(57)【要約】  透明な工作物をレーザ加工する方法は、パルスレーザビーム源によって出力されるパルスレーザビームを、透明な工作物内へと向けられたパルスレーザビーム焦線内へと収束させ、これにより透明な工作物上にパルスレーザビームスポットを形成し、透明な工作物内に欠損部を生成するステップと、出力される赤外線レーザビームを、結像表面におけるパルスレーザビームスポットを取り囲み透明な工作物を加熱する環状の赤外線ビームスポットを形成するように、透明な工作物上に方向付けるステップと、を含んでいる。さらに、当該方法は、透明な工作物とパルスレーザビーム焦線とを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させるステップと、透明な工作物とパルスレーザビーム焦線との互いに相対的な並進運動に同期させて、透明な工作物と環状の赤外線ビームスポットとを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させるステップと、を含む。
2020530400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な工作物をレーザ加工する方法であって、当該方法は、
パルスレーザビーム源によって出力されるパルスレーザビームを、ビーム伝播方向に沿って方向付けられ前記透明な工作物内へと向けられたパルスレーザビーム焦線内へと収束させ、これにより、前記透明な工作物の結像表面上にパルスレーザビームスポットを形成するステップであって、
前記パルスレーザビーム焦線は、前記透明な工作物内に誘起吸収を発生させ、
前記誘起吸収は、前記透明な工作物内に前記パルスレーザビーム焦線に沿って欠損部を生成する、
ステップと、
赤外線ビーム源によって出力される赤外線レーザビームを、前記赤外線レーザビームが前記結像表面上に環状の赤外線ビームスポットを形成するように、前記透明な工作物上に方向付けるステップであって、
前記環状の赤外線ビームスポットは、前記結像表面で前記パルスレーザビームスポットを取り囲んでおり、
前記赤外線レーザビームは、前記透明な工作物を加熱する、
ステップと、
前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線とを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させ、これにより、レーザが、前記分離経路に沿って前記透明な工作物内に輪郭線を画定する複数の欠損部を形成するステップと、
前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線との互いに相対的な前記並進運動に同期させて、前記環状の赤外線ビームスポットが、前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線との相対運動中に前記パルスレーザビームスポットを取り囲み、前記輪郭線に沿ってまたは前記輪郭線の近くで前記透明な工作物を照射するように、前記透明な工作物と前記環状の赤外線ビームスポットとを互いに相対的に前記分離経路に沿って並進運動させ、これにより、前記輪郭線に沿って前記透明な工作物を分離するステップと、
を含む、透明な工作物をレーザ加工する方法。
【請求項２】
前記パルスレーザビームを、１つ以上のレンズによって、前記パルスレーザビーム焦線を形成するように方向付け、
前記１つ以上のレンズのうちの少なくとも１つは、非球面光学素子を含み、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ネガティブアキシコン、空間光変調器、回折光学系、または立方体型光学素子を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記赤外線レーザビームを、ビーム方向付け素子によって、前記パルスレーザビームの前記ビーム伝播方向に対して非平行な接近角度で、前記透明な工作物上に再方向付けする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記環状の赤外線ビームスポットの外径が、約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍであって、
前記環状の赤外線ビームスポットの内径が、前記外径の約５％〜約９５％である、
請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
透明な工作物をレーザ加工する方法であって、当該方法は、
パルスレーザビーム源によって出力されるパルスレーザビームを、ビーム伝播方向に沿って方向付けられ前記透明な工作物内へと向けられたパルスレーザビーム焦線内へと収束させ、これにより、前記透明な工作物の結像表面上にパルスレーザビームスポットを形成するステップであって、
前記パルスレーザビーム焦線は、前記透明な工作物内に誘起吸収を発生させ、
前記誘起吸収は、前記透明な工作物内に前記パルスレーザビーム焦線に沿って欠損部を生成する、
ステップと、
赤外線ビーム源によって出力される赤外線レーザビームを、前記赤外線レーザビームが前記結像表面上に赤外線ビームスポットを形成するように、前記透明な工作物上に方向付けるステップであって、
前記赤外線ビームスポットは、前記結像表面で前記パルスレーザビームスポットから所定の離間距離を置いて位置しており、
前記赤外線レーザビームは、前記透明な工作物を加熱する、
ステップと、
前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線とを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させ、これによりレーザが、前記分離経路に沿って前記透明な工作物内に輪郭線を画定する複数の欠損部を形成するステップと、
前記パルスレーザビーム焦線に対して相対的な前記透明な工作物の前記並進運動に同期させて、前記パルスレーザビームスポットが、前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線との相対運動中に前記赤外線ビームスポットからの前記離間距離の間隔を維持し、前記輪郭線に沿ってまたは前記輪郭線の近くで前記透明な工作物を照射するように、前記透明な工作物と前記赤外線ビームスポットとを互いに相対的に前記分離経路に沿って並進運動させ、これにより、前記輪郭線に沿って前記透明な工作物を分離するステップと、
を含む、透明な工作物をレーザ加工する方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、米国特許法第１１９条のもとで、２０１７年８月１１日に出願された米国仮出願第６２／５４４２０８号の優先権の利益を主張し、その内容に依拠し、その内容全体を参照することにより本明細書に援用する。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、一般に、透明な工作物をレーザ加工するための装置および方法に関し、より具体的には、透明な工作物の分離に関する。
【背景技術】
【０００３】
材料のレーザ加工の分野には、様々な種類の材料の切断、穴開け、ミリング、溶接、溶融等を含む幅広い用途が含まれる。これらの加工のなかでも特に重要であるのは、加工における様々な型式  の透明な基板の切断または分離であって、これは、電子デバイス用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）またはディスプレイ材料用のガラス、サファイア、または溶融シリカのような材料の製作で利用することができる。
【０００４】
プロセス開発とコストの観点から、ガラス基板の切断および分離には多くの改善の余地がある。現在市場で実施されている方法よりも迅速で、クリーンで、安価で、再現性があり、より信頼できるガラス基板の分離方法を有することが極めて重要である。したがって、ガラス基板を分離するための改善された代替的な方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
１つの実施形態によれば、透明な工作物をレーザ加工する方法は、パルスレーザビーム源によって出力されるパルスレーザビームを、ビーム伝播方向に沿って方向付けられ透明な工作物内へと向けられたパルスレーザビーム焦線内へと収束させ、これにより、透明な工作物の結像表面上にパルスレーザビームスポットを形成するステップを含む。パルスレーザビーム焦線は、透明な工作物内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収は、透明な工作物内にパルスレーザビーム焦線に沿って欠損部を生成する。当該方法はさらに、赤外線ビーム源によって出力される赤外線レーザビームを、赤外線レーザビームが結像表面上に環状の赤外線ビームスポットを形成するように、透明な工作物上に方向付けるステップを含む。環状の赤外線ビームスポットは、結像表面でパルスレーザビームスポットを取り囲んでおり、赤外線レーザビームは透明な工作物を加熱する。さらに、当該方法は、透明な工作物とパルスレーザビーム焦線とを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させ、これによりレーザが、分離経路に沿って透明な工作物内に輪郭線を画定する複数の欠損部を形成するステップ、および、透明な工作物とパルスレーザビーム焦線との互いに相対的な並進運動に同期させて、環状の赤外線ビームスポットが、透明な工作物とパルスレーザビーム焦線との相対運動中にパルスレーザビームスポットを取り囲み、輪郭線に沿ってまたは輪郭線の近くで透明な工作物を照射するように、透明な工作物と環状の赤外線ビームスポットとを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させ、これにより、輪郭線に沿って透明な工作物を分離するステップを含む。
【０００６】
別の実施形態によれば、透明な工作物をレーザ加工する方法は、パルスレーザビーム源によって出力されるパルスレーザビームを、ビーム伝播方向に沿って方向付けられ透明な工作物内へと向けられたパルスレーザビーム焦線内へと収束させ、これにより、透明な工作物の結像表面上にパルスレーザビームスポットを形成するステップを含む。パルスレーザビーム焦線は、透明な工作物内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収は、透明な工作物内にパルスレーザビーム焦線に沿って欠損部を生成する。当該方法はさらに、赤外線ビーム源によって出力される赤外線レーザビームを、赤外線レーザビームが結像表面上に赤外線ビームスポットを形成するように、透明な工作物上に方向付けるステップを含む。赤外線ビームスポットは、結像表面でパルスレーザビームスポットから所定の離間距離を置いて位置していて、赤外線レーザビームは透明な工作物を加熱する。さらに、当該方法は、透明な工作物とパルスレーザビーム焦線とを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させ、これによりレーザが、分離経路に沿って透明な工作物内に輪郭線を画定する複数の欠損部を形成するステップと、パルスレーザビーム焦線に対して相対的な透明な工作物の並進運動に同期させて、パルスレーザビームスポットが、透明な工作物とパルスレーザビーム焦線との相対運動中に赤外線ビームスポットからの離間距離の間隔を維持し、輪郭線に沿ってまたは輪郭線の近くで透明な工作物を照射するように、透明な工作物と赤外線ビームスポットとを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させ、これにより、輪郭線に沿って透明な工作物を分離するステップと、を含む。
【０００７】
本明細書に記載のプロセスおよびシステムの付加的な特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、その説明から当業者には部分的に容易に理解され、または以下の詳細な説明、およびそれに続く請求の範囲、および添付の図面を含む、本明細書に記載された実施形態を実施することにより、認識される。
【０００８】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、様々な実施形態を説明しており、特許請求される主題の性質および特徴を理解するための概要または枠組みを提供することを意図していることを理解されたい。添付の図面は、様々な実施形態のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本明細書に記載された様々な実施形態を例示し、説明と共に、特許請求される主題の原理および動作を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、赤外線ビームスポットによって取り囲まれたパルスレーザビームスポットを概略的に示す図であり、この場合、それぞれ透明な工作物の分離経路を横断している。
【図１Ｂ】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、赤外線ビームスポットからオフセットされたパルスレーザビームスポットを概略的に示す図であり、この場合、それぞれ透明な工作物の分離経路を横断している。
【図２Ａ】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、パルスビーム光学アッセンブリと赤外線光学アッセンブリとを備えた、透明な工作物をレーザ加工するための光学システムを概略的に示す図である。
【図２Ｂ】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、図２Ａのパルスビーム光学アッセンブリと別の赤外線光学アッセンブリとを備えた、透明な工作物をレーザ加工するための光学システムを概略的に示す図である。
