La técnica de cirugía refractiva láser a través de la extracción de un lentículo por una microincisión SMILE (Small Incision Lenticule Extraction), representa una técnica novedosa para la corrección de la miopía y un cambio de paradigma en torno a los procedimientos anteriores de cirugía refractiva láser. En esta Tesis doctoral por compendio de publicaciones se evalúan los resultados de eficacia, seguridad y predictibilidad para las primeras intervenciones de un cirujano experimentado en cirugía refractiva sin experiencia previa en SMILE. Estos resultados clínicos podrían estar condicionados por las características biomecánicas de la córnea intervenida. En esta Tesis doctoral se estudian las variables de confusión en pacientes operados de SMILE y se proponen soluciones para el diseño de estudios con el fin de minimizar el efecto de éstas y así poder detectar cuando los cambios en los parámetros de biomecánica se deben a una modificación de la rigidez corneal y no a un cambio en las variables de confusión. Finalmente, se analizan los parámetros más actuales de la tonometría dinámica de Scheimpflug y se propone una nueva variable conocida como densitometría dinámica por su posible aportación de información sobre la biomecánica e hidratación corneal.

La técnica de cirugía refractiva láser a través de la extracción de un lentículo por una microincisión SMILE (Small Incision Lenticule Extraction), representa una técnica novedosa para la corrección de la miopía y un cambio de paradigma en torno a los procedimientos anteriores de cirugía refractiva láser. En esta Tesis doctoral por compendio de publicaciones se evalúan los resultados de eficacia, seguridad y predictibilidad para las primeras intervenciones de un cirujano experimentado en cirugía refractiva sin experiencia previa en SMILE. Estos resultados clínicos podrían estar condicionados por las características biomecánicas de la córnea intervenida. En esta Tesis doctoral se estudian las variables de confusión en pacientes operados de SMILE y se proponen soluciones para el diseño de estudios con el fin de minimizar el efecto de éstas y así poder detectar cuando los cambios en los parámetros de biomecánica se deben a una modificación de la rigidez corneal y no a un cambio en las variables de confusión. Finalmente, se analizan los parámetros más actuales de la tonometría dinámica de Scheimpflug y se propone una nueva variable conocida como densitometría dinámica por su posible aportación de información sobre la biomecánica e hidratación corneal.

En esta tesis se estudian algunos aspectos de la interacción de láser de femto-segundos con cristales de niobato de litio aplicada a la fabricación de guías de onda. Se analizan los campos de deformaciones residuales de la interacción que permiten generar estas guías de onda. Los principales métodos experimentales de caracterización utilizados en este análisis son: mapeos espectroscópicos μ-Raman y medidas de campo cercano de modos guiados. Las medidas experimentales se ajustaron y/ó compararon con resultados de un modelo numérico que representa una expansión arbitraria de una elipse en el seno de un material elástico. A partir de este proceso, fue posible encontrar interesantes resultados relacionados con las características de la expansión producida por la interacción. El modelo numérico utilizado se generó en entorno MATLAB y resuelve tanto el problema elástico bidimensional para una expansión arbitraria, como así también, los modos guiados originados por su deformación residual. A su vez, se presentó y aplicó un método denominado “directo” que permite obtener el campo de índice de refracción aproximado a partir de mapas μ-Raman, en guías de onda originadas por deformaciones. Este método no requiere un modelo numérico ni iteraciones. En el presente trabajo de tesis se profundiza sobre el origen de guías de onda fabricadas con láser de femtosegundos, evaluando, a su vez, distintos métodos para estudiar los campos de deformaciones y de índice de refracción. Esto tiene potencial aplicación en el diseño de dispositivos fotónicos, como así también, en el estudio del comportamiento mecánico de materiales ópticos.

