众所周知，飞秒激光器几乎可以切割任何材料，它们应用于显示、半导体以及其他电子元件或定制件的加工制造。事实上，飞秒激光微加工更精确，可以最大限度地减少对物质的热影响，从而生产出更高质量的工件。Amplitude团队多年来致力于飞秒激光器的一个应用：玻璃加工。
玻璃的显著特点是硬脆性，这给加工带来很大的挑战。传统的机械玻璃切割技术，如金刚石砂轮切割、喷砂或水射流工艺切割不精确，边缘缺乏规则性，且在切割过程中残存较大且不对称的边缘应力，这类方式加工的玻璃边缘会产生微裂纹、灰尘和碎屑等。对于很多应用，碎屑和局部应力所造成的微小裂痕将造成器件的失效，因而必须进行后道边缘的打磨与抛光，以强化边缘才可以达到可接受的质量。另外，机械刀轮加工中还需要一些辅助剂用以辅助切割，辅助剂可能粘在成品边缘，需要用水清洗或超声波清洗等处理。后续处理工序以及低成品率等都将增加成品玻璃制品的成本。此外，当单片玻璃减薄到微米级别时（UTG玻璃），这些传统的机械切割方式将不再适用。超快激光的独特优势使加工这些硬脆且超薄的玻璃材料成为可能，采用适当参数的飞秒激光器可以在一次通过非常有限的边缘情况下进行有效切割[1]。即使对于厚玻璃也是如此，飞秒激光提供了其他玻璃切割技术的替代方案。
超短激光脉冲与类贝塞尔光束相结合可用于玻璃加工。贝塞尔光束对比高斯光束束腰更细、焦深更长，能够同时吸收沿整个玻璃厚度的超短脉冲的能量。脉冲串（Pulse Bursts）的使用可使玻璃进行更有效地进行激光吸收，并导致从上到下穿过玻璃产生切割所需的裂缝[2]。例如使用这种具有类贝塞尔光束的飞秒激光可进行无论直线或弯曲轨迹的玻璃切割。
Amplitude应用团队开发了一种基于飞秒激光，用以精确控制裂缝方向的工艺方式以及配套的玻璃加工光学模组，并利用扩展裂缝的产生来提高玻璃切割工艺的加工效率。该工艺可用于切割薄和超薄玻璃（<200μm）、厚玻璃（> 1mm）甚至多层玻璃或各种易于分离的脆性透明材料，加工后的玻璃表面粗糙度低（<1μm）且无碎屑和崩边。
图3利用可以精确控制方向的表面扩展裂纹进行直线和圆角切割 ( 参考文献 [2] )
该过程的关键特征是玻璃吸收的飞秒激光能量产生的扩展裂纹会远远超出实际冲击点的尺寸大小。这一特征显著加快了加工时间并提高了激光功率的使用效率。对于一定种类和厚度范围内的玻璃（以<1 mm纳钙玻璃为例），使用亚皮秒或飞秒脉冲可以产生更长的扩展裂纹以进行更有效的加工[3]。在切割薄玻璃上，仅用 10W 的激光功率就可以实现沿直线的超过 ~1m/s 的切割速度和对弯曲部件的超过100mm/s 的切割速度，对于超薄玻璃切割能量不超过30uJ,即可得到崩边小于0.5um的切割边缘。
图4使用不同脉宽切割1mm厚纳钙玻璃的效率（Burst能量为160uJ）( 参考文献 [3] )
图5使用最佳参数条件切割超薄石英玻璃获得<1um崩边
该工艺也可用于一次切割厚玻璃或多层玻璃 (>1 mm)。Amplitude工艺团队进行的实验研究表明，最有效的加工参数是产生一个由 4 到 6 个脉冲组成的脉冲串（Burst），其中子脉冲能量分布平坦。结合一定的光学配置可一次处理3毫米厚的玻璃[3]。该项研究中使用了Amplitude 制造的 Tangor 激光器，并配备了 Femtoburst™️ 功能，此功能可以允许用户对脉冲串模式中各个子脉冲振幅进行进行编程操作，从而精确调控burst的能量分布， 用以定制化地进行材料能量吸收的细致研究。
图6Amplitude激光器的Femtoburst™️ 功能可以对飞秒激光脉冲串模式中不同的子脉冲能量分布进行编程操作 ( 参考文献 [3] )
表1Burst形状对玻璃表面产生的扩展裂纹长度的影响
图7使用最佳参数条件纳钙玻璃切. a-c) 切割1mm厚度的纳钙玻璃. c)裂片后的玻璃截面，每间隔30um处飞秒激光脉冲能量呈现均匀分布.d-e) 一次性切割2.8mm厚的纳钙玻璃 ( 参考文献 [3] )
这种工艺可用于多种领域如移动设备显示器制造商，他们使用更薄的玻璃或多层玻璃（例如 LCD）[4]，在消费类电子领域中往往还会使用到镀膜玻璃，并且通常必须进行加工具有弯曲的角、轮廓形状和切口，而使用飞秒脉冲的短脉冲加工特性可以有效降低镀膜层的热影响区。许多机械或其他激光方法无法提供此类产品所需的精度和质量水平。我们的技术还可用于切割医疗行业的更厚玻璃，甚至用于屏幕保护或汽车行业的钢化玻璃。此外，近些年随着玻璃通孔技术（TGV）的发展，在三维集成封装转接板，MEMS以及Mini LED/Micro LED等使用玻璃通孔基板将是方向和趋势，此外在光通信、消费类电子、生物芯片等领域也有着对高深径比孔型的特殊需求。而在TGV技术中，贝塞尔光束加工模组是一个不可或缺的工具，使用该技术可以实现微米甚至亚微米、每平方厘米超25万的超高密度通孔，如此密集且高速加工的玻璃通孔则要求1. 微孔之间在激光加工中不能出现热应力导致的微裂纹，2.孔间距必须进行精密控制。Amplitude的飞秒激光器在提供较窄的脉宽用以控制微裂纹产生的同时（<350fs），还提供了一种优异的解决方案用以精准地控制触发脉冲在材料上的位置精度，该技术采用Amplitude技术团队开发的 FemtoTrig®功能，与振荡器时钟 ( fosc:40Mhz, jitter:25ns )同步,可获得更高的加工位置精度(100m/ s, Position Error:2.5um) 的同时，保持恒定的单脉冲能量(<4%能量波动)，适用于高速脉冲加工[5]。
