{"id":98337,"date":"2018-03-11T10:19:08","date_gmt":"2018-03-11T10:19:08","guid":{"rendered":""},"modified":"2018-03-11T10:19:08","modified_gmt":"2018-03-11T10:19:08","slug":"direct-femtosecond-laser-writing-of-3d-photonic-structures-in-rare-earth-doped-lithium-niobate-escritura-directa-de-estructuras-fotonicas-3d-en-niobato-de-litio-dopado-con-iones-de-tierras-raras-medi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/fisica\/direct-femtosecond-laser-writing-of-3d-photonic-structures-in-rare-earth-doped-lithium-niobate-escritura-directa-de-estructuras-fotonicas-3d-en-niobato-de-litio-dopado-con-iones-de-tierras-raras-medi\/","title":{"rendered":"Direct femtosecond laser writing of 3d photonic structures in rare-earth doped lithium niobate.(escritura directa de estructuras fot\u00f3nicas 3d en niobato de litio dopado con iones de tierras raras mediante pulsos l\u00e1ser de femtosegundos)"},"content":{"rendered":"<h2>Tesis doctoral de <strong> Airan Rodenas Segui <\/strong><\/h2>\n<p>A lo largo de esta tesis se habla a menudo de pulsos l\u00e1ser con una duraci\u00f3n de en torno a 100  fs, que son enfocados en el interior de cristales a tama\u00f1os extremadamente peque\u00f1os de entorno a  1 \u00c2\u00bfm de di\u00e1metro. Esta combinaci\u00f3n de una duraci\u00f3n del pulso extremadamente corta y su alto  confinamiento espacial es el origen de los efectos f\u00edsicos y aplicaciones que se examinan en esta  tesis.  para hacerse una idea de cu\u00e1nto son 100 fs, basta con saber que corresponde con a 10-13 segundos (i.E. 0.0000000000001 segundos). Lo cual significa que frente a una segundo, este tiempo  es equivalente a aproximadamente 12 horas frente a la edad del universo (13.7&#215;109 a\u00f1os [1]).  con respecto al tama\u00f1o del foco donde toda la energ\u00eda  del pulso l\u00e1ser es confinada, 1 \u00c2\u00bfm  corresponde aproximadamente a la octava parte del tama\u00f1o de una c\u00e9lula sangu\u00ednea (8 \u00c2\u00bfm), o la  s\u00e9ptima parte de un cromosoma (7 \u00c2\u00bfm) [2]. Por tanto, el lector no deber\u00e1 sorprenderse si observa  que el m\u00e9todo empleado para confinar los pulsos l\u00e1ser en la escala microm\u00e9trica ser\u00e1 el de  microscop\u00eda \u00f3ptica, donde la mayor parte de los objetivos de enfoque son dise\u00f1ados para las  ciencias biol\u00f3gicas [3].  sin embargo, y como veremos a lo largo de esta tesis, lo singular de usar pulsos  extremadamente cortos en el tiempo para micro-esculpir materiales reside en el hecho de que el  mecanismo de interacci\u00f3n con el medio es fundamentalmente no lineal. Esto significa que el  tama\u00f1o del \u00e1rea modificada no ser\u00e1 proporcional al tama\u00f1o del foco laser, sino que ser\u00e1 menor en  un determinado factor. Como resultado de esta no linealidad veremos que, por ejemplo,  es posible  realizar agujeros de tan s\u00f3lo 90 nm de di\u00e1metro en la superficie de un cristal. Estos tama\u00f1os son  equivalentes a los de virus tales como la gripe o vih [2], como se muestra en la figura 1. Tama\u00f1os  por debajo de los 200 nm est\u00e1n ya por debajo del l\u00edmite de resoluci\u00f3n \u00f3ptica, lo cual implica que,  debido a la alta no linealidad del proceso de inscripci\u00f3n esta t\u00e9cnica permite alcanzar una resoluci\u00f3n que hasta ahora pertenec\u00eda al \u00e1mbito de las t\u00e9cnicas de bombardeo mediante haces de  iones. Aun as\u00ed, y como veremos, las t\u00e9cnicas actuales de bombardeo i\u00f3nico permiten alcanzar  motivos superficiales de pocos nan\u00f3metros. \u00c2\u00bfpor qu\u00e9 usar un l\u00e1ser entonces? La ventaja de usar un  haz l\u00e1ser ultracorto en lugar de iones ser\u00e1 que, como veremos, \u00e9ste permite procesar el material  tanto en su superficie como su interior, algo que hasta ahora era completamente imposible.  