Ultrafast laser inscription of volume diffraction gratings in glass

Resumen

En esta tesis se presentan nuevos avances en escritura láser con pulsos ultracortos y en la fabricación de redes de difracción. Cuando se focalizan pulsos de femtosegundos dentro de un dieléctrico, se alcanzan regímenes únicos de interacción láser-materia que pueden dan lugar a microestructuras con diferente índice de refracción o a nanoestructuras periódicas por un proceso de autoorganización. Dichos fenómenos son explotados en esta tesis para la modificación del índice de refracción y la inducción de birrefringencia. De esta manera, se ha conseguido la fabricación de redes volumétricas de fase y de polarización dentro de vidrio borosilicato y sílice fundida, respectivamente. En este trabajo, se presenta un estudio detallado de la morfología de las modificaciones producidas en cada vidrio en función de los parámetros de escritura láser (condiciones de irradiación). El trabajo continúa con la fabricación de redes de difracción y un estudio sobre cómo los parámetros de escritura afectan a su comportamiento. Además, este estudio comprende el análisis del cambio de índice de refracción y la birrefringencia inducida en el material mediante el análisis de los patrones de difracción de las redes cuando son iluminadas con una fuente láser visible. De esta manera, se ha podido demostrar la generación de autoimágenes de alto contraste por redes volumétricas inscritas en vidrio y cómo su contraste varía en función del cambio de índice de refracción, la birrefringencia o la polarización de la iluminación. Por último, con la intención de validar la aplicación de las redes volumétricas en metrología óptica, se presentan los resultados sobre la fabricación de dos redes de difracción de 3x6 mm2 (una en vidrio borosilicato y la otra en sílice fundida) y su implementación en un codificador óptico lineal basado en autoimagen generalizada. Así, se descubre que las señales eléctricas proporcionadas por el codificador óptico son muy similares cuando se substituyen las redes originales del dispositivo (redes de amplitud fabricadas mediante fotolitografía) por las fabricadas en vidrio con pulsos de femtosegundos. Bajo determinadas condiciones de iluminación se consiguen señales que son incluso de mayor amplitud. Por lo tanto, los resultados aquí presentados demuestran que las redes tienen un gran potencial en metrología óptica. En resumen, se ha desarrollado la técnica necesaria para la fabricación de redes volumétricas de fase y polarización dentro de vidrio, así como las herramientas necesarias para su caracterización. Por lo que se espera que, en un futuro cercano, tanto la técnica de escritura como los dispositivos inscritos en vidrio sean empleados en la fabricación de sensores. ix