Ученые открыли новые возможности лазерной обработки
Исследователи из Чжэцзянского университета разработали новый метод создания сложных оптических структур внутри прозрачных материалов с помощью сверхкоротких лазерных импульсов.
Технология позволяет формировать сразу два типа повторяющихся узоров внутри материала, что открывает новые возможности для оптических устройств будущего.
Ключевое открытие заключается в том, что при фокусировке ультракороткого лазерного импульса внутри прозрачного материала возникает сложное световое поле, которое можно использовать как «оптическую форму» для создания микро- и наноструктур.
Раньше считалось, что лазерный луч просто создает точечное воздействие, но оказалось, что картина распределения энергии намного сложнее.
Концептуальная модель принципа композитного структурирования. (a) Схема создания и эволюции светового поля в фокальном объеме гауссова сверхбыстрого лазерного луча, излучающего в прозрачных диэлектриках. Излучающие символы обозначают рассеяние света. (b) Композитное структурирование с фокальным объемным световым полем. Вставки: теоретическое объемное световое поле в плоскости XZ (i), экспериментально наблюдаемые периодические интерференционные картины (PIP) в плоскости XZ (ii) и экспериментально наблюдаемые нанорешетки (NG), вписанные внутрь PIP. (iii) k обозначает направление распространения лазера.
Метод работает с различными прозрачными материалами — от обычного кварцевого стекла до сложных кристаллов.
Созданные структуры могут найти применение в:
- Многомерном кодировании информации для защиты от подделок
- Создании специальных оптических элементов с особыми свойствами
- Разработке универсальных устройств для управления световыми потоками
Важное преимущество технологии в том, что созданные структуры встроены внутрь материала, что обеспечивает их высокую стабильность и долговечность. Они могут работать в экстремальных условиях — при высоких температурах, коррозии и радиации.
Исследование открывает новые перспективы для производства оптических компонентов следующего поколения и может найти применение в обработке информации, фотонике и даже космических исследованиях.
«Наше открытие меняет традиционное понимание лазерной обработки материалов. Мы обнаружили, что можем контролировать формирование двух разных типов периодических структур независимо друг от друга, меняя направление сканирования лазера и его поляризацию», — отмечает ведущий автор исследования Бо Чжан.
Новое понимание того, как ведет себя лазерный луч в точке фокусировки, позволит улучшить конструкцию оптических компонентов для мощных промышленных лазеров, используемых в обработке металлов. Более точное управление тем, как распределяется энергия лазера в точке воздействия, поможет создать более эффективные системы фокусировки, что повысит точность и скорость лазерной резки, сварки и других видов обработки.
Кроме того, возможность создания встроенных оптических элементов с улучшенными характеристиками может привести к появлению нового поколения промышленных лазерных систем с более компактной и надежной оптической архитектурой, способных работать в жестких производственных условиях.
Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Extreme Manufacturing.
