Noticias

Jul 18, 2023

Caracterización óptica y estructural de micro escritos con láser de femtosegundo.

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 11050 (2023) Citar este artículo 524 Accesos Detalles de métricas Informamos sobre la escritura directa con láser de femtosegundo en vidrios de gallogermanado de bario y zinc. A

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 11050 (2023) Citar este artículo

524 Accesos

Detalles de métricas

Informamos sobre la escritura directa con láser de femtosegundo en vasos de galogermanado de bario y zinc. Una combinación de técnicas espectroscópicas permite avanzar en la comprensión de los mecanismos que tienen lugar en función de la energía. En el primer régimen (tipo I, cambio de índice local isotrópico) hasta 0,5 µJ, lo principal es la generación de trampas de carga inspeccionadas por luminiscencia, junto con la separación de cargas detectada por mediciones de generación de segundos armónicos polarizados. En energías de pulso más altas, especialmente en el umbral correspondiente a 0,8 µJ o en el segundo régimen (modificaciones de tipo II correspondientes al dominio de energía de formación de nanorejillas), lo principal es un cambio químico y una reorganización de la red evidenciada por la aparición de O2 molecular. visto en los espectros Raman. Además, la dependencia de la polarización de la segunda generación armónica en el tipo II indica que la organización de las nanorejillas puede verse perturbada por el campo eléctrico impreso con láser.

La escritura directa con láser de femtosegundo (FLDW) permite modificaciones del índice de refracción altamente localizadas con daños mínimos por impacto lateral1,2,3,4. Hasta el momento, ningún otro proceso de fabricación tiene el potencial de integrar componentes multifuncionales 3D en un único chip monolítico y dentro de una variedad de materiales transparentes. Vidrios como SiO2 y GeO2 son dos buenos sistemas de modelos de vidrio que se han utilizado para investigar los cambios inducidos por el láser fs. Bressel et al. informaron sobre modificaciones estructurales en vidrio GeO2 inducidas por un rayo láser de femtosegundo estrechamente enfocado5,6,7. En vidrios de silicato, se ha observado un cambio en la distribución de elementos, incluidos modificadores de red, bajo irradiación con láser de femtosegundos de alta tasa de repetición8. Estos resultados indican que una fuerza impulsora eficiente es el fuerte gradiente de temperatura, que se origina a partir de la acumulación térmica alrededor del volumen focal. Sin embargo, a una tasa de repetición baja, dependiendo del régimen del láser, se producen nanorejillas que consisten en el autoensamblaje de nanoestructuras en la dirección perpendicular a la polarización de la luz9. Las nanorrejillas poseen varias propiedades peculiares, como la dispersión de la luz por anisotropía, la reflectividad dependiente de la longitud de onda y la birrefringencia, que encuentran un uso práctico en canales de microfluidos10, convertidores de polarización de la luz11 y almacenamiento de datos ópticos 5D ultraestable12.

Los vidrios de silicato son uno de los materiales vítreos más omnipresentes, conocidos por sus plataformas particularmente versátiles FLDW13, debido a su disponibilidad comercial, excelente transparencia óptica y estabilidad físico-química. Sin embargo, en cuanto a las aplicaciones fotónicas, el uso de vidrios de silicato se limita a la región del infrarrojo cercano (λ < 2 µm) y no cumple con la creciente demanda de aplicaciones de IR medio (hasta 8 µm) que requieren la fabricación con láser 3D de Componentes ópticos miniaturizados, de bajo peso y de bajo coste. A su vez, esto conducirá pronto a su tan esperada comercialización para diversos campos de aplicación no sólo para civiles (domótica, teléfonos inteligentes, automóviles) sino también para aplicaciones militares y de seguridad, incluida la detección de gases tóxicos, la detección de explosivos y la identificación de contramedidas, así como biofotónica (medicina), como el mapeo espectral de tejidos para el diagnóstico médico14. Por tanto, para acceder al rango Mid-IR mencionado anteriormente se deben utilizar matrices de vidrio no silicatadas, como calcogenuros15, fluoruros16 u óxidos de metales pesados ​​(HMO)17. Hasta la fecha, no se ha demostrado la formación de nanorejillas en vidrios sin óxido. Así, entre estos materiales ópticos potenciales, los vidrios de óxido de metales pesados ​​(HMO), y más específicamente los vidrios de galogermanato de bario (BGG), han surgido como candidatos potenciales, ya que ofrecen una combinación de diferentes propiedades18: alta solubilidad de iones de tierras raras, estabilidad, resistencia mecánica superior, una amplia transparencia óptica que se extiende hasta ~ 6 µm en el IR medio, así como capacidad de conformación de fibras.

Recientemente, como se observa clásicamente en vidrios de silicato irradiados, se han reproducido con éxito diferentes regímenes de modificación en gallogermanatos de bario derivados dependiendo de la energía del pulso del láser: Tipo I (índice de refracción isotrópico permanente), Tipo II (birrefringencia atribuida a nanorejillas autoensambladas) y régimen de ampliación espacial (las pistas láser se vuelven mucho más grandes que el tamaño del haz)19. Entre los diferentes BGG derivados estudiados, el vidrio gallogermanado de bario y zinc (8% ZnO-BGG) presentó la birrefringencia más alta, lo que indica su alto potencial para ser utilizado en aplicaciones ópticas integradas con birrefringencia19. Sobre esta base, los autores quieren ir más allá y comprender mejor los diferentes mecanismos que ocurren durante la irradiación láser en este vidrio. Por este motivo, se emplearon diferentes técnicas, como la espectroscopia Raman, la microluminiscencia y la generación de microsegundos armónicos (SHG). Se sabe que estas técnicas son pertinentes para nuestro propósito, ya que el análisis estructural, SHG y la luminiscencia en materiales estructurados con láser de femtosegundo pueden proporcionar información para la mejor formulación composicional del vidrio y las mejores condiciones de exposición para la formación de nanorejillas. La luminiscencia inducida por la irradiación con láser de femtosegundo ya se ha informado ampliamente20,21, donde se producen centros de defectos y se ha afirmado que son responsables de cambios en las propiedades macroscópicas del vidrio, como la densidad y el índice de refracción. Las simulaciones numéricas muestran que desempeñan un papel importante en el impulso de la autoorganización de la estructura de la nanorejilla, pero hasta ahora el mecanismo aún está bajo debate22. Las modificaciones del vidrio son el resultado de la relajación de los electrones fotoinducidos. Primero, los electrones se relajan en excitones autoatrapados mediante el acoplamiento electrón-fonón, luego se eliminan radiativamente o no, o se transforman en defectos puntuales como SiE' y centro de orificios de oxígeno sin puente (NBOHC) en el caso del vidrio de sílice y luego en oxígeno. centros deficientes SiODC(II)20. En el caso del vidrio germanato, los picos de absorción fotoinducida de los centros de defecto GeE'23 y NBOHC24 aparecen respectivamente a 400 y 650 nm.

Si et al. han informado que existe una correlación entre el SHG fotoinducido y la creación de un centro de electrones Ge en vidrio de germanosilicato25. Utilizando espectrometría de resonancia de espín electrónico, Tsai et al. han demostrado que los SHG están relacionados con la formación del centro GeE'26. En otras palabras, la estabilidad de la señal de SHG depende del tipo de especie de defectos fotoinducidos, mientras que la magnitud de SHG está vinculada a su concentración y distribución. Además, Papon et al. han informado sobre un estudio correlativo tanto para la fluorescencia de grupos de plata como para la generación de segundos armónicos inducida por campos eléctricos resultantes de fs DLW en vidrios de fosfato que contienen plata, donde se demostró que el campo eléctrico asociado es un parámetro clave para los grupos de plata27.

