Výzkumníci našli nový způsob, jak zlepšit rozlišení laserového zpracování

Nedávno tým výzkumníků z Tohoku University v Japonsku úspěšně použil přizpůsobený radiálně polarizovaný laserový paprsek k zaostření na vnitřek materiálu k vytvoření malých světelných bodů, což zase výrazně zlepšuje rozlišení zpracování laserového materiálu.
Tento inovativní přístup, podrobně popsaný v časopise Optics Letters, přináší revoluci v technologii laserového zpracování.
Technologie laserového zpracování hraje zásadní roli v řadě průmyslových odvětví, včetně automobilového, polovodičového a farmaceutického průmyslu, zejména při přesném obrábění, jako je vrtání a řezání. Přestože ultrakrátké pulzní laserové zdroje dokázaly dosáhnout přesného zpracování v měřítku mikronů až desítek mikronů, moderní průmysl a vědecký výzkum zaznamenaly rostoucí poptávku po zpracování v menším měřítku, přičemž přesnost pod 100 nanometrů se pro současnou technologii stala nepřekonatelnou překážkou.
Vědci z Tohoku University se zaměřili na radiálně polarizované laserové paprsky, speciální vektorové paprsky, které generují podélná elektrická pole v ohnisku, což má za následek menší bod než konvenční paprsky. Ačkoli tato vlastnost vykazuje velký zpracovatelský potenciál, fotorefrakce na rozhraní vzduch-materiál způsobuje zeslabení místa uvnitř materiálu, což omezuje jeho aplikaci.
K překonání této výzvy výzkumný tým kreativně použil objektivní techniku ​​olejové imerze, která se běžně používá v biomikroskopii. Přiložením olejově imerzního objektivu na laserem zpracovaný skleněný substrát se světlo při průchodu ponořeným olejem a sklem neohýbá, protože olej a sklo mají podobné indexy lomu, čímž je zajištěna bodová stabilita a přesnost.
Vědci se dále ponořili do chování radiálně polarizovaných paprsků a zjistili, že podélné pole je značně zesíleno, když je paprsek zaostřen a kombinován s prstencovým displejem. Tento efekt vylepšení vyplývá z vysokého úhlu konvergence celkového odrazu na rozhraní sklo-vzduch. Pomocí tohoto prstencového radiálně polarizovaného paprsku se týmu podařilo vytvořit malé ohnisko.
Techniku ​​pak aplikovali na zpracování skleněných povrchů ultrakrátkým pulzním laserovým paprskem. Převedený puls je jednou vystřelen na zadní stranu skleněného substrátu, aby se v materiálu vytvořil otvor o {{0}nnometrovém průměru, jehož velikost je přibližně 1/16 vlnové délky laserového paprsku, což výrazně zlepšuje přesnost zpracování.
Tento průlom nejen zlepšuje přesnost přímého zpracování materiálu pomocí vylepšeného podélného elektrického pole, ale také nám poskytuje jednoduchý způsob, jak realizovat měřítka zpracování menší než 100 nanometrů,“ řekl Yuichi Kozawa, docent z Institutu multidisciplinární univerzity Tohoku. Research in Advanced Materials (IMRAM) a spoluautor článku. To otevře nové možnosti pro laserovou nanofabrikaci v různých průmyslových a vědeckých oborech.“