ES3057861T3 - Data recording on ceramic material - Google Patents

Data recording on ceramic material

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ES3057861T3 ES20190446T ES20190446T ES3057861T3 ES 3057861 T3 ES3057861 T3 ES 3057861T3 ES 20190446 T ES20190446 T ES 20190446T ES 20190446 T ES20190446 T ES 20190446T ES 3057861 T3 ES3057861 T3 ES 3057861T3
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Abstract

La presente invención se refiere a un método para grabar datos sobre o en una capa de un material cerámico y a un dispositivo para grabar datos sobre o en una capa de un material cerámico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Registro de datos sobre un material cerámico
[0003] La presente invención se refiere a un procedimiento para el registro de datos en una capa de un material cerámico. El documento US 2015/0302926 A1 divulga una técnica de registro en la que una pluralidad de puntos de luz se forma de manera simultánea mediante la utilización de un láser de pulsos ultracortos y un modulador espacial de fase, y una pluralidad de puntos de registro con unos índices refractivos diferentes de los de sus inmediaciones se forman dentro de un medio de registro. El documento US 5,761,111 B1 se refiere a unas estructuras a escala de submicrómetros, a escala de micrómetros y a escala superior a la escala de micrómetros, con forma regular y exentas de grietas de un índice refractivo de alto contraste dispuestas en unos medios de almacenamiento transparentes focalizando de manera controlable unos pulsos láser ultracortos en el seno de cualquier medio transparente.
[0004] El solicitante de la presente invención ha desarrollado un procedimiento para el almacenaje a largo plazo de información y un medio de almacenamiento asociado (véanse los documentos PCT/EP/2019/071805 y PCT/EP2020/068892). De acuerdo con un aspecto de dicho procedimiento para almacenar a largo plazo información, la información es codificada sobre una placa grabable que comprende un material cerámico mediante la utilización de un haz láser para manipular unas áreas localizadas de la placa grabable. Aunque este procedimiento puede, en principio, llevarse a cabo con un haz láser que presente un punto focal fijo mediante el montaje de la placa grabable sobre un sistema de posicionamiento XY y desplazando esas áreas localizadas de la placa grabable hasta el foco láser donde la codificación debe tener lugar, dicho procedimiento es engorroso y dilatorio.
[0005] Constituye, por tanto, un objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento mejorado para registrar datos en una capa de un material cerámico, que sea apropiado para registrar una gran cantidad de datos en un espacio de tiempo relativamente corto.
[0006] Este objetivo se consigue mediante un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1. Formas de realización preferentes de la presente invención se describen en las reivindicaciones dependientes.
[0007] Por consiguiente, la presente invención se refiere a un procedimiento para registrar datos en una capa de un material cerámico. De acuerdo con dicho procedimiento, se dispone una capa de un material cerámico y una pluralidad de zonas de la capa de material cerámico es selectivamente iluminada con un haz láser utilizando un dispositivo digital de microespejos (DMD). Los parámetros del haz láser y el tiempo de iluminación para cada una de las zonas seleccionadas se configuran para manipular en la medida suficiente cada una de las zonas seleccionadas con el fin de registrar datos sobre o dentro de la capa del material cerámico.
[0008] El DMD comprende una disposición o una matriz de microespejos que permiten iluminar de manera selectiva unos píxeles predeterminados sobre el material cerámico mediante el ajuste de los respectivos microespejos de la disposición o matriz. De este modo, pueden ser simultáneamente iluminados un enorme número de píxeles sobre el material cerámico y de una manera perfectamente controlada, que puede ser fácilmente automatizada. Dependiendo del número de microespejos existentes en el DMD, millones de zonas seleccionadas (esto es, píxeles) de la capa del material cerámico, pueden ser simultáneamente manipulados durante un lapso de tiempo que resulta suficiente para manipular una zona seleccionada con el fin de registrar datos. Dichos dispositivos digitales de microespejos se encuentran fácilmente disponibles y pueden ser puestos en práctica de manera sencilla en un dispositivo de registro. La manipulación de las zonas seleccionadas de la capa del material cerámico por medio de iluminación láser comprende la ablación de las respectivas zonas de la capa del material cerámico. Típicamente, la luz láser calentará las áreas de incidencia del haz láser lo cual, a su vez, puede provocar la ablación del material dentro de o en íntima proximidad con las áreas de incidencia. De acuerdo con la invención, se utiliza un láser de pulsos ultracortos, como por ejemplo, un láser de picosegundos o un láser de femtosegundos. De este modo, las llamadas explosiones de Coulomb conducen a la ablación de material en densidades energéticas superiores. Dependiendo de la polarización del haz, dichas explosiones de Coulomb pueden crear unos rebajos o agujeros de forma oval registrables siendo los ejes largo y corto dependientes también de la polarización del haz.