Para obtener una comprensión más profunda de la física subyacente y los cambios químicos asociados, hemos analizado las pistas del láser como un intento de explicar el origen de la alta birrefringencia obtenida. En este artículo, informamos sobre los estudios de microscopía correlativos de Raman, luminiscencia y respuestas de generación de segundo armónico polarizado que resultaron de la irradiación con láser de femtosegundo en nuestro vidrio de galo-germanado de zinc. Utilizando micro-Raman y microluminiscencia, mostramos respectivamente la interrupción de la red y la generación de defectos. Luego, representamos distribuciones espaciales orientadas de SHG con energía de pulso láser creciente. Este trabajo proporciona una nueva interpretación de los mecanismos que intervienen después de la escritura láser directa en gafas BGG.

Los vasos se prepararon mediante la técnica tradicional de enfriamiento por fusión. Se pesaron las siguientes materias primas: carbonato de bario BaCO3 (Fox Chemicals, 99,99%), óxido de galio Ga2O3 (Fox Chemicals, 99,999%), óxido de germanio GeO2 (Fox Chemicals, 99,999%) y óxido de zinc ZnO (Alfa Aesar, 99,999%). en las proporciones requeridas para preparar una tanda de 7 g. Luego los polvos se mezclaron en un crisol de platino y se calentaron hasta 1550 °C durante 1 h. El vidrio fundido se formó enfriándolo en aire ambiente. Luego se recoció el vidrio a Tg − 40 °C durante 4 h y se enfrió lentamente hasta temperatura ambiente para reducir la tensión mecánica residual. Finalmente, se cortó y pulió en ambas caras paralelas para irradiación con láser fs.

Un láser fs amplificador de fibra dopado con Yb comercial (Satsuma, Amplitude Systèmes Ltd. Pessac, Francia) emite pulsos de 1030 nm con una duración de pulso de 250 fs con una potencia promedio típica de hasta 10 W. El haz se enfocó a 500 μm profundidad debajo de la superficie de cada muestra utilizando una lente asférica de apertura numérica (NA) de 0,6 (cintura de haz estimada ω ~ 1,5 μm) y una frecuencia de repetición de pulso de 100 kHz. Además, se inscribieron una serie de líneas de 2,5 mm de longitud con una velocidad de escaneo láser de 10 μm/s (lo que significaba 10.000 pulsos/μm a 100 kHz) para evitar cualquier efecto de difracción. Además, la energía del pulso varió de 0,3 a 1,6 μJ y las polarizaciones del láser estaban en configuraciones Xx y Xy (X, orientación de escritura del láser y x, y la denominada dirección de polarización del láser 0 ° y 90 °, respectivamente). La birrefringencia dependiente de la polarización, característica de la presencia de nanorejillas, se confirmó mediante un microscopio electrónico de barrido con cañón de emisión de campo (FEG-SEM) y los resultados se publicaron en otro lugar19. Las energías de pulso 0,3 y 0,5 µJ corresponden al régimen tipo I, mientras que 0,8, 1,2 y 1,6 corresponden al régimen tipo II19.

Para estudiar más a fondo el impacto de la irradiación láser en la muestra, es útil dar una idea sobre la preparación de la muestra antes de la caracterización, como se puede ilustrar en la Fig. 1. Después de FLDW en el vidrio, se llevaron a cabo mediciones de SHG en la superficie de las pistas láser. Sin embargo, para caracterizarlos mediante Raman y luminiscencia, la muestra se cortó para acceder a la sección transversal de las pistas láser.

(1) Bosquejo de la escritura con láser de femtosegundo en vidrio a granel con 8% ZnO-BGG donde la dirección de propagación del láser es Z y la dirección de escaneo del láser es X. (2) Trazas de láser escritas mediante pulsos de láser de femtosegundo con energías de pulso de 0,3, 0,5 µJ correspondientes a Tipo i; y 0,8, 1,2, 1,6 µJ correspondientes al tipo II para ambas polarizaciones de escritura x (representada por una línea de color oscuro) e y (representada por una línea de color claro). La dirección de exploración del láser X corresponde a una dirección perpendicular al eje de propagación del haz. Luego, se realiza la escisión de la muestra para observar la sección transversal de las pistas del láser que aparecen en forma de estructura en forma de lágrima. (3) Técnicas de caracterización: las mediciones de SHG se realizaron en la parte superior de las pistas láser, mientras que las mediciones Raman y de luminiscencia se realizaron en la parte escindida.

Los espectros Micro-Raman se registraron con un espectrómetro micro-Raman confocal LabRAM HR Evolution (Horiba Jobin Yvon) equipado con un detector CCD Synapse utilizando una radiación de 532 nm de un láser de estado sólido bombeado por diodos (potencia de salida = 20 mW). El rayo láser incidente se enfocó en la muestra a través de un microscopio con un objetivo de 100 × (NA = 0,9, Olympus) y los datos de adquisición se registraron entre 200 y 2000 cm-1. La luz dispersada se dispersó mediante un sistema de rejilla holográfica de 1200 ranuras/mm. Los espectros Raman se han corregido mediante el factor de Bose-Einstein. Toda la normalización se ha realizado en el área integrada de la respuesta Raman completa.

La microluminiscencia se realizó con un espectrofotómetro LABRAM 800-HR (Horiba Jobin-Yvon) y un objetivo de microscopio de 50 × (NA 0,75) utilizando una longitud de onda de excitación de 405 nm. Los espectros de microluminiscencia se registraron gracias a una cámara CCD refrigerada termoeléctrica (Synapse Modelo 354308). Realizamos las mediciones dos veces, la primera usando la rejilla de 150 ranuras/mm que se quema a 500 nm y la segunda vez usando la rejilla de 300 ranuras/mm que se quema a 1000 nm. Los espectros experimentales se corrigieron utilizando una función de corrección creada a partir de mediciones de luminiscencia de una lámpara calibrada.

Las imágenes polarizadas de SHG se registraron a temperatura ambiente en un microscopio de barrido SHG personalizado desarrollado en el laboratorio ISM28,29. La fuente de excitación utilizada fue un láser de picosegundos de 1064 nm (Leukos Opera), que emite pulsos de 50 ps a una velocidad de repetición de 1 MHz. La luz incidente del láser se configuró a una potencia promedio de 450 mW y se enfocó en las estructuras sondadas inscritas a ~ 300 µm debajo de la superficie con un objetivo de infrarrojo cercano de 20 × (Mitutoyo M-PLAN APO, NA 0.4). La señal SHG resultante a 532 nm se recogió en dirección hacia atrás (modo epifluorescencia) utilizando un tubo fotomultiplicador. Se registraron imágenes SHG polarizadas de 20 × 20 μm2 con una resolución espacial de 0,25 μm a lo largo de las direcciones xey. Se estimó que la resolución longitudinal era de aproximadamente 5 a 10 µm, ya que la configuración no es confocal por construcción.

Para investigar los cambios estructurales que se producen en las zonas modificadas, se realizaron mediciones micro-Raman en la sección transversal de las pistas láser, es decir, en la estructura en forma de lágrima. Para empezar, mostramos en la Fig. 2a la sección transversal de la pista láser correspondiente a una energía de pulso de 0,8 µJ en la configuración Xx.

