De nombreuses applications industrielles mettent en évidence l’importance des propriétés de mouillage des surfaces métalliques que ce soit directement pour les propriétés d’écoulement de fluides sur ces surfaces ou indirectement pour leur lien avec les phénomènes d’adhésion. Les travaux de Wenzel (1936) et de Cassie -Baxter (1944) ont montré que cette mouillabilité dépendait à la fois de la tension superficielle du solide mais aussi de sa topographie de surface. Ainsi la maîtrise et l’optimisation de ces propriétés nécessitent le contrôle de ces deux aspects, à l’image de la feuille de lotus dont le caractère super-hydrophobe réside à la fois en la présence d’une cire hydrophobe et d’une rugosité multi-échelle. Ces observations sont à l’origine, cette dernière décennie, du développement des techniques de gravures chimiques pour réaliser des texturations superficielles de matériaux et contrôler leur mouillabilité. Afin de surmonter certaines limitations de ces techniques et privilégier un procédé par voie sèche, nous avons envisagé de structurer la surface d’alliages métalliques de titane, d’aluminium, et de différents aciers inoxydables, au moyen d’un traitement de surface par laser femtoseconde. L’analyse topographique de la surface des matériaux (profilométrie optique, AFM, MEB) en fonction des paramètres d’irradiation du laser comme la densité de puissance laser, le nombre d’impulsions et le décalage latéral du faisceau en configuration balayage, a montré l’efficacité de ce procédé pour générer des texturations multi-échelles. Les différentes morphologies de textures peuvent être associées à des transitions de régimes dans l’interaction laser - matière (ripples, spikes, …). L’analyse chimique et structurale (DRX, XPS) des surfaces traitées a mis en évidence des modifications microstructurales dues aux effets thermiques du laser ainsi qu’une évolution de l’état chimique de la surface dont les effets sur la mouillabilité sont importants. L’hydrophobie des surfaces métalliques a été considérablement accentuée par le traitement laser. Ces résultats pourront être exploités pour différentes applications industrielles notamment comme moyen de contrôler l’état de surface des moules de plasturgie. / Many industrial applications highlight the importance of the wetting properties of metallic surfaces related to their adhesion phenomena. Wenzel’s (1936) and Cassie – Baxter’s (1944) independent works showed that the wettability depended on both the surface tension of the solid but also on its surface topography. Thus the control and optimization of these properties require control of both aspects, like the lotus leaf whose superhydrophobic character lies in the presence of a hydrophobic wax and a multi-scale roughness. These observations are at the origin of the development of chemical etching techniques to produce surface texturing of materials and control their wettability. To overcome some limitations of these techniques and focus on a dry process, we considered the surface texturing of metal alloys of titanium, aluminum, and various stainless steels, using a femtosecond laser surface treatment. The analysis of the topography of the textured surfaces using different techniques (optical profilometry, AFM, SEM) showed the effectiveness of this method for generating multi-scale texturing. The different morphologies of textures can be associated with regimes transitions in the laser - matter interaction (ripples,spikes ...). The chemical and structural analysis (XRD, XPS) of the treated surfaces revealed microstructural changes due to thermal effects of laser, and a shift in the chemical state of the surface whose effects on the wettability are important. The hydrophobicity of metallic surfaces was significantly enhanced by laser treatment. These results may be used for various industrial applications, including the control of the surface state of plastic molds.

