利用超短脈衝雷射的透明材料加工的製作方法與工藝

2023-05-01 08:19:42 1

利用超短脈衝雷射的透明材料加工相關申請的交叉引用本申請要求2008年3月7日提交的美國申請序列號61/064,476的優先權，該美國申請的發明名稱為"Transparentmaterialprocessingwithanultrashortpulselaser(利用超短脈衝雷射的透明材料加工)"。本申請要求2009年1月22日提交的美國申請序列號61/146,536的優先權，該美國申請的發明名稱為"Transparentmaterialprocessingwithanultrashortpulselaser(利用超短脈衝雷射的透明材料加工)"。美國申請序列號61/064,476和61/146,536的全部內容在此被結合入本文引用。本申請與申請日為2006年9月8日、名稱為"Transparentmaterialprocessingwithanultrashortpulselaser(利用超短脈衝雷射的透明材料加工)"的美國申請序列號11/517,325相關，該美國申請11/517,325要求申請日為2005年9月8日的美國申請序列號60/714,863的優先權。美國申請序列號11/517,325和60/714,863的全部內容在此被結合入本文引用。申請11/517,325以美國專利申請公開號20070051706於2007年3月8日公開。上述申請均受讓於本申請的專利受讓人。技術領域本發明涉及透光材料的超短脈衝雷射處理，包括材料劃片、焊接和標記。

背景技術：
A.切割和劃片透光材料的切割通常通過機械方法進行。也許切割薄平材料的最常用方法是利用機械切割機(劃片機)。這在微電子行業中是切割矽片的標準方法。不過，這種方法產生大量的碎片，這些碎片應當受控制以避免部件汙染，導致增加所述工藝的整體成本。此外，用於高級微處理器設計的較薄晶片在用劃片機切割時易於損壞。為了解決這些問題，用於「劃片和切割」材料切割的當前現有技術使用不同類型的雷射在沿劃片線斷開材料前先在材料上劃出表面槽。例如，亞皮秒雷射脈衝已被用於切割矽和其它半導體材料(H.Sawada，「Substratecuttingmethod(基片切割方法)」，美國專利號6,770,544)。另外，聚焦的散光雷射束已被用於為材料切割產生單個表面槽(J.P.Sercel,「Systemandmethodforcuttingusingavariableastigmaticfocalbeamspot」，美國專利申請號20040228004)。該專利聲稱通過優化散光聚焦幾何形狀，可以獲得增大的處理速度。為了獲得精確、高質量的切割，槽必須具有一定的最小深度，其值隨著應用而變化(例如，100μm厚的藍寶石需要大致15μm深的槽以供可接受的切割)。由於槽的深度隨著掃描速度增加而減小，最小的深度要求限制了最大的掃描速度，並因此限制了雷射劃片系統的總體處理能力。材料切割的另一技術採用多光子吸收以在透明靶材料體內形成單個雷射改性的線特性(F.Fukuyo等人,「Laserprocessingmethodandlaserprocessingapparatus」，美國專利申請號20050173387)。在表面槽的情況，要求這種亞表面特徵的特定最小尺寸，以便獲得精確、高質量的材料切割，這等同於對材料切割的處理速度進行限制。「劃片和切割」材料切割的值得注意的應用是用於分離各電子和/或光電子器件的晶圓劃片。例如，採用藍寶石晶圓劃片進行藍光發光二極體的切割。通過後側雷射燒蝕可以實現晶圓切割，使得晶圓前側上的器件汙染最小化(T.PGlenn等人，「Methodofsingulationusinglasercutting」，美國專利號6,399,463)。另外，可以利用輔助氣體來幫助切割基片的雷射束(K.Imoto等人，「Methodandapparatusfordicingasubstrate」，美國專利號5,916,460)。此外，可以首先利用雷射來劃表面槽並隨後利用機械鋸片來完成切割，對晶圓進行切割(N.C.Peng等人，「Waferdicingdeviceandmethod」，美國專利號6,737,606)。所述應用通常大量進行並因此處理速度尤為重要。一種工藝利用兩種不同類型的雷射，一種刻劃材料，而另一種斷開材料(J.J.Xuan等人，「Combinedlaser-scribingandlaser-breakingforshapingofbrittlesubstrates」，美國專利號6,744,009)。類似的工藝利用第一雷射束生成表面劃片線，並利用第二雷射束使非金屬材料分裂成單獨片(D.Choo等人，「Methodandapparatusforcuttinganon-metallicsubstrateusingalaserbeam」，美國專利號6,653,210)。用於劃片和裂化的兩種不同的雷射束還被用於切割玻璃板(K.You，「Apparatusforcuttingglassplate」，國際專利申請號WO2004083133)。最後，通過在材料的頂面附近聚焦雷射束並且使焦點向下移動穿過材料到達底面附近，同時在聚焦的雷射束和靶材料之間提供相對橫向運動，單個雷射束可被用於劃片和裂化材料(J.J.Xuan等人，「Methodforlaser-scribingbrittlesubstratesandapparatustherefor」，美國專利號6,787,732)。B.材料連接兩種或更多光學透明材料的連接(例如玻璃和塑料)對於不同行業中的應用是有用的。任何類型器件的構造可以從所述連接工藝受益，其中在所述器件中光學透明性或者具有補充功能性，或者產生額外價值(例如，美觀)。一個示例是在需要目測檢查處的部件的氣密封接(例如，電信和生物醫學行業)。在一些應用中，傳統的連接工藝(例如，粘合劑、機械連接)是不夠的。例如，在生物醫學植入裝置的情況，許多粘合劑可能證實是會引起排斥的。對於其它設備，粘接對於特定的應用完全可能不足夠堅固(例如，高壓密封)。對於所述需求，雷射焊接提供了理想的解決方案。在微流體系統中，希望用覆蓋整個裝置的蓋帽件密封各互相間緊密間隔的通道。由於不同微流體通道間的接觸區域小，用其它方法可能難以實現堅固、牢固地密封連接。雷射焊接可以精確定位這些微流體通道之間的結合區域並提供牢固密封。當前的現有技術中用於雷射焊接透明材料的包括：(1)利用CO2雷射，其波長(～10μm)被許多光學透明材料線性吸收，或者(2)在透明材料的界面引入其它材料，它專門設計用於吸收雷射輻射，從而導致材料的加熱、熔化和熔融。上述兩種方法均受限於它們的功能性和/或它們的實施費用大。脈衝CO2板條雷射器已被用於將Pyrex(耐熱玻璃)焊接到Pyrex(耐熱玻璃)，並且將聚醯亞胺和聚氨酯結合到鈦和不鏽鋼(H.J.Herfurth等人,"JoiningChallengesinthePackagingofBioMEMS"，ProceedingsofICALEO2004)。另外，熔融的石英和其它耐熱材料已經用10.6μm的CO2雷射進行焊接(M.S.Piltch等人,"Laserweldingoffusedquartz"，美國專利號6,576,863)。使用所述CO2雷射不允許通過聚焦光束穿過厚頂層材料來焊接，因為在可到達界面之前雷射輻射已被吸收。另一缺陷是大波長不能夠使光束聚焦到小光斑，從而限制了它在微米尺寸上形成小焊接結構的使用。另外，對於人眼來說是透明的吸收層可以設置在待焊接的兩種材料之間，例如聚醯氨和丙烯酸(V.A.Kagan等人,「AdvantagesofClearweldTechnologyforPolyamides」，ProceedingsofICALEO2002)。具有線聚焦的二極體雷射器隨後被用於焊接(T.Klotzbuecher等人,「Microclear-ANovelMethodforDiodeLaserWeldingofTransparentMicroStructuredPolymerChips」，ProceedingsofICALEO2004)。染料層專門設計用於吸收雷射的波長(R.A.Sallavanti等人,「Visiblytransparentdyesforthrough-transmissionlaserwelding」，美國專利號6,656,315)。用於將玻璃結合至玻璃或金屬的焊接工藝採用雷射束來熔化待焊接表面之間的玻璃焊劑(M.Klockhaus等人,「Methodforweldingthesurfacesofmaterials」，美國專利號6,501,044)。另外，通過利用線性吸收雷射波長的中間層可以將兩種光纖焊接在一起(M.K.Goldstein,「Photonweldingopticalfiberwithultraviolet(UV)andvisiblesource」，美國專利號6,663,297)。類似的，通過插入吸收中間層可以將具有塑料護套的光纖雷射焊接至塑料套管(K.M.Pregitzer,「Methodofattachingafiberopticconnector」，美國專利號6,804,439)。使用額外的吸收材料層具有明顯的缺點。最顯而易見的是購買或製備適於所述工藝的材料的成本。一個潛在的代價更高的問題是有關於將該附加材料整合入製造工藝的加工時間的增加。隨著希望焊接區域的尺寸逐漸變小，所述成本預期會急劇上升，如在生物醫學植入裝置的情況。使用中間光吸收層的另一個缺點是，該中間光吸收層可能會將汙染物(雜質)引入要密封的區域。在微流體系統的情況，光吸收層會與流過通道的流體直接接觸。將透明材料焊接到吸收材料的一種方法稱為透射焊接。在該方法中，雷射束聚焦穿過透明材料並聚焦到吸收材料上，導致兩種材料的焊接(W.P.Barnes,「Lowexpansionlaserweldingarrangement」，美國專利號4,424,435)。該方法通過引導多色輻射穿過頂部透明層並將輻射聚焦到底部吸收層已被用於焊接塑料(R.A.Grimm,「Plasticjoiningmethod」，美國專利號5,840,147；R.A.Grimm,「Joiningmethod」，美國專利號5,843,265)。在該方法的另一示例中，對於雷射波長透明的黑色模製材料被焊接至相鄰材料或通過吸收雷射波長的附加焊接輔助材料進行焊接(F.Reil,「Thermoplasticmoldingcompositionanditsuseforlaserwelding」，美國專利號6,759,458)。類似的，另一種方法利用至少兩種二極體雷射器與投影掩模的輔助來焊接兩種材料，其中至少一種材料吸收雷射波長(J.Chen等人,「Methodandadeviceforheatingatleasttwoelementsbymeansoflaserbeamsofhighenergydensity」，美國專利號6,417,481)。另一種雷射焊接方法在兩種材料間的界面上進行雷射束的連續掃描以便遞增地加熱材料直到出現熔化和焊接(J.Korte,「Methodandapparatusforwelding」，美國專利號6,444,946)。在該專利中一種材料是透明的，而另一種材料吸收雷射波長。最後，一種方法利用紫外線、雷射，X射線和同步加速器輻射來熔化兩件材料，並隨後使所述材料接觸以形成焊接(A.Neyer等人,「Methodforlinkingtwoplasticworkpieceswithoutusingforeignmatter」，美國專利號6,838,156)。已公開了雷射焊接用於有機發光二極體的氣密封接，其中在兩個基片之間至少有一層有機材料(「Methodoffabricationofhermiticallysealedglasspackage」，美國專利申請公開號20050199599)。