通過透明玻璃聚焦定制激光束可以在材料內(nèi)部形成一個小光斑。東北大學(xué)的研究人員研發(fā)了一種利用這種小光斑改進激光材料加工、提高加工分辨率的方法。
他們的研究成果發(fā)表在《光學(xué)通訊》(Optics Letters)雜志上。
激光加工,如鉆孔和切割,在汽車、半導(dǎo)體和醫(yī)藥等行業(yè)中至關(guān)重要。超短脈沖激光源的脈沖寬度從皮秒到飛秒不等,可實現(xiàn)從微米到幾十微米的精確加工。但最近的進步要求更小的尺度,低于 100 納米,而現(xiàn)有的方法難以實現(xiàn)。
研究人員重點研究了一種徑向偏振激光束,即矢量光束。這種光束能在焦點處產(chǎn)生縱向電場,從而產(chǎn)生比傳統(tǒng)光束更小的光斑。
科學(xué)家們認(rèn)為這種工藝在激光加工方面大有可為。然而,它的一個缺點是,由于空氣-材料界面的光折射,這種電場在材料內(nèi)部會減弱,從而限制了它的使用。
"東北大學(xué)先進材料多學(xué)科研究所(IMRAM)副教授、論文合著者小澤雄一感嘆道:"我們利用浸油物鏡(生物顯微鏡中常見的物鏡)來激光加工玻璃基板,克服了這一問題。"由于浸泡油和玻璃的折射率幾乎相同,因此穿過它們的光線不會彎曲。
進一步研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)徑向偏振光束聚焦為環(huán)形時,縱向場會大大增強。這種增強是由于玻璃和空氣之間的背面在高會聚角處發(fā)生了全反射。通過使用環(huán)形徑向偏振光束,Kozawa 和他的同事創(chuàng)建了一個小焦點。
在此基礎(chǔ)上,他們采用這種方法用超短脈沖激光束對玻璃表面進行激光加工。轉(zhuǎn)換后的脈沖在玻璃基板的背面只打了一槍,就產(chǎn)生了一個直徑為 67 納米的孔,約為激光束波長的 1/16。
Kozawa補充說:"這一突破利用增強的縱向電場實現(xiàn)了更高精度的直接材料加工。它為實現(xiàn)低于 100 納米的加工尺度提供了一種簡單的方法,并為激光納米加工在各行業(yè)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新的可能性"。
審核編輯 黃宇
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