연구원들은 레이저 가공 해상도를 향상시키는 새로운 방법을 찾았습니다.

최근 일본 토호쿠 대학 연구팀은 맞춤형 방사형 편광 레이저 빔을 사용하여 재료 내부에 초점을 맞춰 작은 빛의 반점을 생성하는 데 성공했으며, 이는 결과적으로 레이저 재료 가공의 해상도를 크게 향상시켰습니다.
Optics Letters 저널에 자세히 설명된 이 혁신적인 접근 방식은 레이저 가공 기술에 혁명을 일으켰습니다.
레이저 가공 기술은 자동차, 반도체, 제약 등 다양한 산업, 특히 드릴링 및 절단과 같은 정밀 가공 분야에서 중요한 역할을 합니다. 극초단 펄스 레이저 소스는 미크론에서 수십 미크론 규모의 정밀 가공을 달성할 수 있었지만 현대 산업 및 과학 연구에서는 더 작은 규모의 가공에 대한 수요가 증가하고 있으며 정확도가 100나노미터 미만인 경우 현재 기술에서 극복할 수 없는 장애물이 되고 있습니다.
도호쿠 대학의 연구원들은 초점에서 종방향 전기장을 생성하여 기존 빔보다 더 작은 지점을 생성하는 특수 벡터 빔인 방사형 편광 레이저 빔에 중점을 두었습니다. 이 특성은 가공 가능성이 크지만 공기-재료 경계면의 광굴절로 인해 재료 내부의 반점이 약해져서 적용이 제한됩니다.
이러한 어려움을 극복하기 위해 연구팀은 생체현미경에서 흔히 사용되는 유침 대물렌즈 기법을 창의적으로 활용했다. 레이저 가공된 유리 기판에 유침 대물렌즈를 적용하면 기름과 유리의 굴절률이 유사하기 때문에 빛이 침지된 기름과 유리를 통과할 때 휘어지지 않아 지점 안정성과 정밀도가 보장됩니다.
연구진은 방사형 편광 빔의 동작을 더 자세히 조사한 결과 빔의 초점이 맞춰지고 링 디스플레이와 결합될 때 종방향 필드가 크게 향상된다는 사실을 발견했습니다. 이러한 향상 효과는 유리-공기 경계면에서의 높은 수렴각 전반사로 인해 발생합니다. 이 환형 방사형 편광 빔을 사용하여 팀은 작은 초점을 만드는 데 성공했습니다.
그런 다음 그들은 초단 펄스 레이저 빔을 사용하여 유리 표면을 처리하는 데 이 기술을 적용했습니다. 변환된 펄스는 유리 기판 뒷면에 한 번 발사되어 재료에 67-나노미터 직경의 구멍을 생성합니다. 이 구멍은 레이저 빔 파장의 약 1/16 크기로 처리 정확도가 크게 향상됩니다.
이 획기적인 기술은 향상된 종방향 전기장을 사용하여 직접 재료 처리의 정밀도를 향상시킬 뿐만 아니라 100나노미터 미만의 처리 규모를 실현할 수 있는 간단한 방법을 제공합니다."라고 도호쿠 대학 다학제 연구소의 부교수인 코자와 유이치(Yuichi Kozawa)는 말했습니다. IMRAM(Advanced Materials 연구) 및 논문의 공동 저자는 다양한 산업 및 과학 분야에서 레이저 나노제조에 대한 새로운 가능성을 열어줄 것입니다."