(57)【要約】  透明被加工物をレーザ加工するための方法は、欠陥を含む輪郭線を形成するステップを含み、上記ステップは、ビーム源によって出力されたパルスレーザビームを、上記ビーム経路から径方向にオフセットして位置決めされた非球面光学素子を通して上記透明被加工物内へと向けることにより、上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた部分が、上記透明被加工物内で誘起吸収を生成し、この誘起吸収が上記透明被加工物内に欠陥を生成することによって、実施される。上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた上記部分は、波長、有効スポットサイズ、並びにｘ方向の最小レイリー範囲及びｙ方向の最小レイリー範囲を有する非軸対称ビーム断面を含み、ここで、２つの最小レイリー範囲の内の小さい方は、ガウスビームのレイリー範囲より著しく大きい。
2019532004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明被加工物をレーザ加工するための方法であって、前記方法は：
前記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップであって、前記輪郭線は、前記透明被加工物内の欠陥を含む、ステップ
を含み、前記輪郭線を形成する前記ステップは：
ビーム経路に沿って配向され、ビーム源によって出力されたパルスレーザビームを、前記ビーム経路から径方向にオフセットして位置決めされた非球面光学素子を通して前記透明被加工物内へと向けることにより、前記パルスレーザビームの、前記透明被加工物内へと向けられた部分が、前記透明被加工物内で誘起吸収を生成するステップであって、前記誘起吸収は、前記透明被加工物内に欠陥を生成し、また前記パルスレーザビームの、前記透明被加工物内へと向けられた前記部分は：
波長λ；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ；並びに
断面ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及び断面ｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを含む、非軸対称ビーム断面
を含む、ステップ
を含み、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000074
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である、方法。
【請求項２】
前記透明被加工物及び前記パルスレーザビームを、前記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、前記透明被加工物内に前記輪郭線に沿った複数の前記欠陥をレーザ形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ワキシコン、ネガティブアキシコン、空間光変調器、回折光学系、又は立方体状の光学素子を備える、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記無次元発散係数ＦＤは、約５０〜約１５００の値を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記パルスレーザビームの、前記透明被加工物内へと向けられる前記部分の前記非軸対称ビーム断面は、スポットサイズパラメータｗ０，ｍａｘを有する長軸と、スポットサイズパラメータｗ０，ｍｉｎを有する短軸とを備え、
ｗ０，ｍａｘはｗ０，ｍｉｎより長く、ｗ０，ｍｉｎに対するｗ０，ｍａｘのアスペクト比は１．３より大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
透明被加工物をレーザ加工するための方法であって、前記方法は：
前記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップであって、前記輪郭線は、前記透明被加工物内の欠陥を含む、ステップ
を含み、前記輪郭線を形成する前記ステップは：
ビーム経路に沿って配向され、ビーム源によって出力されたパルスレーザビームを、非球面光学素子を通して、かつ光学遮断素子を越えて（ここで前記非球面光学素子及び前記光学遮断素子はそれぞれ、前記ビーム源と前記透明被加工物との間に位置決めされる）、前記透明被加工物内へと向けることにより、前記パルスレーザビームの、前記透明被加工物内へと向けられた部分が、前記透明被加工物内で誘起吸収を生成するステップであって、前記誘起吸収は、前記透明被加工物内に欠陥を生成し、また前記パルスレーザビームの、前記透明被加工物内へと向けられた前記部分は：
波長λ；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ；並びに
断面ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及び断面ｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを含む非軸対称断面
を含む、ステップ
を含み、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000075
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である、方法。
【請求項７】
前記方法は、前記透明被加工物及び前記パルスレーザビームを、前記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、前記透明被加工物内に前記輪郭線に沿った複数の前記欠陥をレーザ形成するステップを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記無次元発散係数ＦＤは、約５０〜約１５００の値を有する、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
透明被加工物をレーザ加工するための方法は、前記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップであって、前記輪郭線は、前記透明被加工物内の欠陥を含む、ステップを含み、
前記輪郭線を形成する前記ステップは：
ビーム経路に沿って配向され、ビーム源によって出力されたパルスレーザビームを、非球面光学素子を通るように向けるステップ；
前記ビーム源と前記透明被加工物との間に位置決めされたデコヒーレント化用光学素子を用いて、前記パルスレーザビームの第１のビーム部分を前記パルスレーザビームの第２のビーム部分からデコヒーレント化させるステップ；並びに
前記パルスレーザビームの前記第１のビーム部分及び前記第２のビーム部分を前記透明被加工物内へと向けることにより、前記パルスレーザビームの、前記透明被加工物内へと向けられた前記第１のビーム部分及び前記第２のビーム部分が、前記透明被加工物内で誘起吸収を生成するステップであって、前記誘起吸収は、前記透明被加工物内に欠陥を生成し、また前記透明被加工物内へと向けられた前記第１のビーム部分及び前記第２のビーム部分の組み合わせは：
波長λ；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ；並びに
断面ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及び断面ｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを含む非軸対称断面
を含み、ここでＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000076
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である、ステップ
を含む、方法。
【請求項１０】
前記透明被加工物及び前記パルスレーザビームを、前記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、前記透明被加工物内に前記輪郭線に沿った複数の前記欠陥をレーザ形成するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記無次元発散係数ＦＤは、約１０〜約２０００の値を有する、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記デコヒーレント化用光学素子は光遅延プレートを備え、
前記第１のビーム部分を前記第２のビーム部分からデコヒーレント化する前記ステップは、前記パルスレーザビームの前記第１のビーム部分を、前記光遅延プレートを通るように向けることにより、前記第２のビーム部分に対する前記第１のビーム部分の光位相差を誘発するステップを含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のビーム部分を前記第２のビーム部分からデコヒーレント化する前記ステップは：
前記パルスレーザビームの前記第１のビーム部分が前記透明被加工物において第１の偏光を備えるように、前記パルスレーザビームの前記第１のビーム部分を偏光させるステップ；及び
前記パルスレーザビームの前記第２のビーム部分が前記透明被加工物において第２の偏光を備えるように、前記パルスレーザビームの前記第２のビーム部分を偏光させるステップであって、前記第１の偏光は前記第２の偏光に対して垂直である、ステップ
を含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１６年９月３０日出願の米国仮特許出願第６２／４０２，３３７号の優先権の利益を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は信頼できるものであり、その全体が参照により本出願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は一般に、透明被加工物をレーザ加工するための装置及び方法に関し、より詳細には、透明被加工物を分割するために透明被加工物内に輪郭線を形成することに関する。
【背景技術】
【０００３】
材料のレーザ加工の領域は、様々なタイプの材料の切断、穿孔、フライス加工、溶接、溶融等を伴う広範な用途を包含する。これらのプロセスのうち特に関心の対象となるのは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）用のガラス、サファイア若しくは溶融シリカ、又は電子デバイス用のディスプレイ材料といった材料の製造において利用され得るプロセスにおける、様々なタイプの透明基板の切断又は分割である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プロセス開発及びコストの観点から、ガラス基板の切断及び分割を改善する多くの機会が存在する。現在市場において実施されているものよりも迅速であり、清潔であり、安価であり、再現性が高く、信頼性が高い、ガラス基板の分割方法を得ることが、大きな関心を集めている。従って、ガラス基板を分割するための代替的な改良された方法に対して需要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によると、透明被加工物をレーザ加工するための方法は、上記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップを含み、上記輪郭線は、上記透明被加工物内の欠陥を含む。上記輪郭線を形成する上記ステップは、ビーム経路に沿って配向され、ビーム源によって出力されたパルスレーザビームを、上記ビーム経路から径方向にオフセットして位置決めされた非球面光学素子を通して上記透明被加工物内へと向けることにより、上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた部分が、上記透明被加工物内で誘起吸収を生成するステップを含む。上記誘起吸収は、上記透明被加工物内に欠陥を生成し、また上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた上記部分は、波長λ、有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ、及び非軸対称ビーム断面を含み、上記非軸対称ビーム断面は、断面ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及び断面ｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを含む。更に、ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000003
【０００６】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である。
【０００７】
別の実施形態では、透明被加工物をレーザ加工するための方法は、上記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップを含み、上記輪郭線は、上記透明被加工物内の欠陥を含む。上記輪郭線を形成する上記ステップは、ビーム経路に沿って配向され、ビーム源によって出力されたパルスレーザビームを、非球面光学素子を通して、かつ光学遮断素子を越えて（ここで上記非球面光学素子及び上記光学遮断素子はそれぞれ、上記ビーム源と上記透明被加工物との間に位置決めされる）、上記透明被加工物内へと向けることにより、上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた部分が、上記透明被加工物内で誘起吸収を生成するステップを含む。上記誘起吸収は、上記透明被加工物内に欠陥を生成し、また上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた上記部分は、波長λ、有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ、及び非軸対称断面を含み、上記非軸対称断面は、断面ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及び断面ｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを含む。更に、ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000004
【０００８】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である。
【０００９】
別の実施形態では、透明被加工物をレーザ加工するための方法は、上記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップを含み、上記輪郭線は、上記透明被加工物内の欠陥を含む。上記輪郭線を形成する上記ステップは：ビーム経路に沿って配向され、ビーム源によって出力されたパルスレーザビームを、非球面光学素子を通るように向けるステップ；上記ビーム源と上記透明被加工物との間に位置決めされたデコヒーレント化用光学素子を用いて、上記パルスレーザビームの第１のビーム部分を上記パルスレーザビームの第２のビーム部分からデコヒーレント化させるステップ；並びに上記パルスレーザビームの上記第１のビーム部分及び上記第２のビーム部分を上記透明被加工物内へと向けることにより、上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた上記第１のビーム部分及び上記第２のビーム部分が、上記透明被加工物内で誘起吸収を生成するステップを含む。上記誘起吸収は、上記透明被加工物内に欠陥を生成し、また上記透明被加工物内へと向けられた上記第１のビーム部分及び上記第２のビーム部分の組み合わせは、波長λ、有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ、及び非軸対称断面を含み、上記非軸対称断面は、断面ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及び断面ｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを含み、ここでＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000005
【００１０】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である。
【００１１】
更に別の実施形態では、加工方法は、パルスレーザビームを透明被加工物内に局在化させるステップを含み、上記パルスレーザビームはｚ方向に伝播し、また：（ｉ）波長λ；（ｉｉ）有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ；（ｉｉｉ）上記透明被加工物の損傷閾値を超えるために十分なパルスエネルギ及びパルス持続時間；（ｉｖ）第１の部分及び第２の部分（上記第１の部分は上記第２の部分に対して非コヒーレント状態である）；並びに（ｖ）ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及びｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを有する非軸対称ビーム断面を含む。更に、ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000006
【００１２】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である。
【００１３】
本開示はまた、以下の項を含む：
１．ガラス基板等の透明被加工物をレーザ加工する方法であって、上記方法は：
透明被加工物を提供するステップ；
レーザビームを上記被加工物に向けることによって、上記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップであって、上記輪郭線に沿って上記透明被加工物は分割可能である、ステップ
を含み、
上記レーザビームは、レーザビーム源によって放出されるパルスレーザビームであり、上記パルスレーザビームは上記透明被加工物内に局在化され、上記パルスレーザビームはビーム経路に沿ってｚ方向に伝播し、
上記パルスレーザビームは：
波長λ；
非軸対称ビーム断面；
最大ビーム強度；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ（上記有効スポットサイズは、ビーム強度が上記最大ビーム強度の１／ｅ２まで低下する、上記ビーム伝播経路ｚからいずれの方向の最短径方向距離として定義される）；
上記透明被加工物の損傷閾値を超えることによって、上記透明被加工物内に上記輪郭線を形成する（ここで上記輪郭線は上記透明被加工物内の欠陥を含む）ために、十分なパルスエネルギ及びパルス持続時間
を有し、
上記非軸対称ビーム断面は、ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及びｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを有し、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000007
【００１４】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数であり、上記ｘ及びｙ方向の上記最小レイリー範囲のうちの小さい方は、上記ビームの光学強度が上記最大ビーム強度の１／２まで減少する、上記ビーム経路に沿った距離である、方法。
【００１５】
２．上記レーザビームは、上記透明被加工物の損傷閾値を超えることによって上記輪郭線を形成する（ここで上記輪郭線は上記透明被加工物内の欠陥を含む）ために、十分なパルスエネルギ及びパルス持続時間を有し、上記輪郭線は上記透明被加工物内の欠陥を含み、
好ましくは、上記透明被加工物及び上記パルスレーザビームを上記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、上記透明被加工物内に、上記輪郭線に沿った複数の欠陥をレーザ形成するステップを更に含む、項１に記載の方法。
【００１６】
３．上記非軸対称ビーム断面は、最大スポットサイズパラメータＷｏ，ｍａｘ、最小スポットサイズパラメータＷｏ，ｍｉｎ、及びアスペクト比
2019532004.tif 000008
【００１７】
を有し、
上記アスペクト比は１．１、１．３若しくは２．０より大きいか、又は１．２〜１５．０であるか、又は１．５〜３．０である、項１又は２に記載の加工方法。
【００１８】
４．上記レーザビームは第１の部分及び第２の部分を含み、上記第１の部分は上記第２の部分に対して非コヒーレント状態である、項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【００１９】
５．上記レーザビームは、非球面光学素子を通るように向けられ、これにより、上記レーザビームが上記透明被加工物内で誘起吸収を生成し、
好ましくは、上記非球面光学素子は、上記ビーム経路から径方向にオフセットして位置決めされる、項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【００２０】
６．上記非球面光学素子は上記ビーム経路から径方向に、あるオフセット距離だけオフセットされ、
上記オフセット距離は、上記パルスレーザビームと上記非球面光学素子との間の接触位置における上記パルスレーザビームの断面直径の約１０％〜約７５％の距離である、項５に記載の方法。
【００２１】
７．上記無次元発散係数ＦＤは約１０〜約２０００の値を備え、好ましくは上記無次元発散係数ＦＤは約５０〜約１５００の値を備え、より好ましくは上記無次元発散係数ＦＤは約１００〜約１０００の値を備える、項２〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【００２２】
８．上記欠陥は、中央欠陥領域と、上記透明被加工物内に向けられた上記パルスレーザビームの上記非軸対称ビーム断面の上記長軸に沿って上記中央欠陥領域から外向きに延在する少なくとも１つの径方向アームとを含む、項３〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【００２３】
９．上記ビーム源と上記透明被加工物との間に位置決めされたデコヒーレント化用光学素子を用いて、上記レーザビームの第１のビーム部分を上記レーザビームの第２のビーム部分からデコヒーレント化するステップを更に含み、
好ましくは、上記デコヒーレント化用光学素子は、上記非球面光学素子と上記透明被加工物との間、又は上記ビーム源と上記非球面光学素子との間に位置決めされる、項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【００２４】
１０．上記デコヒーレント化用光学素子は光遅延プレートを備え、
上記第１のビーム部分を上記第２のビーム部分からデコヒーレント化する上記ステップは、上記パルスレーザビームの上記第１のビーム部分を、上記光遅延プレートを通るように向けることにより、上記第２のビーム部分に対する上記第１のビーム部分の位相差を誘発するステップを含む、項９に記載の方法。
【００２５】
１１．上記第１のビーム部分を上記第２のビーム部分からデコヒーレント化する上記ステップは：
上記パルスレーザビームの第１のビーム部分が上記透明被加工物において第１の偏光を有するように、上記パルスレーザビームの第１のビーム部分を偏光させるステップ；及び
上記パルスレーザビームの第２のビーム部分が上記透明被加工物において第２の偏光を有するように、上記パルスレーザビームの第２のビーム部分を偏光させるステップを含み、
上記第１の偏光は上記第２の偏光に対して垂直である、項１０に記載の方法。
【００２６】
１２．項１〜１１のいずれか１項に記載の方法を実施するためのシステムであって、上記システムは：
パルスレーザビームを供給するためのレーザビーム源；
上記源から供給された上記レーザビームを、非軸対称断面を有するレーザビームに変換するための手段
を備え、
上記非軸対称レーザビームは：
波長λ；
最大ビーム強度；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ（上記有効スポットサイズは、ビーム強度が上記最大ビーム強度の１／ｅ２まで低下する、ビーム伝播経路ｚからいずれの方向の最短径方向距離として定義される）；
透明被加工物の損傷閾値を超えることによって、上記透明被加工物内に上記輪郭線を形成する（ここで上記輪郭線は上記透明被加工物内の欠陥を含む）ために、十分なパルスエネルギ及びパルス持続時間
を有し、
上記非軸対称ビーム断面は、ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及びｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを有し、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000009
【００２７】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数であり、上記ｘ及びｙ方向の上記最小レイリー範囲のうちの小さい方は、上記ビームの光学強度が上記最大ビーム強度の１／２まで減少する、上記ビーム経路に沿った距離である、システム。
【００２８】
１３．上記レーザビームを準非回折レーザビームに変換するための手段を更に備える、項１２に記載のシステム。
【００２９】
１４．上記源から供給された上記レーザビームを、非軸対称断面を有するレーザビームに変換するための上記手段、及び上記レーザビームを準非回折レーザビームに変換するための上記手段は、上記ビーム伝播経路及びビームデコヒーレント化用素子に対してオフセットされた、好ましくはアキシコンレンズである非球面素子を含む、項１３に記載のシステム。
