專利名稱：在聚合物材料中提供表面下標記的方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及使用脈沖激光能量在聚合物材料中制造表面下標記的系統(tǒng)和方法。更具體來說，本發(fā)明涉及在透明聚合物材料中提供激光標記的系統(tǒng)和方法，其中所述標記在聚合物材料體內提供。還提供了由所述方法進行標記的材料。
背景技術：
人們期望能在制造過程中對聚合物材料進行標記。在許多應用中，人們期望獲得表示部件、日期、批號、材料、功能特性、或者甚至提供裝飾性標記或公司標志的清楚、深色、 永久標記。人們期望獲得對聚合物材料(包括透明聚合物材料)進行標記的改進方法。發(fā)明概述在實施方式中，本發(fā)明提供了在透明聚合物材料中制造表面下標記的方法和系統(tǒng)。在實施方式中，透明聚合物材料不含顏料、著色劑、染料、發(fā)泡劑或起泡劑之類的添加劑，以便形成表面下標記。在實施方式中，在將標記引入材料體內之后，經過標記的透明聚合物材料保持材料表面無瑕疵。在其他實施方式中，本發(fā)明提供在透明聚合物材料中制造標記的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有至少一個脈沖激光器，該激光器提供波長在聚合物材料的透明度窗口(transparency window)之內、脈沖寬度小于1納秒的激光能量，該系統(tǒng)還任選地具有光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)經過結構化和排列，從而將激光聚焦于聚合物材料表面之下的一點并形成深色標記，而材料表面(即頂表面和/或底表面)保持無瑕疵。在其他實施方式中，提供了為透明聚合物材料表面以下的位置(表面下的點)提供脈沖寬度小于1納秒的脈沖激光能量、并在該位置或點處形成深色標記的方法。在其他實施方式中，可以移動激光器或聚合物材料，從而在聚合物材料中形成線、字母、數(shù)字、形狀、二維形狀、三維形狀、條形碼、標志或其他裝飾物之類的形狀，而材料表面保持基本無瑕疵。在實施方式中，透明聚合物材料或工件可以由包括以下的任何透明聚合物材料構成例如聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚對苯二甲酸乙二酯，聚苯醚或環(huán)烯烴共聚物。在其他實施方式中，激光器可以是飛秒或皮秒激光器，可以是光纖激光器。在實施方式中，激光器可以是
摻雜或Er-摻雜的脈沖光纖激光器。在實施方式中，激光器可提供具有以下脈沖寬度的激光脈沖小于500納秒，小于100納秒，小于1納秒，小于500皮秒，小于100皮秒，小于 50皮秒，小于20皮秒，小于10皮秒，小于2皮秒，小于500飛秒，或小于100飛秒。在其他實施方式中，標記可以是具有以下厚度的線至少3微米，至少5微米，至少10微米或至少 30微米，聚合物材料或工件的頂表面和/或底表面可保持不變、無瑕疵、或沒有因為標記處理而形成標記。在其他實施方式中，聚合物材料的頂表面或底表面可具有透明材料層，具有有利的透明度窗口。在其他實施方式中，本發(fā)明還提供在聚合物材料中制造標記的方法，該方法包括以下步驟(1)提供具有頂表面的透明聚合物工件，其中該工件具有透明度窗口 ； ( 提供至少兩個波長在聚合物材料的透明度窗口之內的脈沖激光器；03)向聚合物材料的表面下的點提供激光能量；和任選地(4)相對于激光器移動聚合物材料，或者相對于聚合物材料移動激光器，從而在聚合物材料中提供兩維或三維標記。在其他實施方式中，本發(fā)明提供在施加激光能量之前，將聚合物工件或聚合物材料加熱到30-60°C的溫度。在其他實施方式中，本發(fā)明提供在標記步驟過程中，使用冷卻器(例如可以是風扇或散熱器)冷卻工件或聚合物材料。在其他實施方式中，本發(fā)明提供在標記步驟過程中，使用加熱器或冷卻器(例如可以是風扇或散熱器)加熱或冷卻工件或聚合物材料的一個或多個表面。附圖簡要描述參考附圖，通過以下詳細說明，能最好地理解本發(fā)明。

圖1是說明通過光學系統(tǒng)聚焦在聚合物工件上的脈沖激光束的圖。圖2是顯示一種聚合物材料(聚苯乙烯)的透射光譜和一些透明度窗口的圖。圖3是說明可以聚焦在工件中的多個激光器的圖。圖4是另一種說明可以聚焦在聚合物工件中的多個激光器的圖。圖5是另一種說明可以在工件中交叉的多個準直束的圖。圖6A和B是說明可用于本發(fā)明實施方式中的加熱器或冷卻器的圖。圖7A和B是說明可用于本發(fā)明實施方式中的加熱器或冷卻器的圖。圖8是顯示本發(fā)明方法的實施方式的流程圖。圖9是說明用于制造本發(fā)明實施方式中的標記的激光器系統(tǒng)的流程圖。圖10是具有根據(jù)本發(fā)明方法的實施方式的表面下標記的聚合物材料的照片。圖IlA和IlB是顯示根據(jù)本發(fā)明方法的實施方式的聚合物材料上的表面下標記的照片，以截面方式從頂部(圖11A)和側面(圖11B)攝取。圖12是根據(jù)本發(fā)明方法的實施方式進行標記的聚合物材料的照片。圖13A、13B和13C是根據(jù)本發(fā)明方法的實施方式進行標記的聚合物材料的照片， 其中激光器的脈沖重復率分別為73. 6千赫、1. 18兆赫和18. 84兆赫。圖14A、14B和14C是根據(jù)本發(fā)明方法的實施方式進行標記的聚合物材料的照片， 其中激光器的脈沖寬度分別為τ =0.83皮秒、τ = 10皮秒和τ = 33皮秒。圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，在聚合物材料中制造的標記的線寬與能量之間的關系的圖。發(fā)明詳述本發(fā)明的實施方式一般涉及使用脈沖激光能量在聚合物材料中制造表面下標記的系統(tǒng)。更具體來說，本發(fā)明的實施方式涉及在聚合物材料中制造高反差(high-contrast) 標記的系統(tǒng)，包括脈沖的飛秒、皮秒或納秒激光器，任選地包括向聚合物材料之內的點提供激光能量的光學系統(tǒng)。