Fabrication of 300-nm-period nanostructure in a bulk fused silica

We report on the first recording of a 300-nm-period structure in a permanently moving sample of a pure fused silica using the tightly-focused, 82 nJ, 267 nm, 300 fs, 1 kHz laser pulses.

Continuous wave ultraviolet light-induced fiber Bragg gratings in few- And single-mode microstructured polymer optical fibers

We report observations and measurements of the inscription of fiber Bragg gratings (FBGs) in two different types of microstructured polymer optical fiber: few-mode and an endlessly single mode. Contrary to the FBG inscription in silica microstructured fiber, where high-energy laser pulses are a prerequisite, we have successfully used a low-power cw laser source operating at 325 nm to produce 1 cm long gratings with a reflection peak at 1570 nm. Peak reflectivities of more than 10% have been observed. © 2005 Optical Society of America.

Real-time high-resolution heterodyne-based measurements of spectral dynamics in fibre lasers

Conventional tools for measurement of laser spectra (e.g. optical spectrum analysers) capture data averaged over a considerable time period. However, the generation spectrum of many laser types may involve spectral dynamics whose relatively fast time scale is determined by their cavity round trip period, calling for instrumentation featuring both high temporal and spectral resolution. Such real-time spectral characterisation becomes particularly challenging if the laser pulses are long, or they have continuous or quasi-continuous wave radiation components. Here we combine optical heterodyning with a technique of spatiooral intensity measurements that allows the characterisation of such complex sources. Fast, round-trip-resolved spectral dynamics of cavity-based systems in real-time are obtained, with temporal resolution of one cavity round trip and frequency resolution defined by its inverse (85 ns and 24 MHz respectively are demonstrated). We also show how under certain conditions for quasi-continuous wave sources, the spectral resolution could be further increased by a factor of 100 by direct extraction of phase information from the heterodyned dynamics or by using double time scales within the spectrogram approach.

A representation-free description of the Kasevich-Chu interferometer: a resolution of the redshift controversy

Motivated by a recent claim by Muller et al (2010 Nature 463 926-9) that an atom interferometer can serve as an atom clock to measure the gravitational redshift with an unprecedented accuracy, we provide a representation-free description of the Kasevich-Chu interferometer based on operator algebra. We use this framework to show that the operator product determining the number of atoms at the exit ports of the interferometer is a c-number phase factor whose phase is the sum of only two phases: one is due to the acceleration of the phases of the laser pulses and the other one is due to the acceleration of the atom. This formulation brings out most clearly that this interferometer is an accelerometer or a gravimeter. Moreover, we point out that in different representations of quantum mechanics such as the position or the momentum representation the phase shift appears as though it originates from different physical phenomena. Due to this representation dependence conclusions concerning an enhanced accuracy derived in a specific representation are unfounded.