【図３】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、図２Ａおよび図２Ｂの透明な工作物における欠損部の輪郭線の形成および分離を概略的に示す図である。
【図４】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、透明な工作物の加工中におけるパルスレーザビーム焦線の例示的な位置決めを概略的に示す図である。
【図５Ａ】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、パルスビームレーザ加工のための光学アッセンブリを概略的に示す図である。
【図５Ｂ−１】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、透明な工作物との関連で示すパルスレーザビーム焦線の第１の実施形態を概略的に示す図である。
【図５Ｂ−２】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、透明な工作物との関連で示すパルスレーザビーム焦線の第２の実施形態を概略的に示す図である。
【図５Ｂ−３】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、透明な工作物との関連で示すパルスレーザビーム焦線の第３の実施形態を概略的に示す図である。
【図５Ｂ−４】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、透明な工作物との関連で示すパルスレーザビーム焦線の第４の実施形態を概略的に示す図である。
【図６Ａ】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、それぞれ７個のサブパルスを含む例としてのパルスバースト内のレーザパルスの相対強度を時間に関して示すグラフである。
【図６Ｂ】本明細書に記載した１つ以上の実施形態による、それぞれ９個のサブパルスを含む例としてのパルスバースト内のレーザパルスの相対強度を時間に関して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、添付の図面に例示されている、ガラスの工作物等の透明な工作物をレーザ加工するためのプロセスの実施形態を詳細に参照する。同じまたは同様の部分を参照するために、図面全体にわたり、できるだけ同じ参照番号を用いる。本明細書で説明される１つ以上の実施形態によると、透明な工作物は、この透明な工作物を２つ以上の部分に分離するためにレーザ加工されてよい。一般に、このプロセスは少なくとも、透明な工作物に欠損部を含む輪郭線を形成することと、透明な工作物を輪郭線で、または輪郭線の近くで赤外線レーザビームに曝すことにより、輪郭線に沿って透明な工作物を分離することとを含む。例えば、パルスレーザビームを利用して、透明な工作物に一連の欠損部を作製し、これにより輪郭線を画定することができる。これらの欠損部は、本明細書では、透明な工作物におけるパーフォレーションまたはナノパーフォレーションと呼ばれてもよい。
【００１１】
次いで、赤外線レーザを使用して、輪郭線に隣接するかつ／または輪郭線に沿った透明な工作物の領域を加熱して、透明な工作物を輪郭線で分離することができる。輪郭線に沿った分離は、赤外線レーザビームからの加熱により生じる異なる部分での透明な工作物の温度差によって生じる透明な工作物内での機械的応力によって引き起こされてよい。さらに、本明細書で説明する実施形態では、複数の欠損部のレーザ形成と、これら欠損部の赤外線レーザビームによる加熱とは、単一の同期されたステップで行われてよい。いくつかの実施形態では、赤外線レーザビームは、透明な工作物上に赤外線ビームスポット（これはいくつかの実施形態では環状の赤外線ビームスポットであってよい）を形成してよく、パルスレーザビームは、透明な工作物の結像表面にパルスレーザビームによって形成されたパルスレーザビームスポットを、赤外線ビームスポット（例えば環状の赤外線ビームスポット）が取り囲む（例えば、外接する）ように、透明な工作物内へと向けられてよい。別の実施形態では、赤外線レーザビームは、透明な工作物上に赤外線ビームスポットを形成してよく、パルスレーザビームは、パルスレーザビームによって形成されたパルスレーザビームスポットが、所定の離間距離だけ赤外線レーザビームから離されるように、透明な工作物内へと向けられてよい。これらの各実施形態では、欠損線はパルスレーザビームによって形成され、赤外線レーザビームによって分離され、透明な工作物は、透明な工作物と、パルスレーザビームおよび赤外線レーザビーム両方との同期相対運動により、欠損線に沿って分離される。透明な工作物を分離するための方法および装置の様々な実施形態を、本明細書において、添付の図面を具体的に参照しながら説明する。
【００１２】
１つ以上の実施形態によれば、本開示は、透明な工作物を加工するための方法を提供する。本明細書で使用される場合、「レーザ加工」とは、透明な工作物における輪郭線の形成、透明な工作物の分離、またはこれらの組み合わせを含んでいてよい。「透明な工作物」という語句は、本明細書で使用される場合、ガラス、ガラスセラミック、または透明な半導体材料から形成された工作物を意味し、「透明な」という用語は、本明細書で使用される場合、特定のパルスレーザ波長に対して、材料深さの１ｍｍあたり約１０％未満の、例えば材料深さの１ｍｍあたり約１％未満の光吸収を有する材料を意味する。いくつかの実施形態によれば、透明な工作物の少なくとも一部、例えば分離された部分は、約５×１０−６／Ｋ未満の、例えば約４×１０−６／Ｋ未満の、または約３．５×１０−６／Ｋ未満の熱膨張率を有する。例えば、透明な工作物は、約３．２×１０−６／Ｋの熱膨張率を有していてよい。透明な工作物は、約５０μｍ〜約１０ｍｍの厚さ（例えば、約１００μｍ〜約５ｍｍ、または約０．５ｍｍ〜約３ｍｍ）を有していてよい。
【００１３】
透明な工作物は、ガラス組成物、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩、アルカリ土類アルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ土類ホウアルミノケイ酸塩ガラス、溶融シリカ、または結晶材料、例えばサファイア、ケイ素、ガリウムヒ素、またはそれらの組み合わせから成るガラスの工作物を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、ガラスはイオン交換可能であってよく、これによりガラス組成物は、透明な工作物のレーザ加工前または後に機械的強化のためにイオン交換することができる。例えば、透明な工作物は、ニューヨーク州コーニングのコーニング株式会社から市販されているＣｏｒｎｉｎｇ  Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）Ｇｌａｓｓ（例えば、コード２３１８、コード２３１９、およびコード２３２０）のようなイオン交換されたガラスおよびイオン交換可能なガラスを含んでいてよい。さらに、これらのイオン交換可能なガラスは、約６ｐｐｍ／℃〜約１０ｐｐｍ／℃の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有していてよい。いくつかの実施形態では、透明な工作物のガラス組成物は、約１．０モル％を超えるホウ素、および／またはＢ２Ｏ３を含むがこれに限定されないホウ素含有化合物を含んでいてよい。別の実施形態では、透明な工作物を形成するガラス組成物は、約１．０モル％以下のホウ素の酸化物および／またはホウ素含有化合物を含んでいる。さらに、透明な工作物は、レーザの波長に対して透過性の他の成分、例えば、サファイアまたはセレン化亜鉛のような結晶を含んでいてもよい。
【００１４】
いくつかの透明な工作物は、ディスプレイおよび／またはＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板として使用されてよい。ディスプレイまたはＴＦＴに使用するのに適したこのようなガラスまたはガラス組成物のいくつかの例は、ニューヨーク州コーニングのコーニング株式会社から市販されているＥＡＧＬＥ  ＸＧ（登録商標）、ＣＯＮＴＥＧＯ、およびＣＯＲＮＩＮＧ  ＬＯＴＵＳ（商標）である。アルカリ土類ホウアルミノケイ酸塩ガラス組成物は、ＴＦＴのための基板を含むがこれに限定されない電子用途の基板として使用するのに適するように配合されてよい。ＴＦＴの関連で使用されるガラス組成物は通常、ケイ素のＣＴＥと類似のＣＴＥを有しており（例えば、５×１０−６／Ｋ未満、または４×１０−６／Ｋ未満、例えばほぼ３×１０−６／Ｋ、または約２．５×１０−６／Ｋ〜約３．５×１０−６／Ｋ）、ガラスにおいて低いアルカリレベルを有する。ある条件下では、アルカリドーパントがガラスから浸出し、ＴＦＴを汚染または「毒」し、ＴＦＴを動作不能にする可能性があるので、低いアルカリレベル（例えば、約０重量％〜２重量％の微量、例えば１重量％未満、例えば０．５重量％未満）は、ＴＦＴ用途で使用してもよい。実施形態によれば、本明細書で説明されるレーザ切断加工を使用して、無視できる程度のデブリ、最小限の欠陥、およびエッジへの低い表面下損傷を伴う制御された方式で、工作物の完全性と強度とを維持しながら、透明な工作物を分離することができる。
【００１５】
本明細書で使用される「輪郭線」という語句は、透明な工作物の表面上における分離を意図した線（例えば、直線、曲線等）を示し、この輪郭線に沿って、透明な工作物は、適切な処理条件下で複数の部分に分離される。輪郭線は、一般的に、様々な技術を使用して透明な工作物内へと導入された１つ以上の欠損部から構成される。本明細書で使用される「欠損部」には、透明な工作物にパルスレーザビームを照射することで形成することができる、透明な工作物における（バルク材料に対して）改質された材料の領域、空隙、掻き傷、割れ目、穴、またはその他の変形部が含まれてよい。輪郭線の欠損部により、（本明細書で説明されるような）赤外線レーザ加工による等の付加的な加熱処理、機械的応力、またはさらなる加熱もしくは機械的分離ステップなしに透明な工作物１６０の形式、厚さ、および構造に応じて透明な工作物１６０内に存在する応力に基づき生じる自発的な破壊（例えば、高いＣＴＥを有する透明な工作物１６０は、輪郭線の形成後に自発的に破壊する場合がある）によって、輪郭線に沿った透明な工作物の分離が可能である。さらに、透明な工作物の「結像表面」とは、本明細書で使用される場合、パルスレーザビームが最初に透明な工作物に接触する透明な工作物の表面である。
【００１６】
ガラス基板等のような透明な工作物は、透明な工作物の表面に輪郭線を形成し、その後、この輪郭線に沿って透明な工作物の表面を加熱して、透明な工作物内に熱応力を発生させることにより、複数の部分へと分離することができる。応力は、最終的に、輪郭線に沿った透明な工作物の分離（例えば、自発的な分離）につながる。透明な工作物の表面の加熱は、例えば赤外線レーザを使用して実施されてよい。さらに、欠損部を含んだ輪郭線の形成、および輪郭線に沿った透明な工作物の表面の加熱は、透明な工作物と、パルスレーザビームおよび赤外線レーザビーム両方との同期相対運動により行われてよい。輪郭線の形成と、それに続く輪郭線の加熱とを同期させることにより、透明な工作物を分離するためのレーザ加工時間（例えば、タクトタイム）を、例えば半分に減らすことができる。
【００１７】
次に図１Ａおよび図１Ｂを例として参照すると、ガラスの工作物またはガラスセラミックの工作物のような透明な工作物１６０が、本明細書に記載の方法に従って、同期された欠損部形成および分離が行われている状態で、概略的に示されている。図示されているように、輪郭線１７０は、その周りで透明な工作物１６０が２つ以上の部分に分離されるであろうことを意図した分離の線である分離経路１６５に沿って、透明な工作物１６０に形成される。輪郭線１７０は、透明な工作物１６０における一連の欠損部１７２を備え、各欠損部１７２は、透明な工作物１６０内へとパルスレーザビーム焦線１１３（図２および図３）を向けることにより形成されてよい。パルスレーザビーム焦線１１３は、透明な工作物１６０の結像表面１６２上にパルスレーザビームスポット１１４を形成するパルスレーザビーム１１２（図２および図３）の一部を含む。「パーフォレーション」輪郭線を形成するための（例えば透明な工作物１６０に輪郭線１７０を形成するための）いくつかの例としての方法および装置は、２０１５年１２月１７日付けで公開された米国特許出願公開第２０１５／０３６０９９１号明細書に開示されており、その内容全体は参照により本明細書に援用される。輪郭線１７０は、図１Ａおよび図１Ｂでは実質的に線形として示されているが、限定的ではなしに、曲線、パターン、規則的な幾何学形状、不規則的な形状等を含む他の構造が考えられ、可能であることを理解されたい。本明細書に記載されているように、赤外線レーザビーム２１２（図２Ａ、図２Ｂ、および図３）により加熱されてよい輪郭線１７０の欠損部１７２は、輪郭線１７０に沿った透明な工作物１６０の分離を誘発する。図１Ａおよび図１Ｂに示したように、赤外線レーザビーム２１２は、透明な工作物１６０の結像表面１６２上に赤外線ビームスポット２１４を形成する。
【００１８】
