Universidad Complutense de Madrid
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Modelling and production of surface and subsurface photonics elements by ultrafastlaser structuring od dielectrics
Modelización y producción de elementos fotónicos en superficie y volumen por estructuración de dieléctricos con pulsos láser ultracortos

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Hoyo Muñoz, Jesús del (2017) Modelling and production of surface and subsurface photonics elements by ultrafastlaser structuring od dielectrics. [Thesis]

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Abstract

Photonics was born with the advent of lasers. Lasers provided the kind of light required for the development of active and passive photonics devices. Ultrafast pulsed lasers provided, in addition, enough optical power to study the interaction of light with matter beyond the linear regime. Non-linear optical phenomena are the base for the development of non-linear laser processing of transparent materials (dielectrics), a laser processing approach that has unique characteristics in terms of resolution, versatility and 3D-processing capabilities for the production of photonic devices. Fs-laser writing has been indeed successfully applied to the production of a large variety of high performance passive and active devices in 2D and 3D configuration. In spite of this success, sub-surface fs-laser writing has several limitations that hamper its widespread application for the production of photonics devices. The first one is the limited refractive index contrast (Δn) that can be achieved using conventional modification mechanisms (i.e. local glass matrix densification, or polarizability changes, generation of point defects or changes in the glass network configuration). With a few exceptions, the maximum index contrast achievable is normally below 10-2, which limits the performance of the produced devices. Also, the presence of optical nonlinearities is inherent to the propagation of fs-laser pulses inside dielectrics. When the material shows a high non-linear refractive index, as it happens in crystalline materials or glasses with a high linear refractive index, the distortion of the desired energy deposition profile severely affects the control over the morphology of the structure. Finally, fs-laser processing can be similarly used for micro-structuring applications at the surface of dielectrics in order to produce active and passive surface waveguides. However, scattering losses at the channel walls produced by fs-laser ablation usually lead to high losses that strongly limit the performance of fs-laser structured surface waveguide-based devices...

Resumen (otros idiomas)

La fotónica surge con la aparición de los láseres, fuentes de luz imprescindibles para el desarrollo de los dispositivos fotónicos activos y pasivos. Junto a ello, el desarrollo de los láseres de pulsos ultracortos ha posibilitado el estudio de la interacción luz-materia más allá del régimen lineal. Los fenómenos de interacción no-lineal son la base del procesado por láser de materiales dieléctricos. Esta técnica tiene numerosas ventajas (elevada resolución y versatilidad, capacidad de procesado tridimensional, reducción de productos contaminantes e instalaciones de elevado coste) para la producción de dispositivos fotónicos. El procesado por láser de pulsos ultracortos (PLPU) se ha aplicado en numerosas ocasiones para fabricar dispositivos fotónicos de altas prestaciones. Sin embargo, a pesar de sus numerosas ventajas, el procesado de materiales por láser no está exento de dificultades. Una es el limitado contraste de índice de refracción (Δn) que es posible generar usando los mecanismos de modificación convencionales (densificación, cambios de polarizabilidad o estructura, etc.), generalmente menor que 10-2. Ello limita las prestaciones de los dispositivos generados. Por otra parte, los fenómenos de propagación no lineal tienen un gran impacto en el perfil de depósito de energía (PDE) del haz bajo la superficie del material, distorsionándolo y dificultando enormemente encontrar las condiciones de procesado adecuadas en proceso bajo superficie. Por último, la elevada rugosidad producida en las estructuras generadas en superficie por irradiación con pulsos ultracortos genera niveles de pérdidas que merman sustancialmente la eficacia de los dispositivos producidos...

Item Type:Thesis
Additional Information:

Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Óptica, leída el 04/11/2016

Directors:
DirectorsDirector email
Solís Céspedes, Francisco Javier
Uncontrolled Keywords:Lasers
Palabras clave (otros idiomas):Láseres
Subjects:Sciences > Physics > Optics
ID Code:44174
Deposited On:01 Aug 2017 10:24
Last Modified:01 Aug 2017 10:24

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