摘要
皮秒激光玻璃切割技术已经成为革新性精密玻璃切割行业的一项尖端技术。在显示器、移动设备和建筑玻璃等各种行业中，激光玻璃切割器的市场需求不断增长，这将推动皮秒激光器制造商的快速业务扩张，因为超短脉冲激光器具有切割侧壁光滑和高产量等优势。在这篇短文中，我们深入探讨了皮秒激光玻璃切割的物理效果，强调了聚焦光束整形的必要性，以实现最佳效果。通过采用衍射轴锥镜或经过修正的贝塞尔解决方案，例如DeepCleave，皮秒激光加工集成商可以克服局限性，提高切割产量和质量。
背景：皮秒激光玻璃切割机理与要求
不同行业对于激光玻璃切割的需求呈指数级增长，例如移动手机和显示器的硬质玻璃切割、超薄玻璃切割、造船和建筑业的玻璃切割，这些行业都需要较厚的玻璃组件来提高耐用性。超短脉冲激光技术已成为实现这一目的的首选技术，能够实现精准切割，具有切割侧壁光滑和高产量等优势，满足日益增长的复杂玻璃组件的需求。
皮秒激光玻璃切割技术使用超短脉冲激光器，在通常情况下，波长约为1um，在玻璃内部产生等离子体丝，从而引起内应力的产生。通过轻微施加热应力或机械应力，从而导致激光加工线裂开，形成光滑干净的接缝。皮秒激光切割的副作用包括形成微裂纹和空隙，可以通过选择正确的工艺参数（包括脉冲频率、脉冲能量和切割速度）尽量降低影响。
皮秒激光切割工艺的非线性吸收特性将受影响的区域限制在一个狭窄的直径范围之内，通常情况下为1-5 μm，而聚焦深度必须跨越整个玻璃厚度，根据不同的应用环境，其范围可以在0.2毫米到20毫米之间。由于瑞利范围有其固有的局限性，在获得较大焦深的情况下，高斯光束无法聚焦到足够紧密的光斑上，这就需要对光束进行整形，以便获得具有这种扩展聚焦范围的类贝塞尔光束。
皮秒激光玻璃切割中聚焦光束整形的必要性
已经探索了多种方法，诸如轴棱锥产生的类贝塞尔光束和多焦点DOE，用于聚焦光束整形。但是，在玻璃切割应用中，标准折射轴棱锥通常不太适合产生贝塞尔光束。这是因为，轴棱锥尖端附近为非活性区域，表面质量要求较高，并且难以对某些玻璃厚度所需的精确低头角度进行研磨。衍射轴棱锥作为一种解决方案，由于它们没有无效的尖端区域，因此具有近乎完美的波前平坦度和绝对测角精度。
通过修正类贝塞尔光束来改进焦点整形:正常情况下，类贝塞尔光束有一个局限性，即光强剖面沿焦轴呈非均匀分布，导致损失的能量低于或高于玻璃切割阈值。修正贝塞尔光束解决方案，例如DeepCleave，沿焦深提供平顶强度剖面，以相同的皮秒能量来优化切割效率和产量，从而显著提高性能。
皮秒激光切割中光束整形效益的实验论证
在各种玻璃切割项目中，Holo/Or与不同行业的众多集成商和激光制造商一起进行合作。我们的其中一个合作项目，是与一家皮秒激光生产商Fluence technology合作，在他们的应用实验室演示玻璃切割技术。结果显示，熔融石英和钠钙玻璃切割质量较好，切割速度快，您可以点击此处阅读报告全文。
摘要
在应用需求以及较厚玻璃组件需求的推动下，对于先进激光玻璃切割解决方案的需求日益增长。超短脉冲激光器为激光玻璃切割带来许多好处，但是，合理的光束整形对于实现最佳切割效果至关重要。衍射轴棱锥和修正类贝塞尔光束模块提供了增强聚焦光束整形方面的解决方案，克服了以前的局限性，在玻璃切割行业开启了新的可能性。
TL;DR:
问：超短脉冲激光如何有助于精确的玻璃切割？
答：超短脉冲激光在玻璃中产生等离子体丝，产生内应力，允许对光滑的侧壁进行精确的高通量切割。
问：皮秒激光玻璃切割中为什么需要进行光束整形？
答：用于超短激光切割玻璃中的非线性吸收工艺需要高功率密度，因此激光必须聚焦在一个紧密的光斑上。对于标准高斯光束，这就意味着，焦深受到瑞利范围的限制，无法覆盖整个玻璃厚度。需要进行衍射光束整形，延长玻璃中的焦深，从而实现一次切割。
问：为什么衍射轴棱锥比常规轴棱锥更加适合用于玻璃切割？
在轴棱锥尖端附近，常规轴棱锥存在死区，并且难以产生形成贝塞尔光束所需的光学质量，特别是对于许多玻璃厚度所需的低头角度轴棱锥。衍射轴棱锥消除了死区，因为它们有平面窗口，所以具有更好的表面质量，并且即使在低头角度下也具有绝对的角度精度。
Q4：修正的类贝塞尔光束如何提高切割效率？
答：这种DeepCleave产生的修正贝塞尔光束沿着焦轴产生一个平顶轮廓，与轴棱锥产生的贝塞尔光束的非平顶轮廓不同。这种平顶轮廓通过将损失的能量减少到玻璃切割阈值以下来优化切割效率，从而以相同的速度、相同的激光能量实现高速切割/超厚玻璃切割。
