http://hdl.handle.net/10366/133245 2026-05-02T21:59:37Z http://hdl.handle.net/10366/159267 [EN] This thesis work exploits the potential of ultrashort laser pulses to explore electron dynamics in matter and generate extreme ultraviolet (EUV) or soft X-ray emission in the form of attosecond pulses with customized properties. The strong-field ionization of atoms driven by high-intensity femtosecond laser pulses is the starting point for two physical phenomena covered in this thesis manuscript: the controlled generation of ring currents and high harmonic generation (HHG). A novel method, termed current-gating, is introduced to synthesize attosecond magnetic field waveforms by temporally confining ring currents induced by circularly polarized laser fields, representing a significant advancement in ultrafast magnetism. The rest of the thesis work focuses on HHG as a nonlinear optical process that offers great possibilities to track electron dynamics (including resonances or electron-electron correlation) and to map the tunable properties of low-frequency pulses into the EUV or soft X-rays. A second plateau extending to higher photon energies than the usual HHG is found as a spectral signature of correlated back-reaction during the laser interaction with He atoms. A multi-peak harmonic signature is identified as the trace of extremely fast attosecond Rabi oscillations driven by EUV femtosecond pulses in He atoms. In collaboration with experimental groups, the investigation of diverse HHG schemes driven by structured laser beams in macroscopic gas targets leads to high harmonic beams and attosecond spatiotemporal emission with unique properties of spin and orbital angular momentum. These configurations include the generation of scalar and vectorial high-harmonic vortex beams with high topological charge, circularly polarized high-harmonic vortex beams with steady/time-varying orbital angular momentum (i.e. self-torque), and attosecond vortex pulse trains. These spatiotemporal light structures in the EUV or soft X-ray extend the prospects of attosecond science and related quantum technologies for improved imaging and spectroscopic capabilities, paving the way for triggering and probing ultrafast angular momentum lightmatter interactions. [ES] En este trabajo de tesis utilizamos pulsos láser ultracortos para explorar la dinámica de los electrones en la materia, así como para generar emisión en el rango del ultravioleta extremo (EUV) o de los rayos X blandos en forma de pulsos de attosegundo con las propiedades deseadas. La ionización de campo fuerte producida en los átomos de un gas por pulsos láser de femtosegundo de alta intensidad es el punto de partida de dos fenómenos físicos que abarcamos en esta tesis: la generación controlada de corrientes en anillo y la generación de armónicos de orden alto (HHG). Introducimos un nuevo método, denominado current-gating, para sintetizar pulsos de campo magnético de attosegundo mediante el confinamiento temporal de corrientes en anillo inducidas por pulsos láser con polarización circular, lo cual representa un avance significativo para el magnetismo ultrarrápido. El resto del trabajo de tesis se centra en la HHG como un fenómeno óptico no lineal que ofrece muchas posibilidades para investigar la dinámica de los electrones (incluyendo procesos resonantes o de correlación electrónica) y para trasladar las propiedades sintonizables de pulsos de baja frecuencia al régimen del EUV o los rayos X blandos. Como huella de un mecanismo de correlación electrónica durante la interación del láser con átomos de He, encontramos un segundo plateau que extiende la emisión de armónicos a energías más altas que la HHG habitual. También identificamos una estructura multipico en los armónicos como traza de oscilaciones de Rabi de attosegundo guiadas por pulsos de femtosegundo EUV en átomos de He. En colaboración con grupos experimentales, estudiamos diversos esquemas de HHG en gases nobles utilizando haces láser estructurados. Esto nos permite generar armónicos de orden alto y pulsos de attosegundo con propiedades únicas de espín y momento angular orbital. En concreto, demostramos la generación de haces en el ultravioleta extremo en varias configuraciones: i) vórtices escalares y vectoriales con alta carga topológica, ii) vórtices con polarización circular y momento angular constante/variable en el tiempo (auto-torque), iii) vórtices con duración de attosegundo. Estas estructuras espaciotemporales en el EUV o los rayos X blandos amplían las perspectivas de la attociencia y las tecnologías cuánticas relacionadas para mejorar las técnicas de imagen y espectroscopía, allanando la investigación de las interacciones ultrarrápidas entre pulsos de luz con momento angular y la materia. 2024-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/152496 [EN]The dramatic evolution that the laser Science has undergone in the last six decades, and particularly in the field of ultrashort pulses, has been accompanied by breakthrough advances in the development of techniques for their characterization. Despite the large number of characterization techniques developed in the last two decades, it is still necessary to Implement simpler and more robust techniques that can also operate in multiple spectral ranges. This Thesis is devoted to the study and development of temporal and spatiotemporal characterization techniques with compact and stable configurations, which are versatile, e.g., to analyze ultrashort laser beams with different temporal durations and in various spectral regions. The structure of this Thesis is made up of four main blocks. Firstly, a brief introduction to ultrafast optical metrology and the state of the art of spatial, temporal and spatiotemporal characterization techniques is presented in Part I. Then, Part II is focused on the review and extension of the capabilities of the amplitude swing temporal characterization technique, demonstrating three key advances: operation in different spectral regions from visible to near-infrared, with a tunability range spanning of more than one octave; Characterization of ultrashort pulses in the few-cycle regime; or study of the implementation with different amplitude modulation schemes. In addition, a new retrieval algorithm is developed to analyze the amplitude swing traces based on differential evolution strategies. Thirdly, the fundamentals, operation range and experimental demonstration of a spatiotemporal characterization technique based on bulk lateral shearing interferometry are depicted in Part III. Furthermore, the technique is applied to characterize complex spatiotemporal couplings, like constant and time-varying optical vortices or the aberrations when focusing with astigmatic lenses. Finally, the main conclusions of the work and future perspectives are discussed in Part IV; [ES]La drástica evolución que ha experimentado la ciencia láser en las últimas seis décadas, y en particular en el campo de los pulsos ultracortos, ha ido acompañada de grandes avances en el desarrollo de técnicas para su caracterización. A pesar de la gran cantidad de métodos de caracterización desarrollados en las últimas dos décadas, aún es necesario implementar sistemas más simples y robustos que también puedan operar en múltiples rangos espectrales. Esta Tesis está dedicada al estudio y desarrollo de técnicas de caracterización temporal y espaciotemporal con configuraciones compactas y estables, que sean versátiles para, por ejemplo, analizar haces láser ultracortos con diferentes duraciones temporales y en diversas regiones espectrales. La estructura de la Tesis está dividida en cuatro bloques principales. En primer lugar, en la Parte I se presenta una breve introducción a la metrología óptica ultrarrápida y los avances de las técnicas de caracterización espacial, temporal y espaciotemporal a lo largo de los últimos años. Después, la Parte II se enfoca en la revisión y extensión de las capacidades de la técnica de caracterización temporal amplitude swing, demostrando tres avances clave: operación en diferentes regiones espectrales desde visible hasta infrarrojo cercano, con un rango de sintonizabilidad que abarca más de una octava; caracterización de pulsos ultracortos en régimen de pocos ciclos; o estudio de diferentes esquemas de modulación de amplitud. Además, se implementa un nuevo algoritmo de reconstrucción para analizar las trazas del sistema amplitude swing basado en las estrategias Differential Evolution. En tercer lugar, en la Parte III se describen los fundamentos, el rango de operación y la demostración experimental de una técnica de caracterización espaciotemporal basada en la interferometría lateral compacta (bulk lateral shearing interferometry). Además, la técnica se emplea para caracterizar acoplamientos espaciotemporales complejos, como son los vórtices ópticos constantes y variables en el tiempo o las aberraciones introducidas al focalizar haces láser con lentes astigmáticas. Finalmente, en la Parte IV se resumen las principales conclusiones y futuras líneas de trabajo. 2023-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/149556 [ES] Los pulsos láser ultracortos son una herramienta única para explorar las dinámicas más rápidas de la materia. Sorprendentemente, los pulsos de láser más cortos obtenidos hasta la fecha se producen a partir del fenómeno no lineal de conversión de frecuencias de generación de armónicos de orden alto (HHG), que resulta en la emisión de pulsos con duraciones de attosegundo. Es importante destacar que estos pulsos de attosegundo pueden exhibir una propiedad muy interesante, el momento angular, que presenta dos formas diferentes, el momento angular de espín (SAM) y el momento angular orbital (OAM), y que abre nuevos escenarios para las interacciones luz-materia a escalas espaciales nanométricas y temporales ultracortas. En esta tesis desarrollamos un conjunto de esquemas para la crea- ción de armónicos de orden alto y pulsos de attosegundo con nuevas propiedades de momento angular mediante la estructuración del pro- ceso de HHG a través de las características de los haces incidentes. Para ese propósito, primero abordamos la descripción de los mecanismos físicos fundamentales de la HHG. En particular, estudiamos la ioniza- ción túnel en moléculas, descubriendo que depende de la ubicación del electrón dentro de la molécula, debido a la naturaleza extendida de estas. Esta característica deja huellas importantes en los espectros de HHG y de fotoelectrones. Por lo tanto, hemos desarrollado una receta para implementar este fenómeno en los modelos de campos intensos existentes. A continuación, predecimos y describimos teóricamente la gene- ración de haces láser en el ultravioleta extremo (XUV) con nuevas propiedades de momento angular que, en la mayoría de los casos, son también creadas y caracterizadas experimentalmente por nuestros colaboradores del grupo Kapteyn-Murnane en JILA, en la Universidad de Colorado (EE. UU.), y del grupo del Prof. M.