Teadlased leiavad uue viisi lasertöötluse eraldusvõime parandamiseks

Hiljuti on Jaapani Tohoku ülikooli teadlaste meeskond edukalt kasutanud kohandatud radiaalselt polariseeritud laserkiirt, et keskenduda materjali sisemusse, et tekitada pisikesi valguslaike, mis omakorda parandab oluliselt lasermaterjalide töötlemise eraldusvõimet.
See uuenduslik lähenemisviis, mida on üksikasjalikult kirjeldatud ajakirjas Optics Letters, muudab lasertöötlustehnoloogia revolutsiooniliseks.
Lasertöötlemistehnoloogia mängib olulist rolli paljudes tööstusharudes, sealhulgas autotööstuses, pooljuhtides ja farmaatsiatööstuses, eriti täppistöötluses, nagu puurimine ja lõikamine. Kuigi ultralühiajalised impulss-laserallikad on suutnud saavutada täpset töötlemist mikroni kuni kümnete mikronite skaalal, on tänapäeva tööstuses ja teadusuuringutes täheldatud kasvavat nõudlust väiksemamahulise töötlemise järele, kusjuures täpsus alla 100 nanomeetri on muutumas praeguse tehnoloogia jaoks ületamatuks takistuseks.
Tohoku ülikooli teadlased keskendusid radiaalselt polariseeritud laserkiirtele, spetsiaalsetele vektorkiirtele, mis tekitavad fookuspunktis pikisuunalisi elektrivälju, mille tulemuseks on tavakiirtest väiksem koht. Kuigi sellel omadusel on suur töötlemispotentsiaal, põhjustab õhu-materjali liidese fotorefraktsioon koha nõrgenemist materjali sees, piirates selle kasutamist.
Selle väljakutse ületamiseks kasutas uurimisrühm loovalt õlikümblusobjektiivi tehnikat, mida tavaliselt kasutatakse biomikroskoopias. Kandes õliimmersioonobjektiivi laseriga töödeldud klaasist substraadile, ei paindu valgus sukeldatud õli ja klaasi läbimisel, kuna õlil ja klaasil on sarnased murdumisnäitajad, tagades nii täpi stabiilsuse ja täpsuse.
Teadlased uurisid veelgi radiaalselt polariseeritud kiirte käitumist ja leidsid, et pikiväli paraneb oluliselt, kui kiir on fokusseeritud ja kombineeritud ringkuvaga. See parendusefekt tuleneb suure lähenemisnurga täielikust peegeldusest klaasi ja õhu liidesel. Seda rõngakujulist radiaalselt polariseeritud kiirt kasutades õnnestus meeskonnal luua pisike fookuspunkt.
Seejärel rakendasid nad seda tehnikat klaaspindade töötlemiseks ultralühikese impulss-laserkiirega. Teisendatud impulss tulistatakse üks kord klaassubstraadi tagaküljel, et tekitada materjali 67-nanomeetrise läbimõõduga auk, mille suurus on umbes 1/16 laserkiire lainepikkusest, parandades oluliselt töötlemise täpsust.
See läbimurre mitte ainult ei paranda materjali otsese töötlemise täpsust, kasutades täiustatud pikisuunalist elektrivälja, vaid annab meile ka lihtsa viisi alla 100 nanomeetriste töötlemisskaalade realiseerimiseks,“ ütles Yuichi Kozawa, Tohoku ülikooli multidistsiplinaarse instituudi dotsent. Teadusuuringud täiustatud materjalides (IMRAM) ja selle artikli kaasautor. See avab uusi võimalusi laser nanotootmiseks erinevates tööstus- ja teadusvaldkondades.