[0009] Por consiguiente, los datos registrados pueden ser codificados en la capa del material cerámico mediante la creación de rebajos o agujeros en el material. Pueden crearse rebajos o agujeros de diferentes profundidades, en el que cada profundidad se corresponda con un bit de información predefinido según lo descrito en el documento PCT/EP2020/068892. Con este fin, la capa de material cerámico puede ser iluminada con dos o más pulsos láser, de manera que los microespejos del DMD se ajusten entre pulsos subsecuentes para conseguir unas zonas de la capa del material cerámico las cuales sean (i) nunca iluminadas, (ii) iluminadas una vez con un solo pulso láser, (iii) iluminadas dos veces con dos pulsos láser, etc.
[0010] De acuerdo con los experimentos realizados con anterioridad por el solicitante se ha mostrado que una capa de CrN con un grosor de 5 µm puede ser visiblemente y de manera fiable manipulada por un pulso láser de un solo femtosegundo (véanse los documentos PCT/EP2020/068892). Por consiguiente, el procedimiento de la presente invención permite la codificación de al menos varios miles y de hasta un par de millones de píxeles en un lapso de varios cientos de femtosegundos. De este modo, la velocidad de registro del procedimiento inventivo queda simplemente limitada por el número de microespejos del DMD y por el tiempo requerido para ajustar los microespejos. De modo preferente, la capa del material cerámico es desplazada lateralmente o trasladada durante el registro, por ejemplo, por medio de un sistema de posicionamiento XY (siendo el eje x perpendicular a la superficie de la capa) como una etapa de barrido. De este modo, una vez que la disposición o matriz de píxeles ha sido registrada, una disposición o matriz adyacente de píxeles puede ser registrada simplemente desplazando la capa del material cerámico hasta un área adyacente.
[0011] Por consiguiente, el procedimiento inventivo, de modo preferente, comprende las etapas de iluminar selectivamente una pluralidad de zonas dentro de una primera área de la capa del material cerámico con el haz láser, utilizando el DMD, en el que la primera área puede ser cubierta por el DMD; trasladar la capa del material cerámico de manera que una segunda área diferente de la primera área pueda ser cubierta por el DMD; e iluminar selectivamente una pluralidad de zonas dentro de la segunda área de la capa del material cerámico con el haz láser utilizando el DMD.
[0012] Si tanto el DMD como el sistema de posicionamiento XY son adecuadamente controlados, se pueden conseguir unas velocidades de registro de datos de al menos 10 MB/s, de modo preferente de al menos 100 MB/s, de modo preferente de al menos 1 GB/s y, de modo más preferente de al menos 10 GB/s.
[0013] De modo preferente, el haz láser (esto es, los múltiples haces láser emitidos por el DMD) es focalizado sobre la capa del material cerámico por medio de una lente (o una óptica más compleja) que presente una abertura numérica más elevada, de modo preferente una abertura numérica de al menos 0,5, de modo más preferente de al menos 0,8. De modo preferente, son utilizadas ópticas de inmersión con el fin de incrementar aún más la abertura numérica. Si se utilizan ópticas de inmersión la abertura numérica puede ser de al menos 1,0, de modo preferente de al menos de 1,2. Así mismo, es también preferente utilizar un dispositivo de conformación del haz para crear determinadas formas de haz que sean ventajosas para registrar datos. Por ejemplo, una matriz de placas de zona láser puede ser transmitida por los múltiples haces láser procedentes del DMD. Estas placas de zona láser pueden, por ejemplo, ser adaptadas para crear un haz Bessel en forma de aguja para cada uno de los múltiples haces láser.
