Concentrare un raggio laser su misura attraverso un vetro trasparente può creare un minuscolo punto all'interno del materiale. I ricercatori dell'Università di Tohoku hanno scoperto un modo per utilizzare questo piccolo punto per migliorare la lavorazione laser dei materiali, aumentando la risoluzione della lavorazione.
I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Optics Letters .
La lavorazione laser, come la foratura e il taglio, è vitale in settori come quello automobilistico, dei semiconduttori e della medicina. Le sorgenti laser a impulsi ultracorti, con ampiezze di impulso da picosecondi a femtosecondi, consentono un'elaborazione precisa su scale che vanno dai micron alle decine di micron. Ma i recenti progressi richiedono scale ancora più piccole, inferiori a 100 nanometri, che i metodi esistenti faticano a raggiungere.
I ricercatori si sono concentrati su un raggio laser con polarizzazione radiale, noto come raggio vettoriale. Questo raggio genera un campo elettrico longitudinale al fuoco, producendo uno spot più piccolo rispetto ai raggi convenzionali.
Gli scienziati hanno identificato questo processo come promettente per la lavorazione laser. Tuttavia, uno svantaggio è che questo campo si indebolisce all'interno del materiale a causa della rifrazione della luce nell'interfaccia aria-materiale, limitandone l'uso.
"Abbiamo superato questo problema utilizzando una lente obiettiva a immersione in olio, qualcosa che si trova comunemente nei microscopi biologici, per la lavorazione laser di substrati di vetro", esclama Yuichi Kozawa, professore associato presso l'Istituto per la ricerca multidisciplinare per i materiali avanzati (IMRAM) dell'Università di Tohoku e coautore di la carta. "Poiché l'olio da immersione e il vetro hanno indici di rifrazione quasi identici, la luce che li attraversa non si piega."
Un ulteriore esame del comportamento del fascio polarizzato radialmente quando focalizzato con una forma anulare ha rivelato che il campo longitudinale è notevolmente migliorato. Questo miglioramento si verifica a causa della riflessione totale ad angoli convergenti elevati sulla superficie posteriore tra il vetro e l'aria. Utilizzando un raggio polarizzato radialmente a forma anulare, Kozawa e i suoi colleghi hanno creato una piccola macchia focale.
Da lì, hanno applicato questo metodo per lavorare al laser una superficie di vetro con un raggio laser a impulsi ultracorti. Un singolo colpo dell'impulso convertito sulla superficie posteriore di un substrato di vetro ha creato un foro con un diametro di 67 nanometri, circa 1/16 della lunghezza d'onda del raggio laser.
"Questa innovazione consente la lavorazione diretta dei materiali con maggiore precisione utilizzando il campo elettrico longitudinale potenziato", aggiunge Kozawa. "Offre un approccio semplice per realizzare scale di elaborazione inferiori a 100 nm e apre nuove possibilità per la nanoelaborazione laser in vari settori e campi scientifici."
Ulteriori informazioni: Yukine Tsuru et al, Nanoelaborazione laser tramite un campo elettrico longitudinale potenziato di un raggio polarizzato radialmente, Lettere ottiche (2024). DOI:10.1364/OL.517382
Informazioni sul giornale: Lettere di ottica
Fornito dall'Università di Tohoku
