zhǎng)形狀和圓形中的至少一個(gè)。所述結(jié)構(gòu)以在深度上間隔形成，導(dǎo)致在機(jī)械分離過程期間材料的清晰分離。所述材料包括鋼化玻璃。所述材料包括藍(lán)寶石，或半導(dǎo)體，并且聚焦脈沖光束包括材料高度透射的波長(zhǎng)。形成所述結(jié)構(gòu)以改性材料的表面部分和亞表面部分。至少一個(gè)聚焦脈沖光束包括脈沖寬度小于約100ps的脈沖。至少一個(gè)聚焦光束在材料內(nèi)形成范圍在約1J/cm2到150J/cm2的能流。至少一個(gè)實(shí)施例包括用于材料改性的基于激光的方法。所述方法包括沿共線方向聚焦和傳送多個(gè)激光束以便形成多個(gè)結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)結(jié)構(gòu)具有相對(duì)于材料在深度上的空間排列，并且在脈沖和材料之間的受控相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間形成。在不同的實(shí)施例中：預(yù)選所述空間排列以便在分離過程期間提供材料的清晰分離。至少一個(gè)實(shí)施例包括由上述方法制成的物品，具有基于激光的材料改性，并具有分離材料以獲得物品的材料部分的附加步驟。至少一個(gè)實(shí)施例包括用于改性材料的基于激光的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：產(chǎn)生脈沖激光束的脈沖激光裝置；用于形成相對(duì)于材料在深度上間隔的多個(gè)聚焦脈沖光束的裝置，所述多個(gè)聚焦脈沖光束中的至少一個(gè)具有光束腰，所述光束腰形成在材料內(nèi)并導(dǎo)致材料內(nèi)的材料改性產(chǎn)生至少一個(gè)亞表面結(jié)構(gòu)。所述系統(tǒng)還包括用于在材料和聚焦光束間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置。包括了控制器，用于控制所述形成和運(yùn)動(dòng)使得在運(yùn)動(dòng)期間形成所述多個(gè)聚焦脈沖光束。在不同的實(shí)施例中：多個(gè)光束同時(shí)形成?？刂破鞅贿B接至多焦點(diǎn)光束發(fā)生器?？刂破鞅辉O(shè)置成控制偏振、波長(zhǎng)、能流和光束腰位置中的至少一個(gè)。光束腰由小于光束腰直徑的深度分隔形成。形成了多個(gè)亞表面結(jié)構(gòu)，其具有沿相對(duì)于材料的深度方向的空間重疊。聚焦和傳送同時(shí)形成所述結(jié)構(gòu)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，在劃片和分割過程中使用多個(gè)在深度上聚焦的光束。在至少一個(gè)實(shí)施例中，在用于透明材料標(biāo)記的過程中使用多個(gè)在深度上聚焦的光束。在至少一個(gè)實(shí)施例中，在焊接或連接過程中使用多個(gè)在深度上聚焦的光束。在至少一個(gè)實(shí)施例中，多焦點(diǎn)光束發(fā)生器包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和偏振元件，并且被設(shè)置成形成在不同位置或深度聚焦的包括多個(gè)波長(zhǎng)和多個(gè)偏振的聚焦光束。至少一個(gè)實(shí)施例包括在透明材料的表面之下產(chǎn)生激光改性結(jié)構(gòu)的圖案的方法。所述方法包括利用緊密聚焦的超短激光脈沖在不同深度形成多條線，并控制激光參數(shù)使得至少一條線包括具有強(qiáng)鏡面反射分量的擴(kuò)展平面區(qū)域。在不同的實(shí)施例中，采用在約300fs-25ps范圍內(nèi)的脈沖寬度形成反射標(biāo)記。因此，本發(fā)明提供了具有由激光(例如超短脈沖激光)形成的亞表面標(biāo)記圖案的透明材料，其中標(biāo)記由材料內(nèi)處于不同深度的線形成，所述線只有在用定向大體垂直于所述線的光源照明時(shí)對(duì)于肉眼才是基本可見的。因此，盡管本文只具體描述了某些實(shí)施例，顯而易見，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下可以對(duì)其進(jìn)行多種改變。另外，使用縮寫詞只是為了增強(qiáng)說明書和權(quán)利要求書的可讀性。應(yīng)當(dāng)注意，這些縮寫詞不旨在減少所使用術(shù)語(yǔ)的通用性并且它們不應(yīng)被解釋為將權(quán)利要求的范圍限制在本文所述的實(shí)施例。