(a) Imagen de microscopía óptica de la sección transversal de la pista láser con una energía de pulso de 0,8 µJ en configuración Xx. (b) Espectros Raman normalizados al área para tres casos diferentes: vidrio prístino, cabeza y parte inferior de la estructura en forma de lágrima. (c) Mapeo de la intensidad Raman recuperada integrando la intensidad Raman completa de 177 a 1580 cm-1 sin normalización. (d) Mapeo de la relación Banda1/Banda2 recuperada integrando la región espectral normalizada de 380 a 670 cm-1 (Banda1) y de 670 a 1000 cm-1 (Banda2). (e) Distribución de oxígeno molecular (pico a 1555 cm-1). Los parámetros de escritura del láser fueron 1030 nm, 10 µm/s, 100 kHz, 0,6 NA, 500 µm de profundidad.

La Figura 2b muestra espectros Raman normalizados de tres regiones diferentes para la configuración de escritura Xx con una energía de pulso de 0,8 µJ: el vidrio prístino, las partes de la cabeza y la cola de la estructura en forma de lágrima, como se muestra en la imagen de microscopía óptica presentada en la Fig. 2a.

Primero, nos centramos en los espectros vibratorios del vidrio prístino o no modificado que se puede descomponer en regiones de baja (200–400 cm-1), intermedia (400-600 cm-1) y alta (600-1000 cm-1). . Las envolventes de frecuencia baja e intermedia se pueden atribuir a modos de flexión que involucran principalmente puentes T4 – O – T4, siendo T galio o germanio; los paréntesis se refieren al número de coordinación de los átomos30,31,32. Estos movimientos de flexión centrados en 515 y 300 cm −1 se pueden atribuir a movimientos de oxígeno, respectivamente, en el plano y fuera del plano formado por puentes T – O – T doblados. Estos modos se deben a la red 3D y están acoplados al estiramiento30. Si bien el componente de alta frecuencia se puede asignar a características de estiramiento simétricas y antisimétricas de los puentes Ga-O-Ge30, así como a modos de estiramiento localizados de enlaces Ge-O que involucran oxígenos no puenteantes (NBO), principalmente unidades de germanato Q2 y Q333, 34 donde Q representa unidades estructurales (aquí tetraédricas) y los exponentes corresponden al número de oxígenos puente entre dos cationes formadores de vidrio (Ge o Ga).

Respecto a las partes de la cabeza y la cola que constituyen la región modificada, se puede notar una disminución de Band1 para ambas y un aumento de Band2 solo para la parte de la cola. La tercera característica destacada es la línea espectral centrada en 1555 cm-1 correspondiente al estiramiento simétrico del oxígeno molecular.

En la Fig. 2c, d, e se muestra un ejemplo de tres imágenes Raman de una estructura en forma de lágrima. En la Fig. 2c, el primer mapa representa la integración de la región espectral de 177 a 1580 cm-1 sin normalización correspondiente a variaciones de la respuesta Raman del vidrio tras la irradiación. Se puede ver que la intensidad Raman es menor en la región modificada en comparación con la no modificada por una diferencia de un orden de magnitud. Esto indica que la densidad del material ha disminuido en la estructura en forma de lágrima, donde se puede sospechar una expansión del vidrio (una deformación positiva permanente), que puede resultar a su vez en una deformación elástica negativa dentro y alrededor del área irradiada confirmada por observaciones de microscopía polarizada ( datos que no se muestran aquí). En la Fig. 2d, el segundo mapa muestra el mapeo de la relación Banda1/Banda2 integrando la región espectral normalizada de 380 a 670 cm-1 (Banda1) y de 670 a 1000 cm-1 (Banda2). Se puede notar una disminución en la intensidad Raman relativa en la estructura en forma de lágrima, lo que denota la ruptura de la red de vidrio 3D. Ambos cambios mencionados anteriormente se producen dentro de toda la estructura en forma de lágrima. La última imagen (Fig. 2e) presenta la distribución molecular de O2. Vemos claramente que el oxígeno se encuentra sólo en la cabeza donde se forman las nanorejillas19.

A continuación, nos concentramos en la descripción de las modificaciones estructurales inducidas en la parte de la cabeza en función de la energía del pulso láser. Los espectros Raman de todas las energías del pulso se han normalizado al área y los resultados se presentan en la Fig. 3. Al aumentar la energía del pulso láser, se podría detectar la evolución en la intensidad relativa de los modos Raman mencionados anteriormente centrados en 300 cm-1. 515 cm-1 y 830 cm-1 entre las regiones modificadas y el vidrio antes de la irradiación. Los cambios, que son los mismos que se describen en la Fig. 2, podrían verse mejor en los espectros de diferencia de intensidad Raman presentados en la Fig. 3b. Se puede notar (1) un aumento relativo en la intensidad de la banda a 300 cm-1, (2) una disminución relativa en la Banda 1 a 515 cm-1, (3) un aumento relativo en la intensidad junto con un desplazamiento hacia el rojo de ~ 9 cm-1 de la banda a 830 cm-1 para la energía de pulso máxima antes de la irradiación y (4) se observó un pico de número de onda alto en 1555 cm-1, atribuido al O25 molecular atrapado, para energías de pulso por encima 0,5 µJ. Esto significa que las moléculas de O2 se generaron localmente, lo que es coherente con las observaciones de nanoporosidad reveladas por SEM en la Ref.19. Teniendo en cuenta este hecho, los huecos pueden producirse como resultado de la descomposición de la red de vidrio como en el caso de GeO235 o SiO29. El grado del cambio estructural que depende de la energía del pulso se puede dilucidar mejor trazando la diferencia de intensidad Raman de Band1 en 511 cm−1 (ΔIBand1) en valores absolutos y la banda de 1555 cm−1 (\(\Delta {\text{ I}}_{1555\text{cm}^{ - 1}}\)) en función de la energía del pulso láser como se muestra en la Fig. 3c. Cuando la energía del pulso es menor o igual a 0,5 µJ, es decir mientras estemos en régimen tipo I, ΔIBand1 disminuye ligeramente con el aumento de la energía del pulso. ΔIBand1 continúa disminuyendo pero de manera más pronunciada que antes, una vez que estamos en el régimen de tipo II, hasta 0,8 µJ permanecen constantes a energías más altas. Por otro lado, el pico de 1555 cm-1, que es nulo en el tipo I, aumenta rápidamente después de 0,5 µJ y se estabiliza con energías de pulso láser superiores a 0,8 µJ. La disminución de la intensidad máxima de O2 para la energía del pulso de 1,6 µJ en la configuración Xx en la Fig. 3c no significa que se genere en baja cantidad debido al hecho de que se investigan los eventos post-mortem, donde las moléculas de O2 podrían haber escapado o regresado. -repartido. En general, la disminución de la banda de 515 cm-1 y el posterior aumento del pico de 1555 cm-1 indican la rotura de los puentes T-O-T. Estas observaciones de los cambios estructurales parecen ser las mismas en las configuraciones Xx y Xy, como se presenta en la Fig. 3c. Estos cambios indican la rigidez de la red de vidrio hacia la escritura con láser de femtosegundos en la que la limitación de la movilidad catiónica es el factor primordial.

(a) Espectros Raman normalizados de los cambios estructurales en la cabeza de la estructura en forma de lágrima a diferentes energías de pulso láser en configuraciones Xx. También se muestra el espectro Raman del vidrio inicial (antes). (b) Espectros de diferencia de intensidad Raman antes y después de la irradiación con láser a diferentes energías de pulso en la configuración Xx. (c) Gráfica de la diferencia de intensidad Raman de Band1 a 511 cm−1 (ΔIBand1, en valores absolutos) y la banda de 1555 cm−1 (\(\Delta {\text{I}}_{1555\text{cm} ^{ - 1}}\)) se muestra en la Fig. 3b con un error de ±5% en función de la energía del pulso en las configuraciones Xx y Xy. Los parámetros de escritura del láser fueron 1030 nm, 10 µm/s, 100 kHz, 0,6 NA, 500 µm de profundidad.

