Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu từĐại học Tohokuở Nhật Bản đã sử dụng thành công chùm tia laser phân cực hướng tâm tùy chỉnh để tập trung vào bên trong vật liệu nhằm tạo ra những đốm sáng nhỏ, từ đó cải thiện đáng kể độ phân giải của quá trình xử lý vật liệu laser.
Cách tiếp cận sáng tạo này được trình bày chi tiết trên tạp chí Optics Letters, cách mạng hóa công nghệ xử lý laser.
Công nghệ xử lý laser đóng một vai trò quan trọng trong một số ngành công nghiệp, bao gồm ô tô, chất bán dẫn và dược phẩm, đặc biệt là trong gia công chính xác như khoan và cắt. Mặc dù các nguồn laser xung siêu ngắn có thể đạt được khả năng xử lý chính xác ở quy mô micron đến hàng chục micron, ngành công nghiệp hiện đại và nghiên cứu khoa học đã nhận thấy nhu cầu ngày càng tăng về xử lý ở quy mô nhỏ hơn, với độ chính xác dưới 100 nanomet trở thành một trở ngại không thể vượt qua đối với công nghệ hiện tại.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tohoku tập trung vào các chùm tia laser phân cực triệt để, các chùm vectơ đặc biệt tạo ra điện trường dọc tại tiêu điểm, dẫn đến một điểm nhỏ hơn so với các chùm tia thông thường. Mặc dù đặc tính này cho thấy tiềm năng xử lý lớn, nhưng hiện tượng quang khúc xạ ở bề mặt tiếp xúc giữa không khí và vật liệu làm cho điểm yếu đi bên trong vật liệu, hạn chế ứng dụng của nó.
Để vượt qua thách thức này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một cách sáng tạo kỹ thuật vật kính ngâm trong dầu, kỹ thuật thường được sử dụng trong kính hiển vi sinh học. Bằng cách áp dụng vật kính ngâm trong dầu vào mộtchất nền thủy tinh được xử lý bằng laser, ánh sáng không bị uốn cong khi đi qua dầu ngâm và thủy tinh vì dầu và thủy tinh có chiết suất tương tự nhau, do đó đảm bảo độ ổn định và độ chính xác tại chỗ.
Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu sâu hơn về hoạt động của các chùm phân cực triệt để và nhận thấy rằng trường dọc được tăng cường đáng kể khi chùm tia được hội tụ và kết hợp với màn hình tròn. Hiệu ứng tăng cường này bắt nguồn từ sự phản xạ toàn phần ở góc hội tụ cao ở bề mặt phân cách thủy tinh-không khí. Sử dụng chùm tia phân cực hướng tâm hình khuyên này, đội nghiên cứu đã thành công trong việc tạo ra một tiêu điểm nhỏ.
Sau đó, họ áp dụng kỹ thuật này để xử lý bề mặt kính bằng chùm tia laser xung cực ngắn. Xung đã chuyển đổi được bắn một lần vào mặt sau của chất nền thủy tinh để tạo ra một lỗ có đường kính {{0}nm nanomet trong vật liệu, kích thước bằng khoảng 1/16 bước sóng của chùm tia laze, cải thiện đáng kể độ chính xác của quá trình xử lý.
Yuichi Kozawa, phó giáo sư tại Viện đa ngành của Đại học Tohoku, cho biết: Bước đột phá này không chỉ cải thiện độ chính xác của quá trình xử lý vật liệu trực tiếp bằng cách sử dụng điện trường dọc nâng cao mà còn cung cấp cho chúng tôi một cách đơn giản để hiện thực hóa quy mô xử lý dưới 100 nanomet”. Research in Advanced Materials (IMRAM) và là đồng tác giả của bài báo, điều này sẽ mở ra những khả năng mới cho chế tạo nano bằng laser trong các lĩnh vực khoa học và công nghiệp khác nhau.”