輪郭線１７０は、線状の欠損部（例えば、欠損部１７２）を含んでいてよく、この欠損部は、透明な工作物１６０内で、例えば、結像表面１６２から透明な工作物１６０内へと延在し、分離される工作物の所望の形状を描き、亀裂伝播の経路を確立し、したがって、透明な工作物１６０を輪郭線１７０に沿った分離部分へと分離させる。輪郭線１７０を形成するために、透明な工作物１６０には、パルスレーザビーム１１２（図２Ａ、図２Ｂ、および図３）が照射されてよく、このパルスレーザビームは、高アスペクト比の線状焦点（すなわち、図２Ａ、図２Ｂ、および図３のパルスレーザビーム焦線１１３）内へと集光される、１０６４ｎｍ以下の波長の超短パルス（すなわち、１００ピコ秒未満のパルス幅を有する）レーザビームを含んでいてよく、このレーザビームは、透明な工作物１６０の厚さの少なくとも一部を貫通する。エネルギ密度の高いこのような体積内で、輪郭線１７０に沿った透明な工作物１６０の材料は、透明な工作物１６０の材料内に欠損部１７２を明確に作製する（例えば、２光子吸収による）非線形効果により改質される。所望の線または経路（すなわち、分離経路１６５）にわたってパルスレーザビーム１１２を走査することにより、輪郭線１７０を画定する細い線状の欠損部（例えば、数μｍ幅）を形成することができる。この輪郭線１７０は、後続の加熱ステップで透明な工作物１６０から分離されるべき境界または形状を画定してよい。
【００１９】
次に図１Ａ〜図３を参照すると、透明な工作物１６０における輪郭線１７０の形成と同期させて、赤外線レーザビーム２１２等の熱源を使用して、透明な工作物１６０を輪郭線１７０に沿って分離することができる。実施形態によれば、熱源は、熱応力を生成するために、ひいては輪郭線１７０で透明な工作物１６０を分離するために使用されてよい。より詳しく後述するように、輪郭線１７０に沿った赤外線レーザビーム２１２の相対移動は、分離経路１６５に沿ったパルスレーザビーム１１２の相対移動と同期されてよく、これにより輪郭線１７０の形成と分離とが、単一の経路で行われ得る（すなわち、分離経路１６５に沿ったパルスレーザビーム１１２と赤外線レーザビーム２１２との単一の同期された横断）。
【００２０】
赤外線レーザビーム２１２は、赤外線レーザビーム源２１０、例えば、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、半導体レーザ、またはこれらの組み合わせにより生成されたレーザを含み、輪郭線１７０でまたは輪郭線１７０の近くで透明な工作物１６０の温度を急上昇させる制御された熱源である。この急速な加熱により、輪郭線１７０上または輪郭線１７０に隣接して、透明な工作物１６０内に圧縮応力が形成され得る。加熱されたガラス表面の面積は、透明な工作物１６０の全表面積と比較して、比較的小さいので、加熱された領域は比較的急速に冷却される。結果として生じる温度勾配は、輪郭線１７０に沿って、透明な工作物１６０の厚さにわたって亀裂を伝播するのに十分な引張応力を透明な工作物１６０内に誘発し、その結果、輪郭線１７０に沿った透明な工作物１６０の完全な分離がもたらされる。理論に拘束されるものではないが、引張応力は、より高い局所的温度を有する透明な工作物１６０の部分におけるガラスの膨張（すなわち、密度の変化）によって引き起こされ得ると考えられている。
【００２１】
引き続き、図１Ａ〜図３を参照すると、本明細書に記載の実施形態では、赤外線レーザビーム２１２は、透明な工作物１６０上に向けられていてよく（これにより、赤外線ビームスポット２１４を透明な工作物１６０上へと投射している）、輪郭線１７０に沿って透明な工作物１６０に対して相対的に加工方向１０で並進運動させられてよい。動作中、輪郭線１７０の分離部分１６４は、赤外線レーザビーム２１２による輪郭線１７０の加熱によって（例えば、赤外線ビームスポット２１４の並進運動により）形成され、これにより輪郭線１７０に沿って亀裂が伝播させられ、その厚さにわたって分離が発生させられる。輪郭線１７０の分離部分１６４は、赤外線ビームスポット２１４が加工方向１０で動くときに、この赤外線ビームスポット２１４に追従する。１つ以上の実施形態によれば、赤外線レーザビーム２１２は、透明な工作物１６０の移動、赤外線レーザビーム２１２の移動（すなわち、赤外線ビームスポット２１４の移動）、または透明な工作物１６０および赤外線レーザビーム２１２両方の移動によって透明な工作物１６０を横切るように並進運動されてよい。透明な工作物１６０に対して相対的に赤外線ビームスポット２１４が並進運動することにより、透明な工作物１６０は、輪郭線１７０に沿って分離されてよい。
【００２２】
理論によって限定されることを意図しているのではないが、輪郭線１７０の両側で透明な工作物１６０を加熱することにより、輪郭線１７０に沿った透明な工作物１６０の分離を促進する熱応力が生成される。しかしながら、輪郭線１７０に沿った分離を促進するために透明な工作物１６０に与えられるエネルギの総量は、赤外線レーザビーム２１２を最大強度で輪郭線１７０に直接収束させた場合（例えば、ガウスビームプロファイル）と同じであり得るが、最大強度で輪郭線１７０に直接収束させるのではなく、輪郭線１７０の両側で透明な工作物を加熱することにより、熱エネルギの総量は、より広い領域にわたって広がり、これにより、過熱により生じる輪郭線１７０に対して横方向の亀裂の形成が低減され、さらには輪郭線１７０に隣接するまたは輪郭線１７０における透明な工作物１６０の材料の溶融が低減または緩和される。実際、透明な工作物１６０を、輪郭線１７０で直接、最大強度で加熱するのではなく、輪郭線１７０の両側で最大強度で加熱することにより、望ましくない横方向の亀裂および／または溶融が生じることなしに透明な工作物１６０内へより多くの熱エネルギの総量を導入することが実際にでき、これにより、比較的低いＣＴＥを有する材料から成る透明な工作物１６０のレーザ分離が可能となる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、分離を促進するために使用される赤外線レーザビーム２１２の赤外線ビームスポット２１４は、輪郭線１７０上に直接よりも、輪郭線１７０に隣接する領域上により多くの量のエネルギを伝達するために、そしてさらに、赤外線ビームスポット２１４が、透明な工作物１６０の結像表面１６２でパルスレーザビーム１１２の周りを画定する（すなわち、図１Ａに示した実施形態におけるパルスレーザビームスポット１１４を取り囲む）ことができるように、図１Ａおよび図１Ｂに示した円対称ビームプロファイルのような環状のビームプロファイル（例えば、環状の赤外線ビームスポット）を含むことができる。このようにして、赤外線ビームスポット２１４は、輪郭線１７０に沿った透明な工作物１６０の同期された形成および分離を促進する。図１Ａおよび図１Ｂに示したように、赤外線ビームスポット２１４が環状の赤外線ビームスポットを含む実施形態では、赤外線ビームスポット２１４は内径２１６と外径２１８とを有している。さらに、（例えば、環状の赤外線ビームスポットの）環状のビームプロファイルとは、本明細書で使用される場合、一般的にビームの中心から離れて最大強度を有し、最大強度に対して相対的に強度の最低部（強度トラフ）をその中心に有する任意のレーザビームプロファイルを意味する。最低部は、ビームの中心におけるエネルギの完全な欠如も含んでよい（すなわち、中心におけるビームの強度が０である）。さらに、赤外線ビームスポット２１４は、図１Ａおよび図１Ｂには、円形の環を有するもの（例えば、輪郭線１７０を中心として円対称）として示されているが、楕円形状、長円形状、リサージュパターン、複数の離散スポット、複数のリング等のような別の環状のビームプロファイルが考えられることを理解されたい。さらに、いくつかの実施形態では、赤外線ビームスポット２１４は、例えば内径２１６を含まず、外径２１８内における実質的に全ての位置にレーザエネルギを投射するガウスビームスポットのような、非環状の形状を含んでいてよいことを理解されたい。
【００２４】
図１Ａおよび図１Ｂを再び参照すると、輪郭線１７０の欠損部１７２の同期された形成は、パルスレーザビームスポット１１４と赤外線ビームスポット２１４とが分離経路１６５に沿って互いに近くに位置している配置において、透明な工作物１６０と、パルスレーザビームスポット１１４および赤外線ビームスポット２１４両方との間の同期相対運動を含んでいてよい。同期相対運動を容易にするために、パルスレーザビームスポット１１４（ひいてはパルスレーザビーム焦線１１３）は、赤外線ビームスポット２１４と透明な工作物１６０との間の相対移動の速度と等しい速度で並進運動されてよい。例えば、透明な工作物１６０と、赤外線ビームスポット２１４およびパルスレーザビームスポット１１４のそれぞれとの間の相対的な並進運動の速度は、約１ｍｍ／ｓ〜約１０ｍ／ｓであってよく、例えば約２ｍｍ／ｓ、５ｍｍ／ｓ、１０ｍｍ／ｓ、２５ｍｍ／ｓ、５０ｍｍ／ｓ、７５ｍｍ／ｓ、１００ｍｍ／ｓ、２５０ｍｍ／ｓ、５００ｍｍ／ｓ、７５０ｍｍ／ｓ、１ｍ／ｓ、２．５ｍ／ｓ、５ｍ／ｓ、７．５ｍ／ｓ、または類似のものである。
【００２５】
図１Ａに示したように、いくつかの実施形態では、赤外線ビームスポット２１４は、環状の赤外線ビームスポットを含んでいてよく、図１Ａに示したように、透明な工作物１６０の結像表面１６２上でパルスレーザビームスポット１１４を取り囲んでいてよい。赤外線ビームスポット２１４がパルスレーザビームスポット１１４を取り囲む場合、輪郭線１７０に沿った透明な工作物１６０の同期された形成および分離は、透明な工作物１６０とパルスレーザビームスポット１１４（ひいては、パルスレーザビーム焦線１１３）との互いに相対的な並進運動に同期した、透明な工作物１６０と赤外線ビームスポット２１４との互いに相対的な（例えば、加工方向１０での）分離経路１６５に沿った並進運動を含み、この場合、赤外線ビームスポット２１４は、透明な工作物１６０とパルスレーザビームスポット１１４（ひいては、パルスレーザビーム焦線１１３）との相対運動中に、パルスレーザビームスポット１１４を取り囲んでいる。図１Ａに示した実施形態では、パルスレーザビームスポット１１４と赤外線ビームスポット２１４とは同心である（すなわち、それぞれ共通の中心点を有する）。しかしながら、パルスレーザビームスポット１１４は、赤外線ビームスポット２１４がパルスレーザビームスポット１１４を取り囲んでいるとき、赤外線ビームスポット２１４の内径２１６内の任意の位置に位置していてよいことを理解されたい。さらにいくつかの実施形態では、パルスレーザビームスポット１１４は、赤外線ビームスポット２１４の最も近い部分が、パルスレーザビームスポット１１４から約３ｍｍ、またはそれ以上、例えば４ｍｍ以上、または５ｍｍ以上、または６ｍｍ以上程度離れているように、赤外線ビームスポット２１４の内径２１６内に位置していてよい。
【００２６】
次に図１Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、赤外線ビームスポット２１４は、赤外線ビームスポット２１４が処理方向１０に沿ってパルスレーザビームスポット１１４に追従するように、パルスレーザビームスポット１１４から離間距離１５だけ離間されていてよい。パルスレーザビームスポット１１４と赤外線ビームスポット２１４との間の離間距離１５は、約１μｍ〜約１００ｍｍであってよく、例えば、約２μｍ、５μｍ、１０μｍ、２５μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２５０μｍ、５００μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２５ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍ、または類似のものである。赤外線ビームスポット２１４がパルスレーザビームスポット１１４から離間距離１５だけ離間されている場合、輪郭線１７０に沿った透明な工作物１６０の同期された形成および分離は、透明な工作物１６０とパルスレーザビームスポット１１４（ひいては、パルスレーザビーム焦線１１３）との互いに相対的な並進運動に同期した、透明な工作物１６０と赤外線ビームスポット２１４との互いに相対的な（例えば、加工方向１０での）分離経路１６５に沿った並進運動を含み、この場合、赤外線ビームスポット２１４は、透明な工作物１６０とパルスレーザビームスポット１１４（ひいては、パルスレーザビーム焦線１１３）との相対運動中に、パルスレーザビームスポット１１４から離間距離１５の間隔を維持しており、そして輪郭線１７０に沿って、または輪郭線１７０の近くで透明な工作物１６０を照射し、輪郭線１７０に沿って透明な工作物１６０を分離する。さらに、赤外線ビームスポット２１４が、図１Ｂにおける環状の赤外線ビームスポットとして示されている場合、赤外線ビームスポット２１４が、パルスレーザビームスポット１１４から離間距離１５だけ離間されている実施形態では、赤外線ビームスポット２１４は、非環状の形状、例えばガウスビームスポットを含んでいてよい。
【００２７】
図１Ａおよび図１Ｂは、パルスレーザビームスポット１１４と赤外線ビームスポット２１４とが、透明な工作物１６０の結像表面１６２上でオーバラップしない実施形態を示しているが、別の実施形態では、パルスレーザビームスポット１１４と赤外線ビームスポット２１４とはオーバラップしてよい。例えば、透明な工作物１６０が低いＣＴＥを有している実施形態では、パルスレーザビームスポット１１４と赤外線ビームスポット２１４とはオーバラップしてよく、輪郭線１７０に沿った透明な工作物１６０の同期された形成および分離は、赤外線ビームスポット２１４がパルスレーザビームスポット１１４とのオーバラップを維持している間に、透明な工作物１６０とパルスレーザビームスポット１１４（ひいては、パルスレーザビーム焦線１１３）との互いに相対的な並進運動に同期した、（例えば、加工方向１０での）分離経路１６５に沿った透明な工作物１６０と赤外線ビームスポット２１４との互いに相対的な並進運動を含んでいてよい。理論によって限定されることを意図しているのではないが、透明な工作物１６０が低いＣＴＥを有している場合、透明な工作物１６０におけるパルスレーザビーム１１２と赤外線レーザビーム２１２との間の干渉が最小であり、赤外線レーザビーム２１２とパルスレーザビーム１１２とによって照射される透明な工作物１６０の局所部分の屈折率の望ましくない変化が最小となる。