Kohärente transiente und effiziente Endzustandskontrolle in Atomen und Molekülen

Es ist ein lang gehegter Traum in der Chemie, den Ablauf einer chemischen Reaktion zu kontrollieren und das Aufbrechen und Bilden chemischer Bindungen zu steuern. Diesem Ziel verschreibt sich auch das Forschungsgebiet der Femtochemie. Hier werden Femtosekunden Laserpulse eingesetzt um auf dem Quantenlevel molekulare Dynamiken auf ihren intrinsischen Zeitskalen zu kontrollieren und das System selektiv und effizient von einem Anfangs- in einen Zielzustand zu überführen. Der Wunsch, mit geformten Femtosekunden Laserpulsen Kontrolle über transiente Dynamiken und finale Populationen auszuüben, zu beobachten und zu verstehen, bildet auch die Motivation für diese Arbeit. Hierzu wurden mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie Untersuchungen zur Wechselwirkung atomarer und molekularer Prototypsysteme mit intensiven, geformten Femtosekunden Laserpulsen durchgeführt. Die Verwendung von Modelsystemen ermöglicht es, grundlegende Mechanismen der kohärenten Kontrolle in intensiven Laserfeldern zu analysieren, ohne dass sie durch komplexe Wechselwirkungen verschleiert werden. Zunächst wurde die Wechselwirkung von Kaliumatomen mit gechirpten Femtosekunden Laserpulsen untersucht. In den Experimenten wurden sowohl transiente Dynamiken als auch die Endbesetzungen der elektronischen Zustände abgebildet. In den folgenden Experimenten wurde das Quantenkontrollszenario SPODS auf die gekoppelte Elektronen-Kern-Dynamik in Molekülen übertragen. Die Kontrolle basiert auf der Erzeugung und Manipulation von Ladungsoszillationen durch Pulssequenzen. Der letzte Teil widmet sich der Entwicklung adiabatischer Kontrollmechanismen in Molekülen. Bei den Experimenten wurden gechirpte Airypulse eingesetzt um robuste Starkfeldanregung in molekularen Systemen zu induzieren. In Zukunft wird die Erforschung immer komplexerer Moleküle im Rahmen der transienten Kontrolle im Fokus stehen. Dabei werden nicht nur die effiziente Besetzung gebundener Zustände von Interesse sein, sondern auch die gezielte Dissoziation in spezifische Fragmente, photoinduzierte Isomerisierungsreaktionen oder die Kontrolle über transiente Dynamiken, die Einfluss auf andere molekulare Eigenschaften haben. Vor dem Hintergrund dieses übergeordneten Wunsches, photochemische Reaktionen immer komplexerer Moleküle, bis hin zu großen, biologisch relevanten Molekülen, zu kontrollieren, ist es umso wichtiger, die zugrundeliegenden Anregungsmechanismen in einfachen Systemen nachzuvollziehen. In den hier präsentierten Experimenten wurde gezeigt, wie die simultane Beobachtung der bekleideten und der stationären Zustände in atomaren Systemen zu einem umfassenden Bild der lichtinduzierte Dynamiken führen kann. Die gewonnenen Erkenntnisse können auf die Steuerung gekoppelter Dynamiken übertragen werden, durch die Kontrolle auch in molekularen Systemen möglich wird.

Láser Q-Switched en el manejo de ocronosis exógena: revisión sistemática de la literatura

Antecedentes: La ocronosis Exógena (OE) es una enfermedad subdiagnosticada y de difícil manejo (1). El láser Q-Switched (QS) surge como una alternativa para el tratamiento de esta (2). Objetivo: Describir las características de los pacientes, del láser QS y los desenlaces en el tratamiento de OE. Métodos: Se realizó una búsqueda de la literatura en las bases PubMed, Embase, PMC, Scielo, Elselvier, BMJ Case Reports, Journal of Medical Case Reports, Cases Journal e International Medical Case Reports Journal, desde enero del 2000 a marzo del 2016, pacientes con ocronosis exógena, 18 a 70 años, tratados con láser QS. Los artículos fueron evaluados mediante la herramienta de evaluación de validez y valor educativo de reportes de caso descrito por Pierson (3). Resultados: Se encontraron 256 artículos, 63 fueron seleccionados: 28 repetidos y 31 no cumplieron criterios de inclusión. Se escogieron 4 artículos que reportan 12 casos de pacientes con ocronosis exógena diagnosticada mediante estudio histopatológico y tratada con láser QS. Discusión: Hay poca experiencia con el láser QS en OE. En la práctica clínica se usa para tatuajes y patologías pigmentarias dérmicas con resultados satisfactorios. El pigmento dérmico en OE y la corta duración de pulso de láser QS, podrían ser el pilar de tratamiento para OE. Conclusión: El láser QS puede ser útil para el tratamiento en OE, con nivel de evidencia 3 y grado de recomendación D. Se sugiere realizar estudios clínicos con mayor grado de evidencia.

Characterization of innovative kerfless cutting of monocrystalline silicon wafers for photovoltaic applications

Nowadays renewable energies are a hot research topic, and the goal is to improve cell efficiency and reduce production costs, aiming to make the use of photovoltaics increasingly widespread and convenient. Monocrystalline silicon solar cells are leaders in the photovoltaic market. However, market-established cutting techniques produce a consistent amount of material waste when cutting ingots into wafers. The“Stress-induced LIft-Off Method” (SLIM) is emerging in recent years as an alternative, more sustainable separation technique, which reduces material loss and can lead to obtaining increasingly thinner wafers, further reducing the required amount of silicon. This thesis presents the micro-characterization of the separated wafers with the SLIM technique. The wafers were obtained with a two-step procedure. First, a layer of defects was induced in the silicon using ultra-short medium-infrared laser pulses. Then, the material was deposited on one of the sides and induced stress in the silicon, such as to further weaken it. In this way, only rapid cooling is required for detachment to occur. The obtained results indicate that the SLIM-cut technique halves the minority carriers’ lifetime. There is no amorphization, crystal disorder or high-pressure phases. However, changes in the Raman spectra suggest that tensile stress may have been produced on these surface layers by the separation process. The AFM topography highlights surface irregularities, which may be removed with a polishing step. The surface also shows laser-modified regions, which are evident in SEM images, but not in AFM topographies, suggesting a charging effect due to electron bombardment. Lastly, the electrical characterization by conductive AFM lacks any changes in the conductive behaviour of the material where the laser-modified areas should be located. In conclusion, these preliminary results are promising to carry out a systematic characterization of this technique of this innovative SLIM technique.

