La invención se refiere a un procedimiento de obtención de redes de difracción de fase en un sustrato (2) mediante ablación láser de un blanco (1),

siendo definido un patrón de red de difracción de fase mediante medios informáticos. El procedimiento propuesto consta de las etapas de focalizar un haz (3) de un láser (4) en un blanco (1) en un área de trabajo para la ablación de dicho blanco (1), orientar mediante un conjunto de galvanómetros (5) el haz (3) para realizar el patrón de red de difracción de fase sobre el blanco (1), homogeneizar el haz (3) con la ayuda de una lente de campo plano (6) para lograr una densidad de potencia homogénea en el área de trabajo. Con este procedimiento, la red de difracción de fase se puede realizar en una única fase, sin la presencia de elementos externos, siendo un procedimiento no contaminante, sencillo, rápido y preciso

Procedimiento de obtención de redes de difracción de fase en un sustrato mediante ablación láser de un blanco.

Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo de los métodos empleados para la fabricación de redes de difracción de fase. Más concretamente, la presente invención emplea la ablación láser de un blanco para crear dicha red de difracción de fase sobre un sustrato.

Antecedentes de la invención

En la actualidad existen diferentes métodos para la fabricación de redes de difracción de fase. En términos generales, los documentos E.G. Loewen and E. Popov, Diffraction Gratings and Applications (Marcel Dekker, New York, 1997) y C. Palmer, Diffraction Grating Handbook, 5th ed. describen los conceptos básicos de las redes de difracción de fase y los principales métodos de fabricación.

Uno de estos métodos es la holografía. Dicha técnica está descrita en T.J. Suleski, B. Bagget, W.F. Delaney, C. Koehler and E.G. Johnson, "Fabrication of high-spatial-frequency gratings through computer-generated near-field holography", Opt. Lett. 24, 602-604 (1999). Esta técnica presenta una serie de desventajas, entre las que se pueden citar el hecho de que se necesita una configuración altamente estable para la realización con éxito del proceso como mesas sin vibración, estabilidad del láser, material de registro de buena calidad. Por otro lado, es un método poco flexible a la hora de grabar distintos tipos de redes ya que hay que cambiar toda la configuración experimental para grabar una red de otras características.

La técnica de la fotolitografía puede también ser empleada para la elaboración de redes de difracción de fase. Dicha técnica se describe en M. Kufner and S. Kufner, "Micro-Optics and Lithography", VUB Press, ed. (Brussels, Belgium, 1997). Esta técnica se caracteriza porque es un proceso de múltiples etapas, lo que aumenta el tiempo de fabricación. Adicionalmente es necesario utilizar máscaras, resinas, productos químicos, etc. para la obtención del producto final, lo que encarece el proceso. Además, los errores de fabricación de la máscara afectan la calidad del producto final. Asimismo, las máscaras utilizadas se suelen ver dañadas después del contacto con la resina.

La litografía por haz de electrones, divulgada en R. Waldhäusl, B. Schnabel, P. Dannberg, E.-B. Kley, A. Bräuer and W. Karthe, "Efficient coupling into polymer waveguides by gratings", Appl. Opt. 36, 9383-9390 (1997), puede ser empleada también con el mismo fin. Sin embargo, como se dice en K. Arshak, M. Mihov, A. Arshak, D. McDonagh and D. Sutton, "Novel dry-developed focused ion beam lithography scheme for nanostructure applications", Microelectron. Eng. 73-74, 144-151 (2004), presenta algunos problemas como baja sensibilidad de la resina a los electrones, retrodispersión del haz de electrones, efectos de proximidad, errores de stitching (punteado), así como un área pequeña de trabajo, de unos pocos milímetros, 1 mm x 2 mm.

Por último, la irradiación láser de vidrios fotosensibles, descrita en K.O. Hill, B. Malo, F. Bilodeau, D.C. Johnson and J. Albert, "Bragg gratings fabricated in monomode photosensitive optical fiber by UV exposure through a phase mask", Appl. Phys. Lett. 62, 1035-1037 (1993), se emplea también para la elaboración de redes de difracción de fase. Esta técnica necesita vidrios de composición especial, lo cual encarece sensiblemente el producto final. Requiere también la presencia de una máscara de fase para transferir el patrón al sustrato. Puede, finalmente, involucrar complejos procesos de deposición de capas o intercambio iónico, si se utilizan sustratos sin composición especial, de modo que el sustrato se vuelva sensible a la luz.

Descripción de la invención

La invención se refiere a un procedimiento de obtención de redes de difracción de fase en un sustrato mediante ablación láser de un blanco. El patrón de la red de difracción de fase se define usando medios informáticos, como puede ser, por ejemplo, un programa de diseño asistido por ordenador como CAD.

De acuerdo con la invención, dicho procedimiento comprende las etapas de, en primer lugar, focalizar un haz de un láser en un blanco en un área de trabajo para la ablación de dicho blanco. Dicho blanco podrá estar formado por materiales cerámicos o metálicos, como por ejemplo el latón o el acero. Al producirse la ablación, la pluma de ablación hará que se incorpore material del blanco al sustrato formando la red de difracción de fase. Dicho sustrato deberá ser transparente a la longitud de onda empleada por el láser, pudiendo ser un vidrio, preferentemente vidrios sodo-cálcicos o borosilicatados.

