Interacción láser-materia en vidrio
Los vidrios ópticos se han convertido en materiales esenciales para las aplicaciones optoelectrónicas y fotónicas debido a su coste relativamente bajo y su fácil procesabilidad. Estudios recientes han mostrado que, al aplicar pulsos de láser de femtosegundos a materiales de vidrio, se pueden generar patrones tridimensionales con elementos a nanoescala, aunque su origen todavía no es bien conocido. El proyecto «Extraordinary laser-induced excitations in glasses: analysis and theory» (ELEGANT), financiado por la Unión Europea, pretendía llenar el vacío existente entre los hallazgos experimentales de modificaciones en vidrios inducidos por láser y la teoría, mediante un análisis detallado. Centrándose en los materiales masivos, los científicos estudiaron la absorción del láser hasta la escala de tiempo de los microsegundos. Con este fin, desarrollaron un modelo optotermoelastoplástico que consistía en dos partes. La primera describe el plasma generado de electrones libres y la segunda describe el movimiento elástico y de deformación del material. Inicialmente, los científicos pretendían conocer mejor la formación de nanorredes en volumen en sílice fundido. Se concluyó que las ondas de plasma no son responsables de la formación de estructuras periódicas en el volumen del material, sino que se deben a una inestabilidad de la ionización-dispersión. Se analizaron las propiedades termofísicas, ópticas y mecánicas de distintos vidrios y materiales cristalinos transparentes. Se determinó que un tipo de vidrio era adecuado para imprimir nanorredes. Además, los científicos observaron que la inclinación del frente del pulso en pulsos de láser ultracortos es responsable de la anisotropía en la escritura con láser. Simulaciones comparativas de la absorción de la energía del láser pusieron de manifiesto que los pulsos inclinados se absorben fuertemente en comparación con pulsos no inclinados. Las simulaciones revelaron una evolución compleja de la densidad del material después de un calentamiento rápido con láser, parecida a la que se observa experimentalmente, que deforma el vidrio de forma irreversible. Esto dio lugar a una situación de formación de burbujas. En el régimen umbral de formación de burbujas, la materia alcanza un punto de fusión donde su resistencia a la tracción desciende varios órdenes de magnitud. El equipo del proyecto también desarrolló un concepto de diagrama de modificaciones inducidas por láser. Estos diagramas deberían corresponderse con la energía y la densidad de electrones libres excitados para alcanzar distintos niveles de calentamiento en los materiales transparentes. ELEGANT proporcionó una descripción más detallada de los mecanismos que controlan las modificaciones inducidas por láser en los materiales. Los hallazgos del proyecto abren el paso a nuevas oportunidades para desarrollar microsistemas con elementos nanométricos.
