Att fokusera en skräddarsydd laserstråle genom transparent glas kan skapa en liten fläck inuti materialet. Forskare vid Tohoku University har rapporterat om ett sätt att använda denna lilla plats för att förbättra lasermaterialbearbetningen, vilket ökar bearbetningsupplösningen.
Deras resultat publicerades i tidskriften Optics Letters .
Laserbearbetning, som borrning och skärning, är avgörande i industrier som fordon, halvledare och medicin. Ultrakorta pulslaserkällor, med pulsbredder från pikosekunder till femtosekunder, möjliggör exakt bearbetning på skalor som sträcker sig från mikron till tiotals mikron. Men de senaste framstegen kräver ännu mindre skalor, under 100 nanometer, vilket befintliga metoder kämpar för att uppnå.
Forskarna fokuserade på en laserstråle med radiell polarisation, känd som en vektorstråle. Denna stråle genererar ett längsgående elektriskt fält vid fokus, vilket ger en mindre punkt än konventionella strålar.
Forskare har identifierat denna process som lovande för laserbehandling. En nackdel är dock att detta fält försvagas inuti materialet på grund av ljusbrytning vid luft-materialgränsytan, vilket begränsar dess användning.
"Vi övervann detta genom att använda en oljenedsänkningsobjektiv - något som vanligtvis finns i biologiska mikroskop - för laserbearbetning av glassubstrat", utropar Yuichi Kozawa, docent vid Tohoku Universitys Institute for Multidisciplinary Research for Advanced Materials (IMRAM) och medförfattare till pappret. "Eftersom immersionsoljan och glaset har nästan identiska brytningsindex, böjs inte ljuset som passerar genom dem."
Ytterligare undersökning av det radiellt polariserade strålbeteendet när det fokuseras med en ringform avslöjade att det longitudinella fältet är avsevärt förstärkt. Denna förbättring uppstår på grund av total reflektion vid höga konvergerande vinklar på baksidan mellan glaset och luften. Genom att använda en ringformad radiellt polariserad stråle skapade Kozawa och hans kollegor en liten brännpunkt.
Därifrån tillämpade de denna metod för att laserbearbeta en glasyta med en ultrakort puls laserstråle. Ett enda skott av den konverterade pulsen på baksidan av ett glassubstrat skapade ett hål med en diameter på 67 nanometer, ungefär 1/16 av laserstrålens våglängd.
"Detta genombrott möjliggör direkt materialbearbetning med ökad precision med hjälp av det förbättrade längsgående elektriska fältet", tillägger Kozawa. "Det erbjuder ett enkelt tillvägagångssätt för att realisera bearbetningsskalor under 100 nm och öppnar nya möjligheter för lasernanobehandling inom olika industrier och vetenskapliga områden."
Mer information: Yukine Tsuru et al, Laser nanoprocessing via ett förstärkt longitudinellt elektriskt fält av en radiellt polariserad stråle, Optics Letters (2024). DOI:10.1364/OL.517382
Journalinformation: Optikbrev
Tillhandahålls av Tohoku University