Le changement local de l'indice de réfraction (CLIR) est l’élément constitutif des fonctions optiques créées par laser dans des matériaux transparents. Selon le régime de l'interaction et en particulier en fonction de la dose d’énergie déposée, de la durée de l'impulsion laser et des conditions de focalisation on peut induire un CLIR isotrope et positif ou produire à l’échelle nanométrique des structures auto-arrangées présentant une biréfringence. Ce changement est essentiel pour les applications photoniques intégrées utilisant des matériaux comme la silice, ce qui été démontré dans la thèse par réalisation des composants optiques allant du simple guide canal enterré à des dispositifs sensibles à la polarisation. En parallèle au développement d’applications photoniques nous avons étudiés les mécanismes microscopiques à l’origine de la modification des propriétés optiques des diélectriques utilisés. Nous avons appliqué les techniques de micro photoluminescence et microspectroscopie Raman pour étudier la formation des défauts ponctuels et des chemins de réorganisation de la structure du verre. Ces modifications de structure de verres jouent un rôle important dans le changement des propriétés électroniques de la silice fondue et, par conséquent, de ses constantes optiques. L’ensemble de ces résultats spectroscopiques nous a permis de revisiter les schémas de densification dans la silice et de proposer un scénario de densification assistée par les défauts générés suite à la relaxation des excitons auto-piégés / Local refractive index changes (RIC) are the building blocks of laser-induced optical functions in bulk transparent materials, where the use of a fused silica as a target material plays a paramount role. Depending on the regime of laser interaction ultra-short pulses can induce positive isotropic refractive index changes (usually denoted as type I) or produce self-arranged nano-scale layered structures resulting in form birefringence (type II). In this thesis we have studied two objectives related to these material transformations. From the one side, we qualitatively determined the effects of the focused ultra-short laser pulses on the fused silica and borosilicate glasses. With the independent control of the energetic dose, pulse duration and focusing conditions, the isotropic type I and birefringent type II traces could be performed with the certain optical properties. Finally, complex polarization sensitive devices were designed and fabricated. From the other side, as these types of RIC have consequences in the functionality and the performances of 3D embedded optical devices, an investigation of the laser-induced structures is particularly useful. We applied photoluminescence and Raman microscopy (RM) to investigate defect formation and glass network reorganization paths. The proposed spectroscopy study distinguishes type I and type II regions by presence and distribution of silicon clusters and non-bridging oxygen hole centers (NBOHC). RM reveals signs of compaction of the glass network in the RIC regions. At the same time, zones with high concentration of NBOHC where no visible RIC and densification signs were detected. Assuming that these zones are precursors of permanent visible modification, we propose a scenario of cold defect-assisted densification realized in type I irradiation regime. This, thereby, revises the densification paths in fused silica

La surface d’un matériau exposé à une irradiation laser à une fluence proche de son seuil d'ablation laisse apparaître des structures périodiques LIPSS (Laser Induced Periodic Surface Structure) d’orientation dépendant de la polarisation de faisceau incident et dont la période est de l'ordre de la longueur d'onde. Les causes de ce phénomène qui suscite l'attention des chercheurs depuis plus d’une trentaine d’années sont maintenant bien connues. Cependant, son étude dans le cadre de l'utilisation récente de lasers à impulsions ultra-brèves fait surgir de nouvelles interrogations et relance l'intérêt pour le sujet. Ce travail est consacré à l’étude dynamique de la formation des nanostructures sur une surface métallique suite à une interaction laser femtoseconde. Nous nous intéressons aux mécanismes responsables de la formation de ces structures et nous proposons des explications permettant de comprendre leur origine. Dans le premier chapitre on présente une étude de l’état de l’art sur la formation des LIPSS, on y aborde les paramètres influant sur la formation de ces structures ainsi que les différents modèles explicatifs élaborés par les chercheurs. Ce chapitre traite également de l’interaction laser matière et de ses différents processus. Le deuxième chapitre met l’accent sur les dispositifs expérimentaux réalisés dans ce cadre. Le troisième chapitre présente, quant à lui une étude expérimentale permettant de rendre compte du rôle de l’excitation du plasmon de surface dans la formation de LIPSS. Dans le quatrième chapitre on analyse les résultats relatifs à l’influence du couplage électron phonon sur la formation des LIPSS. Enfin, le cinquième et dernier chapitre met en évidence le rôle de la relaxation électron-phonon sur la formation des LIPSS à l’aide d’une expérience pompe-sonde / When a material is irradiated with laser fluency close to its ablation threshold, periodic surface structures LIPSS (Laser Induced Periodic Surface Structure) appears on its surface. These structures are dependent of the polarization vector of incident electric field and their periods are close to the laser wavelength. They have been extensively studied for more than thirty years, and their origins are quite well understood. However, the recent use of