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최근 일본 토호쿠 대학 연구팀은 특수 방사형 편광 레이저 빔을 사용하여 재료 내부에 초점을 맞추고 작은 빛의 반점을 생성하는 데 성공했으며, 이는 결과적으로 재료의 레이저 가공 해상도를 크게 높였습니다.

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. 초단 펄스 레이저 소스는 미크론에서 수십 미크론 규모의 정밀 가공을 제공할 수 있지만, 현대 산업과 연구에서는 더 작은 규모의 가공에 대한 수요가 증가하고 있으며, 100나노미터 미만의 정밀도는 현재 기술에서 극복할 수 없는 장벽이 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 내의 지점이 약화되어 적용이 제한됩니다.

연구팀은 이러한 문제를 극복하기 위해 생체현미경에서 흔히 사용되는 유침법을 창의적으로 적용했다. 레이저 가공된 유리 기판에 유침 렌즈를 적용하면 기름과 유리의 굴절률이 동일하기 때문에 침지된 기름과 유리를 통과할 때 빛이 휘어지지 않아 지점 안정성과 정밀도가 향상됩니다.

연구진은 방사형 편광 빔의 동작을 더 깊이 조사한 결과 빔의 초점이 맞춰지고 원형 디스플레이와 결합될 때 종방향 필드가 크게 향상된다는 사실을 발견했습니다. 이러한 향상 효과는 유리-공기 경계면에서 전반사 각도가 크기 때문에 발생합니다. 이 방사형 편광 링 빔을 사용하여 팀은 작은 초점을 만들 수 있었습니다.

그런 다음 그들은 이 기술을 사용하여 초단 펄스 레이저 빔으로 유리 표면을 처리했습니다. 변환된 펄스는 유리 기판 뒷면에 한 번 적용되어 재료에 직경 67나노미터의 구멍을 생성합니다. 이는 레이저 빔 파장의 약 1/16에 해당하며, 가공 정확도를 크게 향상시킵니다.

이 획기적인 발전은 강화된 종방향 전기장을 사용하여 재료의 직접 가공의 정밀도를 향상시킬 뿐만 아니라 100나노미터 미만의 가공 규모를 실현하는 간단한 방법을 제공합니다."라고 도호쿠 대학 학제간 연구 연구소의 조교수이자 논문의 공동 저자인 첨단 재료 연구(IMRAM)의 코자와 유이치가 말했습니다. "이것은 다양한 산업 및 과학 분야에서 레이저 나노 제조에 대한 새로운 기회를 열어줄 것입니다."