在實施方式中，提供了在聚合物材料中制造高反差標記的方法，其中所述標記位于聚合物材料的內部。此外，在實施方式中，本發(fā)明的標記方法中的聚合物材料不包括反差材料層，可著色材料層，反差層，顏料，發(fā)泡劑，金屬性、反射性、或其他吸收激光能量的材料，或者在聚合物材料的透明度窗口之內是線性吸收劑的添加劑。在實施方式中， 根據(jù)本發(fā)明方法的實施方式進行標記的聚合物材料不包含能吸收施加的激光能量從而形成深色標記的添加劑。相反，所述深色標記是通過施加脈沖激光能量、不需要聚合物材料中的吸收激光能量的添加劑(該添加劑促進聚合物材料中表面下深色標記的形成)的輔助而形成的。在其他實施方式中，還提供了通過所述方法進行了標記的制品。在以下詳細說明中，為了說明而非限制的目的，提出揭示具體細節(jié)的示例性實施方式，從而提供對本發(fā)明的透徹理解。但是，對本領域普通技術人員顯而易見的是，本發(fā)明可以按不同于本文揭示的具體細節(jié)的其他實施方式實施。在其他情況中，可以省略對眾所周知的裝置和方法的詳細說明，從而不至于混淆本發(fā)明的說明?？梢詫Χ喾N聚合物材料進行標記?？梢詫酆衔锊牧匣蛩芰线M行標記，從而反映批號、來源碼、條形碼、多維條形碼、循環(huán)碼、公司名稱和標志、部件號、到期日、可追蹤的品質控制信息、或任何其他種類的標記?？梢园匆欢ǚ绞嚼缭谟糜谛纬杉毎囵B(yǎng)表面的透明聚合物材料中提供表面下標記，允許標記透過材料顯現(xiàn)，但是不會在材料表面中引入不規(guī)則性或瑕疵、產生不需要的碎屑、引入毒性物質、或者不必要地限制材料的透明性。一般來說，已經通過多種方式在聚合物材料上制造表面標記?？梢圆捎糜湍∷順擞浘酆衔锊牧?。印刷的標簽可能具有不穩(wěn)定的使用壽命。印刷的信息可能在正常操作條件下或在接觸溶劑時被從聚合物材料上除去。在操作和印刷過程中、在產品的工作壽命中、以及在廢物物流中，印刷油墨可能成為潛在的污染物或致污物?？梢孕纬赡Ｋ艿臉擞?， 例如凸起的標記或插入式標記。在照明條件不理想的情況下，可能難以看見模塑的標記。另外，模塑的標記通常是不能機器讀取的?？梢岳缤ㄟ^采用高功率連續(xù)波(CW)激光器或高能納秒或較長脈沖激光經線性吸收處理的蝕刻工藝，在經過著色的聚合物材料的表面上制造標記。這種激光標記工藝只能在表面上進行，可能留下碎屑。另外，這種激光標記工藝可能導致形成低反差標記。由于熱效應，這種標記工藝經常在經過標記的區(qū)域周圍產生損壞或瑕疵(應力、彎曲、折疊和/ 或裂縫)。這種方法不能得到反差標記。另外，由于采用線性吸收處理，這種激光標記工藝不能用于對激光透明的材料。本說明書中使用的“瑕疵”是指深色標記，人眼能看到的損壞點或變色的區(qū)域，凹痕，空穴，突起，折痕，隆脊，折疊，裂縫或彎曲，或者平坦頂表面或底表面中足以使表面無法用于其預期目的的不規(guī)則性或缺陷。例如，“沒有瑕疵”表示表面不包含以下的任何一種或其組合深色標記，人眼能看到的損壞點或變色的區(qū)域，凹痕，空穴，突起，折痕，隆脊，折疊， 裂縫或彎曲，或者平坦頂表面或底表面中足以使表面無法用于其預期目的的不規(guī)則性或缺陷。表面平面中的微小不一致性是可以容忍的，可能不會使表面無法用于其預期目的。但是，深色標記、人眼能看到的損壞點或變色的區(qū)域、凹痕、空穴或突起、折痕、隆脊、折疊、裂縫、彎曲或者表面中的明顯缺陷之類的瑕疵可能使表面無法用于其預期目的。在細胞培養(yǎng)中，作為一種對預期目的的非限制性說明，明顯瑕疵可能使聚合物表面無法用作細胞培養(yǎng)表面。例如，激光標記可導致對表面進行雕刻，可以在雕刻的區(qū)域周圍形成圓形的突起部分。這種損壞對于要求平滑或受控的聚合物表面的應用而言是不利的。例如，在細胞培養(yǎng)應用中，不均勻的雕刻表面會導致形成不一致的細胞培養(yǎng)表面，這種表面是這種應用所不能接受的。這些熱效應或瑕疵形成不利于特定應用的不均勻表面。通過向聚合物材料添加吸收激光能量的顏料，并使該材料接觸顏料能吸收的波長范圍內的激光能量，可以在淺色或無色的材料中或材料上產生深色標記。即，可以向聚合物材料添加吸收激光能量的材料，例如顏料、著色劑、染料、發(fā)泡劑、起泡劑或反差材料層。添加的吸收激光能量的材料可以吸收激光器所提供波長的激光能量。吸收激光能量的材料吸收激光能量，在接觸激光能量時加熱，該熱量誘使含顏料的材料發(fā)生碳化或炭化，形成深色標記。通過向聚合物材料添加吸收激光能量的發(fā)泡劑，通過使聚合物材料中添加的發(fā)泡劑接觸激光能量而加熱，誘使聚合物樹脂因為該熱量而發(fā)泡，從而在聚合物材料中形成淺色標記。將這些吸收激光能量的材料引入聚合物材料中可能并非所需或可行的。這些添加劑可能比較昂貴，因此并不很有利。這些添加的吸收材料，例如顏料、著色劑、染料、發(fā)泡劑、 起泡劑或反差材料層，作為制造工藝中的原料和作為最終產品中的成分，可能是毒性的。例如，若使用透明聚合物材料作為細胞培養(yǎng)表面，則向聚合物引入毒性材料可能導致形成對培養(yǎng)中的細胞為毒性的表面。提供聚合物材料層是重復性的制造步驟，對材料層進行組裝， 需要額外的費用。從成本和工藝角度考慮，這是有利的，并且從安全角度考慮，能夠對透明聚合物材料進行激光標記，同時不需要添加吸收激光能量的材料，例如顏料、著色劑、染料、 發(fā)泡劑或添加劑、起泡劑或反差材料層。從成本、工藝和產品功能角度考慮，能對聚合物材料(包括透明聚合物材料)進行激光標記同時不使用添加劑也不損壞聚合物材料的表面是有利的。在本發(fā)明的實施方式中，“透明聚合物”或“透明聚合物材料”表示對激光波長具有足夠的透明度，并且不含吸收激光能量的添加劑如染料、顏料、反差試劑、起泡劑、發(fā)泡劑、 金屬性或反射性材料、或者包含這些添加劑的材料層的聚合物或聚合物材料。在實施方式中，透明聚合物是不含吸收激光能量的添加劑的任何聚合物或聚合物摻混物。在其他實施方式中，透明聚合物是例如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚苯醚、環(huán)烯烴共聚物、或者兩種或更多種聚合物的共聚物或摻混物。