【００３０】
１５．上記レーザビーム源、
上記レーザビームを円偏光するための第１の１／４波長板；
アキシコンレンズ；
コリメートレンズ；
上記レーザビームの２つのセクションの、偏光ベースのデコヒーレンスを生成するための、第２の、好ましくは回転可能な分割１／４波長板；及び
上記レーザビームを上記透明被加工物上に集束させるための集束レンズ
を備える、項１４に記載のシステム。
【００３１】
本明細書に記載のプロセス及びシステムの追加の特徴及び利点を、以下の「発明を実施するための形態」に記載するが、その一部は、「発明を実施するための形態」から、又は以下の「発明を実施するための形態」、特許請求の範囲及び添付の図面を含む本出願に記載の実施形態を実践することによって、当業者には容易に明らかになるだろう。
【００３２】
上述の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」の両方は、様々な実施形態を説明するものであり、請求対象の主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、これらの様々な実施形態の更なる理解を提供するために含まれており、また本明細書に組み込まれて本明細書のいち部を構成する。これらの図面は、本明細書に記載の上記様々な実施形態を図示し、本記載と併せて、請求対象の主題の原理及び動作を説明する役割を果たす。 
【００３３】
図面に記載の実施形態は説明的及び例示的な性質のものであり、特許請求の範囲によって定義される主題を限定することを意図したものではない。これらの説明的な実施形態に関する以下の「発明を実施するための形態」は、以下の図面と併せて読んだ場合に理解できるものであり、これらの図面では、同様の構造は同様の参照番号で示される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による欠陥の輪郭線の形成の概略図
【図１Ｂ】透明被加工物、本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、透明被加工物の加工中の例示的なパルスレーザビーム焦線の概略図
【図２】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、透明被加工物内に輪郭線を形成するための所望の分割線を通過する非軸対称ビームスポットの概略図
【図３】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、パルスレーザ加工のための光学アセンブリの従来の実施形態の概略図
【図４】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、オフセット非球面光学素子を備える、パルスレーザ加工のための光学アセンブリのある実施形態の概略図
【図５Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、光学遮断素子を備える、パルスレーザ加工のための光学アセンブリのある実施形態の概略図
【図５Ｂ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、２つの光学遮断素子を備える、パルスレーザ加工のための光学アセンブリのある実施形態の概略図
【図６】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、光遅延プレートを備える、パルスレーザ加工のための光学アセンブリのある実施形態の概略図
【図７Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、分割１／４波長板を備える、パルスレーザ加工のための光学アセンブリのある実施形態の概略図
【図７Ｂ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、図７Ａの分割１／４波長板の概略図
【図７Ｃ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、時間に対するある例示的なパルスバースト内のレーザパルスの相対強度のグラフ
【図７Ｄ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、別の例示的なパルスバースト内の、時間に対するレーザパルスの相対強度のグラフ
【図８Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図８Ｂ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、例示的なパルスレーザビームのフーリエ変換面の対数強度プロット
【図８Ｃ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの近接場顕微鏡写真
【図９】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１０】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１１Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの２次元断面強度プロット
【図１１Ｂ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、図１１Ａの２次元断面強度プロットの１次元水平線断面及び１次元垂線断面のセット
【図１１Ｃ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、図１１Ａの２次元断面強度プロットの１次元水平線断面及び１次元垂線断面の別のセット
【図１１Ｄ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームのフーリエ変換面の対数強度プロット
【図１１Ｅ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの近接場顕微鏡写真
【図１２Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１２Ｂ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１２Ｃ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１２Ｄ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、図１２Ａ〜１２Ｃの強度プロットの１次元断面のグラフ
【図１２Ｅ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、例示的なＳｇｎステップ関数のフーリエ変換のグラフ
【図１２Ｆ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１２Ｇ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、図１２Ｆの２次元断面強度プロットの１次元Ｘ断面及び１次元Ｙ断面のグラフ
【図１２Ｈ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１２Ｉ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、図１２Ｈの２次元断面強度プロットの１次元Ｘ断面及び１次元Ｙ断面のグラフ
【図１３Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１３Ｂ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１３Ｃ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１３Ｄ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１３Ｅ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１３Ｆ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１３Ｇ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１３Ｈ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１３Ｉ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１３Ｊ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１３Ｋ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１４】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの近接場顕微鏡写真
【図１５】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの近接場顕微鏡写真
【図１６】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、例示的な光学アセンブリ内に位置決めされた光学遮断素子によって形成された、結果として得られる例示的な非軸対称ビームスポット
【図１７Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１７Ｂ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１７Ｃ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１７Ｄ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１７Ｅ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１７Ｆ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図１８】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、例示的な光学アセンブリ内に位置決めされた２つの光学遮断素子によって形成された、結果として得られる例示的な非軸対称ビームスポット
【図１９Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面画像
【図１９Ｂ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図２０Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図２０Ｂ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、図２０Ａの２次元断面強度プロットの１次元Ｘ断面及び１次元Ｙ断面のグラフ
【図２１Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図２１Ｂ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、図２１Ａの２次元断面強度プロットの１次元Ｘ断面及び１次元Ｙ断面のグラフ
【図２２Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による例示的なパルスレーザビームの断面強度プロット
【図２２Ｂ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、図２２Ａの２次元断面強度プロットの１次元Ｘ断面及び１次元Ｙ断面のグラフ
【図２３】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、例示的な光学アセンブリ内に位置決めされた分割１／４波長板によって形成された、結果として得られる例示的な非軸対称ビームスポット
【図２４】非軸対称ビームに関するレイリー範囲
【図２５】非対称準非回折ビームを生成するための光学系
【図２６】非対称準非回折ビームを生成するための光学系
【図２７】分割１／４波長板（ＳＱＷＰ）
【図２８】ビームをデコヒーレント化するための偏光方法を用いた非対称ＱＮＤＢの生成の概略図
【図２９】微小穿孔及び割れ制御の例示的な画像
【図３０】４つの異なるＳＱＷＰ回転角度において作製された微小穿孔による星型パターン
【発明を実施するための形態】
【００３５】
これより、ガラス被加工物等の透明被加工物をレーザ加工するためのプロセスの実施形態について詳細に言及する。上記透明被加工物の例は添付の図面に図示されている。可能な限り、図面全体を通して、同一又は同様の部分を指すために同一の参照番号を使用する。本明細書に記載の１つ以上の実施形態によると、透明被加工物をレーザ加工することによって、上記透明被加工物内に輪郭線を形成でき、上記輪郭線は、上記透明被加工物の、２つ以上の部分への意図した分割線を画定する、一連の欠陥を含む。一実施形態によると、長軸及び短軸を有するビーム断面を有する非軸対称に延在する焦線を上記透明被加工物上に投射するパルスレーザビームを利用して、上記透明被加工物内に一連の欠陥を生成することにより、上記輪郭線を画定してよい。これらの欠陥は、本明細書中の様々な実施形態において、上記被加工物内の線状欠陥、穿孔又は微小穿孔と呼ばれる場合がある。更にこれらの欠陥は、中央欠陥領域と、上記非軸対称ビームスポットの上記長軸に沿って主に形成される径方向アームとを含んでよい。いくつかの実施形態では、上記プロセスは更に、例えば上記透明被加工物の上記輪郭線に隣接する領域を加熱するよう、又は上記透明被加工物に曲げ、罫書き若しくはその他の機械的応力を印加するよう構成された、赤外線レーザ又は他のレーザを用いて、上記透明被加工物を上記輪郭線に沿って分割するステップを含んでよい。他の実施形態では、上記透明被加工物に機械的応力を印加することによって分割を引き起こすことができ、又は分割は自発的に発生し得る。理論によって制限されることを望むものではないが、上記輪郭線において上記透明被加工物に応力を印加すると、上記輪郭線に沿って割れを伝播させることができる。上記輪郭線に沿った各上記欠陥の上記径方向アームの方向を制御することによって、割れの伝播をより良好に制御できる。透明被加工物を加工するための方法及び装置の様々な実施形態を、添付の図面を具体的に参照して本明細書において説明する。
【００３６】
本明細書中で使用される場合、句「透明被加工物（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）」は、透明なガラス又はガラスセラミックから形成された被加工物を意味し、本明細書中で使用される場合、用語「透明（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）」は、材料が、指定されたパルスレーザ波長に関して材料深さ１ｍｍあたり約２０％未満の光吸収率、例えば材料深さ１ｍｍあたり約１０％未満の光吸収率、又は例えば指定されたパルスレーザ波長に関して材料深さ１ｍｍあたり約１％未満の光吸収率を有することを意味する。１つ以上の実施形態によると、透明被加工物の厚さは約５０マイクロメートル〜約１０ｍｍ（例えば約１００マイクロメートル〜約５ｍｍ、又は約０．５ｍｍ〜約３ｍｍ）であってよい。
【００３７】
１つ以上の実施形態によると、本開示は被加工物を加工するための方法を提供する。本明細書中で使用される場合、「レーザ加工（ｌａｓｅｒ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」は、被加工物内に輪郭線を形成するステップ、被加工物を分割するステップ、又はこれらの組み合わせを含んでよい。透明被加工物は、ボロシリケートガラス、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、アルカリ土類アルミノシリケートガラス、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス、溶融シリカ、又はサファイア、ケイ素、ガリウムヒ素若しくはこれらの組み合わせといった結晶質材料等の、ガラス組成物から形成された、ガラス被加工物を含んでよい。いくつかの実施形態では、ガラスをイオン交換してよく、これによりガラス組成物は、上記透明被加工物のレーザ加工前又は後に、機械的強化のためのイオン交換を受けることができる。例えば上記透明被加工物は、イオン交換済み及びイオン交換性ガラス、例えばＣｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ニューヨーク州コーニング）から入手可能なＣｏｒｎｉｎｇ  Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス（例えばコード２３１８、コード２３１９及びコード２３２０）を含んでよい。更にこれらのイオン交換済みガラスは、約６ｐｐｍ／℃〜約１０ｐｐｍ／℃の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有してよい。いくつかの実施形態では、上記透明被加工物のガラス組成物は、約１．０モル％超のホウ素、及び／又は限定するものではないがＢ２Ｏ３を含むホウ素含有化合物を含んでよい。別の実施形態では、上記透明被加工物を形成するガラス組成物は、約１．０モル％以下の、ホウ素及び／又はホウ素含有化合物の酸化物を含む。更に上記透明被加工物は、レーザの波長に対して透明である他の成分、例えばサファイア又はセレン化亜鉛等の結晶を含んでよい。
【００３８】
いくつかの透明被加工物を、ディスプレイ及び／又はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板として利用してよい。ディスプレイ又はＴＦＴの用途に好適なこのようなガラス又はガラス組成物のいくつかの例は、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ニューヨーク州コーニング）から入手可能なＥＡＧＬＥ  ＸＧ（登録商標）、ＣＯＮＴＥＧＯ、及びＣＯＲＮＩＮＧ  ＬＯＴＵＳ（商標）である。アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス組成物は、ＴＦＴ用基板を含むがこれに限定されない、電子工学用途のための基板としての使用に好適となるように配合できる。ＴＦＴと組み合わせて使用されるガラス組成物は典型的には、ケイ素と同様のＣＴＥ（例えば５×１０−６／Ｋ未満、又は更には４×１０−６／Ｋ未満、例えばおよそ３×１０−６／Ｋ、又は約２．５×１０−６／Ｋ〜約３．５×１０−６／Ｋ）を有し、またガラス内に低レベルのアルカリを有する。ＴＦＴ用途において低レベルのアルカリ（例えば約０重量％〜２重量％、例えば１重量％未満、例えば０．５重量％未満といった微量）しか使用できないが、これは、いくつかの条件下において、アルカリドーパントがガラスから漏出してＴＦＴを汚染する又は「害する（ｐｏｉｓｏｎ）」、場合によってはＴＦＴを動作不能にするためである。実施形態によると、本明細書に記載のレーザ切断プロセスを用いて、無視できる程度のデブリ、最小の欠陥、及び縁部に対する小さな表面下損傷しか伴わずに、被加工物の完全性及び強度を保持して、透明被加工物を制御下で分割できる。
【００３９】
本明細書中で使用される場合、句「輪郭線（ｃｏｎｔｏｕｒ  ｌｉｎｅ）」は、透明被加工物の表面上の所望の分割線に沿って形成される線（例えば直線、曲線等）を指し、透明被加工物は、適当な加工条件への曝露時に、上記分割線に沿って複数の部分に分割されることになる。上記輪郭線は一般に、様々な技法を用いて上記透明被加工物内に導入された１つ以上の欠陥からなる。本明細書中で使用される場合、「欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）」は、上記透明被加工物内の、（バルク材料に対して）修正された材料の領域、空所、擦過傷、傷、孔、又は他の変形を含んでよく、これらにより、更なる加工によって、例えばレーザ加工、機械的応力又は他の分割プロセスによって、分割を実施できる。更に各欠陥は、中央欠陥領域と、上記透明被加工物の撮像表面に沿って上記中央欠陥領域から外向きに延在する１つ以上の径方向アームとを備えてよい。本明細書中で使用される場合、上記透明被加工物の「撮像表面（ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）」は、上記パルスレーザビームが上記透明被加工物に初めて接触する、上記透明被加工物の表面である。以下で更に詳細に説明するように、１つ以上の径方向アームの径方向長さは、パルスレーザビームによって上記透明被加工物上に投射されるビームスポットの形状によって制御できる。一例として、一般に長軸及び短軸を備える非軸対称ビームスポットを備えるパルスレーザビームを、上記透明被加工物の撮像平面に照射することにより、上記非軸対称ビームスポットの上記長軸及び上記短軸の交点に形成された中央欠陥領域と、上記非軸対称ビームスポットの上記長軸の方向に形成された１つ以上の径方向アームとを備える、欠陥を生成できる。
【００４０】
ガラス基板等の透明被加工物は、まず上記被加工物の表面に輪郭線を形成し、その後、例えば赤外線レーザを用いて、上記被加工物の上記表面を上記輪郭線上において加熱することによって、熱応力等の応力を上記被加工物内に生成することによって、複数の部分に分割できる。上記応力は最終的には、上記輪郭線に沿った上記被加工物の自発的な分割をもたらす。更に、ビームの長軸が所望の分割線に沿って延在するように配向された、非軸対称ビームスポットを有するパルスレーザビームを用いて、各欠陥を形成すると、上記輪郭線に沿って上記透明被加工物内の欠陥に応力を印加することによって引き起こされた割れの伝播が、上記所望の分割線の方向に延在し得る。上記所望の分割線の方向に延在する径方向アームを有する欠陥を形成することにより、上記欠陥を、ランダムに延在する径方向アームを有する又は径方向アームを有しない欠陥よりも大きな間隔距離で離間させることができ、分割後の透明被加工物の縁部（分割前にはここに上記輪郭線が存在していた）に対して損傷が生じない。更に、上記所望の分割線の方向に延在する径方向アームを有する欠陥を形成することにより、上記被加工物に印加されるエネルギ、例えば熱エネルギをより少なくして、割れの伝播を生成でき、分割後の透明被加工物の縁部（分割前にはここに上記輪郭線が存在していた）の損傷が限定される。対照的に、欠陥が、ランダムに延在する径方向アームを含む又は径方向アームを含まない場合、割れは、分割後の縁部から、分割後の透明被加工物の縁部に対して概ね垂直な（即ち上記輪郭線によって示される、意図した分割線に対して概ね垂直な）方向に伝播し得、これにより、分割後の透明被加工物の縁部が弱くなる。
【００４１】
ここで例として図１Ａ及び１Ｂを参照すると、本明細書に記載の方法による加工を受ける、ガラス被加工物又はガラスセラミック被加工物等の透明被加工物１６０が、概略図で示されている。図１Ａ及び１Ｂは、透明被加工物１６０内の輪郭線１７０の形成を示し、これは上記透明被加工物に対してパルスレーザビーム１１２を並進移動方向１０１に並進移動させることによって形成できる。図１Ａ及び１Ｂは、ビーム経路１１１に沿ったパルスレーザビーム１１２を示し、これは、このパルスレーザビーム１１２を、レンズ（例えば以下で説明される第２のレンズ１３２）によって、透明被加工物１６０内のパルスレーザビーム焦線１１３に集束させることができるように配向される。更に、パルスレーザビーム焦線１１３は、以下で更に詳細に定義されるような、準非回折ビームの一部分である。図１Ａ及び１Ｂは、パルスレーザビーム１１２が、透明被加工物１６０の撮像表面１６２上に投射された非軸対称ビームスポット１１４を形成する様子を示す。更に、パルスレーザビーム焦線１１３は、パルスレーザビーム１１２の伝播軸に対して垂直な（例えばビーム経路１１１に対して垂直な）パルスレーザビーム焦線１１３の断面において、非軸対称である。本明細書中で使用される場合、「軸対称（ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）」は、中心軸の周囲に作製されたいずれの任意の回転角度に関して対称である、即ち同一に見える形状を指し、「非軸対称（ｎｏｎ‐ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）」は、中心軸の周囲に作製されたいずれの任意の回転角度に関して対称でない形状を指す。回転軸（例えば中心軸）はほとんどの場合、上記レーザビームの伝播軸として理解される。また本明細書中で使用される場合、「ビームスポット（ｂｅａｍ  ｓｐｏｔ）」は、あるレーザビーム（例えばパルスレーザビーム１１２）の、ある被加工物（例えば透明被加工物１６０）と最初に接触する点における断面を指す。
【００４２】
また図２を参照すると、輪郭線１７０は所望の分割線１６５に沿って延在し、意図した分割線を描き、上記意図した分割線の周辺において、透明被加工物１６０を２つ以上の部分に分割できる。輪郭線１７０は複数の欠陥１７２を含み、これらは、透明被加工物１６０の表面内へと延在して、透明被加工物１６０を輪郭線１７０に沿った複数の分割部分に分割するための割れの伝播のための経路を確立する。図１Ａ及び図２では、輪郭線１７０は略直線として図示されているが、曲線、パターン、規則的な幾何学的形状、不規則形状を含むがこれらに限定されない他の構成が考えられ、またこれら他の構成が可能であることを理解されたい。
【００４３】
図２に示すように、各欠陥１７２は、中央欠陥領域１７４と、ビーム経路１１１に対して略垂直な方向に（例えば図１Ａ、１Ｂ及び２に示されているＸ及び／又はＹ方向に）外向きに延在する１つ以上の径方向アーム１７６とを含む。動作時、例えば本明細書に記載の方法及びシステムを用いて輪郭線１７０の欠陥１７２が形成された後、欠陥１７２は更に、後続の分割ステップにおいて機能して、輪郭線１７０に沿った透明被加工物１６０の自発的な分割を誘発できる。この後続の分割ステップは、透明被加工物１６０のタイプ、厚さ及び構造に応じて、機械的な力、熱応力を誘発する力、又は透明被加工物内に存在する応力によって発生する自発的な破壊を使用するステップを含んでよい。例えば、透明被加工物１６０内に応力が存在する場合があり、この応力が、更なる加熱又は機械的分割ステップを要することなく、自発的な分割を引き起こす場合がある。
