Ondanks de enorme hoeveelheid onderzoek in de afgelopen decennia naar lasers en hun toepassingen, wetenschappers hebben moeite met het nauwkeurig en direct observeren van fijne details van hun interacties met materialen. Voor de eerste keer, onderzoekers hebben een manier gevonden om dergelijke gegevens van een productielaser te verkrijgen met behulp van goedkope apparatuur. De techniek zou de nauwkeurigheid van items die met lasers zijn gesneden of geëtst enorm kunnen verbeteren. Gezien de alomtegenwoordigheid van lasers, dit kan verstrekkende gevolgen hebben in het laboratorium, commerciële en industriële toepassingen.

Lasers worden gebruikt in een buitengewoon breed scala aan toepassingen in de moderne wereld. Een gebied dat in het bijzonder steeds belangrijker wordt, is de fabricage, omdat het precisieniveau waarmee een laser kan werken veel groter is dan dat van vergelijkbare fysieke gereedschappen. Echter, dit nauwkeurigheidsniveau zou in theorie zelfs nog hoger kunnen zijn, wat leidt tot een nieuwe generatie van nog onvoorstelbare technologieën. Een belangrijke manier waarop de laserprecisie kan worden verbeterd, is een betere manier om feedback te verkrijgen over de manier waarop de laser interageert met een materiaal. Dat zou zorgen voor meer controle en minder onzekerheid in de snij- en etsacties van een productielaser. Dit probleem bleek tot nu toe verrassend moeilijk aan te pakken.

"Om te meten hoe ver een laser in een oppervlak heeft gesneden, zijn vaak tientallen of honderden dieptemetingen nodig. Dit is een aanzienlijke barrière voor snelle, geautomatiseerde op laser gebaseerde productiesystemen, "Zei professor Junji Yumoto van de afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Tokyo. "Dus hebben we een nieuwe manier bedacht om de diepte van een gat te bepalen en te voorspellen dat wordt geproduceerd door laserpulsen op basis van een enkele waarneming in plaats van tientallen of honderden. Deze bevinding is een belangrijke stap voorwaarts in het verbeteren van de beheersbaarheid van laserbewerkingen."

Yumoto en zijn team probeerden de diepte van een lasergat te bepalen met zo min mogelijk informatie. Dit bracht hen ertoe te kijken naar wat bekend staat als de fluentie van een laserpuls, wat de optische energie is die de puls over een bepaald gebied afgeeft. Tot voor kort, er was dure beeldapparatuur nodig om deze invloed waar te nemen, en onvoldoende resolutie. Maar dankzij ontwikkelingen op andere gebieden van elektronica en optica, een relatief eenvoudige Raspberry Pi Camera versie 2 bleek geschikt voor de klus.

Toen hun testlaserapparaat een gat maakte in saffier, de camera registreerde direct de fluentieverdeling van een laserpuls. Vervolgens mat een lasermicroscoop de vorm van het gat. Door deze twee resultaten over elkaar heen te leggen en moderne numerieke methoden te gebruiken, het team produceerde een grote en betrouwbare dataset die nauwkeurig de relatie tussen fluence en gatdiepte kon produceren.

"Dit zou overeenkomen met de extractie van ongeveer 250, 000 datapunten van een enkele meting, " zei Yumoto. "Onze nieuwe methode kan op efficiënte wijze big data opleveren voor machinaal leren en nieuwe numerieke simulatiemethoden om de nauwkeurigheid en controleerbaarheid van laserverwerking voor fabricage te verbeteren."