I ricercatori trovano un nuovo modo per migliorare la risoluzione dell'elaborazione laser

Recentemente, un team di ricercatori dell’Università di Tohoku in Giappone ha utilizzato con successo un raggio laser polarizzato radialmente personalizzato per concentrarsi sulla parte interna di un materiale per produrre minuscoli punti di luce, che a loro volta migliorano significativamente la risoluzione della lavorazione laser del materiale.
Questo approccio innovativo, descritto in dettaglio nella rivista Optics Letters, rivoluziona la tecnologia di lavorazione laser.
La tecnologia di lavorazione laser svolge un ruolo fondamentale in numerosi settori, tra cui quello automobilistico, dei semiconduttori e quello farmaceutico, in particolare nelle lavorazioni meccaniche di precisione come foratura e taglio. Sebbene le sorgenti laser a impulsi ultracorti siano state in grado di ottenere un’elaborazione precisa su scala da micron a decine di micron, l’industria moderna e la ricerca scientifica hanno visto una crescente domanda di elaborazione su scala più piccola, con una precisione inferiore a 100 nanometri che sta diventando un ostacolo insormontabile per la tecnologia attuale.
I ricercatori dell'Università di Tohoku si sono concentrati sui raggi laser polarizzati radialmente, speciali raggi vettoriali che generano campi elettrici longitudinali nel punto focale, risultando in uno spot più piccolo rispetto ai raggi convenzionali. Sebbene questa proprietà mostri un grande potenziale di lavorazione, la fotorifrazione all'interfaccia aria-materiale provoca l'indebolimento della macchia all'interno del materiale, limitandone l'applicazione.
Per superare questa sfida, il gruppo di ricerca ha utilizzato in modo creativo la tecnica dell’obiettivo a immersione in olio, comunemente utilizzata nella biomicroscopia. Applicando l'obiettivo a immersione in olio a un substrato di vetro lavorato al laser, la luce non si piega mentre passa attraverso l'olio e il vetro immersi perché l'olio e il vetro hanno indici di rifrazione simili, garantendo così stabilità e precisione dello spot.
I ricercatori hanno approfondito ulteriormente il comportamento dei raggi polarizzati radialmente e hanno scoperto che il campo longitudinale è notevolmente migliorato quando il raggio è focalizzato e combinato con un display ad anello. Questo effetto di miglioramento deriva dalla riflessione totale dell'angolo di convergenza elevato sull'interfaccia vetro-aria. Utilizzando questo raggio anulare polarizzato radialmente, il team è riuscito a creare un minuscolo punto focale.
Hanno poi applicato la tecnica alla lavorazione delle superfici di vetro con un raggio laser pulsato ultracorto. L'impulso convertito viene sparato una volta sul retro del substrato di vetro per creare un foro di 67-diametro nanometrico nel materiale, una dimensione pari a circa 1/16 della lunghezza d'onda del raggio laser, migliorando significativamente la precisione dell'elaborazione.
Questa innovazione non solo migliora la precisione della lavorazione diretta dei materiali utilizzando un campo elettrico longitudinale potenziato, ma ci fornisce anche un modo semplice per realizzare scale di lavorazione inferiori a 100 nanometri", ha affermato Yuichi Kozawa, professore associato presso l'Istituto multidisciplinare dell'Università di Tohoku. Research in Advanced Materials (IMRAM) e coautore dell'articolo. Ciò aprirà nuove possibilità per la nanofabbricazione laser in vari campi industriali e scientifici."