el prop\u00f3sito de este trabajo de tesis es aplicar la t\u00e9cnica de escritura mediante pulsos l\u00e1ser de  femtosegundos para la obtenci\u00f3n de estructuras fot\u00f3nicas en materiales l\u00e1ser transparentes, tales  como cristales de niobato de litio dopados con iones de tierras raras. Una estructura fot\u00f3nica es un  dispositivo integrado que permite controlar y manipular la luz gracias al confinamiento dimensional  producido y las propiedades \u00f3pticas del material. El  objetivo de la \u00f3ptica integrada es combinar  diferentes elementos \u00f3pticos tales como gu\u00edas de onda o cristales fot\u00f3nicos, en un solo substrato.  estos substratos podr\u00e1n ser dise\u00f1ados para ser usados en una muy amplia variedad de aplicaciones,  en una manera an\u00e1loga a como los circuitos el\u00e9ctricos conforman la electr\u00f3nica integrada. Las  aplicaciones inmediatas de la tecnolog\u00eda fot\u00f3nica cubren el \u00e1rea de las telecomunicaciones \u00f3pticas,  la instrumentaci\u00f3n, o sistemas de detecci\u00f3n ultrasensibles y ultra-r\u00e1pidos para medicina o  biotecnolog\u00eda.  uno de los materiales paradigm\u00e1ticos que ha permitido  desarrollar la tecnolog\u00eda de \u00f3ptica  integrada es el cristal no lineal ferroel\u00e9ctrico de niobato de litio (linbo3) [3], debido a que ofrece  una incre\u00edble versatilidad funcional que ha permitido el desarrollo de nuevos dispositivos fot\u00f3nicos  tales como gu\u00edas de onda, filtros de frecuencias electro-\u00f3pticos, controladores de la polarizaci\u00f3n,  l\u00e1seres, y tambi\u00e9n recientemente cristales fot\u00f3nicos. Estos dispositivos aprovechan las propiedades  funcionales del material, tales como sus propiedades electro-\u00f3pticas, acusto-\u00f3pticas y no lineales,  de manera que los dispositivos pueden ofrecer funciones relevantes tales como la conversi\u00f3n de  frecuencias no lineal, el procesado ultra-r\u00e1pido \u00f3ptico de se\u00f1ales, y la generaci\u00f3n de single-photons.  nuestro objetivo es por tanto investigar la posibilidad de usar la t\u00e9cnica de escritura mediante  pulsos l\u00e1ser de femtosegundos para desarrollar dispositivos completamente nuevos que  aprovechen las tres dimensiones dentro del material, para de esta manera aumentar la compacidad  y complejidad de los dispositivos integrados. Es necesario mencionar que la t\u00e9cnica l\u00e1ser mediante  pulsos ultracortos es la \u00fanica que se ha demostrado que posibilita la escritura tridimensional en el  interior de un material sin da\u00f1ar en ning\u00fan grado su superficie.  esta tesis est\u00e1 b\u00e1sicamente dividida en dos partes. En la primera parte se discuten los  fundamentos f\u00edsicos del micro-estructurado mediante pulses l\u00e1ser ultracortos en cristales de linbo3 (chapters 2 y 3). La segunda parte presenta los resultados de investigaci\u00f3n en torno a las  aplicaciones, tales como elementos de difracci\u00f3n integrados en el medio l\u00e1ser, gu\u00edas de onda, y  cristales fot\u00f3nicos tridimensionales (chapters 4, 5 y 6).  el cap\u00edtulo 2 (chapter 2) es una introducci\u00f3n al niobato de litio y su estructura. Algunas de sus  propiedades f\u00edsicas y \u00f3pticas que ser\u00e1n de inter\u00e9s en el resto de cap\u00edtulos son analizadas.  el  cap\u00edtulo 3  (chapter 3) es un breve resumen en torno a los fundamentos de la escritura  mediante pulsos ultracortos en niobato de litio. Se describen los conceptos b\u00e1sicos y par\u00e1metros  relevantes de la t\u00e9cnica, y se presentan algunos ejemplos experimentales realizados en niobato de  litio. Estos experimentos constituyen el conocimiento previo mediante el cual el resto de trabajos  ser\u00e1n realizados. Se demuestra la ablaci\u00f3n de estructuras microm\u00e9tricas y sub-microm\u00e9tricas  superficiales, y tambi\u00e9n se investigan las principales aberraciones \u00f3pticas que pueden tener lugar al  inscribir voxels sub-microm\u00e9tricos en el interior del cristal.  