【００２８】
図１Ａおよび図１Ｂを再び参照すると、内径２１６は、ビームエネルギの８６％がビームの中心からの所定の距離の外側にある場合に、その距離（すなわち、半径）の２倍として規定されている。同様に、外径２１８は、ビームエネルギの８６％がビーム中心からの所定の距離の内側にある場合に、その距離（すなわち、半径）の２倍として規定されている。実施形態によれば、外径２１８は、約０．５ｍｍ〜約３０ｍｍであってよく、例えば約１ｍｍ〜約１０ｍｍ、約２ｍｍ〜約８ｍｍ、または約３ｍｍ〜約６ｍｍであってよい。内径２１６は、約０．０１ｍｍ〜約１５ｍｍであってよく、約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍ、または約０．７ｍｍ〜約３ｍｍであってよい。例えば、内径２１６は、外径２１８の約５％〜約９５％であってよく、例えば外径２１８の約１０％〜約５０％、約２０％〜約４５％、または約３０％〜約４０％であってよい。いくつかの実施形態によれば、赤外線レーザビーム２１２の最大出力（ならびに透明な工作物１６０の最高温度）は、内径２１６の約半分にほぼ等しい、輪郭線１７０からの距離のところにあってよい。
【００２９】
次に図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、輪郭線１７０の同期された形成および分離のための光学システム１００が概略的に示されている。光学システム１００は、パルスビーム光学アッセンブリ１０１と、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１（図２Ａ）または２０１’（図２Ｂ）とを有している。パルスビーム光学アッセンブリ１０１は、パルスレーザビーム源１１０と、パルスレーザビーム焦線１１３が輪郭線１７０の欠損部１７２を透明な工作物１６０に形成することができるようにパルスレーザビーム１１２をパルスレーザビーム焦線１１３内へと形成するための１つ以上の光学構成要素とを含む。赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１，２０１’は、赤外線レーザビーム２１２を発生させるための赤外線ビーム源２１０（図２Ｂには図示せず）を備え、赤外線レーザビーム２１２を、透明な工作物１６０の結像表面１６２上に方向付けるための１つ以上の光学構成要素を備える。図２Ａおよび図２Ｂに示したように、パルスビーム光学アッセンブリ１０１は、パルスビーム光学アッセンブリ１０１の構成要素を収容し、物理的に連結するためのハウジング１０２を含んでいてよく、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１，２０１’は、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１，２０１’の構成要素を収容し、物理的に連結するためのハウジング２０２，２０２’を含んでいてよい。
【００３０】
光学システム１００はさらに、取付ユニット１８２を有していてよく、パルスビーム光学アッセンブリ１０１のハウジング１０２と、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１，２０１’のハウジング２０２，２０２’とは両方とも、取付ユニット１８２に連結されてよく、例えば、パルスビーム光学アッセンブリ１０１のパルスレーザビーム源１１０により発生させられるパルスレーザビーム１１２の並進運動と、赤外線レーザビーム源２１０によって発生させられる赤外線レーザビーム２１２の並進運動とを容易にするために、取付ユニット１８２に可動に連結されている。さらに、光学システム１００は、並進可能なステージ１８０を備える。図２Ａおよび図２Ｂに示したように、透明な工作物１６０は、並進可能なステージ１８０に取り付けられてよく、これにより透明な工作物１６０の並進運動が容易になる。したがって、透明な工作物１６０と、パルスレーザビーム１１２および赤外線レーザビーム２１２のそれぞれとの間の相対移動（例えば、同期相対移動）は、並進可能なステージ１８０の移動、パルスビーム光学アッセンブリ１０１のハウジング１０２および赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１，２０１’のハウジング２０２，２０２’の取付ユニット１８２に沿った移動、取付ユニット１８２自体の移動、またはそれらの組み合わせにより発生させられてよい。
【００３１】
次に図２Ａを参照すると、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１は、赤外線レーザビーム源２１０、非球面光学素子２２０、第１の平凸レンズ２２２、第２の平凸レンズ２２４、ビーム調整素子２２６、およびビーム方向付け素子２３０を備える。理論によって限定されることを意図しているのではないが、赤外線レーザビーム２１２は、（その１／ｅ２直径によると）約８ｍｍ〜約１０ｍｍの直径を有するガウスビームを含んでいてよく、非球面光学素子２２０は、アキシコンレンズを含んでいてよく、アキシコンレンズは、約１．２°の、例えば約０．５°〜約５°、または約１°〜約１．５°、またはさらに約０．５°〜約５°の角度を有した円錐表面を備えていてよい（角度は、赤外線レーザビーム２１２が非球面光学素子２２０に入射する平坦な面に対して相対的に測定される）。非球面光学素子２２０（例えば、アキシコンレンズ）は、（ガウスビームを含む）入射する赤外線レーザビーム２１２をベッセルビームへと整形する。いくつかの実施形態では、非球面光学素子２２０は、屈折アキシコン、反射アキシコン、Ｗ型アキシコン、ネガティブアキシコン、空間光変調器、回折光学系、立方体型光学素子、またはガウスビームをベッセルビームへと整形するための任意の光学素子を含んでいてよい。
【００３２】
引き続き図２Ａを参照すると、第１の平凸レンズ２２２と第２の平凸レンズ２２４とは、赤外線レーザビーム源２１０から出射される赤外線レーザビーム２１２が、非球面光学素子２２０によって方向付けられ、その後、第１の平凸レンズ２２２および第２の平凸レンズ２２４によって方向付けられるように、非球面光学素子２２０の下流に配置されている。本明細書で「上流」および「下流」が使用される場合は、ビーム源（例えばパルスレーザビーム源１１０または赤外線レーザビーム源２１０）に対する光学アッセンブリ（例えば、パルスビーム光学アッセンブリ１０１または赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１）の２つの位置または構成要素の相対的な位置を意味する。例えば、ビーム源から出射されるビームが、第２の構成要素を横切る前に第１の構成要素を横切るならば、第１の構成要素は第２の構成要素の上流にある。さらに、ビーム源から出射されるビームが、第１の構成要素を横切る前に第２の構成要素を横切るならば、第１の構成要素は第２の構成要素の下流にある。
【００３３】
作動時には、第１の平凸レンズ２２２と第２の平凸レンズ２２４とが、ベッセルビーム（例えば、赤外線レーザビームが非球面光学素子２２０を横断した後の赤外線レーザビーム２１２）をコリメートし、赤外線レーザビーム２１２の直径を調節する（例えば、透明な工作物１６０の結像表面１６２上に形成される赤外線ビームスポット２１４の内径２１６と外径２１８とを調節する）。いくつかの実施形態では、第１の平凸レンズ２２２は、約５０ｍｍ〜約２００ｍｍ（例えば、約５０ｍｍ〜約１５０ｍｍ、または約７５ｍｍ〜約１００ｍｍ）の焦点距離を有していてよく、第２の平凸レンズ２２４は、第１の平凸レンズ２２２よりも短い、例えば約２５ｍｍ〜約５０ｍｍの焦点距離を有していてよい。
【００３４】
ビーム方向付け素子２３０は、ミラーまたはその他の反射構成要素、ガルバノスキャナミラーのような回転可能なスキャナ、２Ｄスキャナ等、またはその他任意の公知のまたは未開発のレーザビームを再方向付けするための光学構成要素を含んでいてよい。図２Ａに示された赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１の実施形態では、ビーム方向付け素子２３０は、赤外線レーザビーム２１２が、第２の平凸レンズ２２４により収束される間にビーム方向付け素子２３０によって再方向付けされるように、非球面光学素子２２０、第１の平凸レンズ２２２、および第２の平凸レンズ２２４の下流に配置されている。しかしながら、別の実施形態では、ビーム方向付け素子２３０は、非球面光学素子２２０、第１の平凸レンズ２２２、および第２の平凸レンズ２２４のうちの１つ以上の上流に配置されてもよい。
【００３５】
図２Ａに示したように、ビーム方向付け素子２３０は、ビーム方向付け素子２３０が、入射する赤外線レーザビーム２１２を再方向付け（例えば反射）するように、赤外線レーザビーム源２１０に光学的に連結されている。したがって、ビーム方向付け素子２３０の下流の赤外線レーザビーム２１２の部分は、赤外線レーザビーム２１２が、パルスレーザビーム１１２のビーム伝播方向（すなわち方向１２）と、ビーム方向付け素子２３０の下流の赤外線レーザビーム２１２のビーム伝播方向（すなわち方向１４）との間の角度差である接近角度θで、透明な工作物を照射するように、ビーム方向付け素子２３０から透明な工作物１６０へと方向１４で伝播する。いくつかの実施形態では、接近角度θは、約３０°〜約７５°、約４０°〜約６５°等であってよく、例えば、約３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°等であってよい。さらに、接近角度θは、パルスレーザビーム１１２のビーム伝播方向（すなわち方向１２）に対して非平行である。したがって、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１およびパルスビーム光学アッセンブリ１０１の構成要素は、互いに離されて位置していてよく、赤外線レーザビーム２１２とパルスレーザビーム１１２とは、透明な工作物１６０の結像表面１６２上に形成されるパルスレーザビームスポット１１４を取り囲むために、透明な工作物１６０の結像表面１６２上に形成される赤外線ビームスポット２１４に対して同心的である必要はない（図１Ａ）。
【００３６】
さらに、パルスレーザビームスポット１１４が、透明な工作物１６０の結像表面１６２で赤外線ビームスポット２１４からオフセットされている実施形態（図１Ｂ）では、離間距離１５だけオフセットされる２つの平行なビームを形成するためには、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１とパルスビーム光学アッセンブリ１０１とにとって離間距離１５（図１Ｂ）は小さすぎるので、ビーム方向付け素子２３０の下流の赤外線レーザビーム２１２の部分が、方向１４でビーム方向付け素子２３０から透明な工作物１６０へと接近角度θで伝播するように、赤外線レーザビーム２１２を再方向付けするのがさらに有利であり得る。別の実施形態では、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１はさらに、赤外線レーザビーム２１２が、透明な工作物１６０の結像表面１６２を照射し、離間距離１５だけパルスレーザビームスポット１１４から平行にオフセットされるように、パルスレーザビーム１１２に平行に赤外線レーザビーム２１２を再方向付けするために（例えばパルスレーザビームを方向１２へと方向付けるために）、ビーム方向付け素子２３０の下流に位置する別のビーム方向付け素子を備えていてよい。
【００３７】
さらに、ビーム調整素子２２６は、例えば、接近角度θで透明な工作物１６０の結像表面１６２を照射することにより生じる赤外線ビームスポット２１４の形状の変化を考慮するために、赤外線レーザビーム２１２の断面ビームプロファイルを変化させるように構成されている。特に、ビーム調整素子２２６は、透明な工作物１６０の結像表面１６２上に投射された赤外線ビームスポット２１４が所望の形状（例えば、円形、楕円形、等）を有するように、パルスレーザビーム１１２の断面ビームプロファイルを変化させるように構成されている。例えば、赤外線レーザビーム２１２の部分が、ビーム方向付け素子２３０により再方向付けされた後、円形の断面ビームプロファイルを有しており、その後、（ビーム調整素子２２６を横断せずに）接近角度θで、透明な工作物１６０の結像表面１６２を照射するならば、結果として生じる赤外線ビームスポット２１４の形状は円形ではない。しかしながら、ビーム調整素子２２６は、結果として生じる赤外線ビームスポット２１４の形状が円形であるように、赤外線レーザビーム２１２の断面ビームプロファイルを変化させることができる。ビーム調整素子２２６は、シリンドリカルレンズ、プリズム、回折光学素子、望遠鏡レンズ等を含んでいてよい。図２Ａに示されたように、ビーム調整素子２２６は、ビーム方向付け素子２３０が赤外線レーザビーム２１２を方向１４へと再方向付けした後に、ビーム調整素子２２６が、赤外線レーザビーム２１２の断面ビームプロファイルを変化させるように、ビーム方向付け素子２３０の下流に位置している。別の実施形態では、ビーム調整素子２２６は、ビーム方向付け素子２３０が赤外線レーザビーム２１２を方向１４へと再方向付けする前に、ビーム調整素子２２６が、赤外線レーザビーム２１２の断面ビームプロファイルを変化させるように、ビーム方向付け素子２３０の上流に位置していてもよい。
【００３８】
