Onlangs heeft een team van onderzoekers vanTohoku-universiteitin Japan heeft met succes een op maat gemaakte radiaal gepolariseerde laserstraal gebruikt om op de binnenkant van een materiaal te focussen en kleine lichtvlekjes te produceren, wat op zijn beurt de resolutie van de lasermateriaalverwerking aanzienlijk verbetert.
Deze innovatieve aanpak, beschreven in het tijdschrift Optics Letters, brengt een revolutie teweeg in de laserverwerkingstechnologie.
Laserverwerkingstechnologie speelt een cruciale rol in een aantal industrieën, waaronder de automobielsector, de halfgeleiderindustrie en de farmaceutische industrie, vooral bij precisiebewerkingen zoals boren en snijden. Hoewel ultrakort gepulseerde laserbronnen nauwkeurige verwerking op micron tot tientallen micron schaal hebben kunnen bereiken, hebben de moderne industrie en wetenschappelijk onderzoek een groeiende vraag gezien naar verwerking op kleinere schaal, waarbij een nauwkeurigheid van minder dan 100 nanometer een onoverkomelijk obstakel wordt voor de huidige technologie.
Onderzoekers van de Tohoku Universiteit concentreerden zich op radiaal gepolariseerde laserstralen, speciale vectorstralen die longitudinale elektrische velden opwekken in het brandpunt, wat resulteert in een kleinere vlek dan conventionele stralen. Hoewel deze eigenschap een groot verwerkingspotentieel vertoont, zorgt fotorefractie op het grensvlak tussen lucht en materiaal ervoor dat de plek in het materiaal verzwakt, waardoor de toepassing ervan wordt beperkt.
Om deze uitdaging te overwinnen, heeft het onderzoeksteam op creatieve wijze gebruik gemaakt van de olie-immersie-objectieve techniek, die vaak wordt gebruikt in biomicroscopie. Door de doelstelling van olie-immersie toe te passen op alaserbewerkt glassubstraatbuigt het licht niet wanneer het door de ondergedompelde olie en het glas gaat, omdat de olie en het glas vergelijkbare brekingsindices hebben, waardoor vlekstabiliteit en precisie worden gegarandeerd.
De onderzoekers verdiepten zich verder in het gedrag van radiaal gepolariseerde bundels en ontdekten dat het longitudinale veld aanzienlijk wordt verbeterd wanneer de bundel wordt gefocusseerd en gecombineerd met een cirkelvormige weergave. Dit verbeteringseffect komt voort uit de totale reflectie met hoge convergentiehoek op het glas-lucht grensvlak. Met behulp van deze ringvormige, radiaal gepolariseerde straal slaagde het team erin een klein brandpunt te creëren.
Vervolgens pasten ze de techniek toe op de bewerking van glasoppervlakken met een ultrakort gepulseerde laserstraal. De omgezette puls wordt eenmaal aan de achterkant van het glassubstraat afgevuurd om een gat met een diameter van 67-nanometer in het materiaal te creëren, een grootte die ongeveer 1/16e van de golflengte van de laserstraal bedraagt, waardoor de verwerkingsnauwkeurigheid aanzienlijk wordt verbeterd.
Deze doorbraak verbetert niet alleen de precisie van de directe materiaalverwerking met behulp van een verbeterd longitudinaal elektrisch veld, maar biedt ons ook een eenvoudige manier om verwerkingsschalen van minder dan 100 nanometer te realiseren”, zegt Yuichi Kozawa, universitair hoofddocent aan het Instituut voor Multidisciplinaire Studies van Tohoku University. Research in Advanced Materials (IMRAM), en co-auteur van het artikel, dit zal nieuwe mogelijkheden openen voor laser-nanofabricage op verschillende industriële en wetenschappelijke gebieden."