In this work we investigate how to control the optical and mechanical properties of photonic materials. Firstly we investigated the highly efficient 480 and 800 nm upconversion emissions from Tm3+/Yb3+ co-doped water-free low silica calcium aluminosilicate and tellurite glasses under resonant (976 nm) and anti-Stokes (1064 nm) excitations. As a result of these efficient upconversion processes, luminescent switches with the pump intensity and temperature (the latter under anti-Stokes excitation) have been observed. These switches were explained and discussed using rate equations analysis and saturation effects. Fitting the experimental data point provided the value of the energy transfer parameter related to the 2F5/2, 3H4->2F7/2, 1G4 transition. This switching mechanism could be used in the development of sensors and networks for optical processing and optical communications. Following the study of optical control of mechanical and optical proprieties, we investigated how to use femtosecond laser to write waveguides in Nd3+ doped YAG ceramics by multiple inscriptions of filaments, and if they are resistant to annealing temperatures. We studied two types of structures: “double-filament” and “square-filament” in Nd:YAG samples. We also reported, for the first time to our knowledge, on the fabrication of channel-buried optical waveguides in a Nd:YVO4 crystal by femtosecond laser inscription showing both TM and TE confinements. The optical waveguides obtained in this material emerge as promising candidates for highly efficient self-Raman integrated laser sources. And finalizing, we show the improvement of ultrafast laser written optical waveguides in Yb:YAG ceramics by tailoring the presence of heat accumulation effects. We showed how laser annealing can strongly reduce the concentration of defects and also reduce compressive estresse, leading to an effective 50% reduction in the propagation losses and to more extended and symmetric propagation modes. Micro-luminescence and micro-Raman imaging experiments have been carried out to elucidate the potential application of the obtained waveguides as integrated laser sources as well as to elucidate the waveguiding mechanisms. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho investigamos como controlar as propriedades ópticas e mecânicas de materiais fotônicos. Primeiramente investigamos as emissões por conversão ascendente de energia (CAE) em 480 e 800 nm altamente eficientes de vidros LSCAS (Low Silica Calcium Aluminosilicate) e TL (telurito) co-dopados com Yb3+/Tm3+ sob excitações ressonante (976 nm) e anti-Stokes (1064 nm). Como resultados desses processos eficientes de CAE, foram obtidos switches de luminescência com a intensidade de excitação e a temperatura (este último sob excitação anti-Stokes). Estes switches foram explicados e discutidos usando análises com equações de taxas e efeitos de saturação. Ajustes dos dados experimentais forneceram o valor do parâmetro de transferência de energia associado à transição 2F5/2, 3H4->2F7/2, 1G4. Este mecanismo de switching pode ser usado no desenvolvimento de sensores e redes para processamento óptico e comunicação óptica. Continuando o estudo de controle de propriedades ópticas e mecânicas, investigamos como é possível usar laser de femtosegundo para fabricar guias de ondas em cerâmica de YAG dopada com Nd3+ por meio da inscrição de filamentos, e se eles são resistentes a temperaturas de annealing altas. Estudamos dois tipos de estruturas na amostra de Nd:YAG: “filamento-duplo” e “filamento-quadrado”. Apresentamos também, pela primeira vez para nosso conhecimento, a fabricação de guias de ondas usando inscrição direta com laser de femtosegundo em amostra cristalina de Nd:YVO4, nas quais mostramos confinamentos de ambos os modos TM e TE. Os guias de ondas ópticos obtidos nesse material surgem como candidatos promissores para a fabricação de lasers de auto-Raman integrados com alta eficiência. Por fim, mostramos o aperfeiçoamento de guia de ondas fabricado com lasers de femtosegundos em cerâmica de Yb:YAG controlando a presença de defeitos por meio da acumulação de calor. Mostramos como annealing térmico produzido pelo laser pode fortemente reduzir a concentração de defeitos e o estresse compressivo da rede, resultando numa redução efetiva de 50% das perdas na propagação e modos mais estendidos e simétricos. Experimentos de micro-luminescência e micro-Raman foram utilizados para elucidar a aplicação potencial dos guias de ondas obtidos, como fontes lasers integradas bem como para possibilitar o entendimento das mudanças ocorridas nos guias de ondas.