ultra-short laser sources has renewed the subject. Present work is dedicated to the dynamics study of the nanostructures formation on a metal surface by femtosecond laser irradiation. We are interested in mechanisms responsible for the formation of these structures and we propose an explanation of their origin. The first chapter presents a literature review on the formation of LIPSS. Here, the parameters affecting the formation of these structures as well as a different models developed by researchers will be discussed. This chapter also addresses the laser material interaction and its processes. The second chapter focuses on the experimental devices used in this context. The third chapter deals with the experimental study concerning the role of excitation of surface plasmon in the formation of LIPSS. In the fourth chapter, the results on the influence of electron phonon coupling on the formation of LIPSS are analyzed. Finally, the last chapter highlights the role of electron-phonon relaxation on the formation of LIPSS using pump-probe experiments

A usinagem de estruturas micrométricas pode ser feita com pulsos laser de nano, pico ou fentossegundos. Destes, porém, somente os mais curtos podem resultar em uma interação não térmica com a matéria, o que evita a fusão, formação de rebarba e zona afetada pelo calor. Devido à sua baixa potência média, contudo, a sua utilização na produção em massa somente pode ser considerada em casos muito especiais, isto é, quando o processamento não-térmico é essencial. Este é o caso da usinagem de semicondutores, aços elétricos, produção de MEMS (sistemas micro eletro-mecânicos), de micro canais e diversos dispositivos médicos e biológicos. Assim, visando a produção destes tipos de estruturas, uma estação de trabalho foi construída com capacidade de controlar os principais parâmetros de processo necessários para uma usinagem micrométrica com laser de pulsos ultracurtos. Os principais problemas deste tipo de estação são o controle da fluência e do posicionamento do ponto focal. Assim, o controle do diâmetro do feixe (no foco) e da energia devem ser feitos com grande precisão. Além disso, o posicionamento do ponto focal com precisão micrométrica nos três eixos, também é de fundamental importância. O sistema construído neste trabalho apresenta soluções para estes problemas, utilizando diversos sensores e posicionadores controlados simultaneamente por um único programa. A estação de trabalho recebe um feixe vindo de um laser de pulsos ultracurtos localizado em outro laboratório, e manipula este feixe de maneira a focalizá-lo com precisão na superfície da amostra a ser usinada. Os principais parâmetros controlados dinamicamente são a energia, o número de pulsos e o posicionamento individual de cada um deles. A distribuição espacial da intensidade, a polarização e as vibrações também foram medidas e otimizadas. O sistema foi testado e aferido com medidas de limiar de ablação do silício, que é um material bastante estudado neste regime de operação laser. Os resultados, quando confrontados com a literatura, mostram a confiabilidade e a precisão do sistema. A automatização, além de aumentar esta precisão, também aumentou a rapidez na obtenção dos resultados. Medidas de limiar de ablação também foram realizadas para o metal molibdênio, levando a resultados ainda não vistos na literatura. Assim, de acordo com o objetivo inicial, o sistema foi desenvolvido e está pronto para utilização em estudos que levem à produção de estruturas micrométricas. / Machining of very small structures has been made with nano, pico and femtosecond pulsed lasers. Among then, only femtosecond lasers may result in nonthermal interaction with matter, avoiding melting, formation of slag and heat affected zone. Mass production with such lasers yet can only be considered in cases where nonthermal effects are of prime importance. This is the case in machining of semiconductors and electric steels, the production of MEMS, microchannels, and many medical and biological devices. Hence, a workstation for production of such kind of microstructures was built with the capability of controlling the main parameters necessary for the machining process. Control of the laser fluence and focus positioning are the main concern in this kind of processing. So, the control of the laser beam diameter (in the focus) and of the pulse energy must be very precise. Positioning of focal point with micrometric precision in the three axes is also fundamental. The system built in this work provides solutions for these problems incorporating several sensors and positioning stages simultaneously controlled by a single software. The workstation receives a laser beam coming from another laboratory and delivers it to the surface of the sample managing with precision the main process parameters. The system can dynamically control the energy, number of pulses and positioning for each individual laser spot. Besides, the spatial distribution of the laser intensity, polarization and vibrations were also measured and optimized. The system was tested and calibrated with threshold ablation measurement for silicon, which is well studied in this regime of laser operation. The results where compared with data found in the literature and attested the reliability and precision of the system. Besides the increase in precision, the automation also turned much faster the data acquisition. Threshold ablation for metallic molybdenum was also obtained and resulted in data not found in the literature yet. Concluding the initial goal, the workstation was developed and is ready to be used in studies that can lead to production of micrometric structures.

