眾所周知，飛秒激光器幾乎可以切割任何材料，它們應用于顯示、半導體以及其他電子元件或定制件的加工制造。事實上，飛秒激光微加工更精確，可以最大限度地減少對物質的熱影響，從而生產出更高質量的工件。Amplitude團隊多年來致力于飛秒激光器的一個應用：玻璃加工。
玻璃的顯著特點是硬脆性，這給加工帶來很大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的機械玻璃切割技術，如金剛石砂輪切割、噴砂或水射流工藝切割不精確，邊緣缺乏規(guī)則性，且在切割過程中殘存較大且不對稱的邊緣應力，這類方式加工的玻璃邊緣會產生微裂紋、灰塵和碎屑等。對于很多應用，碎屑和局部應力所造成的微小裂痕將造成器件的失效，因而必須進行后道邊緣的打磨與拋光，以強化邊緣才可以達到可接受的質量。另外，機械刀輪加工中還需要一些輔助劑用以輔助切割，輔助劑可能粘在成品邊緣，需要用水清洗或超聲波清洗等處理。后續(xù)處理工序以及低成品率等都將增加成品玻璃制品的成本。此外，當單片玻璃減薄到微米級別時（UTG玻璃），這些傳統(tǒng)的機械切割方式將不再適用。超快激光的獨特優(yōu)勢使加工這些硬脆且超薄的玻璃材料成為可能，采用適當參數的飛秒激光器可以在一次通過非常有限的邊緣情況下進行有效切割[1]。即使對于厚玻璃也是如此，飛秒激光提供了其他玻璃切割技術的替代方案。
超短激光脈沖與類貝塞爾光束相結合可用于玻璃加工。貝塞爾光束對比高斯光束束腰更細、焦深更長，能夠同時吸收沿整個玻璃厚度的超短脈沖的能量。脈沖串（Pulse Bursts）的使用可使玻璃進行更有效地進行激光吸收，并導致從上到下穿過玻璃產生切割所需的裂縫[2]。例如使用這種具有類貝塞爾光束的飛秒激光可進行無論直線或彎曲軌跡的玻璃切割。
Amplitude應用團隊開發(fā)了一種基于飛秒激光，用以精確控制裂縫方向的工藝方式以及配套的玻璃加工光學模組，并利用擴展裂縫的產生來提高玻璃切割工藝的加工效率。該工藝可用于切割薄和超薄玻璃（<200μm）、厚玻璃（> 1mm）甚至多層玻璃或各種易于分離的脆性透明材料，加工后的玻璃表面粗糙度低（<1μm）且無碎屑和崩邊。
圖3利用可以精確控制方向的表面擴展裂紋進行直線和圓角切割 ( 參考文獻 [2] )
該過程的關鍵特征是玻璃吸收的飛秒激光能量產生的擴展裂紋會遠遠超出實際沖擊點的尺寸大小。這一特征顯著加快了加工時間并提高了激光功率的使用效率。對于一定種類和厚度范圍內的玻璃（以<1 mm納鈣玻璃為例），使用亞皮秒或飛秒脈沖可以產生更長的擴展裂紋以進行更有效的加工[3]。在切割薄玻璃上，僅用 10W 的激光功率就可以實現沿直線的超過 ~1m/s 的切割速度和對彎曲部件的超過100mm/s 的切割速度，對于超薄玻璃切割能量不超過30uJ,即可得到崩邊小于0.5um的切割邊緣。
圖4使用不同脈寬切割1mm厚納鈣玻璃的效率（Burst能量為160uJ）( 參考文獻 [3] )
圖5使用最佳參數條件切割超薄石英玻璃獲得<1um崩邊
該工藝也可用于一次切割厚玻璃或多層玻璃 (>1 mm)。Amplitude工藝團隊進行的實驗研究表明，最有效的加工參數是產生一個由 4 到 6 個脈沖組成的脈沖串（Burst），其中子脈沖能量分布平坦。結合一定的光學配置可一次處理3毫米厚的玻璃[3]。該項研究中使用了Amplitude 制造的 Tangor 激光器，并配備了 Femtoburst?? 功能，此功能可以允許用戶對脈沖串模式中各個子脈沖振幅進行進行編程操作，從而精確調控burst的能量分布， 用以定制化地進行材料能量吸收的細致研究。
圖6Amplitude激光器的Femtoburst?? 功能可以對飛秒激光脈沖串模式中不同的子脈沖能量分布進行編程操作 ( 參考文獻 [3] )
表1Burst形狀對玻璃表面產生的擴展裂紋長度的影響
圖7使用最佳參數條件納鈣玻璃切. a-c) 切割1mm厚度的納鈣玻璃. c)裂片后的玻璃截面，每間隔30um處飛秒激光脈沖能量呈現均勻分布.d-e) 一次性切割2.8mm厚的納鈣玻璃 ( 參考文獻 [3] )
這種工藝可用于多種領域如移動設備顯示器制造商，他們使用更薄的玻璃或多層玻璃（例如 LCD）[4]，在消費類電子領域中往往還會使用到鍍膜玻璃，并且通常必須進行加工具有彎曲的角、輪廓形狀和切口，而使用飛秒脈沖的短脈沖加工特性可以有效降低鍍膜層的熱影響區(qū)。許多機械或其他激光方法無法提供此類產品所需的精度和質量水平。我們的技術還可用于切割醫(yī)療行業(yè)的更厚玻璃，甚至用于屏幕保護或汽車行業(yè)的鋼化玻璃。此外，近些年隨著玻璃通孔技術（TGV）的發(fā)展，在三維集成封裝轉接板，MEMS以及Mini LED/Micro LED等使用玻璃通孔基板將是方向和趨勢，此外在光通信、消費類電子、生物芯片等領域也有著對高深徑比孔型的特殊需求。而在TGV技術中，貝塞爾光束加工模組是一個不可或缺的工具，使用該技術可以實現微米甚至亞微米、每平方厘米超25萬的超高密度通孔，如此密集且高速加工的玻璃通孔則要求1. 微孔之間在激光加工中不能出現熱應力導致的微裂紋，2.孔間距必須進行精密控制。Amplitude的飛秒激光器在提供較窄的脈寬用以控制微裂紋產生的同時（<350fs），還提供了一種優(yōu)異的解決方案用以精準地控制觸發(fā)脈沖在材料上的位置精度，該技術采用Amplitude技術團隊開發(fā)的 FemtoTrig?功能，與振蕩器時鐘 ( fosc:40Mhz, jitter:25ns )同步,可獲得更高的加工位置精度(100m/ s, Position Error:2.5um) 的同時，保持恒定的單脈沖能量(<4%能量波動)，適用于高速脈沖加工[5]。