Tamaki等人在「WeldingofTransparentMaterialsUsingFemtosecondLaserPulses」，JapaneseJournalofAppliedPhysics,Vol.44,No.22,2005中討論了在1kHz下利用130-fs的雷射脈衝來結合透明材料。不過，已知低重複率超短脈衝(kHz)的材料相互作用與高重複率超短脈衝(MHz)的相比明顯不同，這是由於電子-聲子耦合時間常數和累積效應的原因。C.亞表面標記玻璃中亞表面標記的圖案結構已被藝術家們用來創作2D肖像和3D雕刻作品。這些標記被設計成在各種不同條件下是強可見的，而無需外部照明。在光學透明材料表面下的緊密聚焦能量可以產生可見的放射狀傳播的微裂。長脈衝雷射通常用於產生這些標記。若干篇專利討論了這些徑向裂紋的大小和密度的變化，以控制隨後圖案的可見性(美國專利號6,333,486，6,734,389，6,509,548，7,060,933)。通過中心雷射點周圍的裂紋密度而不僅是標記的大小可以控制標記的可見性(美國專利號6,417,485,「Methodandlasersystemcontrollingbreakdownprocessdevelopmentandspacestructureoflaserradiationforproductionofhighqualitylaser-induceddamageimages」)。美國專利號6,426,480(「Methodandlasersystemforproductionofhighqualitysingle-layerlaser-induceddamageportraitsinsidetransparentmaterial」)採用單層的平滑標記，其中亮度由光斑密度控制。增大記錄雷射器的脈衝持續時間會增大標記的亮度(美國專利號6,720,521,「Amethodforgeneratinganareaoflaser-induceddamageinsideatransparentmaterialbycontrollingaspecialstructureofalaserirradiation」)。

技術實現要素：
通過非線性吸收，超短雷射脈衝可以將能量堆積在透明材料體內的定義極其明確的區域中。匹配雷射特性和加工條件可以產生一系列折射率上的特徵、變化，能夠實現光波導、熔化和內部界面處的隨後結合，或者形成散射光的光缺陷。雷射的高重複率和顯著的脈衝-脈衝交疊導致由相同區域中在先雷射照射和隨後脈衝形成的材料改性間的額外交互作用。光圍繞原有改性衍射並通過相長幹涉，在先前改性的「陰影」中形成另一光斑，通常稱為「阿喇戈光斑(spotofArago)」或「泊松光斑(Poissonspot)」。光斑的大小和強度隨距離增大，其中強度漸近地接近輸入雷射強度。本發明的一個目的是與傳統的技術相比能夠以更高的速度徹底地斷開透明材料。這通過利用超短雷射脈衝在材料上形成表面槽和在材料體內形成一個或多個雷射改性區域(或者可替換的，僅多個亞表面雷射改性特徵)來實現，其中光束僅單程通過材料。因為多個劃片特徵同時形成，位於材料的表面上和材料體中，或者僅在材料體中，隨後切割的成功不必然取決於表面槽深度。在已劃片材料的切割工藝中，斷裂從表面劃片結構開始並向下傳播穿過材料。如果表面槽太淺，斷裂會趨於偏離方向，導致低質量的切割面和較差的切割工藝精確度。不過，由於在材料體內存在額外的劃片結構，斷裂沿希望方向被引導通過材料，導致與僅有淺表面劃片的情況所期望的相比更高的切割精確度和刻面質量。如果塊狀材料的足夠部分在表面下被改性，斷裂可以從亞表面改性區域開始並穿過材料體傳播到鄰近改性區域，而無需表面刻片線。使表面槽的尺寸最小化或完全消除表面槽也減少了由可能汙染加工環境或需要更廣泛後處理清潔的工藝產生的碎片。本發明的另一目的是通過在表面下聚焦超短雷射脈衝在透明材料上生成亞表面缺陷的圖案。相對於劃片稍微改變處理條件可以在散射光的表面之下產生光學缺陷。通過控制這些缺陷的特徵和結構，使得這些圖案在從一側照射時清晰可見，而在沒有光照時難以看見。亞表面標記的該特性可用於車輛的指示標誌或光、警告標誌或光，或者為普通玻璃增值(例如，在藝術上)。該技術區別於已知的雷射標記技術，已知雷射標記技術的設計使得材料中產生的缺陷總是清晰可見。在本發明的一個實施例中，光學缺陷的圖案在透明材料內的不同深度處形成。在不同深度處具有標記避免了「陰影」效應，其中一個標記阻止照明光到達隨後的標記。該結構同時減少了不定向的來自環境照明源的散射量，增強了開-關狀態之間的對比。這些缺陷可以是離散點或延伸線。這些缺陷的小尺寸和更為平滑的輪廓使得它們在不受光照時可見度減小。另外，基片會更堅固並且不易受到裂化傳播，這是由於熱或機械應力的原因，尤其對於薄透明材料。小尺寸還允許每單元厚度上由更多離散記錄位置，增大了給定厚度透明材料的圖案解析度。在光照時標記的可見性和無光照時標記的不可見性之間有權衡。該權衡可通過控制照明光源強度、標記的尺寸和平滑度以及標記間的間隔進行調整。標記尺寸的控制參數包括脈衝持續時間、能流、和雷射的重複率和波長，以及材料內焦點的深度和運動速度。值得注意的是，對於具有光、熱和機械特性的透明材料，需要調整這些參數。可見性在觀察方向上進行評估，例如在接收散射光照的立體角內。本文所指的可見性不限於可見波長的檢測和通過肉眼觀察。本發明的實施例一般可應用於沿檢測方向檢測輻射，並在透明材料內具有合適的結構輻射。可以使用波長在材料透明度範圍內的不可見光源。隨後可以利用在此波長作出響應的檢測器。希望的圖案可以由離散像素的集合構成，其中每個像素是平行線或其它幾何形狀的集合。採用像素能夠形成整體較大的圖標，具有較少的線和更大的可見對比度。亞表面圖案可以通過適當聚焦的光源進行照明。聚焦對於有效地照亮圖案和使漫射光減到最小是重要的。如果光源和圖案之間的距離相當短，則該照明光可以直接從光源進行傳送。如果距離長，透明材料的頂面和底面之間的總內部反射可用於引導光。另一種替代方式是在透明材料中形成光波導以傳送光。光波導傳送的一個優點是光源和圖案之間的路徑不需要是直的和/或短的。對光波導傳送，波導的輸出端應當適當設計以照亮所需的圖案。同一區域中的兩個圖案可以通過兩個不同的光源分別區分和可控地照明。相應圖案的照明源的軸垂直於構成該圖案的標記。通過這種方式，來自特定照明源的最大散射(和最大可見度)可被選擇僅用於指定的圖案。在至少一個實施例中，基於雷射的材料改性在基本透明的材料(除了玻璃外)上或者內產生特徵。例如，塑料、透明聚合物和類似材料具有一些希望的特徵。一些希望的材料特性包括：減少的重量(相對於玻璃大約為其四分之一)，柔性(能夠彎曲基片以形成不同的形狀)，減小的厚度(提供通過固定邊緣照明增大亮度的能力)，以及增強的材料強度(具有減小的易受碎裂性)。用於處理透明聚合物(聚碳酸脂，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等)的能流小於玻璃的能流。在一些實施例中，雷射參數(例如脈衝寬度，重複率，和脈衝能量)可能與用於玻璃加工的適當參數值重疊。不過，某些材料，尤其是聚碳酸脂，可以通過低得多的能量和較短的脈衝寬度進行處理。所形成的結構(特徵)可能因此更為受控。所述體中可形成的結構密度可能增大。聚碳酸脂或類似材料的薄部分還有利於形成單一設計中的可切換元件。此外，材料內形成的特徵(結構)一般能夠降低對任何不希望微裂或材料深度內其它不想要變化的任何易受性。在一些實施例中，可以形成可切換或可訪問的圖標。如前文關於在透明材料中生成亞表面缺陷的圖案所討論的，可以進行各種權衡以改進可見性。圖案可被橫向或以不同的深度設置並且以不同的角度觀察或照明，包括非正交照明和觀察條件。一個或多個受控的照明源可以直接照亮要觀察的結構。在一些實施例中，內部波導或光導可以將能量傳送到結構。一般希望當從希望方向照明時提供高對比度，在元件之間具有低水平或不可察覺水平的炫光，防止由串擾(例如，雜光)造成的對比度損失或在檢測角度內產生不想要輻射的任何現象。本發明的另一目的是能夠利用高重複率飛秒脈衝雷射結合兩件乾淨材料而無需補充的結合劑。在兩個透明材料件的接觸區域聚焦高重複率超快雷射束通過局部加熱會形成結合。足夠熱積聚所需的重複率取決於許多不同工藝變量，包括脈衝能量、光束聚焦幾何結構，和待焊接的特定材料的物理特性。影響飛秒雷射點結合工藝的條件的理論分析強調確定工藝的最佳聚焦條件(M.Sarkar等人，「TheoreticalAnalysisofFocusingandIntensityMechanismsforaSpotBondingProcessUsingFemtosecondLaser」，IMECE2003-41906；2003ASMEInternationalMechanicalEngineeringCongress,2003年11月,美國華盛頓特區)。由於雷射輻射的非線性吸收(由超短脈衝持續時間導致)，以及材料內脈衝至脈衝熱量的積聚(由高重複率導致)，透明材料的焊接可以通過現有其它方法無可比擬的某種程度的簡單性、靈活性和有效性實現。非線性吸收工藝允許將吸收的能量集中在焊接界面附近，這使損壞並因此對於材料其餘部分的光學畸變減到最小。當密集通道需要被分離時，精細焊接線是可能的。另外，本發明的實施例通過將高重複率超短脈衝光束的聚焦區域引導到要連接的材料的界面附近處，能夠通過雷射連接對雷射輻射的波長透明的兩種材料。雷射脈衝重複率在約10kHz和50MHz之間，而雷射脈衝持續時間在約50fs和500ps之間。選擇雷射脈衝能量和光束聚焦光學器件，以便在待焊接的區域處生成大於約0.01J/cm2的能量能流(每單元面積的能量)。焊接的最佳能流範圍取決於要焊接的特定材料。對於透明聚合物(聚碳酸脂，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等)，所需的能流小於玻璃的能流。這是由於材料的廣泛不同的物理特性。例如，PMMA的熔化溫度是～150攝氏度，而熔融石英是～1585攝氏度。因此，熔化熔融石英需要明顯更多的雷射能流。其它重要的材料特性包括熱容量和導熱性。焊接聚合物的能流範圍在約0.01和10.0J/cm2之間，而焊接玻璃的相應範圍在約1.0和100J/cm2之間。一般，焊接要求待連接的兩個表面之間幾乎沒有間隙。本發明的一個目的是在要結合的兩件材料間的界面處形成凸起的脊，連接兩者間的任何間隙。通過在表面稍下聚焦高重複率fs脈衝，加熱、熔化和壓力可導致玻璃表面的局部上升。這些隆起在10(數十)nm量級-幾μm高。在堆積的能量不足以引起凸起的脊結合至配對件時，在稍微更高聚焦位置的第二程雷射隨後會將脊焊接至配對件。如果單個脊的高度不足以連接間隙，可以形成在上配對表面上的第二個脊。此外，通過本發明可以實現具有不同程度的線性吸收的材料的焊接。儘管本發明利用非線性吸收現象作為將能量耦合到材料的主要方式，應當理解，顯示一定量輻射雷射脈衝的線性吸收的材料也可利用本文所呈現的方法進行焊接。與本發明相關的線性吸收的重要方面是對於較高的線性吸收，光束可以聚焦穿過材料的厚度減小。此外，較高的線性吸收減小了焊接結構的局部化程度。雷射能流的空間分布也可以影響焊接質量。儘管通常的雷射加工涉及聚焦高斯(Gaussian)雷射束以產生較小的高斯雷射束，可以採用新的光束成形方法以便改進特定焊接工藝的質量和/或效率。例如，將通常的高斯能流分布轉變成空間均勻的能流分布(稱為「平頂」或「頂帽」強度分布)可能導致更均勻的焊接結構。脈衝的超短特性允許雷射能量通過非線性吸收過程耦合入透明材料；不過，僅此並不能實現雷射焊接，因為該過程一般並不導致材料加熱。是另一方面的高脈衝重複率與特定範圍的其它加工條件的結合使得材料內熱量的積聚，從而可以實現材料的熔化，以及隨後的冷卻和連接。