O principal objetivo deste trabalho foi estudar a influência do tratamento superficial com laser de femtossegundo em amostras de alumina e compósito de alumina-zircônia estabilizada com ítria para depósito e aderência de apatita. Os resultados obtidos mostraram que houve a formação de apatita sobre as superfícies das amostras que foram texturizadas com laser de femtossegundo e em seguida imersa em 1,5 SBF. Este método biomimético pôde, por conseguinte, tornar estas cerâmicas bioativas. Também houve a formação de apatita na superfície das amostras sem o tratamento a laser. Os efeitos da texturização na superfície para as diferentes cerâmicas e a influência do tempo de imersão em 1,5 SBF são discutidos, a fim de determinar a condição ótima para estimular a deposição e a adesão da apatita na superfície dos materiais. Finalmente, os resultados obtidos das diferentes análises são comparados. A adesão da hidroxiapatita é essencial para interação com o substrato e depende das propriedades das superfícies dos materiais. A qualidade desta adesão influenciará sua morfologia e a capacidade futura de osseointegração. As características de superfície dependem da química de superfície, energia de superfície e topografia de superfície. Geralmente, a reatividade de superfície e energia de superfície pode ser influenciada pelas características de molhabilidade, influenciando o desempenho de biomateriais. A adesão e crescimento da apatita depositada também é função da rugosidade superficial. O tratamento superficial com laser de femtossegundo melhora consideravelmente a adesão da apatita obtida pelo recobrimento biomimético nas superfícies dos materiais. / The main objective of this work was to study the influence of femtosecond laser surface treatment on samples of alumina and composite of zirconia-alumina yttria stabilized for deposit and adhesion of apatite. The results showed that there was apatite formation on the surfaces of the samples that have been textured with femtosecond laser and then immersed in SBF 1.5. This biomimetic method can therefore make these bioactive ceramics. There was also the formation of apatite in the samples without laser treatment. The effects of texturing surface for the different ceramics and the influence of immersion time in SBF 1.5 are discussed in order to determine the optimal conditions to promote the deposition and the adhesion of the apatite in the material`s surface. Finally, the results of the different analyzes are compared. The adhesion of hydroxyapatite is essential for interaction with the substrate and depends on the properties of material´s surface. The quality of this adhesion will influence their morphology and the future ability of osseointegration. The surface characteristics depend on the surface chemical, surface energy and surface topography. Generally, the reactivity of surface and the energy of surface can be affected by wetting characteristics influencing the performance of biomaterials. The adhesion and growth of apatite deposited is also a function of surface roughness. The femtosecond laser surface treatment greatly improves the adhesion of apatite obtained by biomimetic coating on the surfaces of materials.

A usinagem de estruturas micrométricas pode ser feita com pulsos laser de nano, pico ou fentossegundos. Destes, porém, somente os mais curtos podem resultar em uma interação não térmica com a matéria, o que evita a fusão, formação de rebarba e zona afetada pelo calor. Devido à sua baixa potência média, contudo, a sua utilização na produção em massa somente pode ser considerada em casos muito especiais, isto é, quando o processamento não-térmico é essencial. Este é o caso da usinagem de semicondutores, aços elétricos, produção de MEMS (sistemas micro eletro-mecânicos), de micro canais e diversos dispositivos médicos e biológicos. Assim, visando a produção destes tipos de estruturas, uma estação de trabalho foi construída com capacidade de controlar os principais parâmetros de processo necessários para uma usinagem micrométrica com laser de pulsos ultracurtos. Os principais problemas deste tipo de estação são o controle da fluência e do posicionamento do ponto focal. Assim, o controle do diâmetro do feixe (no foco) e da energia devem ser feitos com grande precisão. Além disso, o posicionamento do ponto focal com precisão micrométrica nos três eixos, também é de fundamental importância. O sistema construído neste trabalho apresenta soluções para estes problemas, utilizando diversos sensores e posicionadores controlados simultaneamente por um único programa. A estação de trabalho recebe um feixe vindo de um laser de pulsos ultracurtos localizado em outro laboratório, e manipula este feixe de maneira a focalizá-lo com precisão na superfície da amostra a ser usinada. Os principais parâmetros controlados