在實施方式中，根據(jù)本發(fā)明方法進行標記的透明聚合物不包含會影響聚合物材料對用于標記透明聚合物材料的激光能量波長的透明度的添加劑。在實施方式中，透明聚合物材料不含吸收激光能量的添加劑。在本發(fā)明的實施方式中，提供了在不需要顏料、著色劑、染料、發(fā)泡劑或添加劑、起泡劑或反差材料層的情況下，在聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚苯醚、環(huán)烯烴共聚物、或其他聚合物、或者兩種或更多種聚合物的共聚物或摻混物等之類的透明聚合物材料中制造高反差標記的方法。本發(fā)明利用具有高能量密度并且與聚合物材料具有非線性相互作用的短(飛秒、皮秒或納秒)持續(xù)時間的激光脈沖，導致多光子吸收，形成深色標記。 通過將這些短持續(xù)時間的激光脈沖聚焦或交叉在聚合物材料表面以下的位置，可以在不影響聚合物材料的頂表面或底表面的情況下，提供表面下標記或深標記。對于本發(fā)明的目的，高反差標記或深色標記表示人眼可以看見和/或機器可以讀取的標記，其顏色比周圍材料更深。例如，在透明聚合物材料中，高反差或深色標記看上去是黑色、棕色、紫色、藍色、綠色或其他高反差的深色或著色的標記。本發(fā)明的實施方式提供了一種透明聚合物材料，其包括頂表面、底表面、以及內部
7的高反差或深色標記，其中頂表面和底表面不包括瑕疵，這意味著頂表面和底表面沒有瑕疵。在實施方式中，透明聚合物不含吸收激光能量的添加劑，例如顏料、著色劑、染料、發(fā)泡劑、起泡劑、或反差材料層。在實施方式中，透明聚合物包括頂表面、底表面、以及內部的高反差或深色標記，其中頂表面和底表面不包括瑕疵，透明聚合物不含吸收激光能量的添加劑，如顏料、著色劑、染料、發(fā)泡劑、起泡劑、或反差材料層。在本發(fā)明的實施方式中，在透明聚合物材料體內引入標記，而透明聚合物材料的頂表面和底表面沒有瑕疵。在實施方式中， 深色標記嵌入透明聚合物材料中，而透明聚合物材料的表面適合于需要平滑無瑕疵表面的應用。在實施方式中，可以使用單個激光源向透明聚合物材料體內引入高反差或深色標記。激光脈沖的波長應當在聚合物材料的透明度窗口之內。由于激光脈沖的波長在聚合物材料的透明度窗口之內，所以單獨的激光脈沖可以通過聚合物材料，而不影響材料，直到激光能量聚焦或與另一激光束交叉，以提供足夠能量，與聚合物材料發(fā)生非線性的相互作用， 導致該材料碳化，留下高反差或深色標記。在另外的實施方式中，當將多個具有合適能量的激光脈沖聚焦在聚合物材料內的單獨點處，并且控制時機使得激光脈沖同時到達焦點，可以在焦點處形成深色點。不受限于理論，這種來自一個以上激光源的激光能量在單獨點處聚焦，組合起來使聚合物材料分解。這些激光脈沖的組合導致材料中的非線性吸收，導致聚合物材料發(fā)生變化。聚合物材料可能燃燒或炭化。聚合物材料會形成煙炱，被截留在局部加熱的聚合物材料中，形成深色區(qū)域或點。在本發(fā)明的實施方式中，聚合物材料本身不含顏料。在實施方式中，聚合物材料不含著色劑。在實施方式中，聚合物材料不含染料。在實施方式中，聚合物材料不含發(fā)泡劑。在實施方式中，聚合物材料不含起泡劑。在實施方式中， 聚合物材料不包括含有顏料、著色劑、染料、發(fā)泡劑或起泡劑中任何一種或多種的材料層。在實施方式中，短持續(xù)時間的高能激光脈沖的組合誘使聚合物中發(fā)生光化學反應，聚合物中的材料發(fā)生局部碳化，導致受到激光作用的區(qū)域發(fā)生永久性變黑。變黑的元件為激光焦點尺寸的0.1-100倍左右，可以針對不同的應用對這種尺寸進行調節(jié)。通過相對于一束或多束激光的焦點移動聚合物材料或工件，或者通過相對于工件移動激光的焦點， 可以在工件中提供各種形狀，包括線、曲線、兩維幾何形狀、三維幾何形狀、或者任何其他所需形狀或元件。根據(jù)所需的標記用途，可以形成較厚或較薄的標記。例如，對于計算機讀取的標記，例如條形碼，或者在放大鏡下觀察的標記，可以在聚合物材料中引入超薄的標記。對于人類讀取，可以結合較厚的線或形狀?；蛘撸梢栽诓牧现幸腴g隔的線或多根細線。對于人眼，會將緊密間隔的線看作一根顏色較深的較粗的線。由于激光脈沖和材料之間的相互作用時間非常短，所以熱效應如裂縫得以最小化。多次通過經過標記的區(qū)域，提供互相貼近的一些深色線，可以形成較粗的線。已經采用例如CO2和YAG激光器驗證了聚合物的激光標記。這些激光器不能提供飛秒或皮秒脈沖寬度。它們可以提供納秒脈沖寬度。這些工藝一般需要發(fā)泡劑(或起泡劑)、吸收劑、著色劑、顏料、染料等之類的添加劑，從而實現(xiàn)足以提供可用標記的顏色改變。 例如，可以向聚合物或塑料批料中添加石墨、碳黑、含銅化合物、氧化鉬、含TiO2化合物、普魯士藍、鐵板鈦礦涂覆的云母或白云母，或者可以將它們作為單層或多層結合到較大的產品中。接觸激光能量時，例如由Nd:YAG激光器產生的激光能量，但是該激光器可以是波長在所用顏料的高吸收波長區(qū)域中的任何種類的激光器，顏料可能碳化，形成標記。(參見美國專利第5擬8780號，第5977514號，和美國公開申請2006/0030631和日本公開申請第 H05-337659 號。)已經使用飛秒激光器燒蝕聚合物但不發(fā)生變色(P.Moreno等，碳加強的聚合物的飛秒激光燒蝕(Femtosecond laser ablation of carbon reinforced polymers), AppliedSurface Science :252(2006)4110-4119)以及從聚苯乙烯形成碳微結構(J. Ashcom等，飛秒激光器誘使的聚苯乙烯碳化(Femtosecond laser-induced carbonization ofpolystyrene)，激光器禾口電子光學會議(Conference on Lasers andElectro-Optics (CLEO) :(2001)第231頁)。