La foratura del vetro con i laser a femtosecondi è diventata ancora migliore

Bicchiere! È una cosa delicata. Forte da morire, eppure lo scheggi e lo guardi nel modo sbagliato, e ti ritroverai con un mucchio di spazzatura tagliente. È allo stesso tempo adorato per la sua chiarezza e morbidezza, e criticato per quanto possa essere capriccioso in caso di shock, sia meccanico, termico o altro.

Se hai mai provato a forare il vetro, saprai che è un compito difficile. Farlo senza violarlo ha la stessa probabilità di vincere alla lotteria su Marte. Anche i laser non sono bravi in ​​questo. Tuttavia, un gruppo di ricerca francese ha sviluppato una nuova tecnica che utilizza laser a femtosecondi per praticare fori microscopici nel vetro con una rastremazione minima e senza crepe! Geniale, no?

I laser a femtosecondi sono strumenti potenti e utili, sebbene siano ancora abbastanza oscuri da richiedere una spiegazione. Sono laser che emettono impulsi incredibilmente brevi, dell'ordine da 1 femtosecondo a poche centinaia di femtosecondi. Se non hai familiarità con il femtosecondo, è 1 x 1015 secondi o un milionesimo di nanosecondo. Questi laser rilasciano una grande quantità di energia in un periodo di tempo molto breve, il che, se si considera la fisica, significa un'elevata potenza di picco. Sebbene questi laser possano emettere impulsi singoli, possono anche essere emessi ripetutamente a velocità variabili. Ad esempio, alcuni laser a femtosecondi possono emettere impulsi ultracorti ripetuti a una velocità di gigahertz.

Ciò che offrono questi laser è la capacità di fornire impulsi di energia luminosa ad alta intensità in modo molto preciso. Ciò li rende estremamente utili per compiti molto fini e delicati che comportano la distruzione di quantità molto piccole di materiale in ciò che gli scienziati chiamano ablazione. Gli impulsi ad alta intensità sono in grado di ablare molti materiali, mentre la breve durata degli impulsi a femtosecondi significa che l’impatto termico sulle aree circostanti è minimo. In questo modo, i laser a femtosecondi si sono rivelati utili per qualsiasi cosa, dalla chirurgia laser dell’occhio a varie attività di microlavorazione.

Quando si tratta di praticare fori nel vetro, tuttavia, i laser a femtosecondi hanno tradizionalmente prestazioni scadenti. Le tecniche usuali coinvolgono singoli impulsi al femtosecondo distanziati da un ampio periodo di tempo. Ciò tende a creare fori con penetrazione limitata che possono presentare anche una notevole rastremazione e una superficie interna ruvida. Il nuovo metodo è opera di ricercatori dell’Università di Bordeaux. Si basa invece su impulsi al femtosecondo sparati in gigahertz per praticare microfori nel vetro.

Secondo il documento di ricerca, questa tecnica crea fori microscopici nel vetro molto migliori. I ricercatori sono stati in grado di produrre fori profondi e privi di crepe con proporzioni fino a 37:1 nel vetro sodico-calcico e fino a 73:1 nella silice fusa. I fori stessi misuravano solo 27-52 μm di diametro, mentre raggiungevano una profondità compresa tra 510 μm e 1620 μm. Nel caso della silice fusa, anche la finitura superficiale dei fori era di notevole qualità: essendo “lucida e quasi trasparente”, ha detto a Photonics Media la professoressa dell’Università di Bordeaux Inka Manek-Hönningerto.

Nello studio il team ha utilizzato un laser Tangor 100 di Amplitude, un laser a femtosecondi drogato con itterbio. Il laser emette una potenza media massima di 100 W a 1030 nm, emettendo impulsi da 500 femtosecondi. Per praticare i fori, il laser ha emesso raffiche di cinquanta impulsi da 500 fs con una frequenza di ripetizione di 1 GHz. Ogni raffica di cinquanta impulsi durava 50 nanosecondi. I burst sono stati poi ripetuti ad una frequenza di 1 KHz. Ciò ha fornito un tempo sufficiente tra le esplosioni per la dissipazione del calore, evitando la creazione di una zona influenzata dal calore nel materiale che circonda i fori. Il team osserva che i comportamenti di assorbimento non lineare e gli effetti termici cumulativi dei lampi laser sono fondamentali per creare fori di alta qualità. Con le raffiche intense e ripetitive, la velocità di ablazione del materiale aumenta, contribuendo a produrre fori più profondi e più puliti.

La speranza è che la tecnica possa rivelarsi utile per varie applicazioni industriali. La velocità della tecnica è limitata, per evitare di danneggiare il vetro per effetti termici. Tuttavia, se esiste un'applicazione che richiede fori molto piccoli ben lavorati nella calce sodata o nella silice fusa, questa tecnica potrebbe essere la soluzione giusta. Dato che utilizza hardware laser standard, anche se avanzato, dovrebbe essere facilmente riproducibile da altri laboratori.