次に図２Ｂを参照すると、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１’は、２Ｄスキャナシステムを備えたビーム方向付け素子２３０’を有している。いくつかの実施形態では、２Ｄスキャナシステム２３０’は、２Ｄスキャナシステム２３０’のハウジングが、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１’のハウジング２０２’であるように、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１’の光学構成要素を収容してよい。作動時には、赤外線レーザビーム２１２は、２Ｄスキャナシステム２３０’により出力されてよく、これにより透明な工作物１６０上へと方向付けられる。いくつかの実施形態では、２Ｄスキャナシステム２３０’は、取付ユニット１８２に連結されている。例えば、２Ｄスキャナシステム２３０’は、２Ｄスキャナシステム２３０’が回転軸線２０５を中心として回転可能であるように、取付ユニット１８２に回転可能に連結されてよい。いくつかの実施形態では、２Ｄスキャナシステム２３０’も、透明な工作物１６０に対して相対的にＺ方向に沿って並進可能である。したがって、赤外線レーザビーム２１２の方向１４の向きが変更されると（これにより接近角度θが変更される）、Ｚ方向に沿った２Ｄスキャナシステム２３０’の位置も、赤外線レーザビーム２１２が、所望の位置で透明な工作物１６０を照射することができるように、変化されてよい。さらに、図示されてはいないが、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１’は、赤外線レーザビーム源をさらに備える（これは、２Ｄスキャナシステム２３０’の構成要素であってよく、したがってハウジング２０２’内に収容される）。さらに、２Ｄスキャナシステム２３０’は、ガウス赤外線ビームまたはベッセル赤外線ビームを出力するように構成されていてよい。２Ｄスキャナシステム２３０’がガウスビームを出力する実施形態では、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１’は、２Ｄスキャナシステム２３０’内に収容されるまたは２Ｄスキャナシステム２３０’の下流に位置する非球面光学素子を、ガウスビームをベッセルビームへと整形するためにさらに備えていてよい。さらにいくつかの実施形態では、赤外線ビーム光学アッセンブリ２０１’は、図２Ａにつき上述したように、（第１および第２の平凸レンズのような）１つ以上のレンズと、ビーム調整素子とをさらに備えていてよい。
【００３９】
図２Ａおよび図２Ｂを再び参照すると、パルスレーザビーム１１２を生成し、パルスレーザビーム１１２をパルスレーザビーム焦線１１３内へと形成するためのパルスビーム光学アッセンブリ１０１は、パルスレーザビーム源１１０と非球面光学素子１２０とを備える。非球面光学素子１２０は、屈折アキシコン、反射アキシコン、またはネガティブアキシコン、Ｗ型アキシコン、空間光変調器、回折光学系、または立方体型光学素子のようなアキシコンを含んでいてよい。パルスレーザビーム源１１０により出力されるパルスレーザビーム１１２は、ガウスビームを含んでいてよく、このガウスビームは、非球面光学素子１２０によってガウス・ベッセルビームへと変換される。理論によって限定されることを意図しているのではないが、ガウス・ベッセルビームは、ガウスビームよりも著しくゆっくりと回折する（例えば、ガウス・ベッセルビームは、数十μｍ以下ではなく、数百μｍまたはミリメートルの範囲で、単一のμｍ直径のスポットサイズを維持することができる）。換言すると、非球面光学素子１２０は、パルスレーザビーム１１２を、シリンドリカル形状および高アスペクト比（長さが長く、直径が小さい）の高強度領域に集光する。集光されたレーザビームにより得られる高強度によって、パルスレーザビーム１１２が透明な工作物１６０内へと方向付けられている間（例えば、パルスレーザビーム焦線１１３が透明な工作物１６０内へと方向付けられるとき）、レーザの電磁界と工作物材料との非線形の相互作用が生じ、レーザエネルギを透明な工作物に伝達することができ、輪郭線の要素となる欠損部の形成に影響を与えることができる。しかしながら重要であるのは、レーザエネルギ強度が高くない材料の領域では（例えば、中央の収束線を取り囲む工作物のガラス体積）、透明な工作物の材料は、レーザの影響を殆ど受けず、レーザから材料へとエネルギを伝達するためのメカニズムがないことを認識することである。結果として、レーザ強度が非線形の閾値未満である場合、焦点区域において直接的に工作物には何事も生じない。
【００４０】
非球面光学素子１２０は、パルスレーザビームをガウス・ベッセルビームへと変換することができ、パルスレーザビーム１１２をパルスレーザビーム焦線１１３内へと収束させることができるが、いくつかの実施形態では、パルスビーム光学アッセンブリ１０１は、パルスレーザビーム１１２をパルスレーザビーム焦線１１３内へ形成するのを支援する付加的な光学構成要素をさらに備えていてよい。例えば、図２Ａおよび図２Ｂに示したパルスビーム光学アッセンブリ１０１は、パルスレーザビーム１１２をコリメートし、その後、パルスレーザビーム焦線１１３内へと収束させるために、非球面光学素子１２０の下流にそれぞれ位置する第１のレンズ１３０と第２のレンズ１３２とを備える。別の光学構成要素は、後述する図４および図５Ａに示したパルスビーム光学アッセンブリ１０１の実施形態に示されている。
【００４１】
さらに、透明な工作物１６０は、パルスレーザビーム源１１０によって出力されたパルスレーザビーム１１２が、透明な工作物１６０を照射するように配置されている。作動時には、パルスビーム光学アッセンブリ１０１は、パルスレーザビーム１１２をパルスレーザビーム焦線１１３内へと形成することができ、このパルスレーザビーム１１２は、個々の欠損部１７２を形成するために、例えば分離経路１６５に沿って透明な工作物１６０内で吸収を誘発するように、透明な工作物１６０内へと方向付けられてよい。さらに、パルスレーザビーム焦線１１３と透明な工作物１６０とを互いに相対的に並進運動させることにより、複数の欠損部１７２を備える輪郭線１７０を形成することができる。
【００４２】
作動時には、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、輪郭線１７０の欠損部１７２を形成するために、実質的に透明な材料、例えば透明な工作物１６０において多光子吸収（ＭＰＡ）を生じさせることができる。ＭＰＡは、分子を１つの状態（通常、グラウンド状態）からより高いエネルギの電子状態（すなわち、イオン化）に励起する、同じまたは異なる周波数の２つ以上の光子の同時吸収である。関与する分子の低い状態と高い状態との間のエネルギ差は、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、例えば線形の吸収よりも数桁弱い二次の、または三次（またはより高次）のプロセスであり得る。線形吸収とは異なり、二次誘起吸収の強度は、例えば光強度の２乗に比例するものであり得、したがって、非線形の光学プロセスである。
【００４３】
次に図３を参照すると、輪郭線１７０の形成と、輪郭線１７０に沿った透明な工作物１６０の分離とを同期させて行うために、パルスレーザビーム１１２および赤外線レーザビーム２１２によるレーザ加工を受ける透明な工作物１６０がより詳しく示されている。理論によって限定されることを意図しているのではないが、超短パルスレーザによって形成される欠損部１７２の高アスペクト比（例えば、パルスレーザビーム１１２のパルスレーザビーム焦線１１３）により、透明な工作物１６０の上面から底面への（すなわち、結像表面１６２から第２の面１６３への）欠損部１７２の延在が促進されると考えられている。原則的に、この欠損部は、単一のパルスにより形成されてよく、必要ならば、影響を受ける領域（深さと幅）の延在を増加させるために付加的なパルスを使用してよい。実施形態では、パルスレーザビーム焦線１１３は、約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍまたは約０．５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の長さを有していてよく、例えば約１ｍｍ、約２ｍｍ、約３ｍｍ、約４ｍｍ、約５ｍｍ、約６ｍｍ、約７ｍｍ、約８ｍｍ、または約９ｍｍの長さを有していて、または約０．１ｍｍ〜約２ｍｍまたは０．１ｍｍ〜約１ｍｍの範囲の長さを有していてよい。実施形態では、パルスレーザビーム焦線は、約０．１μｍ〜約５μｍの範囲の平均スポット直径を有していてよい。欠損部１７２はそれぞれ、約０．１μｍ〜３０μｍの直径、例えば、約０．２５μｍ〜約５μｍ（例えば、約０．２５μｍ〜約０．７５μｍ）の直径を有していてよい。
【００４４】
輪郭線は、図１Ａ、図１Ｂ、および図３に示した輪郭線１７０のように線形であってよいが、輪郭線は、非線形であってもよい（すなわち、曲率を有している）。湾曲した輪郭線は、例えば、透明な工作物１６０またはパルスレーザビーム１１２を、互いに対して一次元ではなく二次元で並進運動させることにより形成され得る。さらに、輪郭線１７０が曲率を有し、赤外線レーザビーム２１２が、長円または楕円形状を有する赤外線ビームスポット２１４を形成する実施形態では、赤外線レーザビーム２１２が回転するように、ひいては赤外線ビームスポット２１４が回転するように構成された回転可能なスキャナを備えるのが、ビーム方向付け素子２３０，２３０’（図２Ａおよび図２Ｂ）にとって有利であり得る。特に、赤外線ビームスポット２１４が、長円形または楕円形を含むならば、赤外線ビームスポット２１４は、主要な軸線（例えば、赤外線ビームスポット２１４の最も長い径）が輪郭線１７０に沿って延在するように方向付けられてよい。したがって、輪郭線１７０が曲率を有している場合、回転可能なスキャナは、赤外線ビームスポット２１４が、透明な工作物１６０の結像表面１６２に沿って並進運動するときに回転するように、赤外線レーザビーム２１２を回転させてよく、いくつかの実施形態では、赤外線レーザビーム２１２が、湾曲した輪郭線１７０に沿って透明な工作物１６０に対して相対的に並進運動するとき、赤外線ビームスポット２１４の主要な軸線は、輪郭線１７０に沿って方向付けられたままである。
【００４５】
さらに、いくつかの実施形態では、輪郭線１７０の方向に沿って隣接する欠損部１７２間の距離または周期は、少なくとも約０．１μｍまたは１μｍであってよく、約２０μｍ以下または３０μｍ以下であってもよい。例えば、いくつかの透明な工作物では、隣接する欠損部１７２間の周期は、約０．５〜約１５μｍ、または約３μｍ〜約１０μｍ、または約０．５μｍ〜約３．０μｍであってよい。例えば、いくつかの透明な工作物では、隣接する欠損部１７２間の周期は、約０．５μｍ〜約１．０μｍであってよい。しかしながら、特に厚さ０．５ｍｍ以上のアルカリ土類ホウアルミノケイ酸塩ガラス組成物については、隣接する欠損部１７２間の周期は、少なくとも約１μｍ、例えば少なくとも約５μｍ、または約１μｍ〜約１５μｍであってよい。
【００４６】
次に図４を参照すると、パルスビーム光学アッセンブリ１０１を使用する輪郭線１７０の形成は、長さＬを有するパルスレーザビーム焦線１１３内へのパルスレーザビーム１１２の収束を含んでいてよい。透明な工作物１６０は、少なくとも部分的に、パルスレーザビーム１１２のパルスレーザビーム焦線１１３にオーバラップするように位置している。したがって、パルスレーザビーム焦線１１３は、深さｄを有する透明な工作物１６０内へと方向付けられている。さらに、図３に示したように、透明な工作物１６０の衝突位置１１５は、パルスレーザビーム焦線１１３に対して直角に整列される。透明な工作物１６０は、パルスレーザビーム焦線１１３が、透明な工作物１６０の結像表面１６２の手前からまたは結像表面１６２から始まり、透明な工作物１６０の第２の表面１６３の手前で終わるように、パルスレーザビーム焦線１１３に対して相対的に位置していてよい（すなわち、パルスレーザビーム焦線１１３は、透明な工作物１６０内で終端しており、第２の表面１６３を越えて延在しない）。
【００４７】
さらに、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、透明な工作物１６０の衝突位置１１５で透明な工作物１６０の結像表面１６２に直角に、透明な工作物１６０内へと延在するように、透明な工作物１６０に対して相対的に位置しているのが望ましい。パルスレーザビーム焦線１１３が、透明な工作物１６０に対して直角ではないならば、パルスレーザビーム焦線１１３は、透明な工作物１６０の深さに沿ってシフトし、かつ広がり、パルスレーザビーム焦線１１３に、透明な工作物１６０のより大きな体積にわたってエネルギを分散させ、パルスレーザビーム焦線１１３の鮮鋭度と焦点とを低下させ、透明な工作物１６０内に低品質で均一性の低い欠損部１７２を生成する。
【００４８】
引き続き図４を参照すると、パルスレーザビーム焦線１１３と透明な工作物１６０とのオーバラップ領域では（すなわち、パルスレーザビーム焦線１１３によって覆われる透明な工作物の材料では）、パルスレーザビーム焦線１１３が、（長さＬのセクション、すなわち長さＬの線状焦点上におけるパルスレーザビーム１１２の収束により強度が保証される、パルスレーザビーム焦線１１３に沿った適切なレーザ強度を想定しながら）（ビームの長手方向に沿って整列した）セクション１１３ａを生成し、このセクションに沿って透明な工作物１６０の材料内で誘起吸収が発生させられる。誘起吸収は、セクション１１３ａに沿って透明な工作物１６０内に欠損部１７２を形成する。欠損部１７２の形成は、局所的なだけではなく、誘起吸収のセクション１１３ａの全長にわたって生じる。（透明な工作物１６０とオーバラップするパルスレーザビーム焦線１１３の長さに相当する）セクション１１３ａの長さは、参照符号Ａで示されている。誘起吸収のセクション１１３ａにおける欠損領域（すなわち、欠損部１７２）の内径は、参照符号Ｄで示されている。この内径Ｄは、パルスレーザビーム焦線１１３の平均直径、すなわち、約０．１μｍ〜約５μｍの範囲の平均スポット直径に相当する。
