Microfabricação com pulsos de femtossegundos em cristais orgânicos de L-treonina - Flores, Gabriela de Almeida (2022)
Materiais orgânicos vêm sendo estudados para utilização em dispositivos fotônicos por conta de suas interessantes propriedades ópticas lineares e não-lineares. Dentre esses materiais, cristais orgânicos de aminoácidos têm despertado grande interesse por possuírem atributos interessantes para serem explorados em Fotônica, como por exemplo a geração de segundo e terceiro harmônicos. Diversas técnicas de processamento de materiais podem ser utilizadas para a fabricação de dispositivos, porém a fabricação com pulsos de femtossegundos tem recebido destaque por sua alta resolução e habilidade de fabricar microestruturas tanto na superfície como no volume de materiais. Sendo assim, nesta dissertação estudamos os aspectos fundamentais do processo de microfabricação via pulsos de femtossegundos no cristal de L-treonina em vários comprimentos de onda (343, 515 e 1030 nm). De forma mais específica, investigamos o efeito de incubação, ou seja, a dependência entre a fluência mínima necessária para modificar o material, fluência de threshold, e o número de pulsos incidentes. O comportamento da incubação foi ajustado por um modelo de geração de defeitos exponencial. A partir deste modelo foi possível determinar o parâmetro de incubação k, que mostrou-se aumentar com o comprimento de onda: k = (0.8 ± 1.5)10-2 para o 1030nm, k = (2.3 ± 0.6)10-4 para o 515nm e, por fim, k = (8.8 ± 0.5)10-5 para o 343nm. Para melhor entender como se dá o processo de microfabricação e a dinâmica de criação de defeitos, realizamos espectroscopias Raman e de emissão, tanto na superfície microfabricada como fora dela. Estes estudos mostraram a presença de defeitos na amostra, mesmo antes da microfabricação, o quais são acentuados pela irradiação com os pulsos de femtossegundos. Através de modelo que considera os processos de absorção multifotônica e ionização por avalanche, calculamos a fluência de threshold para um pulso único nos diversos comprimentos de onda, os quais estão em bom acordo com os resultados experimentais. Os resultados indicam que o processo de microfabricação está associado a absorção linear dos níveis de defeito presentes na L-treonina. Ainda, neste estudo calculamos o parâmetro de Keldysh, que permite distinguir qual processo, a fotoionização por absorção de fótons ou o tunelamento, são predominantes na ionização da amostra. Tendo em vista que o parâmetro de Keldysh encontrado é apreciavelmente maior do que um, o processo predominante é a ionização por absorção de fótons para os três casos. Portanto, nossos resultados apresentam as características do processo de microfabricação via pulsos de femtossegundos com a L-treonina, que podem ser explorados para a obtenção de dispositivos fotônicos, e indicam que os defeitos presentes na amostra são determinantes para a produção do dano óptico.