-Ch. Chen del Instituto de Tecnologías Fotónicas de la Universidad Tsing Hua (Taiwán). Para empezar, demostramos la generación, por primera vez, de haces de luz con OAM variable en el tiempo, una propiedad que denominamos como el auto-torque de la luz. Es importante destacar que los haces con auto-torque surgen naturalmente en el régimen XUV cuando el campo incidente para la HHG está formado por dos vórtices infrarro- jos retardados en el tiempo. Bajo esta configuración, el OAM de los armónicos de orden alto cambia a lo largo del tiempo en una escala de tiempo de attosegundos, siendo la cantidad de auto-torque controlada a través de las propiedades temporales de los pulsos incidentes. Por lo tanto, creemos que los haces con auto-torque pueden servir como nuevas herramientas para la manipulación láser-materia. Además, mostramos cómo el OAM puede servir como instrumento para mani- pular las propiedades espectrales y de divergencia de los armónicos de orden alto. Empleando dos vórtices con el contenido adecuado de OAM como pulsos incidentes, obtenemos peines de frecuencias de armónicos de orden alto con un espaciado entre líneas espectrales sintonizable y baja divergencia. Este control es particularmente intere- sante para espectroscopía y formación de imagen en el XUV o incluso en los rayos X blandos. Además, presentamos varios esquemas para el control de la eliptici- dad de los pulsos de attosegundo y de los armónicos de orden alto. Utilizando la configuración no colineal contrarrotante, extraemos el escalado de la elipticidad de los armónicos de orden alto con la de los haces incidentes y desvelamos la información sobre la respuesta dipolar oculta en esa conexión. Además, mostramos la generación de vórtices polarizados circularmente a partir de la HHG usando un campo incidente bi-circular vorticial. Destacablemente, al seleccionar correctamente el OAM del campo incidente, podemos obtener, o bien pulsos de attosegundo polarizados circularmente, o bien armónicos de orden alto con baja carga topológica. Por último, demostramos teóricamente la generación de trenes de pulsos de attosegundo con estados de polarización ordenados temporalmente mediante la combi- nación de dos campos incidentes bi-circulares vorticiales retardados en el tiempo. Creemos que la generación de pulsos de attosegundo con elipticidad controlada se puede emplear para el estudio de la dinámica ultrarrápida de SAM en moléculas quirales o materiales magnéticos. [EN] Ultrashort laser pulses are a unique tool to explore the fastest dy- namics in matter. Remarkably, the shortest laser pulses to date are produced from the non-linear frequency upconversion phenomenon of high-order harmonic generation (HHG), which results in the emis- sion of pulses of attosecond durations. Importantly, such attosecond pulses can exhibit a very exciting property, the angular momentum, which presents two different forms, the spin angular momentum (SAM) and the orbital angular momentum (OAM), and that brings new sce- narios for the light-matter interactions at the nanometric spatial and ultrashort temporal scales. In this thesis work, we develop a compilation of schemes for the creation of high-order harmonics and attosecond pulses with novel angular momentum properties by structuring the HHG process through the characteristics of the driving beams. For that purpose, we first address the description of the fundamental physical mechanisms of HHG. In particular, we study the tunnel ionization in molecules, finding that it is site-specific—its rate depends on the position of the electronic wavefunction at the ion sites—, due to the extended nature of the molecules. This characteristic leaves important signatures in the HHG and photoelectron spectra. Therefore, we provide a recipe for implementing the site-specificity in the existing strong-field models. Afterwards, we theoretically predict and describe the creation of extreme-ultraviolet (XUV) beams with novel angular momentum prop- erties, which, in most of the cases, are experimentally generated and characterized by our collaborators from the Kapteyn-Murnane group in JILA, at the University of Colorado (USA) and from the group of Prof. M.-Ch. Chen at the Institute of Photonics Technologies of the Tsing Hua University (Taiwan). To begin with, we demonstrate the generation, for the first time, of light beams with time-varying OAM, a property which we denote as the self-torque of light. Importantly, self- torqued beams arise naturally in the XUV regime from HHG driven by two time-delayed infrared vortex beams. Under this configuration, the OAM of the high-order harmonics changes along time in the attosec- ond time-scale, being the amount of self-torque controlled through the temporal properties of the driving pulses. Thus, we believe that self-torqued beams can serve as unprecedented tools for laser-matter manipulation. In addition, we show how the OAM can serve as an instrument to manipulate the spectral and divergence properties of the high-order harmonics. By driving HHG with two vortex beams with properly selected OAM, we obtain high-order harmonic frequency combs with tunable line-spacing and low divergence. Such control is particularly interesting for XUV/soft-X-ray spectroscopy and imaging. Moreover, we present several schemes for the ellipticity control of the high-order harmonics and attosecond pulses. Using the non-collinear counter-rotating scheme, we extract the scaling of the ellipticity of the high-order harmonics with that of the driving beams’ and we unveil the information about the non-perturbative dipole response hidden in that connection. Also, we show the generation of circularly polarized vortex beams from HHG driven by a bi-circular vortex field. Interest- ingly, by properly selecting the OAM of the driving field we can obtain either circularly polarized attosecond pulses, or high-order harmonics with low topological charge. Finally, we theoretically demonstrate the generation of attosecond pulse trains with time-ordered polarization states by combining two time-delayed bi-circular vortex driving fields. We believe that the generation of attosecond pulses with controlled ellipticity can be employed for the study of ultrafast spin dynamics in chiral molecules or magnetic materials. 2021-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/145443 [ES] Multicapas de películas ultrafinas basadas en la aleación de CoFeB y con anisotropía magnética perpendicular (PMA) constituyen unos sistemas muy prometedores para diferentes aplicaciones tecnológicas como, por ejemplo, memorias no volátiles de bajo consumo energético y alta velocidad. Sin embargo, y antes de poderlas utilizar en ninguna aplicación tecnológica, es necesario comprender la dinámica de sus propiedades magnéticas. Con la intención de poder realizar estudios dinámicos de las propiedades magnéticas en este tipo de materiales, un objetivo de esta tesis doctoral fue el desarrollo de un montaje compacto y versátil de medidas magnetoópticas resueltas en tiempo (TR-MO). Nuestro montaje TR-MO ha sido diseñado para su uso en diferentes configuraciones magnetoópticas y con diferentes fuentes láser. El equipo de TR-MO ha sido usado para investigar las propiedades estáticas y dinámicas de las multicapas [CoFeB(tCoFeB)/Pd]N. En primer lugar, investigamos la respuesta magnética del sistema multicapa cuando fijamos el número de bicapas en N = 5 y el espesor de la película de CoFeB se modificó entre 1 y 5 Å. A continuación, hemos investigado los casos en los que se varía N entre 3 y 15 bicapas para muestras con un espesor de la capa de CoFeB (tCoFeB) de 3 y 4 Å. Además, se han estudiado otras estructuras, conocidas como “Exchange spring magnets”, y donde las multicapas [CoFeB(𝑡𝐶𝑜𝐹𝑒𝐵 = 3 Å)/Pd]5 constituyen el sistema magnéticamente duro y con PMA, mientras que la capa de Co es la parte magnética blanda con anisotropía en el plano de la muestra y un espesor (𝑡𝐶𝑜) que se modificó entre 0 y 25 Å. Estos estudios han sido complementados con medidas en el campo de las frecuencias empleando la espectroscopia VNA-FMR (Resonancia Ferromagnética basada en un Analizador de Redes). En el último capítulo de esta tesis doctoral, enfocamos nuestro trabajo a estudiar la posibilidad de modificar y manipular el magnetismo de una muestra mediante el campo eléctrico de la luz. De este modo, nuestro montaje TR-MO ha sido diseñado para ser capaz de emplear pulsos ultracortos en el régimen de pocos ciclos, con duraciones menores de 5 fs, y obtenidos mediante la técnica de post-compresión en fibra hueca rellena de gas. Se presentan resultados preliminares, empleando dichos pulsos ultracortos con su fase portadora-envolvente (CEP) estabilizada, que confirman que el proceso de desimanación del sistema de multicapas considerado se ve afectado directamente por el campo eléctrico de la luz. 2020-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/145301 [ES] La presente investigación, que corresponde al trabajo de tesis doctoral, nació de la inquietud por conseguir un pulso de luz con tan solo algunos pocos ciclos, y que fuese lo suficientemente energético para aplicaciones en investigación científica, basándose en la técnica de la post-compresión temporal en fibra hueca. Se ha investigado la posibilidad de acoplar un pulso láser a los modos altos