Diseño y construcción de sistema de posicionamiento de blancos para pulsos láser de femtosegundos

Abstract

[ES] En esta tesis doctoral se desarrollaron dos sistemas novedosos de posicionamiento de blancos para láseres de femtosegundos. Estos dos sistemas están diseñados para funcionar dentro del rango de Rayleigh con una alta precisión. Uno de los sistemas de posicionamiento se basa en un arreglo confocal astigmático, el cual determinara la posición relativa del blanco en términos del astigmatismo introducido al haz re ejado por el blanco. Este sistema es capaz de determinar la posición del blanco respecto al plano focal, si no también determinar dirección de dicho desplazamiento. Se demostró un funcionamiento con super cies rugosas, al igual que tolerancias a ángulos de incidencia diferentes de cero (normal a la super cie). Se logro una sensibilidad de 1.64 ×10−2μm−1 gracias a la integración de una lente asistente del arreglo astigmático original. Otro de los sistemas de posicionamiento se basa en un arreglo confocal al cual introducimos un elemento de detección no lineal por absorción de dos fotones (TPA). Este sistema de posicionamiento nombrado Nonlinear Confocal Positioner (NCP) presenta una alta sensibilidad y precisión en la ubicación de blancos debido a la dependencia cuadrática con la intensidad del haz láser. Demostramos incertidumbre del orden de 5 μm equivalentes al tamaño de escaneo en el eje óptico (eje - z). Estos sistemas de posicionamiento desarrollados mostraron un gran potencial en aplicaciones en la microfabricación láser y aceleración de plasmas generados por láser. [EN] In this thesis, we present two novel target positioning systems for femtosecond lasers. These two systems were designed to work within the Rayleigh range with high precision. One of these positioning systems is based on an astigmatic confocal setup, which will determine the relative target position in terms of the astigmatism. This system is capable to determine the quantity and direction of movement of the target. We demonstrated tolerance to targets with rough surfaces and to a wide range of angles of incidence. A sensitivity of 1.64 ×10−2μm−1 was achieved, cause to the integration of an assistant lens to the original astigmatic setup. The other positioning systems is based on a confocal con gurtion and a nonlinear detection element by Two Photon Absorption (TPA). This positioning system is named as Nonlinear Confocal Positioner (NCP) presents a high sensitivity and precision in the location of targets due to the quadratic dependence with the intensity of the laser beam. We demonstrate uncertainty of 5 μm equivalent to the scan resolution in the optical axis (axis - z). These two positioning systems has great potential applications in microfabrication with lasers and laser-driven plasma accelerators even at high repetition rates.