【００４９】
次に図５Ａを参照すると、パルスビーム光学アッセンブリ１０１の１つの例は、非球面光学素子（図示せず）、レンズ１３３、およびアパーチュア１３４（例えば、円形のアパーチュア）を有している。図５Ａに示したように、パルスレーザビーム源１１０により放出されたパルスレーザビーム１１２は、パルスレーザビーム１１２のレーザ照射の波長に対して不透過性のアパーチュア１３４へと方向付けられている。アパーチュア１３４は、長手方向のビーム軸に垂直に向けられ、パルスレーザビーム１１２の中央部分に中心がある。アパーチュア１３４の直径は、パルスレーザビーム１１２の中心近く（すなわち、この場合、符号１１２Ｚで示される中央ビーム部分）のレーザ照射は、アパーチュア１３４に当たり、アパーチュアによって完全に吸収されるように選択されている。パルスレーザビーム１１２の外周範囲におけるビーム（すなわち、この場合符号１１２Ｒで示された周辺光線）だけは、ビーム直径よりもアパーチュアサイズが小さいので、円形のアパーチュア１３４によって吸収されず、横方向でアパーチュア１３４を通過し、この実施形態では、球面カットされた両凸レンズとして設計されたレンズ１３３の周縁領域に当たる。
【００５０】
図５Ａに示したように、パルスレーザビーム焦線１１３は、パルスレーザビーム１１２のための単一の焦点であってよいだけではなく、パルスレーザビーム１１２における様々な光線のための一連の焦点であってもよい。一連の焦点は、図５Ａに、パルスレーザビーム焦線１１３の長さＬとして示したように、規定された長さの細長いパルスレーザビーム焦線１１３を形成する。レンズ１３３は、中央ビームの中心に配置されてよく、一般的な球面カットされたレンズの形態の、非補正両凸収束レンズとして設計されてよい。代替的なものとして、理想的な焦点を形成しないが、規定された長さの明確な細長いパルスレーザビーム焦線１１３を形成する、理想的に補正されるシステムからは逸脱した非球面またはマルチレンズシステムを使用することもできる（すなわち、単一の焦点を有さないレンズまたはシステム）。したがって、レンズ１３３の区域は、レンズ中心からの距離を前提として、パルスレーザビーム焦線１１３に沿って収束する。ビーム方向を横切るアパーチュア１３４の直径は、（ビームの強度がピーク強度の１／ｅ２に減少するのに必要な距離によって規定される）パルスレーザビーム１１２の直径の約９０％かつレンズ１３３の直径の約７５％であってよい。したがって、中心のビーム束を遮断することによって生成された、収差が補正されていない球面レンズ１３３のパルスレーザビーム焦線１１３が使用される。図５Ａは、中心のビームを通る１つの平面における断面を示し、示されたビームが、パルスレーザビーム焦線１１３を中心として回転すると、完全な３次元的な束を見ることができる。
【００５１】
図５Ｂ−１〜図５Ｂ−４には、透明な工作物１６０に対して相対的にパルスビーム光学アッセンブリ１０１の構成要素を適切に配置および／または位置合わせすることによって、ならびにパルスビーム光学アッセンブリ１０１のパラメータを適切に選択することによって、パルスレーザビーム焦線１１３の位置を制御できることが示されている。さらにパルスレーザビーム焦線１１３の長さＬは、図５Ｂ−１〜図５Ｂ−４に説明のために概略的に示されている。作動時、パルスレーザビーム焦線１１３の長さＬは、透明な工作物１６０内のパルスレーザビーム焦線１１３の位置、および透明な工作物１６０の屈折率に依存する。図５Ｂ−１に示したように、パルスレーザビーム焦線１１３の長さＬは、透明な工作物１６０の深さｄを超えるように（この場合、２倍に）調整されてよい。透明な工作物１６０が、（長手方向のビーム方向で見て）パルスレーザビーム焦線１１３に対して中央に配置されている場合は、誘起吸収の広いセクション（例えば、長さＡのセクション１１３ａ）が、工作物の深さｄ全体にわたって生じ得る。パルスレーザビーム焦線１１３は、約０．０１ｍｍ〜約１００ｍｍの範囲の、または約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲の長さＬを有していてよい。様々な実施形態は、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、または約５ｍｍ、例えば約０．５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の長さＬを有するパルスレーザビーム焦線１１３を有するように構成されてよい。いくつかの実施形態では、パルスレーザビーム焦線１１３の長さＬは、透明な工作物１６０の深さｄに対応するように、パルスビーム光学アッセンブリ１０１を使用して調整されてもよく、例えば、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の長さＬが、透明な工作物１６０の深さｄの約１．１〜約１．８倍であるように、例えば１．２５倍、１．５倍等であるように、パルスビーム光学アッセンブリ１０１を使用して調整されてもよい。一例として、透明な工作物１６０が約０．７ｍｍの深さを有する実施形態では、パルスレーザビーム焦線１１３は、約０．９ｍｍの長さを有していてよい。さらに、別の実施形態では、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の長さＬが、透明な工作物１６０の深さｄと実質的に等しくなるように、パルスビーム光学アッセンブリ１０１を使用して調整されてよい。
【００５２】
図５Ｂ−２に示された例では、長さＬのパルスレーザビーム焦線１１３は、工作物の深さｄにほぼ対応して生成される。透明な工作物１６０は、パルスレーザビーム焦線１１３が、透明な工作物１６０の外側の一点で始まるように、パルスレーザビーム焦線１１３に対して相対的に位置しているので、（結像表面１６２から、工作物の深さによって規定されるが、第２の表面１６３までは広がっていない）誘起吸収の広いセクション１１３ａの長さＡは、パルスレーザビーム焦線１１３の長さＬよりも短い。図５Ｂ−３には、図５Ｂ−２と同様に、パルスレーザビーム焦線１１３の長さＬが、透明な工作物１６０における誘起吸収のセクション１１３ａの長さＡよりも長くなるように、透明な工作物１６０が（ビーム方向に対して垂直な向きに沿って見て）パルスレーザビーム焦線１１３の開始点の上方に位置している例が示されている。したがって、パルスレーザビーム焦線１１３は、透明な工作物１６０内で始まり、第２の表面１６３を越えて延在している。図５Ｂ−４には、焦線長さＬが工作物深さｄよりも小さい例が示されており、したがって、入射方向で見てパルスレーザビーム焦線１１３に対して相対的に透明な工作物１６０が中央に位置決めされている例では、パルスレーザビーム焦線１１３は、透明な工作物１６０内の結像表面１６２の近くで始まり、透明な工作物１６０内の第２の表面１６３の近くで終わる（例えば、Ｌ＝０．７５ｄ）。
【００５３】
図２Ａ〜図５Ａを再び参照すると、パルスレーザビーム源１１０は、パルスレーザビーム１１２を出力するように構成された任意の公知のまたは未開発のパルスレーザビーム源１１０を含んでいてよい。上述したように、輪郭線１７０の欠損部１７２は、パルスレーザビーム源１１０により出力されるパルスレーザビーム１１２と、透明な工作物１６０との相互作用により形成される。いくつかの実施形態では、パルスレーザビーム源１１０は、例えば、１０６４ｎｍ、１０３０ｎｍ、５３２ｎｍ、５３０ｎｍ、３５５ｎｍ、３４３ｎｍ、または２６６ｎｍ、または２１５ｎｍの波長を有するパルスレーザビーム１１２を出力してよい。さらに、透明な工作物１６０に欠損部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の波長を透過する材料に良好に適しているものであってよい。
【００５４】
欠損部１７２を形成するために適切なレーザ波長は、透明な工作物１６０による吸収および散乱の複合損失が十分に低い波長である。実施形態では、その波長における透明な工作物１６０による吸収および散乱に基づく複合損失は、２０％／ｍｍ未満、また１５％／ｍｍ未満、または１０％／ｍｍ未満、または５％／ｍｍ未満、または１％／ｍｍ未満であり、この場合、「／ｍｍ」というサイズは、パルスレーザビーム１１２の伝播方向（例えば、Ｚ方向）における透明な工作物１６０内での距離１ミリメートルあたり、を意味する。多くのガラスの工作物について代表的な波長には、Ｎｄ３＋の基本波長および調和波長が含まれる（例えば、１０６４ｎｍ付近の基本波長およびより高いオーダの５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、および２６６ｎｍ付近の調和波長を有するＮｄ３＋：ＹＡＧ、またはＮｄ３＋：ＹＶＯ４）。所定の基板材料の吸収および散乱の複合損失要件を満たすスペクトルの紫外線、可視光線、および赤外線の部分にあるその他の波長も使用することができる。
【００５５】
さらに、パルスレーザビーム源１１０は、約２５μＪ〜約１５００μＪの、例えば、１００μＪ、２００μＪ、２５０μＪ、３００μＪ、４００μＪ、５００μＪ、６００μＪ、７００μＪ、７５０μＪ、８００μＪ、９００μＪ、１０００μＪ、１１００μＪ、１２００μＪ、１２５０μＪ、１３００μＪ、１４００μＪ等のパルスエネルギを有するパルスレーザビーム１１２を出力してよい。パルスレーザビーム源１１０は、パルスレーザビーム源１１０が、様々なパルスエネルギを有するパルスレーザビーム１１２を出力できるように調整可能であってもよい。作動時には、パルスレーザビーム１１２がパルスレーザビーム焦線１１３内へと収束されるとき、パルスレーザビーム焦線１１３は、約２５ｕＪ〜約１５００ｕＪのパルスエネルギを有していてもよい。いくつかの実施形態では、パルスレーザビーム１１２の個々のパルスのパルス持続時間は、約１ピコ秒〜約１００ピコ秒の範囲にあって、例えば約５ピコ秒〜約２０ピコ秒であり、個々のパルスの繰り返し率は、約１ｋＨｚ〜４ＭＨｚの範囲にあってよく、例えば約１０ｋＨｚ〜約３ＭＨｚまたは約１０ｋＨｚ〜約６５０ｋＨｚの範囲にあってよい。
【００５６】
次に図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、本明細書で説明されるこのようなパルスレーザビーム１１２（例えば、ピコ秒レーザ）の典型的な動作により、サブパルス５００Ａのバースト５００が生じることが理解される。各バースト５００は、極めて短い持続時間の複数の個々のサブパルス５００Ａ（例えば、少なくとも２個のサブパルス、少なくとも５個のサブパルス、少なくとも７個のサブパルス、少なくとも８個のサブパルス、少なくとも９個のサブパルス、少なくとも１０個のサブパルス、少なくとも１５個のサブパルス、少なくとも２０個のサブパルス、またはそれ以上のサブパルス）を含む。すなわち、１つのバーストはサブパルスのグループであり、バーストは、各バースト内の個々の隣接するサブパルスの分離よりも長い継続時間だけ互いに分離される。１つ以上の実施形態によると、ディスプレイガラス／ＴＦＴガラス組成物の切断または穿孔のためには、バーストあたりのサブパルス数は、約２〜３０個（例えば５〜２０個）であってよい。サブパルス５００Ａは、１００ピコ秒までのパルス持続時間Ｔｄを有している（例えば、０．１ピコ秒、５ピコ秒、１０ピコ秒、１５ピコ秒、１８ピコ秒、２０ピコ秒、２２ピコ秒、２５ピコ秒、３０ピコ秒、５０ピコ秒、７５ピコ秒、またはこれらの間の任意の範囲）。バースト内の各個々のサブパルス５００Ａのエネルギまたは強度は、バースト内の他のパルスと等しくなくてよく、１つのバースト５００内の複数のサブパルスの強度分布はしばしば、レーザ設計によって決定される時間の指数関数的減衰に従う。このようなバーストを発生させることができるパルスレーザビーム１１２の使用は、透明な材料、例えばガラスの切断または改質のために有利である。シングルパルスレーザの繰り返し率だけ時間的に離間されたシングルパルスの使用とは対照的に、バースト内のサブパルスの高速シーケンスにわたってレーザエネルギを分散させ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、シングルパルスレーザによって可能なものよりも大きな時間尺度に近付くことができる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載された例示的な実施形態のバースト５００内の各サブパルス５００Ａは、約１ナノ秒〜約５０ナノ秒（例えば、しばしばレーザキャビティ設計により決定される時間で、約１０ナノ秒〜約５０ナノ秒、または約１０ナノ秒〜約３０ナノ秒）の持続時間Ｔｐだけ、バースト内の後続のサブパルスから時間的に分離されている。所定のレーザについては、１つのバースト５００内の隣接するサブパルス間の時間間隔Ｔｐは、比較的均一であり得る（例えば、互いの約１０％以内）。例えば、いくつかの実施形態では、１つのバースト内の各サブパルスは、後続のサブパルスから約２０ナノ秒（５０ＭＨｚ）だけ時間的に分離されている。例えば、約２０ナノ秒のパルス分離Ｔｐを生成するパルスレーザビーム源１１０の場合、１つのバースト内のパルス間分離Ｔｐは、約±１０％以内に、または約±２ナノ秒以内に維持される。サブパルスの各バースト間の時間（すなわち、バースト間の時間分離Ｔｂ）はより長くなる。例えば、サブパルスの各バースト間の時間は、約０．２５マイクロ秒〜約１０００マイクロ秒であってよく、例えば約１マイクロ秒〜約１０マイクロ秒、または約３マイクロ秒〜約８マイクロ秒である。
【００５８】
