Pesquisadores identificam novo método para aumentar a resolução do processamento a laser
Uma ilustração conceitual do processamento de laser de disparo único por um feixe radialmente polarizado em formato anular, focado na superfície posterior de uma placa de vidro. Crédito:Y. Kozawa et al. Focar um feixe de laser personalizado através de vidro transparente pode criar um pequeno ponto dentro do material. Pesquisadores da Universidade de Tohoku relataram uma maneira de usar esse pequeno ponto para melhorar o processamento de materiais a laser, aumentando a resolução do processamento.
Suas descobertas foram publicadas na revista Optics Letters .
A usinagem a laser, como perfuração e corte, é vital em indústrias como automotiva, semicondutores e médica. Fontes de laser de pulso ultracurto, com larguras de pulso de picossegundos a femtossegundos, permitem processamento preciso em escalas que variam de mícrons a dezenas de mícrons. Mas os avanços recentes exigem escalas ainda menores, abaixo de 100 nanômetros, algo que os métodos existentes lutam para alcançar.
Os pesquisadores se concentraram em um feixe de laser com polarização radial, conhecido como feixe vetorial. Este feixe gera um campo elétrico longitudinal no foco, produzindo um ponto menor que os feixes convencionais.
Os cientistas identificaram este processo como promissor para o processamento a laser. No entanto, uma desvantagem é que este campo enfraquece no interior do material devido à refração da luz na interface ar-material, limitando a sua utilização.
"Superamos isso empregando uma lente objetiva de imersão em óleo - algo comumente encontrado em microscópios biológicos - para processamento a laser de substratos de vidro", exclama Yuichi Kozawa, professor associado do Instituto de Pesquisa Multidisciplinar para Materiais Avançados (IMRAM) da Universidade de Tohoku e co-autor de o papel. "Como o óleo de imersão e o vidro têm índices de refração quase idênticos, a luz que passa através deles não se curva."
Fabricação de uma cratera de ablação com tamanho correspondente a ~1/16 do comprimento de onda por irradiação laser de disparo único da superfície posterior de um vidro com feixe radialmente polarizado em formato anular. Crédito:Y. Kozawa et al.
Um exame mais aprofundado do comportamento do feixe polarizado radialmente quando focado com uma forma anular revelou que o campo longitudinal é bastante aumentado. Este aprimoramento ocorre devido à reflexão total em altos ângulos convergentes na superfície posterior entre o vidro e o ar. Usando um feixe polarizado radialmente em formato anular, Kozawa e seus colegas criaram um pequeno ponto focal.
A partir daí, eles aplicaram esse método para processar a laser uma superfície de vidro com um feixe de laser de pulso ultracurto. Um único disparo do pulso convertido na superfície posterior de um substrato de vidro criou um buraco com diâmetro de 67 nanômetros, cerca de 1/16 do comprimento de onda do feixe de laser.
“Essa inovação permite o processamento direto de materiais com maior precisão usando o campo elétrico longitudinal aprimorado”, acrescenta Kozawa. "Ele oferece uma abordagem simples para realizar escalas de processamento abaixo de 100 nm e abre novas possibilidades para o nanoprocessamento a laser em diversas indústrias e campos científicos."
