يجد الباحثون طريقة جديدة لتحسين دقة المعالجة بالليزر

في الآونة الأخيرة، نجح فريق من الباحثين من جامعة توهوكو في اليابان في استخدام شعاع ليزر مستقطب شعاعيًا مخصصًا للتركيز على الجزء الداخلي من المادة لإنتاج بقع صغيرة من الضوء، مما يؤدي بدوره إلى تحسين دقة معالجة المواد بالليزر بشكل كبير.
يُحدث هذا النهج المبتكر، المفصل في مجلة Optics Letters، ثورة في تكنولوجيا المعالجة بالليزر.
تلعب تكنولوجيا المعالجة بالليزر دورًا حيويًا في عدد من الصناعات، بما في ذلك صناعة السيارات وأشباه الموصلات والمستحضرات الصيدلانية، وخاصة في الآلات الدقيقة مثل الحفر والقطع. على الرغم من أن مصادر الليزر النبضي فائق القصر تمكنت من تحقيق معالجة دقيقة بمقياس ميكرون إلى عشرات الميكرونات، فقد شهدت الصناعة الحديثة والبحث العلمي طلبًا متزايدًا على المعالجة على نطاق أصغر، حيث أصبحت الدقة التي تقل عن 100 نانومتر عقبة لا يمكن التغلب عليها أمام التكنولوجيا الحالية.
ركز الباحثون في جامعة توهوكو على أشعة الليزر المستقطبة شعاعيًا، وهي أشعة متجهة خاصة تولد مجالات كهربائية طولية عند النقطة البؤرية، مما يؤدي إلى بقعة أصغر من الأشعة التقليدية. على الرغم من أن هذه الخاصية تُظهر إمكانات معالجة كبيرة، إلا أن الانكسار الضوئي عند السطح البيني للهواء والمادة يؤدي إلى إضعاف البقعة داخل المادة، مما يحد من تطبيقها.
للتغلب على هذا التحدي، استخدم فريق البحث بشكل إبداعي تقنية الغمر بالزيت الموضوعية، والتي تستخدم عادة في الفحص المجهري الحيوي. من خلال تطبيق هدف الغمر بالزيت على ركيزة زجاجية معالجة بالليزر، لا ينحني الضوء أثناء مروره عبر الزيت والزجاج المغمورين لأن الزيت والزجاج لهما مؤشرات انكسار متشابهة، وبالتالي ضمان استقرار البقعة ودقتها.
وقد بحث الباحثون أيضًا في سلوك الحزم المستقطبة شعاعيًا، ووجدوا أن المجال الطولي يتعزز بشكل كبير عندما يتم تركيز الشعاع ودمجه مع شاشة عرض حلقية. ينتج تأثير التعزيز هذا عن الانعكاس الكلي لزاوية التقارب العالية عند الواجهة الزجاجية الهوائية. وباستخدام هذا الشعاع الحلقي المستقطب شعاعيًا، نجح الفريق في إنشاء نقطة بؤرية صغيرة.
ثم قاموا بتطبيق هذه التقنية على معالجة الأسطح الزجاجية باستخدام شعاع ليزر نبضي قصير للغاية. يتم إطلاق النبضة المحولة مرة واحدة في الجزء الخلفي من الركيزة الزجاجية لإنشاء ثقب يبلغ قطره 67-نانومتر في المادة، وهو حجم يبلغ حوالي 1/16 من الطول الموجي لشعاع الليزر، مما يؤدي إلى تحسين دقة المعالجة بشكل ملحوظ.
وقال يويتشي كوزاوا، الأستاذ المشارك في معهد الدراسات المتعددة التخصصات بجامعة توهوكو، إن هذا الإنجاز لا يحسن دقة المعالجة المباشرة للمواد باستخدام مجال كهربائي طولي معزز فحسب، بل يوفر لنا أيضًا طريقة بسيطة لتحقيق مقاييس معالجة أقل من 100 نانومتر. "بحث في المواد المتقدمة (IMRAM)، ومؤلف مشارك لهذه الورقة. وهذا سيفتح إمكانيات جديدة لتصنيع الليزر النانوي في مختلف المجالات الصناعية والعلمية."