【００４４】
図１Ａ、１Ｂ、及び２を参照すると、本明細書に記載の実施形態では、（透明被加工物１６０上に投射される非軸対称ビームスポット１１４を有する）パルスレーザビーム１１２を、透明被加工物１６０に向けることができる（例えば透明被加工物１６０の厚さの少なくとも一部分を貫通する高アスペクト比の線状焦点へと集光できる）。これは、非軸対称ビームスポット１１４と相関する非軸対称断面を有するパルスレーザビーム焦線１１３を形成する。特に、非軸対称ビームスポット１１４は、パルスレーザビーム焦線１１３の例示的な断面であり、パルスレーザビーム焦線１１３は、パルスレーザビーム焦線１１３が透明被加工物１６０の少なくとも一部分を貫通する際、非軸対称のままである。更にパルスレーザビーム１１２を透明被加工物１６０に対して（例えば並進移動方向１０１に）並進移動させることによって、輪郭線１７０の複数の欠陥１７２を形成できる。パルスレーザビーム１１２を透明被加工物１６０内へと向けることにより、透明被加工物１６０の複数の部分の破断を引き起こし、例えば所望の分割線１６５に沿った複数の離間した場所に、透明被加工物１６０内の化学結合を破壊するために十分なエネルギを投入して、欠陥１７２を形成する。１つ以上の実施形態によると、透明被加工物１６０の運動（例えば透明被加工物１６０に連結された並進移動ステージ１９０の運動）、上記パルスレーザビームの運動（例えばパルスレーザビーム焦線１１３の運動）、又は透明被加工物１６０及びパルスレーザビーム焦線１１３両方の運動によって、上記パルスレーザビームを、透明被加工物１６０を横断するように並進移動させることができる。パルスレーザビーム１１３を透明被加工物１６０に対して並進移動させることにより、透明被加工物１６０内に複数の欠陥１７２を形成できる。
【００４５】
図２に示すように、非軸対称ビームスポット１１４は、長軸１１６、短軸１１５、非軸対称ビームスポット１１４の中央に位置決めされ得る軸交点１１８、及びビームスポット外周１１９を備える。実施形態によると、長軸１１６は、非軸対称ビームスポット１１４内の中央から最長の距離を有する、非軸対称ビームスポット１１４の軸として定義され、短軸１１５は、非軸対称ビームスポット１１４内の中央から最短の距離を有する、非軸対称ビームスポット１１４の軸として定義される。図２では、非軸対称ビームスポット１１４は楕円として図示されているが、例えば非楕円形状等のいずれの非軸対称形状が考えられることを理解されたい。更に、非軸対称ビームスポット１１４は、複数のビームスポットの集合を含んでよい。更に、本明細書中では非軸対称ビームスポット１１４について実質的に議論するが、透明被加工物１６０内のパルスレーザビーム焦線１１３の他の断面も非軸対称であり、非軸対称ビームスポット１１４に関して上述したように短軸及び長軸を備えることを理解されたい。
【００４６】
例として、上記長軸に沿った非軸対称ビームスポット１１４の中央からの距離は、約０．２５μｍ〜約２０μｍ、例えば約１μｍ〜約１０μｍ、約２μｍ〜約８μｍ、又は約３μｍ〜約６μｍであってよい。更に上記短軸に沿った非軸対称ビームスポット１１４の中央からの距離は、約０．０１μｍ〜約１０μｍ、約０．１μｍ〜約１０μｍ、又は約０．７μｍ〜約３μｍであってよい。例えば、上記短軸に沿った非軸対称ビームスポット１１４の中央からの距離は、上記長軸に沿った非軸対称ビームスポット１１４の中央からの距離の約５％〜約９５％、例えば上記長軸に沿った非軸対称ビームスポット１１４の中央からの距離の約１０％〜約５０％、約２０％〜約４５％、又は約３０％〜約４０％であってよい。ビームスポットサイズを決定するための方法は以下で開示される。
【００４７】
図１Ｂ及び図３に示す光学アセンブリは、軸対称性を有するガウスビームレーザを用いて動作させる場合（例えばビーム源１１０がガウスビームを出力する場合）、当該技術分野においてガウス‐ベッセルビームとして知られる光学ビームを透明被加工物１６０において形成することになる。このようなビームは、（以下で更に詳細に定義される）準非回折ビームの一形態である。ガウスビームの軸対称性が崩れると、それがわずかしか崩れていなくても、上記ビームは非軸対称ガウス‐ベッセルビームと呼ばれ得る。しかしながら、本明細書に記載の原理及び効果は、ガウス‐ベッセル強度プロファイルを有するビーム以外にも広がり、また非軸対称準非回折レーザビーム一般にまで及ぶ。しかしながら、準非回折ビームの非対称性の測定は、より伝統的なガウスビームの非対称性の測定ほど簡単には実施できないことに留意されたい。例えば、準非回折ビームは典型的には、単調に減少するガウスビームに比べて、振動性の横方向プロファイルを有する。ガウスビームの直径は典型的には、強度の１／ｅ２の低下によって定義される。対照的に、準非回折ビームの強度は、径方向距離の関数として、１／ｅ２の強度閾値の上下に複数回変動する場合がある。従って、径方向に対称な準非回折ビームであっても、そのサイズを定義するのは困難である。
【００４８】
更に、非対称ガウスビームは当該技術分野において公知であるものの、これらはほとんどの場合単一スポットとして議論され、ここではガウスビームは、例えばｙ方向よりｘ方向が大きな直径を有することができる。しかしながら、高次ガウスビーム及び準非回折ビームの両方に関して、ビームの断面は、単一の単調に減少するコア又はスポットを有しない場合がある。このような状況では、ビームの「長い（ｌｏｎｇ）」又は「短い（ｓｈｏｒｔ）」断面軸は容易には明らかでなく、これにより、ビームの非対称性の測定方法の定義が更に困難となる。
【００４９】
理論によって制限されることを望むものではないが、上述の動機から、準非回折ビーム、及び準非回折の非対称性の測定方法の両方を定義するために以下の議論が行われる。この議論は、単調な強度プロファイルを有する単純な低次ガウスビームであるか、又は複数のスポットを投射する若しくは振動挙動を示す更に複雑な準非回折ビームであるかにかかわらず、全ての形態のレーザビームに広く適用可能である。ガウスビームの場合、結果は、スポットサイズ及びレイリー範囲の定義に関するガウスビームの文献から知られている比較的簡単な形式に縮減される。
【００５０】
再び図１Ａ〜２を参照すると、欠陥１７２の形成に使用されるパルスレーザビーム１１２は、強度分布Ｉ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を更に有し、ここで、これらの図面に図示されているように、Ｚはパルスレーザビーム１１２の伝播の方向であり、Ｘ及びＹは上記伝播の方向に対して垂直な方向である。Ｘ方向及びＹ方向は断面方向と呼ばれる場合もあり、Ｘ‐Ｙ平面は断面平面と呼ばれる場合がある。断面平面におけるパルスレーザビーム１１２の強度分布を、断面強度分布と呼ぶことができる。
【００５１】
ここでもまた図２を参照すると、非軸対称ビームスポット１１４は、非軸対称の断面強度分布を有する。例えば非軸対称ビームスポット１１４は、非軸対称ビームスポット１１４の短軸１１５に沿った領域よりも、非軸対称ビームスポット１１４の長軸１１６に沿った領域において、パルスレーザビーム１１２からの累積エネルギの強度が高く、従って分布が大きくなり得る。即ち非軸対称ビームスポット１１４の長軸１１６が所望の分割線１６５と整列している場合、パルスレーザビーム１１２は、所望の分割線１６５に隣接する領域に対してよりも、所望の分割線１６５に沿って多くのエネルギを伝達でき、所望の分割線１６５に沿っていない方向に延在する径方向アーム１７６よりも、所望の分割線１６５に沿って延在する径方向アーム１７６が長い、欠陥１７２が形成される。本明細書中で使用される場合、「累積エネルギ（ｃｕｍｕｌａｔｅｄ  ｅｎｅｒｇｙ）」は、パルスレーザビーム１１２を透明被加工物１６０に照射したときにパルスレーザビーム１１２が透明被加工物１６０の特定の領域に伝達する全てのエネルギを指す。
【００５２】
更に、非軸対称ビームスポット１１４におけるパルスレーザビーム１１２は、準非回折ビーム、例えば図３〜７Ａに示す光学アセンブリ１００に関して以下で更に詳細に説明するように、非球面光学素子１２０を通してパルスレーザビーム１１２を伝播させることにより、以下で数学的に定義される低いビーム発散を有するビームを含むことができる。ビーム発散は、ビーム伝播方向（即ちＺ方向）におけるビーム断面の拡大率を指す。本明細書中で使用される場合、句「ビーム断面（ｂｅａｍ  ｃｒｏｓｓ  ｓｅｃｔｉｏｎ）」は、パルスレーザビーム１１２の伝播に対して垂直な平面に沿った、例えばＸ‐Ｙ平面に沿った、パルスレーザビーム１１２の断面を指す。本明細書で議論されるビーム断面の一例は、透明被加工物１６０上に投射されたパルスレーザビーム１１２のビームスポット（例えば非軸対称ビームスポット１１４）である。
【００５３】
回折は、パルスレーザビーム１１２の発散につながる１つの因子である。他の因子としては、パルスレーザビーム１１２を形成する光学系によって引き起こされる集束若しくはデフォーカス、又は界面における屈折及び散乱が挙げられる。輪郭線１７０の欠陥１７２を形成するためのパルスレーザビーム１１２は、小さな非軸対称ビームスポット１１４を有してよく、その発散は小さく、また回折は弱い。パルスレーザビーム１１２の発散はレイリー範囲ＺＲによって特性決定され、これは、パルスレーザビーム１１２の強度分布の分散σ２及びビーム伝播係数Ｍ２に関連する。以下の議論では、式は直交座標系を用いて提示される。他の座標系に関する対応する式は、当業者に公知の数学的技法を用いて得ることができる。ビーム発散に関する更なる情報は、Ａ．Ｅ．  Ｓｉｅｇｍａｎ「Ｎｅｗ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｌａｓｅｒ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ」（ＳＰＩＥ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｖｏｌ．  １２２４，  ｐ．  ２  （１９９０））、並びにＲ．  Ｂｏｒｇｈｉ及びＭ．  Ｓａｎｔａｒｓｉｅｒｏ「Ｍ２  ｆａｃｔｏｒ  ｏｆ  Ｂｅｓｓｅｌ‐Ｇａｕｓｓ  ｂｅａｍｓ」  （光学系  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ２２（５），  ２６２  （１９９７））に見出すことができ、これらの開示はその全体が参照により本出願に援用される。更なる情報は、国際規格ＩＳＯ  １１１４６‐１：２００５（Ｅ）「Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  ｌａｓｅｒ‐ｒｅｌａｔｅｄ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ‐  Ｔｅｓｔ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ  ｗｉｄｔｈｓ，  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  ａｎｇｌｅｓ  ａｎｄ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏｓ  ‐  Ｐａｒｔ  １：  Ｓｔｉｇｍａｔｉｃ  ａｎｄ  ｓｉｍｐｌｅ  ａｓｔｉｇｍａｔｉｃ  ｂｅａｍｓ」、ＩＳＯ  １１１４６‐２：２００５（Ｅ）「Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  ｌａｓｅｒ‐ｒｅｌａｔｅｄ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ‐  Ｔｅｓｔ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ  ｗｉｄｔｈｓ，  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  ａｎｇｌｅｓ  ａｎｄ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏｓ  ‐  Ｐａｒｔ  ２：  Ｇｅｎｅｒａｌ  ａｓｔｉｇｍａｔｉｃ  ｂｅａｍｓ」、及びＩＳＯ  １１１４６‐３：２００４（Ｅ）「Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  ｌａｓｅｒ‐ｒｅｌａｔｅｄ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ‐  Ｔｅｓｔ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ  ｗｉｄｔｈｓ，  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  ａｎｇｌｅｓ  ａｎｄ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏｓ  ‐  Ｐａｒｔ  ３：  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ａｎｄ  ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ  ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ  ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｅｔａｉｌｓ  ｏｆ  ｔｅｓｔ  ｍｅｔｈｏｄｓ」にも見出すことができ、これらの開示はその全体が参照により本出願に援用される。
【００５４】
時間平均強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ，ｚ）を有するパルスレーザビーム１１２の強度プロファイルの重心の空間座標は、以下の式で与えられる：
【００５５】
【数１】
2019532004.tif 000010
【００５６】
【数２】
2019532004.tif 000011
【００５７】
これらはウィグナー分布の最初の瞬間としても知られており、ＩＳＯ  １１１４６‐２：２００５（Ｅ）の第３．５節に記載されている。その測定については、ＩＳＯ  １１１４６‐２：２００５（Ｅ）の第７節に記載されている。
【００５８】
分散は、ビーム伝播方向における位置ｚの関数としての、パルスレーザビーム１１２の強度分布の断面（Ｘ‐Ｙ）平面における幅の測定値である。任意のレーザビームに関して、Ｘ方向の分散はＹ方向の分散とは異なり得る。σｘ２（ｚ）及びσｙ２（ｚ）をそれぞれＸ方向及びＹ方向の分散とする。特に関心の対象となるのは、近接場及び遠距離場の極限における分散である。σ０ｘ２（ｚ）及びσ０ｙ２（ｚ）をそれぞれ、近接場の極限におけるＸ方向及びＹ方向の分散とし、σ∞ｘ２（ｚ）及びσ∞ｙ２（ｚ）をそれぞれ、遠距離場の極限におけるＸ方向及びＹ方向の分散とする。時間平均強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ，ｚ）を有するレーザビームに関して、フーリエ変換
2019532004.tif 000012
【００５９】
（ここでνｘ及びνｙはそれぞれＸ方向及びＹ方向の空間周波数である）を用いると、
ｘ方向及びｙ方向の近接場及び遠距離場分散は、以下の式によって与えられる：
【００６０】
【数３】
2019532004.tif 000013
【００６１】
【数４】
2019532004.tif 000014
【００６２】
【数５】
2019532004.tif 000015
【００６３】
【数６】
2019532004.tif 000016
【００６４】
分散量σ０ｘ２（ｚ）、σ０ｙ２（ｚ）、σ∞ｘ２（ｚ）及びσ∞ｙ２（ｚ）は、ウィグナー分布の対角要素としても知られている（ＩＳＯ  １１１４６‐２：２００５（Ｅ）を参照）。これらの分散は、ＩＳＯ  １１１４６‐２：２００５（Ｅ）の第７節に記載の測定技法を用いて、実験用レーザビームに関して定量化できる。簡潔に述べると、この測定は、線形不飽和ピクセル化検出器を用いて、分散及び重心座標を定義する積分方程式の無限積分領域を近似する有限空間領域にわたって、Ｉ（ｘ，ｙ）を測定する。測定領域の適切な範囲、バックグラウンドの減算、及び検出器のピクセル分解能は、ＩＳＯ  １１１４６‐２：２００５（Ｅ）の第７節に記載されている反復測定手順の収束によって決定される。等式１〜６によって与えられる以上の式の数値は、ピクセル化検出器によって測定される一連の複数の強度値から数値的に計算される。
【００６５】
等式３〜等式６で使用されるｘ，ｙ座標系の原点は、レーザビームの重心であることにも留意されたい。
【００６６】
任意の光ビームに関する横方向振幅プロファイル
2019532004.tif 000017
【００６７】
ここで
2019532004.tif 000018
【００６８】
と、任意の光ビームに関する空間周波数分布
2019532004.tif 000019
【００６９】
ここで
2019532004.tif 000020
【００７０】
との間のフーリエ変換関係により、以下を示すことができる：
【００７１】
【数７】
2019532004.tif 000021
【００７２】
【数８】
2019532004.tif 000022
【００７３】
等式（７）及び（８）において、σ０ｘ２（ｚ０ｘ）及びσ０ｙ２（ｚ０ｙ）はσ０ｘ２（ｚ）及びσ０ｙ２（ｚ）の最小値であり、これらはそれぞれｘ方向及びｙ方向におけるウエスト位置ｚ０ｘ及びｚ０ｙにおいて発生し、またλはビームの波長である。等式（７）及び（８）は、σｘ２（ｚ）及びσｙ２（ｚ）が、ビームのウエスト位置に関連付けられた最小値から各方向に、ｚの２次式として増加することを示している。
【００７４】
等式（７）及び（８）は、ビーム伝播係数Ｍ２に関して書き換えることができ、ここでｘ方向及びｙ方向に関して別個のビーム伝播係数Ｍ２ｘ及びＭ２ｙが以下のように定義される
【００７５】
【数９】
2019532004.tif 000023
【００７６】
【数１０】
2019532004.tif 000024
【００７７】
式（９）及び（１０）の再編成及び式（７）及び（８）への代入により：
【００７８】
【数１１】
2019532004.tif 000025
【００７９】
【数１２】
2019532004.tif 000026
【００８０】
が得られ、これらは：
【００８１】
【数１３】
2019532004.tif 000027
【００８２】
【数１４】
2019532004.tif 000028
【００８３】
として書き換えることができ、ここでｘ方向及びｙ方向それぞれのレイリー範囲ＺＲｘ及びＺＲｙは、以下によって与えられる：
【００８４】
【数１５】
2019532004.tif 000029
【００８５】
【数１６】
2019532004.tif 000030
【００８６】
上記レイリー範囲は、レーザビームの分散が（ビームのウエストの位置における分散に対して）２倍になる、（ＩＳＯ  １１１４６‐１：２００５（Ｅ）の第３．１２節で定義されるようなビームのウエストの位置に対する）距離に対応し、レーザビームの断面積の発散の尺度となる。レイリー範囲はまた、光強度がビームのウエスト位置（最大強度位置）において観察される値の１／２まで減少する、ビーム軸に沿った距離としても観察できる。大きなレイリー範囲を有するレーザビームは発散が少なく、伝播方向における距離と共に、レイリー範囲が小さいレーザビームよりもゆっくりと拡散される。
【００８７】
上述の式は、レーザビームを説明する強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ，ｚ）を用いることにより、（ガウスビームだけではない）いずれのレーザビームに適用できる。ガウスビームのＴＥＭ００モードでは、強度プロファイルは：
【００８８】
【数１７】
2019532004.tif 000031
【００８９】
によって与えられ、ここでｗ０は、（ビーム強度がビームのウエスト位置ｚ０における該ビームのピークビーム強度の１／ｅ２まで低下する半径として定義される）半径である。等式（１７）及び上述の式から、ＴＥＭ００ガウスビームに関して以下の結果が得られる：
【００９０】
【数１８】
2019532004.tif 000032
【００９１】
【数１９】
2019532004.tif 000033
【００９２】
【数２０】
2019532004.tif 000034
【００９３】
【数２１】
2019532004.tif 000035
【００９４】
【数２２】
2019532004.tif 000036
【００９５】
【数２３】
2019532004.tif 000037
【００９６】
【数２４】
2019532004.tif 000038
【００９７】
ここでＺＲ＝ＺＲｘ＝ＺＲｙである。ガウスビームに関して、Ｍ２＝Ｍｘ２＝Ｍｙ２＝１であることに更に留意されたい。
【００９８】
ビーム断面は、形状及び寸法によって特性決定される。上述のように、非軸対称ビームスポット１１４であるビームスポットを透明被加工物１６０に投射することが望ましい場合が多い。例示的な非軸対称断面としては、楕円形断面が挙げられる。ビーム断面の寸法は、ビームのスポットサイズによって特性決定される。ガウスビームに関して、スポットサイズは多くの場合、等式（１７）でｗ０として表されるように、ビームの強度がその最大値の１／ｅ２まで低下する径方向範囲として定義される。ガウスビームの最大強度は、強度分布の中央（ｘ＝０及びｙ＝０（直交座標系）又はｒ＝０（円柱座標系））において発生し、スポットサイズの決定に使用される径方向範囲は、この中央に対して測定される。
【００９９】
軸対称の（即ちビーム伝播軸Ｚに関して回転対称の）断面を有するビームは、ＩＳＯ  １１１４６‐１：２００５（Ｅ）の第３．１２節に明記されているように、ビームのウエスト位置において測定される単一の寸法又はスポットサイズによって特性決定できる。ガウスビームに関して、等式（１７）は、スポットサイズがｗ０に等しいことを示しており、これは等式（１８）から、２σ０ｘ又は２σ０ｙに対応する。スポットサイズは、軸対称ビームと違ってσ０ｘ≠σ０ｙである非軸対称ビーム断面に関しても同様に定義できる。従って、非軸対称ビームの断面寸法を、それぞれｘ方向及びｙ方向のｗ０ｘ及びｗ０ｙという２つのスポットサイズパラメータを用いて特性決定することが必要となり、ここで：
【０１００】
【数２５】
2019532004.tif 000039
【０１０１】
【数２６】
2019532004.tif 000040
【０１０２】
である。
【０１０３】
非軸対称ビームに関して、軸対称性（即ち任意の回転角度での対称性）が欠如していることは、σ０ｘ及びσ０ｙの計算結果がｘ軸及びｙ軸の配向の選択に左右されることを意味する。いくつかの実施形態では、ｘ軸は非軸対称ビームスポット１１４の長軸１１６であってよく、ｙ軸は短軸１１５であってよい。他の実施形態では、ｘ軸は短軸１１５であってよく、ｙ軸は長軸１１６であってよい。ＩＳＯ  １１１４６‐１：２００５（Ｅ）はこれらの基準軸を力密度分布の主軸と呼んでおり（第３．３〜３．５節）、以下の議論において、ｘ及びｙ軸はこれらの主軸と整列されていると仮定する。更に、断面平面においてｘ軸及びｙ軸が回転する角度φ（例えばｘ軸及びｙ軸それぞれに関する基準位置に対する、ｘ軸及びｙ軸の角度）を用いて、非軸対称ビームに関するスポットサイズパラメータの最小値（ｗ０，ｍｉｎ）及び最大値（ｗ０，ｍａｘ）：
【０１０４】
【数２７】
2019532004.tif 000041
【０１０５】
【数２８】
2019532004.tif 000042
【０１０６】
を定義してよく、ここで２σ０，ｍｉｎ＝２σ０ｘ（φｍｉｎ，ｘ）＝２σ０ｙ（φｍｉｎ，ｙ）、かつ２σ０，ｍａｘ＝２σ０ｘ（φｍａｘ，ｘ）＝２σ０ｙ（φｍａｘ，ｙ）である。ビーム断面の軸対称性の強さは、アスペクト比によって定量化でき、ここでアスペクト比は、ｗ０，ｍｉｎに対するｗ０，ｍａｘの比として定義される。非軸対称ビーム断面のアスペクト比は１．０であり、楕円形及び他の非軸対称ビーム断面のアスペクト比は、１．０超、例えば１．１超、１．２超、１．３超、１．４超、１．５超、１．６超、１．７超、１．８超、１．９超、２．０超等である。
【０１０７】
ビーム断面は、パルスレーザビーム１１２によって透明被加工物１６０内に形成される欠陥１７２の断面形状に影響を及ぼす。欠陥１７２の断面形状は、パルスレーザビーム１１２の伝播の方向に対して垂直な方向における欠陥の形状を指す。例えばレーザビームが透明被加工物１６０の撮像表面１６２に対して垂直に入射する場合、欠陥１７２の断面形状は、撮像表面１６２における、又は上記被加工物の、撮像表面１６２の平面に対して平行ないずれの平面における、欠陥１７２の形状に相当する。一例として、円形ビーム断面を有するレーザビームは、円形の欠陥１７２を形成し、また非円形ビーム断面を有するレーザビームは、非円形の欠陥１７２を形成する。
【０１０８】
ビーム断面の制御は、切断効率の向上、欠陥の数の減少、及び分割後の部品の縁部強度の向上をもたらす。ビーム断面の制御としては、スポットサイズ、断面形状、及びビーム断面の配向の制御が挙げられる。理論によって束縛されることを望むものではないが、所望の分割線１６５に沿って（又は略沿って）配向された最大スポットサイズパラメータｗ０，ｍａｘを有する非軸対称ビーム断面は、割れの配向を切断の軌跡に沿った方向とすることにより、切断を改善すると考えられる。軸対称ビーム断面の場合、損傷領域の形成に関連する応力は損傷領域付近に集中するが、その配向がランダムであると考えられる。ランダムな応力の配向は、意図されている切断の軌跡から離れた方向での破断につながると考えられ、これは分割後の部品内に、微小割れ及び他の欠陥として現れる。このような微小割れ及び欠陥は、分割後の部品のバルク及び／又は縁部の機械的強度を低下させると考えられる。非軸対称ビーム断面及びビームスポットを採用し、最大スポットサイズｗ０，ｍａｘ（例えば長軸１１６）の方向を所望の分割線１６５に沿って配向することにより、損傷領域の形成に関連する欠陥又は割れを、切断に沿った方向とすることができ、所望の分割線１６５から離れた方向の割れ又は欠陥を少なくすることができると考えられる。所望の分割線１６５と整列した割れの欠陥は、所望の分割線１６５から離れた方向の欠陥又は割れよりも好ましい。