de una fibra hueca, en un régimen de alta no linealidad, para formar una auto-compresión solitonica. La etapa inicial del trabajo consistió en la implementación de un modelo numérico capaz de describir la propagación espacio- temporal de un pulso en el interior del núcleo de la fibra hueca. En esta etapa se logró identificar los modos altos que mostraban la auto-compresión con la menor pérdida energética. Para clasificar las bondades de la auto-compresión se propuso un factor de calidad, que relaciona la intensidad pico del pulso y su duración temporal, tanto en el límite de Fourier como en el pulso medido. También logramos identificar la dinámica intermodal que tiene lugar durante el proceso de auto-compresión del pulso: se corroboró la transferencia energética oscilante entre distintos modos espaciales de la fibra, y se observó que los nuevos modos espaciales que se crean durante la propagación no lineal presentan dos contribuciones, una que se distancia del modo principal por el walk-off entre modos, y otra que queda atrapada por el modo principal que forma el haz láser. Este proceso de auto-compresión del pulso que presenta la dinámica de modos espaciales descrita anteriormente es lo que hemos denominado la formación de un "solitón temporal vestido". Adicionalmente, hemos comprobado que este tipo de solitones viene acompañado por la formación de ondas dispersivas (DW) en la zona del ultravioleta y, gracias al modelo numérico bidimensional que utilizamos, logramos identificar nuevas ondas dispersivas en la región del infrarrojo medio, cuyo origen está en la generación de ondas dispersivas intermodales. También pudimos conformar el carácter multimodal de la auto-compresión cuasi-solitónica, comparando la energía del solitón temporal vestido y la energía estimada para la formación de un solitón temporal monomodo propuesta por un trabajo previo. Para validar estos hallazgos teóricos se realizaron medidas experimentales, tanto espacio-espectrales como espacio-temporales (utilizando la técnica d-scan). Las medidas experimentales mostraron resultados alentadores, que conformarían uno de los resultados del trabajo teórico realizado previamente, la transferencia energética entre modos en un régimen de alta no linealidad. Adicionalmente, se realizaron simulaciones computacionales complementarias con los parámetros de laboratorio, que refuerzan los resultados experimentales, demostrando que la energía que porta el haz se transfiere del modo espacial fundamental (EH11) a los modos superiores. Podemos concluir que la propuesta de este trabajo de usar modos altos de la fibra hueca para inducir una auto-compresión en el pulso insertado permite generar pulsos de pocos ciclos en la zona del infrarrojo cercano (800 nm). Queda demostrado que el uso de modos altos de la fibra hueca permitiría lograr pulsos de apenas unos pocos ciclos, incluso de ciclo único. Entre las ventajas que tendría esta técnica estaría la de prescindir de la eta- pa de compensación de fase que tiene la técnica de post-compresión o, en caso de no ser posible, asegurá que la fase espectral generada durante la propagación no lineal es corregible. Por otro lado, la formación de ondas dispersivas en el infrarrojo medio abre nuevas posibilidades de generación en radiación de dicho rango espectral, que tiene enorme potencial en otros campos de la óptica. Finalmente, este trabajo da pie a continuar investigando y perfeccionando, tanto teórica y experimentalmente, la posibilidad de utilizar fibras huecas más cortas, o con distinta geometría, para lograr pulsos más energéticos o pulsos de un sólo ciclo. 2020-10-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/137359 [EN]In this work, formation of LIPSS (Laser Induced Periodic Surface Structures) on the surfaces of free standing and thin films of polymer and polymer based composites supported on silicon, glass, iron and poly (ethylene terephthalate) PET, was studied. The species investigated were PET, PET/EG (Expanded Graphite), poly (trimethylene terephthalate) PTT, PTT/SWCNT (Single Wall Carbon Nanotubes), PTT/EG + SWCNT, the copolymer poly (trimethylene terephthalate) - poly (tetramethylene oxide) PTT-PTMO and PTT-PTMO/SiC (Silicon Carbide). Laser irradiation was carried out by means of ultraviolet nanosecond laser pulses (266 nm, 8 ns, 10 Hz) on free standing samples, and ultraviolet (265 nm, 260 fs, 1 kHz) and near infrared (795 nm, 120 fs, 1 kHz) femtosecond laser pulses, on both free standing and thin films. Low Spatial Frequency LIPSS (LSFL) were induced in all materials upon irradiation with ultraviolet nanosecond and femtosecond pulses. In the case of UV femtosecond pulses, the structures appear in both free standing and thin films (all the substrates). Furthermore, laser irradiation with near infrared femtosecond pulses lead to the generation of LSFL when the polymers and composites are deposited on silicon and, LSFL and High Spatial Frequency LIPSS (HSFL) when the substrate is glass. For the rest of the samples, formation of nanostructures was not reported. Topography of the irradiated samples reveals that the formation of good quality LIPSS depends strongly on the parameters of irradiation (fluence and number of pulses). In all cases, LSFL have a period close to the irradiation wavelength and were formed parallel to the polarization of the laser beam. Moreover, HSFL exhibit a period much smaller than the irradiation wavelength (~ 100 nm) and were perpendicular to the polarization vector. In order to monitor the modification of the physicochemical properties of the surfaces after irradiation, some analytical techniques were performed in both irradiated and non-irradiated samples. Raman spectroscopy was useful to account for possible chemical modifications in the materials after irradiation. Important changes were not found in Raman spectra of the surfaces after irradiation in comparison to those of non-irradiated samples. Contact angle measurements were carried out using different reference liquids (water, glycerol and paraffin oil) to measure the wettability and the solid surface free energies. In all cases, the samples became more hydrophilic after ultraviolet irradiation (nanosecond nd femtosecond pulses). On other hand, the samples evolve to a more hydrophobic state under near infrared femtosecond laser irradiation. The values of the surface free energy components showed remarkable changes after nanostructuring, mainly, in the polarity of the surface energy. Additionally, adhesion measurements were performed by using the colloidal probe technique in order to characterize the surface forces in the micrometer range. When irradiated, force adhesion increased in some of the samples whereas it decreased for some others. Finally, nanomechanical properties were measured by the PeakForce Quantitative Nanomechanical Mapping method, obtaining maps of elastic modulus, mechanical adhesion resistance and deformation. In non-irradiated samples, PET/EG 0.4 wt. % had an elastic modulus higher than the undoped polymer matrix. For PTT and its composites, the changes from one material to each other were negligible. The measurements were affected by the abrupt surface topography in the case of the copolymer and its composite. The adhesion force and the deformation did not show significant differences between polymers and their composites. After irradiation, it was found that the nanomechanical properties were always modulated by the LIPSS topography. At the top and bottom of the nanostructures, an increment of the elastic modulus was observed. In the presence of LIPSS, the adhesion force exhibited either a decrement or remain unchanged with regard to the raw polymer or composite. Finally, nanostructuring did not lead to significant changes in the magnitude of the deformation of the materials.; [ES]En este trabajo de tesis doctoral se estudió la formación de estructuras superficiales periódicas inducidas por láser (LIPSS, siglas del inglés Laser Induced Periodic Surface Structures) en polímeros y compuestos de matriz polimérica en forma de películas delgadas, autosoportadas y soportadas en diferentes sustratos, como son silicio, vidrio, hierro y poli (etilén tereftalato) (PET). Los polímeros y compuestos estudiados son PET, PET/EG (Grafito Expandido, de las siglas en inglés de Expanded Graphite), poli (trimetilén tereftalato) (PTT), PTT/SWCNT (Nanotubos de carbono de pared simple, de las siglas en inglés de Single Wall Carbon Nanotubes), PTT/EG + SWCNT, el copolímero poli (trimetilén tereftalato) - poli (óxido de tetrametileno) (PTT-PTMO) y PTT-PTMO/SiC (Carburo de Silicio). La irradiación láser se llevó a cabo usando pulsos láser de nanosegundos en el ultravioleta (266 nm, 8 ns, 10 Hz), en muestras autosoportadas, y pulsos láser de femtosegundos en el ultravioleta (265 nm, 260 fs, 1 kHz) e infrarrojo (795 nm, 120 fs, 1 kHz), en películas tanto autosoportadas como soportadas. La irradiación con pulsos de nanosegundos y femtosegundos en el ultravioleta indujo la formación de LIPSS de baja frecuencia espacial (LSFL, de las siglas en inglés de Low Spatial Frequency LIPSS) en todos los materiales. Específicamente, en el caso de irradiación con femtosegundos a esta longitud de onda, los cambios se produjeron en ambos tipos de muestras, películas autosoportadas y soportadas en los distintos sustratos. Por otro lado, la irradiación con pulsos de infrarrojo de femtosegundos dio lugar a LSFL en los materiales depositados sobre sustrato de silicio y, a LSFL y LIPSS de alta frecuencia espacial (HFSL, de las siglas en inglés de High Spatial Frequency LIPSS), en los materiales depositados sobre vidrio. Para las muestras autosoportadas y el resto de muestras depositadas, no se observó la formación de estructuras periódicas. La caracterización topográfica revela que la dinámica de formación de LIPSS depende de los parámetros de irradiación (fluencia y número de pulsos). En todos los casos, las LFSL tienen un periodo cercano a la longitud de onda y están alineadas paralelamente al vector de polarización del haz incidente. Por otra parte, las HFSL presentan un periodo mucho menor a la longitud de onda (~ 100 nm) y se