研究人员开发了改善激光材料加工的新方法

激光加工在工业生产中越发重要，技术也不断改进、精益求精。超短脉冲激光源可以在微米到几十微米的尺度上进行精确加工，不过随着需求不断衍变，近年来的进步要求在100纳米以下的尺度上更小，这是现有方法难以实现的。因此，东北大学研究人员开发了一种改善激光材料加工的新方法，将定制的激光束聚焦透明玻璃，在材料内部产生一个小点。相关研究结果于2024年3月1日发表在《光学快报》杂志上，有可能提高汽车、半导体和医药等行业的处理分辨率。

研究人员专注于具有径向偏振的激光束，也称为矢量束，它在焦点处产生纵向电场，从而产生比传统光束更小的光斑。该过程的一个缺点是由于空气-材料界面处的光折射而使材料内部的磁场减弱，从而限制了其有效性。为了克服这一限制，该团队利用了生物显微镜中常见的油浸物镜来激光加工玻璃基板。使用与玻璃折射率几乎相同的浸油，使穿过玻璃的光不会弯曲，从而增强了激光束的有效性。

通过检查径向偏振光束在以环形聚焦时的行为，研究人员发现，由于玻璃和空气之间背面的高会聚角处的全反射，纵向场可以大大增强。这种增强导致通过使用环形径向偏振光束来创建一个小焦点。将这种方法应用于用超短脉冲激光束激光加工玻璃表面，研究人员能够创建一个直径为67纳米的孔，明显小于激光束的波长。

激光材料加工的这一突破允许使用增强的纵向电场以更高的精度进行直接材料加工。它提供了一种实现100纳米以下加工规模的简单方法，并为各种行业和科学领域的激光纳米加工开辟了新的可能性。东北大学团队进行的研究表明，通过透明玻璃聚焦的定制激光束具有提高加工分辨率的潜力，并在极小的尺度上实现更精确的激光加工，从而有利于广泛的应用。

通过利用独特的激光束特性并克服与材料中光折射相关的限制，研究人员开发了一种可以彻底改变激光材料加工的方法。使用环形径向偏振光束在透明玻璃内部创建小焦点的能力为提高激光加工精度提供了机会，从而能够创建直径小于 100 纳米的孔。这一进步有可能推动汽车、半导体和医药等行业的激光加工技术的发展，在这些行业中，高精度和小规模对于成功的制造工艺至关重要。

该方法在超短脉冲激光束玻璃基板激光加工中的应用展示了提高材料加工分辨率和精度的潜力。能够创建直径小至 67 纳米的孔，证明了该技术在实现极小尺度方面的有效性。这一突破为实现100纳米以下的加工规模提供了一种直接的方法，为各种行业和科学领域的激光纳米加工提供了新的可能性。东北大学团队进行的研究代表了激光材料加工的重大进步，并有可能推动精密加工技术的创新。

来源：激光网