【０１０９】
欠陥１７２の形成に使用されるパルスレーザビーム１１２のビーム断面のアスペクト比
2019532004.tif 000043
【０１１０】
（例えば非軸対称ビームスポット１１４のアスペクト比）は、１．１超、１．３超、１．５超、２．０超、２．５超、３．０超、３．５超、４．０超、５．０超、７．５超、１０．０超、１．１〜２０．０、１．２〜１５．０、１．３〜１０．０、１．３〜７．５、１．３〜５．０、１．５〜７．５、１．５〜５．０、１．５〜３．０、１．７５〜５．０、２．０〜４．０等であってよい。
【０１１１】
レーザ伝播（例えば透明被加工物１６０の深さ寸法）の方向における欠陥１７２の均一性を促進するために、発散が小さいパルスレーザビーム１１２を使用してよい。１つ以上の実施形態では、発散が小さい非軸対称レーザビームを、欠陥１７２の形成に利用してよい。上述のように、発散はレイリー範囲によって特性決定できる。非軸対称ビームに関して、主軸Ｘ及びＹに関するレイリー範囲は、ｘ軸及びｙ軸それぞれに関する等式（１５）及び（１６）によって定義され、ここでいずれの実際のビームに関して、Ｍｘ２＞１及びＭｙ２＞１であることを示すことができ、またσ０ｘ２及びσ０ｙ２は、レーザビームの強度分布によって決定される。対称ビームに関して、レイリー範囲はＸ方向及びＹ方向において同一であり、ガウス強度分布を有するビームに関して等式（２２）又は等式（２３）によって表される。発散が小さいことは、レイリー範囲の値が大きいこと、及びレーザビームの回折が弱いことと相関する。
【０１１２】
ガウス強度プロファイルを有するビームは、欠陥を形成するためのレーザ加工には比較的好ましくない場合がある。というのは、利用可能なレーザパルスエネルギによってガラス等の材料を修正できるように、十分に小さいスポットサイズ（例えば約１〜５マイクロメートル又は約１〜１０マイクロメートルといった、数マイクロメートル範囲のスポットサイズ）に収束させた場合、上記ビームは強く回折して、短い伝播距離にわたって強く発散するためである。低発散を達成するために、パルスレーザビームの強度分布を制御又は最適化することにより、回折を低減することが望ましい。パルスレーザビームは、非回折性又は弱回折性とすることができる。弱回折レーザビームとしては、準非回折レーザビームが挙げられる。代表的な弱回折レーザビームとしては、ベッセルビーム、ガウス‐ベッセル、エアリービーム、ウェーバービーム、及びマシュービームが挙げられる。
【０１１３】
非軸対称ビームに関して、レイリー範囲ＺＲｘ及びＺＲｙは等しくない。等式（１５）及び（１６）は、ＺＲｘ及びＺＲｙがそれぞれσ０ｘ及びσ０ｙに依存することを示しており、また上述のように、σ０ｘ及びσ０ｙの値は、Ｘ軸及びＹ軸の配向に左右される。従ってＺＲｘ及びＺＲｙの値は変動することになり、これらはそれぞれ、上記主軸に対応する最小値及び最大値を有することになり、ＺＲｘの最小値はＺＲｘ，ｍｉｎとして表され、ＺＲｙの最小値はＺＲｙ，ｍｉｎとして表される。軸対称ガウスビームのレイリー範囲を特性決定する式（等式（２２）又は等式（２３）と同様に、任意のビームに関して、プロファイルＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎは：
【０１１４】
【数２９】
2019532004.tif 000044
【０１１５】
及び
【０１１６】
【数３０】
2019532004.tif 000045
【０１１７】
によって与えられることを示すことができる。
【０１１８】
ガウスビームに関して、この曲線はｚ０ｘに関して対称であると予想される。
【０１１９】
（図２４に示すように）非対称である場合、ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｘ，ｍａｘが存在し、これらはいずれも、ｚ０ｘでの最小値から、σ０ｘ，ｍｉｎが√２倍増加したｚ値まで測定される。ＺＲｘ，ｍｉｎはこれら２つの値の明らかに小さい方であり、ＺＲｘ，ｍａｘは大きい方である。垂直なｙ軸についても同一の分析を実施できる。
【０１２０】
レーザビームの発散は、最小のレイリー範囲を有する方向において比較的短い距離にわたって発生するため、切断に使用されるパルスレーザビームの強度分布を制御することにより、ＺＲｘ及びＺＲｙの最小値を可能な限り大きくすることができる。ＺＲｘの最小値ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙの最小値ＺＲｙ，ｍｉｎは、非軸対称ビームに関しては異なるため、損傷領域の形成時にＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方を可能な限り大きくする強度分布を有するレーザビームを使用してよい。
【０１２１】
異なる実施形態では、ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、５０μｍ以上、１００μｍ以上、２００μｍ以上、３００μｍ以上、５００μｍ以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、３ｍｍ以上、５ｍｍ以上、５０μｍ〜１０ｍｍ、１００μｍ〜５ｍｍ、２００μｍ〜４ｍｍ、３００μｍ〜２ｍｍ等である。
【０１２２】
本明細書で明記したＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方の値及び範囲は、等式（２７）で定義されたスポットサイズパラメータｗ０，ｍｉｎの調整によって、上記被加工物がそれに対して透明となるような様々な波長に関して達成できる。異なる実施形態では、スポットサイズパラメータｗ０，ｍｉｎは、０．２５μｍ以上、０．５０μｍ以上、０．７５μｍ以上、１．０μｍ以上、２．０μｍ以上、３．０μｍ以上、５．０μｍ以上、０．２５μｍ〜１０μｍ、０．２５μｍ〜５．０μｍ、０．２５μｍ〜２．５μｍ、０．５０μｍ〜１０μｍ、０．５０μｍ〜５．０μｍ、０．５０μｍ〜２．５μｍ、０．７５μｍ〜１０μｍ、０．７５μｍ〜５．０μｍ、０．７５μｍ〜２．５μｍ等である。
【０１２３】
損傷領域の形成に使用されるレーザビームのレイリー範囲は、同一波長を有するガウスビームのレイリー範囲より大きくなり得る。従って、共通の波長λにおける、（等式（２２）又は（２３）において明記されているような）ガウスビームのレイリー範囲ＺＲに対するＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方の比は、２以上、５以上、１０以上、２５以上、５０以上、１００以上、２５０以上、５００以上、１０００以上、２〜１５００、５〜１２５０、１０〜１０００、２５〜１０００、１００〜１０００等であってよい。
【０１２４】
非回折又は準非回折ビームは一般に、半径に対して非単調減少するもの等の、複雑な強度プロファイルを有する。ガウスビームと同様に、有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆは、非軸対称ビームに関して、最大強度の径方向位置（ｒ＝０）からの、強度が最大強度の１／ｅ２まで低下するいずれの方向における最短径方向距離として定義できる。有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆに基づくレイリー範囲に関する基準は、損傷領域の形成のための非回折又は準非回折ビームに関して：
【０１２５】
【数３１−１】
2019532004.tif 000046
【０１２６】
のように具体化でき、ここでＦＤは、少なくとも１０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２５０、少なくとも５００、少なくとも１０００、１０〜２０００、５０〜１５００、１００〜１０００の値を有する無次元発散係数である。等式（３１）を等式（２２）又は（２３）と比較することにより、非回折又は準非回折ビームに関して、有効ビームサイズが２倍になる距離、即ち式（３１）中の「ＺＲｘ，ｍｉｎ、ＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方」が、仮に典型的なガウスビームを使用する場合に予想される距離のＦＤ倍となることを確認できる。
【０１２７】
上述のように、レイリー範囲は、ビームのピーク強度が１／２倍に下降する距離を測定することによっても決定できる。本明細書ではこれを、レイリー範囲を決定するための強度法と呼ぶ。
【０１２８】
本発明者らは、有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆに基づくレイリー範囲に関する基準を、損傷領域の形成のための非回折又は準非回折ビームに関して：
【０１２９】
【数３１−２】
2019532004.tif 000047
【０１３０】
のように具体化することもできることを発見した。
【０１３１】
レイリー範囲を決定する際、分散法、即ち等式（３１）若しくは（３１’）を利用する方法を用いることができ、又は強度法を用いることができる。強度法を用いる場合、ｘとｙとの間に差がないため、１つの解答、即ち最小レイリー範囲に関して１つの値しか存在しない。
【０１３２】
無次元発散係数ＦＤは、レーザビームが準非回折性であるかどうかを決定するための基準を提供する。本明細書中で使用される場合、「レーザビーム（ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ）」は、該レーザビームが、ＦＤの値≧１０において式（３１）を満たす場合に、準非回折性とみなされる。ＦＤの値が増加するに従って、レーザビームは、非回折状態に更に完璧に近づく。
【０１３３】
ここで図３〜７Ａを参照すると、準非回折性のパルスレーザビーム１１２を生成する（図３〜７Ａ）、及びいくつかの実施形態では透明被加工物１６０において非軸対称ビームスポット１１４を生成する（図４〜７Ａ）、光学アセンブリ１００が図示されている。例えば図３は、例えば準非回折性のパルスレーザビーム１１２を生成するための、パルスレーザ加工用の従来の光学アセンブリ１００が示されている。更に図４〜７Ａはそれぞれ、図３に示されていない追加の構成要素及び構成を備える、透明被加工物１６０において非軸対称ビームスポット１１４を形成するための光学アセンブリ１００を示す。例えば図４の光学アセンブリ１００は、ビーム経路１１１に対してオフセットされた非球面光学素子１２０を備え、図５Ａ及び５Ｂの光学アセンブリ１００は、ビーム経路１１１内に位置決めされた１つ以上の光学遮断素子１４０を含む。更に、図６及び７Ａの光学アセンブリ１００はそれぞれ、パルスレーザビーム１１２の第１のビーム部分をパルスレーザビーム１１２の第２のビーム部分からデコヒーレント化する要構成された、１つ以上のデコヒーレント化用光学素子を備える。特に、図６の光学アセンブリ１００のデコヒーレント化用光学素子は、ビーム経路１１１内に位置決めされた光遅延プレート１４２を備え、図７Ａの光学アセンブリ１００のデコヒーレント化用光学素子は、ビーム経路１１１内に位置決めされた（図７Ｂにも図示されている）分割１／４波長板１５０を備える。本明細書中で使用される場合、「デコヒーレント化する（ｄｅｃｏｈｅｒｅ）」は、パルスレーザビームの第１の部分を、パルスレーザビームの第２の部分と非コヒーレント状態とすることを意味する。
【０１３４】
図３〜７Ａはそれぞれ、ビーム源１１０、非球面光学素子１２０（例えばアキシコンレンズ）、第１のレンズ１３０、及び第２のレンズ１３２を備える。更に、透明被加工物１６０は、ビーム源１１０が出力したパルスレーザビーム１１２が例えば非球面光学素子１２０と、それに続いて第１のレンズ１３０及び第２のレンズ１３２とを横断した後で、透明被加工物１６０に照射されるように、位置決めしてよい。光軸１０２はビーム源１１０と透明被加工物１６０との間に、Ｚ軸に沿って延在する。更に、図３〜７Ａの光学アセンブリ１００は任意に、ビーム経路１１１内において非球面光学素子１２０と透明被加工物１６０との間に位置決めされた、ドーブプリズム１８０を備えてよい。ドーブプリズム１８０は図５Ａ、５Ｂ及び６に示されているが、本明細書に記載のいずれの光学アセンブリ１００がドーブプリズム１８０を備えてよいことを理解されたい。更に、光軸１０２の周りでのドーブプリズム１８０の回転は、パルスレーザビーム１１２のビーム断面（例えば非軸対称ビームスポット１１４）を回転させることができる。非軸対称ビームスポット１１４の回転により、非軸対称ビームスポット１１４の長軸１１６の、透明被加工物１６０の所望の分割線１６５に沿った配向が促進される。以下の実施形態において説明されるように、非軸対称ビームスポット１１４を回転させる他の方法も考えられる。
【０１３５】
ここでもまた図３〜７Ａを参照すると、ビーム源１１０は、パルスレーザビーム１１２を出力するよう構成された、いずれの公知の又はまだ開発されていないビーム源１１０を備えてよい。動作時、輪郭線１７０の欠陥１７２が、透明被加工物１６０と、ビーム源１１０が出力したパルスレーザビーム１１２との相互作用によって製造される。いくつかの実施形態では、ビーム源１１０は、例えば１０６４ｎｍ、１０３０ｎｍ、５３２ｎｍ、５３０ｎｍ、３５５ｎｍ、３４３ｎｍ、又は２６６ｎｍ、又は２１５ｎｍの波長を備えるパルスレーザビーム１１２を出力してよい。更に、透明被加工物１６０内に欠陥１７２を形成するために使用されるパルスレーザビーム１１２は、選択されたパルスレーザ波長に対して透明である材料に対して十分に好適となり得る。
【０１３６】
欠陥１７２の形成に好適なレーザ波長は、透明被加工物１６０による吸収及び散乱を合わせた損失が十分に小さい波長である。実施形態では、該波長における、透明被加工物１６０による吸収及び散乱を合わせた損失は、２０％／ｍｍ未満、又は１５％／ｍｍ未満、又は１０％／ｍｍ未満、又は５％／ｍｍ未満、又は１％／ｍｍ未満であり、ここで寸法「／ｍｍ」は、パルスレーザビーム１１２の伝播の方向（例えばＺ方向）における透明被加工物１６０内の距離１ミリメートルあたりを意味する。多くのガラス被加工物に関する代表的な波長としては、Ｎｄ３＋（例えば１０６４ｎｍ付近の基本波長並びに５３２ｎｍ、３５５ｎｍ及び２６６ｎｍ付近の高次高調波長を有するＮｄ３＋：ＹＡＧ又はＮｄ３＋：ＹＶＯ４）の基本波長及び高調波長が挙げられる。所与の基板材料に関して吸収及び散乱を合わせた損失の要件を満たす、スペクトルの紫外部分、可視部分及び赤外部分の他の波長も、使用できる。
【０１３７】
動作時、ビーム源１１０が出力したパルスレーザビーム１１２は、透明被加工物１６０内に多光子吸収（ｍｕｌｔｉ‐ｐｈｏｔｏｎ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＭＰＡ）を生成できる。ＭＰＡは、分子をある状態（通常はグランド状態）からより高いエネルギの電子的状態（即ちイオン化）に励起する、同一の又は異なる周波数の２つ以上の光子の同時吸収である。これに関与する分子の低エネルギ状態と高エネルギ状態との間のエネルギの差は、関与する光子のエネルギの合計に等しい。誘起吸収とも呼ばれるＭＰＡは、２次又は３次（又はより高次）プロセスであってよく、これは例えば、線形吸収よりも数桁弱い。これは、２次誘起吸収の強度が光強度の２乗に比例し得、従って非線形光学プロセスであるという点で、線形吸収とは異なる。
【０１３８】
輪郭線１７０を形成する穿孔ステップは、ビーム源１１０（例えば超短パルスレーザ）を、図３〜７Ａに図示され以下で説明される光学系と組み合わせて利用して、透明被加工物１６０上に非軸対称ビームスポット１１４を投射し、図１Ｂのパルスレーザビーム焦線１１３を生成できる。パルスレーザビーム焦線１１３は、上で定義したような非軸対称ガウス‐ベッセルビーム等の準非回折ビームを含み、これにより、透明被加工物１６０を完全に穿孔して、透明被加工物１６０内に一連の欠陥１７２を形成する。いくつかの実施形態では、個々のパルスのパルス持続時間は、約１ピコ秒〜約１００ピコ秒、例えば約５ピコ秒〜約２０ピコ秒であり、また個々のパルスの繰り返し数は、約１ｋＨｚ〜４ＭＨｚ、例えば約１０ｋＨｚ〜約３ＭＨｚ、又は約１０ｋＨｚ〜約６５０ｋＨｚであってよい。
【０１３９】
図７Ｃ〜７Ｄも参照すると、上述の個々のパルス繰り返し数における単一パルスの動作に加えて、パルスを、２つのパルス５００Ａ（例えばサブパルス）以上（例えば１回のパルスバーストあたり、３パルス、４パルス、５パルス、１０パルス、１５パルス、２０パルス、又はより多数のパルス、例えば１回のパルスバースト５００あたり１〜３０パルス、又は１回のパルスバースト５００あたり５〜２０パルス）のパルスバースト５００で生成してよい。パルスバースト５００内のパルス５００Ａは、約１ｎｓｅｃ〜約５０ｎｓｅｃ、例えば約１０ｎｓｅｃ〜約３０ｎｓｅｃ、例えば約２０ｎｓｅｃの持続時間によって隔てられていてよい。他の実施形態では、パルスバースト５００内のパルス５００Ａは、最高１００ｐｓｅｃ（例えば、０．１ｐｓｅｃ、５ｐｓｅｃ、１０ｐｓｅｃ、１５ｐｓｅｃ、１８ｐｓｅｃ、２０ｐｓｅｃ、２２ｐｓｅｃ、２５ｐｓｅｃ、３０ｐｓｅｃ、５０ｐｓｅｃ、７５ｐｓｅｃ、又はこれらの間のいずれの範囲）の持続時間によって隔てられていてよい。所与のレーザに関して、パルスバースト５００内の隣接するパルス５００Ａの間の時間間隔Ｔｐ（図７Ｄ）は、比較的均一（例えば互いの約１０％以内）であってよい。例えばいくつかの実施形態では、パルスバースト５００内の各パルス５００Ａは、後続のパルスからおよそ２０ｎｓｅｃ（５０ＭＨｚ）だけ時間的に隔てられている。例えば各パルスバースト５００間の時間は、約０．２５マイクロ秒〜約１０００マイクロ秒、例えば約１マイクロ秒〜約１０マイクロ秒、又は約３マイクロ秒〜約８マイクロ秒であってよい。
【０１４０】
本明細書に記載のビーム源１１０の例示的な実施形態のうちのいくつかでは、時間間隔Ｔｂ（図７Ｄ）は、バースト繰り返し数が約２００ｋＨｚであるパルスレーザビーム１１２を出力するビーム源１１０に関して、約５マイクロ秒である。レーザバースト繰り返し数は、あるバースト内の最初のパルスから、次のバースト内の最初のパルスまでの時間Ｔｂに関連する（レーザバースト繰り返し数＝１／Ｔｂ）。いくつかの実施形態では、レーザバースト繰り返し数は約１ｋＨｚ〜約４ＭＨｚであってよい。実施形態では、レーザバースト繰り返し数は例えば約１０ｋＨｚ〜６５０ｋＨｚであってよい。各バースト内の最初のパルスから、次のバースト内の最初のパルスまでの時間Ｔｂは、約０．２５マイクロ秒（４ＭＨｚのバースト繰り返し数）〜約１０００マイクロ秒（１ｋＨｚのバースト繰り返し数）、例えば約０．５マイクロ秒（２ＭＨｚのバースト繰り返し数）〜約４０マイクロ秒（２５ｋＨｚのバースト繰り返し数）、又は約２マイクロ秒（５００ｋＨｚのバースト繰り返し数）〜約２０マイクロ秒（５０ｋＨｚのバースト繰り返し数）であってよい。正確なタイミング、パルス持続時間、及びバースト繰り返し数は、レーザの設計に応じて変動し得るが、高強度の短パルス（Ｔｄ＜２０ｐｓｅｃ、及びいくつかの実施形態では、Ｔｄ≦１５ｐｓｅｃ）が特に良好に動作することが分かっている。
【０１４１】
バースト繰り返し数は、約１ｋＨｚ〜約２ＭＨｚ、例えば約１ｋＨｚ〜約２００ｋＨｚであってよい。バースト形成又はパルスバースト５００の生成は、パルス５００Ａの放出が均一かつ安定した流れにならず、パルスバースト５００の密集したクラスタとなるような、レーザ動作の１タイプである。パルスバーストレーザビームは、透明被加工物１６０の材料に基づいて、透明被加工物１６０の材料が該波長において略透明となるように動作するよう選択された、波長を有してよい。材料において測定されるバーストあたりの平均レーザ出力は、材料の厚さ１ｍｍあたり少なくとも約４０μＪであってよい。例えば実施形態では、バーストあたりの平均レーザ出力は、約４０μＪ／ｍｍ〜約２５００μＪ／ｍｍ、又は約５００μＪ／ｍｍ〜約２２５０μＪ／ｍｍであってよい。ある具体例では、厚さ０．５ｍｍ〜０．７ｍｍのＣｏｒｎｉｎｇ  ＥＡＧＬＥ  ＸＧ透明被加工物に関して、約３００μＪ〜約６００μＪのパルスバーストが被加工物を切断及び／又は分割でき、これは約４２８μＪ／ｍｍ〜約１２００μＪ／ｍｍ（即ち０．７ｍｍのＥＡＧＬＥ  ＸＧガラスに関して３００μＪ／０．７ｍｍ、及び０．５ｍｍのＥＡＧＬＥ  ＸＧガラスに関して６００μＪ／０．５ｍｍ）という例示的な範囲に対応する。
【０１４２】
透明被加工物１６０の修正に必要なエネルギは、バーストエネルギ（即ちあるパルスバースト５００内に内包されたエネルギ（ここで各パルスバースト５００は一連のパルス５００Ａを内包する））に関して、又は単一のレーザパルス（これが多数集まって１つのバーストを構成できる）内に内包されるエネルギに関して、記述できる。パルスバーストあたりのエネルギは、約２５μＪ〜約７５０μＪ、例えば約５０μＪ〜約５００μＪ、又は約５０μＪ〜約２５０μＪであってよい。いくつかのガラス組成物に関して、パルスバーストあたりのエネルギは約１００μＪ〜約２５０μＪであってよい。しかしながら、ディスプレイ又はＴＦＴ用ガラス組成物に関して、パルスバーストあたりのエネルギはより高くなり得る（例えば、透明被加工物１６０の具体的なガラス組成に応じて、約３００μＪ〜約５００μＪ、又は約４００μＪ〜約６００μＪ）。このようなバーストを生成できるパルスレーザビーム１１２の使用は、例えばガラスである透明材料の切断又は修正に有利である。単一パルスレーザの繰り返し数によって時間的に隔てられた単一パルスの使用とは対照的に、バースト内の複数のパルスの迅速なシーケンスにわたってレーザエネルギを拡散するバーストシーケンスの使用により、材料との高強度の相互作用のタイムスケールを、単一パルスレーザによって可能なものよりも大きくすることができる。
【０１４３】
再び図３〜７Ａを参照すると、非球面光学素子１２０は、ビーム源１１０と透明被加工物１６０との間において、ビーム経路１１１内に位置決めされる。動作時、パルスレーザビーム１１２、例えば入射してくるガウスビームを、非球面光学素子１２０を通して伝播させることにより、非球面光学素子１２０を越えて伝播するパルスレーザビーム１１２の部分が上述のように準非回折性となるように、パルスレーザビーム１１２を変化させることができる。非球面光学素子１２０は、非球面形状を備えるいずれの光学素子を含んでよい。いくつかの実施形態では、非球面光学素子１２０は、アキシコンレンズ、例えば負屈折アキシコンレンズ、正屈折アキシコンレンズ、反射アキシコンレンズ、回折アキシコンレンズ、プログラマブル空間光変調器アキシコンレンズ（例えば位相アキシコン）等の、円錐波面生成光学素子を含んでよい。
【０１４４】
いくつかの実施形態では、非球面光学素子１２０は少なくとも１つの非球面表面を備え、その形状は数学的に：ｚ’＝（ｃｒ２／１）＋（１−（１＋ｋ）（ｃ２ｒ２））１／２＋（ａ１ｒ＋ａ２ｒ２＋ａ３ｒ３＋ａ４ｒ４＋ａ５ｒ５＋ａ６ｒ６＋ａ７ｒ７＋ａ８ｒ８＋ａ９ｒ９＋ａ１０ｒ１０＋ａ１１ｒ１１＋ａ１２ｒ１２のように記述され、ここでｚ’は上記非球面表面の表面サグであり、ｒは、径方向における（例えばｘ方向又はｙ方向における）、上記非球面表面と光軸１０２の距離であり、ｃは上記非球面表面の表面曲率（即ちｃｉ＝１／Ｒｉ（ここでＲは上記非球面表面の表面半径である））であり、ｋは円錐定数であり、係数ａｉは、上記非球面表面を記述する１次〜１２次非球面係数又はより高次の非球面係数（多項式非球面）である。例示的な一実施形態では、非球面光学素子１２０の少なくとも１つの非球面表面は、それぞれ：−０．０８５２７４７８８；０．０６５７４８８４５；０．０７７５７４９９５；−０．０５４１４８６３６；０．０２２０７７０２１；−０．００５４９８７４７２；０．０００６６８２９５５である係数ａ１〜ａ７を含み、また非球面係数ａ８〜ａ１２は０である。この実施形態では、少なくとも１つの非球面表面は、円錐定数ｋ＝０を有する。しかしながら、ａ１の係数は非ゼロ値を有するため、これは非ゼロ値の円錐定数ｋを有することと同等である。従って、非ゼロの円錐定数ｋ、非ゼロの係数ａ１、又は非ゼロのｋと非ゼロの係数ａ１との組み合わせを指定することによって、同等の表面を記述できる。更にいくつかの実施形態では、少なくとも１つの非球面表面は、非ゼロ値を有する少なくとも１つの高次非球面係数ａ２〜ａ１２（即ちａ２、ａ３、…ａ１２のうちの少なくとも１つ≠０）によって記述又は定義される。例示的な一実施形態では、非球面光学素子１２０は、立方体状の光学素子等の３次非球面光学素子を含み、これは非ゼロの係数ａ２を備える。
【０１４５】
いくつかの実施形態では、上記非球面光学素子がアキシコンからなる場合、上記アキシコンは、約１．２°、例えば約０．５°〜約５°、又は約１°〜約１．５°、又は約０．５°〜約２０°でさえある角度を有するレーザ出力表面１２６（例えば円錐表面）を備え、上記角度は、パルスレーザビーム１１２がアキシコンレンズに入るレーザ入力表面１２４（例えば平坦表面）に対して測定される。更に、レーザ出力表面１２６は、円錐の頂点で終端する。更に、非球面光学素子１２０は、レーザ入力表面１２４からレーザ出力表面１２６まで延在して円錐の頂点で終端する、中心線軸１２２を含む。他の実施形態では、非球面光学素子１２０はワキシコン、空間光変調器等の空間位相変調器、又は光回折格子からなってよい。動作時、非球面光学素子１２０は、入射するパルスレーザビーム１１２（例えば入射するガウスビーム）を準非回折ビームに成形し、続いてこれは、第１のレンズ１３０及び第２のレンズ１３２を通るように向けられる。
【０１４６】
ここでもまた図３〜７Ａを参照すると、第１のレンズ１３０及び第２のレンズ１３２は、第１のレンズ１３０と第２のレンズ１３２との間のコリメート空間１３４内において、パルスレーザビーム１１２をコリメートしてよい。更に第２のレンズ１３２はパルスレーザビーム１１２を透明被加工物１６０内へと集束させてよく、これは撮像平面１０４に位置決めしてよい。いくつかの実施形態では、第１のレンズ１３０及び第２のレンズ１３２はそれぞれ平凸レンズからなる。第１のレンズ１３０及び第２のレンズ１３２がそれぞれ平凸レンズからなる場合、第１のレンズ１３０及び第２のレンズ１３２の曲率はそれぞれ、コリメート空間１３４に向かって配向してよい。他の実施形態では、第１のレンズ１３０は他のコリメートレンズからなってよく、また第２のレンズ１３２は、メニスカスレンズ、非球面レンズ、又は別の高次補正集束レンズからなってよい。
