利用超短脉冲激光的透明材料加工的制作方法与工艺

利用超短脉冲激光的透明材料加工相关申请的交叉引用本申请要求2008年3月7日提交的美国申请序列号61/064,476的优先权，该美国申请的发明名称为"Transparentmaterialprocessingwithanultrashortpulselaser(利用超短脉冲激光的透明材料加工)"。本申请要求2009年1月22日提交的美国申请序列号61/146,536的优先权，该美国申请的发明名称为"Transparentmaterialprocessingwithanultrashortpulselaser(利用超短脉冲激光的透明材料加工)"。美国申请序列号61/064,476和61/146,536的全部内容在此被结合入本文引用。本申请与申请日为2006年9月8日、名称为"Transparentmaterialprocessingwithanultrashortpulselaser(利用超短脉冲激光的透明材料加工)"的美国申请序列号11/517,325相关，该美国申请11/517,325要求申请日为2005年9月8日的美国申请序列号60/714,863的优先权。美国申请序列号11/517,325和60/714,863的全部内容在此被结合入本文引用。申请11/517,325以美国专利申请公开号20070051706于2007年3月8日公开。上述申请均受让于本申请的专利受让人。技术领域本发明涉及透光材料的超短脉冲激光处理，包括材料划片、焊接和标记。

背景技术：
A.切割和划片透光材料的切割通常通过机械方法进行。也许切割薄平材料的最常用方法是利用机械切割机(划片机)。这在微电子行业中是切割硅片的标准方法。不过，这种方法产生大量的碎片，这些碎片应当受控制以避免部件污染，导致增加所述工艺的整体成本。此外，用于高级微处理器设计的较薄晶片在用划片机切割时易于损坏。为了解决这些问题，用于“划片和切割”材料切割的当前现有技术使用不同类型的激光在沿划片线断开材料前先在材料上划出表面槽。例如，亚皮秒激光脉冲已被用于切割硅和其它半导体材料(H.Sawada，“Substratecuttingmethod(基片切割方法)”，美国专利号6,770,544)。另外，聚焦的散光激光束已被用于为材料切割产生单个表面槽(J.P.Sercel,“Systemandmethodforcuttingusingavariableastigmaticfocalbeamspot”，美国专利申请号20040228004)。该专利声称通过优化散光聚焦几何形状，可以获得增大的处理速度。为了获得精确、高质量的切割，槽必须具有一定的最小深度，其值随着应用而变化(例如，100μm厚的蓝宝石需要大致15μm深的槽以供可接受的切割)。由于槽的深度随着扫描速度增加而减小，最小的深度要求限制了最大的扫描速度，并因此限制了激光划片系统的总体处理能力。材料切割的另一技术采用多光子吸收以在透明靶材料体内形成单个激光改性的线特性(F.Fukuyo等人,“Laserprocessingmethodandlaserprocessingapparatus”，美国专利申请号20050173387)。在表面槽的情况，要求这种亚表面特征的特定最小尺寸，以便获得精确、高质量的材料切割，这等同于对材料切割的处理速度进行限制。“划片和切割”材料切割的值得注意的应用是用于分离各电子和/或光电子器件的晶圆划片。例如，采用蓝宝石晶圆划片进行蓝光发光二极管的切割。通过后侧激光烧蚀可以实现晶圆切割，使得晶圆前侧上的器件污染最小化(T.PGlenn等人，“Methodofsingulationusinglasercutting”，美国专利号6,399,463)。另外，可以利用辅助气体来帮助切割基片的激光束(K.Imoto等人，“Methodandapparatusfordicingasubstrate”，美国专利号5,916,460)。此外，可以首先利用激光来划表面槽并随后利用机械锯片来完成切割，对晶圆进行切割(N.C.Peng等人，“Waferdicingdeviceandmethod”，美国专利号6,737,606)。所述应用通常大量进行并因此处理速度尤为重要。一种工艺利用两种不同类型的激光，一种刻划材料，而另一种断开材料(J.J.Xuan等人，“Combinedlaser-scribingandlaser-breakingforshapingofbrittlesubstrates”，美国专利号6,744,009)。类似的工艺利用第一激光束生成表面划片线，并利用第二激光束使非金属材料分裂成单独片(D.Choo等人，“Methodandapparatusforcuttinganon-metallicsubstrateusingalaserbeam”，美国专利号6,653,210)。用于划片和裂化的两种不同的激光束还被用于切割玻璃板(K.You，“Apparatusforcuttingglassplate”，国际专利申请号WO2004083133)。最后，通过在材料的顶面附近聚焦激光束并且使焦点向下移动穿过材料到达底面附近，同时在聚焦的激光束和靶材料之间提供相对横向运动，单个激光束可被用于划片和裂化材料(J.J.Xuan等人，“Methodforlaser-scribingbrittlesubstratesandapparatustherefor”，美国专利号6,787,732)。B.材料连接两种或更多光学透明材料的连接(例如玻璃和塑料)对于不同行业中的应用是有用的。任何类型器件的构造可以从所述连接工艺受益，其中在所述器件中光学透明性或者具有补充功能性，或者产生额外价值(例如，美观)。一个示例是在需要目测检查处的部件的气密封接(例如，电信和生物医学行业)。在一些应用中，传统的连接工艺(例如，粘合剂、机械连接)是不够的。例如，在生物医学植入装置的情况，许多粘合剂可能证实是会引起排斥的。对于其它设备，粘接对于特定的应用完全可能不足够坚固(例如，高压密封)。对于所述需求，激光焊接提供了理想的解决方案。在微流体系统中，希望用覆盖整个装置的盖帽件密封各互相间紧密间隔的通道。由于不同微流体通道间的接触区域小，用其它方法可能难以实现坚固、牢固地密封连接。激光焊接可以精确定位这些微流体通道之间的结合区域并提供牢固密封。当前的现有技术中用于激光焊接透明材料的包括：(1)利用CO2激光，其波长(～10μm)被许多光学透明材料线性吸收，或者(2)在透明材料的界面引入其它材料，它专门设计用于吸收激光辐射，从而导致材料的加热、熔化和熔融。上述两种方法均受限于它们的功能性和/或它们的实施费用大。脉冲CO2板条激光器已被用于将Pyrex(耐热玻璃)焊接到Pyrex(耐热玻璃)，并且将聚酰亚胺和聚氨酯结合到钛和不锈钢(H.J.Herfurth等人,"JoiningChallengesinthePackagingofBioMEMS"，ProceedingsofICALEO2004)。另外，熔融的石英和其它耐热材料已经用10.6μm的CO2激光进行焊接(M.S.Piltch等人,"Laserweldingoffusedquartz"，美国专利号6,576,863)。使用所述CO2激光不允许通过聚焦光束穿过厚顶层材料来焊接，因为在可到达界面之前激光辐射已被吸收。另一缺陷是大波长不能够使光束聚焦到小光斑，从而限制了它在微米尺寸上形成小焊接结构的使用。另外，对于人眼来说是透明的吸收层可以设置在待焊接的两种材料之间，例如聚酰氨和丙烯酸(V.A.Kagan等人,“AdvantagesofClearweldTechnologyforPolyamides”，ProceedingsofICALEO2002)。具有线聚焦的二极管激光器随后被用于焊接(T.Klotzbuecher等人,“Microclear-ANovelMethodforDiodeLaserWeldingofTransparentMicroStructuredPolymerChips”，ProceedingsofICALEO2004)。染料层专门设计用于吸收激光的波长(R.A.Sallavanti等人,“Visiblytransparentdyesforthrough-transmissionlaserwelding”，美国专利号6,656,315)。用于将玻璃结合至玻璃或金属的焊接工艺采用激光束来熔化待焊接表面之间的玻璃焊剂(M.Klockhaus等人,“Methodforweldingthesurfacesofmaterials”，美国专利号6,501,044)。另外，通过利用线性吸收激光波长的中间层可以将两种光纤焊接在一起(M.K.Goldstein,“Photonweldingopticalfiberwithultraviolet(UV)andvisiblesource”，美国专利号6,663,297)。类似的，通过插入吸收中间层可以将具有塑料护套的光纤激光焊接至塑料套管(K.M.Pregitzer,“Methodofattachingafiberopticconnector”，美国专利号6,804,439)。使用额外的吸收材料层具有明显的缺点。最显而易见的是购买或制备适于所述工艺的材料的成本。一个潜在的代价更高的问题是有关于将该附加材料整合入制造工艺的加工时间的增加。随着希望焊接区域的尺寸逐渐变小，所述成本预期会急剧上升，如在生物医学植入装置的情况。使用中间光吸收层的另一个缺点是，该中间光吸收层可能会将污染物(杂质)引入要密封的区域。在微流体系统的情况，光吸收层会与流过通道的流体直接接触。将透明材料焊接到吸收材料的一种方法称为透射焊接。在该方法中，激光束聚焦穿过透明材料并聚焦到吸收材料上，导致两种材料的焊接(W.P.Barnes,“Lowexpansionlaserweldingarrangement”，美国专利号4,424,435)。该方法通过引导多色辐射穿过顶部透明层并将辐射聚焦到底部吸收层已被用于焊接塑料(R.A.Grimm,“Plasticjoiningmethod”，美国专利号5,840,147；R.A.Grimm,“Joiningmethod”，美国专利号5,843,265)。在该方法的另一示例中，对于激光波长透明的黑色模制材料被焊接至相邻材料或通过吸收激光波长的附加焊接辅助材料进行焊接(F.Reil,“Thermoplasticmoldingcompositionanditsuseforlaserwelding”，美国专利号6,759,458)。类似的，另一种方法利用至少两种二极管激光器与投影掩模的辅助来焊接两种材料，其中至少一种材料吸收激光波长(J.Chen等人,“Methodandadeviceforheatingatleasttwoelementsbymeansoflaserbeamsofhighenergydensity”，美国专利号6,417,481)。另一种激光焊接方法在两种材料间的界面上进行激光束的连续扫描以便递增地加热材料直到出现熔化和焊接(J.Korte,“Methodandapparatusforwelding”，美国专利号6,444,946)。在该专利中一种材料是透明的，而另一种材料吸收激光波长。最后，一种方法利用紫外线、激光，X射线和同步加速器辐射来熔化两件材料，并随后使所述材料接触以形成焊接(A.Neyer等人,“Methodforlinkingtwoplasticworkpieceswithoutusingforeignmatter”，美国专利号6,838,156)。已公开了激光焊接用于有机发光二极管的气密封接，其中在两个基片之间至少有一层有机材料(“Methodoffabricationofhermiticallysealedglasspackage”，美国专利申请公开号20050199599)。