นักวิจัยค้นหาวิธีใหม่ในการปรับปรุงความละเอียดในการประมวลผลด้วยเลเซอร์

เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Tohoku ในญี่ปุ่นประสบความสำเร็จในการใช้ลำแสงเลเซอร์โพลาไรซ์แบบเรเดียลแบบกำหนดเองเพื่อเน้นที่ด้านในของวัสดุเพื่อสร้างจุดแสงเล็กๆ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความละเอียดของการประมวลผลวัสดุเลเซอร์ได้อย่างมาก
วิธีการเชิงนวัตกรรมนี้มีรายละเอียดอยู่ในวารสาร Optics Letters ซึ่งเป็นการปฏิวัติเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์
เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์มีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมหลายประเภท รวมถึงยานยนต์ เซมิคอนดักเตอร์ และเภสัชภัณฑ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำ เช่น การเจาะและการตัด แม้ว่าแหล่งกำเนิดเลเซอร์พัลซ์ที่สั้นมากสามารถบรรลุการประมวลผลที่แม่นยำในระดับไมครอนถึงสิบไมครอน แต่อุตสาหกรรมสมัยใหม่และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ได้เห็นความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการประมวลผลขนาดเล็กลง ด้วยความแม่นยำต่ำกว่า 100 นาโนเมตร กลายเป็นอุปสรรคที่ผ่านไม่ได้สำหรับเทคโนโลยีปัจจุบัน
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Tohoku มุ่งเน้นไปที่ลำแสงเลเซอร์โพลาไรซ์แนวรัศมี ซึ่งเป็นลำแสงเวกเตอร์พิเศษที่สร้างสนามไฟฟ้าตามยาวที่จุดโฟกัส ส่งผลให้จุดมีขนาดเล็กกว่าลำแสงทั่วไป แม้ว่าคุณสมบัตินี้จะแสดงศักยภาพในการประมวลผลที่ดีเยี่ยม แต่การหักเหของแสงที่ส่วนต่อประสานระหว่างวัสดุกับอากาศจะทำให้จุดภายในวัสดุอ่อนตัวลง ซึ่งจำกัดการใช้งาน
เพื่อเอาชนะความท้าทายนี้ ทีมวิจัยได้ใช้เทคนิควัตถุประสงค์ของการแช่น้ำมันอย่างสร้างสรรค์ ซึ่งมักใช้ในการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ชีวภาพ ด้วยการใช้วัตถุประสงค์ในการแช่น้ำมันกับซับสเตรตแก้วที่ผ่านกระบวนการด้วยเลเซอร์ แสงจะไม่โค้งงอเมื่อผ่านน้ำมันและแก้วที่แช่ไว้ เนื่องจากน้ำมันและแก้วมีดัชนีการหักเหของแสงที่คล้ายกัน จึงรับประกันความเสถียรและความแม่นยำของจุด
นักวิจัยได้เจาะลึกพฤติกรรมของคานโพลาไรซ์แนวรัศมี และพบว่าสนามตามยาวจะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อลำแสงถูกโฟกัสและรวมกับการแสดงวงแหวน เอฟเฟกต์การปรับปรุงนี้เป็นผลมาจากการสะท้อนรวมของมุมบรรจบกันสูงที่ส่วนต่อประสานอากาศแก้ว การใช้ลำแสงโพลาไรซ์แบบวงแหวนนี้ ทีมงานประสบความสำเร็จในการสร้างจุดโฟกัสเล็กๆ
จากนั้นพวกเขาจึงนำเทคนิคนี้ไปใช้กับการประมวลผลพื้นผิวกระจกด้วยลำแสงเลเซอร์แบบพัลส์ที่สั้นเกินขีด พัลส์ที่แปลงแล้วจะถูกยิงหนึ่งครั้งที่ด้านหลังของซับสเตรตแก้วเพื่อสร้างรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางนาโนเมตรในวัสดุซึ่งมีขนาดประมาณ 1/16 ของความยาวคลื่นของลำแสงเลเซอร์ ซึ่งช่วยเพิ่มความแม่นยำในการประมวลผลได้อย่างมาก
ความก้าวหน้านี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความแม่นยำในการประมวลผลวัสดุโดยตรงโดยใช้สนามไฟฟ้าตามยาวที่ได้รับการปรับปรุงเท่านั้น แต่ยังช่วยให้เรามีวิธีง่ายๆ ในการรับรู้ขนาดการประมวลผลที่น้อยกว่า 100 นาโนเมตรอีกด้วย" Yuichi Kozawa รองศาสตราจารย์จากสถาบันสหสาขาวิชาชีพแห่งมหาวิทยาลัย Tohoku กล่าว การวิจัยในวัสดุขั้นสูง (IMRAM) และผู้เขียนร่วมของรายงานฉบับนี้ ซึ่งจะเปิดโอกาสใหม่ๆ สำหรับการผลิตผ้านาโนด้วยเลเซอร์ในสาขาอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ต่างๆ"