formaron perpendicularmente a la dirección de polarización. Una posterior caracterización se llevó a cabo mediante diferentes técnicas analíticas con el fin de determinar cambios en las propiedades fisicoquímicas de las muestras. La espectroscopia Raman sirvió para monitorizar las modificaciones químicas en las superficies tras la irradiación láser. No se encontraron cambios significativos entre los espectros Raman de las muestras sin irradiar y los de las superficies irradiadas. Se realizaron medidas de ángulo de contacto, usando diferentes líquidos de prueba (agua, glicerol y aceite de parafina), para determinar tanto la mojabilidad como las energías libres superficiales de las muestras. En todos los casos, las muestras se volvieron más hidrófilas con la irradiación con pulsos con longitudes de onda en el ultravioleta (nanosegundos y femtosegundos). Por otra parte, las superficies se tornaron más hidrófobas bajo irradiación de femtosegundos en el infrarrojo. Los valores calculados para los componentes de la energía libre superficial mostraron importantes cambios tras el nanoestructurado, sobre todo en las componentes polares. Adicionalmente, se llevaron a cabo mediciones de la adhesión usando la técnica de la punta coloidal en el rango micrométrico. En presencia de LIPSS, se observaron diferentes tendencias, de forma que mientras que en algunos casos la magnitud de la fuerza de adhesión aumentó, en otros disminuyó. Finalmente, se evaluaron las propiedades nanomecánicas mediante la técnica de mapeo cuantitativo en AFM. Se obtuvieron distribuciones del módulo elástico, la fuerza de adhesión y la deformación en muestras irradiadas y sin irradiar. En muestras no irradiadas, hubo un aumento del módulo elástico en PET/EG 0.4 wt. % con respecto a su matriz sin dopar. En el caso del PTT y sus compuestos, no se obtuvieron variaciones importantes de un material a otro. Para el copolímero y su compuesto, las mediciones se vieron afectadas por la topografía abrupta de las superficies. En cuanto a la fuerza de adhesión y la deformación, no se presentaron diferencias significativas entre las matrices poliméricas sin dopar y sus compuestos. Tras la irradiación se encontró, en todos los casos, que las propiedades nanomecánicas están moduladas por la topografía de las estructuras generadas. Un posterior análisis en las crestas y valles de las estructuras mostró un incremento en los valores del módulo elástico para materiales nanoestructurados. Para la fuerza de adhesión, o disminuye el valor o se mantiene constante. Por último, los valores de la deformación no presentaron cambios importantes tras el nanoestructurado láser. 2018-03-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/135755 [ES]El microprocesado de materiales transparentes con pulsos láser ultracortos ha atraído un creciente interés en la investigación debido a las propiedades únicas de la interacción lásermateria a escalas de tiempo ultracortas. En particular, la posibilidad de producir modificaciones locales controladas del índice de refracción en dieléctricos abrió la puerta a la microfabricación 3D de circuitos fotónicos integrados. En este trabajo se presentan nuevas estrategias para la optimización de las técnicas para la fabricación de guías de ondas ópticas en materiales cristalinos, así como para su caracterización. El uso de estas estrategias es una contribución al desarrollo tecnológico para la fabricación de dispositivos fotónicos complejos. Las estructuras fotónicas fabricadas están basadas en modificaciones Tipo II en cristales, en este contexto distintas técnicas tales como Guías con estrés inducido y Guías depressed cladding fueron utilizadas. En el caso de las guías de onda con estrés inducido, se utilizó un nuevo esquema de fabricación en el que se utilizó un interferómetro para generar dos haces láser de femtosegundos que, enfocados con cierta separación lateral dentro del cristal, producen simultáneamente dos tracks de da con un solo barrido. Por otra parte, se presenta la fabricación de arreglos de guías de onda basados en guías depressed cladding. Los arreglos consisten en guías de ondas hexagonales divergentes entre sí y con distintas separaciones entre ellas a la salida del cristal. Los resultados muestran un rendimiento óptimo de las estructuras fabricadas y sugieren un uso potencial en aplicaciones fotónicas tales como linternas fotónicas, las cuales pueden ser f當ilmente implementadas en otros materiales transparentes. También se presenta un nuevo tipo de estructuras llamadas guías con estructura fotónicas que emulan en forma, a las fibras de cristal fotónico. Estas estructuras presentan características atractivas tales como el hecho de poder manipular su sección transversal a lo largo de la guía de onda introduciendo defectos axiales que permitan la manipulación del haz de una manera controlada y reproducible. Esta importante característica ofrece la posibilidad de fabricar estructuras monolíticas. También se presenta un estudio de las modificaciones inducidas por pulsos de femtosegundos en la cerámica nanoestructurada YSZ, un material prometedor para aplicaciones biomédicas, así como el estudio y la integración de guías de ondas ópticas en este material. Además se caracterizaron propiedades tales como el umbral de ablación y las propiedades ópticas no lineales. Finalmente, se presenta un estudio preliminar de las características temporales pulsos ultracortos al propagarse en distintos tipos de guías de onda.; [EN]Ultrafast laser microprocessing of transparent materials has attracted an increasing research interest due to the unique properties of laser-matter interaction at ultrashort time scales. In particular, the possibility to produce controlled local modifications of the refractive index in dielectrics opened the door to the microfabrication of 3D integrated photonic circuits. In this work, new strategies for the optimization of the techniques for the fabrication of optical waveguides in crystalline materials as well as as for their characterization are presented. The use of these strategies is a contribution to the technological development for the fabrication of integrated complex photonic devices. The fabricated photonic structures are based on Type II modifications in crystals and different techniques were used such as Stressed induced waveguides and Depressed cladding waveguides. In the case of stressed induced waveguides a new approach in which an interferometer was used to generate two femtosecond laser beams that, focused with certain lateral separation inside the crystal, produced two simultaneous parallel damage tracks with a single scan. On the other hand, the fabrication of waveguides arrays based on depressed cladding waveguides is presented. The arrays consist of divergent hexagonal waveguides with different separations between the waveguides at the exit of the crystal. The results show a good performance of the fabricated structures and suggest a promising potential use in photonic applications such as photonic lanterns, which can be easily implemented in other transparent materials. It is also presented a novel kind of structures called photonic lattice-like structures which emulates in shape, the photonic crystal fibers. These structures present attractive characteristics such the fact of being able to manipulate the cross section along the waveguide by introducing axial defects which allows beam manipulation in a controlled and reproducible manner. This important characteristic offers the possibility of fabricate monolithic structures. A study of the ultrafast laser-induced modifications of femtoseconds pulses in the nanostructured polycrystalline YSZ ceramic, a very promising material for bio-medical applications, as well as the study and the integration of optical waveguides in this material is also presented. In addition, properties such as the ablation threshold and the nonlinear optical properties were characterized. Finally, a preliminary study of the temporal features of ultrashort pulses propagating to different types of waveguides is presented. 2017-07-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/132963 [ES] Hoy en dia los pulsos laser de femtosegundo son generados rutinariamente y, gracias a su alta potencia pico y corta duracion, se usan en un amplio n umero de aplicaciones, desde el ambito industrial al m edico o cient co. Por ejemplo son aplicados para observar el movimiento de las moleculas dentro de una reacci on qu mica, o para acelerar electrones o incluso part culas m as pesadas. La presente tesis de doctorado est a dedicada a una de las multiples aplicaciones de los pulsos de femtosegundo: la generaci on de arm onicos de orden alto (HHG). HHG es un proceso donde un pulso de alta potencia genera nuevas frecuencias, por encima del l mite actual de longitudes de onda accesibles con laseres convencionales. Temporalmente, la radiaci on generada es emitida en forma de un tren de pulsos con una duraci on de centenares de attosegundos (incluso decenas en algunos casos), lo que a~nade inter es a esta aplicaci on. En los experimentos detallados en este trabajo estudiamos la dependencia de la HHG en parametros clave del proceso, como son la fase del pulso generador, la posici on del jet de gas o las condiciones de focalizaci on. Esto nos permite controlar las caracter sticas de la radiaci on XUV emitida. Adem as, analizamos la relevancia de la propagaci on macrosc opica de estas nuevas frequencias, incluyendo una comparaci on con simulaciones te oricas. Ya que la HHG precisa de pulsos de femtosegundo, se hace necesario entender c omo trabajar con ellos. Con este prop osito, en el primer cap tulo de la tesis se describen los pulsos de femtosegundo, inclu da su generaci on, caracterizaci on y propagaci on. Hemos usado nuevas t ecnicas de caracterizaci on, como STARFISH, o desarrollado otras como la versi on en un solo disparo de l d-scan. Se han estudiado tambi en los efectos no lineales que aparecen en la propagaci on de un pulso de femtosegundo, los cuales inducen cambios en su espectro y per l espacial. En el segundo cap tulo, se describe la HHG, el montaje experimental del que se