Tamaki等人在“WeldingofTransparentMaterialsUsingFemtosecondLaserPulses”，JapaneseJournalofAppliedPhysics,Vol.44,No.22,2005中讨论了在1kHz下利用130-fs的激光脉冲来结合透明材料。不过，已知低重复率超短脉冲(kHz)的材料相互作用与高重复率超短脉冲(MHz)的相比明显不同，这是由于电子-声子耦合时间常数和累积效应的原因。C.亚表面标记玻璃中亚表面标记的图案结构已被艺术家们用来创作2D肖像和3D雕刻作品。这些标记被设计成在各种不同条件下是强可见的，而无需外部照明。在光学透明材料表面下的紧密聚焦能量可以产生可见的放射状传播的微裂。长脉冲激光通常用于产生这些标记。若干篇专利讨论了这些径向裂纹的大小和密度的变化，以控制随后图案的可见性(美国专利号6,333,486，6,734,389，6,509,548，7,060,933)。通过中心激光点周围的裂纹密度而不仅是标记的大小可以控制标记的可见性(美国专利号6,417,485,“Methodandlasersystemcontrollingbreakdownprocessdevelopmentandspacestructureoflaserradiationforproductionofhighqualitylaser-induceddamageimages”)。美国专利号6,426,480(“Methodandlasersystemforproductionofhighqualitysingle-layerlaser-induceddamageportraitsinsidetransparentmaterial”)采用单层的平滑标记，其中亮度由光斑密度控制。增大记录激光器的脉冲持续时间会增大标记的亮度(美国专利号6,720,521,“Amethodforgeneratinganareaoflaser-induceddamageinsideatransparentmaterialbycontrollingaspecialstructureofalaserirradiation”)。

技术实现要素：
通过非线性吸收，超短激光脉冲可以将能量堆积在透明材料体内的定义极其明确的区域中。匹配激光特性和加工条件可以产生一系列折射率上的特征、变化，能够实现光波导、熔化和内部界面处的随后结合，或者形成散射光的光缺陷。激光的高重复率和显著的脉冲-脉冲交叠导致由相同区域中在先激光照射和随后脉冲形成的材料改性间的额外交互作用。光围绕原有改性衍射并通过相长干涉，在先前改性的“阴影”中形成另一光斑，通常称为“阿喇戈光斑(spotofArago)”或“泊松光斑(Poissonspot)”。光斑的大小和强度随距离增大，其中强度渐近地接近输入激光强度。本发明的一个目的是与传统的技术相比能够以更高的速度彻底地断开透明材料。这通过利用超短激光脉冲在材料上形成表面槽和在材料体内形成一个或多个激光改性区域(或者可替换的，仅多个亚表面激光改性特征)来实现，其中光束仅单程通过材料。因为多个划片特征同时形成，位于材料的表面上和材料体中，或者仅在材料体中，随后切割的成功不必然取决于表面槽深度。在已划片材料的切割工艺中，断裂从表面划片结构开始并向下传播穿过材料。如果表面槽太浅，断裂会趋于偏离方向，导致低质量的切割面和较差的切割工艺精确度。不过，由于在材料体内存在额外的划片结构，断裂沿希望方向被引导通过材料，导致与仅有浅表面划片的情况所期望的相比更高的切割精确度和刻面质量。如果块状材料的足够部分在表面下被改性，断裂可以从亚表面改性区域开始并穿过材料体传播到邻近改性区域，而无需表面刻片线。使表面槽的尺寸最小化或完全消除表面槽也减少了由可能污染加工环境或需要更广泛后处理清洁的工艺产生的碎片。本发明的另一目的是通过在表面下聚焦超短激光脉冲在透明材料上生成亚表面缺陷的图案。相对于划片稍微改变处理条件可以在散射光的表面之下产生光学缺陷。通过控制这些缺陷的特征和结构，使得这些图案在从一侧照射时清晰可见，而在没有光照时难以看见。亚表面标记的该特性可用于车辆的指示标志或光、警告标志或光，或者为普通玻璃增值(例如，在艺术上)。该技术区别于已知的激光标记技术，已知激光标记技术的设计使得材料中产生的缺陷总是清晰可见。在本发明的一个实施例中，光学缺陷的图案在透明材料内的不同深度处形成。在不同深度处具有标记避免了“阴影”效应，其中一个标记阻止照明光到达随后的标记。该结构同时减少了不定向的来自环境照明源的散射量，增强了开-关状态之间的对比。这些缺陷可以是离散点或延伸线。这些缺陷的小尺寸和更为平滑的轮廓使得它们在不受光照时可见度减小。另外，基片会更坚固并且不易受到裂化传播，这是由于热或机械应力的原因，尤其对于薄透明材料。小尺寸还允许每单元厚度上由更多离散记录位置，增大了给定厚度透明材料的图案分辨率。在光照时标记的可见性和无光照时标记的不可见性之间有权衡。该权衡可通过控制照明光源强度、标记的尺寸和平滑度以及标记间的间隔进行调整。标记尺寸的控制参数包括脉冲持续时间、能流、和激光的重复率和波长，以及材料内焦点的深度和运动速度。值得注意的是，对于具有光、热和机械特性的透明材料，需要调整这些参数。可见性在观察方向上进行评估，例如在接收散射光照的立体角内。本文所指的可见性不限于可见波长的检测和通过肉眼观察。本发明的实施例一般可应用于沿检测方向检测辐射，并在透明材料内具有合适的结构辐射。可以使用波长在材料透明度范围内的不可见光源。随后可以利用在此波长作出响应的检测器。希望的图案可以由离散像素的集合构成，其中每个像素是平行线或其它几何形状的集合。采用像素能够形成整体较大的图标，具有较少的线和更大的可见对比度。亚表面图案可以通过适当聚焦的光源进行照明。聚焦对于有效地照亮图案和使漫射光减到最小是重要的。如果光源和图案之间的距离相当短，则该照明光可以直接从光源进行传送。如果距离长，透明材料的顶面和底面之间的总内部反射可用于引导光。另一种替代方式是在透明材料中形成光波导以传送光。光波导传送的一个优点是光源和图案之间的路径不需要是直的和/或短的。对光波导传送，波导的输出端应当适当设计以照亮所需的图案。同一区域中的两个图案可以通过两个不同的光源分别区分和可控地照明。相应图案的照明源的轴垂直于构成该图案的标记。通过这种方式，来自特定照明源的最大散射(和最大可见度)可被选择仅用于指定的图案。在至少一个实施例中，基于激光的材料改性在基本透明的材料(除了玻璃外)上或者内产生特征。例如，塑料、透明聚合物和类似材料具有一些希望的特征。一些希望的材料特性包括：减少的重量(相对于玻璃大约为其四分之一)，柔性(能够弯曲基片以形成不同的形状)，减小的厚度(提供通过固定边缘照明增大亮度的能力)，以及增强的材料强度(具有减小的易受碎裂性)。用于处理透明聚合物(聚碳酸脂，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等)的能流小于玻璃的能流。在一些实施例中，激光参数(例如脉冲宽度，重复率，和脉冲能量)可能与用于玻璃加工的适当参数值重叠。不过，某些材料，尤其是聚碳酸脂，可以通过低得多的能量和较短的脉冲宽度进行处理。所形成的结构(特征)可能因此更为受控。所述体中可形成的结构密度可能增大。聚碳酸脂或类似材料的薄部分还有利于形成单一设计中的可切换元件。此外，材料内形成的特征(结构)一般能够降低对任何不希望微裂或材料深度内其它不想要变化的任何易受性。在一些实施例中，可以形成可切换或可访问的图标。如前文关于在透明材料中生成亚表面缺陷的图案所讨论的，可以进行各种权衡以改进可见性。图案可被横向或以不同的深度设置并且以不同的角度观察或照明，包括非正交照明和观察条件。一个或多个受控的照明源可以直接照亮要观察的结构。在一些实施例中，内部波导或光导可以将能量传送到结构。一般希望当从希望方向照明时提供高对比度，在元件之间具有低水平或不可察觉水平的炫光，防止由串扰(例如，杂光)造成的对比度损失或在检测角度内产生不想要辐射的任何现象。本发明的另一目的是能够利用高重复率飞秒脉冲激光结合两件干净材料而无需补充的结合剂。在两个透明材料件的接触区域聚焦高重复率超快激光束通过局部加热会形成结合。足够热积聚所需的重复率取决于许多不同工艺变量，包括脉冲能量、光束聚焦几何结构，和待焊接的特定材料的物理特性。影响飞秒激光点结合工艺的条件的理论分析强调确定工艺的最佳聚焦条件(M.Sarkar等人，“TheoreticalAnalysisofFocusingandIntensityMechanismsforaSpotBondingProcessUsingFemtosecondLaser”，IMECE2003-41906；2003ASMEInternationalMechanicalEngineeringCongress,2003年11月,美国华盛顿特区)。由于激光辐射的非线性吸收(由超短脉冲持续时间导致)，以及材料内脉冲至脉冲热量的积聚(由高重复率导致)，透明材料的焊接可以通过现有其它方法无可比拟的某种程度的简单性、灵活性和有效性实现。非线性吸收工艺允许将吸收的能量集中在焊接界面附近，这使损坏并因此对于材料其余部分的光学畸变减到最小。当密集通道需要被分离时，精细焊接线是可能的。另外，本发明的实施例通过将高重复率超短脉冲光束的聚焦区域引导到要连接的材料的界面附近处，能够通过激光连接对激光辐射的波长透明的两种材料。激光脉冲重复率在约10kHz和50MHz之间，而激光脉冲持续时间在约50fs和500ps之间。选择激光脉冲能量和光束聚焦光学器件，以便在待焊接的区域处生成大于约0.01J/cm2的能量能流(每单元面积的能量)。焊接的最佳能流范围取决于要焊接的特定材料。对于透明聚合物(聚碳酸脂，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等)，所需的能流小于玻璃的能流。这是由于材料的广泛不同的物理特性。例如，PMMA的熔化温度是～150摄氏度，而熔融石英是～1585摄氏度。因此，熔化熔融石英需要明显更多的激光能流。其它重要的材料特性包括热容量和导热性。焊接聚合物的能流范围在约0.01和10.0J/cm2之间，而焊接玻璃的相应范围在约1.0和100J/cm2之间。一般，焊接要求待连接的两个表面之间几乎没有间隙。本发明的一个目的是在要结合的两件材料间的界面处形成凸起的脊，连接两者间的任何间隙。通过在表面稍下聚焦高重复率fs脉冲，加热、熔化和压力可导致玻璃表面的局部上升。这些隆起在10(数十)nm量级-几μm高。在堆积的能量不足以引起凸起的脊结合至配对件时，在稍微更高聚焦位置的第二程激光随后会将脊焊接至配对件。如果单个脊的高度不足以连接间隙，可以形成在上配对表面上的第二个脊。此外，通过本发明可以实现具有不同程度的线性吸收的材料的焊接。尽管本发明利用非线性吸收现象作为将能量耦合到材料的主要方式，应当理解，显示一定量辐射激光脉冲的线性吸收的材料也可利用本文所呈现的方法进行焊接。与本发明相关的线性吸收的重要方面是对于较高的线性吸收，光束可以聚焦穿过材料的厚度减小。此外，较高的线性吸收减小了焊接结构的局部化程度。激光能流的空间分布也可以影响焊接质量。尽管通常的激光加工涉及聚焦高斯(Gaussian)激光束以产生较小的高斯激光束，可以采用新的光束成形方法以便改进特定焊接工艺的质量和/或效率。例如，将通常的高斯能流分布转变成空间均匀的能流分布(称为“平顶”或“顶帽”强度分布)可能导致更均匀的焊接结构。脉冲的超短特性允许激光能量通过非线性吸收过程耦合入透明材料；不过，仅此并不能实现激光焊接，因为该过程一般并不导致材料加热。是另一方面的高脉冲重复率与特定范围的其它加工条件的结合使得材料内热量的积聚，从而可以实现材料的熔化，以及随后的冷却和连接。