由於沒有補充的結合劑，減少了加工時間和費用，消除了由於過量結合劑造成的設備內部汙染，並且可以保持精尺寸公差。結合點和線可以非常接近其它結構而不會造成任何幹涉。另外，由於在聚焦體的集中能流和非線性吸收過程，鄰近焊接區域材料的非常有限的熱變形是可能的。在至少一個實施例中，多個雷射束在不同深度快速生成和聚焦以改變靶材料。在至少一個實施例中，聚焦的光束共線並沿共同的方向傳播到材料表面處或材料表面附近、或材料內的相應焦點。系統可被設置成使得多個光束的生成是同時的，在預定時間間隔內，或上述的任何適當組合。在至少一個實施例中，聚焦的光束可以包括不同的波長，每個波長超出材料的吸收邊緣，使得靶材料在所述波長下具有高透射性。在至少一個實施例中，短脈衝寬度(例如在飛秒(fs)到皮秒(ps)範圍)提供脈衝間任何時間重疊的控制，以及緊湊系統結構。各種實施例改進了相對於單個光束可獲得的處理速度和具有不同光束焦點位置的多個處理路徑，並可以改進材料處理結果。附圖說明通過結合附圖的下文說明能夠更為清楚地理解本發明，其中：圖1是根據本發明的一個實施例在劃片透明材料的方法中使用的系統的示意圖，其中(a)示出了系統結構，而(b)示出了劃片和隨後切割的詳細視圖；圖2是根據本發明的一個實施例，示出了表面和由聚焦高斯光束產生的塊狀劃片結構；圖3是根據本發明的一個實施例，利用軸錐透鏡生成多個亞表面劃片線的系統的示意圖；圖4是用於本發明一個實施例的聚焦高斯散光束的強度等值線圖；圖5示意性地示出了設置以形成具有相對於靶材料在深度上間隔的光束腰的多個聚焦光束。圖5a示出了設置以同時生成多個焦斑的衍射光學元件(DOE)。圖5b-5c示意性地示出了用於快速形成共線多個聚焦光束的不同結構。圖5d示意性地示出了形成在不同深度，並具有不同形狀和對比度的結構的示例。圖6是根據本發明的一個實施例在焊接透明材料的方法中使用的系統的示意圖，其中(a)示意性地示出了系統，而(b)是放大圖，示出了在鄰接材料內聚焦的光束細節。圖7示出了焊接工藝，其中凸起的脊用於填充兩件材料間的間隙。(a)示出間隙，(b)示出通過在下材料件表面稍下聚焦雷射束形成的脊，而(c)示出當雷射聚焦上移至凸起的脊和要結合的上材料件之間的界面時所形成的焊接。圖8-10示出了亞表面標記的示圖，其中箭頭標記已用作本發明的可行標記的示例；圖11示出了對於示例性標記縱橫比的邊緣照明和標記幾何結構的示圖。圖12和13是邊緣照明的兩個示圖，從基片的邊緣觀察，示出了當記錄標記圖案時雷射束的方向和觀察者系統會檢測已標記圖案的方向。圖14a、14b和14c示出了由線聚焦光源進行邊緣照明的、在單個基片中的不同深度記錄的兩個圖標的照片。圖15是示例性示圖，示出了多層數字計數器圖標，其中陣列中特定元件的選擇性照明產生希望的離散圖案。圖15a示出了微標記記錄在兩個不同基片之間的界面處或附近並且一個基片中的總內部反射被用於邊緣照亮圖案的結構。圖16示出了用於在薄板中耦合邊緣照明的偏置邊緣照明。圖17-18是具有非邊緣照明和投影屏的兩個示圖，從基片的邊緣觀察，示出了當記錄標記圖案時雷射束的方向和觀察者會看到標記圖案的方向。圖17是示圖，其中基片不正交於觀察方向，但記錄雷射的方向正交於基片。圖18是示圖，其中基片不正交於照明和觀察方向，而記錄雷射束的方向平行於觀察方向。圖19是光學顯微照片，示出了雷射劃片發明的一個實施例的實驗結果。圖20是圖像序列，示出了根據本發明一個實施例的熔融石英焊接。(a)示出了在分離焊接前的熔融石英，(b)示出了分離焊接後的熔融石英的底面，而(c)示出了分離焊接後的熔融石英的頂面。圖21-23是根據本發明製成的玻璃標記樣品的照片；和圖24a和24b是利用長脈衝雷射通過雷射標記製成的現有技術裝飾物的照片，及其單獨標記。圖25a和25b示出了從玻璃和聚碳酸酯採樣獲得的相應剖面的顯微圖像，定向類似於圖11示意性所示。圖26a-26d示出了用剛化玻璃和藍寶石材料採樣獲得的各種實驗結果。顯微圖像示出了用IR/綠光、共線、多焦點光束生成器獲得的結果，提供在多個深度位置和不同橫向(X-Y)位置聚焦的光束。具體實施方式1.超短脈衝雷射劃片圖1示出本發明的一個實施例，一種用於劃片透明材料以供隨後切割的方法。本實施例採用雷射系統1產生超短雷射脈衝束2，生成希望雷射束強度分布的光學系統6，和對於雷射脈衝的波長透明的待劃片的靶材料7。此外，Z軸臺8用於光束聚焦位置控制(深度)，而自動X-Y軸臺組件9一般被要求相對於聚焦雷射束橫向移動工件7。另外，雷射束2可以通過利用掃描鏡3,4和5相對於固定靶材料進行移動。雷射束2被引導穿過光學系統6，所述光學系統將雷射束2轉換以形成希望的三維強度分布。被轉換雷射束的特定區域具有足夠的強度，以通過非線性吸收過程引起靶材料的燒蝕和/或改性。材料燒蝕一般是指材料從強雷射輻射的蒸發。材料的改性更廣義地是指受輻射材料的物理和/或化學結構的變化，這可能影響裂紋傳播穿過材料。對於特定材料，雷射改性一般要求比雷射燒蝕更低的光強。被轉換的光束被引導朝向靶透明材料7，以便在材料7的表面內部和/或表面上的多個確定位置引起材料7的燒蝕/改性。燒蝕和/或改性區域一般位於沿光傳播軸的材料7中並且以確定的距離在材料7中分隔。被轉換光束和靶材料7相對於彼此移動，導致材料7中多個雷射劃片結構的同時生成。多個劃片結構允許通過應用適當的力來切割材料7(參見圖1(b))。圖2示出了本發明的另一個實施例，其中具有高斯(Gaussian)空間強度分布的雷射束10被聚焦以形成足夠的強度用於靶材料11的非線性吸收和隨後的燒蝕或改性。最緊密聚焦區域位於材料的表面之下在材料體11內的選定位置。此外，通過採用適當的聚焦光學器件和雷射脈衝能量，強度足以引起材料燒蝕的區域同時產生在材料11的表面上或表面附近。重要的方面是選擇脈衝能量和聚焦幾何結構，以便有足夠的強度能同時不僅在材料體內(其中設置有聚焦光束腰)而且在光束腰12之前的光傳播軸上的另一點(在材料體內或材料表面上)引起燒蝕或改性。當雷射脈衝遇到靶材料11，它們的高強度區域(接近徑向高斯強度分布的中心)被材料非線性吸收並且出現燒蝕或改性。不過，雷射束的外部空間區域(高斯強度分布的外邊緣)強度太低以至於不能被材料吸收，並且繼續向光束腰傳播，位於材料體的更裡面。在光束腰位置，光束直徑小到足以再次生成足夠的強度，以便在材料體內出現非線性吸收和隨後的雷射改性。在形成初始的表面結構後(阿喇戈(Arago)光斑)，直接位於表面燒蝕下的區域還可以通過隨後脈衝的衍射和相長幹涉被改性。相對較高重複率的雷射源更好地以合理的平移速度實現該過程。在這些聚焦和脈衝能量條件下，相對於雷射束10平移材料11導致同時生成多個雷射改性區域(即，表面槽13和一個或更多個塊狀改性區域14，或兩個或更多個塊狀改性區域)，所述區域一起使得材料能夠精確切割。圖3示出了本發明的另一個實施例，其中軸錐(錐形)透鏡20用於生成多個內部刻片線21。當通過雷射束22照明時，軸錐透鏡20形成被稱為零階貝索(Bessel)光束的光束。這一名稱源於在垂直於傳播軸的平面中光強度分布的數學描述由零階貝索(Bessel)函數定義，其中自光束中心的徑向位置是獨立變量。該光束具有獨特的特性，包含的高強度中心光束點23比通過傳統聚焦方法生成的類似大小光束點的情況用同樣的小尺寸可以傳播更大的距離(即，比傳統聚焦光束的瑞利(Rayleigh)範圍長得多)。中心強度場由多個光的同心環(未示出)環繞，其強度隨半徑增大而減小。由於它們傳播矢量的向內徑向分量，這些光環隨貝索(Bessel)光束傳播持續重建小的中心光束點25。因此，可以產生小的高強度中心光束點23，它在靶材料24的整個厚度上保持其小直徑。因為密集光束聚焦的擴展範圍，貝索(Bessel)光束通常也被稱為非衍射光束。因為外環重建強中心點23，如果中心點23強到足以在表面26引起材料的燒蝕，所述環(它具有比燒蝕區域更大的直徑)會在一短距離後會聚到光束的中心，導致強中心光束點的重建，在重建的光束點處可再次出現燒蝕或材料改性。通過適當的光學系統設計和足夠的脈衝能量，燒蝕和隨後光束重建的這個過程可以在透明材料24的整體重複。其它光學部件，例如梯度折射率透鏡和衍射光學元件也可用於產生貝索(Bessel)光束。在本發明的另一實施例中，在本發明的光學系統中採用本領域技術人員公知的其它光束強度變換技術，以適應光束強度以便在靶材料中產生多個劃片線。一種所述的方法利用散光光束聚焦以形成兩個高光強度的不同區域，通過確定的距離分隔。圖4示出了聚焦散光高斯光束的強度分布圖，其中X和Y軸的焦平面被分開20μm的距離。注意兩個不同高強度區域的存在(通過等光強輪廓線區分)。當應用在靶材料時，這兩個區域可用於形成多個雷射劃片結構(特徵)。多個亞表面改性線(有時與表面劃片線一起)可用於精確地分割脆性材料如藍寶石和玻璃。形成所述多個線可通過多程雷射束進行。不過，多程增大了整體行進距離和加工時間。圖5示意性地示出了通過多個聚焦光束處理表面和/或亞表面區域的結構。脈衝雷射器的輸出被多焦點光束髮生器接收，所述多焦點光束髮生器同時地或按順序地產生在材料的不同深度聚焦的多個輸出光束。在某些實施例中，生成的光束可以在相應的輸出脈衝之間具有少量或沒有時間重疊，具有更長的延遲，或任何適當的組合。輸出光束具有的時間延遲可以超過單個脈衝的持續時間，它可能小於約100ps。在不同的實施例中，靶材料和脈衝光束相對於彼此移動，例如通過平移靶材料和/或光學子系統。所述結構可選地可以包括1D或2D掃描器，和/或靶定位器。例如，在某些實施例中，掃描系統可以將掃描光束通過遠心光學系統(未示出)傳送到靶材料，其中光束被快速傳送到多個聚焦位置。掃描機構被重定位到其它靶位置，通過連續或離散掃描移動。多焦點光束髮生器可被設置成在輸出脈衝(和相應聚焦的多個光束)之間產生足夠的時間延遲，使得在不同聚焦位置的等離子和材料改性彼此不幹涉。優選地，脈衝光束生成和在多個深度聚焦比材料和光束間的任何運動發生地要快得多。因此，光束生成可被認為在特定時間量程上幾乎同時。從而處理量相對於利用單個脈衝光束聚焦在一個深度位置的多程可獲得的處理量提高了。在不同的實施例中，時間延遲可以低於10ns，並且在約100ps-約1ns的範圍。不過，在某些其它實施例中更長的延遲可能是優選的。在一些實施例中，可以同時形成焦斑。在透明材料中產生多個劃片結構(特徵)的一個方法採用衍射光學元件(DOE)，它被設計成沿光束傳播軸在不同位置處產生高光強的多個區域。圖5a示出了所述的DOE是如何運行的。所述多個高光強區域當應用於靶材料時生成多個劃片結構以供隨後的材料切割。在一些實施例中，多個共線光束被生成並被聚焦通過一個聚焦目標(或可替換地，掃描系統)。每個光束的光束特徵(尺寸、光束腰位置、發散度等)被改變，使得每個光束的聚焦位置不同，儘管利用相同的傳送系統來聚焦光束。共線多焦點光束髮生器的一些例子在圖5b-1到5c-3中示出。所述附圖示意性地示出了適於產生具有深度間隔光束腰的多個聚焦光束的光學子系統。作為時間函數的光功率圖示出了對應於設置的隨時間移位的輸出脈衝的示例。在這些例子中，多光束髮生器接收來自脈衝雷射器的脈衝光束，例如一系列脈衝的單個脈衝。脈衝選擇器，例如聲光調製器(未示出)，可以通過控制器被控制，以便根據特定材料處理要求選擇性地傳輸脈衝。多個光束隨後通過多焦點光束髮生器形成，至少兩個具有在深度上間隔的不同光束腰位置。用於透明材料加工的雷射裝置可以包括飛秒脈衝源，例如可從IMRAAmerica獲得的商用的基於光纖啁啾脈衝放大(FCPA)系統(例如FCPAμJewel)。型號D-1000提供亞皮秒脈衝，輸出能量在約100nJ到10uJ的範圍內，可變重複率範圍為100KHz-5MHz，並且平均功率為約1W。一些實施例可包括多個雷射源，例如皮秒(ps)和/或納秒(ns)源，提供適於特定透明材料加工應用的脈衝特徵。存在多種可行性。在一些實施例中，產生兩個在深度上間隔的聚焦光束，並且至少一個光束聚焦在材料內。