Forskere identificerer ny metode til at øge laserbehandlingsopløsningen

Fokusering af en skræddersyet laserstråle gennem gennemsigtigt glas kan skabe en lille plet inde i materialet. Forskere ved Tohoku University har rapporteret om en måde at bruge denne lille plet til at forbedre lasermaterialebehandling, hvilket øger behandlingsopløsningen.

Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Optics Letters .

Laserbearbejdning, ligesom boring og skæring, er afgørende i industrier som bilindustrien, halvledere og medicin. Ultrakorte pulslaserkilder med pulsbredder fra picosekunder til femtosekunder muliggør præcis behandling i skalaer fra mikron til titusinder af mikron. Men de seneste fremskridt kræver endnu mindre skalaer, under 100 nanometer, som eksisterende metoder kæmper for at opnå.

Forskerne fokuserede på en laserstråle med radial polarisering, kendt som en vektorstråle. Denne stråle genererer et langsgående elektrisk felt ved fokus, hvilket producerer en mindre plet end konventionelle stråler.

Forskere har identificeret denne proces som lovende for laserbehandling. En ulempe er imidlertid, at dette felt svækkes inde i materialet på grund af lysbrydning ved luft-materiale-grænsefladen, hvilket begrænser dets anvendelse.

"Vi overvandt dette ved at bruge en olienedsænkningsobjektivlinse - noget der almindeligvis findes i biologiske mikroskoper - til laserbehandling af glassubstrater," udbryder Yuichi Kozawa, lektor ved Tohoku University's Institute for Multidisciplinary Research for Advanced Materials (IMRAM) og medforfatter til papiret. "Fordi immersionsolien og glasset har næsten identiske brydningsindekser, bøjes lyset, der passerer gennem dem, ikke."

Yderligere undersøgelse af den radialt polariserede stråleadfærd, når den fokuseres med en ringformet form, viste, at det langsgående felt er stærkt forbedret. Denne forbedring opstår på grund af total refleksion ved høje konvergerende vinkler på bagsiden mellem glasset og luften. Ved at bruge en ringformet radialt polariseret stråle skabte Kozawa og hans kolleger et lille brændpunkt.

Derfra anvendte de denne metode til at laserbehandle en glasoverflade med en ultrakort pulserende laserstråle. Et enkelt skud af den konverterede puls på bagsiden af ​​et glassubstrat skabte et hul med en diameter på 67 nanometer, ca. 1/16 af laserstrålens bølgelængde.

"Dette gennembrud muliggør direkte materialebehandling med øget præcision ved hjælp af det forbedrede langsgående elektriske felt," tilføjer Kozawa. "Det tilbyder en enkel tilgang til at realisere behandlingsskalaer under 100 nm og åbner nye muligheder for laser nano-behandling i forskellige industrier og videnskabelige områder."

Flere oplysninger: Yukine Tsuru et al., Laser nanobehandling via et forbedret langsgående elektrisk felt af en radialt polariseret stråle, Optics Letters (2024). DOI:10.1364/OL.517382

Journaloplysninger: Optikbogstaver

Leveret af Tohoku University