由于没有补充的结合剂，减少了加工时间和费用，消除了由于过量结合剂造成的设备内部污染，并且可以保持精尺寸公差。结合点和线可以非常接近其它结构而不会造成任何干涉。另外，由于在聚焦体的集中能流和非线性吸收过程，邻近焊接区域材料的非常有限的热变形是可能的。在至少一个实施例中，多个激光束在不同深度快速生成和聚焦以改变靶材料。在至少一个实施例中，聚焦的光束共线并沿共同的方向传播到材料表面处或材料表面附近、或材料内的相应焦点。系统可被设置成使得多个光束的生成是同时的，在预定时间间隔内，或上述的任何适当组合。在至少一个实施例中，聚焦的光束可以包括不同的波长，每个波长超出材料的吸收边缘，使得靶材料在所述波长下具有高透射性。在至少一个实施例中，短脉冲宽度(例如在飞秒(fs)到皮秒(ps)范围)提供脉冲间任何时间重叠的控制，以及紧凑系统结构。各种实施例改进了相对于单个光束可获得的处理速度和具有不同光束焦点位置的多个处理路径，并可以改进材料处理结果。附图说明通过结合附图的下文说明能够更为清楚地理解本发明，其中：图1是根据本发明的一个实施例在划片透明材料的方法中使用的系统的示意图，其中(a)示出了系统结构，而(b)示出了划片和随后切割的详细视图；图2是根据本发明的一个实施例，示出了表面和由聚焦高斯光束产生的块状划片结构；图3是根据本发明的一个实施例，利用轴锥透镜生成多个亚表面划片线的系统的示意图；图4是用于本发明一个实施例的聚焦高斯散光束的强度等值线图；图5示意性地示出了设置以形成具有相对于靶材料在深度上间隔的光束腰的多个聚焦光束。图5a示出了设置以同时生成多个焦斑的衍射光学元件(DOE)。图5b-5c示意性地示出了用于快速形成共线多个聚焦光束的不同结构。图5d示意性地示出了形成在不同深度，并具有不同形状和对比度的结构的示例。图6是根据本发明的一个实施例在焊接透明材料的方法中使用的系统的示意图，其中(a)示意性地示出了系统，而(b)是放大图，示出了在邻接材料内聚焦的光束细节。图7示出了焊接工艺，其中凸起的脊用于填充两件材料间的间隙。(a)示出间隙，(b)示出通过在下材料件表面稍下聚焦激光束形成的脊，而(c)示出当激光聚焦上移至凸起的脊和要结合的上材料件之间的界面时所形成的焊接。图8-10示出了亚表面标记的示图，其中箭头标记已用作本发明的可行标记的示例；图11示出了对于示例性标记纵横比的边缘照明和标记几何结构的示图。图12和13是边缘照明的两个示图，从基片的边缘观察，示出了当记录标记图案时激光束的方向和观察者系统会检测已标记图案的方向。图14a、14b和14c示出了由线聚焦光源进行边缘照明的、在单个基片中的不同深度记录的两个图标的照片。图15是示例性示图，示出了多层数字计数器图标，其中阵列中特定元件的选择性照明产生希望的离散图案。图15a示出了微标记记录在两个不同基片之间的界面处或附近并且一个基片中的总内部反射被用于边缘照亮图案的结构。图16示出了用于在薄板中耦合边缘照明的偏置边缘照明。图17-18是具有非边缘照明和投影屏的两个示图，从基片的边缘观察，示出了当记录标记图案时激光束的方向和观察者会看到标记图案的方向。图17是示图，其中基片不正交于观察方向，但记录激光的方向正交于基片。图18是示图，其中基片不正交于照明和观察方向，而记录激光束的方向平行于观察方向。图19是光学显微照片，示出了激光划片发明的一个实施例的实验结果。图20是图像序列，示出了根据本发明一个实施例的熔融石英焊接。(a)示出了在分离焊接前的熔融石英，(b)示出了分离焊接后的熔融石英的底面，而(c)示出了分离焊接后的熔融石英的顶面。图21-23是根据本发明制成的玻璃标记样品的照片；和图24a和24b是利用长脉冲激光通过激光标记制成的现有技术装饰物的照片，及其单独标记。图25a和25b示出了从玻璃和聚碳酸酯采样获得的相应剖面的显微图像，定向类似于图11示意性所示。图26a-26d示出了用刚化玻璃和蓝宝石材料采样获得的各种实验结果。显微图像示出了用IR/绿光、共线、多焦点光束生成器获得的结果，提供在多个深度位置和不同横向(X-Y)位置聚焦的光束。具体实施方式1.超短脉冲激光划片图1示出本发明的一个实施例，一种用于划片透明材料以供随后切割的方法。本实施例采用激光系统1产生超短激光脉冲束2，生成希望激光束强度分布的光学系统6，和对于激光脉冲的波长透明的待划片的靶材料7。此外，Z轴台8用于光束聚焦位置控制(深度)，而自动X-Y轴台组件9一般被要求相对于聚焦激光束横向移动工件7。另外，激光束2可以通过利用扫描镜3,4和5相对于固定靶材料进行移动。激光束2被引导穿过光学系统6，所述光学系统将激光束2转换以形成希望的三维强度分布。被转换激光束的特定区域具有足够的强度，以通过非线性吸收过程引起靶材料的烧蚀和/或改性。材料烧蚀一般是指材料从强激光辐射的蒸发。材料的改性更广义地是指受辐射材料的物理和/或化学结构的变化，这可能影响裂纹传播穿过材料。对于特定材料，激光改性一般要求比激光烧蚀更低的光强。被转换的光束被引导朝向靶透明材料7，以便在材料7的表面内部和/或表面上的多个确定位置引起材料7的烧蚀/改性。烧蚀和/或改性区域一般位于沿光传播轴的材料7中并且以确定的距离在材料7中分隔。被转换光束和靶材料7相对于彼此移动，导致材料7中多个激光划片结构的同时生成。多个划片结构允许通过应用适当的力来切割材料7(参见图1(b))。图2示出了本发明的另一个实施例，其中具有高斯(Gaussian)空间强度分布的激光束10被聚焦以形成足够的强度用于靶材料11的非线性吸收和随后的烧蚀或改性。最紧密聚焦区域位于材料的表面之下在材料体11内的选定位置。此外，通过采用适当的聚焦光学器件和激光脉冲能量，强度足以引起材料烧蚀的区域同时产生在材料11的表面上或表面附近。重要的方面是选择脉冲能量和聚焦几何结构，以便有足够的强度能同时不仅在材料体内(其中设置有聚焦光束腰)而且在光束腰12之前的光传播轴上的另一点(在材料体内或材料表面上)引起烧蚀或改性。当激光脉冲遇到靶材料11，它们的高强度区域(接近径向高斯强度分布的中心)被材料非线性吸收并且出现烧蚀或改性。不过，激光束的外部空间区域(高斯强度分布的外边缘)强度太低以至于不能被材料吸收，并且继续向光束腰传播，位于材料体的更里面。在光束腰位置，光束直径小到足以再次生成足够的强度，以便在材料体内出现非线性吸收和随后的激光改性。在形成初始的表面结构后(阿喇戈(Arago)光斑)，直接位于表面烧蚀下的区域还可以通过随后脉冲的衍射和相长干涉被改性。相对较高重复率的激光源更好地以合理的平移速度实现该过程。在这些聚焦和脉冲能量条件下，相对于激光束10平移材料11导致同时生成多个激光改性区域(即，表面槽13和一个或更多个块状改性区域14，或两个或更多个块状改性区域)，所述区域一起使得材料能够精确切割。图3示出了本发明的另一个实施例，其中轴锥(锥形)透镜20用于生成多个内部刻片线21。当通过激光束22照明时，轴锥透镜20形成被称为零阶贝索(Bessel)光束的光束。这一名称源于在垂直于传播轴的平面中光强度分布的数学描述由零阶贝索(Bessel)函数定义，其中自光束中心的径向位置是独立变量。该光束具有独特的特性，包含的高强度中心光束点23比通过传统聚焦方法生成的类似大小光束点的情况用同样的小尺寸可以传播更大的距离(即，比传统聚焦光束的瑞利(Rayleigh)范围长得多)。中心强度场由多个光的同心环(未示出)环绕，其强度随半径增大而减小。由于它们传播矢量的向内径向分量，这些光环随贝索(Bessel)光束传播持续重建小的中心光束点25。因此，可以产生小的高强度中心光束点23，它在靶材料24的整个厚度上保持其小直径。因为密集光束聚焦的扩展范围，贝索(Bessel)光束通常也被称为非衍射光束。因为外环重建强中心点23，如果中心点23强到足以在表面26引起材料的烧蚀，所述环(它具有比烧蚀区域更大的直径)会在一短距离后会聚到光束的中心，导致强中心光束点的重建，在重建的光束点处可再次出现烧蚀或材料改性。通过适当的光学系统设计和足够的脉冲能量，烧蚀和随后光束重建的这个过程可以在透明材料24的整体重复。其它光学部件，例如梯度折射率透镜和衍射光学元件也可用于产生贝索(Bessel)光束。在本发明的另一实施例中，在本发明的光学系统中采用本领域技术人员公知的其它光束强度变换技术，以适应光束强度以便在靶材料中产生多个划片线。一种所述的方法利用散光光束聚焦以形成两个高光强度的不同区域，通过确定的距离分隔。图4示出了聚焦散光高斯光束的强度分布图，其中X和Y轴的焦平面被分开20μm的距离。注意两个不同高强度区域的存在(通过等光强轮廓线区分)。当应用在靶材料时，这两个区域可用于形成多个激光划片结构(特征)。多个亚表面改性线(有时与表面划片线一起)可用于精确地分割脆性材料如蓝宝石和玻璃。形成所述多个线可通过多程激光束进行。不过，多程增大了整体行进距离和加工时间。图5示意性地示出了通过多个聚焦光束处理表面和/或亚表面区域的结构。脉冲激光器的输出被多焦点光束发生器接收，所述多焦点光束发生器同时地或按顺序地产生在材料的不同深度聚焦的多个输出光束。在某些实施例中，生成的光束可以在相应的输出脉冲之间具有少量或没有时间重叠，具有更长的延迟，或任何适当的组合。输出光束具有的时间延迟可以超过单个脉冲的持续时间，它可能小于约100ps。在不同的实施例中，靶材料和脉冲光束相对于彼此移动，例如通过平移靶材料和/或光学子系统。所述结构可选地可以包括1D或2D扫描器，和/或靶定位器。例如，在某些实施例中，扫描系统可以将扫描光束通过远心光学系统(未示出)传送到靶材料，其中光束被快速传送到多个聚焦位置。扫描机构被重定位到其它靶位置，通过连续或离散扫描移动。多焦点光束发生器可被设置成在输出脉冲(和相应聚焦的多个光束)之间产生足够的时间延迟，使得在不同聚焦位置的等离子和材料改性彼此不干涉。优选地，脉冲光束生成和在多个深度聚焦比材料和光束间的任何运动发生地要快得多。因此，光束生成可被认为在特定时间量程上几乎同时。从而处理量相对于利用单个脉冲光束聚焦在一个深度位置的多程可获得的处理量提高了。在不同的实施例中，时间延迟可以低于10ns，并且在约100ps-约1ns的范围。不过，在某些其它实施例中更长的延迟可能是优选的。在一些实施例中，可以同时形成焦斑。在透明材料中产生多个划片结构(特征)的一个方法采用衍射光学元件(DOE)，它被设计成沿光束传播轴在不同位置处产生高光强的多个区域。图5a示出了所述的DOE是如何运行的。所述多个高光强区域当应用于靶材料时生成多个划片结构以供随后的材料切割。在一些实施例中，多个共线光束被生成并被聚焦通过一个聚焦目标(或可替换地，扫描系统)。每个光束的光束特征(尺寸、光束腰位置、发散度等)被改变，使得每个光束的聚焦位置不同，尽管利用相同的传送系统来聚焦光束。共线多焦点光束发生器的一些例子在图5b-1到5c-3中示出。所述附图示意性地示出了适于产生具有深度间隔光束腰的多个聚焦光束的光学子系统。作为时间函数的光功率图示出了对应于设置的随时间移位的输出脉冲的示例。在这些例子中，多光束发生器接收来自脉冲激光器的脉冲光束，例如一系列脉冲的单个脉冲。脉冲选择器，例如声光调制器(未示出)，可以通过控制器被控制，以便根据特定材料处理要求选择性地传输脉冲。多个光束随后通过多焦点光束发生器形成，至少两个具有在深度上间隔的不同光束腰位置。用于透明材料加工的激光装置可以包括飞秒脉冲源，例如可从IMRAAmerica获得的商用的基于光纤啁啾脉冲放大(FCPA)系统(例如FCPAμJewel)。型号D-1000提供亚皮秒脉冲，输出能量在约100nJ到10uJ的范围内，可变重复率范围为100KHz-5MHz，并且平均功率为约1W。一些实施例可包括多个激光源，例如皮秒(ps)和/或纳秒(ns)源，提供适于特定透明材料加工应用的脉冲特征。存在多种可行性。在一些实施例中，产生两个在深度上间隔的聚焦光束，并且至少一个光束聚焦在材料内。