第二個光束可以聚焦在材料的表面處或表面附近、材料內、或在任何適於材料改性的深度位置。利用下文會進一步討論的偏振光束分光器將單個輸入雷射束首先分成兩個光束。兩個光束之間的時間延遲可以通過改變光束路徑的長度進行調整。例如，延遲可以通過在一個光束路徑中插入額外的一系列鏡以增大行進距離並從而增大兩個脈衝間的時間延遲進行調整。通過使用fs或其它短脈衝寬度(例如小於100ps)，自由空間光路徑長度是短的，從而提供緊湊的系統。光路徑也可以足夠長以避免脈衝間的時間重疊，無論何時所述重疊是要避免的。長於脈衝寬度的時間分隔可以避免光束間的光學幹涉，並且增大的時間分隔可被設置成以避免與等離子、或雷射材料交互的其它產品的交互作用。在圖5b-15b-2和5c-1到5c-3的示例中，示出了兩種方法用於分離輸入光束並結合以形成共線的輸出光束。第一種方法利用偏振差而第二種利用波長差。其它實施例可能利用基於偏振和波長技術的組合在空間上和/或時間上分離來自於脈衝雷射的輸入光束，並形成多個聚焦輸出光束。參見圖5b-1和5b-2，偏振光束分光器將來自於脈衝雷射源的光束分成兩個正交的偏振光束。在圖5b-1中，p-偏振光束在聚焦目標處發散，而s-偏振光束被準直。因此，在本示例中，與p-聚焦相比s-聚焦更接近於光束髮生器並且相對於靶材料深度較淺。在圖5b-2中，p-偏振光束在聚焦目標處會聚，而s-偏振光束被準直，並且具有p-偏振的光束與s-偏振光束相比更接近於光束髮生器聚焦，且相對於靶材料更淺。另外，光學系統可被設置使得s-偏振光束會聚或發散以增大聚焦分離。在上述示例中，兩個光束的偏振是正交的。已知所述偏振差可以影響雷射加工。圖5b-3示出了所述偏振靈敏性。加工的矽基片結果顯著受到線性偏振的影響。在一些實施例中，可以利用圓偏振來避免或減少偏振敏感效應。在光束被結合後可以使用四分之一波片(未示出)。離開四分之一波片的線性偏振光束會變成圓偏振輸出，但有相位差180度。在不同的實施例中，基波長可被轉換為一個或多個轉換波長，例如通過諧波產生或其它波長轉換技術。隨後具有不同波長的光束在結合後在不同深度處聚焦。參見圖5c-l和5c-2所示的示例，波長差被用於形成多個聚焦光束。在這些例子中，一個光束被分離並隨後在重新結合前被轉換成不同的波長。在這些例子中，近紅外(IR)波長是綠光波長的倍頻，並隨後通過諧波分離器重新組合。在上述基於偏振的例子中，控制一個或兩個光束的發散/會聚以調整兩個光束的聚焦位置分離。圖5c-3中示出的另一可替換例子提供了無需分開的共線聚焦光束。利用了剩餘IR透射通過頻率轉換晶體。當IR光束被轉換成第二諧波(SHG)，不是所有的IR能量都被轉換。另外，在晶體之後的光束傳播特徵是不同的。舉例來說，圖5c-3所示的時間特徵示出了表示色散介質內傳播的輸出脈衝之間的稍微時間位移(不按比例)，如同通過某些飛秒脈衝寬度可以產生的。兩個光束(SHG和殘餘IR)可用於共線加工。在本示例中，SHG和IR光束能量之間的比率可以通過將光束的焦點調整入晶體來控制。該焦點調整還會控制兩個現有光束的相對會聚/發散，從而焦點位置分離。圖5d-l到5d-3示意性地示出了結構(特徵)的示例，所述結構(特徵)可以通過共線多焦點光束髮生器在材料上或材料內形成。在這些例子中，如圖所示光束大致垂直於表面入射(例如，沿Z軸)，並且材料被平移以在不同的橫向(X-Y)位置形成結構(特徵)。沿Z軸的結構的相對位置，以及縱向跨距(即沿Z軸的結構長度)可以通過不同的聚焦設定，並通過兩個光束中的每一個的入射光束功率/能流來控制。在圖5d-1的例子中，產生結構(特徵)的兩個光束分別對應於近紅外(IR)和SHG光束。不過，共線多焦點光束髮生器可被設置成使得其它光束在不同波長和/或偏振下生成。結構(特徵)形狀，包括縱向跨距，可以通過不同方式來控制。例如，系統可被設置成使得NIR和SHG光束均充滿物鏡的大部分。物鏡可以是用於聚焦光束的非球面、一組透鏡或其它合適的光學元件結構。用SHG和NIR光束形成的結構可能隨後表現出局部和圓形對稱。舉例來說，圖5d-1是示意性示圖，示出了具有點狀結構(特徵)的側視圖。點狀結構(特徵)表示緊密焦距，在這裡大部分能量被局部吸收。圖5d-1還示意性地示出了在每個光束中結構(特徵)對比度如何隨雷射功率變化。例如，示出的密集陰影表示當通過顯微鏡和透射法，或任何其它用於照明和成像的合適裝置觀察時的高對比度。在本示例中，內部結構(特徵)通過SHG光束(頂行)和NIR光束(底行)形成，SHG功率從右向左增大，例如從0mW到300mW(從右向左)。可以利用恆定掃描速度，例如約50mm/s。對於不同的劃片應用可能希望具有較大縱向跨距的線形焦點。伸長的結構，例如具有較大深度對寬度的縱橫比的長結構，有利於在玻璃一旦承受壓力後實現乾淨平滑的斷開。在一些實施例中，一系列結構可以有效地充當沿路徑的孔以便於後續分離；裂紋會基本上沿結構定義的方向傳播。結構的縱橫比可以是約2:1,3:1,5:1,10:1或更大。與上文用於獲得點狀形狀的緊密焦點設置不同，SHG望遠鏡可被調整以便光束不充滿目標。通過IR和SHG光束均不充滿目標，加工的結構可以變長成線形。圖5d-2是示意性的示圖，示出了具有所述伸長結構形狀的結構的側視圖，並且表示通過顯微鏡或其它合適的成像和照明裝置獲得的圖像。在本例中，結構可以用SHG光束(底行)和近IR(頂行)形成，SHG功率從0mW變化到約200mW(從左到右，在0mW功率或用於材料改性的能量密度閾值之下沒有結構(特徵))。結構的尺寸可以通過功率進行控制。例如，結構的尺寸隨功率的增大而增大，至少在實際操作範圍上。對於給定的材料類型，縱向跨距數據對於確定劃片或其它加工過程的合適參數是有用的。通過調整光束的焦點位置、功率、能流、掃描速度或其它參數，可以產生圖5d-3中示意性所示出的測試圖案。結構可以通過單次掃描、多次掃描，或任意組合而形成。結構可以是局部或伸長的、重疊或非重疊的、或者適於給定應用的尺寸、形狀、橫向或深度間隔、或對比度的任意合適的組合。所述測試圖案可用於確定工藝窗口(processwindow)，對於特定基片材料定義工藝限制。具有NIR和SHG的設置的一個優點是一個波長可用於燒蝕玻璃表面，而另一個形成內部孔以便裂紋跟隨。此外，不同的材料用不同的效率吸收不同的波長。例如，發現522nm光比用IR更易於在熔融石英形成光波導。在任何情況，通過調整NIR聚焦透鏡相對於目標的距離，NIR結構可以相對於SHG結構向上或向下移動。這種利用功率控制的調整可用於控制加工結構的尺寸和它們的相對距離。元件間的間隔可能增大結構在深度上的分隔，這在不同的實施例中可能是希望的。例如，增大深度分隔可影響裂紋如何在玻璃中傳播；裂紋可通過玻璃內部的結構傳播以利於乾淨的斷開。不過，在一些實施例中，透鏡分離可被設置成產生重疊結構(特徵)。在不同的實施例中，增大結構分離可利於可控的分裂。通過示例的方式，並且如圖5d-3中示意性所示，可以調整光學系統使得結構寬距間隔、重疊或在深度方向上相對於彼此顛倒。另外，結構(特徵)可以形成在表面處或表面附近和/或表面之下。此外，可以利用多於兩個的光束。在一些劃片或其它應用的實施例中，表面燒蝕和內部結構間的良好平衡是有利的。SHG對IR功率比還可影響結構。隨著SHG功率增大，SHG結構尺寸增大但NIR結構尺寸減小。在利用多波長的實施例中，通過調整對倍頻晶體的入射角度或其它頻率轉換器可獲得不同的功率組合。例如，SHG和IR功率可以通過使SHG晶體相對於光束轉動和SHG晶體內的光斑大小進行調整。在約45°的範圍上調整會使SHG最大化並使IR最小化。在30°可獲得大致相等的功率。儘管角度可隨晶體類型和其它參數變化，不同的組合可用於劃片和切割加工。在最初的示範中使用與圖5c-1所示類似的系統。在本例中，通過IMRAFCPAμJewelD-1000產生飛秒脈衝，並且所收到的雷射束通過偏振分束器(PBS)被分成兩個光束。兩個光束之間的功率比通過PBS前的1/2波片可調。P-偏振光通過望遠鏡擴展，並且光學透鏡將發散引入光束。S-偏振光通過LBO晶體被轉換成其第二諧波生成(SHG)。兩個光束由諧波分離器(透射IR，反射SHG)結合併由非球狀物鏡聚焦。由於它們的折射率和發散/會聚的差異，SHG比NIR光束聚焦在更短的距離(更淺)。內部線以三種設定記錄：結合的兩個光束，僅NIR，和僅SHG。FCPA雷射重複率設定在500kHz。雷射脈衝重複率還對應於多焦點發生器產生在深度上間隔的多個聚焦光束的速率(在主動加工期間加工，選擇所有脈衝用於加工)。SHG功率為約100mW，而NIR功率為約250mW(由於從一個鏡子洩漏，SHG功率低)。物鏡是40X非球面，並且500-mm透鏡被用於形成非準直光束並調整整體焦距。玻璃樣品(鹼石灰)分別以5和2mm/s的速度掃描。在記錄後，樣品正交於線方向被劃片和斷開。在本例中，兩個垂直結構的深度分隔是約70μm。頂部結構的形成(通過淺焦點形成)不影響底部結構，並且在不同的實施例中希望獨立地形成在深度上的結構。第二組標記通過在深度上的不同間隔而形成。移去了500-mm聚焦透鏡。近準直NIR光束在更深處聚焦。兩組標記間的分隔測量為大致170um。因此，通過單次掃描在不同深度產生了兩個結構。在不同的實施例中，以及在特定的示例中，如圖5所示的多焦點光束髮生器可用於通過一個單次掃描在兩個深度產生標記或其它結構。另外，結構間的距離可以使用多焦點光束髮生器內的光學元件進行調整。在深度上結構的中心至中心間隔可以在幾微米到幾百微米的範圍內，取決於特定的系統結構(設置)。可以根據特定的材料特性和加工要求選擇參數的不同其它選擇。例如，聚焦光斑可以是圓形或非圓形的。光斑尺寸可以在約幾微米直到約100μm的範圍內，而能流可以相對於材料改性的閾值能流進行確定。在不同的實施例中，能流可以在約1J/cm2到100J/cm2的範圍內。示例來說，通過SHG綠光波長的能流在約10-50J/cm2的範圍內和IR中的能流在50-150J/cm2的範圍內可以進行玻璃和/或藍寶石的亞表面劃片。不同玻璃和藍寶石材料樣品的估計表面燒蝕閾值在約1-5J/cm2的大致範圍內。作為特定示例，不同玻璃的亞表面改性可以通過約20J/cm2的SHG和100J/cm2的IR發生，而藍寶石的亞表面改性通過約40J/cm2的SHG和80J/cm2的IR發生。這些材料的表面改性的閾值可以是玻璃為約2.5J/cm2的SHG和3J/cm2的IR，而藍寶石為1.5J/cm2的SHG和2J/cm2的IR。小於約1W的平均功率可能適用於加工許多材料，例如100-500mWSHG和300mW-1WIR。脈衝重複率可以在約1KHz-100MHz的範圍內，光斑內的脈衝能量在約100nJ-100μJ的範圍內。在不同的實施例中，靶材料和脈衝雷射束的相對運動可以在約1mm/秒-10m/秒的範圍內，取決於加工要求。例如，聚焦光束和/或工件材料的掃描速率可以為幾mm/秒直到100mm/秒，約1m/秒，並且在某些實施例中採用達到約5-10m/秒的光束掃描器。在某些實施例中，材料的平移速度可以在約10mm/秒到約100mm/秒的範圍內。許多其它的變化是可行的。此外，圖5的系統還可以包括動態聚焦機制(未示出)以調整焦點位置，單獨使用或與1D或2D光束掃描器和/或空間光調製器和/或材料運動結合使用。控制器可以與多焦點發生器、掃描器、用於動態調整、校準和其它操作的光學器件通信。例如，通過基於偏振的方法，脈衝雷射輸出可利用半波片和偏振分束器被分成兩個光束。功率比可以隨半波片的轉動而變化。如果採用在不同深度的多程通過，與兩個光束在材料內部聚焦的情況相比，功率分束比在一個光束在表面處聚焦時可能是不同的。如果使用SHG波長轉換，SHG轉換效率可以變化以調整功率比。在至少一個實施例中，調整可以通過控制SHG溫度晶體，或通過晶體內光束的焦點位置進行。本文所公開的技術還可擴至按時間分隔或者同時生成多於兩個的光束。