通过透明玻璃聚焦定制的激光束可以在材料内部产生一个小点。东北大学的研究人员报道了一种利用这个小光斑来改善激光材料加工、提高加工分辨率的方法。

他们的研究结果发表在《光学快报》杂志上。

激光加工与钻孔和切割一样，在汽车、半导体和医药等行业中至关重要。超短脉冲激光源的脉冲宽度从皮秒到飞秒不等，可在微米到数十微米的尺度范围内进行精确处理。但最近的进步需要更小的尺度，低于100纳米，这是现有方法难以实现的。

研究人员专注于具有径向偏振的激光束，称为矢量光束。该光束在焦点处产生纵向电场，产生比传统光束更小的光斑。

科学家们已经确定这个过程在激光加工方面很有前途。然而，一个缺点是，由于空气-材料界面处的光折射，该场在材料内部减弱，从而限制了其使用。

“我们利用油浸物镜来激光加工玻璃基板，克服了这一点，”东北大学先进材料多学科研究所副教授、该论文的合著者Yuichi Kozawa感叹道。“因为浸油和玻璃的折射率几乎相同，所以通过它们的光不会弯曲。”

进一步研究以环形聚焦时径向偏振光束的行为表明，纵向场大大增强。这种增强是由于玻璃和空气之间的背面在高会聚角处发生全反射。通过使用环形径向偏振光束，Kozawa和他的同事们创造了一个小的焦点。

从那里，他们将这种方法应用于用超短脉冲激光束激光加工玻璃表面。在玻璃基板的背面对转换后的脉冲进行单次射击会产生一个直径为 67 纳米的孔，约为激光束波长的 1/16。

“这一突破使得使用增强的纵向电场以更高的精度进行直接材料加工成为可能，”Kozawa补充道。“它提供了一种简单的方法来实现100纳米以下的加工规模，并为各个行业和科学领域的激光纳米加工开辟了新的可能性。”