通過透明玻璃聚焦定制激光束可以在材料內(nèi)部形成一個小光斑。東北大學的研究人員研發(fā)了一種利用這種小光斑改進激光材料加工、提高加工分辨率的方法。

他們的研究成果發(fā)表在《光學快報》（Optics Letters）雜志上。

激光加工，如鉆孔和切割，在汽車、半導體和醫(yī)藥等行業(yè)中至關重要。超短脈沖激光源的脈沖寬度從皮秒到飛秒不等，可實現(xiàn)從微米到幾十微米的精確加工。但最近的進步要求更小的尺度，低于 100 納米，而現(xiàn)有的方法難以實現(xiàn)。

研究人員重點研究了一種徑向偏振激光束，即矢量光束。這種光束能在焦點處產(chǎn)生縱向電場，從而產(chǎn)生比傳統(tǒng)光束更小的光斑。

科學家們認為這種工藝在激光加工方面大有可為。然而，它的一個缺點是，由于空氣-材料界面的光折射，這種電場在材料內(nèi)部會減弱，從而限制了它的使用。

徑向偏振光束

東北大學先進材料多學科研究所（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彎曲。

油浸透鏡在玻璃樣品背面制造的焦點的影響

進一步研究發(fā)現(xiàn)，當徑向偏振光束聚焦為環(huán)形時，縱向場會大大增強。這種增強是由于玻璃和空氣之間的背面在高會聚角處發(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)建了一個小焦點。

在此基礎上，他們采用這種方法用超短脈沖激光束對玻璃表面進行激光加工。轉換后的脈沖在玻璃基板的背面只打了一槍，就產(chǎn)生了一個直徑為 67 納米的孔，約為激光束波長的 1/16。

Kozawa補充說："這一突破利用增強的縱向電實現(xiàn)了更高精度的直接材料加工。它為實現(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)和科學領域的應用開辟了新的可能性"。

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1364/OL.517382