根據特定工件加工要求，可以進行加工時間和光束數量的不同權衡。如前所述，發明人的實驗還示出了假如光束在深度上的空間分隔足夠，當在附近形成結構時不實質影響伸長結構的形狀。還觀察到，以50mm/s和100mm/s速度獲得的結構在截面圖中幾乎相同，暗示在一些應用中在顯著範圍上增大掃描速度可能不會非常影響結果。在實驗中幹涉和串擾效應也足夠低。此外，對於所測試的條件，通過圖5b-5c的系統生成的超短脈衝具有足夠的時間延遲以避免時間重疊和等離子幹涉。例如，通過圖5系統的緊湊型或類似裝置可以產生寬度在約10fs-數十皮秒範圍的非重疊脈衝。一系列脈衝(每個脈衝聚焦在不同深度)通過具有額外光學路徑和/或光源的圖5b-5c所示裝置的擴展可用於形成多於兩個的結構。類似的，脈衝群可以通過雷射系統產生，並在給定加工位置應用於材料以形成在深度上聚焦的光束和相應結構，例如脈衝雷射源可產生時間分隔在1ns-10ns範圍內的兩個脈衝，兩個脈衝中的每一個隨後被分開、組合、並聚焦以形成上述所示的結構，但是以脈衝串方式設置。存在許多加工的可行性並且其依賴於總體雷射功率、速度和材料加工要求。這些多光束技術也可以用於分割、焊接、連接、標記或其它加工操作，以及高加工速度是有利的其它應用。在一些實施例中，最大近IR功率可能為約1W而SHG非常低，或最大SHG為400mW而IR非常低。加工速度可確定功率要求，但至少一些結果表示速度可以在相對寬的範圍(例如：2:1，以50mm/秒和100mm/秒)上變化而基本不影響結構形成。具有不同結構分隔的加工條件可提供增大的掃描速度。對於不同的材料和不同的樣品深度，可以調整結構分隔和功率組合以供最佳分割。在不同的實施例中，聚焦光束是共線的並且大致垂直於靶材料表面，如上述例子所示。在另一些實施例中，光束可以是偏移和非共線的，並且通過高速小角度光束偏轉器以比平移速度快得多的速率操作而形成。在一些實施例中，光學系統可被設置成通過離軸入射角傳送在深度上間隔的聚焦光束。所形成的結構具有沿相對於材料表面非法向方向的長度，並且可包括斜面切割。不同的NIR聚焦透鏡可用於產生不同的結構分隔，包括部分重疊結構，它可用於優化不同基片的加工。在一些實施例中，多焦點發生器可被設置成用於基于波長和偏振的分束，並可以形成多個聚焦光束，例如四個在深度上間隔的光束。多焦點發生器可被設置成以時間順序序列產生聚焦光束，例如對於材料從深聚焦到淺聚焦進行加工。在一些實施例中，尤其對於加工厚透明材料，可以使用多程通過，其中至少一程通過包括生成多個在深度上間隔的聚焦光束，以深聚焦到淺聚焦的順序，或其它合適的序列。一個所述的例子包括加工平板顯示器或類似結構。此外，如本文所用的透明材料，材料在操作波長不顯著吸收輻射，並因此不限於可見透明材料。對於用於產生多個劃片燒蝕結構的光束-聚焦和/或強度映射方法，可以引入其它光學部件以便對整個光束形狀產生橢圓部分。通過定向橢圓光束使得長軸與光束掃描的方向平行，可以獲得較高的掃描速度。可以獲得較高的掃描速度，這是因為橢圓光束形狀允許足夠的脈衝-至-脈衝重疊以供加工平滑和連續的劃片結構(而不是由空間分隔的脈衝燒蝕材料而引起的點狀劃片結構)。儘管通過較大的圓形光束點也可以獲得增大的脈衝重疊和較高的掃描速度，這同時會導致通常不希望的較寬的劃片結構寬度。2.超短脈衝雷射焊接本發明的另一個實施例涉及雷射焊接透明材料的工藝。如圖6所示，本實施例要求使用以高重複率產生超短雷射脈衝光束51的雷射系統50；具有足夠聚焦功率的聚焦元件55(例如，透鏡、顯微鏡物鏡)；和要連接在一起的至少兩個材料56和57，其中至少一個材料對雷射的波長是透明的。此外，光束聚焦定位臺58被用於調整雷射束51的聚焦位置，並且一般需要自動運動臺組件59用於相對於聚焦雷射束移動工件56和57。在本實施例中，待雷射焊接的兩個材料(「頂部件」(56)和「底部件」(57))被設置成彼此接觸以便在它們的表面之間形成具有少量或沒有間隙的界面；可以對兩個工件施加或不施加夾緊力。透鏡55隨後被置於雷射束的路徑中以形成高強度雷射輻射的聚焦區域。兩個透明材料56和57相對於聚焦雷射束安置使得光束聚焦區域橫跨頂部件56和底部件57的界面。通過足夠的雷射強度，可以發生材料界面的焊接。通過相對於光束聚焦區域移動透明材料56和57，同時保持材料56和57的界面極為接近於光束聚焦區域，可以實現確定長度的雷射焊接。在本實施例的尤其獨特的應用中，材料56和57可以設置使得聚焦雷射束行進穿過頂部(透明)件56並鄰近頂部件56和底部件57的界面形成聚焦區域，導致兩個材料的焊接。不同於其它雷射焊接工藝，本發明的工藝通過利用主要非線性吸收而不是線性吸收進行焊接。由於這樣，在該焊接工藝中具有獨特特性。非線性吸收是非常依賴於強度的，所以工藝可被限於雷射束的聚焦。因此，吸收只能在透明材料深處焦點周圍出現。通常，通過超短脈衝的非線性吸收導致等離子形成和非常少(如果有)的熱量沉積，因此通過超快雷射的燒蝕導致非常小的熱影響區(HAZ)。不過，通過保持強度足夠低從而燒蝕不會出現但強度足夠高以便出現非線性吸收，一些熱量被沉積。如果雷射的重複率增大地足夠多，則足以在材料中積聚熱量導致熔化。雷射系統50發出近似準直雷射束51，在脈衝重複率在100kHz和500kHz之間脈衝的脈衝持續時間在約200-900fs的範圍內而波長為大約1045nm。第一光束控向鏡52將雷射束引導向功率調解組件53，所述組件用於調節用於焊接工藝的脈衝能量；獲得所述衰減的具體方法對於本領域技術人員是公知的。第二光束控向鏡54將光束導至光束聚焦物鏡55。光束聚焦物鏡55聚焦雷射脈衝以獲得工藝的適當能流(能量/單位面積)，它在距離光束聚焦物鏡55的大致距離(F)有最大值。光束聚焦定位臺58平移光束聚焦物鏡55，使得該最大能流區域位於靶材料56和57的界面。XY工作檯組件59相對於聚焦光束移動靶材料56和57，以便具有能力在靶材料56和57的界面處產生線性焊接結構，或者圓形焊接結構的陣列。圖7示出了本發明的另一個實施例，其中在由小間隙60分隔開的兩個工件之間需要焊接。首先，雷射束51聚焦在底部件57的表面下方。通過適當控制脈衝能量和聚焦條件，當樣品相對於光束焦點平移時(或者當光束相對於靶移動時)形成凸起的脊61。該凸起的脊61連接頂部(上靶)和底部(下靶)靶之間的間隙。雷射的第二程通過(其中光束焦點上升至接近凸起的脊61的頂部和頂部件56之間的界面的高度)隨後形成焊接62。3.可見/不可見雷射標記圖1a所示的相同系統可用於在透明材料中形成亞表面標記，其中所應用的雷射束在透明材料基片的表面下聚焦。圖8示出了在透明材料64(例如玻璃)中記錄的箭頭圖案63的俯視圖的圖示。光源65將光射入光波導管66，所述光波導管66將光傳送到箭頭標記63以照亮圖案。應該合理地設計光波導管的輸出數值孔徑以便有效地照明希望源。可以使用多個光波導管來照亮圖案的不同區域。控制不同照明光源的時間可以產生不同的裝飾性和信號效應。另外，可以從適當聚焦的光源直接照明圖案，而不是利用光波導管。圖9(a)示出了由平行線構成的箭頭標記63的俯視圖的特寫圖示，所述平行線全部垂直於照明光的方向。這些平行線通過將雷射緊密聚焦在靶基片內以形成材料改性的區域而產生。圖9(b)示出了箭頭標記63的側視圖的圖示。箭頭標記由一組處於不同深度的標記組成。這些標記將由光波導管66傳送的光朝向觀察者67散射。亮度可以通過照明光的強度、各標記的大小以及標記的密度來控制。圖10示出了圖案由「像素」68組成並且每個像素由通過密集聚焦雷射以改變基片材料而形成的處於不同深度的一組平行線69構成的圖示。將標記設置在不同深度有助於在邊緣照明時避免「陰影」。更接近於光源的標記會部分阻擋邊緣照明射到距離光源更遠的標記。在上述圖8、9a和9b所示的示例中，示出了箭頭標記。圖10提供了由處於不同深度的一組平行線所形成的像素的示例。透明材料加工的實施例可用於形成多種類型的圖案，所述圖案通過照明和觀察的適當條件可以檢測到。其它的示例和結構包括多層圖標顯示、非邊緣照明結構、多層結構、投影屏顯示、或者灰度圖標。基片材料不限於玻璃，但可能包括塑料、聚合物或者任何對於記錄雷射器和照明光源的波長透明的合適材料。一些示例性結構和圖案如下。可見性和標記特徵—一般性討論結構(例如標記)的可見性權衡一般被定義為：當被照亮時清晰可見(可視開(On))當不被照亮時難以看見(幾乎不可見)(可視關(Off))。一些因素可影響可見性。這些因素包括但是不限於，標記尺寸和縱橫比、線密度以及視角。參見圖11，標記縱橫比(例如，標記深度對寬度的比率)的效果是明顯的。當沒有邊緣照明時，標記越寬就越可見。當有邊緣照明時，標記越深，越多的光被散射。標記就變得更為可見。圖標通常包括填充所需形狀的光柵掃描線。為了最佳散射，這些線一般可能垂直於邊緣照明方向。圖標可以由沿不同方向定向的線組成，以控制相對亮度和/或從材料的不同邊緣照亮不同部分。在照明時，線密度越高標記就越可見。有更多的表面區域可用於散射光線。不過，在沒有照明時，增大的密度也會增加可見性。例如，圖8-10中的箭頭標記和像素可能受到線密度影響。還在圖11中示出的視角一般影響可見性，尤其對於多個圖標層或者深(長)標記。在不同的實施例中，圖標微標記截面沿記錄雷射傳播的方向可能具有較高的深度對寬度的縱橫比，例如大約10:1。微標記的這種不對稱形狀導致圖標的亮度依賴於觀察方向。最小的可視關(Off-visibility)通常產生在微標記平行於觀察方向的時候。圖12和13示出了邊緣照明結構的側視圖，其中觀察方向不垂直於基片表面。在圖12中，微標記軸垂直於基片表面，這易於製備。使垂直於邊緣照明方向的微標記截面面積最大化，但是不使垂直於觀察方向的微標記截面面積最小化，這會影響到可視關(off-visibility)。在圖13中，微標記軸平行於觀察方向，使得所觀察到的截面面積和可視關最小化。不過，垂直於邊緣照明方向的微標記截面面積沒有被最大化，影響可視開(On-visibility)。可以在不同深度製作標記。還可以在基片的表面上或者基片的表面內形成標記或者其它結構。結合不同的照明設置，可以產生不同的效果。反射標記圖8-12和14在此示出了在透明材料中亞表面標記的示例。由於從形成標記的局部微裂的光散射，亞表面標記是可見的。與垂直於觀察方向的標記的截面面積相比，標記在垂直於邊緣照明的方向上具有實質更大的截面面積。因此，標記在有邊緣照明時更清晰可見，而在沒有邊緣照明時幾乎不可見。反射標記通過具有或沒有邊緣照明也可以產生，但是難以檢測到。較差的可檢測性將反射標記與圖8-12和14所示的光散射標記相區分。在利用不同組合的照明和觀察角度進行若干個非決定性實驗後，發明人發現標記反射照明光而不是散射照明光。強鏡面反射解釋了為什麼在有邊緣照明時標記是不可見的，如同光散射標記。照明光的入射角大約等於最佳觀察角度。與在觀察方向之外相比，當沿最佳觀察方向觀察時可見性的差異是明顯的，如下文所述。掃描反射標記的截面的電子顯微鏡圖像暗示形成了「平面」裂紋，形成延長的和連續的反射區域。舉例來說，裂紋的平面可以通過記錄雷射束的軸和平移的方向來定義。這種形態從根本上不同於散射標記中的局部微裂紋。無需贊同任何特定的理論，平面裂紋形成為以某些照明和觀察角度的組合產生高可見性標記(實驗的令人吃驚的結果並且最初沒有認識到)的反射光給出了解釋。邊緣照明產生弱的對比，並且隨後的實驗表明非邊緣照明提供高可見性。通常產生在光學顯微鏡下表現為平滑熔化線類似光波導的材料改性，但並不表現為與標記的可見性相關。在一個示例中，透明材料中的一系列亞表面標記，其中標記的集合形成所需的圖案，形成例如二維陣列。在本示例中，標記垂直於材料表面。不過，可以相對於材料以其它角度形成標記，只要記錄雷射的入射角小於臨界角，所述臨界角是透明材料的折射率的函數。由於照明光沿著第一路徑從右側進入，照明光被亞表面反射標記反射，其中入射角大致等於反射角。被組成圖案的所有標記反射的光使得圖案對於觀察者是可見的。