Switching and generation of ultrashort pulses using all-fibre devices

Serial and parallel interconnection of photonic devices is integral to the construction of any all-optical data processing system. This thesis presents results from a series of experiments centering on the use of the nonlinear-optical loop mirror (NOLM) switch in architectures for the manipulation and generation of ultrashort pulses. Detailed analysis of soliton switching in a single NOLM and cascade of two NOLM's is performed, centering on primary limitations to device operation, effect of cascading on amplitude response, and impact of switching on the characteristics of incident pulses. By using relatively long input pulses, device failure due to stimulated Raman generation is postponed to demonstrate multiple-peaked switching for the first time. It is found that while cascading leads to a sharpening of the overall switching characteristic, pulse spectral and temporal integrity is not significantly degraded, and emerging pulses retain their essential soliton character. In addition, by including an asymmetrically placed in-fibre Bragg reflector as a wavelength selective loss element in the basic NOLM configuration, both soliton self-switching and dual-wavelength control-pulse switching are spectrally quantised. Results are presented from a novel dual-wavelength laser configuration generating pulse trains with an ultra-low rms inter-pulse-stream timing jitter level of 630fs enabling application in ultrafast switching environments at data rates as high as 130GBits/s. In addition, the fibre NOLM is included in architectures for all-optical memory, demonstrating storage and logical inversion of a 0.5kByte random data sequence; and ultrafast phase-locking of a gain-switched distributed feedback laser at 1.062GHz, the fourteenth harmonic of the system baseband frequency. The stringent requirements for environmental robustness of these architectures highlight the primary weaknesses of the NOLM in its fibre form and recommendations to overcome its inherent drawbacks are presented.

Excitation of Phonons in Solids and Nanostructures by Intense Laser and XUV Pulses and by Low Energy Atomic Collision