dispone en el laboratorio y los principales resultados. El primer experimento analiza la in uencia de la propagaci on no lineal en el gas en los arm onicos emitidos. Adem as, se han realizado dos experimentos para estudiar la in uencia del acuerdo de fase en la generaci on de radiaci on XUV, en los que se ha visto que juega un papel fundamental en la creaci on de un continuo en el espectro XUV y en la dependencia con la CEP del pulso generador. Tambi en se han estudiado focalizaciones alternativas, como es el uso de un singlete con aberraci on crom atica o de un v ortice infrarrojo con momento angular orbital.; [EN] Femtosecond laser pulses are nowadays routinely generated and, thanks to their high peak power and short duration, are used in a wide range of applications, either industrial, medical or scienti c. They are used, for instance, to observe the molecular motion inside a chemical reaction, or to accelerate electrons or heavier particles. This PhD thesis is devoted to one of the many applications of femtosecond pulses: the high-order harmonic generation (HHG). HHG is a process where a high power pulse drives the generation of new frequencies, far beyond the current limit of wavelengths achievable with conventional lasers. Temporally, the radiation generated is emitted in bursts of pulses with a duration of hundreds of attosecond (even dozens in some cases), which adds interest to this application. In the experiments presented in this work we study the HHG dependence on key parameters in the generation, such as phase of the driving pulse, gas-jet position or focusing conditions. This allows us to control the characteristics of the emitted XUV radiation. In addition, macroscopic propagation of the new frequencies relevance in the emitted radiation is examined through comparison to theoretical simulations. Since HHG is driven by femtosecond pulses, it is essential to understand how to work with them. For this purpose, in the rst chapter of the thesis, femtosecond pulses are described, including their generation, characterization and propagation. Novel techniques of characterization have been used, as STARFISH or developed, as single-shot d-scan (developed in Paper I), which are detailed in Section 1.3. Propagation of femtosecond pulses can lead to nonlinear e ects that induce spectral and spatial changes in the pulse, as explained in Section 1.4. During this thesis work, we have studied two nonlinear propagation regimes: Paper II is devoted to study how the driving pulse lamentation a ects on the HHG, and Paper III is dedicated to post-compression in hollow core- ber. In the nal section, laser systems used in this thesis work are described. In the second chapter, HHG is described and main results reported. In Section 2.2 the experimental setup employed is detailed, and the following sections are devoted to the experiments carried out. In Paper IV the in uence of the phase-matching in the CEP dependence of the harmonics is studied, while in Paper V we analyze the generation of extreme ultraviolet (XUV) continuum. Finally, alternative focusing schemes are examined: in Paper VI, infrared generating pulses are focused by means of a chromatic singlet lens, while in Section 2.5.2, XUV vortices are generated by using a driving pulse with orbital angular momentum. 2016-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/128253 [EN] This thesis reports on theoretical investigation of the High-order Harmonic Generation (HHG) process beyond the standard procedure. According to the title, the term beyond refers to the fact we have developed and used an extension of the standard Strong-Field Approximation (SFA), denoted by us as SFA+. As we will see, this next order correction to the standard SFA consists of accounting for the ground-state dressing by the electromagnetic field. SFA+ has been developed in the standard framework of the S-matrix formalism without resorting to the saddle point approximation. Therefore it provides a compact, fully quantum (not semiclassical) description, allowing in many cases a more efficient computation. All results are tested against the 3D TDSE in a wide range of parameters, such as different pulse shapes, peak laser intensities and laser wavelengths. In the second part of this thesis (chapter 3) we will expose two new proposals to achieve high energy photons via HHG. Again, in consistence with the title, in this case the term beyond accounts the fact that we study how to increase the harmonic cut-off in the HHG spectra by different techniques from the conventional approaches. Our first method consists of sculpting the driving laser pulse delaying in time two pulses of the same color and overlaping they with an adequate delay. The resulting waveform presents particular advantages, in comparision with the conventional approaches, to increase efficiently the harmonic cut-off. Our second proposal emerges from the study of the HHG at ultra-high laser intensities, exceeding the usual regime (tunnel regime) where the HHG takes place. The HHG process beyond the tunnel regime has been scarcely studied in the literature. In this context a detailed study of the intra-cyle electron dynamics using classical trajectories as well as the full quantum analysis is carried out. Besides, the possibility of synthetising isolated attosecond pulses at this intensity regime, by means of ionization gating, is also investigated.; [ES]En esta tesis se lleva a cabo un estudio teórico del proceso conocido como Generación de Armónicos de Orden Alto en un contexto diferente al que habitualmente aparece en la literatura. De acuerdo con el título, en la primera parte de la tesis, el término "beyond" (más allá) implica que abordamos el estudio del citado proceso desarrollando primero, y usando después, una extensión del formalismo estandar conocido como Aproximación de Campo Intenso o SFA (de sus siglas en inglés Strong Field Approximation). Dicha extensión la hemos denotado como SFA+. Las dos aportaciones novedosas del formalismo SFA+ consisten, por un lado, en no utilizar la aproximación de fase estacionaria y por otro en tener en cuenta el efecto del campo externo en la dinámica del estado fundamental durante el proceso de interacción láser-átomo. La primera aportación mejora la descripción del proceso de generación de armónicos permitiendo una descripción puramente cuántica (y no semiclásica como la SFA estandar) del citado proceso. El segundo hecho, tiene importantes consecuencias en la correcta descripción del escalado de la eficiencia del espectro de armónicos al incrementarse la longitud de onda de láser incidente. Esta línea representa actualmente un campo de investigación teórico-experimental puntero en la Física de Láseres Intensos. En la segunda parte de ésta tesis se estudian dos nuevas técnicas para generar radiación coherente de alta energía, via la generación de armónicos. De nuevo, en consistencia con el título, en este caso, el término "beyond" alude al hecho de que las dos técnicas propuestas se basan en métodos diferentes a los convencionales para generar fotones en el rango de los rayos X blandos. La primera técnica consiste en " esculpir " el pulso láser incidente, dividiendo éste en dos réplicas idénticas y superponiéndolas con un retraso temporal adecuado justo antes de la interacción con el átomo. La forma de pulso así obtenida hace más eficiente el proceso de recombinación electrónica generándose así fotones de mayor energía que con un pulso convencional. La segunda técnica consiste en estudiar la generación de armónicos a altas intensidades láser, más alla del conocido régimen túnel, donde habitualmente tiene lugar el proceso de generación de armónicos. Esta situación apenas ha sido estudiada en la literatura. Mediante un estudio detallado de la dinámica que tiene lugar en los primeros ciclos de determinados pulsos láser, concluímos que la pérdida de eficiencia debido al efecto de la saturación puede ser evitada. Al mismo tiempo se aborda la posibilidad de sintetizar pulsos de duración temporal en el rango de los attosegundos mediante el abrupto vaciamiento del átomo usando la técnica conocida como "puerta de ionización ". 2015-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/127370 [ES]Hoy en día las herramientas de la ciencia de attosegundos han abierto nuevas vías para acceder al movimiento electrónico ultra-rápido en la materia con resoluciones temporales y espaciales por primera vez observadas. La presente tesis está dedicada al estudio de cómo recuperar información estructural y dinámica asociada a los electrones en átomos y moléculas. Nuestro primer propósito consiste en aplicar algunos esquemas usados en Óptica para reconstruir la amplitud y la fase de pulsos láseres ultra-rápidos pero ahora aplicados a ondas de materia. Mediante el uso de los conceptos de la attosecond streak camera, demostramos que la aplicación de dos pulsos de attosegundos en presencia de un pulso láser de infrarrojo y con intensidad moderada, conduce a la emisión de dos paquetes de ondas de electrones (EWP). El interferograma resultante contiene información completa acerca de la diferencia de fase entre los dos eventos de ionización. Conceptualmente, tal esquema de ionización es equivalente a la técnica de caracterización en Óptica denominada Spectral Phase Interferometry for Direct Electric-field Reconstruction (SPIDER). De manera semejante a la seguida en Óptica, aplicamos el algoritmo SPIDER, pero en nuestro caso con el propósito de recuperar información estructural de sistemas atómicos. Dicha información está codificada en el elemento de transición dipolar complejo entre los estados ligados y los del continuo. Ésta información puede ser obtenida a partir del interferograma final de paquetes de ondas electrónicos y mediante el conocimiento previo de las características del láser. Por otro lado, el retado en la foto-emisión o tiempo de Wigner es una cantidad fundamental relacionada con la dinámica de un EWP cuando éste es ionizado mediante un pulso de attosegundos. La técnica attosecond streaking ha demostrado ser una de las herramientas adecuada para extraer el retardo en el proceso de foto-emisión. Sin embargo, y debido al acoplamiento entre el potencial de Coulomb y el láser (CLC), la información del tiempo de Wigner se observa mezclada en el proceso de medición. Como segundo propósito, en ésta tesis nosotros presentamos un método alternativo para remover el CLC en el proceso de medición del tiempo de Wigner. Con tal fin, usamos una molécula asimétrica tal como el CO. Mediante la medición de dos trazas streaking, una a la izquierda y otra a la derecha con respecto al eje de orientación molecular, el retardo temporal asimétrico izquiera-derecha es extraído. Con ello, demostramos que ésta simple asimetría en la medición de los retardos remueve completamente el llamado CLC. Simultáneamente, nuestros cálculos numéricos sugieren que la asimetría en el tiempo de Wigner es comparable al retardo relativo izquierda-derecha obtenido con el método streaking. 