在其它觀察位置，因為沒有足夠的光被反射，標記的圖案不清晰可見。一部分照射光沒有碰到反射標記並直通穿過材料，對應第二路徑，即透射的光。在一個示出了反射標記照明和觀察的示例中，在玻璃中形成的反射標記通過手電筒被照亮，並且以不同角度被觀察。在一塊玻璃的表面下記錄的正方形圖案的陣列示出對於特定照射角度最佳的觀察位置。當利用相同照射角的標記的相同陣列在遠離最佳觀察位置的地方觀察時，所檢測到的輻射表示由漫射光造成的低水平背景，並且通過增大對照明的控制可以進一步改進對比度。反射標記的應用包括：(1)產品識別；(2)需要乾淨平滑表面的透明材料中的分級和參考標記；(3)通常希望不受阻擋的觀察(當不需要警告時)，但對於某些情況需要高可見性警告的窗口中的可切換警告指示器；(4)區分合法產品和仿製品但通常不可見的防偽圖案，例如：昂貴的手錶、寶石、高品質鏡頭和其它具有透明部件的產品。多層圖標顯示圖14示出了多層圖標顯示的示範，其中在單個基片中寫入兩個圖標。圖14a中的綠色箭頭是通過綠色光源對基片的右側進行邊緣照明。圖14b中的紅色危險標誌是通過紅色光源在基片的頂部進行邊緣照明。圖14c示出了當兩個光源都關閉時的基片。兩個圖標看起來位於玻璃基片的相同區域。通過切換相應的光源可以選擇性地照亮各圖標，因為雷射寫入標記位於玻璃中的不同深度並且兩個光源利用柱面透鏡進行線聚焦，其中線聚焦的軸平行於玻璃基片的平面。圖15示出了具有多個基片層(在這裡是5層)的圖標的示例。可從其它元件分別照射陣列中的每個單獨元件，而不需要緊密聚焦照明光源。元件「a」在層1中並且可以由光「A」照射。由於元件「a」在單獨層中，來自光「A」的照射光被全內部反射所限制，從而沒有其它元件被照亮。類似的，元件「d」在層3中並且只被光「D」照亮，而元件「h」在層5中並只被光「H」照亮。空氣微觀層或者相對於基片層具有足夠不同的折射率的薄層材料將每個層隔離，同時在視覺上是透明的。元件「b」和「c」在層2中並由光「B」和「C」分別照射。儘管這兩個元件在相同的層，但它們被充足的空間(間隔)分離從而它們只能被一個光源照亮。類似的，元件「f」和元件「g」在層4中並由光「F」和光「G」分別照射。這個示例示出了可以如何設計字母數字顯示器或數字計數器中的一個字符。其它多元件顯示也是可行的。圖15a示出了在基片表面處或基片表面附近製成微標記的結構。透明塗層隨後被施加至表面。邊緣照明光被該第二層中的全內反射引導並且散射離開微標記。基片可以是透明的或者不透明的。如果是透明的，基片應該具有不同於透明塗層的折射率足以用於全內反射。在一些實施例中，一層疊薄片可以如圖16所示來使用。如果邊緣照明光大於單獨薄片的厚度，會難以單獨將光耦合入特定薄片而不使光也耦合入相鄰的薄片。這會阻止目標照明元件陣列中的僅一個元件或者一個基片層。光源間的一些偏移會改進不同光源間的隔離，並允許只照明所需的陣列元件。對於圖16所示的示例，有5個基片層(1-5)。5個光源(A-E)(每個光源對每一層)被偏移並且相對於基片成一角度。該角度使得全內反射會包含每一層中的光。非邊緣照明在一些實施例中，圖標從非邊緣位置被照亮。圖17示出了圖標的非邊緣照明，其中基片非正交於照明和觀察方向。不過，寫入方向正交與基片。圖18示出了圖標的非邊緣照明，其中基片非正交於寫入、照明和/或觀察方向。該結構在基片材料平面不垂直於主觀察方向時可能尤其有用，因此微標記不垂直於材料表面。施加至一個或多個基片表面的防反射塗層減少了散亂反射。如果微標記垂直於材料表面，製備可能更容易和更快速。不過，對於這個實施例，可見性權衡(visibilitytrade-off)可能不是很理想。投影屏構思在先前的示例中，圖形圖案被寫入靶材料中。這限制了顯示的靈活性，因為圖案不能隨後被改變或重新設定。較大均勻場的微標記也可被用作屏幕，利用不同的方法，例如快速掃描鏡或LEDs陣列來投影圖形。上文用於示出非邊緣照明的圖17和18還可用於顯示投影屏構思。附圖示出了兩個結構的側視圖，其中觀察方向和圖案投影方向不垂直於基片表面。如同前文段落所指出的，照明光是固定的並且只照射基片中的標記圖案。在投影屏構思的情況，照明光由快速驅動系統導向以將所需的圖案投影到屏幕上或者設計以產生所需圖案的光的圖案被投影到屏幕上。在圖17中，微標記垂直於基片表面寫入，以易於製備。不過，垂直於照明光方向的微標記截面不被最大化以便為了更好的可視開(On-Visibility)，而平行於觀察方向的微標記截面不被最小化以便為了最佳的可視關(Off-Visibility)。在圖18中，微標記軸平行於觀察方向，使可視關(off-visibility)最小化。而照明光源方向垂直於微標記軸，使可視開(on-visibility)最大化。可接受的對比度可取決於應用。根據觀察和檢測系統的類型，10:1-100:1之間的對比度通常是可接受的。例如，30:1範圍可能足以通過顯示器觀察。如果使用高灰度解析度成像系統，可能優選大約30:1-1000:1的對比率。灰度圖標在不同的實施例中，圖標的加工條件可能被可見性權衡(visibilitytrade-off)優化。利用不同的加工條件，例如較快的平移速度或較低的脈衝能量，可能製成更少散射的標記。通過控制這些參數，可能產生「灰度」圖標，其中「更白的」區域散射更少的光而「更黑的」區域散射更多的光，或者反之亦然。例如，雷射參數的組合可以產生的散射範圍在至少10:1或30:1，並優選達到約100:1到1000:1。觀察方向內的對比度一般會受到角分布的影響。雖然沒有必要實施本發明的實施例來理解本文的操作機理，我們考慮結合兩種基本現象：散射對比度和散射角。通過細微標記控制散射對比度滿足了標準，Con>>Coff，其中Con和Coff分別是具有和沒有人工照明時的散射係數。它們被進一步定義為和其中s是散射結構的散射截面，ρ是標記中結構的密度，而k表示背景的亮度。N是人工照明和背景照明之間的亮度比。散射結構的大小一般在可見光波長的大約1/10到1/100的範圍內。在某些實施例中，可提供裝置和工藝用於控制散射角。可以考慮相對於背景照明的照明角，例如光的照明垂直於主要背景照明。所述結構可應用於相對於觀察方向具有垂直照明光的圖標類型的顯示。還可以考慮標記的幾何結構和標記的設置。散射尺寸控制(可見光的1/10到1/1000的範圍內)是Mie散射的一個基本方面。為了擴展可觀察角度和更好地利用散射的角分布，調整玻璃表面的全內反射可用作另一控制方法。在不同的實施例中，採用合適範圍的脈衝能量，平移速度，重複率以便改變基片內的曝光度。增大的曝光度產生更大的微標記，造成散射光在相對於觀察角增大的角度上散發。如果在觀察角度內的定向反射比大，結構會顯得亮。如果相同量的光以大角度散射，結構會顯得暗。可選擇的材料在一些實施例中，可以改變除玻璃外的材料的表面和/或材料體。一個或多個雷射束可形成可通過合適的照明和檢測裝置(結構)檢測到的結構。在我們用玻璃的過程中發現的一些限制包括相對低的加工速度和要求較高脈衝能量。例如，200ps的脈衝，50kHz的重複率，以及13μJ的脈衝能量接近最佳。對於通常的光斑尺寸，通常速度為大約1mm/秒。其它的限制包括有關微裂紋特徵取決於標記深度的性能上的一些損失，然而一般優選基本上獨立於深度。另外，某些應用的另一限制在於玻璃的易碎性和易於碎裂，對於某些環境和應用是潛在的危險情況。因此，玻璃加工的應用可能被約束或者限制。根據最終產品的所需強度和在所使用環境中的安全性，在某些應用中可能需要特別處理和管理基片。一種選擇是在兩片聚碳酸酯之間設置玻璃基片。聚碳酸酯會增大組件的強度並且包含玻璃，如果它碎裂的話。聚碳酸酯層還可以防止玻璃的表面汙染。在照射時表面汙染可形成散射中心，導致降低的圖標可視開(on-visibility)對比度。在一些實施例中，可以使用聚碳酸酯材料，或者其它聚合物。例如，塑料、透明聚合物和類似材料具有某些所希望的特徵。一些希望的材料特性包括：減少的重量(相對於由玻璃製成的類似部分大約為其四分之一)，柔性(允許彎曲基片以形成不同的形狀)，減小的厚度(提供了通過固定邊緣照明增大亮度的能力)，以及增大的材料強度(具有降低的易受碎裂性)。在下文部分中公開的實驗結果證明了在加工速度上的顯著進步和在脈衝能量上的同時減少。可以利用超短脈衝持續時間進行聚碳酸酯或類似材料的加工，與玻璃加工相比在脈衝能量上顯著減少。脈衝持續時間一般可小於10ps。在一些實施例中，脈衝持續時間可以在大約100fs-大約1ps的範圍內，例如大約500fs。脈衝能量可以在大約100nJ-1μJ的範圍內，例如大約0.5μJ。對於具有顯著脈衝重疊引起熱積聚的快速加工優選高重複率，例如至少100kHz。上述參數可適用在光斑尺寸為幾微米到數十微米以及平移速度從數十微米到數十米每秒的通常範圍上。總脈衝能量和光斑尺寸確定聚焦光斑位置處的能流。上述示例性範圍可適當按比例用於在光斑尺寸或其它參數，例如雷射波長上的變形。在一些玻璃加工的實施例中，脈衝寬度可以在10fs至直到1ns，10fs-500ps，或者100fs-200ps的大致範圍內。脈衝能量可以達到數十微焦耳，例如大約20μJ至50μJ。在某些實施例中，可以省略脈衝壓縮器，但使用優選的基於光纖的啁啾脈衝放大系統的其它部件。可從IMRAAmerica獲得的FCPAμJewelD-400和D-1000提供了總能量達到大約10μJ，重複率在100kHz和5MHz之間變化的超短脈衝寬度。在一些實施例中，雷射系統可包括用於拉伸、放大和壓縮的「全光纖」系統。可切換圖標的應用可以在電焊面罩、水中呼吸器面罩、外科醫生的眼鏡、安全面罩、飛機座艙罩、眼鏡、後視鏡、天窗個前燈透鏡中找到。標記可被寫在鏡中，其中這些標記在環境光照下難以看見(可視關,offvisibility)，但是在有邊緣照明時可以清楚地辨別(可視開，onvisibility)。適當的鏡是那些使用透明基片，例如玻璃或聚碳酸酯的鏡，在一個表面上具有反射塗層。優選雷射加工用於在透明介質內形成結構。不過，其它工藝可以單獨使用或者與雷射加工結合使用。例如，可以採用蝕刻、平版印刷法、化學氣相沉積、和脈衝雷射沉積。在一些實施例中，可以實施雷射加工和非雷射加工的組合。4.多焦點加工除了劃片，圖5所示的多焦點加工可用於切割、焊接、連接、標記或其它加工操作。在不可見波長下，各種材料可以是透明的或者幾乎透明的。例如，在大約1-1.1μm下矽是高度透射的，在大約1.2μm下僅紅外線具有最大透射。因此，多焦點微加工可以用不同標準的雷射波長，或者在某些情況在非常規波長下進行。在近帶隙進行加工的應用中，可能需要考慮吸收係數及其隨溫度的變化。例如，在可能波長為大約1.0-1.1μm，1.2μm，1.3μm，1.55μm等等下在矽中可以形成結構。在一些實施例中，通過波長漂移標準波長可獲得非常規波長。超短脈衝可避免在焦點外過量加熱衝擊靶區域，以及相關的間接損害。通過超短脈衝的多焦點微加工可能有利於半導體基片的劃片和切割。例如，多個伸長的結構可能比通過單程形成材料內的內部線可獲得的具有更乾淨的晶片分離。實驗演示結果1.超短波脈衝雷射劃片如圖19所示，通過單程雷射束，利用20X非球面聚焦物鏡(8-mm焦距)在100-μm厚的藍寶石晶片中同時加工了一對劃片線(表面槽70和亞表面劃片結構71)。切割面表現出良好的質量。掃描速度是40mm/s(非最佳)。對於只有表面劃片線的情況，利用相同的雷射脈衝能量和重複率，並且在同樣的加工條件下(周圍大氣環境等)，產生材料的良好切割的最快劃片速度是～20mm/s。2.超短脈衝雷射焊接在多個雷射脈衝被吸收在待焊接材料的特定區域內後，發生材料的加熱、熔化和混合，並且一旦冷卻後，分離的材料熔融在一起。將材料焊接在一起所需的脈衝數量取決於其它工藝變量(雷射能量，脈衝重複率，聚焦幾何形狀等)，以及材料的物理屬性。例如，具有高導熱性和高熔化溫度組合的材料要求較高的脈衝重複率和較低的平移速度，以便在用於發生焊接的照射體積內獲得足夠的熱積聚。