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(gè)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(jìn)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(shí)現(xiàn)從微米到幾十微米的精確加工。但最近的進(jìn)步要求更小的尺度，低于 100 納米，而現(xiàn)有的方法難以實(shí)現(xiàn)。

研究人員重點(diǎn)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(diǎn)處產(chǎn)生縱向電場(chǎng)，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(gè)缺點(diǎn)是，由于空氣-材料界面的光折射，這種電場(chǎng)在材料內(nèi)部會(huì)減弱，從而限制了它的使用。

"東北大學(xué)先進(jìn)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(huì)彎曲。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)徑向偏振光束聚焦為環(huán)形時(shí)，縱向場(chǎng)會(huì)大大增強(qiáng)。這種增強(qiáng)是由于玻璃和空氣之間的背面在高會(huì)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(gè)小焦點(diǎn)。

在此基礎(chǔ)上，他們采用這種方法用超短脈沖激光束對(duì)玻璃表面進(jìn)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(gè)直徑為 67 納米的孔，約為激光束波長的 1/16。

Kozawa補(bǔ)充說："這一突破利用增強(qiáng)的縱向電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了更高精度的直接材料加工。它為實(shí)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