第二个光束可以聚焦在材料的表面处或表面附近、材料内、或在任何适于材料改性的深度位置。利用下文会进一步讨论的偏振光束分光器将单个输入激光束首先分成两个光束。两个光束之间的时间延迟可以通过改变光束路径的长度进行调整。例如，延迟可以通过在一个光束路径中插入额外的一系列镜以增大行进距离并从而增大两个脉冲间的时间延迟进行调整。通过使用fs或其它短脉冲宽度(例如小于100ps)，自由空间光路径长度是短的，从而提供紧凑的系统。光路径也可以足够长以避免脉冲间的时间重叠，无论何时所述重叠是要避免的。长于脉冲宽度的时间分隔可以避免光束间的光学干涉，并且增大的时间分隔可被设置成以避免与等离子、或激光材料交互的其它产品的交互作用。在图5b-15b-2和5c-1到5c-3的示例中，示出了两种方法用于分离输入光束并结合以形成共线的输出光束。第一种方法利用偏振差而第二种利用波长差。其它实施例可能利用基于偏振和波长技术的组合在空间上和/或时间上分离来自于脉冲激光的输入光束，并形成多个聚焦输出光束。参见图5b-1和5b-2，偏振光束分光器将来自于脉冲激光源的光束分成两个正交的偏振光束。在图5b-1中，p-偏振光束在聚焦目标处发散，而s-偏振光束被准直。因此，在本示例中，与p-聚焦相比s-聚焦更接近于光束发生器并且相对于靶材料深度较浅。在图5b-2中，p-偏振光束在聚焦目标处会聚，而s-偏振光束被准直，并且具有p-偏振的光束与s-偏振光束相比更接近于光束发生器聚焦，且相对于靶材料更浅。另外，光学系统可被设置使得s-偏振光束会聚或发散以增大聚焦分离。在上述示例中，两个光束的偏振是正交的。已知所述偏振差可以影响激光加工。图5b-3示出了所述偏振灵敏性。加工的硅基片结果显著受到线性偏振的影响。在一些实施例中，可以利用圆偏振来避免或减少偏振敏感效应。在光束被结合后可以使用四分之一波片(未示出)。离开四分之一波片的线性偏振光束会变成圆偏振输出，但有相位差180度。在不同的实施例中，基波长可被转换为一个或多个转换波长，例如通过谐波产生或其它波长转换技术。随后具有不同波长的光束在结合后在不同深度处聚焦。参见图5c-l和5c-2所示的示例，波长差被用于形成多个聚焦光束。在这些例子中，一个光束被分离并随后在重新结合前被转换成不同的波长。在这些例子中，近红外(IR)波长是绿光波长的倍频，并随后通过谐波分离器重新组合。在上述基于偏振的例子中，控制一个或两个光束的发散/会聚以调整两个光束的聚焦位置分离。图5c-3中示出的另一可替换例子提供了无需分开的共线聚焦光束。利用了剩余IR透射通过频率转换晶体。当IR光束被转换成第二谐波(SHG)，不是所有的IR能量都被转换。另外，在晶体之后的光束传播特征是不同的。举例来说，图5c-3所示的时间特征示出了表示色散介质内传播的输出脉冲之间的稍微时间位移(不按比例)，如同通过某些飞秒脉冲宽度可以产生的。两个光束(SHG和残余IR)可用于共线加工。在本示例中，SHG和IR光束能量之间的比率可以通过将光束的焦点调整入晶体来控制。该焦点调整还会控制两个现有光束的相对会聚/发散，从而焦点位置分离。图5d-l到5d-3示意性地示出了结构(特征)的示例，所述结构(特征)可以通过共线多焦点光束发生器在材料上或材料内形成。在这些例子中，如图所示光束大致垂直于表面入射(例如，沿Z轴)，并且材料被平移以在不同的横向(X-Y)位置形成结构(特征)。沿Z轴的结构的相对位置，以及纵向跨距(即沿Z轴的结构长度)可以通过不同的聚焦设定，并通过两个光束中的每一个的入射光束功率/能流来控制。在图5d-1的例子中，产生结构(特征)的两个光束分别对应于近红外(IR)和SHG光束。不过，共线多焦点光束发生器可被设置成使得其它光束在不同波长和/或偏振下生成。结构(特征)形状，包括纵向跨距，可以通过不同方式来控制。例如，系统可被设置成使得NIR和SHG光束均充满物镜的大部分。物镜可以是用于聚焦光束的非球面、一组透镜或其它合适的光学元件结构。用SHG和NIR光束形成的结构可能随后表现出局部和圆形对称。举例来说，图5d-1是示意性示图，示出了具有点状结构(特征)的侧视图。点状结构(特征)表示紧密焦距，在这里大部分能量被局部吸收。图5d-1还示意性地示出了在每个光束中结构(特征)对比度如何随激光功率变化。例如，示出的密集阴影表示当通过显微镜和透射法，或任何其它用于照明和成像的合适装置观察时的高对比度。在本示例中，内部结构(特征)通过SHG光束(顶行)和NIR光束(底行)形成，SHG功率从右向左增大，例如从0mW到300mW(从右向左)。可以利用恒定扫描速度，例如约50mm/s。对于不同的划片应用可能希望具有较大纵向跨距的线形焦点。伸长的结构，例如具有较大深度对宽度的纵横比的长结构，有利于在玻璃一旦承受压力后实现干净平滑的断开。在一些实施例中，一系列结构可以有效地充当沿路径的孔以便于后续分离；裂纹会基本上沿结构定义的方向传播。结构的纵横比可以是约2:1,3:1,5:1,10:1或更大。与上文用于获得点状形状的紧密焦点设置不同，SHG望远镜可被调整以便光束不充满目标。通过IR和SHG光束均不充满目标，加工的结构可以变长成线形。图5d-2是示意性的示图，示出了具有所述伸长结构形状的结构的侧视图，并且表示通过显微镜或其它合适的成像和照明装置获得的图像。在本例中，结构可以用SHG光束(底行)和近IR(顶行)形成，SHG功率从0mW变化到约200mW(从左到右，在0mW功率或用于材料改性的能量密度阈值之下没有结构(特征))。结构的尺寸可以通过功率进行控制。例如，结构的尺寸随功率的增大而增大，至少在实际操作范围上。对于给定的材料类型，纵向跨距数据对于确定划片或其它加工过程的合适参数是有用的。通过调整光束的焦点位置、功率、能流、扫描速度或其它参数，可以产生图5d-3中示意性所示出的测试图案。结构可以通过单次扫描、多次扫描，或任意组合而形成。结构可以是局部或伸长的、重叠或非重叠的、或者适于给定应用的尺寸、形状、横向或深度间隔、或对比度的任意合适的组合。所述测试图案可用于确定工艺窗口(processwindow)，对于特定基片材料定义工艺限制。具有NIR和SHG的设置的一个优点是一个波长可用于烧蚀玻璃表面，而另一个形成内部孔以便裂纹跟随。此外，不同的材料用不同的效率吸收不同的波长。例如，发现522nm光比用IR更易于在熔融石英形成光波导。在任何情况，通过调整NIR聚焦透镜相对于目标的距离，NIR结构可以相对于SHG结构向上或向下移动。这种利用功率控制的调整可用于控制加工结构的尺寸和它们的相对距离。元件间的间隔可能增大结构在深度上的分隔，这在不同的实施例中可能是希望的。例如，增大深度分隔可影响裂纹如何在玻璃中传播；裂纹可通过玻璃内部的结构传播以利于干净的断开。不过，在一些实施例中，透镜分离可被设置成产生重叠结构(特征)。在不同的实施例中，增大结构分离可利于可控的分裂。通过示例的方式，并且如图5d-3中示意性所示，可以调整光学系统使得结构宽距间隔、重叠或在深度方向上相对于彼此颠倒。另外，结构(特征)可以形成在表面处或表面附近和/或表面之下。此外，可以利用多于两个的光束。在一些划片或其它应用的实施例中，表面烧蚀和内部结构间的良好平衡是有利的。SHG对IR功率比还可影响结构。随着SHG功率增大，SHG结构尺寸增大但NIR结构尺寸减小。在利用多波长的实施例中，通过调整对倍频晶体的入射角度或其它频率转换器可获得不同的功率组合。例如，SHG和IR功率可以通过使SHG晶体相对于光束转动和SHG晶体内的光斑大小进行调整。在约45°的范围上调整会使SHG最大化并使IR最小化。在30°可获得大致相等的功率。尽管角度可随晶体类型和其它参数变化，不同的组合可用于划片和切割加工。在最初的示范中使用与图5c-1所示类似的系统。在本例中，通过IMRAFCPAμJewelD-1000产生飞秒脉冲，并且所收到的激光束通过偏振分束器(PBS)被分成两个光束。两个光束之间的功率比通过PBS前的1/2波片可调。P-偏振光通过望远镜扩展，并且光学透镜将发散引入光束。S-偏振光通过LBO晶体被转换成其第二谐波生成(SHG)。两个光束由谐波分离器(透射IR，反射SHG)结合并由非球状物镜聚焦。由于它们的折射率和发散/会聚的差异，SHG比NIR光束聚焦在更短的距离(更浅)。内部线以三种设定记录：结合的两个光束，仅NIR，和仅SHG。FCPA激光重复率设定在500kHz。激光脉冲重复率还对应于多焦点发生器产生在深度上间隔的多个聚焦光束的速率(在主动加工期间加工，选择所有脉冲用于加工)。SHG功率为约100mW，而NIR功率为约250mW(由于从一个镜子泄漏，SHG功率低)。物镜是40X非球面，并且500-mm透镜被用于形成非准直光束并调整整体焦距。玻璃样品(碱石灰)分别以5和2mm/s的速度扫描。在记录后，样品正交于线方向被划片和断开。在本例中，两个垂直结构的深度分隔是约70μm。顶部结构的形成(通过浅焦点形成)不影响底部结构，并且在不同的实施例中希望独立地形成在深度上的结构。第二组标记通过在深度上的不同间隔而形成。移去了500-mm聚焦透镜。近准直NIR光束在更深处聚焦。两组标记间的分隔测量为大致170um。因此，通过单次扫描在不同深度产生了两个结构。在不同的实施例中，以及在特定的示例中，如图5所示的多焦点光束发生器可用于通过一个单次扫描在两个深度产生标记或其它结构。另外，结构间的距离可以使用多焦点光束发生器内的光学元件进行调整。在深度上结构的中心至中心间隔可以在几微米到几百微米的范围内，取决于特定的系统结构(设置)。可以根据特定的材料特性和加工要求选择参数的不同其它选择。例如，聚焦光斑可以是圆形或非圆形的。光斑尺寸可以在约几微米直到约100μm的范围内，而能流可以相对于材料改性的阈值能流进行确定。在不同的实施例中，能流可以在约1J/cm2到100J/cm2的范围内。示例来说，通过SHG绿光波长的能流在约10-50J/cm2的范围内和IR中的能流在50-150J/cm2的范围内可以进行玻璃和/或蓝宝石的亚表面划片。不同玻璃和蓝宝石材料样品的估计表面烧蚀阈值在约1-5J/cm2的大致范围内。作为特定示例，不同玻璃的亚表面改性可以通过约20J/cm2的SHG和100J/cm2的IR发生，而蓝宝石的亚表面改性通过约40J/cm2的SHG和80J/cm2的IR发生。这些材料的表面改性的阈值可以是玻璃为约2.5J/cm2的SHG和3J/cm2的IR，而蓝宝石为1.5J/cm2的SHG和2J/cm2的IR。小于约1W的平均功率可能适用于加工许多材料，例如100-500mWSHG和300mW-1WIR。脉冲重复率可以在约1KHz-100MHz的范围内，光斑内的脉冲能量在约100nJ-100μJ的范围内。在不同的实施例中，靶材料和脉冲激光束的相对运动可以在约1mm/秒-10m/秒的范围内，取决于加工要求。例如，聚焦光束和/或工件材料的扫描速率可以为几mm/秒直到100mm/秒，约1m/秒，并且在某些实施例中采用达到约5-10m/秒的光束扫描器。在某些实施例中，材料的平移速度可以在约10mm/秒到约100mm/秒的范围内。许多其它的变化是可行的。此外，图5的系统还可以包括动态聚焦机制(未示出)以调整焦点位置，单独使用或与1D或2D光束扫描器和/或空间光调制器和/或材料运动结合使用。控制器可以与多焦点发生器、扫描器、用于动态调整、校准和其它操作的光学器件通信。例如，通过基于偏振的方法，脉冲激光输出可利用半波片和偏振分束器被分成两个光束。功率比可以随半波片的转动而变化。如果采用在不同深度的多程通过，与两个光束在材料内部聚焦的情况相比，功率分束比在一个光束在表面处聚焦时可能是不同的。如果使用SHG波长转换，SHG转换效率可以变化以调整功率比。在至少一个实施例中，调整可以通过控制SHG温度晶体，或通过晶体内光束的焦点位置进行。本文所公开的技术还可扩至按时间分隔或者同时生成多于两个的光束。