[0014] Un haz Bessel tiene la ventaja de presentar una profundidad sustancialmente incrementada de foco. Aunque la longitud focal de un haz gaussiano regular se dispone en el orden de la longitud de onda de la luz focalizada, la longitud focal que se puede conseguir con un haz Bessel alcanza hasta al menos 4 veces la longitud de onda de la luz focal. Al mismo tiempo, la anchura del foco es aproximadamente la mitad de la anchura focal que se puede conseguir mediante un haz gaussiano.
[0015] En general, el tamaño de las características que se pueden conseguir mediante el procedimiento inventivo (por ejemplo, el diámetro de un rebajo del material cerámico) varía entre 2/3 λ (aire) y ½ λ (inmersión) para un haz gaussiano y entre 1/3 λ (aire) y ¼ λ (inmersión) para un haz Bessel (donde λ es la longitud de onda de la luz láser). De este modo, la forma de haz Bessel es ventajosa en cuanto se pueden conseguir características del proceso de menor tamaño y, por consiguiente, una densidad mayor registrada de datos. Además, la longitud focal incrementada del haz Bessel es ventajosa en cuanto, por ejemplo, se pueden generar rebajos más profundos. Esto es, en particular, de relevancia si deben generarse características de diferentes profundidades con el fin de codificar la información por medio, por ejemplo, de la profundidad de un rebajo. Dado que el foco de un haz gaussiano tiene forma de cono, el incremento de la profundidad de un rebajo implica la potenciación de un diámetro del rebajo al nivel de la superficie. Por el contrario, el foco más cilíndrico de un haz Bessel permite la creación de unos rebajos mucho más profundos con un diámetro casi constante.
[0016] Dichos haces Bessel pueden también ser generados por medio de otros dispositivos de conformación del haz. Un ejemplo particularmente preferente de un dispositivo de conformación del haz es un modulador espacial de luz, el cual es particularmente versátil porque puede ser utilizado para crear haces Bessel, para hacer posible un control de proximidad óptico y proporcionar una máscara de desplazamiento de fase.
[0017] La capa del material cerámico comprende un nitruro metálico como por ejemplo CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si<3>N<4>, ThN, HfN, BN;y / o un carburo metálico como por ejemplo TiC, CrC, Al<4>C<3>, Vc, ZrC, HfC, ThC, B<4>C, SiC; y / o un óxido metálico como por ejemplo Al<2>O<3>, TiO<2>, SiO2, ZrO2, ThO<2>, MgO, Cr<2>O<3>, Zr<2>O<3>, V<2>O<3>; y / o un boruro metálico como por ejemplo, TiB<2>, ZrB<2>, CrB<2>, VB<2>, SiB<6>,ThB<2>, HfB<2>, WB<2>, WB<4>; y / o un siliciuro metálico como por ejemplo TiSi<2>, ZrSi<2>, MoSi<2>, WSi<2>, PtSi, Mg<2>Si. Materiales particularmente preferentes son B<4>C, HfC, Crf<2>O<3,>ZrB<2>, CrB<2>, SiB<6>, Si<3>N<4,>ThN, CrN y CrAlN. Estos materiales proporcionan la suficiente dureza y resistencia contra la degradación medioambiental para el almacenamiento a largo plazo de los datos registrados.
[0018] La etapa de proporcionar una capa de un material cerámico comprende la provisión de un sustrato y el revestimiento del sustrato con la capa del material cerámico diferente del material del sustrato cerámico. De este modo, únicamente una pequeña cantidad del material de revestimiento posiblemente más costoso, es necesaria, al tiempo que se obtiene una integridad estructural con un sustrato robusto y potencialmente más barato. La capa del material cerámico presenta un grosor no superior a 10 µm, de modo preferente no superior a 5 µm, de modo más preferente no superior a 2 µm, de modo más preferente no superior a 1 µm, de modo aún más preferente no superior a 100 nm y, como máxima preferencia no superior a 10 nm.
[0019] Así mismo, el uso de un sustrato puede hacer posible la generación de un contraste óptico entre el sustrato (donde se genera un agujero en el revestimiento) y el material de revestimiento circundante. De modo preferente, la manipulación de las áreas seleccionadas provoca que estas áreas resulten distinguibles del material circundante. Para algunas aplicaciones, esto puede comprender la consecución de la distinguibilidad óptica. Sin embargo, en otros casos (en particular, si las estructuras codificadas son demasiado pequeñas) estas áreas pueden únicamente ser distinguidas del material circundante por medio de, por ejemplo, un microscopio electrónico de barrido o mediante la medición de otro cambio de parámetro físico, por ejemplo, de propiedades magnéticas, dieléctricas o conductoras.
