Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Optics Letters. .

L'usinage au laser, comme le perçage et la découpe, est vital dans des secteurs tels que l'automobile, les semi-conducteurs et la médecine. Les sources laser à impulsions ultra-courtes, avec des largeurs d'impulsion allant de la picoseconde à la femtoseconde, permettent un traitement précis à des échelles allant du micron à la dizaine de microns. Mais les progrès récents exigent des échelles encore plus petites, inférieures à 100 nanomètres, ce que les méthodes existantes peinent à atteindre.

Les chercheurs se sont concentrés sur un faisceau laser à polarisation radiale, appelé faisceau vectoriel. Ce faisceau génère un champ électrique longitudinal au foyer, produisant un point plus petit que les faisceaux conventionnels.

Les scientifiques ont identifié ce procédé comme prometteur pour le traitement laser. Cependant, un inconvénient est que ce champ s'affaiblit à l'intérieur du matériau en raison de la réfraction de la lumière à l'interface air-matériau, limitant son utilisation.

"Nous avons surmonté ce problème en utilisant une lentille d'objectif à immersion dans l'huile - quelque chose que l'on trouve couramment dans les microscopes biologiques - pour le traitement laser des substrats en verre", s'exclame Yuichi Kozawa, professeur agrégé à l'Institut de recherche multidisciplinaire sur les matériaux avancés (IMRAM) de l'Université de Tohoku et co-auteur de le papier. "Comme l'huile d'immersion et le verre ont des indices de réfraction presque identiques, la lumière qui les traverse ne se plie pas."

Un examen plus approfondi du comportement du faisceau polarisé radialement lorsqu'il est focalisé avec une forme annulaire a révélé que le champ longitudinal est considérablement amélioré. Cette amélioration se produit en raison de la réflexion totale à des angles de convergence élevés sur la surface arrière entre le verre et l'air. En utilisant un faisceau de forme annulaire polarisé radialement, Kozawa et ses collègues ont créé un petit point focal.

À partir de là, ils ont appliqué cette méthode pour traiter au laser une surface de verre avec un faisceau laser à impulsions ultra-courtes. Un seul tir de l'impulsion convertie sur la surface arrière d'un substrat de verre a créé un trou d'un diamètre de 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 amélioré", ajoute Kozawa. "Il offre une approche simple pour réaliser des échelles de traitement inférieures à 100 nm et ouvre de nouvelles possibilités pour le nano-traitement laser dans diverses industries et domaines scientifiques."