微小斑点引领纳米加工的重大进展，研究人员揭示

日本东北大学的研究人员发现，通过将定制激光束聚焦穿过透明玻璃，可以在材料内部形成微小的斑点。他们在《光学快报》杂志上报告了利用这一小斑点改善激光材料加工、提高加工分辨率的方法。

激光加工，如钻孔和切割，在汽车、半导体和医药等行业至关重要。飞秒到皮秒脉冲宽度的超短脉冲激光源使得在微米到数十微米尺度上实现精确加工成为可能。然而，最近的进展要求实现更小尺度，低于100纳米，而现有方法难以达到。

研究人员关注的是径向偏振激光束，即矢量光束。这种光束在聚焦处产生纵向电场，比传统光束产生的斑点更小。

科学家已确定这个过程对激光加工具有潜力。但一个缺点是，在材料内部，由于气体-材料界面的光折射，这个电场会减弱，从而限制了它的使用。

东北大学材料多学科研究所(IMRAM)副教授兼论文合著者小泽裕一称：“我们克服了这一问题，采用了油浸物镜头——这在生物显微镜中很常见——来加工玻璃基板。”“由于浸润油和玻璃的折射率几乎相同，通过它们通过的光线不会发生弯曲。”

当研究人员进一步观察到径向偏振光束在聚焦时呈环形形状的行为时，他们发现纵向电场得到了极大增强。这种增强是因为在玻璃和空气之间的背表面上，高汇聚角度下发生了全反射。通过使用环形形状的径向偏振光束，小泽裕一和他的同事们创建了一个小的聚焦斑点。

随后，他们将这种方法应用于用超短脉冲激光束加工玻璃表面。在玻璃基板的背表面上进行一次转换脉冲，就能够形成直径为67纳米的孔洞，大约是激光束波长的1/16。

“这一突破通过增强纵向电场实现了直接材料加工，提高了加工精度，”小泽裕一补充道。“它提供了一种简单的方法，在各行业和科学领域开启了实现低于100纳米加工尺度的新可能。”