Фокусування спеціального лазерного променя через прозоре скло може створити крихітну пляму всередині матеріалу. Дослідники з Університету Тохоку повідомили про спосіб використання цієї маленької плями для покращення лазерної обробки матеріалів, підвищуючи роздільну здатність обробки.
Лазерна обробка, як і свердління та різання, життєво важлива в таких галузях, як автомобільна, напівпровідникова та медицина. Лазерні джерела надкороткого імпульсу з шириною імпульсу від пікосекунд до фемтосекунд забезпечують точну обробку в масштабах від мікронів до десятків мікрон. Але останні досягнення вимагають ще менших масштабів, нижче 100 нанометрів, чого важко досягти існуючими методами.
Дослідники зосередилися на лазерному промені з радіальною поляризацією, відомому як векторний промінь. Цей промінь створює поздовжнє електричне поле у фокусі, утворюючи меншу пляму, ніж звичайні промені.
Вчені визначили цей процес як перспективний для лазерної обробки. Однак один недолік полягає в тому, що це поле слабшає всередині матеріалу через заломлення світла на межі розділу повітря-матеріал, що обмежує його використання.
«Ми подолали це, застосувавши масляну імерсійну лінзу об’єктива — те, що зазвичай зустрічається в біологічних мікроскопах — для лазерної обробки скляних підкладок», — вигукує Юічі Козава, доцент Інституту мультидисциплінарних досліджень передових матеріалів Університету Тохоку (IMRAM) і співавтор книги папір, документ. «Оскільки іммерсійна олія та скло мають майже однакові показники заломлення, світло, яке проходить через них, не викривляється».
Подальше вивчення поведінки радіально поляризованого променя при фокусуванні кільцевої форми показало, що поздовжнє поле значно посилюється. Це посилення відбувається через повне відбиття при великих кутах сходження на задній поверхні між склом і повітрям. Використовуючи кільцеву форму радіально поляризованого пучка, Козава і його колеги створили невелику фокусну пляму.
Звідти вони застосували цей метод для лазерної обробки скляної поверхні ультракоротким імпульсним лазерним променем. Один постріл перетвореного імпульсу на задній поверхні скляної підкладки створив отвір діаметром 67 нанометрів, приблизно 1/16 довжини хвилі лазерного променя.
«Цей прорив дозволяє безпосередню обробку матеріалу з підвищеною точністю за допомогою посиленого поздовжнього електричного поля», — додає Козава. «Він пропонує простий підхід до реалізації масштабів обробки нижче 100 нм і відкриває нові можливості для лазерної нанообробки в різних галузях промисловості та наукових сферах».