【０１４７】
更に、第１のレンズ１３０は第１の焦点距離Ｆ１を備え、第２のレンズ１３２は第２の焦点距離Ｆ２を備える。本明細書中で使用される場合、「焦点距離（ｆｏｃａｌ  ｌｅｎｇｔｈ）」は、レンズとレンズの焦点との間の距離として定義される。いくつかの実施形態では、第１の焦点距離Ｆ１及び第２の焦点距離Ｆ２は等しくてよい。他の実施形態では、第１の焦点距離Ｆ１及び第２の焦点距離Ｆ２は異なっていてよく、例えば第２の焦点距離Ｆ２は第１の焦点距離Ｆ１未満であってよく、あるいは第１の焦点距離Ｆ１より大きくてよい。いくつかの実施形態では、第１のレンズ１３０及び第２のレンズ１３２は、それぞれ約１０ｍｍ〜約２００ｍｍ（例えば約２５ｍｍ〜約２００ｍｍ、又は約５０ｍｍ〜１５０ｍｍ、又は約７５ｍｍ〜約１００ｍｍ、又は約２５ｍｍ〜約５０ｍｍ等）の焦点距離Ｆ１、Ｆ２を有してよい。
【０１４８】
いくつかの実施形態では、第１のレンズ１３０は第２のレンズ１３２から、第１の焦点距離Ｆ１及び第２の焦点距離Ｆ２の合計だけ離間していてよく、これにより、第１のレンズ１３０と第２のレンズ１３２との間のコリメート空間１３４に共通の焦点面１０５が位置決めされる。しかしながら、他の空間的構成も考えられることを理解されたい。共通の焦点面１０５は、第１のレンズ１３０と第２のレンズ１３２との間のビーム経路１１１に沿った、第１のレンズ１３０から下流に第１の焦点距離Ｆ１だけ離間し、かつ第２のレンズ１３２から上流に第２の焦点距離Ｆ２だけ離間した場所である。本明細書中で使用される場合、「上流（ｕｐｓｔｒｅａｍ）」及び「下流（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）」は、ビーム源１１０に対する、ビーム経路１１１に沿った２つの場所又は構成部品の相対位置を指す。例えば、パルスレーザビーム１１２が、第２の構成部品を横断する前に第１の構成部品を横断する場合、第１の構成部品は第２の構成部品から上流にある。更に、パルスレーザビーム１１２が、第１の構成部品を横断する前に第２の構成部品を横断する場合、第１の構成部品は第２の構成部品から下流にある。
【０１４９】
ここで図４を参照すると、径方向（例えばビーム伝播方向に対して垂直な、パルスレーザビーム１１２の半径に沿った方向）において、パルスレーザビーム１１２のビーム経路１１１に対してオフセットして位置決めされた、非球面光学素子１２０を備える、光学アセンブリ１００の実施形態が図示されている。非球面光学素子１２０をビーム経路１１１に対してオフセットさせることにより、透明被加工物１６０上に投射される、結果として得られるビームスポットは、図２に示す非軸対称ビームスポット１１４からなるものとすることができる。非球面光学素子１２０は、オフセット距離ａだけ、ビーム経路１１１からオフセットして（例えばＸ‐Ｙ平面内でオフセットして）位置決めしてよい。特に、オフセット距離ａは、パルスレーザビームを非球面光学素子１２０のレーザ入力表面１２４に照射したときの、非球面光学素子１２０の中心線軸１２２と、パルスレーザビームの断面中心との間の、Ｘ‐Ｙ平面内での距離である。非球面光学素子１２０と上記ビーム経路との間の相対的なオフセットは、非球面光学素子１２０をＸ‐Ｙ平面に沿って変位させること、ビーム源１１０をＸ‐Ｙ平面に沿って変位させること、又はこれら両方によって達成できる。結果として得られるビームスポットの対称性を十分に破壊するために必要なオフセットの大きさは、パルスレーザビーム１１２の直径に左右され、入力されるレーザビームの直径が小さいほど、対称性を十分に破壊するために必要なオフセットは小さくなる。いくつかの実施形態では、オフセット距離ａは、約１０マイクロメートル〜約５００マイクロメートル、例えば、２０マイクロメートル、５０マイクロメートル、１００マイクロメートル、２５０マイクロメートル等であってよい。いくつかの実施形態では、オフセット距離ａは、約２０マイクロメートル〜約１００マイクロメートル、又は約５０マイクロメートル〜約１００マイクロメートル等であってよい。いくつかの実施形態では、上記オフセット距離は、パルスレーザビーム１１２と非球面光学素子１２０との間の接触位置における（例えば非球面光学素子１２０のレーザ入力表面１２４における）パルスレーザビーム１１２の断面直径の約１０％〜約７５％の距離であってよい。
【０１５０】
非球面光学素子１２０をビーム経路１１１に対してオフセットさせることにより、結果として得られるパルスレーザビーム１１２は、全体としての強度が、例えば約４倍低下し得る。更に、パルスレーザビーム１１２の断面は、Ｘ‐Ｙ平面内でＸ方向、Ｙ方向、又はこれらの組み合わせにおいて、約１．２〜約２倍、例えば１．４倍、１．６倍、１．８倍等だけ広がり得る。パルスレーザビーム１１２の断面を広げることにより、この広がりの方向に長軸１１６を有する非軸対称ビームスポット１１４が形成される。結果として得られるパルスレーザビーム１１２は、光線の非軸対称円錐を含んでよく、これは、第１のレンズ１３０を横断した後、コリメート空間１３４内に非軸対称リングを形成する。更に、パルスレーザビーム１１２の断面（例えば非軸対称ビームスポット１１４）は、非球面光学素子１２０を光軸１０２の周りで回転させることによって、回転させることができる。
【０１５１】
ここで図５Ａ及び５Ｂを参照すると、ビーム源１１０と透明被加工物１６０との間で伝播するパルスレーザビーム１１２の一部分を遮断する、ビーム経路１１１に沿った１つ以上の遮断位置１４１に位置決めされた、１つ以上の光学遮断素子１４０（例えば不透明光学素子）を備える、光学アセンブリ１００の実施形態が図示されている。いくつかの実施形態では、光学遮断素子１４０は不透明プレートからなってよく、これは更にアパーチャを備えてよい。例えば光学遮断素子１４０は、金属プレート、又は破損若しくは損傷することなくパルスレーザビーム１１２に耐えることができる他の物質からなってよい。光学遮断素子１４０は、光学遮断素子１４０が、パルスレーザビーム１１２のビーム強度の約５％〜約９５％、例えば少なくとも約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、８５％、９０％等を遮断するように、ビーム経路１１１内に位置決めしてよい。一例として、光学遮断素子１４０は、パルスレーザビーム１１２のビーム強度の約２５％〜約８０％を遮断する。パルスレーザビーム１１２のビーム強度の、比較的高いパーセンテージを遮断することにより、非軸対称ビームスポット１１４の短軸１１５に対する、非軸対称ビームスポット１１４の長軸１１６の長さが増大する。しかしながら、パルスレーザビーム１１２のビーム強度の、比較的高いパーセンテージを遮断することにより、光学遮断素子１４０において失われる、パルスレーザビーム１１２の力の量が増大する。
【０１５２】
いくつかの実施形態では、光学遮断素子１４０は、パルスレーザビーム１１２のある断面セクタ（即ちパルスレーザビーム１１２の中心位置からパルスレーザビーム１１２の最外直径まで延在する、パルスレーザビーム１１２の方位角範囲又は「パイスライス（ｐｉｅ  ｓｌｉｃｅ）」によって画定される、セクタ）を遮断してよい。セクタの形態の光学遮断素子１４０は、パルスレーザビーム１１２の全半径において同一パーセンテージの光線を遮断するという利点を有する。このような光学アセンブリでは、光学系は、特定の半径の光線を、パルスレーザビーム焦線１１３に沿った対応する具体的な位置へとマッピングする。図５Ａ及び５Ｂに示す例示的実施形態では、非球面光学素子１２０の近傍の低半径光線が、パルスレーザビーム焦線１１３の上流端部の複数の位置にマッピングされることになり、また非球面光学素子１２０の近傍の高半径光線が、パルスレーザビーム焦線１１３の下流端部の複数の位置にマッピングされることになる。光学遮断素子１４０が、大きな半径におけるものよりも小さな半径における光線を大きな割合で切り取る場合、パルスレーザビーム焦線１１３の断面（一例として非軸対称ビームスポット１１４）の楕円率の大きさ又はアスペクト比は、その長さ全体にわたって変化することになる。従って、光学遮断素子１４０をパイスライスの形状に成形することにより、パルスレーザビーム焦線１１３の、結果として得られる断面が、パルスレーザビーム焦線１１３の全長を通して一定の楕円率を維持することが保証される。
【０１５３】
他の実施形態では、光学遮断素子１４０は、パルスレーザビーム１１２の断面弦部分を遮断してよく、ここでパルスレーザビーム１１２の断面弦部分は、パルスレーザビーム１１２の断面の周と、パルスレーザビーム１１２の任意の断面弦とによって境界が画定される。更にこの例示的実施形態では、ビーム経路１１１内に位置決めされた光学遮断素子１４０の一部分は、任意の断面弦と連続している。更に、光学遮断素子１４０は、パルスレーザビーム１１２のいずれの任意の断面部分を遮断してよいことを理解されたい。
【０１５４】
更に光学遮断素子１４０は、ビーム源１１０と透明被加工物１６０との間に位置決めしてよい。光学遮断素子１４０がビーム源１１０と透明被加工物１６０との間に位置決めされるため、動作時、パルスレーザビーム１１２は、非球面光学素子１２０を通り、光学遮断素子１４０を越えて進むことになる（例えばパルスレーザビーム１１２の遮断されなかった部分は光学遮断素子１４０を超えて進むが、パルスレーザビーム１１２の遮断される部分は光学遮断素子１４０を越えて進まない）。更にパルスレーザビーム１１２は、ビーム伝播方向（例えばＺ方向）に沿った非球面光学素子１２０及び光学遮断素子１４０の位置決めの相対的な順序にかかわらず、非球面光学素子１２０を通り、光学遮断素子１４０を越えて進むことになる。例えば光学遮断素子１４０を非球面光学素子１２０から上流に位置決めしてよく、これにより光学遮断素子１４０は、ビーム源１１０と非球面光学素子１２０との間に位置決めされる。更に、光学遮断素子１４０を非球面光学素子１２０から下流に位置決めしてよく、これにより光学遮断素子１４０は、非球面光学素子１２０と透明被加工物１６０との間に位置決めされる。
【０１５５】
いくつかの実施形態では、光学遮断素子１４０は、第１のレンズ１３０と第２のレンズ１３２との間のコリメート空間１３４内において、例えば共通の焦点面１０５に位置決めしてよい。更にパルスレーザビーム焦線１１３の断面（例えば非軸対称ビームスポット１１４）は、光学遮断素子１４０を光軸１０２の周りで回転させることによって、回転させることができる。いくつかの実施形態では、非軸対称ビームスポット１１４は、非球面光学素子１２０をビーム経路１１１に対してオフセットすること、及びパルスレーザビーム１１２の一部分を光学遮断素子１４０によって遮断することの両方によって形成できる。非球面光学素子１２０のオフセットを用いて、レーザビームエネルギのうちのより多くの部分を、光学遮断素子１４０を通るように向ける場合、オフセットと遮断との上記組み合わせは、楕円形又はその他の非軸対称ビームスポット１１４が生成されて透明被加工物１６０上に投射されることを依然として保証したまま、光学遮断素子１４０によって引き起こされる力の損失の量を低減できる。
【０１５６】
更に図５Ｂに示すように、いくつかの実施形態では、光学アセンブリ１００は、第１の光学遮断素子１４０ａ及び第２の光学遮断素子１４０ｂを備えてよい。第１の光学遮断素子１４０ａは、第１の遮断位置１４１ａにおいてビーム経路１１１内に位置決めされ、上記第２の光学遮断素子は、第２の遮断位置１４１ｂにおいてビーム経路１１１内に位置決めされる。第１の光学遮断素子１４０ａ及び第２の光学遮断素子１４０ｂは、これらがそれぞれ、ビーム経路１１１の一部分、例えばビーム経路１１１の異なる部分を遮断するように、位置決めしてよい。いくつかの実施形態では、第１の光学遮断素子１４０ａ及び第２の光学遮断素子１４０ｂはそれぞれ、パルスレーザビーム１１２の異なる断面セグメントを遮断してよい。例えば光学遮断素子１４０ａ、１４０ｂは、パルスレーザビーム１１２の断面の対向する側を遮断するよう平行に位置決めされた、各被遮断断面セグメントの断面弦部分を画定してよい。あるいは別の例では、光学遮断素子１４０ａ、１４０ｂは、パルスレーザビーム１１２の断面の対向する側を遮断するよう、円の異なる複数のセクタを画定してよい。
【０１５７】
いくつかの実施形態では、第１の遮断位置１４１ａ及び第２の遮断位置１４１ｂは、図５Ｂに示すように、光軸１０２に沿って同一のＺ軸位置に位置決めされる。他の実施形態では、第１の遮断位置１４１ａ及び第２の遮断位置１４１ｂは、光軸１０２に沿って異なる位置であってよい。更に、第１の遮断素子１４０ａ及び第２の遮断素子１４０ｂは合わせて、パルスレーザビーム１１２の強度の約５％〜約７５％を遮断できる。更に、第１の遮断素子１４０ａ及び第２の遮断素子１４０ｂは、パルスレーザビーム１１２の強度の同一のパーセンテージ、又はパルスレーザビーム１１２の強度の異なるパーセンテージを遮断できる。
【０１５８】
更に、図５Ａ及び５Ｂの遮断位置１４１、１４１ａ、１４１ｂはそれぞれ、ビーム源１１０と非球面光学素子１２０との間に図示されているが、遮断位置１４１、１４１ａ、１４１ｂは、ビーム源１１０と透明被加工物１６０との間の、例えば第１のレンズ１３０と第２のレンズ１３２との間の、例えば共通の焦点面１０５のいずれの位置であってよいことを理解されたい。理論によって制限されることを望むものではないが、パルスレーザビーム１１２を複数の（例えば２つの）光学遮断素子１４０で遮断することにより、複数のビームスポットを透明被加工物の撮像表面１６２上に投射でき、上記複数のビームスポットは、複数のビームスポットが全体として、透明被加工物１６０において図２に示すような非軸対称ビームスポット１１４を画定するように成形される。
【０１５９】
ここで図６を参照すると、ビーム源１１０と透明被加工物１６０との間に位置決めされた１つ以上の光遅延プレート１４２を備える、光学アセンブリ１００の例示的実施形態が図示されている。動作時、光遅延プレート１４２をビーム経路１１１内に位置決めすると、パルスレーザビーム１１２の一部分に光減少遅延を誘発して、パルスレーザビーム１１２の第１の部分を上記光遅延プレートを通るように向けることで上記第１のビーム部分の位相差を誘発することによって、パルスレーザビーム１１２の第１のビーム部分を第２のビーム部分からデコヒーレント化することにより、図２に示す非軸対称ビームスポット１１４を形成できる。光遅延プレート１４２は、パルスレーザビーム１１２の約５０％（例えばパルスレーザビーム１１２の強度の約５０％）が光遅延プレート１４２を横断するように、ビーム経路１１１内に位置決めしてよい。理論によって制限されることを望むものではないが、パルスレーザビーム１１２の半分にわたる光遅延は、透明被加工物１６０における非軸対称ビームスポット１１４を一体として画定する２つのビームを形成できる。更に、パルスレーザビーム１１２の断面（例えば非軸対称ビームスポット１１４）は、光遅延プレート１４２を光軸１０２の周りで回転させることによって、回転させることができる。更に、光遅延プレート１４２は、非球面光学素子１２０の上流又は下流に位置決めしてよい。例えばいくつかの実施形態では、光遅延プレート１４２は非球面光学素子１２０と透明被加工物１６０との間に位置決めされ、他の実施形態では、光遅延プレート１４２はビーム源１１０と非球面光学素子１２０との間に位置決めされる。
【０１６０】
パルスレーザビーム１１２の一部分（例えば１／２）を光遅延させることにより、上記ビームの、光遅延プレート１４２を横断する部分と、上記ビームの、光遅延プレート１４２を横断しない部分とが、非コヒーレント状態で組み合わされる場合、単一の非軸対称ビームスポット１１４を形成できる。非コヒーレント状態を達成するために、パルスレーザビーム１１２のコヒーレンス長は、光遅延プレート１４２の光学的厚さより短くしてよい。このような場合、２つのビームの光遅延は、いずれの正確な量に設定する又は精密に制御する必要がなく、上記光遅延はレーザパルスのコヒーレンス時間より大きいだけでよい。これは、レーザビームのこれら２つの部分の間の光位相差をランダム化することと略同等である。ある個別のレーザパルスのコヒーレンス時間ＴＣは、当該技術分野で公知の方法を用いて計算でき、数学的にはＴＣ＝λ２／ｃΔλとして記述され、ここでλは放射の波長であり、Ｃは光の速度であり、Δλは該レーザパルスのスペクトル帯域幅である。光遅延プレート１４２によって供給される厚さの差は、レーザパルスのコヒーレンス時間より大きくてよく、又はこれと同等のものとして、プレート内のレーザパルスのコヒーレンス長より大きくてよく、上記コヒーレンス長は、数学的に：
2019532004.tif 000048
【０１６１】
として記述され、ここでｎは光遅延プレート１４２の材料の屈折率である。例えばスペクトルパルス幅が１２．２ｎｍの１０３０ｎｍレーザに関して、コヒーレンス時間ＴＣは約２９０ｐｓｅｃとなり、ビームをデコヒーレント化するために必要なｎ＝１．５のガラスプレートの厚さは、３８マイクロメートル超となる。別の例では、スペクトルパルス幅が０．３８ｎｍの１０６４ｎｍレーザに関して、コヒーレンス時間は約２９０ｐｓｅｃとなり、ビームをデコヒーレント化するために必要なｎ＝１．５のガラスプレートの厚さは、１．３ｍｍ超となる。
【０１６２】
理論によって制限されることを望むものではないが、正確なコヒーレンス時間及びコヒーレンス長は、レーザパルスの正確な時間的及び空間的形状に左右され、従って上述の式は近似値である。よって、上述の式によって計算された値よりわずかに小さくてよい（例えば約１０％小さい、約２５％小さい、約５０％小さい等）厚さで、遅延プレートの十分なデコヒーレント化機能を達成できる。
【０１６３】
更にいくつかの実施形態では、ビームの２つの部分をデコヒーレント化するのではなく、光遅延プレート１４２を、特定の光遅延を誘発するように構成してよく、例えば光遅延プレート１４２は、パルスレーザビーム１１２の半分にわたってπの位相差（ここでレーザ波長の１つの光周期は２πラジアンの光位相をカバーすると考えられるため、πである位相差は光周期の１／２の遅延である）、パルスレーザビーム１１２の半分にわたって０．８７５πの位相差、及びいくつかの実施形態では、レーザビームの半分にわたって０．５πの位相差を誘発してよい。単にビームの２つの部分の間の正確な光位相遅延を調整することによって、ビームの強度断面の正確なプロファイルを、ビームの中心付近の２つの等しい高強度スポットというものから、ビームの中心付近の一方のスポットがより高い強度を有し、かつもう一方がより低い強度を有するというものへ、そして他の更に複雑な干渉パターンへと変化させることができる。光遅延プレート１４２が誘発する特定の光位相差は、光遅延プレート１４２の光学的厚さと相関する。しかしながら、このような系が非軸対称ビームスポット１１４を生成するものの、得られるビームスポットは、２つのビーム部分の正確な光経路長に影響されやすく、これは温度及び湿度といった環境変化によって変化し得る。更にこのようなマルチスポットパターンは、複雑な多軸応力集中を有し、これは、割れの形成の制御のために、楕円形コアを有するビームほど有用な応力集中ではない場合がある。
【０１６４】
ここで図７Ａ及び７Ｂを参照すると、ビーム源１１０と透明被加工物１６０との間に位置決めされた分割１／４波長板１５０を備える、光学アセンブリ１００の実施形態が図示されている。分割１／４波長板１５０は、第１の速軸１５６ａ及び第１の遅軸１５８ａを有する第１のプレート部分１５２を備える。分割１／４波長板１５０はまた、第２の速軸１５６ｂ及び第２の遅軸１５８ｂを有する第２のプレート部分１５４を備える。更に、第１の速軸１５６ａは第２の速軸１５６ｂに対して垂直であり、第１の遅軸１５８ａは第２の遅軸１５８ｂに対して垂直である。パルスレーザビーム１１２が分割１／４波長板１５０を横断すると、第１の速軸１５６ａ及び第１の遅軸１５８ａを有する第１のプレート部分１５２は、パルスレーザビーム１１２の第１のビーム部分を第１の偏光（例えば特定の水平、垂直又は円偏光）に偏光させ、第２の速軸１５６ｂを有する第２のプレート部分１５４は、パルスレーザビーム１１２の第２のビーム部分を第２の偏光（例えば別の特定の水平、垂直又は円偏光）に偏光させる。第１のビーム部分を第１の偏光に偏光させ、第２のビーム部分を、第２のビーム部分に対して垂直な第２の偏光に偏光させることにより、第１のビーム部分を第２のビーム部分からデコヒーレント化する。
【０１６５】
更に、第１の偏光を第２の偏光に対して垂直とすることにより、第１のビーム部分及び第２のビーム部分は分割１／４波長板１５０から下流において非コヒーレント状態で組み合わされて、図２に示す非軸対称ビームスポット１１４を形成する。理論によって制限されることを望むものではないが、直交する偏光（例えば垂直と水平、右回りの円と左回りの円）を有する２つのパルスレーザビーム部分は干渉せず、それぞれが透明被加工物１６０上に投射された場合、各ビーム部分は非コヒーレント状態で組み合わされて、合わせて非軸対称ビームスポット１１４（例えば楕円形）を形成する。ある説明的な例として、第１の偏光及び第２の偏光はそれぞれ、約９０°離間して位置決めされたポアンカレ球上の位置を構成し、従ってこれらは直交する。第１のビーム部分と第２のビーム部分との間の非コヒーレント状態の組み合わせは、いずれの２つの直交する偏光で起こり得ることを理解されたい。
【０１６６】
図７Ａに示すように、光学アセンブリ１００は、偏光子１４４及び１／４波長板１４６を更に備えてよい。偏光子１４４及び１／４波長板１４６はそれぞれ、ビーム経路１１１内においてビーム源１１０と分割１／４波長板１５０との間に位置決めされ、従ってパルスレーザビーム１１２は、分割１／４波長板１５０を横断する前に偏光子１４４及び１／４波長板１４６を横断する。動作時、偏光子１４４は、１つ以上の特定の変更を、偏光子１４４の横断からフィルタリング（例えば横断を防止）できる。１／４波長板１４６は、パルスレーザビーム１１２を単一の偏光へと偏光させることができ、これによりパルスレーザビーム１１２は、パルスレーザビーム１１２が分割１／４波長板１５０に到達するとき、右回り円偏光又は左回り円偏光といった単一の偏光を含む。更に図７Ａに示すように、分割１／４波長板１５０はビーム経路１１１内において、１／４波長板１４６と透明被加工物１６０との間に位置決めされる。分割１／４波長板１５０は、非球面光学素子１２０の上流又は下流に位置決めしてよい。例えばいくつかの実施形態では、分割１／４波長板１５０は、非球面光学素子１２０と透明被加工物１６０との間に位置決めされ、また他の実施形態では、分割１／４波長板１５０はビーム源１１０と非球面光学素子１２０との間に位置決めされる。
【０１６７】
図７Ａに示す比限定的な例では、分割１／４波長板１５０を、第１のレンズ１３０と第２のレンズ１３２との間のコリメート空間１３４内に位置決めしてよく、例えば共通の焦点面１０５に位置決めしてよく、これにより、分割１／４波長板１５０の第１のプレート部分１５２と第２のプレート部分１５４との間の接触位置での相互作用による、パルスレーザビーム１１２の力の損失の量が最小となる。
【０１６８】
分割１／４波長板１５０を、２つのプレート部分（例えば第１のプレート部分１５２及び第２のプレート部分１５４）を備えるものとして図示しているが、分割１／４波長板１５０の他の実施形態は、いずれの数のプレート部分を備えてよい。上述の遮断素子と同様、分割１／４波長板１５０のこれらの部分は、断面弦部分、又はより好ましくはセクタの形態で作製してよい。これらの実施形態では、第１の複数のプレート部分は、第１の速軸１５６ａ及び第１の遅軸１５８ａを備え、第２の複数のプレート部分は、第２の速軸１５６ｂ及び第２の遅軸１５８ｂを備える。更に、第１の複数のプレート部分は合わせて、分割１／４波長板１５０の約５０％を構成してよく、また第２の複数のプレート部分は合わせて、分割１／４波長板１５０の残りの５０％を構成してよい。
【０１６９】
再び図１Ａ〜７Ｂを参照すると、所望の分割線１６５に沿って欠陥１７２を含む輪郭線１７０を形成する方法は、ビーム経路１１１に沿って配向され、ビーム源１１０によって出力されたパルスレーザビーム１１２を、透明被加工物１６０内へと向けることにより、パルスレーザビーム１１２の、透明被加工物１６０内へと向けられた部分が、上記透明被加工物内で誘起吸収を生成し、上記誘起吸収が透明被加工物１６０内に欠陥１７２を生成するステップを含む。例えば、パルスレーザビーム１１２は、透明被加工物１６０の損傷閾値を超えるために十分なパルスエネルギ及びパルス持続時間を備えてよい。いくつかの実施形態では、パルスレーザビーム１１２を透明被加工物１６０内へと向ける上記ステップは、パルスレーザビーム１１２を、ビーム源１１０による出力から、ビーム伝播方向（例えばＺ軸）に沿って配向されたパルスレーザビーム焦線１１３へと集束させるステップを含む。透明被加工物１６０を、パルスレーザビーム１１２のパルスレーザビーム焦線１１３に少なくとも部分的に重なるように、ビーム経路１１１内に位置決めする。このようにしてパルスレーザビーム焦線１１３は、透明被加工物１６０内へと向けられる。パルスレーザビーム１１２、例えばパルスレーザビーム焦線１１３は、透明被加工物１６０内で誘起吸収を生成することにより、透明被加工物１６０内に欠陥１７２を生成する。いくつかの実施形態では、第１のレンズ１３０及び／又は第２のレンズ１３２がパルスレーザビーム１１２を集束させてよい。他の実施形態、例えば第１のレンズ１３０及び第２のレンズ１３２を含まない実施形態では、非球面光学素子１２０（例えばアキシコンレンズ）がパルスレーザビーム１１２を集束させてよい。いくつかの実施形態では、個々の欠陥１７２を、数百キロヘルツ（即ち１秒あたり数十万個の欠陥）の速度で生成できる。
【０１７０】
