Ультракороткие лазеры — мощный инструмент для обработки материалов, но до сих пор ученые не могли одновременно отслеживать, как меняется структура поверхности и ее оптические свойства в реальном времени. Группа исследователей под руководством профессора Чанцзюнь Миня из Шэньчжэньского университета разработала новую систему микроскопии, которая объединяет два метода: насосно-зондовую съемку и интерферометрию.

Результаты опубликованы в издании Light: Advanced Manufacturing.

Эта система фиксирует изменения с пространственным разрешением 236 нм и временным 256 фс — это настолько быстро, что можно увидеть, как на кремнии под лучом лазера появляются, усиливаются и исчезают периодические наноструктуры (LIPSS).

LIPSS (лазерно-индуцированные периодические поверхностные структуры) — это микроскопические бороздки или гребни, которые образуются на материале после облучения ультракороткими лазерными импульсами. Они возникают из-за интерференции падающего луча с поверхностными волнами и могут менять оптические, механические или химические свойства материала.

Раньше считалось, что такие узоры возникают из-за течения расплавленного материала, но новые данные показали: все иначе.

LIPSS формируются из-за неравномерного испарения вещества в момент поглощения энергии лазера.

Это ставит под сомнение старые гидродинамические модели.

Мы объединили две технологии и теперь видим не только, как меняется поверхность, но и как это влияет на ее отражающую способность, — поясняют ученые.

Где это пригодится

• Авиакосмическая отрасль — точная обработка деталей.
• Микроэлектроника — создание чипов с заданными свойствами.
• Биомедицина — модификация имплантов для лучшей совместимости.

В будущем разрешение хотят улучшить за счет иммерсионных линз и более коротковолновых зондов.

Главный плюс — контроль качества в реальном времени. Сейчас лазерную обработку часто настраивают «на глаз» или по постфактумным измерениям. Эта система позволяет сразу видеть, как формируется структура, и корректировать параметры лазера прямо в процессе. Например, при создании оптических сенсоров или антибликовых покрытий точность критична — даже нанометровые отклонения портят результат.

Еще один момент — экономия энергии. Если понимать, как именно материал реагирует на импульсы, можно подобрать минимально достаточную мощность и избежать перегрева.

Метод требует сложной оптики и дорогого оборудования — вряд ли его быстро внедрят на обычных производствах. Кроме того, эксперименты пока проводились только на кремнии. Не факт, что для других материалов (металлов, полимеров) механизм окажется таким же.

Ранее ученые открыли новый способ управлять светом.