就玻璃材料加工而言，飞秒激光有着诸多运用场景

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。

飞秒激光器如何改进玻璃切割？

玻璃最为突出的特性便是其硬脆性，这一特性使得玻璃加工困难重重，面临诸多严峻挑战。就拿传统的机械玻璃切割技术来说，像采用金刚石砂轮切割、喷砂工艺切割，又或是运用水射流工艺切割，它们都存在明显缺陷：切割精准度欠佳，切割后玻璃的边缘毫无规则可言，并且在切割操作期间，玻璃边缘会残留既大又不对称的应力，如此一来，经这些方式加工过的玻璃边缘，就极易出现微裂纹，还会产生灰尘以及碎屑等问题。在众多实际应用场景下，碎屑以及由局部应力引发的微小裂痕，极有可能致使器件无法正常使用，出现失效状况，所以后续必须专门针对玻璃边缘展开打磨与抛光处理，以此强化边缘质量，使其达到能够被接纳使用的程度。不仅如此，在采用机械刀轮进行加工时，往往还得借助一些辅助剂来助力切割流程，而这些辅助剂很可能会附着在成品玻璃的边缘，后续就需要采取用水清洗或者超声波清洗等手段来清除。繁琐的后续处理工序，再加上成品率不高的情况，最终都会导致成品玻璃制品的生产成本大幅攀升。

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。

飞秒激光玻璃切割：它是如何工作的？

这种工艺展现出极为广泛的适用性，薄至小于 200μm 的超薄玻璃、厚达 2mm 以上的厚玻璃，乃至多层玻璃，以及各类易于分离的脆性透明材料，都能借助该工艺实现精准切割。经其加工后的玻璃成品，品质出众，表面粗糙度极低，能够控制在 1μm 以内，并且切割面干净整洁，毫无碎屑与崩边现象。

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] )

在这一加工过程里，有一个极为关键的特性：玻璃吸收飞秒激光能量后，所产生的扩展裂纹尺寸会大幅超出实际激光冲击点。正是凭借这一特性，加工时长得以显著缩短，激光功率的利用效率也获得了极大提升。

就拿厚度小于 1mm 的纳钙玻璃这类特定种类与厚度区间的玻璃来说，运用亚皮秒或飞秒脉冲能够催生出更长的扩展裂纹，进而让加工变得更加高效。

在对薄玻璃进行切割时，仅仅依靠 10W 的激光功率，就能达成颇为可观的切割速度。沿直线切割时，速度可超过约 1m/s；切割弯曲部件时，速度也能超 100mm/s。而针对超薄玻璃的切割，所投入的能量只要不高于 40μJ，就能收获崩边小于 1μm 的高质量切割边缘。

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 

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] )

图7使用最佳参数条件切割纳钙玻璃. 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] )