A.聚碳酸酯焊接用高重複率的實驗，在脈衝重複率為200kHz下工作並且波長為1045nm的飛秒脈衝雷射源導致了兩個光學透明材料的雷射連接。具體地講，～2μJ雷射脈衝用100mm焦距透鏡穿過透明聚碳酸酯的1/4」厚片的頂面進行聚焦，並且在它的底面上與透明聚碳酸酯的類似大小片的頂面面接。聚碳酸酯片被線性平移並且位於垂直於雷射傳播方向的平面中，保持定位接近材料界面的光束聚焦區。兩個工件(片)在雷射照射的界面被熔融在一起，並且需要較大的力來將它們彼此分開。B.熔融石英焊接利用40X非球面透鏡和5MHz的雷射重複率將200-μm厚的熔融石英板焊接至1-mm厚的熔融石英板。雷射的1/e2光束直徑是～3.6mm並且非球面透鏡焦距是4.5mm，導致工作NA(數值孔徑)為～0.37。圖20示出了熔融石英中的焊接結構，圖像取自在斷開兩個石英板之前和之後。第一個圖像(a)示出了完好的焊接結構，表現出平滑熔化玻璃的區域，而隨後的圖像(b)和(c)示出了在焊接斷裂後的兩塊玻璃的表面，展示了斷裂玻璃的面。焊接速度的範圍從0.1-1.0mm/s，雖然速度大於5mm/s是可行的，並且最大速度可以隨增大的脈衝重複率而增加。所述工藝的額定能流範圍是5-15J/cm2並且額定脈衝持續時間範圍是10-1000fs。在所述能流和脈衝持續時間範圍內，額定脈衝重複率範圍是1-50MHz。通過嚴格的工藝優化，所述範圍可以擴展至能流、脈衝持續時間和重複率分別為1-100J/cm2，1fs-500ps和100kHz-100MHz。高重複率優選用於在熔融石英中熔化的最初時進行足夠的熱量積累。通過以類似的重複率可獲得更高的能量脈衝，更鬆散的聚焦可能產生具有所需能流的更大聚焦體。該焊接聚焦體的尺寸和形狀可以根據待焊接的區域進行調整。3.可見/不可見的雷射標記圖21示出了玻璃樣品，其中箭頭標記由綠光源從側面照射。這裡，箭頭圖案是清晰可見的。圖8-10的圖示示出了箭頭圖案的細節，其中垂直於照射光源(在這裡是綠光)處於不同深度的線由緊密聚焦的雷射產生。用於形成所述標記的雷射參數和掃描速度可以在下面的表中找到。圖22示出了相同的玻璃樣品，其中照明光源關閉。顯然，不能看見箭頭圖案。圖23示出了用於限定圖21中箭頭標記的單獨像素的顯微鏡照片。圖24(a)示出了玻璃內部裝飾圖案的照片而圖24(b)示出了單獨標記的顯微鏡圖像。圖24(b)中的標記的尺寸大約是200μm並且非常粗糙，由若干個從中心向各方延伸的不同裂紋組成。圖23的像素由一系列平行線構成，每一根線大約10μm寬並且250μm長。線間隔為50μm。圖23和24(b)中結構之間在尺寸上的不同和平滑度差異解釋了為什麼圖24(a)中的玻璃雕刻在大多數光照條件下是清晰可見的，而在圖21和22中的箭頭需要側面照明才能看見。所產生結構的尺寸和平滑度由脈衝能量，脈衝持續時間，雷射的波長和光速通過靶的平移速度進行控制。最佳參數取決於具體的靶材料。圖23中像素的可見性可以通過控制像素中每條線的寬度和長度和像素內的線密度以及平滑度來控制。因此，一種用於在透明材料的表面下產生雷射改性結構的可見圖案的方法通過首先利用緊密聚焦的超快脈衝雷射在材料內的不同深度處形成多條線，同時通過控制所述雷射的參數(如上所述)來控制粗糙度進行。隨後利用光傳播或定向大體垂直於線來照射線。通過這種方式形成的圖案當從垂直方向照射時對於肉眼來說是清晰可見的，雖然這些圖案在沒有光照時對於肉眼來說基本上是不可見的；即，如圖22中在正常環境光條件下。通過將聚焦光源引導到線上或者通過經由具有選定以有效照亮圖案的輸出數值孔徑的光波導將光引導向線來進行照明。不同的所述線，例如不同像素的線，可以相對於彼此成定義的角度，並且可以通過設置多個光源以便它們各自定向光大體垂直於所述線的子集被分別或同時照亮。通過聚碳酸酯樣品和與玻璃的比較也獲得了結果。圖25a和25b示出了從玻璃(左圖，a)和聚碳酸酯(右圖，b)樣品獲得的各自的截面。圖24a和24b示出了用納秒脈衝製成的標記，其中圖24b是圖24a中圖案的一部分的展開圖。所述圖像利用具有亮場照明的光學顯微鏡取得。在聚碳酸酯中的標記具有較窄的寬度以及類似的深度，暗示更好的可見性權衡(visibilitytrade-off)。將圖25a和25b中的標記與圖24a和24b所示由長脈衝雷射製成的裝飾性蝕刻標記相比較是有啟發性的。長脈衝雷射標記更大並且球面對稱，使得它在大多數照明條件下從所有方向都清晰可見。另外，聚碳酸酯的另一優點與雷射加工參數有關。對於聚碳酸酯，下表中示出了所產生的在脈衝能量上具有超過十倍的減少的在加工速度上的增大。聚合物的材料改性閾值通常低於玻璃的材料改性閾值。一個有趣的觀察是在玻璃和在聚碳酸酯中的材料改性過程看起來是不同的。對於玻璃，微裂紋多半是由微爆造成的。當雷射焦點接近表面時，裂痕可傳播到表面。對於聚碳酸酯，它看起來不是微爆炸過程，而是更溫和，因此需要更低的脈衝能量。當光束在表面附近聚焦時，沒有表面改性。加工條件玻璃PC脈衝能量13μJ0.5μJ脈衝持續時間200ps500fs雷射重複率50KHz100KHz平移速度1mm/s50mm/s**：1m/s以2MHz重複率用於聚碳酸酯的較低能流並不必然涉及較短的脈衝，如利用500fs脈衝從玻璃上的數據所確定的，在這裡較短的脈衝導致更少的散射。可能利用短於大約10ps的超短脈衝在玻璃中進行材料改性過程導致折射率的變化，並且與微裂紋相比不會散射同樣多的光。在任何情況，脈衝能量降低至0.5μJ以及相應的速度增加提供了相當大的進步和適用性。類似於圖13所示的反射標記形成在顯微鏡用蓋片玻璃，窗玻璃，和耐化學硼矽玻璃的樣品中。我們的測試結果顯示可以利用脈衝持續時間在大約300fs-大約25ps範圍內，在表面下聚焦的脈衝的數值孔徑在0.3和0.55之間的超短脈衝形成反射標記。以重複率為50kHz和100kHz產生雷射脈衝。實驗中的平均功率達到1W，雷射掃描速度達到200mm/s。用於形成反射標記的雷射參數在幾個方面不同於散射標記參數。使用較短的脈衝持續時間來形成反射標記，例如脈衝持續時間在大約300fs-25ps的範圍內。長得多的脈衝，例如大約200ps，適於在相同的加工材料中(例如窗玻璃)製成一些散射標記。此外，實驗示出了更大範圍的速度和功率水平可適於製成反射標記。相反的，較低的重複率以高得多的平均功率，用降低的掃描速度(例如達到1mm/s)最好用於在玻璃中形成散射標記。不過，低功率、短脈衝足以在塑料樣品中製成散射標記。4.0多焦點加工示例實驗利用如圖5c所示的波長組合工藝來進行，並且包括初步單光束實驗以測試在不同深度的結構形成，並且調整參數以避免碎裂。加工鈉鈣玻璃，鋼化玻璃，和藍寶石樣品。由於其低雷射改性閾值和低成本，首先測試具有1mm厚度的鈉鈣玻璃(例如顯微鏡載片)。因為廣泛的工業應用和用雷射加工的潛在挑戰，鋼化玻璃和藍寶石具有相當大的關注度。由於抗劃傷性，彎曲耐受性和堅固性，鋼化玻璃被用在多種工業應用中。玻璃可以通過熱、化學或其它工藝進行鋼化，以便接近表面的材料在壓應力作用下而接近中心的材料在張應力作用下。在壓應力作用下的接近表面的玻璃更能抗劃傷。化學工藝通過使鉀原子擴散入鋁矽玻璃結構用於鋼化玻璃。為了增加表面強度和抗磨損/劃傷，可以用化學方法將蓋玻璃鋼化在表面上。所述鋼化工藝在玻璃表面上引入壓力而在其它地方引入張力，這對於加工可能是挑戰。超短加工的結果在下文說明。在玻璃表面下聚焦的超短脈衝束可以沿希望的斷開或切割方向形成線或其它結構。通過在玻璃的中心(在這裡應力分布更為對稱並且在張應力下)開始切割，與在表面進行切割相比可獲得對斷裂動作更好的控制。小於約10ps的脈衝寬度是合適的，並且優選亞皮秒脈衝。在一些實施例中，可以採用數十皮秒的脈衝寬度。多程通過可用於切割鋼化玻璃，其中最初程(單程或多程)形成一些材料改性，但沒有裂紋或斷裂。隨後程的雷射通過然後可用於沿最初的雷射改性路徑產生和傳播裂紋。不過，速度是被限制的。一些實驗表明，如果應力分布被破壞，化學方法的鋼化玻璃易於碎裂。可能穿過化學方法鋼化玻璃的厚度的應力分布不同於熱方法的鋼化玻璃。不過，與僅是表面劃片相比，多焦點微加工確實形成更平滑的斷裂表面。A.鋼化玻璃用超短雷射脈衝，包括雙波長，多光束加工來測試對鋼化玻璃進行劃片和斷開的能力。在這些實施例中使用700μm厚的蓋玻璃板。一些商用鋼化玻璃專門設計用於可攜式電子產品，例如用作觸控螢幕，具有用化學方法的鋼化表面並且厚度從700μm-2mm。在不同深度劃片－多次掃描為了避免可能的碎裂，首先在樣品正表面之下的～240μm處測試雷射照射線，並隨後逐漸上升至表面之上～120μm。FCPAμJewelD-1000雷射系統被用於鋼化玻璃的劃片，具有以下參數：雷射：IMRAFCPAμJewelD-1000波長：SHG@523nm脈衝重複率：100kHz聚焦透鏡：為SHG塗層的16X非球面雷射功率：400mWSHG掃描速度：20mm/s焦點深度：-240μm(內部)至+120μm(表面之上)圖26a示出了用上述雷射參數獲得的一系列圖像，其中某些結果顯示依賴於相對於玻璃的頂面和底面的聚焦位置。第一排對應於雷射焦點從-240μm(玻璃內部)調整至+120μm(玻璃外部)到樣品正面的雷射照射線的俯視圖像。第二排示出了當樣品被翻轉並且雷射焦點從-240μm(玻璃內部)調整至+80μm(玻璃外部)到樣品背面時具有類似條件的雷射加工線。在本實驗中，正面附近或正面上的劃片線具有與背面附近或背面上的劃片線不同的特徵。回到圖4的示例，示出了接近光束腰的示例光束聚焦體等強度輪廓，包括具有軸向變化直徑的凹形的外部輪廓(例如，類似於「啞鈴」)。當用不同雷射參數和聚焦條件加工不同材料時，光束內能流超過燒蝕閾值的位置不必然在焦點處，而是可以在外部輪廓位置。因此，根據所用的聚焦體的部分，可能在不同深度處設置光束焦點以產生不同的改性結構，導致在加工結構的深度上的改進的控制。在本例中，當光束焦點接近正面或在正面上時注意到接近燒蝕線的裂紋。對於背面，對於相同範圍的加工條件所述裂紋不出現。這暗示了穿過鋼化玻璃厚度的應力分布不是對稱的。鋼化玻璃被稍微彎曲：正面是凹入的，而背面是凸出的。這可能由玻璃壓延過程中引入的應力，或在玻璃正面和背面上不均勻程度的鋼化而造成。在任何情況，深度掃描曝光證實了鋼化玻璃在飛秒雷射表面或內部加工下不會碎裂。令人吃驚的是，只有當焦點在正面之下或在正面之上時出現裂紋，但是當在正面上聚焦時沒有裂紋。無需贊同任何特別理論，可能當光束在正面之下聚焦時，一些材料改性發生，隨後釋放張力並產生裂紋。然後表面被燒蝕。+80μm的情況不同。用不同功率的燒蝕實驗顯示在表面上聚焦從不產生所述裂紋。劃片和斷裂隨後對玻璃的劃片和斷裂過程進行測試。首先，使用由20mm/s掃描速度、400mWSHG功率和在-30μm處的雷射焦點形成的單表面燒蝕線。圖26b-l示出了玻璃的斷裂面，具有裂紋的痕跡(左)和表面粗糙度(右)。通過在不同深度的多次掃描減少了裂紋。圖26b-2示出了當採用四程(次)雷射通過時的斷裂面：表面燒蝕在Z＝-30μm，並且內部標記分別位於-700μm，-450μm，-300μm。內部改性的痕跡在這些圖像中可以檢測到。共線雙波長劃片和斷裂對於鋼化玻璃還測試了共線雙色劃片。探究了廣泛範圍的功率組合(SHG和IR)。玻璃利落地斷開具有下列參數：雷射：IMRAFCPAμJewelD-1000脈衝重複率：100kHz波長：SHG和IR功率：150mWSHG，和460mWIR焦點：IR在表面處，SHG在表面之下的～200μm掃描速度：20mm/s圖26c示出了在共線雙過程後的光潔斷面，分別用5X和50X顯微鏡物鏡獲取。可以觀察到(右圖)頂面損壞極小並且沒有裂紋的跡象。在斷面的底部附近可以看到意想不到的多條水平線(左圖)，但是不限制加工；獲得了光潔的斷面。結果表明共線超短脈衝可與多焦點光束髮生器一起使用以形成基片內的多個結構，並且加工鋼化玻璃以便能夠獲得清晰分離。