另外，已經描述了將標記引入聚合物材料中的激光標記裝置(美國公開第2007/0086822號)。但是，這些標記顏色非常淺，需要一層核心材料或有顏色的材料，以增大標記的可視性。在實施方式中，本發(fā)明提供了以高重復率(50千赫-30兆赫)使用飛秒、皮秒或納秒激光脈沖從而在透明聚合物材料中制造高反差(黑色)表面下標記而不對材料表面造成損壞的方法。聚合物材料對激光波長為透明。在實施方式中，這些方法不需要著色劑。在實施方式中，這些方法不需要顏料。在實施方式中，這些方法不需要染料。在實施方式中， 這些方法不需要發(fā)泡劑。在實施方式中，這些方法不需要起泡劑。在實施方式中，這些方法不需要反差材料層或者含著色劑、染料、發(fā)泡劑或起泡劑的材料層。光纖脈沖激光器非常適合產生50千赫-30兆赫的飛秒、皮秒和納秒脈沖。由于光纖激光器的優(yōu)點低成本、高穩(wěn)定性、高可靠性、緊湊的尺寸、和低的保養(yǎng)要求，將這些激光器用于本發(fā)明的實施方式從本質上說是低成本的，并且適用于工業(yè)環(huán)境中。另外，由于使用了高重復率的脈沖，所以這些方法能提供高速標記。在實施方式中，本發(fā)明涉及形成變色的區(qū)域，該區(qū)域在材料中形成可見標記或深色標記。在本發(fā)明的實施方式中，聚合物的這種變色性局限在靠近激光焦點的區(qū)域，該材料對激光波長是透明的，因此，可以在聚合物材料內形成標記，而不需要額外的材料層。但是， 該材料可具有透明材料層(非反差材料或者不含顏料、染料、反差性、或其他類似成分的材料)。例如，細胞培養(yǎng)聚合物材料可具有生物活性材料涂層，例如蛋白質、肽、核酸、細胞粘合劑或耐細胞粘合材料?；蛘?，聚合物材料可與玻璃或其他聚合物材料的層靠近或粘合。這種具有一個層的聚合物材料可根據(jù)本發(fā)明實施方式進行標記，其中該層在聚合物材料的透明度窗口內是透明的，不含顏料、著色劑、染料、發(fā)泡劑、起泡劑、或反差材料的層。在實施方式中，標記深入透明聚合物材料的表面。即，標記是表面下的。這種標記在一些方面是有利的。這種標記允許聚合物材料的表面保持完好，沒有因為接觸激光而產生瑕疵。這種標記還能消除可能因為表面標記技術產生的碎屑或污染物。這種標記允許將聚合物材料的表面用于要求無瑕疵表面的目的。例如，根據(jù)本發(fā)明方法經過標記的聚合物材料可用于細胞培養(yǎng)。本文還設想了其他用途。例如，根據(jù)本發(fā)明實施方式經過標記的聚合物材料可用于要求平滑聚合物表面的包裝、電子和成像裝置，或其他應用。圖1顯示采用單脈沖激光束的本發(fā)明的激光標記系統(tǒng)100的實施方式。圖1中所示的系統(tǒng)包括四個部件脈沖激光器110，控制器115，光學系統(tǒng)120(如圖1中所示包括透鏡121、面鏡122、第三透鏡12 ，以及待標記工件130。工件130是透明聚合物材料，包括頂表面131和底表面132。(在本說明書中，術語“工件”是透明聚合物材料，這兩個術語可以互換使用。)激光器110產生準直的激光脈沖束111。激光脈沖束的尺寸由透鏡121調節(jié)，然后用面鏡122控制激光束的方向，通過第三透鏡123聚焦，將該激光束傳遞到點140。 控制器115可控制激光器110和光學系統(tǒng)120(如圖1中的虛線所示)。點140也可描述為表面下標記140。在實施方式中，本發(fā)明方法包括使用光學系統(tǒng)120從單脈沖激光器110向聚合物材料內的特定點提供脈沖激光能量。這些光學系統(tǒng)120可包括透鏡、面鏡、衍射光學元件和偏振光學元件，是激光器領域中眾所周知的。特別是當將單激光器用于本發(fā)明的實施方式中的時候，操作光學系統(tǒng)120將激光能量聚焦到聚合物材料或工件體內的點140上。在本發(fā)明的實施方式中，激光器110可產生短光學脈沖。在實施方式中，激光器可具有以下規(guī)格。激光脈沖的波長應當在待標記材料的透明度窗口之內。輸出脈沖的脈沖寬度可以在飛秒、皮秒或納秒范圍中。例如，激光器的輸出脈沖的脈沖寬度只受到激光器的物理性質的限制，可以小于1納秒、小于100納秒或小于500納秒?；蛘?，輸出脈沖的脈沖寬度可小于1納秒、小于500皮秒、小于100皮秒、小于50皮秒、小于20皮秒、小于10皮秒、 小于5皮秒、或任何合適范圍。在實施方式中，脈沖的激光器將具有一定的重復率。重復率是每秒脈沖數(shù)量。激光器的輸出脈沖的重復率是例如以下范圍中的任何值，1千赫到30兆赫、20千赫到100千赫、或100千赫到10兆赫。光纖脈沖激光器適合于產生這種激光脈沖。較高重復率的脈沖可允許每秒產生較多標記，允許每秒向聚合物材料施加較多標記。較高重復率的脈沖可允許較高速度的標記。在實施方式中，根據(jù)脈沖的持續(xù)時間，激光器的輸出脈沖的能量可以在例如以下范圍中選擇，10納焦到10毫焦，具體取決于系統(tǒng)的需要。例如，若脈沖具有較短的持續(xù)時間，則在聚合物材料中形成高反差標記所需的能量可以減小。若脈沖具有較長的持續(xù)時間， 則在聚合物材料中形成高反差標記所需的能量可以增大。所有三種上述參數(shù)可以進行變化，以產生具有合適脈沖寬度的激光脈沖，與合適的重復率和足夠能量組合，從而針對特定束尺寸或聚焦條件在特定的透明聚合物材料中形成表面下的深色標記。脈沖激光器可以是符合以上規(guī)格的任何種類的激光器，包括氣體激光器、固態(tài)激光器、半導體激光器或其他。例如，可以使用TI 藍寶石，YAG，Nd_摻雜的玻璃, -摻雜的脈沖光纖激光器，Er-摻雜的脈沖光纖激光器和(X)2激光器。光纖脈沖激光器適合于產生50千赫到30兆赫的飛秒、皮秒和納秒脈沖。例如，可以使用IMRA μ Jewel (可從美國密歇根州安阿伯的美國 IMRA 公司(IMRA America，AnnArbor，MI)獲得)禾PCorelase X-lase 光纖激光器(可從美國密歇根州普利茅斯的RS公司(Rofin-Sinar，Plymouth，MI)獲得)?？