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技術(shù)前沿

飛秒激光加工藍(lán)寶石工藝再獲新進(jìn)展!

激光制造網(wǎng) 來源:激光行業(yè)觀察2022-12-14 我要評(píng)論(0 )   

藍(lán)寶石具有超強(qiáng)硬度、耐腐蝕、耐高溫、在紫外-紅外波段具有良好的透光性等優(yōu)點(diǎn),在軍工、醫(yī)療器械等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。然而,這些特性也使得其很難進(jìn)行機(jī)械加...

藍(lán)寶石具有超強(qiáng)硬度、耐腐蝕、耐高溫、在紫外-紅外波段具有良好的透光性等優(yōu)點(diǎn),在軍工、醫(yī)療器械等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。然而,這些特性也使得其很難進(jìn)行機(jī)械加工和化學(xué)腐蝕加工。

近日,來自英國曼徹斯特大學(xué)激光加工研究中心的研究人員宣布,他們利用飛秒激光在藍(lán)寶石上制造了直徑為10納米的小孔,這一結(jié)果實(shí)現(xiàn)了飛秒激光在藍(lán)寶石晶體表面精細(xì)加工方面的新突破。
圖片
(圖片來源:英國曼徹斯特大學(xué)激光加工研究中心)
據(jù)悉,科學(xué)家們利用新開發(fā)的一種新方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),演示了高純度縱向飛秒激光場(即與光軸平行)及其與拋光硅、銅和藍(lán)寶石的相互作用。在實(shí)驗(yàn)中,他們首先用0.75 NA的非平面透鏡聚焦形成800nm飛秒激光的光束,以此確認(rèn)縱向場的存在,然后用0.95 NA的透鏡進(jìn)一步了解聚焦縱向場的特征及其對(duì)激光材料加工的影響。接著,他們還研究了偏振態(tài)、光束強(qiáng)度分布和波前消融剖面,并將結(jié)果與縱向場的理論模型進(jìn)行了比較。
最終,他們?cè)诟艨盏那闆r下,在拋光的藍(lán)寶石上演示了分辨率高達(dá)10nm的材料加工效果,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過800nm波長的遠(yuǎn)場衍射極限,也遠(yuǎn)超之前發(fā)表的基于強(qiáng)非線性激光材料相互作用過程的結(jié)果。
為了驗(yàn)證這些微小孔洞的截面特征,研究人員進(jìn)行了聚焦離子束截面。結(jié)果顯示的孔直徑為30nm,深度超過500nm,且錐度為零。
該論文的合著者Olivier Allegre博士補(bǔ)充說:“在這項(xiàng)研究中觀察到的極小的特征尺寸、非常高的深寬比與平行孔壁可能表明,縱向場誘導(dǎo)的材料去除機(jī)制與橫向線性極化誘導(dǎo)的材料去除機(jī)制有根本不同。這種現(xiàn)象在單脈沖這種規(guī)模的激光材料加工中很少見。具有縱向場的激光束可以表現(xiàn)得有點(diǎn)像粒子加速器,使電子(帶負(fù)電荷)和離子(帶正電荷)比標(biāo)準(zhǔn)庫侖爆炸更有效地噴射出來。我們實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的非常深的空穴表明,空穴中存在電子加速和電荷極化以去除物質(zhì)的可能性?!?/section>
這項(xiàng)研究的意義在于展示了用紅外激光束處理超分辨率材料,并打破了遠(yuǎn)場的光學(xué)衍射極限。以往的大多數(shù)方法要么是基于昂貴的極紫外(EUV)激光波長,在光學(xué)衍射極限內(nèi)工作;要么是使用近場光學(xué),使工作距離太近而無法實(shí)際使用。該方法實(shí)現(xiàn)了激光加工的高縱橫比特征,指出了一種新的材料去除機(jī)制。

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