dinamicamente são a energia, o número de pulsos e o posicionamento individual de cada um deles. A distribuição espacial da intensidade, a polarização e as vibrações também foram medidas e otimizadas. O sistema foi testado e aferido com medidas de limiar de ablação do silício, que é um material bastante estudado neste regime de operação laser. Os resultados, quando confrontados com a literatura, mostram a confiabilidade e a precisão do sistema. A automatização, além de aumentar esta precisão, também aumentou a rapidez na obtenção dos resultados. Medidas de limiar de ablação também foram realizadas para o metal molibdênio, levando a resultados ainda não vistos na literatura. Assim, de acordo com o objetivo inicial, o sistema foi desenvolvido e está pronto para utilização em estudos que levem à produção de estruturas micrométricas. / Machining of very small structures has been made with nano, pico and femtosecond pulsed lasers. Among then, only femtosecond lasers may result in nonthermal interaction with matter, avoiding melting, formation of slag and heat affected zone. Mass production with such lasers yet can only be considered in cases where nonthermal effects are of prime importance. This is the case in machining of semiconductors and electric steels, the production of MEMS, microchannels, and many medical and biological devices. Hence, a workstation for production of such kind of microstructures was built with the capability of controlling the main parameters necessary for the machining process. Control of the laser fluence and focus positioning are the main concern in this kind of processing. So, the control of the laser beam diameter (in the focus) and of the pulse energy must be very precise. Positioning of focal point with micrometric precision in the three axes is also fundamental. The system built in this work provides solutions for these problems incorporating several sensors and positioning stages simultaneously controlled by a single software. The workstation receives a laser beam coming from another laboratory and delivers it to the surface of the sample managing with precision the main process parameters. The system can dynamically control the energy, number of pulses and positioning for each individual laser spot. Besides, the spatial distribution of the laser intensity, polarization and vibrations were also measured and optimized. The system was tested and calibrated with threshold ablation measurement for silicon, which is well studied in this regime of laser operation. The results where compared with data found in the literature and attested the reliability and precision of the system. Besides the increase in precision, the automation also turned much faster the data acquisition. Threshold ablation for metallic molybdenum was also obtained and resulted in data not found in the literature yet. Concluding the initial goal, the workstation was developed and is ready to be used in studies that can lead to production of micrometric structures.

As queimaduras causam alterações na estrutura anatômica da pele associadas a trauma. As queimaduras podem ser classificadas em lesões de primeiro, segundo e terceiro grau. As queimaduras de terceiro grau têm sido grande foco de pesquisas em busca de tratamentos mais conservadores e de maior rapidez no reparo para um resultado funcional e estético satisfatório. O tratamento convencional consiste no uso de medicamentos tópicos e no enxerto de pele natural ou sintética. Alternativamente, a terapia laser utiliza o processo de ablação para remoção do tecido queimado necrosado, devido ao não contato mecânico, à rapidez na aplicação e alcance a áreas de difícil acesso. Deste modo, a proposta deste estudo é avaliar a viabilidade de utilizar lasers de femtossegundos de altíssima intensidade como coadjuvante no tratamento de pacientes queimados. Para o estudo, foram utilizados 25 ratos da raça Wistar, divididos em grupos de 5 animais: grupos pele sadia, pele queimada, dois tipos de tratamento (desbridamento cirúrgico ou ablação a laser de femtossegundos) e em quatro tempos de acompanhamento do processo cicatricial. Três regiões do dorso dos animais foram expostas a fonte de vapor causando queimadura de terceiro grau. No terceiro dia após a queimadura, uma das regiões foi ablacionada com laser de altíssima intensidade de pulsos ultracurtos ( λ = 785nm, 90 fs, 2 kHz e 10 μJ/pulso); outra recebeu o desbridamento cirúrgico; e a última foi considerada o controle de queimadura. As regiões foram analisados por tomografia por coerência óptica (OCT), histologia, reflectância total atenuada por espectroscopia no infravermelho usando transformada de Fourier (μATR-FTIR), microscopia de fluorescência por excitação de dois fótons (TPEFM) e a técnica de geração de segundo harmônico (SHG), nos dias 3, 5, 7 e 14 