由聚焦的USP激光器產(chǎn)生的高峰值強(qiáng)度光束，因非線性光學(xué)克爾效應(yīng)而產(chǎn)生的自聚焦，會(huì)進(jìn)一步提升功率密度，直到在某一閾值處產(chǎn)生低密度等離子體。該等離子體降低了光束路徑中心的材料折射率，并促使光束散焦。如果將光束聚焦光學(xué)器件進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲茫瑒t可以周期性地重復(fù)該聚焦/散焦效應(yīng)，并且能形成穩(wěn)定的細(xì)絲，這種細(xì)絲能通過光學(xué)透明材料延伸超過幾毫米的深度。通過加工件相對(duì)于激光束的相對(duì)移動(dòng)來使這些激光產(chǎn)生的細(xì)絲彼此靠近，就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)切割。典型的細(xì)絲直徑在0.5到1微米的范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)非常高精度的切割。

這種切割技術(shù)的所有商業(yè)版本，例如相干-羅芬公司的SmartCleave都曾使用了皮秒激光器。當(dāng)前有幾家顯示器制造商廣泛使用這些系統(tǒng)，因?yàn)檫@種系統(tǒng)能夠有效地切割厚度達(dá)10毫米的玻璃。

但是，在某些應(yīng)用中的一個(gè)缺點(diǎn)就是這些皮秒激光器系統(tǒng)并不是材料中性的。切割玻璃上的聚酰亞胺和金屬等混合層基底通常需要額外的激光工藝來切割具有所需高質(zhì)量邊緣的非玻璃層。

飛秒激光器具有比皮秒激光器高得多的峰值功率與平均功率比，并且能夠通過傳統(tǒng)切割（即，通過材料蒸發(fā)進(jìn)行切割）實(shí)現(xiàn)對(duì)幾乎任何材料的加工。然而，與皮秒激光器相比，飛秒激光器因其更高的成本和更低的功率而尚未用于成絲切割應(yīng)用。

但是，行業(yè)對(duì)多層基板切割的需求已經(jīng)促使激光制造商開發(fā)能提供較高平均功率、且更具成本效益的飛秒激光器。因此，研發(fā)人員利用摻鐿光纖而不是傳統(tǒng)的鈦：藍(lán)寶石作為增益介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了上述目的。

相干公司研發(fā)的工業(yè)級(jí)Monaco飛秒激光器，就能提供高達(dá)60W的平均功率。而且，它的脈沖寬度可以實(shí)現(xiàn)從<350 fs到> 10 ps的調(diào)整，從而可以針對(duì)不同的成絲條件以及其他材料切割和紋理工藝進(jìn)行輸出功率的優(yōu)化。

在相干公司的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室中，使用了這種激光器進(jìn)行玻璃成絲的測(cè)試。Monaco飛秒激光器可以通過使用所謂的“突發(fā)模式”來切割厚度達(dá)幾毫米的玻璃，其中激光輸出被分成一系列快速爆發(fā)。單個(gè)脈沖之間的短暫間隔（20ns）產(chǎn)生與整個(gè)脈沖能量而不是單個(gè)脈沖能量成比例的材料相互作用。

最重要的是，他們已經(jīng)證明，通過精心的工藝優(yōu)化，具有兩種或更多種不同材料的分層基材可以實(shí)現(xiàn)一次完全切割，同時(shí)還具有優(yōu)異的邊緣質(zhì)量。在下面所示的例子中，通過原子力顯微鏡測(cè)量的邊視圖結(jié)果顯示，0.5毫米厚玻璃上的20微米聚酰亞胺用平均功率為40瓦、脈沖寬度為～350fs的飛秒激光切割，產(chǎn)生的表面粗糙度小于350納米。

玻璃基板切割新工藝：飛秒激光實(shí)現(xiàn)不同材料加工

美國(guó)相干公司產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Michael Laha表示：“對(duì)于那些使用我們皮秒激光器的平板顯示器（FPDS）和智能設(shè)備廠商而言，SmartCleave已經(jīng)成為一個(gè)很受歡迎的工藝。但是，制造商要求將這種技術(shù)擴(kuò)展到混合層基板，而不需要額外的操作步驟。持續(xù)的工作已經(jīng)證明我們能滿足這種需求：即與市面現(xiàn)有皮秒激光器擁有類似每瓦特成本的飛秒激光器。”