Фокусування спеціального лазерного лучу через прозрачне стекло може створити крихітну пляму всередині матеріалу. Дослідники з Університету Тохоку повідомили про спосіб використання цього маленького пятна для покращення лазерної обробки матеріалів, підвищуючи роздільну здатність обробки.
Лазерна обробка, як і свердління та різання, є життєво важливою у таких галузях, як автомобільна, напівпровідникова та медицина. Лазерні джерела надкороткого імпульсу з шириною від пікосекунд до фемтосекунд забезпечують точну обробку в масштабах від мікронів до десятків мікрон. Але останні досягнення вимагають ще менших масштабів, нижчих за 100 нанометрів, чого важко досягти існуючими методами.
Дослідники зосередилися на лазерному лучі з радіальною поляризацією, відомому як векторний промінь. Цей промінь створює поздовжнє електричне поле у фокусі, утворюючи менше пятно, ніж звичайні лучі.
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) документ. «Оскільки іммерсійна олія та скло мають майже однакові показники заломлення, світло, яке проходить через них, не викривляється».
Виготовлення абляційного кратера розміром ~1/16 завдовжки хвилі шляхом одноразового лазерного опромінення тильної поверхні скла кільцевим радіально поляризованим лучом. Авторство зображення: Y. Kozawa та ін.
Подальше вивчення поведінки радіально поляризованого лучу при фокусуванні кільцевої форми показало, що продовжнє поле значно посилюється. Це посилення відбувається через повне відбиття при великих кутах сходження на задній поверхні між склом та повітрям. Використовуючи кільцеву форму радіально поляризованого пучка, Козава та його колеги створили невелике фокусне пятно.
Звідти вони застосували цей метод для лазерної обробки скляної поверхні ультракоротким імпульсним лазерним лучом. Один вистріл перетвореного импульсу на задній поверхні скляної підкладки створивши відвір діаметром 67 нанометрів, приблизно 1/16 завдовжки хвилі лазерного лучу.
«Цей прорив дозволяє безпосередньо обробляти матеріал 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.