在玻璃中形成表面下标记的方法及具有表面下标记的玻璃技术

在一种在玻璃内形成表面下标记的方法中，对玻璃施加辐照光束，所述辐照具有≤４００ｎｍ的波长。用有效改变玻璃密度和得到的折射指数的标记设备（例如激光器）的标记参数施加光束，以在玻璃中形成大小不大于５０μｍ的表面下标记，而不形成微裂缝，也不在玻璃表面上形成标记。另一个方面是在玻璃外表面下２０－２００微米范围内具有表面下标记的玻璃。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及在玻璃中，特别是用激光形成表面下标记。
技术介绍
已被报道的用激光器制作的标记类型有表面标记和本体标记(bulk marking)。这两类标记利用线性或非线性过程吸收激光能量，在局部接合、烧蚀、熔融或分解物质。一种典型的表面标记法使用可见或近红外激光在工作部件表面加热一层标记材料，从而产生接合。然后除去该层的剩余部分。 在玻璃之类的物体内标记被广泛用于产生艺术三维影像。在该方法中，标记通常是激光产生的几十或几百微米，或更大的微裂缝。这些微裂缝是由激光脉冲瞬间加热材料而发生的微爆炸形成的。为了标记大物体，材料通常是透明的，或至少在激光波长下部分透明。代表性的激光标记是材料线性或非线性吸收激光的混合结果。比尔-朗伯吸收定律描述了线性吸收，其中吸收系数相对于光强是常数，而在非线性吸收的情况下吸收系数随光强而变。 对在玻璃体内标记具有良好对比度的细线有需要。例如，这些线在玻璃压实测定(compaction measurement)中能被用作基准。理想状态下，基准线宽几个微米，在玻璃表面下几十微米。此外在许多应用中，线条应当没有微裂缝。现有的方法用精确机械划线器在玻璃表面上产生线条。这些线条会由于加工或与邻近的材料摩擦而消失。 在一种为鉴定和装饰目的在玻璃体内形成标记的方法中，用单独的点形成接近连续的线条。激光波长维持在玻璃体的透光度为60-95％的范围内。当形成标记时，产生微裂缝，这在作为基准线等的应用中是不合要求的。因此，仍然需要一种形成具有鲜明边缘和高对比度，且窄和平滑，而且无微裂缝的标记的方法。
技术实现思路
本申请的第一个实施方式描述了一种在玻璃中形成表面下标记的方法，包括对玻璃施加一束辐照，辐照具有≤400nm(1nm＝10-9米)的波长。用能有效改变玻璃密度和得到的折射指数的标记设备(例如激光器)的标记参数施加光束，以在玻璃中形成大小不大于50μm(1μm＝10-6米)的表面下标记，而不在玻璃中形成微裂缝，也不在玻璃表面上形成标记。 对于第一实施方式的具体特征，标记可以是基准，已知的是测量玻璃改变的标记，例如由于加热或切割玻璃产生的那些。当垂直于玻璃表面测量时，可在玻璃表面下20-200微米的位置形成标记。玻璃可以是平板(例如显示器玻璃)，其特征是至少600℃的应变点和25到40×10-7/℃的热膨胀系数。辐照波长可以是≤300nm，具体说，266nm。该方法可包括形成从顶视图看基本是圆形或椭圆的表面下线条，其在空间上彼此至少90％重叠。该线条的宽度小于10微米，具体说，是2-5微米。 当从作为标记设备的激光器施加光束时，该方法可包括步骤选择作为激光标记参数的标记深度值z(在该值下光束可穿透玻璃而不破坏玻璃表面)和光束波长λ；和选择具有吸收系数α的玻璃。激光中使用的物镜的数值孔径NA用以下关系式计算 NA≥(10·(0.4λ2)/z2·e-αz)1/4。 NA的计算值用作另一个激光标记参数。 在本申请激光标记的另一个变化形式中，该方法包括选择用于聚焦激光的物镜的数值孔径NA值和激光波长λ作为激光标记参数，玻璃在激光波长下具有吸收系数α。标记深度z(在该深度下光束可穿透玻璃而不破坏玻璃表面)用以下关系式计算 z≥(10·(0.4λ2)/(NA4·e-αz))1/2。 z的计算值用作另一个激光标记参数。 此外，除了计算出的NA或z激光标记参数及与其对应的所选激光标记参数，激光标记参数还可包括至少1kHz的激光重复频率，不大于100ns的激光脉冲时间，小于2的光束质量(M2)，在焦点处小于20J/cm2的通量水平，和物镜具有在激光波长λ下防反射的涂层。 本申请的另一个实施方式是在其外表面下具有标记的玻璃。