另外，通過的次數可被減少並且總體速度增大。B.藍寶石還針對藍寶石進行了實驗。產生了兩種不同的亞表面結構。不過，沒有獲得沿劃片線的成功斷開。相對於亞表面結構的尺寸，晶片厚度為大約0.5mm可能限制了本測試晶片的加工。所述大厚度可能對於所形成的劃片改性的尺寸是過多的。圖26d中在各自深度的兩條線分隔25μm。在不同深度的另外共線劃片通過程預計提供可接受的切割結果。不同的實施例和特徵因此，發明人公開了利用超短雷射的透明材料加工的方法和系統，以及由此製成的物品。加工包括但不限於切割、劃片、焊接、標記和/或連接。可以採用不同組合的空間和時間加工，例如順序加工或並行加工。至少一個實施例中包括對透明材料進行劃片的方法。該方法包括利用超短雷射脈衝的聚焦光束的單次掃描，同時在材料中形成表面槽和在材料體內形成至少一個改性區域。至少一個實施例包括對透明材料進行劃片的方法。該方法包括利用超短雷射脈衝的聚焦光束的單次掃描，同時在材料體內形成多個改性區域。至少一個實施例通過超短雷射脈衝的聚焦光束的單次掃描產生在深度方向上的兩個或多個點劃片的透明材料。至少一個實施例包括焊接透明材料的方法。所述方法包括將超短雷射脈衝的光束聚焦在材料之間的界面附近，並且以一重複率產生超短雷射脈衝，且所述超短雷射脈衝具有一個或多個能流區域足以引起材料在界面處的局部熔化。至少一個實施例包括焊接透明材料的方法。所述方法包括將超短雷射脈衝的光束導向材料間的界面附近，在接近光束的至少一個高強(亮)度區域引起能量的非線性吸收，並且在所述區域用足以引起材料局部熔化的重複脈衝堆積和積聚熱量。至少一個實施例包括在待焊接的兩個相對表面之間的界面形成凸起的脊以填充不能通過單獨焊接連接的間隙的方法。所述方法包括在要形成所述脊的兩個相對表面的一個或兩個之下聚焦超短雷射脈衝，以使脊凸起，並隨後雷射焊接凸起的脊和相對表面或者脊。至少一個實施例包括焊接透明材料的光學系統。所述系統包括產生飛秒到皮秒範圍超短雷射脈衝的光束的雷射系統，和用於聚焦材料間界面附近的光束的聚焦元件，其中雷射系統具有脈衝重複率，並且脈衝具有較高能流區域，累積足以引起材料在界面處的局部熔化。至少一個實施例包括焊接材料的光學系統。所述系統包括產生超短雷射脈衝的光束的雷射系統，和用於在材料間的界面附近聚焦光束的聚焦元件。在界面處的光束具有的強度不足以燒蝕材料，但是雷射系統具有的脈衝重複率高到足以累積地引起材料在界面處的局部熔化。至少一種材料對於雷射系統的波長是透明的。至少一個實施例包括焊接透明材料的方法。所述方法包括將超短雷射脈衝的光束引向材料間的界面附近，和光學控制一個或多個高強度區域在材料體內的形成和空間位置，以便僅在一個或者多個區域內引起材料的熔化。至少一個實施例包括在透明材料的表面之下生成雷射改性結構的圖案的方法。所述方法包括：利用緊密聚焦的超短雷射脈衝在材料內部的不同深度形成多條線；通過控制雷射的參數來控制線的粗糙度；和利用大體垂直於所述線傳播的光來照射線。在不同的實施例中：當垂直照射時圖案對於肉眼是清晰可見的，並且在環境光線下對於肉眼基本上是不可見的。照射步驟通過將聚焦光源引導到線上或者通過將光經由具有選定以有效照亮圖案的輸出數值孔徑的光波導引向所述線來進行。不同的線相對於彼此成定義的角度，並且照射步驟通過從多個光源將光引向線來進行，其中所述多個光源中的每一個沿大體垂直於所述線子集的方向引導光。超短脈衝的脈衝寬度小於約1ns，並且透明材料包括透明聚合物。緊密聚焦超短脈衝內的總能量小於約20μJ。控制包括調整散射對比度和散射角中的至少一個。透明材料包括聚碳酸酯，並且緊密聚焦超短脈衝的脈衝寬度小於約1ps，脈衝能量小於約1μJ。在超短脈衝和材料之間產生相對運動；並且所述方法包括通過控制所述雷射和所述運動的參數使得圖案的截面積沿觀察方向比沿照射方向更小來控制所述線的深度對寬度的縱橫比。至少一個實施例包括通過控制各線的寬度、長度和平滑度以及構成標記的線的密度來控制在透明材料中雷射引起的亞表面標記的可見性的方法。至少一個實施例產生具有由雷射形成的亞表面標記的圖案的材料，其中標記由材料內不同深度處的線形成，只有當用定向大體垂直於線的光源照射時線對於肉眼是基本上可見的。至少一個實施例包括產生可檢測空間圖案來響應受控輻射的設備。所述設備包括：其內形成有至少一個結構的基本透明介質，所述至少一個結構具有深度，寬度，和物理特性用於產生沿檢測方向的可檢測輻射來響應沿輻射方向入射的受控輻射，可檢測輻射表示空間圖案。至少所述物理特性基本上限制沿檢測方向的檢測來響應不想要的輻射。在不同的實施例中：所述設備包括結構，所述結構填充對應於圖案的幾何形狀。所述設備包括結構，所述結構形成在介質內的不同深度處以便產生一個或多個可檢測空間圖案來響應在深度上的受控輻射，從而提供可切換空間圖案。所述設備包括多層透明材料，並且在深度上受控的輻射通過層內全內反射被限制以便只輻射層內或接近層的結構。受控輻射的至少一部分沿至少第二方向入射，並且結構在多個定向形成。所述設備包括設備內的至少一個區域，它被設置成從至少一個(光)源接收輻射並沿第一方向引導輻射以便產生受控的輻射。深度對寬度的比率大於約10。所述設備包括具有柔性和基本上防碎的特性中的至少一個的材料。所述介質包括兩個或更多個不同的透明材料，至少一個材料具有柔性和基本上防碎的特性中的至少一個。所述設備的至少一部分包括聚合物。所述設備的至少一部分包括聚碳酸酯。所述至少一個結構利用一個或多個聚焦超短雷射脈衝形成。所述結構形成為陣列，並且所述陣列選擇性地輻射以投影空間圖案。所述結構形成陣列，並且其中來自陣列元件的可檢測輻射由於輻射或物理特性中的至少一個而不同，其中圖案對應於灰度圖案。至少一個實施例包括在透明材料的表面之下產生雷射改性結構的圖案的系統。所述系統包括：雷射亞系統，產生脈衝寬度在約10fs到約500ps的範圍內的脈衝。包括了定位系統，以定位脈衝相對於材料的位置，以及光學系統以聚焦脈衝並在材料內形成至少一個結構。所述至少一個結構具有深度、寬度和物理特性，所述物理特性用於沿檢測方向產生可檢測輻射來響應沿第一輻射方向入射的受控輻射。在不同的實施例中：脈衝的脈衝寬度在約100fs-約200ps的範圍內，並且其中雷射源包括基於光纖的啁啾脈衝放大器系統。至少一個實施例包括系統，所述系統具有產生可檢測空間圖案來響應受控輻射的設備；和照明器，它用於選擇性地輻射所述設備以便形成至少一個可檢測空間圖案。在不同的實施例中：用於選擇性輻射的裝置包括多個輻射源。用於輻射的裝置包括非球面光學部件，它用於產生伸長的光束並用於沿第一輻射方向投影伸長的光束。所述系統包括沿檢測方向設置的檢測系統。用於輻射的裝置包括掃描機構，以選擇性地輻射所述設備的至少一部分。至少一個實施例包括用於改性透明材料的基於雷射的系統。所述系統包括：產生脈衝雷射輸出的脈衝雷射裝置和接收輸出的多焦點光束髮生器。所述發生器被設置成利用輸出形成多個聚焦光束，每個聚焦光束具有光束腰，所述光束腰在深度上相對於材料間隔，其中所述多個聚焦光束的至少一個光束腰在材料內並導致材料的改性。包括了運動系統，以在材料和聚焦光束之間產生相對運動。控制器被連接至脈衝雷射裝置和運動系統，並控制系統使得在相對運動期間形成多個聚焦光束。在不同的實施例中：多焦點光束髮生器包括波長轉換器，並且聚焦光束包括多個波長。第一波長是IR波長，而第二波長是長於材料的吸收邊緣的可見或近UV波長。多焦點光束髮生器包括偏振元件，並且聚焦光束包括多個偏振。偏振包括圓偏振。在深度上間隔的光束腰沿聚焦光束的傳播方向形成在共線位置。多個聚焦光束形成在輻照時間間隔期間，並且時間間隔期間的相對運動產生的相對位移小於大約聚焦光束的光束腰直徑。在深度上間隔的光束腰大致沿表面的法向方向形成，並且在對應於大致垂直於表面的平面的一部分的局部區域內。聚焦光束在小於約10ns的輻照時間間隔期間形成，並且相對運動包括在約1mm/秒直到約10m/秒範圍內的速度。至少一個產生的脈衝輸出包括脈衝寬度在約10fs到100ps範圍內的雷射脈衝。多焦點光束髮生器包括光束分束器和光束組合器，被設置成沿多個光學路徑傳播光束，和聚焦元件，被設置成控制光束的聚焦和形成在深度上間隔的光束腰。所述系統包括光束偏轉器並且系統包括設置在材料和光束偏轉器之間的掃描透鏡。脈衝雷射裝置產生重複率在約10KHz到100MHz範圍內的雷射輸出脈衝，並且多焦點光束髮生器被設置成以所述重複率形成多個聚焦光束。多焦點光束髮生器包括衍射光學元件(DOE)，它形成至少兩個在深度上間隔的聚焦光束部分。至少一個實施例包括用於改性材料的基於雷射的方法。所述方法包括：產生脈衝雷射束；形成多個聚焦脈衝光束，每個光束具有光束腰，所述光束腰相對於材料在深度上間隔，所述光束腰中的至少一個在材料內並導致材料內的材料改性產生至少一個亞表面結構；所述方法包括在材料和聚焦光束之間產生相對運動。所述方法包括控制所述形成和運動使得在運動期間形成多個聚焦脈衝光束。在不同的實施例中：形成至少一個亞表面結構，所述結構包括伸長形狀和圓形中的至少一個。所述結構以在深度上間隔形成，導致在機械分離過程期間材料的清晰分離。所述材料包括鋼化玻璃。所述材料包括藍寶石，或半導體，並且聚焦脈衝光束包括材料高度透射的波長。形成所述結構以改性材料的表面部分和亞表面部分。至少一個聚焦脈衝光束包括脈衝寬度小於約100ps的脈衝。至少一個聚焦光束在材料內形成範圍在約1J/cm2到150J/cm2的能流。至少一個實施例包括用於材料改性的基於雷射的方法。所述方法包括沿共線方向聚焦和傳送多個雷射束以便形成多個結構，所述多個結構具有相對於材料在深度上的空間排列，並且在脈衝和材料之間的受控相對運動期間形成。在不同的實施例中：預選所述空間排列以便在分離過程期間提供材料的清晰分離。至少一個實施例包括由上述方法製成的物品，具有基於雷射的材料改性，並具有分離材料以獲得物品的材料部分的附加步驟。至少一個實施例包括用於改性材料的基於雷射的系統。所述系統包括：產生脈衝雷射束的脈衝雷射裝置；用於形成相對於材料在深度上間隔的多個聚焦脈衝光束的裝置，所述多個聚焦脈衝光束中的至少一個具有光束腰，所述光束腰形成在材料內並導致材料內的材料改性產生至少一個亞表面結構。所述系統還包括用於在材料和聚焦光束間產生相對運動的裝置。包括了控制器，用於控制所述形成和運動使得在運動期間形成所述多個聚焦脈衝光束。在不同的實施例中：多個光束同時形成。控制器被連接至多焦點光束髮生器。控制器被設置成控制偏振、波長、能流和光束腰位置中的至少一個。光束腰由小於光束腰直徑的深度分隔形成。形成了多個亞表面結構，其具有沿相對於材料的深度方向的空間重疊。聚焦和傳送同時形成所述結構。在至少一個實施例中，在劃片和分割過程中使用多個在深度上聚焦的光束。在至少一個實施例中，在用於透明材料標記的過程中使用多個在深度上聚焦的光束。在至少一個實施例中，在焊接或連接過程中使用多個在深度上聚焦的光束。在至少一個實施例中，多焦點光束髮生器包括波長轉換器和偏振元件，並且被設置成形成在不同位置或深度聚焦的包括多個波長和多個偏振的聚焦光束。至少一個實施例包括在透明材料的表面之下產生雷射改性結構的圖案的方法。所述方法包括利用緊密聚焦的超短雷射脈衝在不同深度形成多條線，並控制雷射參數使得至少一條線包括具有強鏡面反射分量的擴展平面區域。在不同的實施例中，採用在約300fs-25ps範圍內的脈衝寬度形成反射標記。因此，本發明提供了具有由雷射(例如超短脈衝雷射)形成的亞表面標記圖案的透明材料，其中標記由材料內處於不同深度的線形成，所述線只有在用定向大體垂直於所述線的光源照明時對於肉眼才是基本可見的。因此，儘管本文只具體描述了某些實施例，顯而易見，在不脫離本發明精神和範圍的情況下可以對其進行多種改變。另外，使用縮寫詞只是為了增強說明書和權利要求書的可讀性。應當注意，這些縮寫詞不旨在減少所使用術語的通用性並且它們不應被解釋為將權利要求的範圍限制在本文所述的實施例。