El procedimiento podrá llevarse a cabo en atmósferas no controladas, es decir, en aire, o bien en cámaras de vacío o con una atmósfera controlada. En el primer caso el sustrato y el blanco deberán estar en contacto o situarse a una distancia no superior a un milímetro, dado que el alcance de la pluma de ablación no supera dicha distancia. En el caso de cámaras de vacío o con atmósfera controlada, la pluma de ablación es más intensa y de mayor alcance, por lo que la distancia entre sustrato y blanco puede ser mayor al límite fijado anteriormente de un milímetro.

El láser está situado en una posición fija, por lo que para realizar el patrón definido por los medios informáticos, dichos medios deberán transferir a un equipo de orientación el movimiento que deberá realizar el haz para dibujar el patrón de red de difracción de fase sobre el blanco. Esto se podrá realizar, por ejemplo, empleando un juego de galvanómetros o espejos que desviarán el haz haciéndolo incidir sobre el sustrato según el patrón definido.

El láser en el momento que es emitido tiene una distribución de potencia homogénea en cualquier sección perpendicular a dicho haz. Al ser orientado, puede suceder que la distribución de potencia se vea afectada, lo cual no es deseable. Por este motivo, será necesario homogeneizar el haz para lograr una densidad de potencia homogénea en el área de trabajo. Esto podrá ser realizado, por ejemplo, empleando una lente de campo plano tras el juego de galvanómetros o espejos.

La configuración en el espacio del blanco y el sustrato, con relación al haz láser puede ser, por ejemplo, vertical. En este caso, se podrán disponer los tres elementos de modo que el blanco esté situado por debajo del sustrato, y a su vez, el sustrato por debajo del haz del láser. Esta configuración es óptima dado que de este modo la gravedad no afectará negativamente sobre la pluma de ablación. Sin embargo, situaciones en las cuales los tres elementos tengan una disposición horizontal son también admisibles.

El procedimiento descrito tiene las siguientes ventajas respecto a los procedimientos del estado de la técnica. En primer lugar, es un proceso de una sola etapa. Una vez que el patrón está definido, la red de difracción de fase puede ser realizada sin necesidad de llevar a cabo ninguna tarea adicional anterior o posterior a la descrita. Del mismo modo, no hace falta la presencia de elementos externos como máscaras o resinas. Esto minimiza los errores de la técnica. La configuración experimental es sencilla y precisa y el proceso de fabricación muy rápido. Adicionalmente, es posible obtener redes de difracción de diferentes características de forma sencilla, reajustando los parámetros de trabajo, y con un área de trabajo de hasta 120 x 120 mm². Frente a otros métodos, en este caso se desplaza el haz y no la muestra. Por último, se utilizan vidrios comerciales de bajo coste, por lo que se obtienen un producto de buena calidad y barato. La calidad de estas redes de difracción de fase es sensiblemente superior a otras redes obtenidas por procedimientos del estado de la técnica ya que estos métodos posibilitan una variación del índice de refracción del sustrato del orden de 10^-4, mientras que el procedimiento descrito en la presente invención obtiene variaciones en dicho parámetro del orden de 10^-2.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista general de un dispositivo que lleva...

1. Procedimiento de obtención de redes de difracción de fase en un sustrato (2) mediante ablación láser de un blanco (1), siendo definido un patrón de red de difracción de fase mediante medios informáticos,

caracterizado por que comprende las etapas de:

- focalizar un haz (3) de un láser (4) en un blanco (1) en un área de trabajo para la ablación de dicho blanco (1),

- orientar el haz (3) para dibujar el patrón de red de difracción de fase sobre el sustrato (2),

- homogeneizar el haz (3) para lograr una densidad de potencia homogénea en el área de trabajo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que en la etapa de orientar el haz (3) se emplea al menos un galvanómetro (5).

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que en etapa de orientar el haz (3) se emplea al menos un espejo.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que en la etapa de homogeneizar el haz (3) se emplea una lente de campo plano (6).

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado por que el haz (3) del láser (4) incide sobre el sustrato (2) en dirección vertical.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que el blanco (1) se sitúa por debajo del sustrato (2) y el sustrato (2) por debajo del haz (3) del láser (4).

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado por que el haz (3) del láser (4) incide sobre sustrato (2) en dirección horizontal.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado por que dicho procedimiento se realiza en aire.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado por que dicho procedimiento se realiza en el interior de una cámara de vacío.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado por que dicho procedimiento se realiza en el interior de una cámara con una atmósfera controlada.

11. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que el sustrato (2) y el blanco (1) se sitúan en contacto.

12. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que el sustrato (2) y el blanco (1) están alejados una distancia inferior a un milímetro.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9-10, caracterizado porque el sustrato (2) y el blanco (1) están alejados una distancia superior a un milímetro e inferior al alcance de la pluma.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-13, caracterizado por que el sustrato (2) es un vidrio transparente a la longitud de onda del láser (4).

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-14, caracterizado por que el blanco (1) se selecciona entre materiales cerámicos y materiales metálicos.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado por que los materiales metálicos se seleccionan entre latón y acero.