動作時、パルスレーザビーム焦線１１３の位置は、パルスレーザビーム１１２を透明被加工物１６０に対して好適に位置決めする及び／又は整列させることにより、並びに光学アセンブリ１００のパラメータを好適に選択することにより、制御できる。更に、パルスレーザビーム焦線１１３は、約０．１ｍｍ〜約１００ｍｍ又は約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍの長さを有してよい。様々な実施形態は、長さｌが約０．１ｍｍ、約０．２ｍｍ、約０．３ｍｍ、約０．４ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．７ｍｍ、約１ｍｍ、約２ｍｍ、約３ｍｍ、約４ｍｍ、又は約５ｍｍ、例えば約０．５ｍｍ〜約５ｍｍのパルスレーザビーム焦線１１３を有するように構成してよい。
【０１７１】
ここでもまた図１Ａ〜７Ａを参照すると、所望の分割線１６５に沿って欠陥１７２を含む輪郭線１７０を形成する方法は、透明被加工物１６０をパルスレーザビーム１１２に対して並進移動させる（又はパルスレーザビーム１１２を透明被加工物１６０に対して、例えば図１Ａ及び２に示す並進移動方向１０１に並進移動させてもよい）ことによって、欠陥１７２を有する所望の部分の形状をトレースした輪郭線１７０を形成するステップを含んでよい。欠陥１７２は、ガラスの深さ全体を貫通してよい。本明細書で開示される欠陥１７２は、「孔（ｈｏｌｅ）」又は「孔状（ｈｏｌｅ‐ｌｉｋｅ）」として記載される場合もあるが、一般には空所でなくてよく、本明細書に記載のレーザ加工によって修正された被加工物の部分であることを理解されたい。いくつかの実施形態では、欠陥１７２は一般に、約５マイクロメートル〜約２０マイクロメートルの距離だけ互いから離間していてよい。例えば、欠陥１７２の間の好適な間隔は、ＴＦＴ／ディスプレイ用ガラス組成物に関して、約０．１マイクロメートル〜約３０マイクロメートル、例えば約５マイクロメートル〜約１５マイクロメートル、約５マイクロメートル〜約１２マイクロメートル、約７マイクロメートル〜約１５マイクロメートル、又は約７マイクロメートル〜約１２マイクロメートルであってよい。更に、パルスレーザビーム１１２に対する透明被加工物１６０の並進移動は、１つ以上の並進移動ステージ１９０を用いて透明被加工物１６０及び／又はビーム源１１０を移動させることによって実施してよい。
【０１７２】
単一の透明被加工物１６０の穿孔だけではなく、本プロセスは、ガラスのシートの積層体といった透明被加工物１６０の積層体に穿孔するためにも使用でき、合計高さが最大数ｍｍのガラス積層体に、単回のレーザパスで完全に穿孔できる。単一のガラス積層体は、例えばＣｏｒｎｉｎｇ  ｃｏｄｅ  ２３１８ガラスの１つ以上の層が重ねられたソーダライムガラスの１つ以上の層といった、上記積層体内の様々なガラスタイプで構成できる。ガラス積層体は更に、様々な位置に空隙を有してよい。別の実施形態によると、接着剤等の延性の層をガラス積層体の間に配置してよい。しかしながら、本明細書に記載のパルスレーザプロセスは依然として、このような積層体の上側及び下側両方のガラス層に、単回のパスで完全に穿孔する。
【０１７３】
更に、透明被加工物１６０内の輪郭線１７０の形成に続いて、応力誘発源、例えば機械的源又は熱源を利用して、透明被加工物１６０を輪郭線１７０に沿って分割してよい。実施形態によると、熱源、例えば赤外線レーザビームを用いて、熱応力を生成することにより、透明被加工物１６０を輪郭線１７０で分割してよい。実施形態では、赤外線レーザを用いて自発的な分割を開始させてよく、続いて分割を機械的に完了させてよい。ガラス内に熱応力を生成するための好適な赤外線レーザは典型的には、ガラスが容易に吸収する波長を有し、典型的には１．２マイクロメートル〜１３マイクロメートル、例えば４マイクロメートル〜１２マイクロメートルの波長を有する。二酸化炭素レーザ（「ＣＯ２レーザ」）、一酸化炭素レーザ（「ＣＯレーザ」）、固体レーザ、レーザダイオード又はこれらの組み合わせが生成するレーザビーム等の赤外線レーザビームは、透明被加工物１６０の温度を輪郭線１７０において又は輪郭線１７０の付近において迅速に上昇させる、被制御熱源である。この迅速な加熱は、輪郭線１７０上又は輪郭線１７０の付近において、透明被加工物１６０内に圧縮応力を形成し得る。加熱されるガラス表面の面積は、透明被加工物１６０の全表面積に比べて相対的に小さいため、加熱される領域は比較的迅速に冷却される。結果的な温度勾配は、透明被加工物１６０内に、輪郭線１７０に沿って、及び透明被加工物１６０の厚さを通るように、割れを伝播させるために十分な引張応力を誘発し、これにより、輪郭線１７０に沿った透明被加工物１６０の完全な分割が得られる。理論によって束縛されるものではないが、引張応力は、比較的高い局所温度を有する上記被加工物の部分におけるガラスの膨張（即ち密度変化）によって引き起こされ得ると考えられる。
【０１７４】
以上の説明に鑑みて、所望の分割線に沿った欠陥を含む輪郭線の形成は、非軸対称ビームスポットを所望の分割線に沿って被加工物上に投射するように成形されたパルスレーザビームを利用して増強できることを理解されたい。
【実施例】
【０１７５】
実施例１
実施例１は、波長が５３２ｎｍのパルスレーザビームを、ビーム経路と整列された（例えばオフセットのない）非球面光学素子を有する例示的な光学アセンブリへと出力した場合の、モデル化された結果である。パルスレーザビームは対称ガウスビームとして出力され、上記非球面光学素子によって準非回折ビームへと成形される。図８Ａは、パルスレーザビーム焦線（例えば準非回折パルスレーザビーム焦線）の例示的な断面強度プロットを示す。図８Ａに示すように、オフセットがない場合、ビームスポットは半径に関して対称である。図８Ａの断面強度プロットの半値全幅（ＦＷＨＭ）は、３．８マイクロメートルである。図８Ｂは、オフセットさせずに形成された準非回折パルスレーザビームのフーリエ変換面の対数強度プロットを示す。更に図８Ｃは、ピーク線焦点位置における、オフセットさせずに形成された準非回折パルスレーザビーム焦線の実験的な近接場顕微鏡写真を示す。
【０１７６】
実施例２
実施例２は、波長が１０６４ｎｍのパルスレーザビームを、ビーム経路に対してＸ方向に２０マイクロメートルのオフセット距離だけオフセットされた非球面光学素子を有する例示的な光学アセンブリへと出力した場合の、モデル化された結果である。パルスレーザビームは非対称ガウスビームとして出力され、上記非球面光学素子によって準非回折ビームへと成形される。図９は、非球面光学素子とビーム経路との間のオフセットによって形成された、結果的な非軸対称パルスレーザビーム焦線の、例示的な断面強度プロットを示す。
【０１７７】
実施例３
実施例３は、波長が１０６４ｎｍのパルスレーザビームを、ビーム経路に対してＸ方向に５０マイクロメートルのオフセット距離だけオフセットされた非球面光学素子を有する例示的な光学アセンブリへと出力した場合の、モデル化された結果である。パルスレーザビームは非対称ガウスビームとして出力され、上記非球面光学素子によって準非回折ビームへと成形される。図１０は、非球面光学素子とビーム経路との間のオフセットによって形成された、結果的な非軸対称パルスレーザビーム焦線の、例示的な断面強度プロットを示す。
【０１７８】
実施例４
実施例４は、波長が１０６４ｎｍのパルスレーザビームを、ビーム経路に対してＸ方向に１００マイクロメートルのオフセット距離だけオフセットされた非球面光学素子を有する例示的な光学アセンブリへと出力した場合の、モデル化された結果である。パルスレーザビームは非対称ガウスビームとして出力され、上記非球面光学素子によって準非回折ビームへと成形される。図１１Ａは、非球面光学素子とビーム経路との間のオフセットによって形成された、結果的なモデル化された非軸対称パルスレーザビーム焦線の、例示的な断面強度プロットを示す。図１１Ｂは、パルスレーザビーム焦線の長さに沿った略中央の位置である、最もよく集束する軸方向位置における、図１１Ａのモデル化された結果の断面強度プロットの断面を示す。図１１Ｃは、図１１Ｂの最もよく集束する軸方向位置から約２００マイクロメートルだけ変位させた軸方向位置における、図１１Ａのモデル化された結果の断面強度プロットのＸ及びＹ断面を示す。図１１Ｃの強度プロットのＦＷＨＭは、７．０×４．５マイクロメートルであり、これは約１．６の非対称性を示す。図１１Ｄは、１００マイクロメートルのオフセットを用いて形成されたパルスレーザビーム（例えば準非回折パルスレーザビーム）のフーリエ変換面のモデル化された対数強度プロットを示す。図１１Ｄに示すように、対数強度プロットは一様ではない。更に図１１Ｅは、ピーク線状焦点位置における実施例４のパルスレーザビーム焦線の実験的な近接場顕微鏡写真を示す。
【０１７９】
実施例５
実施例５は、例示的な光学アセンブリが、非球面光学素子としてのアキシコンと、第１のレンズと第２のレンズとの間に、パルスガウス‐ベッセルビームの強度の５０％を遮断するように位置決めされた、光学遮断素子とを含む場合の、モデル化された結果である。パルスガウス‐ベッセルビームの強度の５０％を遮断することにより、上記パルスガウス‐ベッセルビームのフーリエ変換に１次元のヘビサイドステップ関数を乗算したものと同一の数学的な結果が生成される。２Ｄ画像空間では、これは、１次元ヘビサイドステップ関数Ｈ（ｘ）のフーリエ変換で畳み込まれた２Ｄガウス‐ベッセルビームを生成する。ヘビサイドステップ関数は、Ｈ（ｘ）＝１／２（Ｓｇｎ（ｘ）＋１）によって、Ｓｇｎステップ関数に関連付けられる。フーリエ変換の表は、２次元において：
【０１８０】
【数３２】
2019532004.tif 000049
【０１８１】
であることにより：
【０１８２】
【数３３】
2019532004.tif 000050
【０１８３】
となることを示す。
【０１８４】
デルタ関数で畳み込まれたガウス‐ベッセルビームは、原点でのガウス‐ベッセルを数学的に記述する。説明のために、図１２Ａは、デルタ関数で畳み込まれたベッセル‐ガウスビームの（Ｘ‐Ｙ平面に沿った）断面強度プロットを示す。更に図１２Ｂは、ｉ／２πｘで畳み込まれたガウス‐ベッセルビームの（Ｘ‐Ｙ平面に沿った）断面強度プロットを示す。更に等式３３は、Ｓｇｎ関数のフーリエ変換でのガウス‐ベッセルビームの畳み込みを数学的に記述し、これはガウス‐ベッセルビームの強度の５０％の遮断と数学的に同等である。図１２Ｃは、等式３３で数学的に記述されているようなヘビサイドステップ関数のフーリエ変換で畳み込まれたガウス‐ベッセルビームの（Ｘ‐Ｙ平面に沿った）断面強度プロットを示す。図１２Ｃの（Ｘ‐Ｙ平面に沿った）断面強度プロットはまた、ビーム経路の５０％の遮断によって形成されたパルスレーザビーム焦線の結果的な断面強度プロットである。従って結果として得られる非軸対称パルスレーザビーム焦線の強度のスポット又はピークの間隔は、アキシコン角度及び望遠鏡倍率（例えばレンズ１３０の焦点距離に対するレンズ１３２の焦点距離の比によって生成される倍率）によって左右され、光学系の傾き、オフセット又は収差によってではない。更に図１２Ｄは、図１２Ａ〜１２Ｃの強度プロットのＸ軸断面をグラフで示し、図１２Ｅは、例示的なＳｇｎステップ関数のフーリエ変換をグラフで示す。
【０１８５】
図１２Ｆは、パルスレーザビームがアキシコンを横断し、パルスレーザビームのビーム強度の５０％が、ビーム経路に沿って第１のレンズと第２のレンズとの間の中央に位置決めされた光学遮断素子によって遮断された場合に形成される、結果的な非軸対称パルスレーザビーム焦線の、断面強度プロットを示す。図１２Ｇは、図１２Ｆの強度プロットのＸ及びＹ断面をグラフで示す。図１２Ｈは、ビーム源に位置決めされた（例えばＺ＝０の位置に位置決めされた）光学遮断素子によってビーム強度の５０％が遮断された場合の、結果的な非軸対称パルスレーザビーム焦線の断面強度を示す。図１２Ｉは、図１２Ｈの強度プロットのＸ及びＹ断面をグラフで示す。図１２Ｆ〜１２Ｉに示すように、ビーム経路に沿った光学遮断素子のＺ軸位置は、結果として得られるパルスレーザビーム焦線に対して最小の影響しか有しない。これは、光学遮断素子がアキシコンより前に位置するか、又はアキシコンより後ろ、例えば２つのレンズ１３０及び１３２の間のコリメート空間１３４内に位置するかにかかわらず、光学遮断素子が有効となり得ることを示している。従って、光学遮断素子を用いて非軸対称パルスレーザビーム焦線を生成することが好ましくなり得る。
【０１８６】
実施例６
実施例６は、１／ｅ２直径が６００マイクロメートルであるパルスレーザビームの断面セグメントを段階的に遮断した場合の、モデル化された結果である。特に実施例６は、パルスレーザビームの異なる複数の断面セグメント（それぞれについて最大遮断幅が増大している）を遮断することを含み、用語「最大遮断幅（ｍａｘｉｍｕｍ  ｂｌｏｃｋｅｄ  ｗｉｄｔｈ）」は、遮断される断面セグメントの断面弦部分の中点から垂直に測定した、パルスレーザビームの遮断される部分（例えばビーム経路の遮断される部分）の幅として定義される。図１３Ａは、パルスレーザビームを遮断せずに結果として得られるパルスレーザビーム焦線のＸ‐Ｙ平面における例示的な強度プロットを示す。図１３Ａに示すように、遮断が実施されない場合、断面パルスレーザビーム焦線は軸対称である。図１３Ｂ〜１３Ｋは、最大遮断幅が増大する複数の遮断される断面セグメントを有する、Ｘ‐Ｙ平面における例示的な強度プロットを示す。例えば図１３Ｂの最大遮断幅は５０マイクロメートルであり、図１３Ｃの最大遮断幅は１００マイクロメートルであり、図１３Ｄの最大遮断幅は１５０マイクロメートルであり、図１３Ｅの最大遮断幅は２００マイクロメートルであり、図１３Ｆの最大遮断幅は２５０マイクロメートルであり、図１３Ｇの最大遮断幅は３００マイクロメートルであり（例えばパルスレーザビームの半分を遮断する）、図１３Ｈの最大遮断幅は３５０マイクロメートルであり、図１３Ｉの最大遮断幅は４００マイクロメートルであり、図１３Ｊの最大遮断幅は４５０マイクロメートルであり、図１３Ｋの最大遮断幅は５００マイクロメートルである。
【０１８７】
実施例７
実施例７では、波長が５３２ｎｍの準非回折パルスレーザビームを、上記パルスレーザビームの５０％を遮断するよう位置決めされた光学遮断素子を有する例示的な光学アセンブリ内へと出力する。図１４は、実施例７のパルスレーザビームの５０％を遮断することによって形成された非軸対称パルスレーザビーム焦線の断面の近接場顕微鏡写真を示す。
【０１８８】
実施例８
実施例８では、波長が５３２ｎｍの準非回折パルスレーザビームを、上記パルスレーザビームの７５％を遮断するよう位置決めされた光学遮断素子を有する例示的な光学アセンブリ内へと出力する。図１５は、実施例８のパルスレーザビームの７５％を遮断することによって形成された非軸対称パルスレーザビーム焦線の断面の近接場顕微鏡写真を示す。実施例８の非軸対称パルスレーザビーム焦線は、実施例７の非軸対称パルスレーザビーム焦線より大きなアスペクト比を有することに留意されたい。
【０１８９】
実施例９
実施例９では、光学遮断素子は、上記光学遮断素子が断面パルスレーザビームの１／４のセクタを遮断する（従ってパルスレーザビームの強度の２５％を遮断する）ように、例示的な光学アセンブリ内に位置決めされる。図１６は、光軸の周り（例えばパルスレーザビームの伝播方向の周り）で上記光学遮断素子を段階的に４５°回転させた場合に上記光学遮断素子によって形成される、結果として得られる例示的な非軸対称パルスレーザビーム焦線の断面を示す。
【０１９０】
実施例１０
実施例１０は、第１のレンズと第２のレンズとの間の共通の焦点面において６００マイクロメートルの１／ｅ２直径を有するパルスレーザビームの２つの断面セグメントの、２つの光学遮断素子を用いた遮断をモデル化したものであり、上記２つの光学遮断素子は、それぞれ平行な弦において終端し、かつ等しい（実施例６に関して既に定義された）最大遮断幅を有する、パルスレーザビームの断面弦部分を遮断するように、配向される。図１７Ａは、パルスレーザビームを遮断せずに結果として得られるパルスレーザビーム焦線のＸ‐Ｙ平面における例示的な強度プロットを示す。図１７Ａに示すように、遮断が実施されない場合、パルスレーザビーム焦線の断面は軸対称である。図１７Ｂ〜１７Ｆは、最大遮断幅が増大し、かつ最大遮断幅が等しい、２つの平行な遮断される断面セグメントを有する、Ｘ‐Ｙ平面における例示的な強度プロットを示す。例えば図１７Ｂの各最大遮断幅は５０マイクロメートルであり、図１７Ｃの各最大遮断幅は１００マイクロメートルであり、図１７Ｄの各最大遮断幅は１５０マイクロメートルであり、図１７Ｅの各最大遮断幅は２００マイクロメートルであり、図１７Ｆの各最大遮断幅は２５０マイクロメートルである。なお、図１７Ａ〜１７Ｆのパルスレーザビーム焦線断面は、複数の干渉縞を示し、レーザエネルギの大半は、図１７Ｂに関してでさえ、パルスレーザビームの中心コアスポットの外側に投入される。これは、中心スポットが比較的低い強度を有し、透明被加工物の切断を促進するためには、光学系の入力においてより多くの力が必要とされ得ることを意味する。図１７Ｂ〜１７Ｆの中心でない干渉縞に存在する多量のエネルギはまた、透明被加工物において応力を集中させない異なる複数の応力プロファイルを生成することになり、これは光エネルギのほとんどが中心の楕円に内包される場合も同様である。
【０１９１】
実施例１１
実施例１１は、実施例１０のモデル化された結果の実験による確認であり、これは６３２ｎｍのＨｅＮｅレーザを含む例示的な光学アセンブリを用いて実施されている。実施例１１では、２つの光学遮断素子が、２つのレンズ１３０及び１３２の間のコリメート空間１３４内のパルスレーザビームの断面セグメントをそれぞれ遮断するように、例示的な光学アセンブリ内に位置決めされており、ここでコリメートされるビームのリングの直径は約２２ｍｍであり、各光学遮断素子が形成する断面弦部分は、約９ｍｍ離間して平行に位置決めされた弦において終端する。図１８は、光軸の周り（例えばパルスレーザビームの伝播方向の周り）で上記例示的な光学遮断素子を段階的に４５°回転させた場合に各上記光学遮断素子によって形成される、結果として得られる例示的な（それぞれ複数のビームスポットを有する）非軸対称パルスレーザビーム焦線の断面を示す。
【０１９２】
実施例１２
実施例１２では、光学遮断素子を例示的な光学アセンブリ内に位置決めし、上記例示的な光学アセンブリは、パルスレーザビームの光経路に対してオフセットされた非球面光学素子も含む。例えば図１９Ａは、パルスレーザビームが、ビーム経路から５０マイクロメートルだけオフセットされたアキシコンと、非オフセット系においてパルスレーザビームの５０％を遮断するよう位置決めされたハーフアパーチャ光学遮断素子とを横断した後の、パルスレーザビームの断面画像を示す。図１９Ｂは、図１９Ａに示す遮断及びシフト構成によって形成された結果的な非軸対称パルスレーザビーム焦線の、例示的な断面強度プロットを示す。
【０１９３】
実施例１３
実施例１３では、πである光遅延を誘発する光遅延プレートをビーム経路内に位置決めすることにより、パルスレーザビームの５０％が上記光遅延プレートを横断し、πである光遅延を受ける。図２０Ａは、パルスレーザビームの５０％がπだけ光遅延することによって形成される、結果的な非軸対称パルスレーザビーム焦線の断面強度プロットを示す。図２０Ｂは、図２０Ａの断面強度プロットの断面を示す。
【０１９４】
実施例１４
実施例１４では、０．８７５πである光遅延を誘発する光遅延プレートをビーム経路内に位置決めすることにより、パルスレーザビームの５０％が上記光遅延プレートを横断し、πである光遅延を受ける。図２１Ａは、パルスレーザビームの５０％が０．８７５πだけ光遅延することによって形成される、結果的な非軸対称パルスレーザビーム焦線の断面強度プロットを示す。図２１Ｂは、図２１Ａの断面強度プロットの断面を示す。
実施例１５
実施例１５では、０．５πである光遅延を誘発する光遅延プレートをビーム経路内に位置決めすることにより、パルスレーザビームの５０％が上記光遅延プレートを横断し、πである光遅延を受ける。図２２Ａは、パルスレーザビームの５０％が０．５πだけ光遅延することによって形成される、結果的な非軸対称パルスレーザビーム焦線の断面強度プロットを示す。図２２Ｂは、図２２Ａの断面強度プロットの断面を示す。
【０１９５】
実施例１６
実施例１６では、上述のような分割１／４波長板を、ＨｅＮｅレーザが出力するレーザビームのビーム経路内に、ＨｅＮｅレーザビームの第１のビーム部分が第１の偏光へと偏光され、ＨｅＮｅレーザビームの第２のビーム部分が第１の偏光に対して垂直な第２の偏光へと偏光されるように、位置決めしてよい。図２３は、光軸の周り（例えばパルスレーザビームの伝播方向の周り）で上記例示的な分割１／４波長板を段階的に４５°回転させた場合に上記分割１／４波長板によって形成される、結果として得られる例示的な非軸対称パルスレーザビーム焦線を示す。
【０１９６】
実施例１７
この実施例は、偏光法を用いて非対称準非回折ビームを生成するための光学系を説明する。この実施例の概要は以下の通りである。
【０１９７】
概要：
Ａ．使用した系
‐光学系及び距離
‐レーザビーム
‐分割１／４波長板（ＳＱＷＰ）
Ｂ．微小穿孔及び割れ方向制御の例示的な結果
Ｃ．ビームが非対称ＱＮＤＢであるかどうかを確立するためのビーム測定方法
‐走査したＬＦＣの説明
‐ビームプロファイルの実験的測定
Ｄ．結果
‐以下の実験的測定：
○Ｗ０，ｅｆｆ
○レイリー範囲（強度法を用いて）
○本出願の等式３１を満たすＦＤ
‐モデル化された結果
○レイリー範囲（ビーム分散法を用いて）
【０１９８】
使用したシステム。図２５に示す光学系は全体として、ビームの非対称性を破壊するために偏光法を用いる、非対称準非回折ビームを生成するために使用できる系を概説する。この光学系は、ガラス等の基板の切断に好適である。
【０１９９】
光学系／レーザビーム。代表的なレーザは、パルス幅が９ｐｓｅｃの１０６４ｎｍパルスレーザであり、これは、直線偏光（例えばＣｏｈｅｒｅｎｔ製のＨｙｐｅｒ‐Ｒａｐｉｄ  ５０）によってガウス型出力ビームを提供する。望遠鏡を用いて、ビームがアキシコンに入る前に、ビームを１／ｅ２直径が５．５ｍｍとなるようにコリメートする。ビームがアキシコンに入射する前に、ビームに１／４波長板を通過させて該ビームを円偏光する。１／４波長板（ＱＷＰ）からアキシコン、分割１／４波長板（ＳＱＷＰ）及びレンズを通って延在する全光学系は、入力されたガウスビームを非対称準非回折ビーム（ＱＮＤＢ）に変換するよう設計される。アキシコン及びレンズはそれら自体で、場合によってはガウス‐ベッセルビームとして知られるものを形成し、これは軸対称強度分布を有するＱＮＤＢである。１／４波長板はＳＱＷＰと組み合わされて、系の回転対称性を破壊する役割を果たし、これらは非対称ＱＮＤＢの生成を可能にする素子である。
【０２００】
図２５に示した比較的一般的な系とは対照的に、本文書中でこれ以降に使用される特定の系では、２つのｆ＝１５０ｍｍのレンズを用いて、アキシコンの後ろにおいて光をコリメートする。この系は図２６に示されている。２つのｆ＝１５０ｍｍのレンズは対となって機能し、第１のレンズは主に（アキシコン焦点に近い位置にあるため光学的な力はほとんどない）フィールドレンズとして機能し、またこれらの間に距離を与えることにより、これらは、アキシコンからおおよそ１焦点距離だけ離して配置された、焦点距離が１４０ｍｍの単一のレンズとしての正味の効果を生成する。レンズをこのように正確に選択することは重要ではない。多くの異なる焦点距離及びスタイルのレンズを使用できる。１つ以上のコリメートレンズの重要な点は、これらを対物レンズと組み合わせると、アキシコンのすぐ後ろに形成される焦線を光学的に中継する（直径、長さ）ことにより、最後の集束レンズの後ろに上記焦線の拡大された（又は縮小された）画像を形成する、望遠鏡として機能することである。これにより、アキシコンを変更する必要なく、焦線のサイズをより柔軟に拡大縮小でき、また焦線を、最後の光学系から比較的大きな物理的隔たり又は動作距離を有する場所に投射でき、これはアキシコンの直近に焦線を有する生産環境において極めて便利である。
【０２０１】
この実施例で示されている設定は、全体のパッケージサイズを比較的短く保ちながら、コリメートレンズの長い有効焦点距離を実現できるように選択されている。これが、２つのコリメートレンズが近接した、第１のレンズが「フィールドレンズ」として機能する構成を用いた理由である。この具体的なコリメートレンズの選択は、ＱＮＤＢ又は非対称ＱＮＤＢの作製には必要ない。単一のコリメートレンズ、又は他の焦点距離を有するレンズを用いてもよい。
【０２０２】
ビームはＳＱＷＰに入る際に環へと概ねコリメートされ、このＳＱＷＰは、本明細書に記載されているような偏光の変更によってビームの対称性を破壊する役割を果たす。ＳＱＷＰは系の光軸の周りで回転することによって、非対称な集束スポットの好ましい方位角的配向を変更できる。１つの円形波長板の２つの半体を一体に取り付けて構成されるＳＱＷＰの場合、形成される非対称スポットの長軸は、ＳＱＷＰ内の分割線に対して垂直となる。ＳＱＷＰの回転は電動化でき、配向の角度は、基板の所望の切断経路方向に従うように同期させることができる。
【０２０３】
ｆ＝３０ｍｍの複レンズを図２６に示されている系において使用することにより、上記環をベッセル様ビームへと集束させるが、これは、ＳＱＷＰ（２つの別個の片に分割され、そのうちの一方が反転されている、１／４波長板）の効果によって、楕円形断面を有するように作製される。
【０２０４】
本実施形態で使用されるＳＱＷＰは、非対称ＱＮＤＢの生成において重要である。ＳＱＷＰは、レーザビームの２つのセクションの、偏光をベースとしたデコヒーレント化をもたらす。ＳＱＷＰは既に図７ｂに図示されているが、図２３に更に明確に図示されている。ＳＱＷＰは１／４波長板の２つのセクションからなり、これらのセクションは、各セクションの光軸が、ＳＱＷＰの他方のセクションの光軸に対して垂直となるように、組み付けられる。円偏光された光がＳＱＷＰに入射すると、ＳＱＷＰの各部分が、各部分を通過する光を、他方の部分からの偏光に対して常に垂直となる偏光へと変換する。例えば第１の部分が放出する光は直線状かつ垂直であってよく、第２の部分が放出する光は直線状かつ水平であってよい。あるいは第１の部分が放出する光は右回りの円形であってよく、ここで第２の部分が放出する光は左回りの円形である。２つの直交偏光されたビーム部分を組み合わせた場合、これらは決して干渉しない。このデコヒーレント化により、ビームの２つの部分の独立した挙動が実現され、従ってＱＮＤＢの対称性が破壊される。ビーム部分がコヒーレント状態で組み合わされると、強い干渉効果が発生し、これらの干渉効果が非対称ＱＮＤＢの拡張されたレイリー範囲を台無しにしてしまい、干渉によって生成されたピーク及び谷が存在してしまうことになる。ＳＱＷＰ法の重要な特徴は、ＳＱＷＰの全ての可能な回転配向において、円偏光された光がＳＱＷＰに入射すると仮定した場合、２つの部分から出た光の直交性が保証されることである。
