當前，智能手機已經成為(wei) 人們(men) 生活中的必需品。我們(men) 幾乎每分鍾都會(hui) 觸摸智能手機的顯示屏。得益於(yu) 機械或化學性能的穩定，讓這些手機屏幕非常耐用。顯示屏具備的足夠硬度使其可以承受住很大壓力，甚至多年使用下來都沒有磨損跡象。

但另一方麵，材料的硬度通常總是伴隨著脆性。手機的玻璃屏幕在出現缺陷或受到衝(chong) 擊時容易斷裂，這幾乎是每個(ge) 智能手機用戶都可能會(hui) 遇到的問題。

具有直麵和倒角邊緣的高質量激光切割玻璃基材的圖像

激光作為(wei) “納米鋸”是切割玻璃的既定工具。乍一看，使用激光加工玻璃似乎很奇怪。如果光子密度足夠高，在這種情況下再聚焦超短激光脈衝(chong) ，透明材料內(nei) 部往往會(hui) 生成特定的缺陷。

過去的研究發現，選擇一個(ge) 焦點形狀對於(yu) 單通道的基材修改非常有益。細長的、無衍射的像貝塞爾高斯光束這樣的焦點分布，能夠產(chan) 生高質量的玻璃邊緣。激光修改步驟即大量修改的生成，僅(jin) 代表整個(ge) 過程的一半。在第二步中，必須沿改性表麵分離弱化材料，例如通過施加機械應力或熱應力。

在通快集團技術領域經理Daniel Flamm與(yu) 其他人合寫(xie) 的《保護邊緣：超快激光改性C形玻璃邊緣》(Protecting the edge: Ultrafast laser modified C-shaped glass edges)論文中，作者指出無論是采用先進的激光加工工藝或是傳(chuan) 統的劃線機和中斷工藝，切割後的玻璃將呈現出垂直邊緣。正是在這一點上，脆硬材料在微小的角半徑處顯示出主要弱點。如果此處發生撞擊，應力會(hui) 以直角累積，材料響應會(hui) 出現裂紋或缺口。

實驗的目標是大幅降低玻璃邊緣的直角，使基板不易受到衝(chong) 擊或產(chan) 生缺陷。尤其當與(yu) 玻璃表麵的切角達到45°時，特別需要倒角、斜麵或C形。這時候，激光作為(wei) 一種成形工具，其焦點分布假設是采用所需的玻璃邊緣輪廓。對此，論文作者開發了一種全息分束技術（holographic beam splitting technology），可以在一個(ge) 加工作體(ti) 積內(nei) 任意排列大量光斑。

可以同時分布100多個(ge) 焦點的邊緣軌跡幾乎沒有限製。可以想象的是，倒角和斜麵形狀就像屋頂邊緣、半圓或多台階一樣。調整後的加工光學元件，能夠通過單通道特別有效和精確地修改玻璃基材。不需要光學傾(qing) 斜，甚至不需要工件翻轉。這種激光加工非常具有吸引力，切割和邊緣成形可以一次成型。

論文中，研究團隊在分離步驟上是通過濕化學蝕刻實現的，濕化學蝕刻已被證明有利於(yu) 顯示玻璃的邊緣質量和強度。在這個(ge) 過程中，這類激光改性是彌合玻璃內(nei) 部裂縫的有效辦法。蝕刻溶液可以高效滲透進入透明玻璃內(nei) 部，不到一小時導致基材分離。以這種方式生產(chan) 的具有定製邊緣的玻璃滿足了廠商的需求，包括粗糙度、機械穩定性和吞吐量。

此外，幾位作者還在該論文中展示了利用全息3D分束器的先進能量沉積技術，可以基於(yu) 激光製造倒角的玻璃邊緣。這一創新研究將為(wei) 其他領域開拓新前景，例如焊接、數據存儲(chu) 、波導寫(xie) 入或過孔生成等領域。

與(yu) 作者對話

Daniel Flamm完成博士學位後加入了通快集團，主要運用他所學的塑造複雜光態的知識進行激光材料加工方麵的研究。通快開發的光源可提供非常高的能量和功率水平。他熱衷於(yu) 利用這些極端光狀態，以便將它們(men) 用於(yu) 微米和納米級的精細加工。