La espectroscopía de microluminiscencia, utilizando un microscopio confocal, se ha realizado en las regiones modificadas y no modificadas para una excitación a 405 nm. Hicimos un mapeo de la luminiscencia a lo largo de la estructura en forma de lágrima y descubrimos que la intensidad de la luminiscencia es máxima en la parte superior de la estructura en forma de lágrima. En la Fig. 4 se representan las características espectrales recogidas en la sección transversal de las pistas. Tuvimos mucho cuidado al aplicar el archivo de corrección a los espectros. Por ese motivo, hicimos las mediciones dos veces utilizando dos rejillas, la de 300 ranuras/mm y la de 150 ranuras/mm. Se observa una amplia banda de emisión entre ~ 450 y ~ 900 nm tanto para el vidrio prístino como para el irradiado. Sin embargo, dependiendo de la energía del pulso, las longitudes de onda máximas de emisión y la intensidad varían. En la región no modificada, la longitud de onda de emisión máxima se sitúa en torno a los 660 nm con un hombro en torno a los 800 nm, mientras que en las regiones modificadas la emisión máxima se sitúa en torno a los 800 nm con un hombro izquierdo en torno a los 660 nm. Al aumentar la energía del pulso, la banda infrarroja se vuelve más importante. Pasando de las modificaciones de tipo I a las de tipo II, la longitud de onda máxima de emisión cambia de ~ 818 nm para una energía de pulso de 0,8 µJ a una longitud de onda más alta de ~ 830 nm para 1,6 µJ. En cuanto a la intensidad, hay un claro aumento en el régimen tipo I, luego disminuye sustancialmente en las modificaciones tipo II. Esta disminución podría deberse a la presencia de menos centros de defectos o a la aparición de porosidad en régimen tipo II que podría recocer las trampas de electrones y huecos y así afectar la fotoluminiscencia. Además, debemos tener en cuenta el volumen de la zona sondeada. En resumen, hay cambios espectrales en cuanto a la intensidad global pero es difícil sacar de ello conclusiones definitivas.

Espectroscopía de microluminiscencia con excitación a 405 nm de las regiones modificadas y no modificadas a diferentes energías de pulso en la configuración Xx. Los parámetros de escritura del láser fueron 1030 nm, 10 µm/s, 100 kHz, 0,6 NA, 500 µm de profundidad.

En cuanto a las asignaciones espectrales, la débil banda ancha observada para el vidrio no modificado es similar a las bandas generalmente características de defectos en los óxidos, como defectos relacionados con la deficiencia de oxígeno o enlaces colgantes de oxígeno. Aquí, la banda alrededor de 660 nm que se vuelve importante en las regiones modificadas se atribuye a la fotoluminiscencia NBOHC. Su estructura está constituida por un enlace colgante de un oxígeno unido a un átomo de germanio mediante un enlace simple23,24. Tras la irradiación, la imagen más ampliamente aceptada de la generación de NBOHC está relacionada con la captura del portador libre, después de la generación del plasma, como excitones autoatrapados, lo que provoca estrés y, en consecuencia, rotura de los enlaces Ge-O. Los enlaces rotos dan como resultado la formación de GeE' (un defecto central de color neutro donde un Ge está unido a tres oxígenos y el cuarto enlace es reemplazado por un par de electrones solitarios) y Ge-NBOHC, y podría resultar en la liberación de oxígeno. (en el origen del O2 molecular atrapado) que conduce a un centro ODC(II) deficiente en oxígeno y germanio, como es el caso del SiO221. Es importante mencionar que no hemos observado Ge-ODC(II) o Centro de pares solitarios de germanio (GPLC) a ~400 nm incluso cambiando la longitud de onda de excitación a 325 nm, debido a que nuestra matriz de vidrio tiene una absorción máxima. en esta longitud de onda23. Con respecto a la banda ancha e intensa a ~ 800 nm, no hay una asignación clara para ella en la literatura, sin embargo, podría estar relacionada con especies reducidas de germanio que han sido atribuidas por la Ref.36.

Hemos llevado a cabo mediciones de mapeo polarizadas de micro-Segunda Generación Armónica (micro-SHG) en la parte superior de las pistas láser como se muestra en la Fig. 1. La Figura 5 muestra el cambio espacial y de intensidad de la señal SHG en función del láser de escritura. Energía de pulso y polarización. Las imágenes SHG se lograron con dos configuraciones de estado lineal de polarización de luz. Se analiza una polarización incidente lineal orientada a lo largo del eje X o Y y de manera similar, la polarización lineal X o Y de las señales SHG de retorno. Forma una combinación de imágenes de intensidad de SHG (IXX, IYY, IXY e IYX; la primera y segunda letras indexadas corresponden respectivamente a la polarización de la luz incidente y la polarización de SHG analizada).

Imágenes de microscopía óptica de pistas láser mediante pulsos de láser de femtosegundo con energías de pulso de 0,3 µJ (a, a') o 0,5 µJ (b, b') o 0,8 µJ (c, c') o 1,2 µJ (d, d') para cada escritura polarización láser; (a, b, c, d) corresponden a la configuración Xx y (a', b', c', d') a la configuración Xy en la muestra 8%ZnO-BGG. (e, f, g, h) representa el mapeo micro-SHG IXX de pistas láser (a, b, c, d). (i, j, k, l) representa el mapeo micro-SHG IYY de las pistas láser (a, b, c, d). (e', f', g', h') representa el mapeo micro-SHG IXX de pistas láser (a', b', c', d'). (i', j', k', l') representa el mapeo micro-SHG IYY de las pistas láser (a', b', c', d'). El símbolo kw indica la dirección de propagación del láser y S la dirección de escritura. Las barras de escala en color blanco son de 5 µm. El código de colores está optimizado para la amplitud de la señal para una mejor observación. La intensidad real se proporciona más adelante en la Fig. 6.

Dependiendo de la polarización del rayo láser y del análisis de polarización, se puede ver que la ubicación de la señal SHG a través de las líneas inscritas es diferente. Para líneas inscritas con una energía de pulso de 0,3 µJ (tipo I) en configuraciones Xx y Xy, se puede ver una señal en el medio de la pista láser para el SHG IXX medido (Fig. 5e,e'). Sin embargo, para el SHG IYY medido, se pueden observar, sin certeza, 2 o 3 líneas de señal alineadas en el medio de la pista láser (Fig. 5i,i'). Para una energía de pulso más alta de 0,5 µJ pero aún en el régimen tipo I, la señal para la polarización XX medida todavía existe en el medio pero es más ancha (Fig. 5f,f'), mientras que los 2 bordes ahora están bien separados para SHG en polarización IYY (Fig. 5j, j ') para configuraciones Xx y Xy. A energías más altas, es decir, a 0,8 µJ, donde empezamos a tener estructuras de tipo II, el material comienza a perturbarse como se muestra en la Fig. 5k,k' y 2 líneas de señal en los bordes de la pista láser aún son persistentes, sin embargo, son espacialmente ligeramente intermitente para el GAA medido IAA. Asimismo, para el SHG IXX medido (Fig. 5g, g'), la señal persiste en el medio pero también de manera esporádica. Las estructuras SHG comienzan a distribuirse aleatoriamente a energías de pulso más altas de 1,2 µJ debido a la presencia de vacíos para las polarizaciones IXX (Fig. 5h, h') e IYY (Fig. 5l, l'). Este comportamiento es el mismo en las polarizaciones de escritura láser Xx y Xy. Vale la pena señalar que en nuestras mediciones no podemos lograr una resolución comparable al período de nanorejilla (~ 200 nm), que sólo puede dar acceso al resultado desde un campo lejano. En el caso de energías de pulso muy altas de 1,6 µJ, la señal SHG se destruye debido a la formación de estructuras huecas con huecos más grandes.