2014-12-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/124174 [ES]La continua evolución de la tecnología láser ha supuesto el desarrollo de innumerables aplicaciones en todos los sectores tecnológicos incluyendo los relacionados con el ámbito biomédico. Dentro de la gran variedad de sistemas láser existentes, unos cuantos, por sus especiales características a la hora de interaccionar con los tejidos biológicos, han despertado un enorme interés en el campo de la odontología. Entre estos sistemas, aquellos basados en la tecnología de pulsos ultracortos han irrumpido en los últimos años como una seria alternativa a procedimientos tradicionales de modificación o preparación de los tejidos dentales a resultas de sus extraordinarias propiedades de interacción, en concreto, la ausencia o minimización de los efectos mecánicos y térmicos adversos que son habituales cuando se emplean otras técnicas. Para la realización de la presente tesis doctoral nos propusimos investigar si este tipo de láseres podría constituir una herramienta de utilidad en el campo de la Odontología, en particular, si podría considerarse como una alternativa a los procesos tradicionales de adhesión a esmalte en el cementado de aditamentos ortodónticos, y a la preparación cavitaria en esta superficie, en la que el proceso tradicional se lleva a cabo mediante turbina y fresas. La técnica mecánica convencional de realización de cavidades presenta numerosos inconvenientes que llevan a una remoción no selectiva del tejido, dolor, necesidad de anestesia, producción de cracks y fisuras o efectos térmicos no deseados. Por otro lado, en lo que se refiere a la adhesión de brackets en ortodoncia, la práctica más extendida es realizarla mediante un acondicionamiento previo de la superficie biológica del esmalte con ácido ortofosfórico. Esta técnica también presenta diversas desventajas, entre las que destaca la desmineralización del tejido más superficial. Por estos motivos, se hace necesario buscar procedimientos alternativos que sean capaces de mantener la misma eficacia adhesiva proporcionada por el ácido ortofosfórico pero que a la vez, sean más conservadores y menos nocivos para la superficie del esmalte. Y ése es el contexto en el que los pulsos láser ultracortos se postulan como una técnica alternativa. Los resultados obtenidos en la presente teis llevan a las siguientes conclusiones: 1) El láser de pulso ultracorto tiene la capacidad de producir cavidades de alta precisión en el esmalte. Se presenta como una herramienta óptima para el tratamiento de la caries dental y como alternativa a la técnica mecánica convencional con turbina; 2) El láser de pulso ultracorto sin el empleo de un acondicionamiento ácido previo permite obtener eficacias adhesivas similares a las obtenidas con el grabado con ácido ortofosfórico eliminando, a su vez, los efectos adversos provocados por éste, con lo cual se plantea como una buena alternativa para el cementado de brackets de ortodoncia en el esmalte; 3) Para obtener una eficacia adhesiva adecuada en el cementado de brackets sobre el esmalte con el láser de pulsos ultracortos, se deben obtener densidades en el patrón de microestructurado elevadas con barridos separados de 15 a 90 µm. Sin embargo, para obtener una correcta eficacia adhesiva esmalte- bracket, evitar el daño iatrogénico excesivo, realizar un procesado más rápido de la superficie dentaria y preservar gran cantidad de esmalte intacto, los patrones excesivamente densos no son adecuados, siendo preferibles densidades más bajas. 2014-01-10T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/123846 [ES]El instrumental rotatorio ha sido utilizado para la preparación cavitaria y la remoción de caries desde los inicios de la operatoria dental. Sin embargo, esta técnica presenta algunos inconvenientes entre los que podemos destacar los efectos térmicos y mecánicos sobre la superficie. Por ello, el láser se presenta como una alternativa a la técnica convencional para intentar minimizar o anular dichos efectos que pueden comprometer la vitalidad pulpar y la eficacia adhesiva de las resinas a largo plazo. Entre todos los láseres existentes los únicos aprobados por la FDA para la ablación de los tejidos duros dentales son los láseres de erbio; sin embargo, aunque estos láseres poseen numerosas ventajas siguen produciendo un aumento de la temperatura sobre los tejidos tratados, por lo que hay que seguir investigando otro tipo de láseres, entre los cuales el láser de Ti:Zafiro se presenta como el más idóneo debido a sus especiales características de ablación. En esta tesis se realizó un análisis morfológico con microscopía de las cavidades realizadas con turbina y con el láser de Ti:Zafiro, modificando diferentes parámetros. Posteriormente evaluamos la eficacia adhesiva a dicha superficie con los sistemas adhesivos más empleados actualmente en odontología y la comparamos con la obtenida en la superficie sin tratar y tras la irradiación con el láser de Er:YAG. Además, evaluamos el efecto del ácido ortofosfórico de un adhesivo de grabado total de dos pasos y el efecto del la modificación de la energía de pulso del láseres en las fuerzas de microtensión a la dentina irradiada con el láser de Ti:Zafiro. El empleo del láser permite realizar cavidades de gran precisión en dentina evitando los efectos nocivos del instrumental rotatorio con turbina; sin embargo, la adhesión a dicha superficie con los sistemas adhesivos disponibles actualmente no sería la adecuada ya que el patrón tradicional de adhesión basa su mecanismo de acción en el tratamiento del barrillo dentinario y la formación de una adecuada capa o complejo híbrido,por lo que habría que replantear la composición y el mecanismo de acción de los sistemas adhesivos para que permitiesen modificar el patrón tradicional de adhesión adecuándolo más a la superficie obtenida tras la irradiación y permitiendo la simplificación de los pasos. 2014-03-07T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/121369 [EN]During the past two decades, progress in the field of ultra-intense and ultra-short lasers has improved our understanding of the subject under intense laser fields. Unlike other nonperturbative fields of physics, the availability of intense laser technology in medium-sized laboratories worldwide has provided a fruitful interaction between theory and experiment. This thesis is an example of this interaction. Intense electromagnetic radiation induces a strong nonlinear response in the subject. The atomic electrons gain energy from the laser field, which can be subsequently released as high-frequency coherent radiation, a process known as generation of high order harmonics (HHG, from its acronym in English). Conventional lasers absence of these higher frequencies has fueled interest in developing technology as a tool for HHG coherent light sources of short wavelength. Until recently, ultra-intense laser technology was limited to wavelengths of near infrared (around 800 nm) and conversion into higher-order harmonics was limited to the far-ultraviolet region (XUV). Currently, with the improvement of the parametric inversion techniques, this limit is in soft X-rays. However, from the beginning recognized the potential applications of HHG process, beyond a natural high frequency coherent radiation. HHG spectrum consists of a comb of harmonics which extend to the so-called cutoff frequency. In the spectral region near this cut harmonics have similar intensities and, even more interestingly, the spectral phase distribution is smooth. With these two assumptions, after filtering the low frequency spectrum, the resulting radiation corresponds to a train of ultrashort pulses in the XUV region, lasting about a few hundred attoseconds (1 attosecond = 10-18 sec), spaced regularly every half cycle of the laser incident. Following early experimental confirmation of the century, they are considered coherent light pulses shorter ever created. This technology is starting to pay off, as already identified different applications for discriminating ultrafast processes (in the attosecond regime) in the dynamics of physical systems, chemical and biological. The aim of this thesis is to make a new and original contribution in this field. The core of this study is the development of theoretical methods to simulate the experiments. This strategy contains a double aspect. First, the theory used to understand the results obtained experimentally. We have developed our own experiments, we contrast directly with the theoretical results and also we have worked with two experimental groups at the international level in order to simulate their experiments. Second, we have applied our theory to predict new physical processes and thus serve as a guide for conducting new experiments. The starting point of this thesis is based on the theory SFA +, previously developed in the area of ​​optics at the University of Salamanca, for calculating the process of generating high order harmonics in a single atom, a microscopic level. This method, as well as an extensive introduction to the HHG process, is exposed along the chapter 1. Our first objective was to develop a propagation scheme of higher order harmonics which allows the simulation of the process on a macroscopic scale, so that the