【中玻網】玻璃是一種透明的類固體材料，在人們日常生活中應用廣泛。玻璃的應用范圍在不斷擴大，尤其是和其他材料相結合能更多地應用于高科技領域。玻璃由物質材料、石灰石和沙子等常見的材料制成。這些材料在高溫條件下（約1500℃）溶化，就像液體一樣，可以被灌注、吹制、壓制和模塑成各種形狀。但在室溫下，玻璃就成為固體，冷卻后由于機械性能的改變會變得難以加工處理。
　　
　　玻璃具有其他材料所不具備的獨特性能。它擁有較好的光學性能，能反射、彎曲、透射和吸收光線，在整個可視范圍內甚至更遠，都具有較高的透明度。從化學性能來說，玻璃是一種抗腐蝕的惰性材料，可以作為很多化學品的容器。從熱力和電力方面來看，玻璃是一種上好的絕緣體。從物理性能來看，玻璃表面堅硬，防刮耐磨，近年來通過各種方法，玻璃甚至具備了彈性。但是，也正是這些性能使得玻璃加工面臨著更大挑戰，例如一旦玻璃具備較好的抗拉強度，就變得易碎。
　　
　　因此，處理玻璃的方法和其應用都需要從長計議。玻璃制造可以追溯到公元前3500年左右。人工制造玻璃大概首先出現在美索不達米亞和埃及，首先被用來制作珠寶，隨后被用來制作壺。之后，加工工藝不斷改進，從手工加工演變為現今的高科技工業工藝，出現了眾多玻璃類別和應用。盡管玻璃制造歷史悠久，但近幾十年來由于玻璃的易碎性能，對于玻璃成品進行加工的工藝止步不前。
　　
　　通常一個小裂紋就會造成玻璃破碎。一旦微裂紋在玻璃的某個部位形成，它就會蔓延至玻璃邊緣，造成破裂。玻璃的這種易碎屬性使其難以加工。另外一方面，不斷發展的技術使其可制成結構更小，且形狀各異的玻璃來應用于不同領域。傳統的準確方法，如光刻和電子束光刻等來加工玻璃，但這些技術過于昂貴，不易操作，特別是大面積使用。現今，激光技術提供了加工玻璃的較準確方法。較直截了當的方法就是在波長范圍內利用單光子吸收，玻璃在紅外線或紫外線下不會高度透明。
　　
　　但是，直接吸收會產生一些問題，包括不良熱影響以及形成熱影響區，這會產生微裂紋，嚴重危害玻璃的機械穩定性。此外，在玻璃表面下方進行加工，制造三維結構，需要使用高透明度波長。雖然納秒脈沖激光器可以用于在玻璃中制造次表層結構（如圖1），玻璃的物理機制會對微處理的精細程度造成限制，也會產生微裂紋。

　　
　　圖1：使用納秒激光器（左圖）和使用近紅外（NIR）飛秒激光器（右圖）對玻璃進行激光加工示例。

　　近年來，一種激動人心的替代性工藝已投入工業應用，即使用超快激光器在近紅外波長范圍內產生次皮秒脈沖。在這一方法中，超短脈沖緊密聚焦于玻璃的大部分或表面，每平方厘米的功率密度超過數太瓦，引發復雜多樣的工藝，如同時多光子吸收、雪崩和碰撞電離，造成對玻璃基質高度局域化的破壞，同時幾乎不存在能量沉積（只有幾微焦甚至更少）。由于每次脈沖所用能量較其適度，對該部位（甚至是聚焦體積）造成的熱影響可以忽略不計。這一方法通常被稱為“冷消融”，可以用來制造較為準確的3D結構。和其他微制造技術相比，飛秒激光微制造透明材料具有獨特優勢（圖2）。

　　
　　圖2：由光纖激光器產生的飛秒脈沖在玻璃上快速打標。

　　首先，由于非線性吸收機制，激光感應變型被局限于聚焦體積。使用掃描或輸樣微處理，可以實現幾何上難度非常大的三維結構。其次，材料單獨的非線性吸收工藝使得在透明材料中形成光學設備等精細結構成為可能（圖3）。

　　
　　圖3：飛秒激光器/透明材料相互作用原理圖。

　　飛秒激光微加工由一種叫做“激光感應光學擊穿”的現象引起。在這一過程中，飛秒激光器的光學能量被輸送到加工過的材料上，激發出很多電子，促使電子離子化，并將能量向晶體運輸。隨后，材料發生結構變化或相位交替，造成折射率較久性改變，甚至在焦點處留下一個孔。