本明細書で説明されているパルスレーザビーム源１１０の例示的な実施形態のうちのいくつかでは、時間分離Ｔｂは、約２００ｋＨｚのバースト繰り返し率を有するレーザについては約５マイクロ秒である。レーザバースト繰り返し率は、１つのバーストにおける第１のサブパルスと、その後続のバーストにおける第１のサブパルスとの間の時間Ｔｂに関する（レーザバースト繰り返し率＝１／Ｔｂ）。いくつかの実施形態では、レーザバースト繰り返し率は、約１ｋＨｚ〜約４ＭＨｚの範囲にあってよい。いくつかの実施形態では、レーザバースト繰り返し率は、例えば、約１０ｋＨｚ〜約６５０ｋＨｚの範囲にあってよい。各バーストにおける第１のサブパルスと、後続のバーストにおける第１のサブパルスとの間の時間Ｔｂは、約０．２５マイクロ秒（４ＭＨｚバースト繰り返し率）〜約１０００マイクロ秒（１ｋＨｚバースト繰り返し率）であってよく、例えば約０．５マイクロ秒（２ＭＨｚバースト繰り返し率）〜約４０マイクロ秒（２５ｋＨｚバースト繰り返し率）、または約２マイクロ秒（５００ｋＨｚバースト繰り返し率）〜約２０マイクロ秒（５０ｋＨｚバースト繰り返し率）である。正確なタイミング、パルス持続時間、およびバースト繰り返し率は、レーザ設計に応じて異なっていてよいが、高強度の短いサブパルス（Ｔｄ＜２０ピコ秒、および好適にはＴｄ≦１５ピコ秒）が、特に効果的であることが判った。
【００５９】
透明な工作物の材料を改質するために必要なエネルギは、バーストエネルギ（すなわち、各バースト５００が一連のサブパルス５００Ａを含む場合に１つのバースト内に含まれるエネルギ）に関して、または１つのシングルレーザパルス（そのうちの多くは、１つのバーストを含んでいてよい）内に含まれるエネルギに関して記述されてよい。バーストあたりのエネルギは、約２５μＪ〜約７５０μＪであってよく、例えば約５０μＪ〜約５００μＪ、または約５０μＪ〜約２５０μＪであってよい。いくつかのガラス組成物に関しては、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、ディスプレイまたはＴＦＴガラス組成物に関しては、バーストあたりのエネルギはより高くてよい（工作物の特定のディスプレイ／ＴＦＴガラス組成物に応じて、例えば、約３００μＪ〜約５００μＪ、または約４００μＪ〜約６００μＪである）。バースト内の個々のサブパルスのエネルギは少なくなり、正確な個々のレーザパルスエネルギは、バースト５００内のサブパルス５００Ａの数、ならびに図６Ａおよび図６Ｂに示したような時間に関するレーザサブパルスの減衰率（例えば、指数関数的減衰率）に依存する。例えば、一定のエネルギ／バーストのためには、１つのパルスバーストが１０個の個別のレーザサブパルス５００Ａを含む場合は、各個別のレーザサブパルス５００Ａは、同じバースト５００が２つだけの個別のレーザサブパルスを有している場合よりも少ないエネルギを含む。
【００６０】
理論に限定されることを意図しているのではないが、このようなバーストを発生させることができるパルスレーザビーム源（例えばパルスレーザビーム源１１０）の使用は、透明な材料、例えばガラスの切断または改質のために好適である。シングルパルスレーザの繰り返し率だけ時間的に離間されたシングルパルスの使用とは対照的に、バースト５００内のサブパルスの高速シーケンスにわたってレーザエネルギを分散させ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、シングルパルスレーザによって可能なものよりも大きな時間尺度に近付くことができる。シングルパルスは時間とともに拡張してよいが、パルス内の強度は、パルス幅全体でおよそ１であるように減少する。したがって、１０ピコ秒のシングルパルスが１０ナノ秒のパルスに拡張するならば、強度はおよそ３桁減少する。
【００６１】
このような減少は、非線形吸収がもはや顕著でなく、光・材料の相互作用が切断のためにはもはや十分ではなくなる点まで光強度を減少させ得る。これに対して、パルスバーストレーザでは、バースト５００内の各サブパルス５００Ａで生じる強度は、比較的高いままに維持することができ（例えば、約１０ナノ秒の時間間隔をあけた３つの１０ピコ秒サブパルス５００Ａにより、各パルスバースト内のエネルギを、１０ピコ秒のシングルパルスの約３倍にすることができる）、レーザは３桁大きい時間尺度にわたって材料と相互作用する。例えば、約１０ナノ秒の時間間隔をあけた１０ピコ秒サブパルス５００Ａによりしばしば、各パルスバースト内のエネルギを、１０ピコ秒のシングルパルスの約１０倍にすることができ、レーザは今や桁違いに大きい時間尺度にわたって材料と相互作用する。１つの実施形態では、材料を改質するために必要なバーストエネルギの量は、工作物材料の組成および工作物との相互作用のために使用される線形焦点の長さに依存する。
【００６２】
理論に限定されることを意図しているのではないが、相互作用領域が長ければ長いほど、より多くのエネルギが拡散され、より高いバーストエネルギが必要となる。正確なタイミング、パルス持続時間、およびバースト繰り返し率は、レーザ設計に応じて異なっていてよいが、高強度のサブパルスの短いパルス時間（例えば、約１５ピコ秒未満、または約１０ピコ秒以下でさえある）が、いくつかの実施形態における例であってよい。作動時には、サブパルスの単一のバーストが、透明な工作物１６０の本質的に同じ個所に当たると、透明な工作物１６０の材料に欠損部１７２が形成される。すなわち、単一のバースト内の複数のレーザサブパルスは、透明な工作物１６０における単一の欠損部１７２に対応する。透明な工作物１６０は、（例えば、並進可能なステージ１８０または透明な工作物１６０に対して相対移動するビームによって）並進運動されるので、バースト内の個々のサブパルスは、ガラス上のまったく同じ空間位置にあることはできない。しかしながら、個々のサブパルスは、互いに１μｍ以内にあることができる（すなわち、これらのサブパルスは、実質的に同じ個所でガラスに効果的に当たる）。例えば、サブパルスは、互いに間隔ｓｐでガラスに当たってよく、この場合、０＜ｓｐ≦５００ｎｍである。例えば、１つのガラス個所が、２０個のサブパルスのバーストにより打たれると、バースト内の個々のサブパルスは、互いに２５０ｎｍ以内でガラスに当たる。したがって、いくつかの実施形態では、１ｎｍ＜ｓｐ＜２５０ｎｍである。いくつかの実施形態では、１ｎｍ＜ｓｐ＜１００ｎｍである。
【００６３】
１つ以上の実施形態では、工作物を切断または分離する目的では、パルスバーストエネルギは、バーストあたり約１００μＪ〜約６００μＪであってよく、例えば、バーストあたり約３００μＪ〜約６００μＪであってよい。いくつかのディスプレイガラス形式のためには、パルスバーストエネルギは、約３００μＪ〜約５００μＪであってよく、または別のディスプレイ形式のガラスのためには、約４００μＪ〜約６００μＪであってよい。４００μＪ〜５００μＪのパルスバーストエネルギは、多くのディスプレイ形式のガラス組成物にとって効果的であり得る。線状焦点内におけるエネルギ密度は、特定のディスプレイまたはＴＦＴガラス用に最適化することができる。例えば、ＥＡＧＬＥ  ＸＧおよびＣＯＮＴＥＧＯガラス両方にとって、パルスバーストエネルギの適切な範囲は、約３００μＪ〜約５００μＪであってよく、線状焦点は、約１．０ｍｍ〜約１．４ｍｍであってよい（この場合、線状焦点の長さは、光学的構造により決定される）。
【００６４】
１つ以上の実施形態では、比較的低いパルスレーザエネルギ密度（例えば、３００μＪ未満）によって、所望のように形成されないパーフォレーションが形成される場合があり、これにより、赤外線レーザ処理中に欠損部間の破壊が容易には行われず、ディスプレイガラスにおける破壊抵抗（本明細書では、破壊強度とも呼ばれる）が増大することになる。パルスレーザビームのエネルギ密度が高すぎる場合（例えば、６００μＪ以上、または５００μＪ超）、熱による損傷がより大きくなる場合があり、これにより、パーフォレーションをつなぐクラックが逸れて、所望の経路に沿って形成されず、ディスプレイ（またはＴＦＴ）ガラスの破壊抵抗（破壊強度）が劇的に増大する。
【００６５】
前述の説明を考慮すると、赤外線レーザビームによって透明な工作物をレーザ分離するための処理時間は、透明な工作物と、赤外線レーザビームおよびパルスレーザビーム両方との間の相対運動の単一の同期されたステップで、パルスレーザビームを使用して透明な工作物に複数の欠損部をレーザ形成し、赤外線レーザビームを使用してこれら欠損部を加熱することによって、短縮され得ることを理解されたい。赤外線レーザビームは、透明な工作物上に赤外線ビームスポットを形成してよく、パルスレーザビームは、透明な工作物の結像表面にパルスレーザビームによって形成されたパルスレーザビームスポットを、赤外線ビームスポットが取り囲む（例えば、外接する）ように、透明な工作物内へと向けられてよい。選択的に、パルスレーザビームは、パルスレーザビームによって形成されたパルスレーザビームスポットが、所定の離間距離だけ赤外線ビームスポットから離されるように、透明な工作物内へと向けられてよい。これらの各実施形態では、欠損線はパルスレーザビームによって形成され、赤外線レーザビームによって分離され、透明な工作物は、透明な工作物と、パルスレーザビームおよび赤外線レーザビーム両方との同期相対運動により、欠損線に沿って分離される。
【００６６】
本明細書では、範囲は「約」１つの特定の値から、かつ／または「約」別の特定の値までとして表すことができる。このような範囲が表されるとき、別の実施形態は、１つの特定の値から、かつ／または別の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約」の使用により値が近似値として表現されるときは、特定の値が別の実施形態を成すことが理解されるだろう。さらに、各範囲の終端点は、他の終端点と関連して、かつ他の終端点とは独立して、重要であることが理解される。
【００６７】
本明細書で使用される方向を示す用語、例えば、上へ、下へ、右、左、前、後、上部、下部、は、図示した図を参照してのみ記載され、絶対的な方向を意味しようとするものではない。
【００６８】
特に明記されない限り、本明細書に記載されているどの方法も、そのステップが特定の順序で実施されることを、または装置の何らかの特定の向きが必要であることを、要求するものとして解釈されることを意図していない。したがって、方法請求項が、それらのステップが従うべき順序を実際に示していない場合、またはいずれの装置請求項も個々の構成要素に対する順序または方向を実際に記載していない場合、またはそれらのステップを特定の順序に限定することが請求項または詳細な説明において具体的に言及されていない場合、または装置の構成要素に対する特定の順序または方向が記載されていない場合には、特定の順序または方向を推定することは、いかなる点でも意図されていない。このことは、解釈のための明示されていない任意の可能な基本について当てはまり、ステップの配置、操作フロー、構成要素の順序、または構成要素の向きに関するロジックの問題、文法体系または句読点から派生する明白な意味、および明細書に記載されている実施形態の数またはタイプを含む。
【００６９】
本明細書で使用される、単数形「１つの（「ａ」、「ａｎ」）」および「その（「ｔｈｅ」）」は、明記されない限り、複数形も含む。したがって、例えば「１つの構成要素」という記載は、明記されない限りは、２つ以上のそのような構成要素を有した態様も含む。
【００７０】
当業者には、特許請求された主題の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書で説明された実施形態に対して様々な修正および変更を行うことができることは明らかであろう。したがって、本明細書は、添付の特許請求の範囲およびそれ同等なものの範囲内にある限り、このような修正および変形を提供する本明細書に記載の様々な実施形態の修正および変形を包含することが意図されている。
【００７１】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００７２】
実施形態１  
透明な工作物をレーザ加工する方法であって、当該方法は、
（ｉ）パルスレーザビーム源によって出力供給されるパルスレーザビームを、ビーム伝播方向に沿って方向付けられ前記透明な工作物内へと向けられたパルスレーザビーム焦線内へと収束させ、これにより、前記透明な工作物の結像表面上にパルスレーザビームスポットを形成するステップであって、
前記パルスレーザビーム焦線は、前記透明な工作物内に誘起吸収を発生させ、
前記誘起吸収は、前記透明な工作物内に前記パルスレーザビーム焦線に沿って欠損部を生成する、
ステップと、
（ｉｉ）赤外線ビーム源によって出力される赤外線レーザビームを、前記赤外線レーザビームが前記結像表面上に環状の赤外線ビームスポットを形成するように、前記透明な工作物上に方向付けるステップであって、
前記環状の赤外線ビームスポットは、前記結像表面で前記パルスレーザビームスポットを取り囲んでおり、
前記赤外線レーザビームは、前記透明な工作物を加熱する、
ステップと、
（ｉｉｉ）前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線とを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させ、これにより、レーザが、前記分離経路に沿って前記透明な工作物内に輪郭線を画定する複数の欠損部を形成するステップと、
前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線との互いに相対的な前記並進運動に同期させて、前記環状の赤外線ビームスポットが、前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線との相対運動中に前記パルスレーザビームスポットを取り囲み、前記輪郭線に沿ってまたは前記輪郭線の近くで前記透明な工作物を照射するように、前記透明な工作物と前記環状の赤外線ビームスポットとを互いに相対的に前記分離経路に沿って並進運動させ、これにより、前記輪郭線に沿って前記透明な工作物を分離するステップと、