【０２０５】
図２７は、ＳＱＷＰ、及びＳＱＷＰを構築するための方法を示す。２つのセクションは、左側の（斜線が引かれた）半体が速軸を有し、これが右側の半体（この画像の白いセクション））の速軸に対して垂直となるように、組み付けられる。ＳＱＷＰは２つの均等な半体である必要はない。しかしながら、２つのセクションの光軸の直交性は重要である。
【０２０６】
図２８は、ビームをデコヒーレント化するための偏光法を用いた非対称ＱＮＤＢの生成を概略図で示す。基本的な機構は、以下の通りである：
・直線偏光された光が１／４波長板に入射する。
【０２０７】
・アキシコンが焦線を形成する。
【０２０８】
・１つ以上のコリメートレンズが光のリング又は環を生成する。
【０２０９】
・上記環がＳＱＷＰを通過する。
【０２１０】
・集束レンズが光を再集束させて、焦線又はＱＮＤＢを形成する。ＱＮＤＢは非対称（又は楕円形）であるが、これは、ＳＱＷＰがビームの２つの直交偏光された部分を生成し、これらはもはやコヒーレント状態で組み合わせることができないためである。
【０２１１】
３０ｍｍ複レンズの後ろでの、図２６に示されている系におけるビームの開口数（ＮＡ）は、およそ０．３７である。これは、ビームの短軸（又は最小断面）にわたる予想スポットサイズが約２マイクロメートルであることを意味する。ある集束ビームに関する予想スポットサイズは、該ビームのＮＡの関数であり、以下の式：
2019532004.tif 000051
【０２１２】
によって与えられ、ここでｄはスポット直径であり、λ０は波長であり、ｎ０は媒体の屈折率である。即ちスポットサイズは、波長、ＮＡ、及びビーム形状に関連する定数の関数である。
【０２１３】
微小穿孔及び割れ方向制御の例示的な結果。図２９は、図２６の光学系を用いて行われた、微小穿孔及び割れ制御の例示的な画像を示す。ＳＱＷＰ光学系を用いて作製された、イオン交換されていないＣｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｄｅ  ２３１８ガラス内の、微小穿孔された孔が示されている。各画像において、孔の「十字（ｃｒｏｓｓ）」が形成されており、これはステージ／レーザビームが垂直（ｙ）方向及び水平（ｘ）方向に移動していることを示す。各画像において、ステージの運動のｘ又はｙ方向とは独立した、偏向した割れ方向を確認でき、この割れ方向は赤色の矢印で強調されている。各画像間を進んで行くと、ＳＱＷＰの分割は、水平（ｘ）方向に対して平行に配向されて始まり、これにより、左上の画像に示されている略垂直（ｙ）な割れを伴う微小穿孔を作製し、続いてＳＱＷＰは、後続の複数の画像においてそれぞれ４５°ずつ段階的に回転される。矢印は、各画像の偏向した割れの、観察された方向を示す。
【０２１４】
図３０は、４つの異なるＳＱＷＰ回転角度（０°、４５°、９０°、１３５°）において作製された微小穿孔ラインによる星型パターンを示す。各ラインを作製するために、ＳＱＷＰを異なる回転角度に設定することにより、偏向した割れ方向がステージの運動方向に対して平行となるように制御した。注目すべきは、個々の微小穿孔間の割れの伝播が、意図されている方向に正確に従っていることである。
【０２１５】
ビーム測定方法。準非回折ビームのプロファイルの測定は、ＮＡ＝０．８の、前方に６０×の顕微鏡対物レンズを有するＣＣＤカメラを用いて実施した。
【０２１６】
上記顕微鏡対物レンズは、焦線の断面を拡大してＣＣＤカメラ上に結像させる役割を果たした。
【０２１７】
この倍率は、各カメラピクセルが、焦線の所与の断面平面におけるわずか〜０．０２７マイクロメートルのサイズに対応するような倍率であり、これによりマイクロメートルスケールのビーム断面でさえ、高い忠実度で部分解像できる。
【０２１８】
次に、上記顕微鏡対物レンズ及びＣＣＤカメラで、ビームの光軸に沿って走査することにより、ビームの断面プロファイルをｚの関数としてキャプチャする。
2019532004.tif 000052
【０２１９】
右側の２つのプロットが何であるのかについての詳細な説明に関しては、以下の議論を参照されたい。
2019532004.tif 000053
【０２２０】
2019532004.tif 000054
【０２２１】
右側のプロットは、ＣＣＤカメラを用いて得られた、１つの所与のｚ位置（光軸に沿った位置）に関するビーム断面の画像である。
【０２２２】
色は光の強度を示しており、赤色が最も高い強度であり、紫色が最も低い強度である。ｘ／ｙのスケールの単位はマイクロメートルである。これは、スポットが水平（ｘ）方向に沿って伸長した非対称ビームを示す。
【０２２３】
左側の画像は、一連のｚ位置（光軸に沿った位置）に関する、各断面画像におけるピーク強度のプロットである。強度の単位は、カメラの各ピクセルで測定したアナログ‐デジタルコンバータのビット数であり、これらの画像は８ビットＣＣＤカメラで取得されているため、最大ピクセル強度は２５５である。
【０２２４】
以下の２つの例では、上述の光学系を用いて非対称ＱＮＤＢを生成し、また上述のＣＣＤカメラシステムを用いて、得られた光ビームを特性決定した。
【０２２５】
いずれの場合においても、ＳＱＷＰの配向をこれら２つの場合の間で４５°だけ回転させたことを除いて、光学系は同一である。
【０２２６】
以下にＦＤを決定するための手順を概説する：
１）ビーム強度Ｉ（ｘ，ｙ）プロファイルを、光軸に沿った一連の複数の位置に関して測定する。
【０２２７】
ａ．これは、この測定が、ビーム強度がｚの関数として最大に到達して、このｚ位置の両側において上記最大レベルの１／２未満まで下降する範囲を包含するように、好適なｚ位置の範囲にわたって実施された。
【０２２８】
２）ビームのレイリー範囲を測定する。
【０２２９】
ａ．上記画像から、上記ビームが最大強度からピーク強度の１／２まで下降するのにかかるｚ距離を測定する。
【０２３０】
３）ビームのＷｏ，ｅｆｆを計算する。
【０２３１】
ａ．これを、ビームのウエストのｚ位置（ｚ軸上の最大強度位置）において測定されたビームプロファイル（画像）を用いて評価した。
【０２３２】
ｂ．ビームプロファイルの長軸及び短軸の両方に関して、Ｗｏ（ビーム強度がそのピークの１／ｅ２まで下降するための径方向距離）を測定する。Ｗｏ，ｅｆｆはこれらのうちの小さい方である。
【０２３３】
ｃ．この測定の一部として、ビームがアスペクト比＝Ｗｏ，ｍａｘ／Ｗｏ，ｍｉｎ＞１．１を有するかどうかを実証することにより、ビームが非対称であることを確認することもできる。
【０２３４】
４）測定したレイリー範囲を、Ｗｏ，ｅｆｆのみから予測されたレイリー範囲と比較する。
【０２３５】
ａ．ＦＤ＝ＺＲｘ，ｍｉｎ／（πＷ２ｏ，ｅｆｆ／λ）を評価する。
【０２３６】
ｂ．これが＞１０である場合、ＱＮＤＢが得られる。
【０２３７】
結果
実験的に製造された非対称ＱＮＤＢに対して作業を行った例
非対称性及びＦＤの計算：
例１）「−３３」ファイル
λ＝１．０６４マイクロメートル
１３−３３→楕円の長軸がｘ軸上に整列されていることに留意する。
2019532004.tif 000055
【０２３８】
2019532004.tif 000056
【０２３９】
焦線のＦＷＨＭ＝１．２３ｍｍ（〜２×レイリー範囲）：
レイリー範囲の決定
レイリー範囲は、ビームがピーク値からそのピーク値の１／２まで減少する最短の距離である。
【０２４０】
この場合、上記最短の距離は、ｚ＝１．６ｍｍにおけるピークから、より負の方向のｚへと移動しており、おおよそｚ＝１．１７ｍｍにおいてピーク強度の１／２に到達する。
【０２４１】
→これにより、１／２強度点までの距離が０．４３ｍｍとして与えられる。
【０２４２】
正のｚ方向に移動する１／２強度点を探索する場合、交点はおおよそｚ＝２．４０ｍｍの位置である。
【０２４３】
→これにより、１／２強度点までの距離が０．８０ｍｍとして与えられる。
【０２４４】
→次に上述の２つの距離のうち最小のものを採用して、レイリー範囲を得る。
【０２４５】
ＺＲｘ，ｍｉｎ＝０．４３ｍｍ
ＺＲｙ，ｍｉｎ＝０．４３ｍｍ（強度法を用いる場合、ｘ及びｙは同一である）
2019532004.tif 000057
【０２４６】
2019532004.tif 000058
【０２４７】
2019532004.tif 000059
【０２４８】
上記プロットの２つの（赤色、青色の）トレースは、１つ前の色付きプロットの１次元スライスである。
【０２４９】
分析される断面プロットは、光軸に沿った強度がそのピークにあった、ｚ＝〜１．６ｍｍにおけるものである。
【０２５０】
赤色のトレース（スライスＸ）は、２ｄ断面のピーク強度ピクセルを通って描画されたピクセル強度の水平断面である。
【０２５１】
青色のトレース（スライスＹ）は、２ｄ断面のピーク強度ピクセルを通って描画されたピクセル強度の垂直断面である。
【０２５２】
ここでｘ及びｙ方向のスポット半径を計算する：
Ｘスライスを調べる：
Ｗｏ，ｍｉｎ＝４．９９５−４．０６＝０．９４マイクロメートル
Ｗｏ，ｍａｘ＝５．９６−４．９９５＝０．９６マイクロメートル
Ｘ方向における直径＝１．９０マイクロメートル（１／ｅ２強度点）
→Ｗｏ，ｍｉｎ＝０．９４マイクロメートル
Ｙスライスを調べる：
Ｗｏ，ｍｉｎ＝４．９９５−３．３３＝１．６６マイクロメートル
Ｗｏ，ｍａｘ＝７．３９−４．９９５＝２．４０マイクロメートル
Ｙ方向における直径＝４．０６マイクロメートル（１／ｅ２強度点）
→Ｗｏ，ｍａｘ＝１．６６マイクロメートル
ここでＷｏ，ｅｆｆを計算する：
Ｗｏ，ｅｆｆ＝強度が最大値の１／ｅ２まで下降する、いずれの方向（ｘ又はｙ）における最短の距離
→Ｗｏ，ｅｆｆ＝０．９４マイクロメートル
次にアスペクト比を計算する：
アスペクト比＝Ｗｏ，ｍａｘ／Ｗｏ，ｍｉｎ＝１．６６／０．９４＝１．７６
ビームは非対称であり、アスペクト比は＞１．１である。
【０２５３】
ＦＤの決定：
測定された最小レイリー範囲＝０．４３ｍｍ＝４３０マイクロメートル
ＺＲｘ，ｍｉｎ＝４３０マイクロメートル
Ｗｏ，ｅｆｆ＝０．９４マイクロメートル（強度が１／ｅ２まで減少する最短の径方向距離を用いて）
→πＷ２ｏ，ｅｆｆ／λ＝２．６１マイクロメートル
→ＦＤ＝ＺＲｘ，ｍｉｎ／（πＷ２ｏ，ｅｆｆ／λ）＝４３０マイクロメートル／２．６１マイクロメートル＝１６５
ＦＤ＞１０であるため、これは準非回折ビームである。
【０２５４】
及び、
例１）「−３９」ファイル
λ＝１．０６４マイクロメートル
１３−３９→楕円の長軸がｘ軸に対して４５°で整列されていることに留意する。
2019532004.tif 000060
【０２５５】
2019532004.tif 000061
【０２５６】
焦線のＦＷＨＭ＝１．２１ｍｍ（〜２×レイリー範囲）
レイリー範囲の決定
レイリー範囲は、ビームがピーク値からそのピーク値の１／２まで減少する最短の距離である。
【０２５７】
この場合、上記最短の距離は、ｚ＝１．８ｍｍにおけるピークから、より負の方向のｚへと移動しており、おおよそｚ＝１．１６ｍｍにおいてピーク強度の１／２に到達する。
【０２５８】
→これにより、１／２強度点までの距離が０．６４ｍｍとして与えられる。
【０２５９】
正のｚ方向に移動する１／２強度点を探索する場合、交点はおおよそｚ＝２．３７ｍｍの位置である。
【０２６０】
→これにより、１／２強度点までの距離が０．５７ｍｍとして与えられる。
【０２６１】
→上述の２つの距離のうち最小のものを採用して、ｘ次元のレイリー範囲を得る。
【０２６２】
ＺＲｘ，ｍｉｎ＝０．５７ｍｍ
ＺＲｙ，ｍｉｎ＝０．５７ｍｍ（強度法を用いる場合、ｘ及びｙは同一である）
2019532004.tif 000062
【０２６３】
2019532004.tif 000063
【０２６４】
2019532004.tif 000064
【０２６５】
上記プロットの２つの（赤色、青色の）トレースは、１つ前の色付きプロットの１次元スライスである。
【０２６６】
分析される断面プロットは、光軸に沿った強度がそのピークにあった、ｚ＝〜１．８ｍｍにおけるものである。赤色のトレース（スライス−４５°）は、２ｄ断面のピーク強度ピクセルを通って描画されたピクセル強度の−４５°断面（２Ｄプロットの左下から右上への横断）である。
【０２６７】
青色のトレース（スライス＋４５°）は、２ｄ断面のピーク強度ピクセルを通って描画されたピクセル強度の＋４５°断面（２Ｄプロットの左上から右下への横断）である。
【０２６８】
ここで−４５°及び＋４５°方向のスポット半径を計算する：
−４５°スライスを調べる：
Ｗｏ，ｍｉｎ＝７．０７−４．９６＝２．１１マイクロメートル
Ｗｏ，ｍａｘ＝９．４０−７．０７＝２．３３マイクロメートル
−４５°方向における直径＝４．４４マイクロメートル（１／ｅ２強度点）
→Ｗｏ，ｍｉｎ＝２．１１マイクロメートル
＋４５°スライスを調べる：
Ｗｏ，ｍｉｎ＝７．０５−６．１２＝０．９３マイクロメートル
Ｗｏ，ｍａｘ＝７．９６−７．０５＝０．９１マイクロメートル
＋４５°方向における直径＝１．８４マイクロメートル（１／ｅ２強度点）
→Ｗｏ，ｍａｘ＝０．９１マイクロメートル
ここでＷｏ，ｅｆｆを計算する：
Ｗｏ，ｅｆｆ＝強度が最大値の１／ｅ２まで下降する、いずれの方向（ｘ又はｙ）における最短の距離
→Ｗｏ，ｅｆｆ＝０．９１マイクロメートル
次にアスペクト比を計算できる：
アスペクト比＝Ｗｏ，ｍａｘ／Ｗｏ，ｍｉｎ＝２．１１／０．９１＝２．３２
ＦＤの決定：
測定された最小レイリー範囲＝０．４３ｍｍ＝４３０マイクロメートル
ＺＲｘ，ｍｉｎ＝５７０マイクロメートル
Ｗｏ，ｅｆｆ＝０．９１マイクロメートル（強度が１／ｅ２まで減少する最短の径方向距離を用いて）
→πＷ２ｏ，ｅｆｆ／λ＝２．４４マイクロメートル（元の値から補正）
→ＦＤ＝ＺＲｘ，ｍｉｎ／（πＷ２ｏ，ｅｆｆ／λ）＝５７０マイクロメートル／２．４４マイクロメートル＝２３４
→ＦＤ＞１０であるため、これは準非回折ビームである。
【０２６９】
モデル化された結果
最後に、以下のスライドは、光分散（σ２ｘ（ｚ）又はσ２ｙ（ｚ））を異なるｚ位置において一連のビームプロファイルに対して直接計算することにより、どのようにしてＱＮＤＢのレイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎを計算できるかを示す。
【０２７０】
これは、等式（３１）で使用するためのレイリー範囲を確立するための代替的な方法であり、上述の例において実験的に実施したような、光軸上のどこでビーム強度がその最大値の１／２まで下降するかの測定とは反対のものである。
【０２７１】
第１のスライドは、軸対称ＱＮＤＢプロファイル（左上のプロット）、ｚの関数として光軸上で得られる強度（右上のプロット）、及びｚの関数としての、計算されたビーム散乱（の平方根）（右下のプロット）を示す。ｘ方向の分散及びｙ方向の分散は、ビームが回転対称性であるため、等しい。ｘ又はｙレイリー範囲は、σｘ（ｚ）又はσｙ（ｚ）がその最小値の√２倍だけ増大する、ｚ軸に沿った距離によって決定される。これは、σ２ｘ（ｚ）又はσ２ｙ（ｚ）が２だけ増大するときを測定することに等しい。
【０２７２】
第２のスライドは、非対称ＱＮＤＢに関する上述のものと同一の情報のセットを示す。こでは、上の例のうちの１つで実験的に生成したものと同一のビーム形状である。ビームは非対称であるため、ｘ方向及びｙ方向のビーム分散はもはや同一ではない。ｘ方向の分散はｙ方向の分散よりもｚに関してはるかに迅速であるが、これはビームがｘ軸においてより狭く、従ってｘ軸においてより迅速に回折するためである。ここで留意すべきことは、σｘ（ｚ）が１．４（即ち√２）の値まで上昇する正確な同一のｚ位置が、光強度Ｉ（ｚ）がそのピークの１／２に下降する点であるかどうかである。これは、ビーム分散の測定、又はピーク強度の下降の測定のいずれを用いて、レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎを測定できる方法を示している。
【０２７３】
これら２つの方法の唯一の違いは、強度法を使用する場合には、ｘ又はｙ方向プロファイルに関するレイリー範囲測定の間に区別が全くなくなることである。
【０２７４】
即ち強度法を用いる場合：
ＺＲｘ，ｍｉｎ＝ＺＲｙ，ｍｉｎ及びＺＲｘ，ｍａｘ＝ＺＲｘ，ｍａｘ
となる。これは、各ビーム強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ）に関して、最大強度位置（ｘ，ｙ）が１つしかないためである。
2019532004.tif 000065
【０２７５】
2019532004.tif 000066
【０２７６】
本明細書において、範囲は、「約（ａｂｏｕｔ）」ある特定の値から、及び／又は「約」別の特定の値までとして表現され得る。このような範囲が表現されている場合、別の実施形態は、上記ある特定の値から、及び／又は上記別の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約」を用いることにより、値が概数として表現されている場合、上記特定の値は別の実施形態を形成することが理解されるだろう。更に、各範囲の端点は、他方の端点との関連でも、他方の端点とは独立しても、重要であることが理解されるだろう。
【０２７７】
本明細書中で使用される方向に関する用語、例えば上方（ｕｐ）、下方（ｄｏｗｎ）、右（ｒｉｇｈｔ）、左（ｌｅｆｔ）、前方（ｆｒｏｎｔ）、後方（ｂａｃｋ）、頂部（ｔｏｐ）、底部（ｂｏｔｔｏｍ）は、ここで図示されている状態の図面に関してのみ使用され、絶対的な配向を暗示することを意図したものではない。
【０２７８】
特段の記載がない限り、本明細書に記載のいずれの方法が、そのステップを特定の順序で実施すること、又はいずれの装置の特定の配向を必要とするものとして解釈されることは、全く意図されていない。従って、ある方法クレームが、そのステップが従うべき順序を実際に列挙していない場合、又はいずれの装置クレームが、個々の構成部品に関する順序若しくは配向を実際に列挙していない場合、又はステップをある特定の順序に限定するべきであることが、特許請求の範囲若しくは説明中で具体的に言明されていない場合、又は装置の構成部品に関する特定の順序又は配向が列挙されていない場合、いかなる点においても、順序又は配向が推定されることは全く意図されていない。これは：ステップの構成、動作フロー、構成部品の順序、又は構成部品の配向に関する論理の問題；文法的な編成又は句読点に由来する単純な意味；及び本明細書に記載の実施形態の数又はタイプを含む、解釈のためのいずれの可能な非明示的根拠にも当てはまる。
【０２７９】
本明細書中で使用される場合、単数形「ある（ａ、ａｎ）」及び「上記（ｔｈｅ）」は、文脈がそうでないことを明らかに指示していない限り、複数の指示対象を含む。従って例えば、「ある」構成部品に関する言及は、文脈がそうでないことを明らかに指示していない限り、２つ以上の上記構成部品を有する態様を含む。
【０２８０】
請求対象の主題の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態に対して様々な修正及び変形を実施できることは、当業者には理解されるだろう。よって本明細書は、本明細書に記載の様々な実施形態に対する上記修正及び変形が、添付の請求項及びその均等物の範囲内である限りにおいて、上記修正及び変形を包含することを意図している。
【０２８１】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０２８２】
実施形態１
透明被加工物をレーザ加工するための方法であって、上記方法は：
上記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップであって、上記輪郭線は、上記透明被加工物内の欠陥を含む、ステップ
を含み、上記輪郭線を形成する上記ステップは：
ビーム経路に沿って配向され、ビーム源によって出力されたパルスレーザビームを、上記ビーム経路から径方向にオフセットして位置決めされた非球面光学素子を通して上記透明被加工物内へと向けることにより、上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた部分が、上記透明被加工物内で誘起吸収を生成するステップであって、上記誘起吸収は、上記透明被加工物内に欠陥を生成し、また上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた上記部分は：
波長λ；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ；並びに
断面ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及び断面ｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを含む、非軸対称ビーム断面
を含む、ステップ
を含み、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000067
【０２８３】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である、方法。
【０２８４】
実施形態２
上記透明被加工物及び上記パルスレーザビームを、上記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、上記透明被加工物内に上記輪郭線に沿った複数の上記欠陥をレーザ形成するステップを更に含む、実施形態１に記載の方法。
【０２８５】
実施形態３
赤外線レーザビームを、上記輪郭線に沿って又は上記輪郭線の付近において、上記透明被加工物上へと向けることにより、上記透明被加工物を上記輪郭線に沿って分割するステップを更に含む、実施形態２に記載の方法
実施形態４
隣接する上記欠陥の間の間隔は、約１マイクロメートル〜約３０マイクロメートルである、実施形態２に記載の方法。
【０２８６】
実施形態５
上記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ワキシコン、ネガティブアキシコン、空間光変調器、回折光学系、又は立方体状の光学素子を備える、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【０２８７】
実施形態６
上記非球面光学素子は上記ビーム経路から、上記径方向においてあるオフセット距離だけオフセットされ；
上記オフセット距離は、上記パルスレーザビームと上記非球面光学素子との間の接触位置における上記パルスレーザビームの断面直径の約１０％〜約７５％の距離である、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【０２８８】
実施形態７
上記無次元発散係数ＦＤは、約１０〜約２０００の値を有する、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【０２８９】
実施形態８
上記無次元発散係数ＦＤは、約５０〜約１５００の値を有する、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【０２９０】
実施形態９
上記無次元発散係数ＦＤは、約１００〜約１０００の値を有する、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【０２９１】
実施形態１０
上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられる上記部分の上記非軸対称ビーム断面は、スポットサイズパラメータｗ０，ｍａｘを有する長軸と、スポットサイズパラメータｗ０，ｍｉｎを有する短軸とを備え、
ｗ０，ｍａｘはｗ０，ｍｉｎより長く、ｗ０，ｍｉｎに対するｗ０，ｍａｘのアスペクト比は１．３より大きい、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【０２９２】
実施形態１１
上記欠陥は、中央欠陥領域と、上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられる上記部分の上記非軸対称ビーム断面の上記長軸に沿って、上記中央欠陥領域から外向きに延在する、少なくとも１つの径方向アームとを備える、実施形態１０に記載の方法。
【０２９３】
実施形態１２
上記方法は：
上記ビーム経路の周りでドーブプリズムを回転させるステップであって、上記ドーブプリズムは、上記パルスレーザビームが上記ドーブプリズムを横断するように、上記ビーム経路に沿って上記非球面光学素子と上記透明被加工物との間に位置決めされる、ステップ；並びに
上記透明被加工物及び上記パルスレーザビームを、上記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、上記輪郭線の一部分が上記透明被加工物の撮像表面に沿った曲率を備えるように、上記透明被加工物内に上記輪郭線に沿った複数の上記欠陥をレーザ形成するステップ
を更に備える、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【０２９４】
実施形態１３
上記非球面光学素子を上記ビーム経路の周りで回転させるステップ；並びに
上記透明被加工物及び上記パルスレーザビームを、上記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、上記輪郭線の一部分が上記透明被加工物の上記撮像表面に沿った曲率を備えるように、上記透明被加工物内に上記輪郭線に沿った複数の上記欠陥をレーザ形成するステップ
を更に備える、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【０２９５】
実施形態１４
上記透明被加工物は、ガラス、サファイア、溶融シリカ又はこれらの組み合わせを含む、実施形態１〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【０２９６】