根据特定工件加工要求，可以进行加工时间和光束数量的不同权衡。如前所述，发明人的实验还示出了假如光束在深度上的空间分隔足够，当在附近形成结构时不实质影响伸长结构的形状。还观察到，以50mm/s和100mm/s速度获得的结构在截面图中几乎相同，暗示在一些应用中在显著范围上增大扫描速度可能不会非常影响结果。在实验中干涉和串扰效应也足够低。此外，对于所测试的条件，通过图5b-5c的系统生成的超短脉冲具有足够的时间延迟以避免时间重叠和等离子干涉。例如，通过图5系统的紧凑型或类似装置可以产生宽度在约10fs-数十皮秒范围的非重叠脉冲。一系列脉冲(每个脉冲聚焦在不同深度)通过具有额外光学路径和/或光源的图5b-5c所示装置的扩展可用于形成多于两个的结构。类似的，脉冲群可以通过激光系统产生，并在给定加工位置应用于材料以形成在深度上聚焦的光束和相应结构，例如脉冲激光源可产生时间分隔在1ns-10ns范围内的两个脉冲，两个脉冲中的每一个随后被分开、组合、并聚焦以形成上述所示的结构，但是以脉冲串方式设置。存在许多加工的可行性并且其依赖于总体激光功率、速度和材料加工要求。这些多光束技术也可以用于分割、焊接、连接、标记或其它加工操作，以及高加工速度是有利的其它应用。在一些实施例中，最大近IR功率可能为约1W而SHG非常低，或最大SHG为400mW而IR非常低。加工速度可确定功率要求，但至少一些结果表示速度可以在相对宽的范围(例如：2:1，以50mm/秒和100mm/秒)上变化而基本不影响结构形成。具有不同结构分隔的加工条件可提供增大的扫描速度。对于不同的材料和不同的样品深度，可以调整结构分隔和功率组合以供最佳分割。在不同的实施例中，聚焦光束是共线的并且大致垂直于靶材料表面，如上述例子所示。在另一些实施例中，光束可以是偏移和非共线的，并且通过高速小角度光束偏转器以比平移速度快得多的速率操作而形成。在一些实施例中，光学系统可被设置成通过离轴入射角传送在深度上间隔的聚焦光束。所形成的结构具有沿相对于材料表面非法向方向的长度，并且可包括斜面切割。不同的NIR聚焦透镜可用于产生不同的结构分隔，包括部分重叠结构，它可用于优化不同基片的加工。在一些实施例中，多焦点发生器可被设置成用于基于波长和偏振的分束，并可以形成多个聚焦光束，例如四个在深度上间隔的光束。多焦点发生器可被设置成以时间顺序序列产生聚焦光束，例如对于材料从深聚焦到浅聚焦进行加工。在一些实施例中，尤其对于加工厚透明材料，可以使用多程通过，其中至少一程通过包括生成多个在深度上间隔的聚焦光束，以深聚焦到浅聚焦的顺序，或其它合适的序列。一个所述的例子包括加工平板显示器或类似结构。此外，如本文所用的透明材料，材料在操作波长不显著吸收辐射，并因此不限于可见透明材料。对于用于产生多个划片烧蚀结构的光束-聚焦和/或强度映射方法，可以引入其它光学部件以便对整个光束形状产生椭圆部分。通过定向椭圆光束使得长轴与光束扫描的方向平行，可以获得较高的扫描速度。可以获得较高的扫描速度，这是因为椭圆光束形状允许足够的脉冲-至-脉冲重叠以供加工平滑和连续的划片结构(而不是由空间分隔的脉冲烧蚀材料而引起的点状划片结构)。尽管通过较大的圆形光束点也可以获得增大的脉冲重叠和较高的扫描速度，这同时会导致通常不希望的较宽的划片结构宽度。2.超短脉冲激光焊接本发明的另一个实施例涉及激光焊接透明材料的工艺。如图6所示，本实施例要求使用以高重复率产生超短激光脉冲光束51的激光系统50；具有足够聚焦功率的聚焦元件55(例如，透镜、显微镜物镜)；和要连接在一起的至少两个材料56和57，其中至少一个材料对激光的波长是透明的。此外，光束聚焦定位台58被用于调整激光束51的聚焦位置，并且一般需要自动运动台组件59用于相对于聚焦激光束移动工件56和57。在本实施例中，待激光焊接的两个材料(“顶部件”(56)和“底部件”(57))被设置成彼此接触以便在它们的表面之间形成具有少量或没有间隙的界面；可以对两个工件施加或不施加夹紧力。透镜55随后被置于激光束的路径中以形成高强度激光辐射的聚焦区域。两个透明材料56和57相对于聚焦激光束安置使得光束聚焦区域横跨顶部件56和底部件57的界面。通过足够的激光强度，可以发生材料界面的焊接。通过相对于光束聚焦区域移动透明材料56和57，同时保持材料56和57的界面极为接近于光束聚焦区域，可以实现确定长度的激光焊接。在本实施例的尤其独特的应用中，材料56和57可以设置使得聚焦激光束行进穿过顶部(透明)件56并邻近顶部件56和底部件57的界面形成聚焦区域，导致两个材料的焊接。不同于其它激光焊接工艺，本发明的工艺通过利用主要非线性吸收而不是线性吸收进行焊接。由于这样，在该焊接工艺中具有独特特性。非线性吸收是非常依赖于强度的，所以工艺可被限于激光束的聚焦。因此，吸收只能在透明材料深处焦点周围出现。通常，通过超短脉冲的非线性吸收导致等离子形成和非常少(如果有)的热量沉积，因此通过超快激光的烧蚀导致非常小的热影响区(HAZ)。不过，通过保持强度足够低从而烧蚀不会出现但强度足够高以便出现非线性吸收，一些热量被沉积。如果激光的重复率增大地足够多，则足以在材料中积聚热量导致熔化。激光系统50发出近似准直激光束51，在脉冲重复率在100kHz和500kHz之间脉冲的脉冲持续时间在约200-900fs的范围内而波长为大约1045nm。第一光束控向镜52将激光束引导向功率调解组件53，所述组件用于调节用于焊接工艺的脉冲能量；获得所述衰减的具体方法对于本领域技术人员是公知的。第二光束控向镜54将光束导至光束聚焦物镜55。光束聚焦物镜55聚焦激光脉冲以获得工艺的适当能流(能量/单位面积)，它在距离光束聚焦物镜55的大致距离(F)有最大值。光束聚焦定位台58平移光束聚焦物镜55，使得该最大能流区域位于靶材料56和57的界面。XY工作台组件59相对于聚焦光束移动靶材料56和57，以便具有能力在靶材料56和57的界面处产生线性焊接结构，或者圆形焊接结构的阵列。图7示出了本发明的另一个实施例，其中在由小间隙60分隔开的两个工件之间需要焊接。首先，激光束51聚焦在底部件57的表面下方。通过适当控制脉冲能量和聚焦条件，当样品相对于光束焦点平移时(或者当光束相对于靶移动时)形成凸起的脊61。该凸起的脊61连接顶部(上靶)和底部(下靶)靶之间的间隙。激光的第二程通过(其中光束焦点上升至接近凸起的脊61的顶部和顶部件56之间的界面的高度)随后形成焊接62。3.可见/不可见激光标记图1a所示的相同系统可用于在透明材料中形成亚表面标记，其中所应用的激光束在透明材料基片的表面下聚焦。图8示出了在透明材料64(例如玻璃)中记录的箭头图案63的俯视图的图示。光源65将光射入光波导管66，所述光波导管66将光传送到箭头标记63以照亮图案。应该合理地设计光波导管的输出数值孔径以便有效地照明希望源。可以使用多个光波导管来照亮图案的不同区域。控制不同照明光源的时间可以产生不同的装饰性和信号效应。另外，可以从适当聚焦的光源直接照明图案，而不是利用光波导管。图9(a)示出了由平行线构成的箭头标记63的俯视图的特写图示，所述平行线全部垂直于照明光的方向。这些平行线通过将激光紧密聚焦在靶基片内以形成材料改性的区域而产生。图9(b)示出了箭头标记63的侧视图的图示。箭头标记由一组处于不同深度的标记组成。这些标记将由光波导管66传送的光朝向观察者67散射。亮度可以通过照明光的强度、各标记的大小以及标记的密度来控制。图10示出了图案由“像素”68组成并且每个像素由通过密集聚焦激光以改变基片材料而形成的处于不同深度的一组平行线69构成的图示。将标记设置在不同深度有助于在边缘照明时避免“阴影”。更接近于光源的标记会部分阻挡边缘照明射到距离光源更远的标记。在上述图8、9a和9b所示的示例中，示出了箭头标记。图10提供了由处于不同深度的一组平行线所形成的像素的示例。透明材料加工的实施例可用于形成多种类型的图案，所述图案通过照明和观察的适当条件可以检测到。其它的示例和结构包括多层图标显示、非边缘照明结构、多层结构、投影屏显示、或者灰度图标。基片材料不限于玻璃，但可能包括塑料、聚合物或者任何对于记录激光器和照明光源的波长透明的合适材料。一些示例性结构和图案如下。可见性和标记特征—一般性讨论结构(例如标记)的可见性权衡一般被定义为：当被照亮时清晰可见(可视开(On))当不被照亮时难以看见(几乎不可见)(可视关(Off))。一些因素可影响可见性。这些因素包括但是不限于，标记尺寸和纵横比、线密度以及视角。参见图11，标记纵横比(例如，标记深度对宽度的比率)的效果是明显的。当没有边缘照明时，标记越宽就越可见。当有边缘照明时，标记越深，越多的光被散射。标记就变得更为可见。图标通常包括填充所需形状的光栅扫描线。为了最佳散射，这些线一般可能垂直于边缘照明方向。图标可以由沿不同方向定向的线组成，以控制相对亮度和/或从材料的不同边缘照亮不同部分。在照明时，线密度越高标记就越可见。有更多的表面区域可用于散射光线。不过，在没有照明时，增大的密度也会增加可见性。例如，图8-10中的箭头标记和像素可能受到线密度影响。还在图11中示出的视角一般影响可见性，尤其对于多个图标层或者深(长)标记。在不同的实施例中，图标微标记截面沿记录激光传播的方向可能具有较高的深度对宽度的纵横比，例如大约10:1。微标记的这种不对称形状导致图标的亮度依赖于观察方向。最小的可视关(Off-visibility)通常产生在微标记平行于观察方向的时候。图12和13示出了边缘照明结构的侧视图，其中观察方向不垂直于基片表面。在图12中，微标记轴垂直于基片表面，这易于制备。使垂直于边缘照明方向的微标记截面面积最大化，但是不使垂直于观察方向的微标记截面面积最小化，这会影响到可视关(off-visibility)。在图13中，微标记轴平行于观察方向，使得所观察到的截面面积和可视关最小化。不过，垂直于边缘照明方向的微标记截面面积没有被最大化，影响可视开(On-visibility)。可以在不同深度制作标记。还可以在基片的表面上或者基片的表面内形成标记或者其它结构。结合不同的照明设置，可以产生不同的效果。反射标记图8-12和14在此示出了在透明材料中亚表面标记的示例。由于从形成标记的局部微裂的光散射，亚表面标记是可见的。与垂直于观察方向的标记的截面面积相比，标记在垂直于边缘照明的方向上具有实质更大的截面面积。因此，标记在有边缘照明时更清晰可见，而在没有边缘照明时几乎不可见。反射标记通过具有或没有边缘照明也可以产生，但是难以检测到。较差的可检测性将反射标记与图8-12和14所示的光散射标记相区分。在利用不同组合的照明和观察角度进行若干个非决定性实验后，发明人发现标记反射照明光而不是散射照明光。强镜面反射解释了为什么在有边缘照明时标记是不可见的，如同光散射标记。照明光的入射角大约等于最佳观察角度。与在观察方向之外相比，当沿最佳观察方向观察时可见性的差异是明显的，如下文所述。扫描反射标记的截面的电子显微镜图像暗示形成了“平面”裂纹，形成延长的和连续的反射区域。举例来说，裂纹的平面可以通过记录激光束的轴和平移的方向来定义。这种形态从根本上不同于散射标记中的局部微裂纹。无需赞同任何特定的理论，平面裂纹形成为以某些照明和观察角度的组合产生高可见性标记(实验的令人吃惊的结果并且最初没有认识到)的反射光给出了解释。边缘照明产生弱的对比，并且随后的实验表明非边缘照明提供高可见性。通常产生在光学显微镜下表现为平滑熔化线类似光波导的材料改性，但并不表现为与标记的可见性相关。在一个示例中，透明材料中的一系列亚表面标记，其中标记的集合形成所需的图案，形成例如二维阵列。在本示例中，标记垂直于材料表面。不过，可以相对于材料以其它角度形成标记，只要记录激光的入射角小于临界角，所述临界角是透明材料的折射率的函数。由于照明光沿着第一路径从右侧进入，照明光被亚表面反射标记反射，其中入射角大致等于反射角。被组成图案的所有标记反射的光使得图案对于观察者是可见的。