[0020] De modo preferente, el sustrato cerámico comprende un material cerámico oxídico, de modo más preferente el sustrato cerámico comprende al menos un 90%, como máxima preferencia al menos un 95%, en peso, de un elemento o de una combinación de: Al<2>O<3>, TiO<2>, SiO2, ZrO2, ThO<2>, MgO, Cr<2>O<3>, Zr<2>O<3>, V<2>O<3>. Estos materiales se sabe que son particularmente duraderos en diversas circunstancias y / o que resisten la degradación medioambiental. De este modo, estos materiales están especialmente indicados para su almacenamiento a largo plazo bajo diferentes condiciones. En particularmente preferente que el sustrato cerámico comprenda un elemento o una combinación entre: Al<2>O<3>, ZrO2, Zr(Si<4>), SiO2 y MgO.
[0021] De modo preferente, el sustrato cerámico comprende un material cerámico no oxídico, de modo más preferente, el sustrato comprende al menos un 90%, como máxima preferencia al menos de un 95%, en peso, de un elemento o de una combinación de: un nitruro metálico como por ejemplo, CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si<3>N<4>, ThN, HfN, BN; un carburo metálico como por ejemplo TiC, CrC, Al<4>C<3>, Vc, ZrC, HfC, ThC, B<4>C, SiC; un boruro metálico como por ejemplo, TiB<2>, ZrB<2>, CrB<2>, VB<2>, SiB<6>,ThB<2>, HfB<2>, WB<2>, WB<4>; un siliciuro metálico como por ejemplo TiSi<2>, ZrSi<2>, MoSi<2>, WSi<2>, PtSi, Mg<2>Si. Estos materiales se sabe que son especialmente duraderos bajo diferentes circunstancias y / o que resisten la degradación medioambiental. De este modo, estos materiales están particularmente indicados para el almacenamiento a largo plazo bajo diferentes condiciones. Es particularmente preferente que el sustrato cerámico comprenda un elemento o una combinación de BN, CrSi<2>, SiC y SiB<6>.
[0022] De modo preferente, el sustrato cerámico comprende un elemento o una combinación de Ni, Cr, Co, Fe, W, Mo u otros metales con un punto de fusión por encima de los 1400º C. De modo preferente, el material cerámico y el metal forman una matriz metálica composite con el material cerámico que está disperso en el metal o en la aleación metálica. De modo preferente, el metal supone entre el 5 y el 30% en peso, de modo preferente entre 10 y el 20% en peso del sustrato cerámico, esto es, de la matriz metálica composite. Composites de matriz metálica particularmente preferentes son: WC / Co - Ni - Mo, BN / Co - Ni - Mo, TiN / Co - Ni - Mo y / o Sic / Co - Ni - Mo.
[0023] La capa del material cerámico está revestida directamente sobre el sustrato cerámico, esto es, sin que exista ninguna capa intermedia, para conseguir un fuerte enlace entre el sustrato cerámico y la capa del material cerámico. El sustrato cerámico revestido es templado antes y / o después del registro con el fin de conseguir dicho enlace fuerte. El templado genera una superficie de interconexión sinterizada entre el sustrato cerámico y la capa del material cerámico. La superficie de interconexión sinterizada puede comprender al menos un elemento tanto del material del sustrato como del material cerámico, porque uno o más elementos de una de las dos capas adyacentes puede difundirse por dentro de la otra capa de las dos capas adyacentes. La presencia de la superficie de interconexión sinterizada puede además reforzar el enlace entre el sustrato cerámico y la capa del material cerámico.
[0024] De modo preferente, el templado del sustrato cerámico revestido implica el calentamiento del sustrato cerámico revestido a una temperatura en el intervalo de 200º C a 4000º C, de modo más preferente dentro del intervalo de 1000º C a 2000º C. El proceso de templado puede comprender una fase de calentamiento con un aumento de temperatura de al menos 10 K por hora, una fase de meseta a una temperatura de pico durante al menos 1 minuto y, finalmente, una fase de enfriamiento con una reducción de temperatura de al menos 10 K por hora. El proceso de templado puede contribuir a endurecer el sustrato cerámico y / o enlazar de manera permanente el material cerámico con el sustrato cerámico.