após os tratamentos. Os resultados mostraram que nas condições de irradiação utilizadas foi possível obter remoção de debris de queimadura de terceiro grau. As técnicas utilizadas para caracterização do tecido permitiram verificar que em todos os tratamentos houve a promoção da reparação tecidual. No décimo quarto dia, a curva de regeneração mostrou que o coeficiente de atenuação do tecido ablacionado a laser converge para os valores da pele sadia, porém as fibras de colágeno ainda não atingiram a mesma organização das fibras presentes na pele sadia. / Burns cause changes in the anatomical structure of the skin associated with trauma. The severity of the burn injury is divided into first, second and third-degree burns. The third-degree burns have been a major focus of research in search of more conservative treatments and faster results in repair for a functional and cosmetically acceptable. The conventional treatment is the use of topical natural or synthetic skin graft. An alternative therapy is the laser ablation process for burned tissue necrosis removal due to the no mechanical contact, fast application and access to difficult areas. The purpose of this study is to evaluate the feasibility of using high intensity femtosecond lasers as an adjunct treatment of burned patients. For this study, 65 Wistar rats were divided into groups of five animals: healthy skin, burned skin, two types of treatment (surgical debridement or femtosecond laser ablation) and four different times in the healing process monitoring. Three regions of the back of the animals were exposed to steam source causing third-degree burn. On the third day after the burn, one of the regions was ablated with high intensity ultrashort laser pulses (λ = 785 nm, 90 fs, 2 kHz and 10 μJ/ pulse), the other received surgical debridement, and the last was considered the burn control. The regions were analyzed by optical coherence tomography (OCT), histology, attenuated total reflectance infrared spectroscopy using Fourier transform (μ-ATR-FTIR), two-photon excitation fluorescence microscopy (TPEFM) and second harmonic generation technique (SHG) on days 3, 5, 7 and 14 pos-treatments. The results showed that with the laser irradiation conditions used it was possible to remove debris from third degree burn. The techniques used to characterize the tissue allowed to verify that all treatments promoted wound healing. On the fourteenth day, the regeneration curve showed that the attenuation coefficient of laser ablated tissue converges to the values of healthy skin, but collagen fibers have not yet reached the same organization of those in the healthy skin

Pulsos ultracurtos de laser vêm sendo usados tanto para estudar e desenvolver processos ópticos não lineares em materiais, quanto para o seu processamento visando as mais diversas aplicações tecnológicas. Neste trabalho, estas duas áreas (estudos de não linearidades e processamento de materiais) foram exploradas em distintas amostras vítreas. Primeiramente, investigamos o espectro das propriedades ópticas não lineares de terceira ordem de vidros oxifluoroboratos de chumbo (50BO 1,5 - (50-x)PbF2 - xPbO) em função da variação da composição. Os espectros não lineares foram determinados na região do visível e infravermelho próximo pela técnica de varredura-z, utilizando um sistema laser de Ti: safira (775 nm, 150 fs, 1 kHZ) juntamente com um amplificador óptico paramétrico (470 a 2000 nm). Os resultados revelaram que a formação de oxigênios não ligantes favorece a resposta óptica não linear do material; o vidro com x = 50 apresentou as maiores não linearidades de terceira ordem, com índice de refração não linear de aproximadamente 4,7 x \'10 POT.-19\' \'M POT.2\'/W para comprimentos de onda entre 470 a 1550 nm, e coeficiente de absorção de dois fótons da ordem de 1 cm/GW, na região de engrandecimento de ressonância. Estes resultados, associados com a análise do fator de mérito e medidas de limitação óptica, sugerem que esses vidros têm potencialidades para aplicações em limitadores de potência e chaves puramente ópticas. Com relação ao processamento de materiais, utilizamos a técnica de microestruturação com laser de femtossegundos para produzir microestruturas em vidros borato de chumbo e borosilicatos. Foi possível obter linhas na superfície destes materiais, cuja largura pode ser controlada no intervalo de 3 a 35 µm pela alteração das condições de focalização, energia e velocidade de varredura do feixe. Ainda, através da irradiação com pulsos de femtossegundos foi possível produzir nanopartículas de cobre, cujo tamanho está em torno de 15 nm, tanto no volume quanto na superfície de um vidro borosilicato. Observamos que existe uma combinação ótima entre a velocidade de varredura do laser e a temperatura de tratamento térmico que permite a formação