在其它观察位置，因为没有足够的光被反射，标记的图案不清晰可见。一部分照射光没有碰到反射标记并直通穿过材料，对应第二路径，即透射的光。在一个示出了反射标记照明和观察的示例中，在玻璃中形成的反射标记通过手电筒被照亮，并且以不同角度被观察。在一块玻璃的表面下记录的正方形图案的阵列示出对于特定照射角度最佳的观察位置。当利用相同照射角的标记的相同阵列在远离最佳观察位置的地方观察时，所检测到的辐射表示由漫射光造成的低水平背景，并且通过增大对照明的控制可以进一步改进对比度。反射标记的应用包括：(1)产品识别；(2)需要干净平滑表面的透明材料中的分级和参考标记；(3)通常希望不受阻挡的观察(当不需要警告时)，但对于某些情况需要高可见性警告的窗口中的可切换警告指示器；(4)区分合法产品和仿制品但通常不可见的防伪图案，例如：昂贵的手表、宝石、高品质镜头和其它具有透明部件的产品。多层图标显示图14示出了多层图标显示的示范，其中在单个基片中写入两个图标。图14a中的绿色箭头是通过绿色光源对基片的右侧进行边缘照明。图14b中的红色危险标志是通过红色光源在基片的顶部进行边缘照明。图14c示出了当两个光源都关闭时的基片。两个图标看起来位于玻璃基片的相同区域。通过切换相应的光源可以选择性地照亮各图标，因为激光写入标记位于玻璃中的不同深度并且两个光源利用柱面透镜进行线聚焦，其中线聚焦的轴平行于玻璃基片的平面。图15示出了具有多个基片层(在这里是5层)的图标的示例。可从其它元件分别照射阵列中的每个单独元件，而不需要紧密聚焦照明光源。元件“a”在层1中并且可以由光“A”照射。由于元件“a”在单独层中，来自光“A”的照射光被全内部反射所限制，从而没有其它元件被照亮。类似的，元件“d”在层3中并且只被光“D”照亮，而元件“h”在层5中并只被光“H”照亮。空气微观层或者相对于基片层具有足够不同的折射率的薄层材料将每个层隔离，同时在视觉上是透明的。元件“b”和“c”在层2中并由光“B”和“C”分别照射。尽管这两个元件在相同的层，但它们被充足的空间(间隔)分离从而它们只能被一个光源照亮。类似的，元件“f”和元件“g”在层4中并由光“F”和光“G”分别照射。这个示例示出了可以如何设计字母数字显示器或数字计数器中的一个字符。其它多元件显示也是可行的。图15a示出了在基片表面处或基片表面附近制成微标记的结构。透明涂层随后被施加至表面。边缘照明光被该第二层中的全内反射引导并且散射离开微标记。基片可以是透明的或者不透明的。如果是透明的，基片应该具有不同于透明涂层的折射率足以用于全内反射。在一些实施例中，一层叠薄片可以如图16所示来使用。如果边缘照明光大于单独薄片的厚度，会难以单独将光耦合入特定薄片而不使光也耦合入相邻的薄片。这会阻止目标照明元件阵列中的仅一个元件或者一个基片层。光源间的一些偏移会改进不同光源间的隔离，并允许只照明所需的阵列元件。对于图16所示的示例，有5个基片层(1-5)。5个光源(A-E)(每个光源对每一层)被偏移并且相对于基片成一角度。该角度使得全内反射会包含每一层中的光。非边缘照明在一些实施例中，图标从非边缘位置被照亮。图17示出了图标的非边缘照明，其中基片非正交于照明和观察方向。不过，写入方向正交与基片。图18示出了图标的非边缘照明，其中基片非正交于写入、照明和/或观察方向。该结构在基片材料平面不垂直于主观察方向时可能尤其有用，因此微标记不垂直于材料表面。施加至一个或多个基片表面的防反射涂层减少了散乱反射。如果微标记垂直于材料表面，制备可能更容易和更快速。不过，对于这个实施例，可见性权衡(visibilitytrade-off)可能不是很理想。投影屏构思在先前的示例中，图形图案被写入靶材料中。这限制了显示的灵活性，因为图案不能随后被改变或重新设定。较大均匀场的微标记也可被用作屏幕，利用不同的方法，例如快速扫描镜或LEDs阵列来投影图形。上文用于示出非边缘照明的图17和18还可用于显示投影屏构思。附图示出了两个结构的侧视图，其中观察方向和图案投影方向不垂直于基片表面。如同前文段落所指出的，照明光是固定的并且只照射基片中的标记图案。在投影屏构思的情况，照明光由快速驱动系统导向以将所需的图案投影到屏幕上或者设计以产生所需图案的光的图案被投影到屏幕上。在图17中，微标记垂直于基片表面写入，以易于制备。不过，垂直于照明光方向的微标记截面不被最大化以便为了更好的可视开(On-Visibility)，而平行于观察方向的微标记截面不被最小化以便为了最佳的可视关(Off-Visibility)。在图18中，微标记轴平行于观察方向，使可视关(off-visibility)最小化。而照明光源方向垂直于微标记轴，使可视开(on-visibility)最大化。可接受的对比度可取决于应用。根据观察和检测系统的类型，10:1-100:1之间的对比度通常是可接受的。例如，30:1范围可能足以通过显示器观察。如果使用高灰度分辨率成像系统，可能优选大约30:1-1000:1的对比率。灰度图标在不同的实施例中，图标的加工条件可能被可见性权衡(visibilitytrade-off)优化。利用不同的加工条件，例如较快的平移速度或较低的脉冲能量，可能制成更少散射的标记。通过控制这些参数，可能产生“灰度”图标，其中“更白的”区域散射更少的光而“更黑的”区域散射更多的光，或者反之亦然。例如，激光参数的组合可以产生的散射范围在至少10:1或30:1，并优选达到约100:1到1000:1。观察方向内的对比度一般会受到角分布的影响。虽然没有必要实施本发明的实施例来理解本文的操作机理，我们考虑结合两种基本现象：散射对比度和散射角。通过细微标记控制散射对比度满足了标准，Con>>Coff，其中Con和Coff分别是具有和没有人工照明时的散射系数。它们被进一步定义为和其中s是散射结构的散射截面，ρ是标记中结构的密度，而k表示背景的亮度。N是人工照明和背景照明之间的亮度比。散射结构的大小一般在可见光波长的大约1/10到1/100的范围内。在某些实施例中，可提供装置和工艺用于控制散射角。可以考虑相对于背景照明的照明角，例如光的照明垂直于主要背景照明。所述结构可应用于相对于观察方向具有垂直照明光的图标类型的显示。还可以考虑标记的几何结构和标记的设置。散射尺寸控制(可见光的1/10到1/1000的范围内)是Mie散射的一个基本方面。为了扩展可观察角度和更好地利用散射的角分布，调整玻璃表面的全内反射可用作另一控制方法。在不同的实施例中，采用合适范围的脉冲能量，平移速度，重复率以便改变基片内的曝光度。增大的曝光度产生更大的微标记，造成散射光在相对于观察角增大的角度上散发。如果在观察角度内的定向反射比大，结构会显得亮。如果相同量的光以大角度散射，结构会显得暗。可选择的材料在一些实施例中，可以改变除玻璃外的材料的表面和/或材料体。一个或多个激光束可形成可通过合适的照明和检测装置(结构)检测到的结构。在我们用玻璃的过程中发现的一些限制包括相对低的加工速度和要求较高脉冲能量。例如，200ps的脉冲，50kHz的重复率，以及13μJ的脉冲能量接近最佳。对于通常的光斑尺寸，通常速度为大约1mm/秒。其它的限制包括有关微裂纹特征取决于标记深度的性能上的一些损失，然而一般优选基本上独立于深度。另外，某些应用的另一限制在于玻璃的易碎性和易于碎裂，对于某些环境和应用是潜在的危险情况。因此，玻璃加工的应用可能被约束或者限制。根据最终产品的所需强度和在所使用环境中的安全性，在某些应用中可能需要特别处理和管理基片。一种选择是在两片聚碳酸酯之间设置玻璃基片。聚碳酸酯会增大组件的强度并且包含玻璃，如果它碎裂的话。聚碳酸酯层还可以防止玻璃的表面污染。在照射时表面污染可形成散射中心，导致降低的图标可视开(on-visibility)对比度。在一些实施例中，可以使用聚碳酸酯材料，或者其它聚合物。例如，塑料、透明聚合物和类似材料具有某些所希望的特征。一些希望的材料特性包括：减少的重量(相对于由玻璃制成的类似部分大约为其四分之一)，柔性(允许弯曲基片以形成不同的形状)，减小的厚度(提供了通过固定边缘照明增大亮度的能力)，以及增大的材料强度(具有降低的易受碎裂性)。在下文部分中公开的实验结果证明了在加工速度上的显著进步和在脉冲能量上的同时减少。可以利用超短脉冲持续时间进行聚碳酸酯或类似材料的加工，与玻璃加工相比在脉冲能量上显著减少。脉冲持续时间一般可小于10ps。在一些实施例中，脉冲持续时间可以在大约100fs-大约1ps的范围内，例如大约500fs。脉冲能量可以在大约100nJ-1μJ的范围内，例如大约0.5μJ。对于具有显著脉冲重叠引起热积聚的快速加工优选高重复率，例如至少100kHz。上述参数可适用在光斑尺寸为几微米到数十微米以及平移速度从数十微米到数十米每秒的通常范围上。总脉冲能量和光斑尺寸确定聚焦光斑位置处的能流。上述示例性范围可适当按比例用于在光斑尺寸或其它参数，例如激光波长上的变形。在一些玻璃加工的实施例中，脉冲宽度可以在10fs至直到1ns，10fs-500ps，或者100fs-200ps的大致范围内。脉冲能量可以达到数十微焦耳，例如大约20μJ至50μJ。在某些实施例中，可以省略脉冲压缩器，但使用优选的基于光纤的啁啾脉冲放大系统的其它部件。可从IMRAAmerica获得的FCPAμJewelD-400和D-1000提供了总能量达到大约10μJ，重复率在100kHz和5MHz之间变化的超短脉冲宽度。在一些实施例中，激光系统可包括用于拉伸、放大和压缩的“全光纤”系统。可切换图标的应用可以在电焊面罩、水中呼吸器面罩、外科医生的眼镜、安全面罩、飞机座舱罩、眼镜、后视镜、天窗个前灯透镜中找到。标记可被写在镜中，其中这些标记在环境光照下难以看见(可视关,offvisibility)，但是在有边缘照明时可以清楚地辨别(可视开，onvisibility)。适当的镜是那些使用透明基片，例如玻璃或聚碳酸酯的镜，在一个表面上具有反射涂层。优选激光加工用于在透明介质内形成结构。不过，其它工艺可以单独使用或者与激光加工结合使用。例如，可以采用蚀刻、平版印刷法、化学气相沉积、和脉冲激光沉积。在一些实施例中，可以实施激光加工和非激光加工的组合。4.多焦点加工除了划片，图5所示的多焦点加工可用于切割、焊接、连接、标记或其它加工操作。在不可见波长下，各种材料可以是透明的或者几乎透明的。例如，在大约1-1.1μm下硅是高度透射的，在大约1.2μm下仅红外线具有最大透射。因此，多焦点微加工可以用不同标准的激光波长，或者在某些情况在非常规波长下进行。在近带隙进行加工的应用中，可能需要考虑吸收系数及其随温度的变化。例如，在可能波长为大约1.0-1.1μm，1.2μm，1.3μm，1.55μm等等下在硅中可以形成结构。在一些实施例中，通过波长漂移标准波长可获得非常规波长。超短脉冲可避免在焦点外过量加热冲击靶区域，以及相关的间接损害。通过超短脉冲的多焦点微加工可能有利于半导体基片的划片和切割。例如，多个伸长的结构可能比通过单程形成材料内的内部线可获得的具有更干净的芯片分离。实验演示结果1.超短波脉冲激光划片如图19所示，通过单程激光束，利用20X非球面聚焦物镜(8-mm焦距)在100-μm厚的蓝宝石晶片中同时加工了一对划片线(表面槽70和亚表面划片结构71)。切割面表现出良好的质量。扫描速度是40mm/s(非最佳)。对于只有表面划片线的情况，利用相同的激光脉冲能量和重复率，并且在同样的加工条件下(周围大气环境等)，产生材料的良好切割的最快划片速度是～20mm/s。2.超短脉冲激光焊接在多个激光脉冲被吸收在待焊接材料的特定区域内后，发生材料的加热、熔化和混合，并且一旦冷却后，分离的材料熔融在一起。将材料焊接在一起所需的脉冲数量取决于其它工艺变量(激光能量，脉冲重复率，聚焦几何形状等)，以及材料的物理属性。例如，具有高导热性和高熔化温度组合的材料要求较高的脉冲重复率和较低的平移速度，以便在用于发生焊接的照射体积内获得足够的热积聚。