el cap\u00edtulo 4 (chapter 4) presenta los resultados concernientes a la acci\u00f3n laser y propagaci\u00f3n  no-colineal de la radiacci\u00f3n fundamental generada en cristales l\u00e1ser de nd 3+ :mgo:linbo3, mediante  la creaci\u00f3n de redes de difracci\u00f3n integradas de una y dos dimensiones. Se presenta la dependencia  de la eficiencia de difracci\u00f3n as\u00ed como las propiedades laser para cada tipo de red superficial.  el cap\u00edtulo 5 (chapter 5) presenta los resultados del an\u00e1lisis espectrosc\u00f3pico de micro-raman y  micro-luminiscencia de los cambios producidos en la red cristalina del niobato de litio en dos tipos  de gu\u00eda de onda fabricados mediante pulsos de femtosegundos: gu\u00edas fabricadas en el r\u00e9gimen no- t\u00e9rmico mediante bajas frecuencias de pulso,y gu\u00eda fabricadas en el r\u00e9gimen t\u00e9rmico mediante altas  repeticiones de pulsos. Los cambios de \u00edndice de refracci\u00f3n son estimados en primera aproximaci\u00f3n  mediante los perfiles de micro-raman y micro-luminiscencia, indicando que el origen principal del  guiado es debido a un cambio de \u00edndice de tipo piezo-\u00f3ptico, probablemente producido por la  generaci\u00f3n de campos de stress inducidos en el foco l\u00e1ser.  el  cap\u00edtulo 6  (chapter 6) presenta los resultados de la escritura tridimensional de cristales  fot\u00f3nicos en cristales niobato de litio dopado con tierras raras. Se presentan los espectros de  transmitancia en el infrarojo cercano de estructuras con diferentes par\u00e1metros de red, as\u00ed como sus  efectos en la luminiscencia del material.  el cap\u00edtulo 7 (chapter 7)  resume el trabajo presentado en esta tesis.  el ap\u00e9ndice final (appendix) es un texto introductorio sobre cristales fot\u00f3nicos,  desde el  concepto hasta los principales aspectos de su fabricaci\u00f3n e historia. Se presenta as\u00ed mismo una lista  actualizada de las principales publicaciones en el campo de cristales fot\u00f3nicos tridimensionales. Y se  discuten las principales t\u00e9cnicas disponibles para su fabricaci\u00f3n en dielectricos, las diferentes tipos  de redes y sus diferentes propiedades dispersivas, as\u00ed como sus principales aplicaciones.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Datos acad\u00e9micos de la tesis doctoral \u00ab<strong>Direct femtosecond laser writing of 3d photonic structures in rare-earth doped lithium niobate.(escritura directa de estructuras fot\u00f3nicas 3d en niobato de litio dopado con iones de tierras raras mediante pulsos l\u00e1ser de femtosegundos)<\/strong>\u00ab<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>T\u00edtulo de la tesis:<\/strong>\u00a0 Direct femtosecond laser writing of 3d photonic structures in rare-earth doped lithium niobate.(escritura directa de estructuras fot\u00f3nicas 3d en niobato de litio dopado con iones de tierras raras mediante pulsos l\u00e1ser de femtosegundos) <\/li>\n<li><strong>Autor:<\/strong>\u00a0 Airan Rodenas Segui <\/li>\n<li><strong>Universidad:<\/strong>\u00a0 Aut\u00f3noma de Madrid<\/li>\n<li><strong>Fecha de lectura de la tesis:<\/strong>\u00a0 18\/12\/2009<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Direcci\u00f3n y tribunal<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>Director de la tesis<\/strong>\n<ul>\n<li>Daniel Jaque Garcia<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li><strong>Tribunal<\/strong>\n<ul>\n<li>Presidente del tribunal: jose Garcia sole <\/li>\n<li>Fernando Agullo rueda (vocal)<\/li>\n<li>Carlos Molpeceres alvarez (vocal)<\/li>\n<li>Javier Rodriguez vazquez de aldana (vocal)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Tesis doctoral de Airan Rodenas Segui A lo largo de esta tesis se habla a menudo de pulsos l\u00e1ser con [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center 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