Nonostante l'enorme quantità di ricerche nel corso dei decenni sui laser e sulle loro applicazioni, gli scienziati hanno difficoltà ad osservare in modo accurato e diretto i dettagli fini delle loro interazioni con i materiali. Per la prima volta, i ricercatori hanno trovato un modo per acquisire tali dati da un laser di produzione utilizzando apparecchiature a basso costo. La tecnica potrebbe migliorare notevolmente la precisione degli oggetti tagliati o incisi con il laser. Data l'ubiquità dei laser, questo potrebbe avere implicazioni ad ampio raggio in laboratorio, applicazioni commerciali e industriali.

I laser sono utilizzati in una gamma straordinariamente ampia di applicazioni nel mondo moderno. Un settore in particolare sempre più importante è quello della produzione, poiché il livello di precisione al quale un laser può operare è di gran lunga superiore a quello di strumenti fisici equivalenti. Però, questo livello di precisione potrebbe essere ancora più alto in teoria, portando a una nuova generazione di tecnologie ancora inimmaginabili. Un modo significativo in cui la precisione del laser potrebbe essere migliorata è un mezzo migliore per ottenere un feedback sul modo in cui il laser interagisce con un materiale. Ciò conferirebbe un maggiore controllo e una minore incertezza nelle azioni di taglio e incisione di un laser di produzione. Questo problema si è rivelato sorprendentemente difficile da affrontare fino ad ora.

"Per misurare fino a che punto in una superficie un laser ha tagliato spesso richiede decine o centinaia di letture di profondità. Questa è una barriera sostanziale per veloci, sistemi di produzione automatizzati basati su laser, " ha affermato il professor Junji Yumoto del Dipartimento di Fisica dell'Università di Tokyo. "Così abbiamo escogitato un nuovo modo per determinare e prevedere la profondità di un foro prodotto da impulsi laser sulla base di una singola osservazione anziché di decine o centinaia. Questa scoperta è un importante passo avanti per migliorare la controllabilità della lavorazione laser".

Yumoto e il suo team hanno cercato di determinare la profondità di un foro laser utilizzando la minima quantità di informazioni possibile. Ciò li ha portati a esaminare quella che è nota come la fluenza di un impulso laser, che è l'energia ottica che l'impulso fornisce su una data area. Fino a poco tempo fa, erano necessarie costose apparecchiature di imaging per osservare questa fluenza, e mancava di una risoluzione sufficiente. Ma grazie agli sviluppi in altre aree dell'elettronica e dell'ottica, una fotocamera Raspberry Pi versione 2 relativamente semplice si è rivelata adatta per il lavoro.

Mentre il loro apparato laser di prova praticava un foro sullo zaffiro, la telecamera ha registrato direttamente la distribuzione della fluenza di un impulso laser. Quindi un microscopio laser ha misurato la forma del foro. Sovrapponendo questi due risultati e utilizzando moderni metodi numerici, il team ha prodotto un set di dati ampio e affidabile che potrebbe produrre con precisione la relazione tra fluenza e profondità del foro.

"Questo sarebbe corrispondente all'estrazione di circa 250, 000 punti dati da una singola misurazione, " ha affermato Yumoto. "Il nostro nuovo metodo potrebbe fornire in modo efficiente big data per l'apprendimento automatico e nuovi metodi di simulazione numerica per migliorare la precisione e la controllabilità della lavorazione laser per la produzione".