theory is comparable to the experiments. To do this, we implemented a new propagation technique based on the discrete dipole approximation. This technique, as well as the basics for understanding the propagation of high-order harmonics, are developed in chapter 2. In Chapter 3, studied the propagation of a high order harmonic fields generated by laser wavelength in the near infrared, targeted cells jets or low density gas. As a first test, we analyzed theoretically and experimentally the change in conditions of phase adjustment that results from positioning the gas stream at various positions along the axis of propagation. Once experimentally validated our theoretical method, we propose an alternative to shorten attosecond pulses, by detecting different angles from the axis of propagation. We then present a study of the transverse coherence length, comparing our theoretical and experimental results. Finally, we implemented the cell geometry of a semi-infinite gas in our propagation code, in order to understand the experimental results obtained by the group of M. Kovacev, University of Hannover (Germany). In Chapter 4 we have modified our method to study the harmonics generation ultra-high, produced using wavelength lasers in the mid-infrared (approximately 4 microns), in collaboration with the theoretical group A. Becker and A. Jaron-Becker, of JILA, University of Colorado (USA). The main result of this paper is the demonstration of the temporal coherence of X-rays with energy kiloelectronvoltio obtained in the experimental group M. Murnane and H. Kapteyn at JILA, University of Colorado (USA), who led an international collaboration which also included the Technical University of Vienna (Austria), Cornell University (USA) and our group. Further to this work, and thanks to the development of our theoretical methods, we have derived a way to obtain light pulses in the X-ray regime zeptosegundos (1 zeptosegundo = 10 to 21 seconds).; [ES]Durante las últimas dos décadas, el avance en el campo de los láseres ultraintensos y ultracortos ha mejorado nuestra comprensión de la materia sometida a campos láser intensos. A diferencia de otros campos no perturbativos de la física, la disponibilidad de la tecnología de láseres intensos en laboratorios de tamaño medio a nivel mundial ha proporcionado una fructífera interacción entre la teoría y los experimentos. Esta tesis es un ejemplo de esta interacción. La radiación electromagnética intensa induce una fuerte respuesta no lineal en la materia. Los electrones atómicos adquieren energía del campo láser, que puede ser posteriormente liberada en forma de radiación coherente de alta frecuencia, en un proceso conocido como generación de armónicos de orden elevado (HHG, procedente de sus siglas en inglés). La ausencia de láseres convencionales a estas frecuencias elevadas ha impulsado el interés tecnológico en el desarrollo de HHG como herramienta para conseguir fuentes coherente de luz de longitud de onda corta. Hasta hace muy poco, la tecnología de láseres ultraintensos se limitaba a longitudes de onda del infrarrojo cercano (alrededor de 800 nm) y la conversión en armónicos de orden elevado se limitaba a la región del ultravioleta lejano (XUV). Actualmente, con la mejoría de las técnicas de inversión paramétrica, este límite se encuentra en los rayos X blandos. Sin embargo, desde el inicio se reconocieron las aplicaciones potenciales del proceso HHG, más allá de las naturales de una radiación coherente de alta frecuencia. El espectro de HHG consiste en un peine de armónicos que se extienden hasta la denominada frecuencia de corte. En la región espectral cercana a este corte, los armónicos tienen intensidades similares y, lo que es más interesante aún, su distribución de fase espectral es suave. Con estas dos premisas, tras filtrar el espectro de baja frecuencia, la radiación resultante se corresponde a un tren de pulsos ultracortos en la región XUV, con duraciones en torno a unos cuantos centenares de attosegundos (1 attosegundo = 10-18 segundos), espaciadas regularmente cada medio ciclo del láser incidente. Tras su confirmación experimental a comienzos del siglo XXI, éstos son considerados los pulsos de luz coherente más cortos jamás creados. Esta tecnología está dando sus primeros frutos, pues ya se han identificado distintas aplicaciones para discriminar procesos ultrarrápidos (en el régimen de los attosegundos) en la dinámica de sistemas físicos, químicos y biológicos. El objetivo de esta tesis es realizar una contribución novedosa y original en este campo. El núcleo principal de este estudio consiste en el desarrollo de métodos teóricos para simular los experimentos. Esta estrategia contiene una vertiente doble. En primer lugar, la teoría se utiliza para comprender los resultados obtenidos experimentalmente. Para ello hemos desarrollado nuestros propios experimentos, que contrastamos directamente con los resultados teóricos y, además, hemos colaborado con dos grupos experimentales a nivel internacional con el objetivo de simular sus experimentos. En segundo lugar, hemos aplicado nuestra teoría para predecir nuevos procesos físicos y, de este modo servir de guía para la realización de nuevos experimentos. El punto de partida de esta tesis se basa en la teoría SFA+, desarrollada previamente en el área de óptica de la Universidad de Salamanca, para el cálculo del proceso de generación de armónicos de orden elevado en un solo átomo, a nivel microscópico. Este método, así como una extensa introducción al proceso HHG, se expone a lo largo del capítulo 1. Nuestro primer objetivo ha sido desarrollar un esquema de propagación de los armónicos de orden elevado que permite la simulación del proceso a escala macroscópica, de manera que la teoría sea comparable a los experimentos. Para ello, hemos implementado una nueva técnica de propagación basada en la aproximación dipolar discreta. Esta técnica, así como los fundamentos para la comprensión de la propagación de armónicos de orden elevado, se desarrollan en el capítulo 2. En el capítulo 3 estudiamos la propagación de armónicos de orden elevado generados por campos láser de longitud de onda en el infrarrojo cercano, focalizados en chorros o celdas de gas de baja densidad. Como primer test, hemos analizado teórica y experimentalmente el cambio en las condiciones de ajuste de fases que resulta de situar el chorro de gas en distintas posiciones a lo largo del eje de propagación. Una vez validado nuestro método teórico experimentalmente, proponemos una alternativa para acortar los pulsos de attosegundo, mediante su detección bajo distintos ángulos desde el eje de propagación. Posteriormente presentamos un estudio de la longitud de coherencia transversal, comparando nuestros resultados teóricos y experimentales. Finalmente, hemos implementado la geometría de una celda de gas semi-infinita en nuestro código de propagación, con el objetivo de comprender los resultados experimentales obtenidos por el grupo de M. Kovacev, en la Universidad de Hannover (Alemania). En el capítulo 4 hemos modificado nuestro método para estudiar la generación armónicos de orden ultra-elevado, producidos utilizando láseres de longitud de onda en el infrarrojo medio (aproximadamente de 4 µm), en colaboración con el grupo teórico de A. Becker y A. Jaron-Becker, del JILA, en la Universidad de Colorado (EEUU). El resultado principal de este trabajo consiste en la demostración de la coherencia temporal de los rayos X con energía de kiloelectronvoltio obtenidos en el grupo experimental de M. Murnane y H. Kapteyn en el JILA, Universidad de Colorado (EEUU), que lideró una colaboración internacional en la que también participaron la Universidad Técnica de Viena (Austria), la Universidad de Cornell (EEUU) y nuestro grupo. Como continuación a este trabajo, y gracias al desarrollo de nuestros métodos teóricos, hemos derivado un camino para obtener pulsos de luz de rayos X en el régimen de los zeptosegundos (1 zeptosegundo=10-21 segundos). 2012-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/121341 [ES] Desde la primera demostración experimental en 1960, el láser ha revolucionado campos tan diversos como la Física, la Química o la Medicina. La atención se centró pronto en conseguir pulsos cada vez más cortos y energéticos. Con este propósito surgieron varias técnicas como el Q-switching o el mode locking, hasta la aparición en 1985 de la tecnología CPA (chirped pulse amplification). La potencia pico alcanzada por los sistemas CPA abrió nuevas fronteras en el procesado de materiales, la aceleración de partículas o la microcirugía, y dio lugar a nuevas disciplinas como la attociencia y la femtoquímica. Hoy en día el interés de la comunidad científica reside en implementar las aplicaciones de los láseres de femtosegundo, así como en nuevos avances en su tecnología. Muchas de estas aplicaciones requieren longitudes de onda diferentes a las proporcionadas por las fuentes láser existentes actualmente, a las que se accede a través de procesos ópticos no lineales. Aunque ha habido un gran progreso durante la última década en relación al estudio de los procesos no lineales, algunas cuestiones aún deben ser abordadas. El objetivo de esta tesis es, por un lado, la optimización de procesos no lineales con un láser CPA de Ti:zafiro (pulsos 120 fs con 1 mJ de energía a 1 kHz de repetición), a través del control del frente de ondas y, por otro, el desarrollo de herramientas de diagnóstico espacial adecuadas para este tipo de sistemas. El trabajo está organizado en cuatro bloques de conocimiento. El primero de ellos está dedicado a las bases de la detección del frente de onda y sus aplicaciones. En dicho sentido, se presenta una completa caracterización del sistema láser operativo en la Universidad de Salamanca, monitorizando para ello el comportamiento a lo largo de diferentes puntos de la cadena CPA y estudiando su estabilidad temporal. En el mismo bloque, caracterizamos la dinámica de chorros de gas utilizados en experimentos de generación de electrones y armónicos de orden alto, relacionando la densidad de gas con los cambios en la fase, lo que permite la optimización del