A.聚碳酸酯焊接用高重复率的实验，在脉冲重复率为200kHz下工作并且波长为1045nm的飞秒脉冲激光源导致了两个光学透明材料的激光连接。具体地讲，～2μJ激光脉冲用100mm焦距透镜穿过透明聚碳酸酯的1/4”厚片的顶面进行聚焦，并且在它的底面上与透明聚碳酸酯的类似大小片的顶面面接。聚碳酸酯片被线性平移并且位于垂直于激光传播方向的平面中，保持定位接近材料界面的光束聚焦区。两个工件(片)在激光照射的界面被熔融在一起，并且需要较大的力来将它们彼此分开。B.熔融石英焊接利用40X非球面透镜和5MHz的激光重复率将200-μm厚的熔融石英板焊接至1-mm厚的熔融石英板。激光的1/e2光束直径是～3.6mm并且非球面透镜焦距是4.5mm，导致工作NA(数值孔径)为～0.37。图20示出了熔融石英中的焊接结构，图像取自在断开两个石英板之前和之后。第一个图像(a)示出了完好的焊接结构，表现出平滑熔化玻璃的区域，而随后的图像(b)和(c)示出了在焊接断裂后的两块玻璃的表面，展示了断裂玻璃的面。焊接速度的范围从0.1-1.0mm/s，虽然速度大于5mm/s是可行的，并且最大速度可以随增大的脉冲重复率而增加。所述工艺的额定能流范围是5-15J/cm2并且额定脉冲持续时间范围是10-1000fs。在所述能流和脉冲持续时间范围内，额定脉冲重复率范围是1-50MHz。通过严格的工艺优化，所述范围可以扩展至能流、脉冲持续时间和重复率分别为1-100J/cm2，1fs-500ps和100kHz-100MHz。高重复率优选用于在熔融石英中熔化的最初时进行足够的热量积累。通过以类似的重复率可获得更高的能量脉冲，更松散的聚焦可能产生具有所需能流的更大聚焦体。该焊接聚焦体的尺寸和形状可以根据待焊接的区域进行调整。3.可见/不可见的激光标记图21示出了玻璃样品，其中箭头标记由绿光源从侧面照射。这里，箭头图案是清晰可见的。图8-10的图示示出了箭头图案的细节，其中垂直于照射光源(在这里是绿光)处于不同深度的线由紧密聚焦的激光产生。用于形成所述标记的激光参数和扫描速度可以在下面的表中找到。图22示出了相同的玻璃样品，其中照明光源关闭。显然，不能看见箭头图案。图23示出了用于限定图21中箭头标记的单独像素的显微镜照片。图24(a)示出了玻璃内部装饰图案的照片而图24(b)示出了单独标记的显微镜图像。图24(b)中的标记的尺寸大约是200μm并且非常粗糙，由若干个从中心向各方延伸的不同裂纹组成。图23的像素由一系列平行线构成，每一根线大约10μm宽并且250μm长。线间隔为50μm。图23和24(b)中结构之间在尺寸上的不同和平滑度差异解释了为什么图24(a)中的玻璃雕刻在大多数光照条件下是清晰可见的，而在图21和22中的箭头需要侧面照明才能看见。所产生结构的尺寸和平滑度由脉冲能量，脉冲持续时间，激光的波长和光速通过靶的平移速度进行控制。最佳参数取决于具体的靶材料。图23中像素的可见性可以通过控制像素中每条线的宽度和长度和像素内的线密度以及平滑度来控制。因此，一种用于在透明材料的表面下产生激光改性结构的可见图案的方法通过首先利用紧密聚焦的超快脉冲激光在材料内的不同深度处形成多条线，同时通过控制所述激光的参数(如上所述)来控制粗糙度进行。随后利用光传播或定向大体垂直于线来照射线。通过这种方式形成的图案当从垂直方向照射时对于肉眼来说是清晰可见的，虽然这些图案在没有光照时对于肉眼来说基本上是不可见的；即，如图22中在正常环境光条件下。通过将聚焦光源引导到线上或者通过经由具有选定以有效照亮图案的输出数值孔径的光波导将光引导向线来进行照明。不同的所述线，例如不同像素的线，可以相对于彼此成定义的角度，并且可以通过设置多个光源以便它们各自定向光大体垂直于所述线的子集被分别或同时照亮。通过聚碳酸酯样品和与玻璃的比较也获得了结果。图25a和25b示出了从玻璃(左图，a)和聚碳酸酯(右图，b)样品获得的各自的截面。图24a和24b示出了用纳秒脉冲制成的标记，其中图24b是图24a中图案的一部分的展开图。所述图像利用具有亮场照明的光学显微镜取得。在聚碳酸酯中的标记具有较窄的宽度以及类似的深度，暗示更好的可见性权衡(visibilitytrade-off)。将图25a和25b中的标记与图24a和24b所示由长脉冲激光制成的装饰性蚀刻标记相比较是有启发性的。长脉冲激光标记更大并且球面对称，使得它在大多数照明条件下从所有方向都清晰可见。另外，聚碳酸酯的另一优点与激光加工参数有关。对于聚碳酸酯，下表中示出了所产生的在脉冲能量上具有超过十倍的减少的在加工速度上的增大。聚合物的材料改性阈值通常低于玻璃的材料改性阈值。一个有趣的观察是在玻璃和在聚碳酸酯中的材料改性过程看起来是不同的。对于玻璃，微裂纹多半是由微爆造成的。当激光焦点接近表面时，裂痕可传播到表面。对于聚碳酸酯，它看起来不是微爆炸过程，而是更温和，因此需要更低的脉冲能量。当光束在表面附近聚焦时，没有表面改性。加工条件玻璃PC脉冲能量13μJ0.5μJ脉冲持续时间200ps500fs激光重复率50KHz100KHz平移速度1mm/s50mm/s**：1m/s以2MHz重复率用于聚碳酸酯的较低能流并不必然涉及较短的脉冲，如利用500fs脉冲从玻璃上的数据所确定的，在这里较短的脉冲导致更少的散射。可能利用短于大约10ps的超短脉冲在玻璃中进行材料改性过程导致折射率的变化，并且与微裂纹相比不会散射同样多的光。在任何情况，脉冲能量降低至0.5μJ以及相应的速度增加提供了相当大的进步和适用性。类似于图13所示的反射标记形成在显微镜用盖片玻璃，窗玻璃，和耐化学硼硅玻璃的样品中。我们的测试结果显示可以利用脉冲持续时间在大约300fs-大约25ps范围内，在表面下聚焦的脉冲的数值孔径在0.3和0.55之间的超短脉冲形成反射标记。以重复率为50kHz和100kHz产生激光脉冲。实验中的平均功率达到1W，激光扫描速度达到200mm/s。用于形成反射标记的激光参数在几个方面不同于散射标记参数。使用较短的脉冲持续时间来形成反射标记，例如脉冲持续时间在大约300fs-25ps的范围内。长得多的脉冲，例如大约200ps，适于在相同的加工材料中(例如窗玻璃)制成一些散射标记。此外，实验示出了更大范围的速度和功率水平可适于制成反射标记。相反的，较低的重复率以高得多的平均功率，用降低的扫描速度(例如达到1mm/s)最好用于在玻璃中形成散射标记。不过，低功率、短脉冲足以在塑料样品中制成散射标记。4.0多焦点加工示例实验利用如图5c所示的波长组合工艺来进行，并且包括初步单光束实验以测试在不同深度的结构形成，并且调整参数以避免碎裂。加工钠钙玻璃，钢化玻璃，和蓝宝石样品。由于其低激光改性阈值和低成本，首先测试具有1mm厚度的钠钙玻璃(例如显微镜载片)。因为广泛的工业应用和用激光加工的潜在挑战，钢化玻璃和蓝宝石具有相当大的关注度。由于抗划伤性，弯曲耐受性和坚固性，钢化玻璃被用在多种工业应用中。玻璃可以通过热、化学或其它工艺进行钢化，以便接近表面的材料在压应力作用下而接近中心的材料在张应力作用下。在压应力作用下的接近表面的玻璃更能抗划伤。化学工艺通过使钾原子扩散入铝硅玻璃结构用于钢化玻璃。为了增加表面强度和抗磨损/划伤，可以用化学方法将盖玻璃钢化在表面上。所述钢化工艺在玻璃表面上引入压力而在其它地方引入张力，这对于加工可能是挑战。超短加工的结果在下文说明。在玻璃表面下聚焦的超短脉冲束可以沿希望的断开或切割方向形成线或其它结构。通过在玻璃的中心(在这里应力分布更为对称并且在张应力下)开始切割，与在表面进行切割相比可获得对断裂动作更好的控制。小于约10ps的脉冲宽度是合适的，并且优选亚皮秒脉冲。在一些实施例中，可以采用数十皮秒的脉冲宽度。多程通过可用于切割钢化玻璃，其中最初程(单程或多程)形成一些材料改性，但没有裂纹或断裂。随后程的激光通过然后可用于沿最初的激光改性路径产生和传播裂纹。不过，速度是被限制的。一些实验表明，如果应力分布被破坏，化学方法的钢化玻璃易于碎裂。可能穿过化学方法钢化玻璃的厚度的应力分布不同于热方法的钢化玻璃。不过，与仅是表面划片相比，多焦点微加工确实形成更平滑的断裂表面。A.钢化玻璃用超短激光脉冲，包括双波长，多光束加工来测试对钢化玻璃进行划片和断开的能力。在这些实施例中使用700μm厚的盖玻璃板。一些商用钢化玻璃专门设计用于便携式电子产品，例如用作触摸屏，具有用化学方法的钢化表面并且厚度从700μm-2mm。在不同深度划片－多次扫描为了避免可能的碎裂，首先在样品正表面之下的～240μm处测试激光照射线，并随后逐渐上升至表面之上～120μm。FCPAμJewelD-1000激光系统被用于钢化玻璃的划片，具有以下参数：激光：IMRAFCPAμJewelD-1000波长：SHG@523nm脉冲重复率：100kHz聚焦透镜：为SHG涂层的16X非球面激光功率：400mWSHG扫描速度：20mm/s焦点深度：-240μm(内部)至+120μm(表面之上)图26a示出了用上述激光参数获得的一系列图像，其中某些结果显示依赖于相对于玻璃的顶面和底面的聚焦位置。第一排对应于激光焦点从-240μm(玻璃内部)调整至+120μm(玻璃外部)到样品正面的激光照射线的俯视图像。第二排示出了当样品被翻转并且激光焦点从-240μm(玻璃内部)调整至+80μm(玻璃外部)到样品背面时具有类似条件的激光加工线。在本实验中，正面附近或正面上的划片线具有与背面附近或背面上的划片线不同的特征。回到图4的示例，示出了接近光束腰的示例光束聚焦体等强度轮廓，包括具有轴向变化直径的凹形的外部轮廓(例如，类似于“哑铃”)。当用不同激光参数和聚焦条件加工不同材料时，光束内能流超过烧蚀阈值的位置不必然在焦点处，而是可以在外部轮廓位置。因此，根据所用的聚焦体的部分，可能在不同深度处设置光束焦点以产生不同的改性结构，导致在加工结构的深度上的改进的控制。在本例中，当光束焦点接近正面或在正面上时注意到接近烧蚀线的裂纹。对于背面，对于相同范围的加工条件所述裂纹不出现。这暗示了穿过钢化玻璃厚度的应力分布不是对称的。钢化玻璃被稍微弯曲：正面是凹入的，而背面是凸出的。这可能由玻璃压延过程中引入的应力，或在玻璃正面和背面上不均匀程度的钢化而造成。在任何情况，深度扫描曝光证实了钢化玻璃在飞秒激光表面或内部加工下不会碎裂。令人吃惊的是，只有当焦点在正面之下或在正面之上时出现裂纹，但是当在正面上聚焦时没有裂纹。无需赞同任何特别理论，可能当光束在正面之下聚焦时，一些材料改性发生，随后释放张力并产生裂纹。然后表面被烧蚀。+80μm的情况不同。用不同功率的烧蚀实验显示在表面上聚焦从不产生所述裂纹。划片和断裂随后对玻璃的划片和断裂过程进行测试。首先，使用由20mm/s扫描速度、400mWSHG功率和在-30μm处的激光焦点形成的单表面烧蚀线。图26b-l示出了玻璃的断裂面，具有裂纹的痕迹(左)和表面粗糙度(右)。通过在不同深度的多次扫描减少了裂纹。图26b-2示出了当采用四程(次)激光通过时的断裂面：表面烧蚀在Z＝-30μm，并且内部标记分别位于-700μm，-450μm，-300μm。内部改性的痕迹在这些图像中可以检测到。共线双波长划片和断裂对于钢化玻璃还测试了共线双色划片。探究了广泛范围的功率组合(SHG和IR)。玻璃利落地断开具有下列参数：激光：IMRAFCPAμJewelD-1000脉冲重复率：100kHz波长：SHG和IR功率：150mWSHG，和460mWIR焦点：IR在表面处，SHG在表面之下的～200μm扫描速度：20mm/s图26c示出了在共线双过程后的光洁断面，分别用5X和50X显微镜物镜获取。可以观察到(右图)顶面损坏极小并且没有裂纹的迹象。在断面的底部附近可以看到意想不到的多条水平线(左图)，但是不限制加工；获得了光洁的断面。结果表明共线超短脉冲可与多焦点光束发生器一起使用以形成基片内的多个结构，并且加工钢化玻璃以便能够获得清晰分离。