Ahora, como un intento de descubrir el origen de la señal SHG, hemos comparado las intensidades de SHG medidas en la configuración de polarización paralela IXX e IYY con las de polarización cruzada IYX e IXY respectivamente (Fig. S1) para una energía de pulso. La Figura S1 muestra cuatro imágenes SHG polarizadas de una zona de 20 × 20 µm2 de ancho para el pulso de energía de 0,8 µJ en configuración Xx. Las señales SHG están ubicadas en el centro o en los bordes de las pistas y dependen en gran medida tanto de la luz incidente como de los estados de polarización SHG. Para un campo inducido a lo largo del eje x, el tensor χ(2) comprende solo 2 términos no nulos χ(2)XXX y χ(2)XYY. Por otro lado, para un campo inducido a lo largo del eje y, el tensor χ(2) comprende sólo 2 términos no nulos χ(2)YYY y χ(2)YXX. Al comparar las intensidades de SHG en configuraciones de polarización de luz paralela y cruzada, observamos que los términos χ (2) XXX y χ (2) XYY son máximos en el centro y nulos en los bordes a lo largo del eje x de la pista láser. De manera similar, χ(2)YYY y χ(2)YXX son máximos en los bordes y nulos en el centro de la pista láser. Además, las imágenes de SHG sondadas con el mismo estado de polarización de SHG muestran una alta similitud espacial. Por lo tanto, dicha correspondencia espacial permite evaluar las relaciones de polarización (es decir, IXX/IYX e IYY/IXY), que resultan ser ~ 9 para todas las regiones activas de SHG. Hay que tener en cuenta que estos ratios se han calculado utilizando un método de media. Estas observaciones sugieren las siguientes relaciones entre los componentes grabados de χ(2): χ(2)XXX = 3. χ(2) XYY en el centro y χ(2)YYY = 3. χ(2)YXX en los bordes de la pista láser. Por lo tanto, el SHG resultante se atribuye a la separación de carga durante la irradiación láser y a la formación de trampas que conducen a un efecto eléctrico incrustado y a un efecto de segunda generación armónica inducida por campo eléctrico (EFISH) con χ(2) = χ(3). Estat, siendo Estat el campo eléctrico estático y que tiene dos componentes a lo largo de x e y37. Además, para todas las energías de pulso analizadas de 0,3 a 1,6 µJ en las configuraciones Xx y Xy, se observa la relación de polarización IYY/IXY ≈ 9. Sin embargo, para la relación de polarización IXX/IYX, es difícil estimarla porque las intensidades de los estados de polarización IXX e IYX son demasiado débiles. Por lo tanto, en este caso, es difícil decir si la señal SHG es de origen electroóptico o no.

Ahora, para estudiar cuantitativamente la señal SHG, trazamos en la Fig. 6 la intensidad de los resultados de micro-SHG para el segundo armónico recopilado IXX e IYY versus la energía del pulso láser en las configuraciones Xx y Xy. Debemos tener en cuenta que los valores de intensidad de los SHG se han calculado utilizando un método promedio. Primero, observamos que la orientación del campo eléctrico, al menos se puede decir para la energía del pulso de 0,8 µJ, es mayormente perpendicular a las líneas inscritas porque el segundo armónico IYY recogido es siempre más fuerte que IXX. Como segunda observación, ambos gráficos muestran la misma tendencia. La intensidad de SHG permanece bastante baja dentro del régimen de tipo I, mientras que aumenta dentro del dominio de tipo II para alcanzar un máximo de 0,8 µJ. Luego disminuye con un mayor aumento de energía, probablemente debido a nanorejillas más desordenadas, así como a daños y pérdidas de cargas. Además, si calculamos el factor de anisotropía SHG Δ, es decir, Δ = (IYY—IXX) / (IYY + IXX)), se puede ver un factor 2 al comparar las dos configuraciones de escritura, a saber, Xx y Xy dentro del régimen de tipo II. De hecho, cuando la polarización de escritura es a lo largo de X, Δ = 0,19 mientras que Δ = 0,38 para la polarización de escritura Y para una energía de pulso de 0,8 µJ. Por el contrario, dentro del régimen tipo I (típico 0,3 µJ), el factor de anisotropía SHG sigue siendo el mismo cualquiera que sea la polarización de escritura Δ = 0,71 + /− 0,02. Por lo tanto, esta diferencia probablemente sugiere que la configuración de escritura juega un papel en la intensidad relativa del campo SHG a lo largo de los ejes X e Y en el régimen de tipo II.

Intensidad SHG de las pistas del láser en la configuración (a) Xx y (b) Xy en función de la energía del pulso del láser en la muestra de 8% ZnO-BGG. Los trazos rojos representan el segundo armónico IXX recopilado, los trazos azules representan el armónico IYY recopilado. Las zonas sombreadas en rojo pálido corresponden al régimen tipo I y las sombreadas en gris al régimen tipo II.

Hemos comprobado la energía de pulso que dio la señal SHG más alta para la configuración de escritura Xx, la respuesta Raman en todas las polarizaciones: VV, HH, VH y HV respectivamente correspondientes a ZZ, YY, ZY e YZ. La resolución en el plano x–y, definida por el tamaño focal del punto láser, corresponde a un valor de 1,3 µm. Vemos en la Fig. S2 que el Raman polarizado VV = HH y VH = HV. Esto significa que las mediciones Raman de las pistas del láser no evidencian anisotropía para esta energía del pulso láser (0,8 µJ). Debemos tener en cuenta que esta observación no depende de la posición en la traza.

Comparando las tendencias observadas en las Figs. 3c y 6 al aumentar la energía del pulso, parece que los resultados de SHG y los cambios estructurales vibratorios observados en Raman, así como la formación de defectos puntuales (vistos a través de la fotoluminiscencia que se muestra en la Fig. 4) brindan información complementaria relacionada con el láser fs. Mecanismos de interacción de la materia.

Dentro del régimen de tipo II, al combinar el mapa de intensidad Raman global con la determinación de la orientación de los ejes lento/rápido de la birrefringencia inducida por tensión, podemos deducir la presencia de una expansión de volumen local correlacionada con la formación de vidrio nanoporoso dentro de las nanocapas38. Esta expansión de volumen neto se confirma aún más por la aparición de un campo de tensión de compresión, como es el caso de la formación de nanorejillas en SiO238,39. Además, Raman muestra una evidencia clara de la ruptura de los enlaces T-O-T tanto en la cabeza como en la cola de las pistas láser en forma de lágrima resaltadas por la disminución de la banda con un máximo de 515 cm-1 en relación con la red de vidrio 3D. Este fenómeno se origina por dos razones diferentes. Al principio, esto ocurre en la cabeza de las pistas láser debido a la formación de nanorejillas asociadas con la formación de ODC y O2. Pero esto también sucede en la cola debido a la migración de iones que resulta en un aumento en la intensidad de la banda de alta frecuencia correspondiente a NBO en las unidades germanadas. Por lo tanto, tenemos principalmente expansión de vidrio en toda la estructura en forma de lágrima y el mapa Raman probablemente sugiere una migración química (Zn2+ o Ba2+) hacia la parte de la cola de la región modificada como ya se propuso40,41,42,43,44,45.