Intensive, ultrakurze Laserpulse regen Festkörper in einen Zustand an, in dem die Elektronen hohe Temperaturen erlangen, während das Gitter kalt bleibt. Die heißen Elektronen beeinflussen das sog. Laser-angeregte interatomare Potential bzw. die Potentialenergiefläche, auf der die Ionen sich bewegen. Dieses kann neben anderen ultrakurzen Prozessen zu Änderungen der Phononfrequenzen (phonon softening oder phonon hardening) führen. Viele ultrakurze strukturelle Phänomene in Festkörpern hängen bei hohen Laseranregungen von Änderungen der Phononfrequenzen bei niedrigeren Anregungen ab. Um die Laser-bedingten Änderungen des Phononenspektrums von Festkörpern beschreiben zu können, haben wir ein auf Temperatur-abhängiger Dichtefunktionaltheorie basierendes Verfahren entwickelt. Die dramatischen Änderungen nach einer Laseranregung in der Potentialenergiefläche werden durch die starke Veränderung der Zustandsdichte und der Besetzungen der Elektronen hervorgerufen. Diese Änderungen in der Zustandsdichte und den Besetzungszahlen können wir mit unserer Methode berechnen, um dann damit das Verhalten der Phononen nach einer Laseranregung zu analysieren. Auf diese Art und Weise studierten wir den Einfluss einer Anregung mit einem intensiven, ultrakurzen Laserpuls auf repräsentative Phonon Eigenmoden in Magnesium, Kupfer und Aluminium. Wir stellten dabei in manchen Gitterschwingungen entweder eine Abnahme (softening) und in anderen eine Zunahme (hardening) der Eigenfrequenz fest. Manche Moden zeigten bei Variation der Laseranregungsstärke sogar beide Verhaltensweisen. Das eine Phonon-Eigenmode ein hardening und softening zeigen kann, wird durch das Vorhandensein von van Hove Singularitäten in der elektronischen Zustandsdichte des betrachteten Materials erklärt. Für diesen Fall stellt unser Verfahren zusammen mit der Sommerfeld-Entwicklung die Eigenschaften der Festkörper Vibrationen in Verbindung mit den Laser induzierten Veränderungen in den elektronischen Besetzungen für verschiedene Phonon-eingefrorene Atomkonfigurationen. Auch die absolute Größe des softening und hardening wurde berechnet. Wir nehmen an, dass unsere Theorie Licht in die Effekte der Laseranregung von verschiedenen Materialien bringt. Außerdem studierten wir mit Hilfe von Dichtefunktionaltheorie die strukturellen Material-Eigenschaften, die durch kurze XUV Pulse induziert werden. Warme dichte Materie in Ultrakurzpuls angeregten Magnesium wurde analysiert und verglichen mit den Ergebnissen bei durch Laser Anregung bedingten Änderungen. Unter Verwendung von elektronischer-Temperatur-abhängiger Dichtefunktionaltheorie wurden die Änderungen in den Bindungseigenschaften von warmen dichten Magnesium studiert. Wir stellten dabei beide Effekte, Verstärkung und Abschwächung von Bindungen, bei jeweils verschiedenen Phonon Eigenmoden von Magnesium auf Grund von der Erzeugung von Rumpflöchern und dem Vorhandensein von heißen Elektronen fest. Die zusätzliche Erzeugung von heißen Elektronen führt zu einer Änderung der Bindungscharakteristik, die der Änderung, die durch die bereits vorhandenen Rumpflöcher hervorgerufen wurde, entgegen wirkt. Die thermischen Eigenschaften von Nanostrukturen sind teilweise sehr wichtig für elektronische Bauteile. Wir studierten hier ebenfalls den Effekt einer einzelnen Graphen Lage auf Kupfer. Dazu untersuchten wir mit Dichtefunktionaltheorie die strukturellen- und Schwingungseigenschaften von Graphen auf einem Kupfer Substrat. Wir zeigen, dass die schwache Wechselwirkung zwischen Graphen und Kupfer die Frequenz der aus der Ebene gerichteten akustischen Phonon Eigenmode anhebt und die Entartung zwischen den aus der Ebene gerichteten akustischen und optischen Phononen im K-Punkt des Graphen Spektrums aufhebt. Zusätzlich führten wir ab initio Berechnungen zur inelastischen Streuung eines Helium Atoms mit Graphen auf einem Kuper(111) Substrat durch. Wir berechneten dazu das Leistungsspektrum, das uns eine Idee über die verschiedenen Gitterschwingungen des Graphene-Kuper(111) Systems gibt, die durch die Kollision des Helium Atom angeregt werden. Wir brachten die Positionen der Peaks im Leistungsspektrum mit den Phonon Eigenfrequenzen, die wir aus den statischen Rechnungen erhalten haben, in Beziehung. Unsere Ergebnisse werden auch verglichen mit den Ergebnissen experimenteller Daten zur Helium Streuung an Graphen-Kupfer(111) Oberflächen.

Influence of effective number of pulses on the morphological structure of teeth and bovine femur after femtosecond laser ablation

Femtosecond lasers have been widely used in laser surgery as an instrument for contact-free tissue removal of hard dental, restorative materials, and osseous tissues, complementing conventional drilling or cutting tools. In order to obtain a laser system that provides an ablation efficiency comparable to mechanical instruments, the laser pulse rate must be maximal without causing thermal damage. The aim of this study was to compare the different morphological characteristics of the hard tissue after exposure to lasers operating in the femtosecond pulse regime. Two different kinds of samples were irradiated: dentin from human extracted teeth and bovine femur samples. Different procedures were applied, while paying special care to preserving the structures. The incubation factor S was calculated to be 0.788 +/- 0.004 for the bovine femur bone. These results indicate that the incubation effect is still substantial during the femtosecond laser ablation of hard tissues. The plasma-induced ablation has reduced side effects, i.e., we observe less thermal and mechanical damage when using a superficial femtosecond laser irradiation close to the threshold conditions. In the femtosecond regime, the morphology characteristics of the cavity were strongly influenced by the change of the effective number of pulses. (C) 2012 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). [DOI: 10.1117/1.JBO.17.4.048001]