当前，智能手机已经成为人们生活中的必需品。我们几乎每分钟都会触摸智能手机的显示屏。得益于机械或化学性能的稳定，让这些手机屏幕非常耐用。显示屏具备的足够硬度使其可以承受住很大压力，甚至多年使用下来都没有磨损迹象。

但另一方面，材料的硬度通常总是伴随着脆性。手机的玻璃屏幕在出现缺陷或受到冲击时容易断裂，这几乎是每个智能手机用户都可能会遇到的问题。

激光作为“纳米锯”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。如果光子密度足够高，在这种情况下再聚焦超短激光脉冲，透明材料内部往往会生成特定的缺陷。

过去的研究发现，选择一个焦点形状对于单通道的基材修改非常有益。细长的、无衍射的像贝塞尔高斯光束这样的焦点分布，能够产生高质量的玻璃边缘。激光修改步骤即大量修改的生成，仅代表整个过程的一半。在第二步中，必须沿改性表面分离弱化材料，例如通过施加机械应力或热应力。

在通快集团技术领域经理Daniel Flamm与其他人合写的《保护边缘：超快激光改性C形玻璃边缘》(Protecting the edge: Ultrafast laser modified C-shaped glass edges)论文中，作者指出无论是采用先进的激光加工工艺或是传统的划线机和中断工艺，切割后的玻璃将呈现出垂直边缘。正是在这一点上，脆硬材料在微小的角半径处显示出主要弱点。如果此处发生撞击，应力会以直角累积，材料响应会出现裂纹或缺口。

实验的目标是大幅降低玻璃边缘的直角，使基板不易受到冲击或产生缺陷。尤其当与玻璃表面的切角达到45°时，特别需要倒角、斜面或C形。这时候，激光作为一种成形工具，其焦点分布假设是采用所需的玻璃边缘轮廓。对此，论文作者开发了一种全息分束技术（holographic beam splitting technology），可以在一个加工作体积内任意排列大量光斑。

■具有直面和倒角边缘的高质量激光切割玻璃基材的图像

可以同时分布100多个焦点的边缘轨迹几乎没有限制。可以想象的是，倒角和斜面形状就像屋顶边缘、半圆或多台阶一样。调整后的加工光学元件，能够通过单通道特别有效和精确地修改玻璃基材。不需要光学倾斜，甚至不需要工件翻转。这种激光加工非常具有吸引力，切割和边缘成形可以一次成型。

论文中，研究团队在分离步骤上是通过湿化学蚀刻实现的，湿化学蚀刻已被证明有利于显示玻璃的边缘质量和强度。在这个过程中，这类激光改性是弥合玻璃内部裂缝的有效办法。蚀刻溶液可以高效渗透进入透明玻璃的内部，不到一小时导致基材分离。以这种方式生产的具有定制边缘的玻璃满足了厂商的需求，包括粗糙度、机械稳定性和吞吐量。

此外，几位作者还在该论文中展示了利用全息3D分束器的先进能量沉积技术，可以基于激光制造倒角的玻璃边缘。这一创新研究将为其他领域开拓新前景，例如焊接、数据存储、波导写入或过孔生成等领域。

■扫描电子显微镜观察下的具有不同边缘轮廓的玻璃基材

与作者对话

Daniel Flamm完成博士学位后加入了通快集团，主要运用他所学的塑造复杂光态的知识进行激光材料加工方面的研究。通快开发的光源可提供非常高的能量和功率水平。他热衷于利用这些极端光状态，以便将它们用于微米和纳米级的精细加工。

Q：是什么激励你开始这个项目？

A：在均匀介质中，光通常沿光轴直线传播。焦点沿着加速轨迹传播，因此光线可以被引导到拐角处时，我对这个很着迷。通过这种方式，实现了一种可以呈现成品形状的轻型工具。在本案例中，我所在的团队开发了一种新型全息分束工具，可实现全新的激光材料处理。

开发的工艺能够在一次激光过程中创建具有定制形状的玻璃边缘。这缓解了传统切割基材的最大弱点：典型垂直玻璃边缘的微小角半径。正是在这里，一旦发生碰撞就会容易产生裂纹。激光加工为制造商节省成本，让玻璃切割和倒角处理特别有吸引力，而不再需要传统的耗时工艺，如机械研磨和抛光。不仅显示行业可能会发现这个过程非常有趣，所有的玻璃和光学产品制造商也会如此。

Q：在研发过程中，你觉得最具挑战性或最令人惊讶的是什么？

A：一开始，我们在数字问题上苦苦挣扎，这意味着设计全息图的计算工作量。然而，我们已经设法将计算时间从几天缩减到几分钟。值得注意的是，我们通过液晶显示器实现的数字全息图，实际上允许我们在模拟中预测光的精确相位调制。令人惊讶的是，我发现快速激光参数会损坏材料，从而让选择性时刻成为分离步骤的明显选项。

Q：你认为是什么导致了论文中展示的快速成功？

A：当然，这是一个伟大的团队努力，不同学科之间的紧密联系。其中我也看到通快的实力。激光和光学开发、材料等不同领域的顶尖专家通力合作，才能取得现在的成果。我要特别提到团队的材料科学家Myriam，他指导了实验过程，并对合适的激光参数和相应的材料响应给出正确的意见。

Q：你提到这项技术会给显示玻璃行业带来很大的好处，还有其他行业领域因此而受益吗？

A：我们确信，激光光学技术可以在聚焦单元的工作空间内任意分割多个光点，这将引发几个新的应用。当然，我们研究的主要重点是处理透明材料。谈到这项技术的应用前景，我想像焊接、数据存储或钻孔等领域都会很有前途。

对于非透明材料，当曲面必须进行激光纹理处理时，这种技术优势也显现出来了。我们目前正在研究各种其他概念，由于知识产权的原因，目前无法提及。在材料加工领域之外，我们看到了粒子操纵和显微镜的潜力。

Q：目前是否有制造商使用了这种方法？

A：还没有，但已经有几个潜在客户对我们的工作感兴趣。每个人对于完美的玻璃边缘形状都有自己的想法。因此，我们看到了实验过程的巨大优势，几乎可以提供任何形式的服务。

Q：行业采取这种方法需要什么条件？

A：在微加工业务中，通常我们的模式是提供超快激光源和加工光学元件。然后，我们与集成商合作，他们完成激光材料加工的设备整合。如前所述，分离步骤可通过湿化学蚀刻完成。在这方面，我们也与可靠的合作伙伴合作。我们将在不久的将来提供有关产品开发状态的信息。