梢允褂肧pectraPhysics Spitfire (可從美國加利福尼亞州芒廷維尤的紐波特公司(Newport， Mountain View, CA)獲得)產生飛秒脈沖。在一種實施方式中，激光器可以是高能量的超短脈沖光纖激光器，例如在共同待審查的美國公開第2008/0025348號中揭示的或者在共同待審查的美國申請第11/823680號中描述的低重復率環(huán)腔被動鎖模光纖激光器(兩份文獻都通過參考結合于此)。光纖激光器一般是低成本、高穩(wěn)定性、高可靠性的，具有緊湊的尺寸，具有低保養(yǎng)要求，使得這些激光器適用于工業(yè)環(huán)境中。再參見圖1，在本發(fā)明的實施方式中，光學系統(tǒng)120包括例如單元透鏡或多元透鏡系統(tǒng)120，可使用光學系統(tǒng)120將脈沖的激光束111聚焦在待標記材料內的焦點或點140處。光學系統(tǒng)120還可調節(jié)焦點140處的束尺寸和形狀。待標記材料130可以是對激光透明的塑料或聚合物。圖2是顯示聚苯乙烯透射光譜的圖，包括一些透明度窗口，用1毫米厚度的聚苯乙烯片(Dow 685D)測量。在本說明書中，透明窗口(或透明度窗口)表示能以可用透射率通過材料的光波長范圍。例如，透明度窗口可以是大于約60%透射率，大于70%透射率，大于80%透射率，或大于約90%透射率。在實施方式中，可以使用這種波長范圍內的激光器產生的束來標記透明材料。使用 Perkin-Elmer 950分光光度計對從2500納米到200納米透射的寬帶光源進行測量，使用 60毫米直徑積分球，采用以下參數(shù)光譜帶寬(PMT) :2.0納米；PbS krvo，增益5;信號平均時間0. 5秒；掃描速度180納米/分鐘；檢測器變化850納米；小孔無。采用以下參數(shù)使用Nicolet Nexs 670FTIR對樣品進行紅外透射測量掃描64 ；分辨率8厘米―1 ；光圈30% ；增益1 ；小孔6毫米X 19毫米。如圖2中所示，聚苯乙烯的透明度窗口(大于約60%透射率)在約340納米和約2100納米之間。聚苯乙烯材料的透明度窗口(大于約 85%透射率)在約390納米到約1610納米。在實施方式中，待標記材料可以是例如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯或環(huán)烯烴共聚物，但是可以使用任何透明聚合物材料。材料組成和厚度將影響透明度。例如，在實施方式中，向待標記材料施加的光波長必須在該材料的透明度窗口內。但是，若材料較厚，則沒有可測量的透明度窗口，如圖2中所述和所示。例如，若材料為1米厚度，則該材料沒有可測量的透明度窗口。但是，若需要在材料的第一 1毫米中制造標記，則根據(jù)本發(fā)明的實施方式，該材料可具有合適的透明度窗口允許進行標記。因此，在實施方式中，只需要材料到標記深度、或到激光焦點是透明的。另外，材料在待標記聚合物的頂上或在其之下可具有材料層。例如，可以將聚合物材料與聚合物工件頂表面或底表面上的玻璃層連接。這將不會影響本發(fā)明的標記方法，只要標記之上的材料層也對激光器所提供的能量波長為透明。參見圖1，在實施方式中，聚合物材料或工件130包括頂表面131和底表面132 (還參見圖4)。在實施方式中，通過光學系統(tǒng)120將激光束111聚焦在待標記材料內的焦點140 上(即，位于頂表面131和底表面132之間)。激光束111聚焦在表面下的點或焦點140 上。通過將激光聚焦在材料內，可以實現(xiàn)表面下標記。由于聚焦在工件內部點或點140的激光使工件內的聚合物材料碳化，所以在焦點或點140處形成深色標記。在實施方式中，通過移動工件或移動或掃描激光聚焦，實現(xiàn)標記圖案。通過互相相對地例如以直線方式移動工件130或激光器，可以在工件內形成作為標記的直線。在本發(fā)明的實施方式中，提供了通過使用脈沖寬度在飛秒或皮秒范圍中的高重復率(50千赫到30兆赫)激光脈沖在透明塑料或聚合物材料中形成高反差(黑色)標記的方法。在實施方式中，將一個激光脈沖束(如圖1中所示)或多個激光脈沖束聚焦(如圖 3和4中所示)或者將多個準直的脈沖束交叉(如圖5中所示)在聚合物材料的頂表面和底表面之間的位置。不受理論的限制，由于強烈的脈沖激光能量使局部材料碳化，在聚焦位置處形成黑色標記。圖3顯示本發(fā)明的激光標記系統(tǒng)100的一種實施方式，其使用多個脈沖激光束。 顯示了多個激光器110。激光器110由脈沖延遲系統(tǒng)112控制，以確保脈沖之間的時間受到適當控制，因此束111同時在工件130中在點140處交叉。圖3顯示工件130可位于平臺150上，該平臺可移動，允許工件130相對于聚焦的激光束111移動，從而在工件130中形成兩維或三維的標記。在實施方式中，平臺可以是或可具有加熱或冷卻裝置，如圖6中進一步描述?？刂破?15可控制激光器110、脈沖延遲系統(tǒng)112、和平臺150，如圖3中的虛線所示。或者，在實施方式中，分開的控制器可控制一個或多個這些元件。另外有一個控制器 (未顯示)可控制光學系統(tǒng)，光學系統(tǒng)可包括面鏡122和透鏡123。 圖4顯示，在實施方式中，可提供多個激光束111。這些多個束111可以聚焦在工件130內相同的焦點或點140處，在工件130中形成深色標記140。這些多個束可以由脈沖激光器產生，可以提供協(xié)同的脈沖能量。即，可以對激光能量的脈沖的時機進行控制，使得脈沖同時傳遞到焦點。激光束可以由單個激光器或多個不同的激光器產生。激光器的波長可以相同或不同。但是，所有激光器的波長應當在工件材料的透明度窗口內。在圖3和4 中所示的實施方式中，使用多個激光脈沖束111。各束通過其光學系統(tǒng)120聚焦在工件130 的相同點140處。雖然焦點處各脈沖束的激光強度可能各自低于工件材料的分解或非線性吸收的閾值，但是焦點處兩個或更多個脈沖束的激光強度可以高于材料的分解或非線性吸收的閾值。換言之，在實施方式中，通過將兩個脈沖激光束聚焦在工件中的相同焦點處，可以更有效地在工件內部形成深色標記。