Author: Yasser Ismael Fuentes Eduf
Thesis submitted in: September 2019
Under the supervision of: Prof. Javier Solís Céspedes & Dr. Jan Siegel
Universidad Autónoma de Madrid

Conformación de haces láser de pulsos ultracortos para la optimización de la escritura de guías de onda en dieléctricos

En este trabajo se aborda  la formación  controlada de estructuras periódicas superficiales inducidas por láser, LIPSS (Laser Induced Ferio­ die Surface Structures), producidas mediante pulsos láser de femtose­ gundos. Primero, se estudia la formación de micro y nanoestructuras amorfas en silicio cristalino. A continuación, se fabrican franjas amorfo­ cristalinas  auto-organizadas en superficie  (ac-LIPSS) desarrollando control sobre el periodo, el espesor y las dimensiones de dichas franjas. En especial, se descubre cómo seleccionar solo uno de los dos periodos de franjas que se forman al irradiar con ángulo barriendo el haz sobre la muestra en uno u otro sentido.

Se indaga  asimismo sobre la formación  de LIPSS ablativos en me­ tales. En concreto  en cobre. Se logra fabricar  un régimen  en el que se producen dos periodos distintos que coexisten separados espacial­ mente. Además, dado que el modelo plasmónico tiende a sobrestimar los periodos producidos en irradiaciones oblicuas, se introduce el parámetro de la rugosidad de superficie  dando forma a un modelo plasmónico y de rugosidad. Los resultados teóricos se ajustan mucho mejor a las franjas así obtenidas. Por otro lado, en lámina delgada de cobre, se verifica de forma experimental la importancia del número de barridos en la formación de LIPSS, además del fenómeno  de franjas viajeras: franjas que aparentemente se desplazan en la superficie de la muestra durante  la irradiación. Se discute su papel en la degradación de los LIPSS formados con un único barrido.

Se continúa  el trabajo  para  el entendimiento de la formación de LIPSS cambiando a acero. Se descubre  el efecto pluma, que permite seleccionar  de  forma  fina el periodo de  las franjas  invirtiendo el sentido del barrido  del haz. Adicionalmente, se adapta  el modelo de rugosidad-plasmónico a materiales absorbentes (como es el caso del acero), haciendo uso de una constante dieléctrica efectiva. Por último, se estudia  la dinámica  de reflectividad en acero mediante técnicas de microscopía  con resolución  de femtosegundos y de medidas de reflectividad en tiempo real.