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Jul 18, 2023

Caracterização óptica e estrutural de micro escrita a laser de femtossegundos

Relatórios Científicos volume 13, número do artigo: 11050 (2023) Citar este artigo 524 Detalhes de métricas de acesso Relatamos sobre escrita direta a laser de femtosegundo em vidros de gallo-germanato de bário e zinco. A

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11050 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Relatamos a escrita direta a laser de femtosegundo em vidros de gallo-germanato de zinco e bário. Uma combinação de técnicas espectroscópicas permite avançar na compreensão dos mecanismos que ocorrem em função da energia. No primeiro regime (tipo I, mudança de índice local isotrópico) até 0,5 µJ, a principal ocorrência é a geração de armadilhas de carga inspecionadas por luminescência, juntamente com a separação de cargas detectadas por medições de geração de segundo harmônico polarizado. Em energias de pulso mais altas, notadamente no limiar correspondente a 0,8 µJ ou no segundo regime (modificações do tipo II correspondentes ao domínio de energia de formação de nanogranadas), a principal ocorrência é uma alteração química e reorganização da rede evidenciada pelo aparecimento de O2 molecular visto nos espectros Raman. Além disso, a dependência da polarização da geração do segundo harmônico no tipo II indica que a organização das nanorredes pode ser perturbada pelo campo elétrico impresso a laser.

A escrita direta a laser de femtosegundo (FLDW) permite modificações altamente localizadas no índice de refração com danos mínimos por impacto lateral1,2,3,4. Até agora, nenhum outro processo de fabricação tem potencial para integrar componentes multifuncionais 3D em um único chip monolítico e em uma variedade de materiais transparentes. Vidros como SiO2 e GeO2 são dois bons sistemas de modelos de vidro que têm sido usados ​​para investigar alterações induzidas por laser fs. Bressel et al. relataram modificações estruturais no vidro GeO induzidas por feixe de laser de femtosegundo fortemente focado . Em vidros de silicato, uma mudança na distribuição de elementos, incluindo modificadores de rede, foi observada sob irradiação com laser de femtosegundo de alta taxa de repetição . Estes resultados indicam que uma força motriz eficiente é o acentuado gradiente de temperatura, que se origina do acúmulo térmico em torno do volume focal. Porém, em baixa taxa de repetição dependendo do regime do laser, ocorre ocorrência de nanorredes que consistem na automontagem de nanoestruturas na direção perpendicular à polarização da luz9. As nanogranadas possuem várias propriedades peculiares, como dispersão de luz anisotrópica, refletividade dependente do comprimento de onda e birrefringência, encontrando uso prático em canais microfluídicos, conversores de polarização de luz e armazenamento óptico 5D ultraestável.

Os vidros de silicato são um dos materiais vítreos mais onipresentes, conhecidos por suas plataformas versáteis FLDW13, devido à sua disponibilidade comercial, excelente transparência óptica e estabilidade físico-química. No entanto, no que diz respeito às aplicações fotônicas, o uso de vidros de silicato está limitado à região do infravermelho próximo (λ < 2 µm) e não atende à crescente demanda por aplicações Mid-IR (até 8 µm) que exigem a fabricação de laser 3D de componentes ópticos miniaturizados, de baixo peso e baixo custo. Por sua vez, isto conduzirá em breve à sua tão esperada comercialização para vários campos de aplicação, não só para fins civis (domótica, smartphones, automóveis), mas também para aplicações militares e de segurança, incluindo detecção de gases tóxicos, detecção de explosivos e identificação de contramedidas, bem como biofotônica (medicina), como mapeamento espectral de tecidos para diagnóstico médico14. Portanto, para acessar a faixa Mid-IR acima mencionada, devem ser utilizadas matrizes de vidro não silicatadas, como calcogenetos15, fluoretos16 ou óxidos de metais pesados ​​(HMO)17. Até o momento, a formação de nanogrades não foi demonstrada em vidros não óxidos. Assim, entre esses potenciais materiais ópticos, os vidros de óxido de metal pesado (HMO) e, mais especificamente, os vidros de gallo-germanato de bário (BGG) surgiram como potenciais candidatos, pois oferecem uma combinação de diferentes propriedades: alta solubilidade de íons de terras raras, química estabilidade, resistência mecânica superior, ampla transparência óptica que se estende até ~ 6 µm no Mid-IR, bem como capacidade de modelagem de fibra.