在其他實施方式中，各束的脈沖位置(在時間范圍中)可以進行優(yōu)良控制，從而將至少兩個束的脈沖同時傳遞到焦點。在其他實施方式中，通過改變脈沖和掃描參數(shù)，這種方法能制造大的人眼可讀取的標記或非常細小的機器可讀取的標記。激光脈沖的波長在待標記材料的透明度窗口中。通過使用光學系統(tǒng)來聚焦激光脈沖，可以將單獨的激光脈沖的能量傳遞到聚合物材料內的任何位置。通過適當控制脈沖能量和脈沖持續(xù)時間，僅僅在焦點處的激光強度能超過材料非線性吸收的閾值(通過非線性效應，例如二光子吸收或多光子吸收)或分解閾值。這導致材料在焦點處發(fā)生永久性的結構改變或碳化。使得能夠在材料體內形成高反差標記。使用高重復率的脈沖是有利的，因為這樣增大了標記體積(或區(qū)域)而不需要增大脈沖能量。例如，當脈沖的重復率足夠高時，在相同聚焦區(qū)域中有多個連續(xù)脈沖可以與材料相互作用。不受理論的限制，可以由第一脈沖在焦點處形成永久性的結構改變或碳化，在該點產生隨后脈沖的線性吸收。這種效應會降低周圍區(qū)域的光強度閾值，從而實現(xiàn)較大的標記區(qū)域。只要重復率低于熱限制，同時保持脈沖能量恒定，脈沖的重復率越高，則標記速度越快。圖5說明本發(fā)明的激光標記系統(tǒng)的另一種實施方式。在這種實施方式中，使用多個準直的脈沖激光束111。各束在工件130的相同標記位置140處交叉。在實施方式中，不同脈沖束111的脈沖參數(shù)可以互相相同或不同。雖然在標記位置處各脈沖束的激光強度低于材料的分解或非線性吸收閾值，但是，在標記位置處兩個或更多個脈沖束的激光強度高于材料的分解或非線性吸收閾值。換言之，在本發(fā)明的實施方式中，在材料的相同點處使用兩個或更多個入射的激光束可以增大標記方法的效率。同樣，可以對各束的脈沖位置(在時間范圍中)進行優(yōu)良控制，從而同時將兩個或更多個束的激光能量脈沖傳遞到交叉點。 在實施方式中，激光標記系統(tǒng)不要求光學系統(tǒng)將束聚焦在特定點處。例如，當對多個準直束進行排列從而在工件中的一點處交叉時，該點形成標記，而不需要特別將束聚焦在該點處。在其他實施方式中，在施加激光能量之前，可以將聚合物材料加熱到30-60°C的溫度。加熱工件可以降低傳遞到表面下某點處從而在聚合物材料中的所需位置提供深色或反差標記所需的激光能量。在其他實施方式中，可以對透明聚合物材料的一個或多個表面進行冷卻，以減少在材料表面處形成瑕疵。圖6A和6B說明本發(fā)明的表面加熱器或冷卻器的實施方式。如圖6A和6B中所示， 表面冷卻器660可以是散熱器、冷卻墊或熱電冷卻器(TEC)，表面加熱器也可以是TEC。這種結構660可以是提供在工件之下靠近透明聚合物材料的底表面(參見150，圖3，其中的平臺可以是散熱器，或平臺頂上可具有散熱器，在透明聚合物材料之下)或者靠近透明聚合物材料的頂表面或位于該頂表面之上(參見圖7B，其中該冷卻器是 位于待標記的透明聚合物或工件頂上的散熱器)的冷卻墊或其他結構。TEC660具有連接器661提供的功率源。 在圖6B中所示的實施方式中，TEC660具有切開區(qū)域662，允許激光束通過透明聚合物材料的頂表面接觸到透明聚合物材料，同時用TEC 660對激光進入點周圍的區(qū)域進行冷卻。圖7A和7B進一步說明了本發(fā)明的冷卻器的實施方式。如圖7A中所示，冷卻器可以是風扇710，在向透明聚合物材料中的點740施加激光束711的時候，該風扇提供通過工件730或透明聚合物材料730 (其還具有底表面732)的頂表面731的冷卻氣流(如箭頭 720所示)。圖7B顯示冷卻器，其為有孔的散熱器760 (參見圖6B)，允許激光束711通過散熱器760的孔從而在工件730中形成點740。圖8是說明本發(fā)明方法的步驟的流程圖。圖8顯示該方法可包括以下步驟(810) 提供至少一個激光器；(820)為各激光器提供光學系統(tǒng)從而將激光束傳遞、準直或聚焦在待標記的點處；(830)提供透明聚合物材料；(840)使用光學系統(tǒng)，將激光束(或多個激光束)傳遞到聚合物材料的頂表面和底表面之間的點上；(850)移動工件或激光束，從而在材料的頂表面和底表面之間的聚合物材料中形成標記。
實施例實施例1 標記如圖1中所示，使用單脈沖的光纖激光器在聚苯乙烯工件中提供標記。雖然本文描述了對聚苯乙烯工件進行標記，但是還可以對聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚苯醚和環(huán)烯烴共聚物工件進行標記。實驗中使用的樣品是聚苯乙烯(Dow 685D)圓盤，直徑為5. 5 厘米，厚度為1.1毫米。將樣品放置在三軸平動平臺上。一個垂直軸是馬達驅動的，在標記過程中移動樣品。對于所有實驗，樣品移動速度保持1厘米/秒。如圖2中所示，聚苯乙烯材料的透明度窗口(85%透射率)為390納米到1610納米。使用如下所述的Yb摻雜的脈沖光纖激光器系統(tǒng)。脈沖的中央波長為1043納米，在聚苯乙烯材料的透明度窗口之內。脈沖光纖激光器系統(tǒng)如圖9中所示，包括鎖模Yb摻雜光纖激光器910、自相似光纖放大器920、脈沖拾取器930、光纖脈沖展寬器940、雙覆層Yb摻雜光纖放大器950 (其由單模(SM)Yb摻雜光纖預放大器、雙覆層Yb摻雜光纖預放大器和雙覆層Yb摻雜光纖功率放大器組成)、以及主體脈沖壓縮器960。在提出的所有實施例中都使用這種系統(tǒng)。種子激光器910是被動的鎖模Yb摻雜光纖環(huán)激光器(細節(jié)參考共同待審查的美國專利申請11/823680)。該激光器能產生18. 8兆赫的脈沖，其中央波長為1043納米，3分貝光譜帶寬為0.5納米，脈沖寬度為5. 5皮秒(全寬度為最大值的一半)。自相似放大器 920是使用低Yb摻雜光纖的雙向泵浦的光纖放大器。自相似光纖放大器是使用雙向泵浦構造的SM Yb摻雜光纖放大器。放大器中使用的Yb摻雜光纖是12米的低Yb摻雜的SM光纖，其在976納米處的吸收為95分貝/米，模場直徑為6微米。分別用兩個975納米二極管激光器通過兩個波分復用器(WDM)從兩側對12米的Yb摻雜光纖進行泵浦。