を含む、透明な工作物をレーザ加工する方法。
【００７３】
実施形態２  
前記パルスレーザビームを、１つ以上のレンズによって、前記パルスレーザビーム焦線を形成するように方向付け、
前記１つ以上のレンズのうちの少なくとも１つは、非球面光学素子を含み、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ネガティブアキシコン、Ｗ型アキシコン、空間光変調器、回折光学系、または立方体型光学素子を含む、
実施形態１記載の方法。
【００７４】
実施形態３  
前記赤外線レーザビームを、前記赤外線ビーム源と前記透明な工作物との間に位置する１つ以上のレンズによって方向付け、
前記１つ以上のレンズのうちの少なくとも１つは、非球面光学素子を含み、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ネガティブアキシコン、空間光変調器、回折光学系、または立方体型光学素子を含む、
実施形態１記載の方法。
【００７５】
実施形態４  
前記赤外線レーザビームを、ビーム方向付け素子によって、前記パルスレーザビームの前記ビーム伝播方向に対して非平行な接近角度で、前記透明な工作物上に再方向付けする、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法。
【００７６】
実施形態５  
前記ビーム方向付け素子は、ミラーまたは回転可能なスキャナを含む、実施形態４記載の方法。
【００７７】
実施形態６  
前記ビーム方向付け素子は前記回転可能なスキャナを備え、当該方法は、前記透明な工作物の前記結像表面に沿って並進運動するとき前記環状の赤外線ビームスポットが回転するように、前記回転可能なスキャナを使用して前記赤外線レーザビームを回転させるステップをさらに含む、実施形態５記載の方法。
【００７８】
実施形態７  
前記赤外線レーザビームを、ビーム調整素子によって方向付け、これにより、前記赤外線レーザビームの断面ビームプロファイルを変化させる、実施形態４記載の方法。
【００７９】
実施形態８  
前記ビーム方向付け素子は、２Ｄスキャナシステムを含む、実施形態４記載の方法。
【００８０】
実施形態９  
隣接する欠損部間の間隔が、約１μｍ〜３０μｍである、実施形態１から８までのいずれか１つ記載の方法。
【００８１】
実施形態１０  
前記環状の赤外線ビームスポットの外径が、約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍである、実施形態１から９までのいずれか１つ記載の方法。
【００８２】
実施形態１１  
前記環状の赤外線ビームスポットの内径が、前記外径の約５％〜約９５％である、実施形態１０記載の方法。
【００８３】
実施形態１２  
前記環状の赤外線ビームスポットと前記パルスレーザビームスポットとは、前記透明な工作物の前記結像表面上で同心である、実施形態１から１１までのいずれか１つ記載の方法。
【００８４】
実施形態１３  
前記環状の赤外線ビームスポットは、前記透明な工作物の前記結像表面上で円形の形状を有する、実施形態１から１２までのいずれか１つ記載の方法。
【００８５】
実施形態１４  
前記環状の赤外線ビームスポットは、前記透明な工作物の前記結像表面上で楕円の形状を有する、実施形態１から１２までのいずれか１つ記載の方法。
【００８６】
実施形態１５  
前記赤外線レーザビームは、二酸化炭素レーザ、一酸化炭素レーザ、固体レーザ、半導体レーザ、またはこれらの組み合わせによって生成される、実施形態１から１４までのいずれか１つ記載の方法。
【００８７】
実施形態１６  
前記透明な工作物は、アルカリ土類ホウアルミノケイ酸塩ガラス、サファイア、溶融シリカ、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態１から１５までのいずれか１つ記載の方法。
【００８８】
実施形態１７  
前記環状の赤外線ビームスポットと前記透明な工作物とは、互いに相対的に約１ｍｍ／ｓ〜約１０ｍ／ｓの速度で並進運動し、
前記パルスレーザビーム焦線と前記透明な工作物とは、前記環状の赤外線ビームスポットと前記透明な工作物との間の相対運動の前記速度と等しい速度で互いに相対的に並進運動する、
実施形態１記載の方法。
【００８９】
実施形態１８  
前記赤外線レーザビームは、約２０Ｗ〜約１０００Ｗのパワーを有している、実施形態１記載の方法。
【００９０】
実施形態１９  
前記透明な工作物は、約５×１０−６／Ｋ以下のＣＴＥを有している、実施形態１記載の方法。
【００９１】
実施形態２０  
前記透明な工作物は、約５０μｍ〜約１０ｍｍの厚さを有している、実施形態１記載の方法。
【００９２】
実施形態２１  
前記パルスレーザビーム源は、パルスバーストあたり約２個のサブパルスないしパルスバーストあたり約３０個のサブパルスと、パルスバーストあたり約１００μＪないし約６００μＪのパルスバーストエネルギとを含むパルスバーストを生成する、実施形態１記載の方法。
【００９３】
実施形態２２  
前記パルスレーザビームは、パルスバーストあたり約９個のサブパルスないしパルスバーストあたり約２０個のサブパルスを含むパルスバーストを生成し、前記パルスバーストエネルギは、パルスバーストあたり約３００μＪないしパルスバーストあたり約５００μＪである、実施形態２１記載の方法。
【００９４】
実施形態２３  
前記輪郭線の隣接する欠損部間の間隔は、約７μｍ〜約１２μｍであって、
前記パルスレーザビームは、パルスバーストあたり約５個のサブパルスないしパルスバーストあたり約１５個のサブパルスを含むパルスバーストを生成し、前記パルスバーストエネルギは、パルスバーストあたり約４００μＪないしパルスバーストあたり約６００マイクロジュールである、
実施形態２１記載の方法。
【００９５】
実施形態２４  
前記パルスバーストのパルスは、約１ピコ秒〜約１００ピコ秒の持続時間を有している、実施形態２１記載の方法。
【００９６】
実施形態２５  
前記パルスバーストは、約１０ｋＨｚ〜約３ＭＨｚの範囲の繰り返し率を有している、実施形態２１記載の方法。
【００９７】
実施形態２６  
前記パルスレーザビーム焦線は、約０．１μｍ〜約１０μｍの範囲の平均スポット直径を有している、実施形態１記載の方法。
【００９８】
実施形態２７  
透明な工作物をレーザ加工する方法であって、当該方法は、
（ｉ）パルスレーザビーム源によって出力されるパルスレーザビームを、ビーム伝播方向に沿って方向付けられ前記透明な工作物内へと向けられたパルスレーザビーム焦線内へと収束させ、これにより、前記透明な工作物の結像表面上にパルスレーザビームスポットを形成するステップであって、
前記パルスレーザビーム焦線は、前記透明な工作物内に誘起吸収を発生させ、
前記誘起吸収は、前記透明な工作物内に前記パルスレーザビーム焦線に沿って欠損部を生成する、
ステップと、
（ｉｉ）赤外線ビーム源によって出力される赤外線レーザビームを、前記赤外線レーザビームが前記結像表面上に赤外線ビームスポットを形成するように、前記透明な工作物上に方向付けるステップであって、
前記赤外線ビームスポットは、前記結像表面で前記パルスレーザビームスポットから所定の離間距離を置いて位置しており、
前記赤外線レーザビームは、前記透明な工作物を加熱する、
ステップと、
（ｉｉｉ）前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線とを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させ、これによりレーザが、前記分離経路に沿って前記透明な工作物内に輪郭線を画定する複数の欠損部を形成するステップと、
（ｉｖ）前記パルスレーザビーム焦線に対して相対的な前記透明な工作物の前記並進運動に同期させて、前記パルスレーザビームスポットが、前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線との相対運動中に前記赤外線ビームスポットからの前記離間距離の間隔を維持し、前記輪郭線に沿ってまたは前記輪郭線の近くで前記透明な工作物を照射するように、前記透明な工作物と前記赤外線ビームスポットとを互いに相対的に前記分離経路に沿って並進運動させ、これにより、前記輪郭線に沿って前記透明な工作物を分離するステップと、
を含む、透明な工作物をレーザ加工する方法。
【００９９】
実施形態２８  
前記離間距離は、約１μｍ〜約１００ｍｍである、実施形態２７記載の方法。
【０１００】
実施形態２９  
前記パルスレーザビームを、１つ以上のレンズによって、前記パルスレーザビーム焦線を形成するように方向付け、
前記１つ以上のレンズのうちの少なくとも１つは、非球面光学素子を含み、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ネガティブアキシコン、Ｗ型アキシコン、空間光変調器、回折光学系、または立方体型光学素子を含む、
実施形態２７または実施形態２８記載の方法。
【０１０１】
実施形態３０  
前記赤外線レーザビームを、前記赤外線ビーム源と前記透明な工作物との間に位置する１つ以上のレンズによって方向付け、
前記１つ以上のレンズのうちの少なくとも１つは、非球面光学素子を含み、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ネガティブアキシコン、Ｗ型アキシコン、空間光変調器、回折光学系、または立方体型光学素子を含む、
実施形態２７から２９までのいずれか１つ記載の方法。
【０１０２】
実施形態３１  
前記赤外線レーザビームを、ビーム方向付け素子によって、前記パルスレーザビームの前記ビーム伝播方向に対して非平行な接近角度で、前記透明な工作物上に再方向付けする、実施形態２７から３０までのいずれか１つ記載の方法。
【０１０３】
実施形態３２  
前記赤外線レーザビームを、ビーム調整素子によって方向付け、これにより、前記赤外線レーザビームの断面ビームプロファイルを変化させる、実施形態３１記載の方法。
【０１０４】
実施形態３３  
前記ビーム方向付け素子は、ミラーまたは２Ｄスキャナシステムを含む、実施形態３１記載の方法。
【０１０５】
実施形態３４  
隣接する欠損部間の間隔が、約１μｍ〜３０μｍである、実施形態２７から３３までのいずれか１つ記載の方法。
【０１０６】
実施形態３５  
前記赤外線ビームスポットは、環状の赤外線ビームスポットを含む、実施形態２７から３０までのいずれか１つ記載の方法。
【０１０７】
実施形態３６  
前記環状の赤外線ビームスポットの外径が、約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍであり、前記環状の赤外線ビームスポットの内径が、前記外径の約５％〜約９５％である、実施形態３５記載の方法。
【０１０８】
実施形態３７  
前記赤外線ビームスポットは、ガウスビームスポットを含む、実施形態２７から３０までのいずれか１つ記載の方法。
【０１０９】
実施形態３８  
前記赤外線レーザビームは、二酸化炭素レーザ、一酸化炭素レーザ、固体レーザ、半導体レーザ、またはこれらの組み合わせによって生成される、実施形態２７から３７までのいずれか１つ記載の方法。
【０１１０】
実施形態３９  
前記透明な工作物は、アルカリ土類ホウアルミノケイ酸塩ガラス、サファイア、溶融シリカ、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態２７から３７までのいずれか１つ記載の方法。
【０１１１】
実施形態４０  
前記赤外線ビームスポットと前記透明な工作物とは、互いに相対的に約１ｍｍ／ｓ〜約１０ｍ／ｓの速度で並進運動し、
前記パルスレーザビーム焦線と前記透明な工作物とは、前記赤外線ビームスポットと前記透明な工作物との間の相対運動の前記速度と等しい速度で互いに相対的に並進運動する、
実施形態２７から３９までのいずれか１つ記載の方法。
【０１１２】
実施形態４１  
前記輪郭線（１７０）の隣接する欠損部（１７２）間の間隔は、約１μｍ〜約３０μｍであって、
前記パルスレーザビーム（２１２）は、パルスバースト（５００）あたり約５個のサブパルス（５００Ａ）ないしパルスバースト（５００）あたり約１５個のサブパルス（５００Ａ）を含むパルスバースト（５００）を生成し、パルスバーストエネルギは、パルスバースト（５００）あたり約４００μＪないしパルスバースト（５００）あたり約６００マイクロジュールであって、
前記パルスバースト（５００）の前記サブパルス（５００Ａ）は、約１ピコ秒〜約１００ピコ秒の持続時間と、約１０ｋＨｚ〜約３ＭＨｚの範囲の繰り返し率とを有する、
実施形態１から１９までのまたは実施形態２７から４０までのいずれか１つ記載の方法。
【図１Ａ】
2020530400.tif 000003
【図１Ｂ】
2020530400.tif 000004
【図２Ａ】
2020530400.tif 000005
【図２Ｂ】
2020530400.tif 000006
【図３】
2020530400.tif 000007
【図４】
2020530400.tif 000008
【図５Ａ】
2020530400.tif 000009
【図５Ｂ−１】
2020530400.tif 000010
【図５Ｂ−２】
2020530400.tif 000011
【図５Ｂ−３】
2020530400.tif 000012
【図５Ｂ−４】
2020530400.tif 000013
【図６Ａ】
2020530400.tif 000014
【図６Ｂ】
2020530400.tif 000015
【国際調査報告】
2020530400.tif 000016
2020530400.tif 000017
2020530400.tif 000018