実施形態１５
上記ビーム源は、１回のパルスバーストあたり約１パルス〜１回のパルスバーストあたり約３０パルスを含むパルスバーストを生成する、パルスビーム源を備え、
パルスバーストエネルギは、１回のパルスバーストあたり約１００μＪ〜約６００μＪである、実施形態１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【０２９７】
実施形態１６
透明被加工物をレーザ加工するための方法であって、上記方法は：
上記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップであって、上記輪郭線は、上記透明被加工物内の欠陥を含む、ステップ
を含み、上記輪郭線を形成する上記ステップは：
ビーム経路に沿って配向され、ビーム源によって出力されたパルスレーザビームを、非球面光学素子を通して、かつ光学遮断素子を越えて（ここで上記非球面光学素子及び上記光学遮断素子はそれぞれ、上記ビーム源と上記透明被加工物との間に位置決めされる）、上記透明被加工物内へと向けることにより、上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた部分が、上記透明被加工物内で誘起吸収を生成するステップであって、上記誘起吸収は、上記透明被加工物内に欠陥を生成し、また上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた上記部分は：
波長λ；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ；並びに
断面ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及び断面ｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを含む非軸対称断面
を含む、ステップ
を含み、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000068
【０２９８】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である、方法。
【０２９９】
実施形態１７
上記方法は、上記透明被加工物及び上記パルスレーザビームを、上記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、上記透明被加工物内に上記輪郭線に沿った複数の上記欠陥をレーザ形成するステップを更に含む、実施形態１６に記載の方法。
【０３００】
実施形態１８
隣接する上記欠陥の間の間隔は、約１マイクロメートル〜約３０マイクロメートルである、実施形態１７に記載の方法。
【０３０１】
実施形態１９
上記非球面光学素子は上記ビーム経路から、上記径方向にオフセットされて位置決めされる、実施形態１６〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【０３０２】
実施形態２０
上記光学遮断素子は、上記非球面光学素子と上記透明被加工物との間に位置決めされる、実施形態１６〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【０３０３】
実施形態２１
上記光学遮断素子は、上記ビーム源と上記非球面光学素子との間に位置決めされる、実施形態１６〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【０３０４】
実施形態２２
第１のレンズ及び第２のレンズはそれぞれ、上記ビーム経路内の上記ビーム源と上記透明被加工物との間に位置決めされ；
上記光学遮断素子は、上記第１のレンズと上記第２のレンズとの間に位置決めされる、実施形態１６〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【０３０５】
実施形態２３
上記第１のレンズは第１の焦点距離を備え、上記第２のレンズは第２の焦点距離を備え；
上記第１のレンズ及び上記第２のレンズは、上記ビーム経路に沿って、上記第１の焦点距離及び上記第２の焦点距離の合計だけ離間している、実施形態２２に記載の方法。
【０３０６】
実施形態２４
上記光学遮断素子は、上記光学遮断素子が上記パルスレーザビームの強度の約２５％〜約８０％を遮断するように、上記ビーム経路内に位置決めされる、実施形態１６〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【０３０７】
実施形態２５
上記光学遮断素子は、上記光学遮断素子が上記パルスレーザビームの上記強度の約５０％を遮断するように、上記ビーム経路内に位置決めされる、実施形態２４に記載の方法。
【０３０８】
実施形態２６
上記光学遮断素子は、上記光学遮断素子が上記パルスレーザビームの断面弦部分を遮断するように、上記ビーム経路内に位置決めされる、実施形態１６〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【０３０９】
実施形態２７
上記光学遮断素子は、上記光学遮断素子が上記パルスレーザビームの断面セクタを遮断するように、上記ビーム経路内に位置決めされる、実施形態１６〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【０３１０】
実施形態２８
上記方法は：
上記ビーム経路の周りでドーブプリズムを回転させるステップであって、上記ドーブプリズムは、上記パルスレーザビームが上記ドーブプリズムを横断するように、上記ビーム経路に沿って上記光学遮断素子と上記透明被加工物との間に位置決めされる、ステップ；並びに
上記透明被加工物及び上記パルスレーザビームを、上記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、上記輪郭線の一部分が上記透明被加工物の上記撮像表面に沿った曲率を備えるように、上記透明被加工物内に上記輪郭線に沿った複数の上記欠陥をレーザ形成するステップ
を更に備える、実施形態１６〜２７のいずれか１つに記載の方法。
【０３１１】
実施形態２９
上記光学遮断素子を上記ビーム経路の周りで回転させるステップ；並びに
上記透明被加工物及び上記パルスレーザビームを、上記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、上記輪郭線の一部分が上記透明被加工物の撮像表面に沿った曲率を備えるように、上記透明被加工物内に上記輪郭線に沿った複数の上記欠陥をレーザ形成するステップ
を更に備える、実施形態１６〜２７のいずれか１つに記載の方法。
【０３１２】
実施形態３０
上記無次元発散係数ＦＤは、約１０〜約２０００の値を有する、実施形態１６〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【０３１３】
実施形態３１
上記無次元発散係数ＦＤは、約５０〜約１５００の値を有する、実施形態１６〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【０３１４】
実施形態３２
上記無次元発散係数ＦＤは、約１００〜約１０００の値を有する、実施形態１６〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【０３１５】
実施形態３３
透明被加工物をレーザ加工するための方法は、上記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップであって、上記輪郭線は、上記透明被加工物内の欠陥を含む、ステップを含み、
上記輪郭線を形成する上記ステップは：
ビーム経路に沿って配向され、ビーム源によって出力されたパルスレーザビームを、非球面光学素子を通るように向けるステップ；
上記ビーム源と上記透明被加工物との間に位置決めされたデコヒーレント化用光学素子を用いて、上記パルスレーザビームの第１のビーム部分を上記パルスレーザビームの第２のビーム部分からデコヒーレント化させるステップ；並びに
上記パルスレーザビームの上記第１のビーム部分及び上記第２のビーム部分を上記透明被加工物内へと向けることにより、上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた上記第１のビーム部分及び上記第２のビーム部分が、上記透明被加工物内で誘起吸収を生成するステップであって、上記誘起吸収は、上記透明被加工物内に欠陥を生成し、また上記透明被加工物内へと向けられた上記第１のビーム部分及び上記第２のビーム部分の組み合わせは：
波長λ；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ；並びに
断面ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及び断面ｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを含む非軸対称断面
を含み、ここでＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000069
【０３１６】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である、ステップ
を含む、方法。
【０３１７】
実施形態３４
上記透明被加工物及び上記パルスレーザビームを、上記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、上記透明被加工物内に上記輪郭線に沿った複数の上記欠陥をレーザ形成するステップを更に含む、実施形態３３に記載の方法。
【０３１８】
実施形態３５
隣接する上記欠陥の間の間隔は、約１マイクロメートル〜約３０マイクロメートルである、実施形態３４に記載の方法。
【０３１９】
実施形態３６
上記無次元発散係数ＦＤは、約１０〜約２０００の値を有する、実施形態３３〜３５のいずれか１つに記載の方法。
【０３２０】
実施形態３７
上記無次元発散係数ＦＤは、約５０〜約１５００の値を有する、実施形態３３〜３５のいずれか１つに記載の方法。
【０３２１】
実施形態３８
上記無次元発散係数ＦＤは、約１００〜約１０００の値を有する、実施形態３３〜３５のいずれか１つに記載の方法。
【０３２２】
実施形態３９
上記デコヒーレント化用光学素子は、上記非球面光学素子と上記透明被加工物との間に位置決めされる、実施形態３３〜３８のいずれか１つに記載の方法。
【０３２３】
実施形態４０
上記デコヒーレント化用光学素子は、上記ビーム源と上記非球面光学素子との間に位置決めされる、実施形態３３〜３８のいずれか１つに記載の方法。
【０３２４】
実施形態４１
上記デコヒーレント化用光学素子は光遅延プレートを備え、
上記第１のビーム部分を上記第２のビーム部分からデコヒーレント化する上記ステップは、上記パルスレーザビームの上記第１のビーム部分を、上記光遅延プレートを通るように向けることにより、上記第２のビーム部分に対する上記第１のビーム部分の光位相差を誘発するステップを含む、実施形態３３〜４０のいずれか１つに記載の方法。
【０３２５】
実施形態４２
上記光遅延プレートは、上記ビーム源と上記非球面光学素子との間に位置決めされる、実施形態４１に記載の方法。
【０３２６】
実施形態４３
上記第１のビーム部分を上記第２のビーム部分からデコヒーレント化する上記ステップは：
上記パルスレーザビームの上記第１のビーム部分が上記透明被加工物において第１の偏光を備えるように、上記パルスレーザビームの上記第１のビーム部分を偏光させるステップ；及び
上記パルスレーザビームの上記第２のビーム部分が上記透明被加工物において第２の偏光を備えるように、上記パルスレーザビームの上記第２のビーム部分を偏光させるステップであって、上記第１の偏光は上記第２の偏光に対して垂直である、ステップ
を含む、実施形態３３〜４０のいずれか１つに記載の方法。
【０３２７】
実施形態４４
上記デコヒーレント化用光学素子は分割１／４波長板を備える、実施形態４３に記載の方法。
【０３２８】
実施形態４５
上記分割１／４波長板は、上記非球面光学素子と上記透明被加工物との間に位置決めされ；
上記分割１／４波長板は、第１のプレート部分及び第２のプレート部分を備え；
上記第１のプレート部分は第１の速軸及び第１の遅軸を備え、上記第２のプレート部分は第２の速軸及び第２の遅軸を備え；
上記第１の速軸は上記第２の速軸に対して垂直であり、上記第２の速軸は上記第２の遅軸に対して垂直であり；
上記パルスレーザビームの上記第１のビーム部分は、上記第１のプレート部分を横断することによって、上記第１の偏光へと偏光され、上記パルスレーザビームの上記第２のビーム部分は、上記第２のプレート部分を横断することによって、上記第２の偏光へと偏光される、実施形態４４に記載の方法。
【０３２９】
実施形態４６
偏光子及び１／４波長板はそれぞれ、上記ビーム経路内において、上記ビーム源と上記デコヒーレント化用光学素子との間に位置決めされる、実施形態４３に記載の方法。
【０３３０】
実施形態４７
第１のレンズ及び第２のレンズはそれぞれ、上記ビーム経路内において、上記非球面光学素子と上記透明被加工物との間に位置決めされ；
上記デコヒーレント化用光学素子は、上記第１のレンズと上記第２のレンズとの間に位置決めされる、実施形態４３に記載の方法。
【０３３１】
実施形態４８
上記第１のレンズは第１の焦点距離を備え、上記第２のレンズは第２の焦点距離を備え；
上記第１のレンズ及び上記第２のレンズは、上記ビーム経路に沿って、上記第１の焦点距離及び上記第２の焦点距離の合計だけ離間し；
上記デコヒーレント化用光学素子は、上記分割１／４波長板が、上記第１のレンズから上記第１の焦点距離だけ離間し、かつ上記第２のレンズから上記第２の焦点距離だけ離間するように、上記第１のレンズと上記第２のレンズとの間に位置決めされる、実施形態４７に記載の方法。
【０３３２】
実施形態４９
加工方法であって、上記加工方法は：
パルスレーザビームを透明被加工物内に局在化させるステップであって、上記パルスレーザビームは光経路に沿ってｚ方向に伝播し、また：（ｉ）波長λ；（ｉｉ）有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ；（ｉｉｉ）上記透明被加工物の損傷閾値を超えるために十分なパルスエネルギ及びパルス持続時間；（ｉｖ）第１の部分及び第２の部分（上記第１の部分は上記第２の部分に対して非コヒーレント状態である）；並びに（ｖ）ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及びｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを有する非軸対称ビーム断面を含む、ステップ
を含み、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
2019532004.tif 000070
【０３３３】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である、加工方法。
【０３３４】
実施形態５０
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの上記小さい方は２００μｍ以上である、実施形態４９に記載の加工方法。
【０３３５】
実施形態５１
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの上記小さい方は１ｍｍ以上である、実施形態４９に記載の加工方法。
【０３３６】
実施形態５２
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの上記小さい方は５０μｍ〜１０ｍｍである、実施形態４９に記載の加工方法。
【０３３７】
実施形態５３
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの上記小さい方は３００μｍ〜２ｍｍである、実施形態４９に記載の加工方法。
【０３３８】
実施形態５４
上記非軸対称ビーム断面は、最大スポットサイズパラメータＷｏ，ｍａｘ、最小スポットサイズパラメータＷｏ，ｍｉｎ、及びアスペクト比
2019532004.tif 000071
【０３３９】
を有し、
上記アスペクト比は１．１より大きい、実施形態４９〜５３のいずれか１つに記載の加工方法。
【０３４０】
実施形態５５
上記アスペクト比は２．０より大きい、実施形態５４に記載の加工方法。
【０３４１】
実施形態５６
上記アスペクト比は１．２〜１５．０である、実施形態５４に記載の加工方法。
【０３４２】
実施形態５７
上記アスペクト比は１．５〜３．０である、実施形態５４に記載の加工方法。
【０３４３】
実施形態５８
ｗ０，ｍｉｎは０．２５μｍ以上である、実施形態５４〜５７に記載の加工方法。
【０３４４】
実施形態５９
ｗ０，ｍｉｎは１．０μｍ以上である、実施形態５４〜５７に記載の加工方法。
【０３４５】
実施形態６０
ｗ０，ｍｉｎは０．２５μｍ〜１０μｍである、実施形態５４〜５７に記載の加工方法。
【０３４６】
実施形態６１
ｗ０，ｍｉｎは０．５μｍ〜２．５μｍである、実施形態５４〜５７に記載の加工方法。
【０３４７】
実施形態６２
上記非軸対称ビーム断面は非楕円形状を有する、実施形態４９〜６１のいずれか１つに記載の加工方法。
【０３４８】
実施形態６３
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの上記小さい方は
2019532004.tif 000072
【０３４９】
より大きい、実施形態４９〜６２のいずれか１つに記載の加工方法。
【０３５０】
実施形態６４
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの上記小さい方は
2019532004.tif 000073
【０３５１】
より大きい、実施形態６３に記載の加工方法。
【０３５２】
実施形態６５
上記パルスレーザビームは波長λを有し、
上記透明被加工物は、上記ｚ方向において２０％／ｍｍ未満の、吸収及び散乱によるものを合わせた損失を有する、実施形態４９〜６４のいずれか１つに記載の加工方法。
【０３５３】
実施形態６６
ガウスレーザビームから、上記非軸対称ビーム断面を有するパルスレーザビームを形成するステップを更に含み、
上記ガウスレーザビームは、レイリー範囲ＺＲを有する、実施形態４９〜６５のいずれか１つに記載の加工方法。
【０３５４】
実施形態６７
ＺＲに対するＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの上記小さい方の比は、５以上である、実施形態６６に記載の加工方法。
【０３５５】
実施形態６８
ＺＲに対するＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの上記小さい方の上記比は、５０以上である、実施形態６６に記載の加工方法。
【符号の説明】
【０３５６】
１００      光学アセンブリ
１０１      並進移動方向
１０２      光軸
１０４      撮像平面
１０５      共通の焦点面
１１０      ビーム源
１１１      ビーム経路
１１２      パルスレーザビーム
１１３      パルスレーザビーム焦線
１１４      非軸対称ビームスポット
１１５      短軸
１１６      長軸
１１８      軸交点
１１９      ビームスポット外周
１２０      非球面光学素子
１２２      中心線軸
１２４      レーザ入力表面
１２６      レーザ出力表面
１３０      第１のレンズ
１３２      第２のレンズ
１３４      コリメート空間
１４０      光学遮断素子
１４０ａ    第１の光学遮断素子
１４０ｂ    第２の光学遮断素子
１４１      遮断位置
１４１ａ    第１の遮断位置
１４１ｂ    第２の遮断位置
１４２      光遅延プレート
１４４      偏光子
１４６      １／４波長板
１５０      分割１／４波長板
１５２      第１のプレート部分
１５４      第２のプレート部分
１５６ａ    第１の速軸
１５６ｂ    第２の速軸
１５８ａ    第１の遅軸
１５８ｂ    第２の遅軸
１６０      透明被加工物
１６２      撮像表面
１６５      所望の分割線
１７０      輪郭線
１７２      欠陥
１７４      中央欠陥領域
１７６      径方向アーム
１８０      ドーブプリズム
１９０      並進移動ステージ
５００      パルスバースト
５００Ａ    パルス
【図１Ａ】
2019532004.tif 000077
【図１Ｂ】
2019532004.tif 000078
【図２】
2019532004.tif 000079
【図３】
2019532004.tif 000080
【図４】
2019532004.tif 000081
【図５Ａ】
2019532004.tif 000082
【図５Ｂ】
2019532004.tif 000083
【図６】
2019532004.tif 000084
【図７Ａ】
2019532004.tif 000085
【図７Ｂ】
2019532004.tif 000086
【図７Ｃ】
2019532004.tif 000087
【図７Ｄ】
2019532004.tif 000088
【図８Ａ】
2019532004.tif 000089
【図８Ｂ】
2019532004.tif 000090
【図８Ｃ】
2019532004.tif 000091
【図９】
2019532004.tif 000092
【図１０】
2019532004.tif 000093
【図１１Ａ】
2019532004.tif 000094
【図１１Ｂ】
2019532004.tif 000095
【図１１Ｃ】
2019532004.tif 000096
【図１１Ｄ】
2019532004.tif 000097
【図１１Ｅ】
2019532004.tif 000098
【図１２Ａ】
2019532004.tif 000099
【図１２Ｂ】
2019532004.tif 000100
【図１２Ｃ】
2019532004.tif 000101
【図１２Ｄ】
2019532004.tif 000102
【図１２Ｅ】
2019532004.tif 000103
【図１２Ｆ】
2019532004.tif 000104
【図１２Ｇ】
2019532004.tif 000105
【図１２Ｈ】
2019532004.tif 000106
【図１２Ｉ】
2019532004.tif 000107
【図１３Ａ】
2019532004.tif 000108
【図１３Ｂ】
2019532004.tif 000109
【図１３Ｃ】
2019532004.tif 000110
【図１３Ｄ】
2019532004.tif 000111
【図１３Ｅ】
2019532004.tif 000112
【図１３Ｆ】
2019532004.tif 000113
【図１３Ｇ】
2019532004.tif 000114
【図１３Ｈ】
2019532004.tif 000115
【図１３Ｉ】
2019532004.tif 000116
【図１３Ｊ】
2019532004.tif 000117
【図１３Ｋ】
2019532004.tif 000118
【図１４】
2019532004.tif 000119
【図１５】
2019532004.tif 000120
【図１６】
2019532004.tif 000121
【図１７Ａ】
2019532004.tif 000122
【図１７Ｂ】
2019532004.tif 000123
【図１７Ｃ】
2019532004.tif 000124
【図１７Ｄ】
2019532004.tif 000125
【図１７Ｅ】
2019532004.tif 000126
【図１７Ｆ】
2019532004.tif 000127
【図１８】
2019532004.tif 000128
【図１９Ａ】
2019532004.tif 000129
【図１９Ｂ】
2019532004.tif 000130
【図２０Ａ】
2019532004.tif 000131
【図２０Ｂ】
2019532004.tif 000132
【図２１Ａ】
2019532004.tif 000133
【図２１Ｂ】
2019532004.tif 000134
【図２２Ａ】
2019532004.tif 000135
【図２２Ｂ】
2019532004.tif 000136
【図２３】
2019532004.tif 000137
【図２４】
2019532004.tif 000138
【図２５】
2019532004.tif 000139
【図２６】
2019532004.tif 000140
【図２７】
2019532004.tif 000141
【図２８】
2019532004.tif 000142
【図２９】
2019532004.tif 000143
【図３０】
2019532004.tif 000144
【図３１】
2019532004.tif 000145
【図３２】
2019532004.tif 000146
【図３３】
2019532004.tif 000147
【図３４】
2019532004.tif 000148
【図３５】
2019532004.tif 000149
【図３６】
2019532004.tif 000150
【図３７】
2019532004.tif 000151
【図３８】
2019532004.tif 000152
【図３９】
2019532004.tif 000153
【図４０】
2019532004.tif 000154
【図４１】
2019532004.tif 000155
【図４２】
2019532004.tif 000156
【図４３】
2019532004.tif 000157
【図４４】
2019532004.tif 000158
【図４５】
2019532004.tif 000159
【国際調査報告】
2019532004.tif 000160
2019532004.tif 000161
2019532004.tif 000162