esquema experimental. Además, la caracterización del perfil y la fase del haz también es utilizada como parámetro de entrada para códigos de simulación y propagación no lineal. Por último, se propone un esquema de postcompresión basado en filamentación con haces astigmáticos, demostrándose que es posible obtener pulsos más cortos y energéticos que en condiciones análogas con una lente esférica. El segundo bloque presenta una caracterización del proceso de generación de segundo armónico con haces aberrados, tanto a nivel teórico (a través de simulaciones) como a nivel experimental, y sus consecuencias en términos de focalización, perfil de haz, frente de ondas y chirp espacial. En la tercera sección desarrollamos un nuevo método para la medida de la fase espacial, dirigido a solventar algunos de los problemas que presentan las técnicas tradicionales. El método está basado en la generación de segundo armónico, haciendo uso de la fuerte dependencia que este proceso exhibe con el ángulo formado entre el vector de ondas (perpendicular a la superficie del frente de onda) y el eje óptico. Para ello, se desarrolla un algoritmo de reconstrucción, así como un programa de simulación que nos permite discutir la validez del método y las restricciones del mismo. Se consiguen reconstrucciones con una desviación del 3% respecto al valor dado por un sensor comercial y se demuestra también, su validez al trabajar con haces que presentan discontinuidades. Además, demostramos la capacidad de la técnica espacio-temporal STARFISH para resolver el frente de onda en función de la frecuencia. Por último, la presente tesis se centra en la generación y optimización de la generación de supercontinuo en sólidos usando óptica difractiva obteniendo novedosos resultados frente al esquema tradicional, en términos de sintonización espectral. Además se reporta la existencia de un ala anti-Stokes, consiguiendo una frecuencia de corte mayor que con una lente refractiva en las mismas condiciones; [EN] Since the first experimental demonstration in 1960, lasers have revolutionized fields as diverse as physics, chemistry or medicine. The early focus was on getting ever shorter pulses and energy. For this purpose several techniques emerged as the Q-switching or mode locking, until the appearance in 1985 of technology CPA (chirped press amplification). The peak power achieved by CPA systems opened new frontiers in materials processing, particle acceleration or microsurgery, and resulted in new disciplines such as attociencia and femtochemistry. Today the scientific community's interest lies in implementing applications of femtosecond lasers, as well as new advances in technology. Many of these applications require different wavelengths to those provided by currently existing laser sources, which are accessed through non-linear optical process. Although there has been great progress in the last decade in relation to the study of nonlinear processes, some issues still need to be addressed. The aim of this thesis is, firstly, the optimization of nonlinear processes with a laser CPA Ti: sapphire (120 fs pulses with 1 mJ energy at 1 kHz repetition rate), through control of the wavefront and secondly, the development of diagnostic tools suitable space for this type of system. The paper is organized in four blocks of knowledge. The first is devoted to the basics of wavefront sensing and its applications. In this sense, we present a complete characterization of the laser system operating at the University of Salamanca, monitoring for this behavior along different points of the chain CPA and studying their temporal stability. In the same block, characterize the dynamics of gas jets used in experiments to generate electrons and high order harmonics relating the gas density in the phase change, which enables the optimization of experimental scheme. Additionally, the characterization of the profile and the phase of the beam is also used as input to simulation codes and nonlinear propagation. Finally, we propose a scheme based postcompresión filamentation astigmatic beam, showing that it is possible to obtain energy pulses shorter than in similar conditions with a spherical lens. The second section presents a characterization of the second harmonic generation aberrated beam, both theoretically (through simulations) and experimental level, and its consequences in terms of targeting, beam profile, and wavefront spatial chirp . In the third section developed a new method for measurement of spatial phase, aimed at solving some of the problems presented by traditional techniques. The method is based on second harmonic generation, using the strong dependence of this process exhibits the angle between the wave vector (perpendicular to the wave front surface) and the optical axis. To do this, we develop a reconstruction algorithm and a simulation program that allows us to discuss the validity of the method and restrictions thereof. Reconstructions are obtained with a deviation of 3% from the value given by a commercial sensor and also demonstrates its validity when working with beams that have discontinuities. Furthermore, we demonstrate the ability of the technique spatiotemporal STARFISH to solve the wavefront based on the frequency. Finally, this thesis focuses on the generation and optimization of supercontinuum generation in solids using diffractive optical novelties results obtained compared to the traditional scheme in terms of spectral tuning. Further reported the existence of an anti-Stokes wing, achieving a cutoff frequency higher than a refractive lens in the same conditions 2012-10-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/121329 [ES] En este resumen se pretenden mostrar los estudios realizados en el marco de la presente tesis. Por motivos de espacio, no se incluyen todos los resultados obtenidos que han sido presentados en los capítulos anteriores. El propósito de esta tesis es el desarrollo de una técnica para medir la amplitud y fase espaciotemporal de los pulsos láser ultracortos y sus aplicaciones. El núcleo de la tesis se divide en tres partes, que corresponden a la presentación de la técnica (R.2), las aplicaciones a óptica difractiva (R.3), a óptica no lineal y a pulsos de pocos ciclos ópticos (R.4). En la Sección R.1 de introducción se presentan el marco y la motivación de la tesis, los conceptos básicos sobre pulsos láser ultracortos, y el estado del arte de las técnicas ya existentes para la caracterización de los pulsos. La Sección R.2 comienza revisando la caracterización de pulsos por medio de interferometría espectral, para después presentar la técnica que hemos desarrollado para la caracterización espaciotemporal de los pulsos (STARFISH), la cual se basa en un acoplador de fibra óptica como parte del interferómetro. En la Sección R.3, presentamos las aplicaciones que involucran elementos ópticos difractivos en régimen de propagación lineal. Esta parte cubre los fundamentos del acoplamiento espaciotemporal durante la propagación de pulsos difractados por una placa zonal (Capítulo 5), la aplicación a una lente difractiva kinoforme incluyendo la medida del frente de ondas resuelto espectralmente. La aplicación a procesos no lineales y a pulsos de pocos ciclos se presenta en la Sección R.4, en la que estudiamos la dinámica de la propagación de pulsos intensos en el régimen de filamentación. Posteriormente, se presenta la aplicación de STARFISH a pulsos de pocos ciclos generados en un oscilador ultrarrápido, y a continuación, a la post-compresión de pulsos amplificados en una fibra hueca. Por último, se resaltan las principales conclusiones de la tesis; [EN] This thesis is devoted to the development of a technique for the measurement of the spatiotemporal amplitude and phase of ultrashort laser pulses and its applications. The core of the thesis is divided into three parts, which correspond to the presentation of the technique (Part I), its applications to diffractive optics (Part II) and to nonlinear optics and few-cycle pulses (Part III). Each part is divided into three chapters. The core of the thesis is preceded by an introductory chapter, which contains the scope and motivation of the thesis, the basic concepts about ultrashort laser pulses, and the state of the art of the already existing techniques for pulse characterization. Part I begins with a review of the temporal pulse characterization carried out by means of spectral interferometry (Chapter 2). Then, in Chapter 3, its extension to the spatial domain is introduced and, finally, in Chapter 4 we present the technique that we developed for spatiotemporal pulse characterization (STARFISH), which is based on a fiber optic coupler as part of the interferometer. In Part II, we will present its applications where diffractive optical elements in linear propagation regime are involved. This part covers the fundamentals of spatiotemporal coupling during propagation of pulses diffracted by a zone plate (Chapter 5), the application to a focusing kinoform diffractive lens, including the frequency-resolved wavefront measurement (Chapter 6), the production of fractal-shaped pulses and a dispersion compensated module for a diffraction grating (Chapter 7). The application to nonlinear processes and few-cycle pulses is discussed in Part III. In Chapter 8, we track the propagation dynamics of intense pulses under the regime of filamentation. Then, we present the application of STARFISH to few-cycle pulses delivered by an ultrafast oscillator (Chapter 9) and after post-compression of amplified pulses in a hollow-core fiber (Chapter 10). Finally, the main conclusions of this thesis are highlighted. The characteristics of the laser systems employed in the experiments are detailed in Appendix A 2012-10-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/115608 [ES] Esta Tesis Doctoral presenta unos esquemas y aplicaciones novedosas de los procesos ópticos paramétricos con pulsos de femtosegundos en cristales no lineales.; [EN] This doctoral thesis presents novel schemes and applications in optical parametric processes with femtosecond pulses in nonlinear crystals. 2012-01-01T00:00:00Z