该标记位于在表面下20-200微米范围内，而在玻璃内不形成微裂缝，也不在玻璃表面形成标记。标记的大小不大于50微米。 根据第二个实施方式的具体方面，玻璃可以是特征为至少600℃的应变点和25到40×10-7/℃的热膨胀系数的平板。标记可用不具备偏光镜的显微镜观察。表面下线条可以由从顶视图看基本是圆形或椭圆的标记组成，其在空间上彼此至少90％重叠。该线条的宽度小于10微米，具体说，是约2-5微米。 当本申请提到在玻璃外表面下的某深度形成标记时，这是指到激光标记质心(centroid)中央。因此，当提到例如在具有6微米标记质心(或标记沿z轴伸展的距离)的玻璃表面下深50微米处的标记时，50微米深是到质心中点，因此在该具体深度上下标记各有3微米。 在康宁股份有限公司的已公开国际专利申请WO2006/116356中讨论了玻璃基准标记，在此完整引入以供参考。可在Liu，X.等的论文，“激光烧蚀和超短波紫外激光脉冲显微机械加工”，Quantum Electronics的IEEE杂志，Col.33，No.10，1977年10月中找到有关线性和非线性吸收的讨论，其在此完整引入以供参考。 将从附图和下面的详细描述中得到本申请的许多其它特征、优点和完整理解。应理解上述
技术实现思路
使用了广义描述，而下面的详细描述使用是更狭义的描述，并且提出了具体实施方式，它们不应当被视为对权利要求所限定的专利技术范围的必需限定。 附图说明 图1是本申请中使用的激光装置的示意图。 图2显示了作为紫外范围内波长的函数的玻璃平板透光度。 图3是一张来自光学显微镜的照片，显示在玻璃平板上和内的激光标记。 图4是一张来自光学显微镜的照片，显示在玻璃平板内激光形成的表面下线条。和 图5是一张来自光学显微镜的照片，显示图3中的玻璃平板的截面，其中每个标记各向下50微米。 具体实施例方式 参照图1，说明了本申请的一个实施方式，其中用光束扩展器102(例如3X光束扩展器)扩展由激光器101(例如266nm Nd:YVO4或钒酸钕DPSS激光器)产生的激光。用光束弯曲器103或镜子将激光引到具有特定数值孔径NA的光学物镜104的入射光孔上。玻璃材料105被置于XYZ运动台(motion table)上(在该图中未显示)。激光垂直照射在玻璃表面，这保证表面下标记相对于玻璃表面的深度是恒定的。通过z向运动将物镜104的焦点调到玻璃表面或玻璃体内部。或者，可将由激光器和镜片101-104构成的激光标记系统置于支架上，在其上激光标记系统可以相对于静态玻璃材料作三维移动。 当就在玻璃表面下(即200微米或更浅)形成标记时，一项顾虑是表面损伤阈值通常比本体材料(bulk material)的要小几倍。为了在本体标记(bulk marking)时避免损伤玻璃表面，表面光强应维持在低于表面损伤阈值下，而同时维持焦点的光强足够高以有效激光标记。光强I是激光功率P和光束大小(size)A的函数 I＝P/A.(1) 从上面的公式可以看出，降低激光瞬时功率并增加玻璃表面的光束大小能使玻璃表面的强度减弱。在给定的瞬时激光功率下，玻璃表面的激光束大小应当足够大，以避免由于激光烧蚀引起的表面损伤，而焦点的大小应当足够小，以有效激光标记。为了实现这个，使用具有大数值孔径的短焦距物镜，以得到高度分散的激光束，从而使激光束的大小在材料表面大得多。 单元短焦距透镜通常会有像差缺陷，其随着焦距缩短而增强。用于本申请的激光具有相当窄的光谱线宽度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在玻璃内形成表面下标记的方法，包括：　　对玻璃施加辐照光束，所述辐照具有≤４００ｎｍ的波长；　　其中用能有效改变玻璃密度和得到的折射指数的标记设备的标记参数施加光束，以在玻璃中形成大小不大于５０μｍ的表面下标记，而不在玻璃中形成微裂缝，也不在玻璃表面上形成标记。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李兴华，CR尤斯坦尼克，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]