使用自相似放大器通過自相似放大作用拓寬輸入光脈沖的光譜。在這個過程中，脈沖是線性調頻的，脈沖的3分貝光譜寬度從0. 5納米拓寬到約10納米。自相似 放大器之后，將脈沖發(fā)送到脈沖拾取器930，其為光纖拖尾聲光調制器，上升時間為18納秒。脈沖的重復率可以從18. 8兆赫離散地變化到任何18. 8/n兆赫(η是正整數(shù))的頻率。然后，通過使用1千米標準SM光纖在光纖展寬器940處對脈沖進行展寬。展寬之后，在三級光纖放大器950中將脈沖放大。首先用SM Yd摻雜光纖預放大器(其由1米的Yb摻雜光纖形成，在975納米處的吸收約為250分貝/米)、WDM和975納米二極管激光器對脈沖進行放大。Yb摻雜光纖通過二極管激光器進行前向泵浦。然后，用雙覆層Yb摻雜光纖預放大器(其由975納米二極管激光器、泵浦組合件、4米的雙覆層Yb 摻雜光纖組成)對脈沖進行放大。在輸入側，泵浦組合件將泵浦和信號光組合到Yb摻雜光纖中。雙覆層Yb摻雜光纖的芯直徑為15微米，覆層直徑為130微米，覆層在975納米處的吸收為6. 0分貝/米。最后級放大器是雙覆層Yb摻雜功率放大器，其由976納米泵浦二極管激光器、2米雙覆層Yb摻雜光纖、二向色鏡、光隔離器和四個光學透鏡組成。用芯直徑為 400微米的多模光纖對能傳遞功率高達200瓦的976納米光的泵浦二極管激光器進行拖尾處理。雙覆層Yb摻雜光纖的芯直徑為30微米，覆層直徑為250微米，覆層在976納米波長處的吸收為15. 5分貝/米。二向色鏡在約975納米的波長范圍中是高透明的(透射率> 99% )，在約1045納米的波長范圍中是高反射性的(反射率> 99% )。透鏡1和3的焦距和數(shù)值孔徑(NA)分別為15. 1毫米和0. 625。透鏡2的焦距和數(shù)值孔徑(NA)分別是23. 0 毫米和0. 385。透鏡4的焦距和數(shù)值孔徑(NA)分別是30. 9毫米和0. 294。透鏡1和2具有用于約1055納米的波長的減反射(AR)涂層。透鏡3具有用于975納米和1055納米的波長的AR涂層，透鏡4具有用于975納米的波長的AR涂層。最后，用主體脈沖壓縮器960對脈沖進行壓縮。主體脈沖壓縮器包括一對Grism 和反射鏡。各Grism由開槽密度為1740線/毫米的衍射光柵和各邊長60毫米的等邊棱鏡組成，其中衍射光柵與棱鏡的一邊物理接觸。這種脈沖光纖激光器系統(tǒng)能產生脈沖能量高達20微焦的脈沖。將脈沖重復率從18. 8兆赫調節(jié)到任何18. 8/n兆赫(η是正整數(shù))的頻率?？梢詫⒚}沖寬度從約700飛秒連續(xù)調節(jié)到約35皮秒。圖10顯示一種聚苯乙烯樣品130的照片，使用單Yb摻雜脈沖光纖激光器對其進行標記，脈沖為5. 2皮秒，重復率為1.18兆赫，脈沖能量為1.17微焦。將字母 (CORNING, . 22um PES) 140標記在樣品內，而不影響聚合物材料的頂表面或底表面。即，頂表面和底表面無瑕疵。該板大致為5. 5厘米的直徑，背襯一片白紙以形成照片。激光標記的線是裸眼能夠清楚識別的。圖IlA和IlB顯示聚苯乙烯樣品內激光標記線1140的俯視圖(圖11A)和側視圖 (圖11B)。這種線采用2. 5微焦、7皮秒脈沖和0. 58兆赫重復率的條件進行標記。圖IlB 清楚地表現(xiàn)出，在樣品內標記了 0. 11毫米寬度的線，在聚焦體積以外或者在聚合物材料的頂表面1110或底表面1120處沒有造成損壞。標記線1140的寬度和深度分別為0. 11毫米和0. 2毫米。圖IlB中可見的劃痕是切割聚合物材料造成的，并非表面瑕疵。
實施例2 重復率 研究了使用具有不同脈沖重復率的激光脈沖對聚苯乙烯樣品進行激光標記的情況。發(fā)現(xiàn)聚苯乙烯材料分解的脈沖閾值能量對于接近1皮秒的脈沖寬度約為60納焦。圖 12顯示采用60納焦、1皮秒脈沖和18. 84兆赫重復率的條件形成的一個激光標記線1240 的圖象。發(fā)現(xiàn)可以使用一定重復率范圍內的脈沖在樣品內制造激光標記線。圖13A-C顯示分別使用具有三種不同重復率的脈沖形成的三種激光標記線的圖象73. 6千赫(圖13A)， 1. 18兆赫(圖13B)，和18. 84兆赫(圖13C)。73. 6千赫脈沖的脈沖寬度和能量分別為4. 3 皮秒和1. 9微焦。1. 18兆赫脈沖的脈沖寬度和能量分別為2. 1皮秒和1. 0微焦。18. 84兆赫脈沖的脈沖寬度和能量分別為1皮秒和60納焦。在各種情況中，材料相對于激光源以1 厘米/秒的速度移動。由圖13可見，通過改變重復率、脈沖寬度和脈沖能量，可以在聚苯乙烯材料中產生類似標記。實施例3 脈沖寬度發(fā)現(xiàn)可以使用一定脈沖寬度范圍內的脈沖在樣品中制造表面下的線。圖14顯示分別使用具有三種不同脈沖寬度的脈沖形成的三種激光標記線的圖象0. 83皮秒(圖 14A)，10皮秒(圖14B)和33皮秒(圖14C)。0. 83皮秒脈沖的重復率和能量分別為9. 42 兆赫和0. 16微焦。10皮秒脈沖的重復率和能量分別為73. 6千赫和3. 1微焦。33皮秒脈沖的重復率和能量分別為147.5千赫和2微焦。同樣，通過改變脈沖寬度、重復率和脈沖能量，可以在聚苯乙烯材料中產生類似標記。實施例4 激光脈沖能量研究了激光脈沖能量(或平均功率)對標記線寬度的影響。圖15顯示了實驗結果。當脈沖能量(或平均功率)改變時，脈沖寬度和脈沖重復率分別保持3. 6皮秒和0. 29 兆赫。圖15顯示線寬度與脈沖能量(或平均功率)成線性比例。由此描述了本發(fā)明，本領域普通技術人員通過利用本說明書，顯然可以以多種方式對本發(fā)明進行變化。這些變化并不被認為是對本發(fā)明精神和范圍的偏離，對于本領域普通技術人員而言，這些明顯的修改包括在所附權利要求及其等同項的范圍之內。
權利要求
1.一種經過標記的透明聚合物，其包含具有頂表面和底表面的透明聚合物材料，以及在透明聚合物材料中頂表面和底表面之間的標記，其中頂表面和底表面沒有瑕疵。
2.如權利要求1所述的經過標記的透明聚合物，其特征在于，所述標記包括至少一條寬度大于1微米的線。
