Nylig har et team av forskere fraTohoku universiteti Japan har man med suksess brukt en tilpasset radialt polarisert laserstråle for å fokusere på innsiden av et materiale for å produsere bittesmå lysflekker, som igjen forbedrer oppløsningen av lasermaterialbehandling betydelig.
Denne innovative tilnærmingen, beskrevet i tidsskriftet Optics Letters, revolusjonerer laserbehandlingsteknologi.
Laserbehandlingsteknologi spiller en viktig rolle i en rekke bransjer, inkludert bilindustri, halvledere og farmasøytiske produkter, spesielt innen presisjonsmaskinering som boring og skjæring. Selv om ultrakorte pulserende laserkilder har vært i stand til å oppnå presis prosessering på mikron til titalls mikron skala, har moderne industri og vitenskapelig forskning sett en økende etterspørsel etter mindre skala prosessering, med nøyaktighet under 100 nanometer blitt en uoverstigelig hindring for dagens teknologi.
Forskere ved Tohoku University fokuserte på radielt polariserte laserstråler, spesielle vektorstråler som genererer langsgående elektriske felt i brennpunktet, noe som resulterer i en mindre flekk enn konvensjonelle stråler. Selv om denne egenskapen viser et stort prosesseringspotensial, fører fotorefraksjon ved luft-materiale-grensesnittet til at flekken svekkes inne i materialet, noe som begrenser dets anvendelse.
For å overvinne denne utfordringen, brukte forskerteamet kreativt oljenedsenkingsobjektivteknikken, som ofte brukes i biomikroskopi. Ved å bruke oljenedsenkingsmålet på enlaserbehandlet glasssubstrat, lyset bøyer seg ikke når det passerer gjennom den nedsenkede oljen og glasset fordi oljen og glasset har lignende brytningsindekser, og sikrer dermed punktstabilitet og presisjon.
Forskerne fordypet seg videre i oppførselen til radielt polariserte stråler og fant ut at det langsgående feltet blir kraftig forbedret når strålen er fokusert og kombinert med en sirkulær skjerm. Denne forbedringseffekten stammer fra totalrefleksjonen med høy konvergensvinkel ved glass-luft-grensesnittet. Ved å bruke denne ringformede radielt polariserte strålen, lyktes teamet med å skape et lite fokuspunkt.
Deretter brukte de teknikken til behandling av glassflater med en ultrakort pulset laserstråle. Den konverterte pulsen avfyres én gang på baksiden av glasssubstratet for å lage et 67-nanometer-diameter hull i materialet, en størrelse som er omtrent 1/16 av bølgelengden til laserstrålen, noe som forbedrer prosesseringsnøyaktigheten betydelig.
Dette gjennombruddet forbedrer ikke bare presisjonen til direkte materialbehandling ved bruk av et forbedret langsgående elektrisk felt, men gir oss også en enkel måte å realisere prosesseringsskalaer på mindre enn 100 nanometer, sier Yuichi Kozawa, førsteamanuensis ved Tohoku University's Institute for Multidisciplinary. Research in Advanced Materials (IMRAM), og en medforfatter av artikkelen Dette vil åpne for nye muligheter for laser nanofabrikasjon i ulike industrielle og vitenskapelige felt.