另外，通过的次数可被减少并且总体速度增大。B.蓝宝石还针对蓝宝石进行了实验。产生了两种不同的亚表面结构。不过，没有获得沿划片线的成功断开。相对于亚表面结构的尺寸，晶片厚度为大约0.5mm可能限制了本测试晶片的加工。所述大厚度可能对于所形成的划片改性的尺寸是过多的。图26d中在各自深度的两条线分隔25μm。在不同深度的另外共线划片通过程预计提供可接受的切割结果。不同的实施例和特征因此，发明人公开了利用超短激光的透明材料加工的方法和系统，以及由此制成的物品。加工包括但不限于切割、划片、焊接、标记和/或连接。可以采用不同组合的空间和时间加工，例如顺序加工或并行加工。至少一个实施例中包括对透明材料进行划片的方法。该方法包括利用超短激光脉冲的聚焦光束的单次扫描，同时在材料中形成表面槽和在材料体内形成至少一个改性区域。至少一个实施例包括对透明材料进行划片的方法。该方法包括利用超短激光脉冲的聚焦光束的单次扫描，同时在材料体内形成多个改性区域。至少一个实施例通过超短激光脉冲的聚焦光束的单次扫描产生在深度方向上的两个或多个点划片的透明材料。至少一个实施例包括焊接透明材料的方法。所述方法包括将超短激光脉冲的光束聚焦在材料之间的界面附近，并且以一重复率产生超短激光脉冲，且所述超短激光脉冲具有一个或多个能流区域足以引起材料在界面处的局部熔化。至少一个实施例包括焊接透明材料的方法。所述方法包括将超短激光脉冲的光束导向材料间的界面附近，在接近光束的至少一个高强(亮)度区域引起能量的非线性吸收，并且在所述区域用足以引起材料局部熔化的重复脉冲堆积和积聚热量。至少一个实施例包括在待焊接的两个相对表面之间的界面形成凸起的脊以填充不能通过单独焊接连接的间隙的方法。所述方法包括在要形成所述脊的两个相对表面的一个或两个之下聚焦超短激光脉冲，以使脊凸起，并随后激光焊接凸起的脊和相对表面或者脊。至少一个实施例包括焊接透明材料的光学系统。所述系统包括产生飞秒到皮秒范围超短激光脉冲的光束的激光系统，和用于聚焦材料间界面附近的光束的聚焦元件，其中激光系统具有脉冲重复率，并且脉冲具有较高能流区域，累积足以引起材料在界面处的局部熔化。至少一个实施例包括焊接材料的光学系统。所述系统包括产生超短激光脉冲的光束的激光系统，和用于在材料间的界面附近聚焦光束的聚焦元件。在界面处的光束具有的强度不足以烧蚀材料，但是激光系统具有的脉冲重复率高到足以累积地引起材料在界面处的局部熔化。至少一种材料对于激光系统的波长是透明的。至少一个实施例包括焊接透明材料的方法。所述方法包括将超短激光脉冲的光束引向材料间的界面附近，和光学控制一个或多个高强度区域在材料体内的形成和空间位置，以便仅在一个或者多个区域内引起材料的熔化。至少一个实施例包括在透明材料的表面之下生成激光改性结构的图案的方法。所述方法包括：利用紧密聚焦的超短激光脉冲在材料内部的不同深度形成多条线；通过控制激光的参数来控制线的粗糙度；和利用大体垂直于所述线传播的光来照射线。在不同的实施例中：当垂直照射时图案对于肉眼是清晰可见的，并且在环境光线下对于肉眼基本上是不可见的。照射步骤通过将聚焦光源引导到线上或者通过将光经由具有选定以有效照亮图案的输出数值孔径的光波导引向所述线来进行。不同的线相对于彼此成定义的角度，并且照射步骤通过从多个光源将光引向线来进行，其中所述多个光源中的每一个沿大体垂直于所述线子集的方向引导光。超短脉冲的脉冲宽度小于约1ns，并且透明材料包括透明聚合物。紧密聚焦超短脉冲内的总能量小于约20μJ。控制包括调整散射对比度和散射角中的至少一个。透明材料包括聚碳酸酯，并且紧密聚焦超短脉冲的脉冲宽度小于约1ps，脉冲能量小于约1μJ。在超短脉冲和材料之间产生相对运动；并且所述方法包括通过控制所述激光和所述运动的参数使得图案的截面积沿观察方向比沿照射方向更小来控制所述线的深度对宽度的纵横比。至少一个实施例包括通过控制各线的宽度、长度和平滑度以及构成标记的线的密度来控制在透明材料中激光引起的亚表面标记的可见性的方法。至少一个实施例产生具有由激光形成的亚表面标记的图案的材料，其中标记由材料内不同深度处的线形成，只有当用定向大体垂直于线的光源照射时线对于肉眼是基本上可见的。至少一个实施例包括产生可检测空间图案来响应受控辐射的设备。所述设备包括：其内形成有至少一个结构的基本透明介质，所述至少一个结构具有深度，宽度，和物理特性用于产生沿检测方向的可检测辐射来响应沿辐射方向入射的受控辐射，可检测辐射表示空间图案。至少所述物理特性基本上限制沿检测方向的检测来响应不想要的辐射。在不同的实施例中：所述设备包括结构，所述结构填充对应于图案的几何形状。所述设备包括结构，所述结构形成在介质内的不同深度处以便产生一个或多个可检测空间图案来响应在深度上的受控辐射，从而提供可切换空间图案。所述设备包括多层透明材料，并且在深度上受控的辐射通过层内全内反射被限制以便只辐射层内或接近层的结构。受控辐射的至少一部分沿至少第二方向入射，并且结构在多个定向形成。所述设备包括设备内的至少一个区域，它被设置成从至少一个(光)源接收辐射并沿第一方向引导辐射以便产生受控的辐射。深度对宽度的比率大于约10。所述设备包括具有柔性和基本上防碎的特性中的至少一个的材料。所述介质包括两个或更多个不同的透明材料，至少一个材料具有柔性和基本上防碎的特性中的至少一个。所述设备的至少一部分包括聚合物。所述设备的至少一部分包括聚碳酸酯。所述至少一个结构利用一个或多个聚焦超短激光脉冲形成。所述结构形成为阵列，并且所述阵列选择性地辐射以投影空间图案。所述结构形成阵列，并且其中来自阵列元件的可检测辐射由于辐射或物理特性中的至少一个而不同，其中图案对应于灰度图案。至少一个实施例包括在透明材料的表面之下产生激光改性结构的图案的系统。所述系统包括：激光亚系统，产生脉冲宽度在约10fs到约500ps的范围内的脉冲。包括了定位系统，以定位脉冲相对于材料的位置，以及光学系统以聚焦脉冲并在材料内形成至少一个结构。所述至少一个结构具有深度、宽度和物理特性，所述物理特性用于沿检测方向产生可检测辐射来响应沿第一辐射方向入射的受控辐射。在不同的实施例中：脉冲的脉冲宽度在约100fs-约200ps的范围内，并且其中激光源包括基于光纤的啁啾脉冲放大器系统。至少一个实施例包括系统，所述系统具有产生可检测空间图案来响应受控辐射的设备；和照明器，它用于选择性地辐射所述设备以便形成至少一个可检测空间图案。在不同的实施例中：用于选择性辐射的装置包括多个辐射源。用于辐射的装置包括非球面光学部件，它用于产生伸长的光束并用于沿第一辐射方向投影伸长的光束。所述系统包括沿检测方向设置的检测系统。用于辐射的装置包括扫描机构，以选择性地辐射所述设备的至少一部分。至少一个实施例包括用于改性透明材料的基于激光的系统。所述系统包括：产生脉冲激光输出的脉冲激光装置和接收输出的多焦点光束发生器。所述发生器被设置成利用输出形成多个聚焦光束，每个聚焦光束具有光束腰，所述光束腰在深度上相对于材料间隔，其中所述多个聚焦光束的至少一个光束腰在材料内并导致材料的改性。包括了运动系统，以在材料和聚焦光束之间产生相对运动。控制器被连接至脉冲激光装置和运动系统，并控制系统使得在相对运动期间形成多个聚焦光束。在不同的实施例中：多焦点光束发生器包括波长转换器，并且聚焦光束包括多个波长。第一波长是IR波长，而第二波长是长于材料的吸收边缘的可见或近UV波长。多焦点光束发生器包括偏振元件，并且聚焦光束包括多个偏振。偏振包括圆偏振。在深度上间隔的光束腰沿聚焦光束的传播方向形成在共线位置。多个聚焦光束形成在辐照时间间隔期间，并且时间间隔期间的相对运动产生的相对位移小于大约聚焦光束的光束腰直径。在深度上间隔的光束腰大致沿表面的法向方向形成，并且在对应于大致垂直于表面的平面的一部分的局部区域内。聚焦光束在小于约10ns的辐照时间间隔期间形成，并且相对运动包括在约1mm/秒直到约10m/秒范围内的速度。至少一个产生的脉冲输出包括脉冲宽度在约10fs到100ps范围内的激光脉冲。多焦点光束发生器包括光束分束器和光束组合器，被设置成沿多个光学路径传播光束，和聚焦元件，被设置成控制光束的聚焦和形成在深度上间隔的光束腰。所述系统包括光束偏转器并且系统包括设置在材料和光束偏转器之间的扫描透镜。脉冲激光装置产生重复率在约10KHz到100MHz范围内的激光输出脉冲，并且多焦点光束发生器被设置成以所述重复率形成多个聚焦光束。多焦点光束发生器包括衍射光学元件(DOE)，它形成至少两个在深度上间隔的聚焦光束部分。至少一个实施例包括用于改性材料的基于激光的方法。所述方法包括：产生脉冲激光束；形成多个聚焦脉冲光束，每个光束具有光束腰，所述光束腰相对于材料在深度上间隔，所述光束腰中的至少一个在材料内并导致材料内的材料改性产生至少一个亚表面结构；所述方法包括在材料和聚焦光束之间产生相对运动。所述方法包括控制所述形成和运动使得在运动期间形成多个聚焦脉冲光束。在不同的实施例中：形成至少一个亚表面结构，所述结构包括伸长形状和圆形中的至少一个。所述结构以在深度上间隔形成，导致在机械分离过程期间材料的清晰分离。所述材料包括钢化玻璃。所述材料包括蓝宝石，或半导体，并且聚焦脉冲光束包括材料高度透射的波长。形成所述结构以改性材料的表面部分和亚表面部分。至少一个聚焦脉冲光束包括脉冲宽度小于约100ps的脉冲。至少一个聚焦光束在材料内形成范围在约1J/cm2到150J/cm2的能流。至少一个实施例包括用于材料改性的基于激光的方法。所述方法包括沿共线方向聚焦和传送多个激光束以便形成多个结构，所述多个结构具有相对于材料在深度上的空间排列，并且在脉冲和材料之间的受控相对运动期间形成。在不同的实施例中：预选所述空间排列以便在分离过程期间提供材料的清晰分离。至少一个实施例包括由上述方法制成的物品，具有基于激光的材料改性，并具有分离材料以获得物品的材料部分的附加步骤。至少一个实施例包括用于改性材料的基于激光的系统。所述系统包括：产生脉冲激光束的脉冲激光装置；用于形成相对于材料在深度上间隔的多个聚焦脉冲光束的装置，所述多个聚焦脉冲光束中的至少一个具有光束腰，所述光束腰形成在材料内并导致材料内的材料改性产生至少一个亚表面结构。所述系统还包括用于在材料和聚焦光束间产生相对运动的装置。包括了控制器，用于控制所述形成和运动使得在运动期间形成所述多个聚焦脉冲光束。在不同的实施例中：多个光束同时形成。控制器被连接至多焦点光束发生器。控制器被设置成控制偏振、波长、能流和光束腰位置中的至少一个。光束腰由小于光束腰直径的深度分隔形成。形成了多个亚表面结构，其具有沿相对于材料的深度方向的空间重叠。聚焦和传送同时形成所述结构。在至少一个实施例中，在划片和分割过程中使用多个在深度上聚焦的光束。在至少一个实施例中，在用于透明材料标记的过程中使用多个在深度上聚焦的光束。在至少一个实施例中，在焊接或连接过程中使用多个在深度上聚焦的光束。在至少一个实施例中，多焦点光束发生器包括波长转换器和偏振元件，并且被设置成形成在不同位置或深度聚焦的包括多个波长和多个偏振的聚焦光束。至少一个实施例包括在透明材料的表面之下产生激光改性结构的图案的方法。所述方法包括利用紧密聚焦的超短激光脉冲在不同深度形成多条线，并控制激光参数使得至少一条线包括具有强镜面反射分量的扩展平面区域。在不同的实施例中，采用在约300fs-25ps范围内的脉冲宽度形成反射标记。因此，本发明提供了具有由激光(例如超短脉冲激光)形成的亚表面标记图案的透明材料，其中标记由材料内处于不同深度的线形成，所述线只有在用定向大体垂直于所述线的光源照明时对于肉眼才是基本可见的。因此，尽管本文只具体描述了某些实施例，显而易见，在不脱离本发明精神和范围的情况下可以对其进行多种改变。另外，使用缩写词只是为了增强说明书和权利要求书的可读性。应当注意，这些缩写词不旨在减少所使用术语的通用性并且它们不应被解释为将权利要求的范围限制在本文所述的实施例。