3.如權利要求1所述的經過標記的透明聚合物，其特征在于，所述經過標記的透明聚合物包括聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚苯醚、或者任何兩種或更多種這些聚合物的摻混物。
4.如權利要求1所述的經過標記的透明聚合物，其特征在于，所述標記包括線、多條線、字母、詞、數(shù)字、條形碼、圖片、標志、兩維標記或三維標記。
5.一種用于在透明聚合物材料中制造表面下標記的系統(tǒng)，其包括透明聚合物材料，其包括頂表面和底表面，其中該透明聚合物材料具有透明度窗口 ；至少一個脈沖激光器，其提供波長在聚合物材料的透明度窗口之內且脈沖寬度小于1 納秒的激光能量；經過結構化和排列的光學系統(tǒng)，其向透明聚合物材料中的表面下的點提供激光能量， 其中該表面下的點響應激光能量而變深，形成經過標記的透明聚合物材料，其中該聚合物材料的頂表面和底表面沒有瑕疵。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述透明聚合物材料包括聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚苯醚、或者任何兩種或更多種這些聚合物的摻混物。
7.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一個所述脈沖激光器是光纖激光器。
8.如權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一個所述脈沖激光器包括％摻雜或Er 摻雜的脈沖光纖激光器。
9.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用于放置透明聚合物材料的平臺，其中該平臺相對于激光器移動，從而在透明聚合物材料中提供二維或三維標記。
10.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括冷卻器，以冷卻透明聚合物材料的表面。
11.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻器是經過結構化和排列的散熱器，以冷卻聚合物材料的頂表面或底表面。
12.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻器是風扇。
13.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺包括散熱器。
14.一種用于在聚合物材料中制造表面下標記的方法，其包括提供透明聚合物材料，其包括頂表面、底表面和透明度窗口；使用至少一個脈沖激光器，提供波長在聚合物材料的透明度窗口內的激光束，向聚合物材料中的表面下的點提供脈沖寬度小于1納秒的激光能量；在該表面下的點處形成深色標記，同時聚合物材料的頂表面和底表面沒有瑕疵。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括光學系統(tǒng)，以將脈沖激光束聚焦到表面下的點處。
16.如權利要求14所述的方法，其特征在于，使用一個脈沖激光器向表面下的點提供激光束。
17.如權利要求14所述的方法，其特征在于，使用至少兩個脈沖激光器向表面下的點提供激光束。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，對至少兩個脈沖激光器的時機進行控制， 從而同時向表面下的點提供至少兩個激光脈沖。
19.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括移動聚合物材料或激光束，從而在聚合物材料的頂表面和底表面之間形成二維標記。
20.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括移動聚合物材料或激光束，從而在聚合物材料的頂表面和底表面之間形成三維標記。
21.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述聚合物材料包括聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚苯醚、或者兩種或更多種這些聚合物的摻混物。
22.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述激光器的脈沖重復率在50千赫到30 兆赫之間。
23.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述激光器的脈沖寬度小于1納秒。
24.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述激光器的脈沖寬度小于500皮秒。
25.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述激光器的脈沖寬度在0.1皮秒到500 皮秒之間。
26.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在施加激光能量之前將聚合物材料加熱到30-60°C的溫度的步驟。
27.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括冷卻透明聚合物材料的表面同時向透明聚合物材料施加激光束。
全文摘要
本發(fā)明揭示了使用飛秒、皮秒或納秒脈沖的光纖激光器在透明聚合物材料中制造高反差的表面下標記的方法。還揭示了用于制造表面下標記的系統(tǒng)以及由該方法制造的帶有標記的透明材料。
文檔編號B41M5/26GK102159406SQ200980137166
公開日2011年8月17日 申請日期2009年8月6日 優(yōu)先權日2008年8月12日
發(fā)明者E·M·考斯克-威廉姆斯, 李沈平 申請人:康寧股份有限公司