研究人员发现了提高激光加工分辨率的新方法

2024-03-29 17:34

近日，日本东北大学的研究团队成功地利用定制的径向偏振激光束，在材料内部聚焦产生微小光点，进而显著提升了激光材料加工的分辨率。

这一创新性的方法被详细报道在《光学快报》（Optics Letters）杂志上，为激光加工技术带来了革命性的突破。

激光加工技术在汽车、半导体以及医药等多个行业中扮演着至关重要的角色，尤其是在钻孔和切割等精密加工领域。尽管超短脉冲激光源已经能够实现微米到几十微米尺度的精确处理，但现代工业和科学研究对于更小尺度的加工需求日益增长，低于100纳米的加工精度成为当前技术难以逾越的障碍。

东北大学的研究人员专注于径向偏振激光束，这种特殊的矢量光束在焦点处能够产生纵向电场，从而生成比传统光束更小的光斑。尽管这一特性显示出巨大的加工潜力，但空气与材料界面处的光折射现象使得光斑在材料内部减弱，限制了其应用。

为了克服这一难题，研究团队创造性地采用了油浸物镜技术，这种技术常见于生物显微镜中。通过将油浸物镜应用于激光加工玻璃基板，由于浸入式油和玻璃具有相近的折射率，光线在穿过时不会发生弯曲，从而确保光斑的稳定性和精度。

研究人员进一步深入研究了径向偏振光束的行为，发现当光束聚焦并与环形显示相结合时，纵向场会大大增强。这种增强效应源于玻璃与空气界面处的高会聚角全反射。利用这种环形径向偏振光束，团队成功地创造了一个微小焦点。

随后，他们将该技术应用于超短脉冲激光束对玻璃表面的加工。经过转换的脉冲在玻璃基板背面发射一次，即可在材料上形成一个直径为67纳米的孔，这一尺寸大约是激光束波长的1/16，显著提升了加工精度。

东北大学先进材料多学科研究所（IMRAM）的副教授、论文的合著者Yuichi Kozawa表示：“这一突破不仅提高了使用增强纵向电场的直接材料加工的精度，还为我们提供了一种简单实现100纳米以下加工规模的方法。这将为各种工业和科学领域的激光纳米加工开辟新的可能性。”

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