La aparición de O2 molecular en mediciones Raman tiende a coincidir con el máximo de SHG en régimen tipo II a 0,8 µJ. Por el contrario, la luminiscencia parece ser máxima en el régimen de tipo I. Después de eso, disminuye dentro del régimen de tipo II junto con SHG, que comienza a disminuir después de 0,8 µJ, mientras que los cambios Raman permanecen constantes. Así, respecto a los diferentes fenómenos, se pueden reconocer al menos dos regímenes en función de la energía del pulso.

Explícitamente, en el primer régimen hasta ~ 0,5 µJ, lo principal es la importante generación de trampas de carga, claramente evidenciada por el aumento de luminiscencia, y simultáneamente la separación de cargas y la formación de un campo estático, como lo confirma el origen EFISH de segundo orden. respuesta óptica. Estos hallazgos concuerdan, por un lado, con el trabajo publicado sobre vidrios de fosfato que contienen plata, en el que el primer fenómeno que tiene lugar después de la irradiación con láser de femtosegundo es el SHG27, y por otro lado, con trabajos publicados anteriormente sobre germanosilicatos, donde el SHG es asociado con defectos fotoinducidos25,26. Sin embargo, también vemos la interrupción de los enlaces formadores de vidrio en Raman como se indicó anteriormente, lo que revela un cambio químico. De hecho, para las energías de pulso más bajas, los pares electrones-huecos se producen primero en el centro donde la intensidad es máxima, seguido de una rápida termalización, migración de electrones libres hacia la zona de baja intensidad y formación de trampas. Este proceso hará desaparecer la neutralidad de la carga espacial inicial del plasma con huecos de electrones dentro del punto focal y creará un campo eléctrico ambipolar. Este fenómeno es análogo a la situación reportada para el vidrio de fosfato que contiene plata después de la escritura directa con láser de femtosegundo, en el que todo el proceso de separación de carga da lugar al agotamiento de los iones de plata en el centro y a la formación de grupos de plata después del atrapamiento de electrones en la periferia. del rayo láser46. Por lo tanto, nuestros resultados están de acuerdo con estudios previos que señalan la aparición de un campo eléctrico después de la escritura directa con láser de femtosegundo.

Dentro del régimen de tipo II, por ejemplo a ~ 0,8 µJ, tanto las modificaciones SHG como Raman alcanzan intensidades máximas. Por ejemplo, la aparición de O2 molecular en mediciones Raman tiende a coincidir con el máximo de SHG en el régimen de tipo II a 0,8 µJ. Luego, hasta ~ 1,6 µJ, no distinguimos una mayor evolución Raman que podría estar relacionada con la resolución espacial que no permite resolver la nanorejilla, es decir, áreas fuertemente afectadas y "no afectadas", por lo que se analiza un volumen promedio. Por tanto, podríamos subestimar los cambios estructurales. Sin embargo, lo principal es sin duda un fuerte cambio químico y una reorganización de la red de vidrio, demostrado por la producción continua de O2 que provoca la rotura de enlaces. Además, la banda de emisión alrededor de 818 nm atribuida a especies reducidas de GeO2 disminuye de ~0.5 a ~1.6 µJ, lo que podría estar relacionado con la reorganización de la red vítrea y la reactividad del O2 que podría aniquilar estos defectos. Se puede imaginar que en algunas zonas donde tenemos ODC, el exceso de O2 los compensará por ejemplo.

En la Ref.21, se reveló que el origen físico de las nanorejillas en sílice estaba formado por nanocapas porosas cuasi periódicas. La formación de los nanoporos se interpretó posteriormente mediante un proceso de nanocavitación47,48 acoplado a interferencias de ondas electromagnéticas dispersas49, creando así nanoporos alargados perpendicularmente a la polarización del láser. No hay migración química en este modelo, sino una desestabilización del SiO2, en el lugar de alta densidad electrónica, inducida por la transferencia de energía del plasma electrónico a la red. Sin embargo, los resultados de este artículo pueden sugerir una vía alternativa y más general, donde las huellas de plasma cargan la redistribución debido a la alta movilidad electrónica y muy probablemente a alguna migración iónica. Por ejemplo, podemos observar claramente que el factor anisotrópico Δ ​​de SHG se ve fuertemente afectado por la orientación de las nanorejillas, lo que da como resultado un Δ mucho más alto cuando las nanocapas son paralelas a la dirección de escaneo (es decir, para una configuración de escritura Xy). Además, este experimento de pulsos múltiples (típ. 104 pulsos/μm) resalta claramente la posibilidad de inducir y mantener un campo eléctrico post mortem, junto con los potenciales inducidos, que finalmente quedan impresos en el sólido. El proceso electrostático propuesto aquí probablemente sea de naturaleza similar al proceso descrito en la Ref.50. De hecho, el campo eléctrico impreso con láser (que conduce al SHG observado) debe tenerse en cuenta en la reacción físico-química de formación de nanorejillas y que potencialmente conduce a la separación de fases. Aquí, hay dos aspectos de interés a considerar con base en los presentes resultados. La primera es la participación del campo eléctrico que podría provocar una separación de fases como en los vidrios Li2O-Nb2O5-SiO251, es decir, un aspecto termodinámico. El segundo aspecto está más relacionado con la cinética, la migración iónica en un campo eléctrico que puede conducir a una nanoestructuración espacial, por ejemplo, una migración química (Zn2+ o Ba2+).

En este artículo, informamos sobre una correlación evidente entre la modificación de la red de vidrio, la creación de trampas y la no linealidad de segundo orden inducida por la escritura láser directa en el vidrio con 8% ZnO-BGG. A energías de pulso bajas, por debajo de 0,5 µJ (tipo I), se generan trampas de carga que dan como resultado la aparición de luminiscencia y la estabilización de las cargas se revela mediante la Segunda Generación Armónica. A energías de pulso más altas, por encima de 0,5 µJ, o en otras palabras, en el rango intermedio correspondiente al inicio de las modificaciones de tipo II y al final de tipo, la estructura del vidrio comienza a modificarse mediante la destrucción de los puentes T–O–T en la matriz de vidrio y la generación de moléculas de O2 dentro del volumen focal, junto con el campo eléctrico máximo que parece depender de la polarización de la escritura del láser. Con base en los resultados observados de SHG, sugerimos que la organización de NG se verá perturbada por dicho campo eléctrico interno (pero probablemente también por uno externo). Además, la existencia de un gran campo eléctrico post-mortem fotoinducido por la excitación de la luz fs abre a considerar que otros efectos podrían estar en juego como la separación de fases o la electroestricción. Este último puede incluso desencadenar campos de tensión y estar en el origen del proceso de nanocavitación sugerido, imprimiendo así nanorejillas porosas en la mayoría de los vidrios de óxido. Las nanorejillas incrustadas y las microestructuras disociadas podrían ser materiales prometedores para múltiples aplicaciones prácticas en el almacenamiento óptico de datos, la óptica de fase geométrica 3D de guía de ondas y, de manera más general, para la impresión de dispositivos microópticos, especialmente dentro de un enfoque de reducción SWaP.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el presente estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