dessas nanopartículas apenas nas regiões irradiadas. / Ultrashort laser pulses have been used to study and develop nonlinear optical processes in materials, as well as for their processing, aiming at several technological applications. In this work, both areas (study of optical nonlinearities and materials processing) were exploited for different glass materials. Initially, we have studied the third order nonlinear optical spectrum of lead oxifluoroborate glasses (50BO 1,5 - (50-x)PbF2 - xPbO) as a function of the composition. The optical nonlinearities were determined from the visible to the near infrared employing the Z-scan technique, using a Ti: sapphire laser system (775 nm, 150 fs, 1 kHZ) and an optical parametric amplifier (470 a 2000 nm) as excitation sources. The results revealed that the formation of non-bridging oxygens favors the nonlinear optical properties of the material; the glass with x = 50 presents the higher third order nonlinearities, exhibiting a nonlinear index of refraction of about 4,7 x \'10 POT.-19\' \'M POT.2\'/W at the range of 470 - 1550 nm, and a two-photon absorption coefficient of approximately 1 cm/GW at the resonant enhancement region. Figure of merit analysis and optical limiting measurements suggest that these glasses have potential for applications in optical limiting and all-optical switching. Regarding materials processing, we have used femtosecond laser micromachining to produce microstructures in lead borate and borosilicate glasses. We were able to produce lines with controlled widths, from 3 - 35 µm, on the surface of the glasses by changing the focus, speed and energy of the laser beam. Moreover, using femtosecond laser pulses we obtained copper nanoparticles on the surface as well as in the bulk of a borosilicate glass. We have observed that there is an optimal combination between scanning speed and annealing temperature to promote the formation of nanoparticles at the regions irradiated by the laser.

As queimaduras causam alterações na estrutura anatômica da pele associadas a trauma. As queimaduras podem ser classificadas em lesões de primeiro, segundo e terceiro grau. As queimaduras de terceiro grau têm sido grande foco de pesquisas em busca de tratamentos mais conservadores e de maior rapidez no reparo para um resultado funcional e estético satisfatório. O tratamento convencional consiste no uso de medicamentos tópicos e no enxerto de pele natural ou sintética. Alternativamente, a terapia laser utiliza o processo de ablação para remoção do tecido queimado necrosado, devido ao não contato mecânico, à rapidez na aplicação e alcance a áreas de difícil acesso. Deste modo, a proposta deste estudo é avaliar a viabilidade de utilizar lasers de femtossegundos de altíssima intensidade como coadjuvante no tratamento de pacientes queimados. Para o estudo, foram utilizados 25 ratos da raça Wistar, divididos em grupos de 5 animais: grupos pele sadia, pele queimada, dois tipos de tratamento (desbridamento cirúrgico ou ablação a laser de femtossegundos) e em quatro tempos de acompanhamento do processo cicatricial. Três regiões do dorso dos animais foram expostas a fonte de vapor causando queimadura de terceiro grau. No terceiro dia após a queimadura, uma das regiões foi ablacionada com laser de altíssima intensidade de pulsos ultracurtos ( λ = 785nm, 90 fs, 2 kHz e 10 μJ/pulso); outra recebeu o desbridamento cirúrgico; e a última foi considerada o controle de queimadura. As regiões foram analisados por tomografia por coerência óptica (OCT), histologia, reflectância total atenuada por espectroscopia no infravermelho usando transformada de Fourier (μATR-FTIR), microscopia de fluorescência por excitação de dois fótons (TPEFM) e a técnica de geração de segundo harmônico (SHG), nos dias 3, 5, 7 e 14 após os tratamentos. Os resultados mostraram que nas condições de irradiação utilizadas foi possível obter remoção de debris de queimadura de terceiro grau. As técnicas utilizadas para caracterização do tecido permitiram verificar que em todos os tratamentos houve a promoção da reparação tecidual. No décimo quarto dia, a curva de regeneração mostrou que o coeficiente de atenuação do tecido ablacionado a laser converge para os valores da pele sadia, porém as fibras de colágeno ainda não atingiram a mesma organização das fibras presentes na pele sadia. / Burns cause changes in the anatomical structure of the skin associated with trauma. The severity of the burn injury is divided into first, second and third-degree burns. The third-degree burns have been a major focus of research in search of more conservative treatments and faster results in repair for a functional and cosmetically acceptable. The conventional treatment is the use of topical natural or synthetic skin graft. An alternative therapy is the laser ablation