Ultrafast laser processing of transparent materials for photonic sensing and imaging applications

El procesado láser ultrarrápido de materiales transparentes ha revolucionado diversos campos como la fotónica, telecomunicaciones, microfluídica, medicina y bioquímica. Esta tecnología emplea pulsos láser ultrarrápidos para modificar materiales transparentes con alta precisión, abriendo nuevas posibilidades en la creación de microestructuras tridimensionales complejas. La tesis se enfoca en el procesado con láseres de femtosegundo en sílice fundida, con énfasis en avanzar en los sensores de fibra óptica y dispositivos optofluídicos. Las contribuciones se dividen en dos categorías principales: inscripciones directas en fibras ópticas para desarrollar sensores y la combinación de inscripción láser y ataque químico para crear estructuras 3D complejas. Entre los resultados más destacables, cabe destacar la identificación de un nuevo régimen de inscripción con láser de femtosegundo donde las tasas de ataque químico son independientes de la polarización del haz láser durante la inscripción. Igualmente, se ha desarrollado una plataforma de fibra endoscópica para la microscopía de iluminación de plano selectivo en pulmón humano. Esta plataforma cuenta con una estructura de sílice fabricada con láser ultrarrápido e integrada en una fibra de imagen de plástico. En conclusión, la tesis representa una contribución significativa al procesado láser ultrarrápido de materiales transparentes y sus aplicaciones. Aunque hay oportunidades para futuras investigaciones en el campo, los avances presentados aquí allanan el camino hacia un futuro prometedor en la fusión de la fotónica y la fluídica para la detección y manipulación a escala micrométrica.Ultrafast laser processing of transparent materials has revolutionised various fields such as photonics, telecommunications, microfluidics, medicine, and biochemistry. This technology employs ultrafast laser pulses to modify transparent materials with high precision, opening new possibilities in the creation of complex three-dimensional microstructures. The thesis focuses on femtosecond laser processing in fused silica, with an emphasis on advancing optical fibre sensors and optofluidic devices. The contributions are divided into two main categories: direct inscriptions on optical fibres to develop sensors and the combination of laser inscription and chemical etching to create complex 3D structures. Among the most notable results, it is worth highlighting the identification of a new regime of femtosecond laser inscription where chemical etching rates are independent of the laser beam polarisation during inscription. Similarly, an endoscopic fibre platform has been developed for selective plane illumination microscopy in the human lung. This platform features a silica structure fabricated with ultrafast laser and integrated into a plastic imaging fibre. In conclusion, the thesis represents a significant contribution to the field of ultrafast laser processing of transparent materials and its applications. While there are opportunities for future research in this area, the advancements presented here pave the way for a promising future in merging photonics and fluidics for µm-scale detection and manipulation