Cheng, G., Mishchik, K., Mauclair, C., Audouard, E. y Stoian, R. Fotoinscripción láser ultrarrápida de dispositivos sensibles a la polarización en vidrio de sílice a granel. Optar. Expreso 17(12), 9515–9525. https://doi.org/10.1364/OE.17.009515 (2009).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Juodkazis, S., Mizeikis, V. y Misawa, H. Microfabricación tridimensional de materiales mediante láseres de femtosegundo para aplicaciones fotónicas. J. Aplica. Física. 106(5), 051101. https://doi.org/10.1063/1.3216462 (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Ams, M. y col. Investigación de interacciones láser-material fotónico ultrarrápido: desafíos para la fotónica de vidrio escrita directamente. IEEE J. Sel. Arriba. Electrón cuántico. 14(5), 1370-1381. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2008.925809 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Qiu, J., Miura, K. & Hirao, K. Microcaracterísticas inducidas por láser de femtosegundo en gafas y sus aplicaciones. J. No-Cryst. Sólidos 354(12), 1100–1111. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2007.02.092 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Bressel, L., de Ligny, D., Gamaly, EG, Rode, AV y Juodkazis, S. Observación de O2 dentro de los huecos formados en vidrio GeO2 mediante pulsos de láser fs muy enfocados. Optar. Madre. Expreso 1(6), 1150–1158. https://doi.org/10.1364/OME.1.001150 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Bressel, L., de Ligny, D., Sonneville, C., Martinez-Andrieux, V. y Juodkazis, S. Cambios estructurales inducidos por láser en vidrios de GeO2 puro. J. No-Cryst. Sólidos 357(14), 2637–2640. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2011.03.014 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Bressel, L. y col. Cambios de densidad inducidos por láser de femtosegundo en vidrios GeO2 y SiO2: efecto de temperatura ficticio. Optar. Madre. Expreso 1(4), 605–613. https://doi.org/10.1364/OME.1.000605 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Shimizu, M. y col. Mecanismo de formación de distribución de elementos en vidrio bajo irradiación con láser de femtosegundos. Optar. Letón. 36(11), 2161–2163. https://doi.org/10.1364/OL.36.002161 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Shimotsuma, Y., Kazansky, PG, Qiu, J. & Hirao, K. Nanorrejillas autoorganizadas en vidrio irradiado por pulsos de luz ultracortos. Física. Rev. Lett. 91(24), 247405. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.91.247405 (2003).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Bellouard, Y., Said, A., Dugan, M. y Bado, P. Fabricación de canales y túneles de microfluidos de alta relación de aspecto utilizando pulsos de láser de femtosegundos y grabado químico. Optar. Expreso 12(10), 2120–2129. https://doi.org/10.1364/OPEX.12.002120 (2004).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Beresna, M., Gecevičius, M., Kazansky, PG & Gertus, T. Convertidor de vórtice óptico polarizado radialmente creado mediante nanoestructuración de vidrio con láser de femtosegundo. Aplica. Física. Letón. 98(20), 201101. https://doi.org/10.1063/1.3590716 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Zhang, J., Gecevičius, M., Beresna, M. & Kazansky, PG Almacenamiento de datos de por vida aparentemente ilimitado en vidrio nanoestructurado. Física. Rev. Lett. 112(3), 033901. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.033901 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Eaton, SM, Ng, ML, Osellame, R. & Herman, PR Contraste de alto índice de refracción en guías de ondas de sílice fundida mediante láser de femtosegundo de alta tasa de repetición y muy enfocado. J. No-Cryst. Sólidos 357(11), 2387–2391. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2010.11.082 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Agrawal, A., Benson, T., Rue, RMDL y Wurtz, GA Tendencias recientes en fotónica computacional (Springer, 2017).

Libro MATEMÁTICAS Google Scholar

Liu, L. y col. La influencia mutua entre el dopaje con elementos de tierras raras y los efectos inducidos por el láser de femtosegundo en el vidrio de calcogenuro de Ga – As – Sb – S. Cerámica. En t. 47(5), 6388–6396. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.10.219 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Gross, S. y col. Guías de ondas ZBLAN de infrarrojo medio de baja pérdida para futuras aplicaciones astronómicas. Optar. Expreso 23(6), 7946–7956. https://doi.org/10.1364/OE.23.007946 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Bai, J. y col. Guías de ondas ópticas integradas fabricadas en vidrio SF10 mediante láser ultrarrápido de baja tasa de repetición. Aplica. Optar. 52(30), 7288–7294. https://doi.org/10.1364/AO.52.007288 (2013).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Strutynski, C. y col. Vidrios de óxido pesado con activos mecánicos superiores para aplicaciones de fibras no lineales en el infrarrojo medio. Optar. Madre. Expreso 11 (5), 1420-1430. https://doi.org/10.1364/OME.417699 (2021).

Artículo de Google Scholar

Yao, H. y col. Formación de nanorrejillas impulsadas por irradiación láser ultrarrápida en vidrios de óxido pesado de IR medio. Cerámica. En t. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.07.012 (2022).

Artículo de Google Scholar

Lancry, M., Poumellec, B., Desmarchelier, R. & Bourguignon, B. Creación orientada de defectos anisotrópicos mediante escaneo con láser IR de femtosegundo en sílice. Optar. Madre. Expreso 2(12), 1809–1821. https://doi.org/10.1364/OME.2.001809 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Lancry, M. y col. Formación de sílice nanoporosa ultrarrápida impulsada por irradiación con láser de femtosegundo. Fotónica láser Rev. 7 (6), 953–962. https://doi.org/10.1002/lpor.201300043 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Rudenko, A., Colombier, J.-P. & Itina, TE Desde heterogeneidades aleatorias hasta nanoestructuras periódicas inducidas en sílice a granel mediante láser ultracorto. Física. Rev. B 93(7), 075427. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.075427 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Ueda, J., Hashimoto, A. y Tanabe, S. Luminiscencia persistente naranja y fotooscurecimiento relacionados con defectos paramagnéticos del vidrio CaO – Ga2O3 – GeO2 no dopado. J. Física. Química. C 123(49), 29946–29953. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b07638 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Francesca, DD y cols. Efectos de la irradiación de rayos X sobre fibras ópticas de germanosilicato dopadas con flúor. Optar. Madre. Expreso 4(8), 1683–1695. https://doi.org/10.1364/OME.4.001683 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Si, J., Kitaoka, K., Qiu, J., Mitsuyu, T. y Hirao, K. Generación de segundo armónico codificada ópticamente en vidrio de germanosilicato mediante un láser de femtosegundo. Optar. Letón. 24(13), 911–913. https://doi.org/10.1364/OL.24.000911 (1999).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Tsai, TE, Saifi, MA, Friebele, EJ, Griscom, DL & Österberg, U. Correlación de centros de defectos con generación de segundo armónico en fibras monomodo con núcleo de sílice dopadas con Ge y Ge-P. Optar. Letón. 14(18), 1023–1025. https://doi.org/10.1364/OL.14.001023 (1989).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Papon, G. y col. Microscopía correlativa de fluorescencia y generación de segundo armónico para sondear la separación de carga espacial y la estabilización de grupos de plata durante la escritura láser directa en un vidrio hecho a medida que contiene plata. Optar. Madre. Expreso 3(11), 1855–1861. https://doi.org/10.1364/OME.3.001855 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Gouget, G. y col. Aislamiento de los dos polimorfos de NaNbO3 a temperatura ambiente: características estructurales, banda prohibida óptica y reactividad. Aplicación ACS. Electrón. Madre. https://doi.org/10.1021/acsaelm.8b00125 (2019).