問：是什麽(me) 激勵你開始這個(ge) 項目？
答：在均勻介質中，光通常沿光軸直線傳(chuan) 播。焦點沿著加速軌跡傳(chuan) 播，因此光線可以被引導到拐角處時，我對這個(ge) 很著迷。通過這種方式，實現了一種可以呈現成品形狀的輕型工具。在本案例中，我所在的團隊開發了一種新型全息分束工具，可實現全新的激光材料處理。

開發的工藝能夠在一次激光過程中創建具有定製形狀的玻璃邊緣。這緩解了傳(chuan) 統切割基材的最大弱點：典型垂直玻璃邊緣的微小角半徑。正是在這裏，一旦發生碰撞就會(hui) 容易產(chan) 生裂紋。激光加工為(wei) 製造商節省成本，讓玻璃切割和倒角處理特別有吸引力，而不再需要傳(chuan) 統的耗時工藝，如機械研磨和拋光。不僅(jin) 顯示行業(ye) 可能會(hui) 發現這個(ge) 過程非常有趣，所有的玻璃和光學產(chan) 品製造商也會(hui) 如此。

掃描電子顯微鏡觀察下的具有不同邊緣輪廓的玻璃基材

問：在研發過程中，你覺得最具挑戰性或最令人驚訝的是什麽(me) ？
答：一開始，我們(men) 在數字問題上苦苦掙紮，這意味著設計全息圖的計算工作量。然而，我們(men) 已經設法將計算時間從(cong) 幾天縮減到幾分鍾。值得注意的是，我們(men) 通過液晶顯示器實現的數字全息圖，實際上允許我們(men) 在模擬中預測光的精確相位調製。令人驚訝的是，我發現快速激光參數會(hui) 損壞材料，從(cong) 而讓選擇性時刻成為(wei) 分離步驟的明顯選項。

問：你認為(wei) 是什麽(me) 導致了論文中展示的快速成功？
答：當然，這是一個(ge) 偉(wei) 大的團隊努力，不同學科之間的緊密聯係。其中我也看到通快的實力。激光和光學開發、材料等不同領域的頂尖專(zhuan) 家通力合作，才能取得現在的成果。我要特別提到團隊的材料科學家Myriam，他指導了實驗過程，並對合適的激光參數和相應的材料響應給出正確的意見。

問：你提到這項技術會(hui) 給顯示玻璃行業(ye) 帶來很大的好處，還有其他行業(ye) 領域因此而受益嗎？
答：我們(men) 確信，激光光學技術可以在聚焦單元的工作空間內(nei) 任意分割多個(ge) 光點，這將引發幾個(ge) 新的應用。當然，我們(men) 研究的主要重點是處理透明材料。談到這項技術的應用前景，我想像焊接、數據存儲(chu) 或鑽孔等領域都會(hui) 很有前途。

對於(yu) 非透明材料，當曲麵必須進行激光紋理處理時，這種技術優(you) 勢也顯現出來了。我們(men) 目前正在研究各種其他概念，由於(yu) 知識產(chan) 權的原因，目前無法提及。在材料加工領域之外，我們(men) 看到了粒子操縱和顯微鏡的潛力。

問：目前是否有製造商使用了這種方法？
答：還沒有，但已經有幾個(ge) 潛在客戶對我們(men) 的工作感興(xing) 趣。每個(ge) 人對於(yu) 完美的玻璃邊緣形狀都有自己的想法。因此，我們(men) 看到了實驗過程的巨大優(you) 勢，幾乎可以提供任何形式的服務。

問：行業(ye) 采取這種方法需要什麽(me) 條件？
答：在微加工業(ye) 務中，通常我們(men) 的模式是提供超快激光源和加工光學元件。然後，我們(men) 與(yu) 集成商合作，他們(men) 完成激光材料加工的設備整合。如前所述，分離步驟可通過濕化學蝕刻完成。在這方麵，我們(men) 也與(yu) 可靠的合作夥(huo) 伴合作。我們(men) 將在不久的將來提供有關(guan) 產(chan) 品開發狀態的信息。