Apesar da enorme quantidade de pesquisas ao longo das décadas sobre lasers e suas aplicações, os cientistas têm dificuldade em observar de maneira precisa e direta os detalhes de suas interações com os materiais. Pela primeira vez, os pesquisadores descobriram uma maneira de adquirir esses dados de um laser de produção usando equipamento de baixo custo. A técnica pode melhorar muito a precisão dos itens cortados ou gravados com lasers. Dada a onipresença dos lasers, isso poderia ter implicações de amplo alcance em laboratório, aplicações comerciais e industriais.

Os lasers são usados ​​em uma gama extraordinariamente ampla de aplicações no mundo moderno. Uma área em particular que é cada vez mais importante é a manufatura, já que o nível de precisão com que um laser pode operar é muito maior do que o de ferramentas físicas equivalentes. Contudo, este nível de precisão poderia ser ainda maior em teoria, levando a uma nova geração de tecnologias ainda não imaginadas. Uma maneira significativa de melhorar a precisão do laser é um meio melhor de obter feedback sobre a maneira como o laser interage com um material. Isso conferiria maior controle e menos incerteza nas ações de corte e gravação de um laser de produção. Este problema tem se mostrado surpreendentemente difícil de resolver até agora.

"Para medir o quão longe em uma superfície um laser cortou, muitas vezes são necessárias dezenas ou centenas de leituras de profundidade. Esta é uma barreira substancial para sistemas de produção automatizados baseados em laser, "disse o professor Junji Yumoto, do Departamento de Física da Universidade de Tóquio." Portanto, criamos uma nova maneira de determinar e prever a profundidade de um buraco produzido por pulsos de laser com base em uma única observação, em vez de dezenas ou centenas. Esta descoberta é um passo importante para melhorar a controlabilidade do processamento a laser. "

Yumoto e sua equipe procuraram determinar a profundidade de um buraco de laser usando o mínimo de informações possível. Isso os levou a olhar para o que é conhecido como a fluência de um pulso de laser, que é a energia óptica que o pulso fornece sobre uma determinada área. Até recentemente, caro equipamento de imagem foi necessário para observar esta fluência, e faltou resolução suficiente. Mas, graças a desenvolvimentos em outras áreas da eletrônica e óptica, uma câmera Raspberry Pi relativamente simples, versão 2, mostrou-se adequada para o trabalho.

Como seu aparelho de laser de teste fez um buraco na safira, a câmera registrou diretamente a distribuição de fluência de um pulso de laser. Em seguida, um microscópio a laser mediu a forma do orifício. Sobrepondo esses dois resultados e usando métodos numéricos modernos, a equipe produziu um grande e confiável conjunto de dados que poderia produzir com precisão a relação entre a fluência e a profundidade do furo.

“Isso corresponderia à extração de cerca de 250, 000 pontos de dados de uma única medição, "disse Yumoto." Nosso novo método pode fornecer eficientemente big data para aprendizado de máquina e novos métodos de simulação numérica para melhorar a precisão e controlabilidade do processamento de laser para manufatura. "