Des chercheurs japonais ont mis au point une nouvelle technique de traitement des matériaux au laser qui permet d’atteindre une précision inégalée. En utilisant un faisceau laser spécialement conçu et une lentille à immersion, ils sont parvenus à créer des trous d’un diamètre de seulement 67 nanomètres dans du verre.
Les chercheurs ont utilisé un faisceau laser à polarisation radiale, également appelé faisceau vectoriel. Ce type de faisceau génère un champ électrique longitudinal au point focal, produisant ainsi un spot plus petit que les faisceaux conventionnels. Bien que cette technique ait été identifiée comme prometteuse pour le traitement au laser, son efficacité était jusqu’à présent limitée par l’affaiblissement du champ électrique à l’intérieur du matériau, dû à la réfraction de la lumière à l’interface air-matériau.
Pour surmonter cet obstacle, les scientifiques ont eu recours à une lentille à immersion, couramment utilisée en microscopie biologique. Comme l’huile d’immersion et le verre ont des indices de réfraction presque identiques, la lumière qui les traverse ne subit pas de déviation.
Une forme annulaire pour amplifier le champ électrique
En étudiant le comportement du faisceau à polarisation radiale lorsqu’il est focalisé avec une forme annulaire, les chercheurs ont constaté que le champ longitudinal est considérablement amplifié. Cette amplification est due à la réflexion totale qui se produit à des angles de convergence élevés sur la surface arrière, entre le verre et l’air.
Yuichi Kozawa, professeur associé à l’Institut de recherche multidisciplinaire pour les matériaux avancés (IMRAM) de l’Université de Tohoku et co-auteur de l’étude, explique : « En utilisant un faisceau à polarisation radiale de forme annulaire, nous avons réussi à créer un spot focal de très petite taille. »
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Des trous de 67 nanomètres avec un seul tir laser
Les chercheurs ont appliqué cette méthode pour traiter la surface d’un substrat en verre avec un faisceau laser à impulsions ultra-courtes. Un seul tir de l’impulsion convertie sur la face arrière du substrat a permis de créer un trou d’un diamètre de seulement 67 nanomètres, soit environ 1/16 de la longueur d’onde du faisceau laser.
« Cette percée permet un traitement direct des matériaux avec une précision accrue grâce au champ électrique longitudinal amplifié », ajoute le Professeur Kozawa. « Elle offre une approche simple pour réaliser des échelles de traitement inférieures à 100 nm et ouvre de nouvelles possibilités pour le nano-traitement au laser dans divers secteurs industriels et domaines scientifiques. »
Légende illustration : Illustration conceptuelle du traitement laser en une seule fois par un faisceau annulaire à polarisation radiale, focalisé sur la surface arrière d’une plaque de verre. ©Y. Kozawa et al.
Article : « Nanotraitement laser via un champ électrique longitudinal amélioré d’un faisceau à polarisation radiale. » Auteurs : Yukine Tsuru, Yuichi Kozawa, Yuuki Uesugi, et Shunichi Sato. Journal : Optics Letters. DOI : 10.1364/OL.517382
