Enfocar un rayo láser personalizado a través de un vidrio transparente puede crear un pequeño punto dentro del material. Investigadores de la Universidad de Tohoku han informado sobre una forma de utilizar este pequeño punto para mejorar el procesamiento de materiales con láser, aumentando la resolución del procesamiento.
Sus hallazgos fueron publicados en la revista Optics Letters. .
El mecanizado láser, al igual que la perforación y el corte, es vital en industrias como la automovilística, la de semiconductores y la médica. Las fuentes láser de pulso ultracorto, con anchos de pulso de picosegundos a femtosegundos, permiten un procesamiento preciso en escalas que van desde micras hasta decenas de micras. Pero los avances recientes exigen escalas aún más pequeñas, por debajo de los 100 nanómetros, algo que los métodos existentes tienen dificultades para lograr.
Los investigadores se centraron en un rayo láser con polarización radial, conocido como rayo vectorial. Este haz genera un campo eléctrico longitudinal en el foco, produciendo un punto más pequeño que los haces convencionales.
Los científicos han identificado este proceso como prometedor para el procesamiento con láser. Sin embargo, un inconveniente es que este campo se debilita dentro del material debido a la refracción de la luz en la interfaz aire-material, lo que limita su uso.
"Superamos este problema empleando una lente objetivo de inmersión en aceite, algo que se encuentra comúnmente en los microscopios biológicos, para procesar sustratos de vidrio con láser", exclama Yuichi Kozawa, profesor asociado del Instituto de Investigación Multidisciplinaria de Materiales Avanzados (IMRAM) de la Universidad de Tohoku y coautor de el papel. "Como el aceite de inmersión y el vidrio tienen índices de refracción casi idénticos, la luz que los atraviesa no se desvía."
Un examen más detallado del comportamiento del haz polarizado radialmente cuando se enfoca con una forma anular reveló que el campo longitudinal mejora considerablemente. Esta mejora se produce debido a la reflexión total en ángulos convergentes elevados en la superficie posterior entre el vidrio y el aire. Utilizando un haz anular polarizado radialmente, Kozawa y sus colegas crearon un pequeño punto focal.
A partir de ahí, aplicaron este método para procesar con láser una superficie de vidrio con un rayo láser de pulso ultracorto. Un solo disparo del pulso convertido en la superficie posterior de un sustrato de vidrio creó un agujero con un diámetro de 67 nanómetros, aproximadamente 1/16 de la longitud de onda del rayo láser.
"Este avance permite el procesamiento directo de materiales con mayor precisión utilizando el campo eléctrico longitudinal mejorado", añade Kozawa. "Ofrece un enfoque sencillo para realizar escalas de procesamiento por debajo de 100 nm y abre nuevas posibilidades para el nanoprocesamiento láser en diversas industrias y campos científicos".
Más información: Yukine Tsuru et al, Nanoprocesamiento láser mediante un campo eléctrico longitudinal mejorado de un haz polarizado radialmente, Optics Letters (2024). DOI:10.1364/OL.517382
Información de la revista: Letras de Óptica
Proporcionado por la Universidad de Tohoku
