Le microlavorazioni con laser a femtosecondi di materiali trasparenti sono un campo di ricerca che si è espanso rapidamente a partire dal primo lavoro della fine degli anni ’90. Questa tecnologia è passata dall’essere una semplice curiosità ad una solida e più versatile alternativa alle tecnologie standard. Inoltre le microlavorazioni con laser a femtosecondi hanno l’unicità di consentire una fabbricazione tridimensionale che permette di implementare nuove architetture di dispositivi.L’idea di base dietro questa tecnologia è l’assorbimento non-lineare. L’intensità che si raggiunge nel volume focale di un impulso a femtosecondi focalizzato è talmente elevata da indurre fenomeni non-lineari quali la ionizzazione multifotonica o per effetto tunnel, seguita dalla ionizzazione a valanga: tali fenomeni producono un trasferimento di energia molto localizzato nel volume del materiale. Un’adeguata movimentazione del campione permette quindi di ottenere modifiche tridimensionali.I componenti essenziali che possono essere fabbricati con questa tecnologia in materiali trasparenti sono le guide d’onda ottiche ed i canali microfluidici (questi ultimi richiedono però un successivo processo di attacco chimico). Ulteriori operazioni che possono essere svolte mediante questa tecnologia sono: saldatura, taglio, trattamento superficiale, etc. La combinazione di tutte queste capacità risulta particolarmente utile alla fabbricazione di dispositivi optofluidici complessi che vengono successivamente caratterizzati nei nostri laboratori.Questo laboratorio è equipaggiato di strumentazione specifica per la microlavorazione laser a femtosecondi direttamente nel volume, nel caso di substrati trasparenti, o in superficie, per ogni tipo di materiale.

Sorgenti laser

Questo laboratorio è equipaggiato di strumentazione specifica per la microlavorazione laser a femtosecondi direttamente nel volume, nel caso di substrati trasparenti, o in superficie, per ogni tipo di materiale. Sono disponibili per quest'attività due sorgenti laser a femtosecondi. Una è un oscillatore laser Yb: KYW a cavità estesa, funzionante in regime di mode-locking con cavity-dumping. Esso fornisce impulsi della durata di circa 300 fs, con energia di 1.5 μJ, a cadenza di ripetizione variabile tra 10 kHz e 1.1 MHz. Questo sistema laser è stato sviluppato in una collaborazione tra il Max-Planck Institut di Heidelberg e la HighQLaser GmbH, tenendo conto delle particolari esigenze delle attività di microlavorazione con impulsi a femtosecondi. L'altra sorgente è un sistema laser commerciale HighQLaser FemtoREGEN. E' basato su un oscillatore in mode-locking a itterbio, seguito da uno stadio di amplificazione rigenerativa. Gli impulsi generati hanno una durata di circa 400 fs, con energia di 16 μJ e cadenza di ripetizione variabile tra 1 kHz e 1 MHz.

Fabbricazione dei dispositivi

Sono presenti due linee di fabbricazione. Un sistema di specchi riconfigurabile permette di utilizzare in entrambe le linee uno qualsiasi dei due fasci laser o la loro seconda armonica, generata tramite un cristallo di LBO. La prima linea è munita di un sistema di traslazione a tre assi su cuscinetti d'aria (Aerotech FiberGLIDE 3D) per la movimentazione del campione, che consente una precisione in posizionamento di 50 nm e velocità fino a 300 mm/s. La seconda linea ha un sistema di movimentazione ibrido, ad aria e meccanico, con una precisione di 100 nm ed ha la possibilità di utilizzare un SLM per la fabbricazione parallelizzata a fuochi multipli. Diversi obiettivi da microscopio, con aperture numeriche comprese tra 0.3 e 1.4, sono a disposizione per focalizzare il fascio laser sul campione.