Malgré l'énorme quantité de recherche au cours des décennies sur les lasers et leurs applications, les scientifiques ont des difficultés à observer avec précision et directement les détails fins de leurs interactions avec les matériaux. Pour la première fois, les chercheurs ont trouvé un moyen d'acquérir de telles données à partir d'un laser de production à l'aide d'un équipement à faible coût. La technique pourrait considérablement améliorer la précision des éléments découpés ou gravés au laser. Étant donné l'omniprésence des lasers, cela pourrait avoir des implications de grande envergure en laboratoire, applications commerciales et industrielles.

Les lasers sont utilisés dans une gamme extraordinairement large d'applications dans le monde moderne. Un domaine en particulier qui est de plus en plus important est la fabrication, car le niveau de précision auquel un laser peut fonctionner est bien supérieur à celui d'outils physiques équivalents. Cependant, ce niveau de précision pourrait être encore plus élevé en théorie, menant à une nouvelle génération de technologies encore inimaginables. Un moyen important d'améliorer la précision du laser est un meilleur moyen d'obtenir des informations sur la manière dont le laser interagit avec un matériau. Cela conférerait un meilleur contrôle et moins d'incertitude dans les actions de découpe et de gravure d'un laser de production. Ce problème s'est avéré étonnamment difficile à résoudre jusqu'à présent.

"Pour mesurer à quelle profondeur un laser a coupé une surface, il faut souvent des dizaines ou des centaines de lectures de profondeur. Il s'agit d'une barrière substantielle pour la rapidité, systèmes de production automatisés à base de laser, " a déclaré le professeur Junji Yumoto du Département de physique de l'Université de Tokyo. " Nous avons donc conçu une nouvelle façon de déterminer et de prédire la profondeur d'un trou produit par des impulsions laser sur la base d'une seule observation plutôt que de dizaines ou de centaines. Cette découverte est un pas en avant important dans l'amélioration de la contrôlabilité du traitement laser."

Yumoto et son équipe ont cherché à déterminer la profondeur d'un trou laser en utilisant le minimum d'informations possible. Cela les a amenés à examiner ce que l'on appelle la fluence d'une impulsion laser, qui est l'énergie optique délivrée par l'impulsion sur une zone donnée. Jusque récemment, un équipement d'imagerie coûteux était nécessaire pour observer cette fluence, et manquait de résolution suffisante. Mais grâce aux développements dans d'autres domaines de l'électronique et de l'optique, une caméra Raspberry Pi version 2 relativement simple s'est avérée appropriée pour le travail.

Alors que leur appareil laser de test faisait un trou dans le saphir, la caméra a enregistré directement la distribution de fluence d'une impulsion laser. Ensuite, un microscope laser a mesuré la forme du trou. En superposant ces deux résultats et en utilisant des méthodes numériques modernes, l'équipe a produit un ensemble de données volumineux et fiable qui pourrait produire avec précision la relation entre la fluence et la profondeur du trou.

"Cela correspondrait à l'extraction d'environ 250, 000 points de données à partir d'une seule mesure, ", a déclaré Yumoto. "Notre nouvelle méthode pourrait fournir efficacement des données volumineuses pour l'apprentissage automatique et de nouvelles méthodes de simulation numérique pour améliorer la précision et la contrôlabilité du traitement laser pour la fabrication."