Niedawno zespół badaczy zUniwersytet Tohokuw Japonii z powodzeniem zastosował dostosowaną promieniowo spolaryzowaną wiązkę lasera do skupienia się na wnętrzu materiału w celu wytworzenia maleńkich plamek światła, co z kolei znacznie poprawia rozdzielczość obróbki materiału laserowego.
To innowacyjne podejście, szczegółowo opisane w czasopiśmie Optics Letters, rewolucjonizuje technologię obróbki laserowej.
Technologia obróbki laserowej odgrywa kluczową rolę w wielu gałęziach przemysłu, w tym w przemyśle samochodowym, półprzewodnikowym i farmaceutycznym, zwłaszcza w obróbce precyzyjnej, takiej jak wiercenie i cięcie. Chociaż źródła lasera o ultrakrótkim impulsie były w stanie osiągnąć precyzyjną obróbkę w skali od mikronów do dziesiątek mikronów, współczesny przemysł i badania naukowe zauważyły rosnące zapotrzebowanie na przetwarzanie na mniejszą skalę, z dokładnością poniżej 100 nanometrów, która stała się przeszkodą nie do pokonania dla obecnej technologii.
Naukowcy z Uniwersytetu Tohoku skupili się na promieniowo spolaryzowanych wiązkach laserowych, czyli specjalnych wiązkach wektorowych, które generują podłużne pola elektryczne w ognisku, co skutkuje mniejszą plamką niż konwencjonalne wiązki. Chociaż ta właściwość wykazuje duży potencjał przetwarzania, fotorefrakcja na granicy powietrze-materiał powoduje osłabienie plamki wewnątrz materiału, ograniczając jej zastosowanie.
Aby pokonać to wyzwanie, zespół badawczy w kreatywny sposób zastosował technikę obiektywu immersyjnego w oleju, powszechnie stosowaną w biomikroskopii. Stosując obiektyw immersyjny w oleju dopodłoże szklane obrabiane laserowo, światło nie załamuje się przechodząc przez zanurzony olej i szkło, ponieważ olej i szkło mają podobne współczynniki załamania światła, co zapewnia stabilność i precyzję plamki.
Naukowcy zagłębili się w zachowanie promieniowo spolaryzowanych wiązek i odkryli, że pole podłużne jest znacznie wzmocnione, gdy wiązka jest skupiona i połączona z okrągłym wyświetlaczem. Ten efekt wzmocnienia wynika z całkowitego odbicia kąta zbieżności na granicy faz szkło-powietrze. Wykorzystując tę pierścieniową, promieniowo spolaryzowaną wiązkę, zespołowi udało się stworzyć maleńki punkt ogniskowy.
Następnie zastosowali tę technikę do obróbki powierzchni szklanych za pomocą ultrakrótkiej, impulsowej wiązki lasera. Przekształcony impuls jest wystrzeliwany jednokrotnie w tył szklanego podłoża, aby utworzyć w materiale otwór o średnicy 67-nanometrowej, czyli o wielkości około 1/16 długości fali wiązki laserowej, co znacznie poprawia dokładność przetwarzania.
To przełomowe rozwiązanie nie tylko poprawia precyzję bezpośredniej obróbki materiału przy użyciu wzmocnionego podłużnego pola elektrycznego, ale także zapewnia nam prosty sposób realizacji procesów w skali mniejszej niż 100 nanometrów” – powiedział Yuichi Kozawa, profesor nadzwyczajny w Instytucie Multidyscyplinarnym Uniwersytetu Tohoku. Research in Advanced Materials (IMRAM) i współautorem artykułu, który otworzy nowe możliwości nanoprodukcji laserowej w różnych dziedzinach przemysłu i nauki.