process for burned tissue necrosis removal due to the no mechanical contact, fast application and access to difficult areas. The purpose of this study is to evaluate the feasibility of using high intensity femtosecond lasers as an adjunct treatment of burned patients. For this study, 65 Wistar rats were divided into groups of five animals: healthy skin, burned skin, two types of treatment (surgical debridement or femtosecond laser ablation) and four different times in the healing process monitoring. Three regions of the back of the animals were exposed to steam source causing third-degree burn. On the third day after the burn, one of the regions was ablated with high intensity ultrashort laser pulses (λ = 785 nm, 90 fs, 2 kHz and 10 μJ/ pulse), the other received surgical debridement, and the last was considered the burn control. The regions were analyzed by optical coherence tomography (OCT), histology, attenuated total reflectance infrared spectroscopy using Fourier transform (μ-ATR-FTIR), two-photon excitation fluorescence microscopy (TPEFM) and second harmonic generation technique (SHG) on days 3, 5, 7 and 14 pos-treatments. The results showed that with the laser irradiation conditions used it was possible to remove debris from third degree burn. The techniques used to characterize the tissue allowed to verify that all treatments promoted wound healing. On the fourteenth day, the regeneration curve showed that the attenuation coefficient of laser ablated tissue converges to the values of healthy skin, but collagen fibers have not yet reached the same organization of those in the healthy skin

O principal objetivo deste trabalho foi estudar a influência do tratamento superficial com laser de femtossegundo em amostras de alumina e compósito de alumina-zircônia estabilizada com ítria para depósito e aderência de apatita. Os resultados obtidos mostraram que houve a formação de apatita sobre as superfícies das amostras que foram texturizadas com laser de femtossegundo e em seguida imersa em 1,5 SBF. Este método biomimético pôde, por conseguinte, tornar estas cerâmicas bioativas. Também houve a formação de apatita na superfície das amostras sem o tratamento a laser. Os efeitos da texturização na superfície para as diferentes cerâmicas e a influência do tempo de imersão em 1,5 SBF são discutidos, a fim de determinar a condição ótima para estimular a deposição e a adesão da apatita na superfície dos materiais. Finalmente, os resultados obtidos das diferentes análises são comparados. A adesão da hidroxiapatita é essencial para interação com o substrato e depende das propriedades das superfícies dos materiais. A qualidade desta adesão influenciará sua morfologia e a capacidade futura de osseointegração. As características de superfície dependem da química de superfície, energia de superfície e topografia de superfície. Geralmente, a reatividade de superfície e energia de superfície pode ser influenciada pelas características de molhabilidade, influenciando o desempenho de biomateriais. A adesão e crescimento da apatita depositada também é função da rugosidade superficial. O tratamento superficial com laser de femtossegundo melhora consideravelmente a adesão da apatita obtida pelo recobrimento biomimético nas superfícies dos materiais. / The main objective of this work was to study the influence of femtosecond laser surface treatment on samples of alumina and composite of zirconia-alumina yttria stabilized for deposit and adhesion of apatite. The results showed that there was apatite formation on the surfaces of the samples that have been textured with femtosecond laser and then immersed in SBF 1.5. This biomimetic method can therefore make these bioactive ceramics. There was also the formation of apatite in the samples without laser treatment. The effects of texturing surface for the different ceramics and the influence of immersion time in SBF 1.5 are discussed in order to determine the optimal conditions to promote the deposition and the adhesion of the apatite in the material`s surface. Finally, the results of the different analyzes are compared. The adhesion of hydroxyapatite is essential for interaction with the substrate and depends on the properties of material´s surface. The quality of this adhesion will influence their morphology and the future ability of osseointegration. The surface characteristics depend on the surface chemical, surface energy and surface topography. Generally, the reactivity of surface and the energy of surface can be affected by wetting characteristics influencing the performance of biomaterials. The adhesion and growth of apatite deposited is also a function of surface roughness. The femtosecond laser surface treatment greatly improves the adhesion of apatite obtained by biomimetic coating on the surfaces of materials.