Artículo de Google Scholar

Chazot, M. et al. Investigación de la estabilidad del ZnSe y el comportamiento de disolución en vidrios de calcogenuro de As – S – Se. J. No-Cryst. Sólidos 555, 120619. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2020.120619 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Skopak, T. y col. Estructura y propiedades de los vidrios de germanogalato de sodio ricos en galio. J. Física. Química. C 123(2), 1370-1378. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b08632 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Skopak, T. y col. Estudio de propiedades, estructura y cristalización de vidrios germano-galatos en el sistema Ga2O3-GeO2-BaO-K2O. J. No-Cryst. Sólidos 514, 98–107. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.02.028 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Calzavara, F. et al. Regiones formadoras de vidrio, estructura y propiedades de los vidrios de galato y germanato de bario y lantano. J. No-Cryst. Sólidos 571, 121064. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.121064 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Kamitsos, EI, Yiannopoulos, YD, Karakassides, MA, Chryssikos, GD & Jain, H. Raman e investigación estructural infrarroja de vidrios xRb2O·(1–x)GeO2. J. Física. Química. 100(28), 11755–11765. https://doi.org/10.1021/jp960434+ (1996).

Artículo CAS Google Scholar

Henderson, GS, Soltay, LG y Wang, HM Q especiación en vidrios de germanato alcalino. J. No-Cryst. Sólidos 356(44), 2480–2485. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2010.03.023 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Asai, T. y col. Control sistemático de cambios estructurales en vidrio GeO2 inducidos por escritura directa con láser de femtosegundo. Mermelada. Cerámica. Soc. 98(5), 1471-1477. https://doi.org/10.1111/jace.13482 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Ardyanian, M., Rinnert, H. & Vergnat, M. Influencia de la hidrogenación en la estructura y fotoluminiscencia visible de películas delgadas de óxido de germanio. J. Lumin. 129(7), 729–733. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2009.02.013 (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Kazansky, PG y Russel, PJ Vidrio polarizado térmicamente: ¿campo eléctrico congelado o dipolos orientados?. Optar. Comunitario. 110(5), 611–614. https://doi.org/10.1016/0030-4018(94)90260-7 (1994).

Artículo de Google Scholar

Bellouard, Y. y col. Manipulación del estado de tensión en sílice fundida mediante irradiación con láser de femtosegundo. Óptica 3(12), 1285-1293. https://doi.org/10.1364/OPTICA.3.001285 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Wang, Y., Cavillon, M., Ollier, N., Poumellec, B. y Lancry, M. Una descripción general de los mecanismos de borrado térmico de nanorejillas inducidas por láser de femtosegundo en vidrio de sílice. Física. Estado Solidi (a) 218(12), 2100023. https://doi.org/10.1002/pssa.202100023 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Fedotov, SS y cols. Escritura directa de elementos birrefringentes mediante nanoestructuración láser ultrarrápida en vidrio multicomponente. Aplica. Física. Letón. 108(7), 071905. https://doi.org/10.1063/1.4941427 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Wang, Y. et al. Escritura directa con láser de femtosegundo en vidrios binarios SiO2-Al2O3 y estabilidad térmica de modificaciones permanentes de tipo II. Mermelada. Cerámica. Soc. 103(8), 4286–4294. https://doi.org/10.1111/jace.17164 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Lotarev, SV, Lipat'iev, AS, Fedotov, SS, Mikhailov, AA y Sigaev, VN Escritura láser de birrefringencia sensible a la polarización en vidrio de borosilicato de sodio. Cerámica de vidrio. 76(3–4), 85–89 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Lotarev, S. y col. Modulación nanoperiódica impulsada por la luz de la distribución de cationes alcalinos dentro del vidrio de silicato de sodio. J. No-Cryst. Sólidos 479, 49–54. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.10.008 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Cao, J. y col. Separación de fases a nanoescala en vidrio de silicato de litio y niobio mediante irradiación con láser de femtosegundo. Mermelada. Cerámica. Soc. 100(1), 115-124. https://doi.org/10.1111/jace.14570 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Shimotsuma, Y. et al. Nanoestructura periódica de vidrio/cristal autoensamblada en vidrio binario Al2O3-Dy2O3. Aplica. Física. A 124(1), 82. https://doi.org/10.1007/s00339-017-1507-z (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Petit, Y. et al. Sobre la fotoquímica inducida por láser de femtosegundo en vidrios de óxido que contienen plata: mecanismos, propiedades ópticas y fisicoquímicas relacionadas y aplicaciones tecnológicas. Adv. Optar. Tecnología. 7(5), 291–309. https://doi.org/10.1515/aot-2018-0037 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Rudenko, A., Colombier, J.-P. & Itina, TE Formación y borrado de nanorejillas de volumen en vidrio, inducida por láser ultracorto mediado por nanoporos. Física. Química. Química. Física. 20(8), 5887–5899. https://doi.org/10.1039/C7CP07603G (2018).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Xie, Q. y col. Aplicación y validación de un enfoque de viscosidad a la existencia de nanorejillas en vidrios de óxido. Optar. Madre. 130, 112576. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2022.112576 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Buschlinger, R., Nolte, S. y Peschel, U. Formación de patrones autoorganizados en ionización multifotónica inducida por láser. Física. Rev. B 89(18), 184306. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.89.184306 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Poumellec, B., Cavillon, M. & Lancry, M. Interpretación electrostática de la separación de fases inducida por luz láser de femtosegundo en vidrio. Cristales 13(3), 3. https://doi.org/10.3390/cryst13030393 (2023).

Artículo CAS Google Scholar

Cao, J., Mazerolles, L., Lancry, M., Brisset, F. & Poumellec, B. Modificaciones en vidrio de silicato de litio y niobio mediante escritura directa con láser de femtosegundo: morfología, cristalización y nanoestructura. J. Optar. Soc. Soy. B 34(1), 160-168. https://doi.org/10.1364/JOSAB.34.000160 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Descargar referencias

Este trabajo cuenta con el apoyo financiero del Proyecto FLAG-IR de la Agence Nationale de la Recherche (ANR-18-CE08-0004-02) y la región de Nueva Aquitania (Subvención 2016-1R10107).

Instituto de Química de la Materia Condensada de Burdeos, Universidad de Burdeos, 87 Avenue du Dr Schweitzer, 33608, Pessac, Francia

Rayan Zaiter, Alexandre Fargues y Thierry Cardinal

Instituto Orsay de Química Molecular y Materiales/SP2M/MAP, CNRS, Université Paris-Saclay, 91405, Orsay, Francia

Matthieu Lancry y Bertrand Poumellec

Instituto de Ciencias Moleculares, UMR 5255, Universidad de Burdeos, 351 Cours de la Libération, 33405, Talence Cedex, Francia

Frédéric Adamietz, Marc Dussauze y Vincent Rodríguez

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

RZ: Conceptualización, curación de datos, investigación, metodología, validación, visualización, redacción: borrador original. ML: Conceptualización, obtención de financiación, investigación, metodología, recursos, supervisión, validación, redacción: revisión y edición. AF: Investigación. FA: Análisis formal, software. MD: Conceptualización, metodología, redacción: revisión y edición. VR: conceptualización, metodología, redacción: revisión y edición. BP: Escritura: revisión y edición. CT: Conceptualización, adquisición de financiamiento, metodología, recursos, supervisión, validación, redacción—revisión y edición.

Correspondencia a Rayan Zaiter.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado al autor(es) original(es) y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Zaiter, R., Lancry, M., Fargues, A. et al. Caracterización óptica y estructural de microestructuras escritas con láser de femtosegundo en vidrio germanado. Representante científico 13, 11050 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35730-3

Descargar cita

Recibido: 20 de marzo de 2023

Aceptado: 23 de mayo de 2023

Publicado: 08 de julio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35730-3

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.