通过透明玻璃聚焦定制的激光束可以在材料内部产生微小的光斑。东北大学的研究人员报告了一种利用这个小光斑来改善激光材料加工、提高加工分辨率的方法。

他们的研究结果发表在2024 年 3 月 1 日的《光学快报》杂志上。

激光加工与钻孔和切割一样，在汽车、半导体和医药等行业至关重要。超短脉冲激光源的脉冲宽度为皮秒至飞秒，可实现微米至数十微米尺度的精密加工。但最近的进展需要更小的尺寸，低于 100 纳米，这是现有方法难以实现的。

研究人员专注于具有径向偏振的激光束，即矢量光束。该光束在焦点处产生纵向电场，产生比传统光束更小的光斑。

科学家们发现这一过程对于激光加工来说很有前景。然而，一个缺点是，由于空气-材料界面处的光折射，该场在材料内部减弱，限制了其使用。

东北大学先进材料多学科研究所 (IMRAM) 副教授 Yuichi Kozawa 感叹道：“我们采用油浸物镜(生物显微镜中常见的东西)来激光加工玻璃基板，克服了这个问题。”纸。 “因为浸油和玻璃的折射率几乎相同，所以穿过它们的光不会弯曲。”

对环形聚焦时径向偏振光束行为的进一步检查表明，纵向场大大增强。这种增强是由于玻璃和空气之间的后表面上的高会聚角的全反射而发生的。通过使用环形径向偏振光束，小泽和他的同事创造了一个小焦点。

从那时起，他们应用这种方法用超短脉冲激光束对玻璃表面进行激光加工。玻璃基板背面的单次转换脉冲产生了一个直径为 67 纳米的孔，约为激光束波长的 1/16。

Kozawa 补充道：“这一突破使得能够利用增强的纵向电场以更高的精度直接进行材料加工。” “它提供了一种简单的方法来实现100纳米以下的加工规模，并为各个行业和科学领域的激光纳米加工开辟了新的可能性。”