研究人员发现提高激光加工分辨率的新方法

通过透明玻璃聚焦定制激光束可以在材料内部形成一个小光斑。东北大学的研究人员研发了一种利用这种小光斑改进激光材料加工、提高加工分辨率的方法。

他们的研究成果发表在《光学通讯》(Optics Letters)杂志上。

激光加工，如钻孔和切割，在汽车、半导体和医药等行业中至关重要。超短脉冲激光源的脉冲宽度从皮秒到飞秒不等，可实现从微米到几十微米的精确加工。但最近的进步要求更小的尺度，低于 100 纳米，而现有的方法难以实现。

研究人员重点研究了一种径向偏振激光束，即矢量光束。这种光束能在焦点处产生纵向电场，从而产生比传统光束更小的光斑。

科学家们认为这种工艺在激光加工方面大有可为。然而，它的一个缺点是，由于空气-材料界面的光折射，这种电场在材料内部会减弱，从而限制了它的使用。

"东北大学先进材料多学科研究所(IMRAM)副教授、论文合著者小泽雄一感叹道："我们利用浸油物镜(生物显微镜中常见的物镜)来激光加工玻璃基板，克服了这一问题。"由于浸泡油和玻璃的折射率几乎相同，因此穿过它们的光线不会弯曲。

进一步研究发现，当径向偏振光束聚焦为环形时，纵向场会大大增强。这种增强是由于玻璃和空气之间的背面在高会聚角处发生了全反射。通过使用环形径向偏振光束，Kozawa 和他的同事创建了一个小焦点。

在此基础上，他们采用这种方法用超短脉冲激光束对玻璃表面进行激光加工。转换后的脉冲在玻璃基板的背面只打了一枪，就产生了一个直径为 67 纳米的孔，约为激光束波长的 1/16。

Kozawa补充说："这一突破利用增强的纵向电场实现了更高精度的直接材料加工。它为实现低于 100 纳米的加工尺度提供了一种简单的方法，并为激光纳米加工在各行业和科学领域的应用开辟了新的可能性"。

审核编辑 黄宇