Nyligen har ett team av forskare frånTohoku universiteti Japan har man framgångsrikt använt en anpassad radiellt polariserad laserstråle för att fokusera på insidan av ett material för att producera små ljusfläckar, vilket i sin tur avsevärt förbättrar upplösningen av lasermaterialbearbetning.
Detta innovativa tillvägagångssätt, som beskrivs i tidskriften Optics Letters, revolutionerar laserbehandlingstekniken.
Laserbearbetningsteknik spelar en viktig roll i ett antal industrier, inklusive fordon, halvledare och läkemedel, särskilt inom precisionsbearbetning som borrning och skärning. Även om ultrakorta pulsade laserkällor har kunnat uppnå exakt bearbetning i mikron till tiotals mikron skala, har modern industri och vetenskaplig forskning sett en växande efterfrågan på mindre skala bearbetning, med en noggrannhet under 100 nanometer som blir ett oöverstigligt hinder för nuvarande teknik.
Forskare vid Tohoku University fokuserade på radiellt polariserade laserstrålar, speciella vektorstrålar som genererar longitudinella elektriska fält vid brännpunkten, vilket resulterar i en mindre fläck än konventionella strålar. Även om denna egenskap visar stor bearbetningspotential, orsakar fotorefraktion vid luft-material-gränssnittet att fläcken försvagas inuti materialet, vilket begränsar dess tillämpning.
För att övervinna denna utmaning använde forskargruppen kreativt tekniken för oljenedsänkningsobjektiv, som vanligtvis används inom biomikroskopi. Genom att applicera oljenedsänkningsmålet på enlaserbehandlat glassubstrat, ljuset böjs inte när det passerar genom den nedsänkta oljan och glaset eftersom oljan och glaset har liknande brytningsindex, vilket säkerställer punktstabilitet och precision.
Forskarna grävde vidare i beteendet hos radiellt polariserade strålar och fann att det longitudinella fältet förstärks avsevärt när strålen fokuseras och kombineras med en cirkulär display. Denna förbättringseffekt härrör från den totala reflektionen med hög konvergensvinkel vid glas-luftgränssnittet. Med hjälp av denna ringformade radiellt polariserade stråle, lyckades teamet skapa en liten brännpunkt.
De tillämpade sedan tekniken på bearbetning av glasytor med en ultrakort pulsad laserstråle. Den konverterade pulsen avfyras en gång på baksidan av glassubstratet för att skapa ett 67-nanometerdiameterhål i materialet, en storlek som är ungefär 1/16 av laserstrålens våglängd, vilket avsevärt förbättrar bearbetningsnoggrannheten.
Detta genombrott förbättrar inte bara precisionen för direkt materialbearbetning med hjälp av ett förstärkt längsgående elektriskt fält, utan ger oss också ett enkelt sätt att realisera bearbetningsskalor på mindre än 100 nanometer", säger Yuichi Kozawa, docent vid Tohoku University's Institute for Multidisciplinary Research in Advanced Materials (IMRAM), och en medförfattare till artikeln Detta kommer att öppna upp nya möjligheter för lasernanotillverkning inom olika industriella och vetenskapliga områden.