[0025] De modo preferente, las zonas seleccionadas de la capa de material cerámico son calentadas hasta al menos una temperatura de fusión del material cerámico de manera que las zonas seleccionadas del material cerámico sean calentadas a una temperatura de al menos 3000º C, de modo más preferente aún de al menos 3200º C, como máxima preferencia de al menos 3500º C, como máxima preferencia de al menos 4000º C. La ablación por láser de las zonas seleccionadas de la capa de material cerámico puede dejar al descubierto el sustrato cerámico subyacente lo que conduce a un contraste (ópticamente) distinguible del área manipulada con respecto al resto de la capa de material cerámico.
[0026] De acuerdo con una forma de realización particularmente preferente de la presente invención, el sustrato es transparente a la longitud de onda del haz láser. De modo preferente, el sustrato presenta una transmisión de al menos un 95%, de modo más proferente de al menos un 97% y, como máxima preferencia de al menos un 99% para una luz que presente la longitud de onda del haz láser. El sustrato puede, por ejemplo, comprender un material cerámico transparente vítreo o un material cerámico cristalino. Un material cerámico cristalino particularmente apropiado es el zafiro (Al<2>O<3>), el sílice (SIO<2>), el circonio (Zr(SiO<4>)), ZrO<2>, MgO.
[0027] Dicho material transparente es particularmente ventajoso en cuanto permite la iluminación selectiva de una pluralidad de zonas de la capa del material cerámico (revestido sobre el sustrato) a través del sustrato transparente. De este modo, cualquier residuo generado durante el registro, es generado sobre una superficie del sustrato revestido opuesta a las ópticas del registro. Por consiguiente, dicha superficie puede ser fácilmente limpiada y / o enfriada sin que ello afecta a las ópticas de registro.
[0028] Debido al factor de alta transmisión del material del sustrato transparente, la luz láser no interactúa con el sustrato y simplemente pasa a su través con el fin de, por ejemplo, ablacionar únicamente el revestimiento. En particular, el material del sustrato no es sustancialmente calentado por el haz láser.
[0029] De modo preferente, el haz láser (esto es, cada uno de los múltiples haces láser emitidos por el DMD) presenta un diámetro focal mínimo no superior a 400 nm, de modo más preferente no superior a 300 nm, de modo más preferente aún no superior a 200 nm, y como máxima preferencia no superior a 100 nm.
[0030] La presente divulgación también se refiere a un dispositivo para registrar datos sobre o dentro de una capa de un material cerámico, el cual puede ser utilizado en el contexto del procedimiento inventivo. El dispositivo, que no está cubierto por la invención reivindicada, comprende una fuente láser, un dispositivo digital de microespejos (DMD) adaptado para emitirá múltiples haces láser, unas ópticas de colimación para colimar la luz láser emitida por la fuente láser sobre el DMD, un soporte del sustrato para el montaje de un sustrato, y una óptica de focalización adaptada para focalizar cada uno de los múltiples haces láser emitidos por el DMD sobre un sustrato montado sobre el soporte del sustrato. La densidad de potencia de cada uno de los múltiples haces láser emitidos por el DMD es superior a 100 mJ/cm<2>, de modo preferente superior a 400 mJ/cm<2>, de modo más preferente superior a 800 mJ/cm<2>, como máxima preferencia de 1 J/cm<2>.
[0031] La densidad de potencia de los haces láser está, de modo preferente, adaptada para manipular una capa de material cerámico en la medida suficiente para registrar datos sobre o dentro de la capa de material cerámico. De modo preferente, la densidad de potencia de los haces láser permite la ablación de los materiales cerámicos anteriormente mencionados.
[0032] La óptica de focalización, de modo preferente, comprende una lente (o unas ópticas más complejas) que presente una elevada abertura numérica, de modo preferente una abertura numérica de al menos 0,5, de modo más preferente de al menos 0,8. Si las ópticas de inmersión están siendo utilizadas, la abertura numérica puede ser de al menos 1,0, de modo más preferente de 1,2.
[0033] El dispositivo, de modo preferente, comprende además un dispositivo de conformación del haz, de modo preferente, una matriz de placas de zona láser o un modulador espacial de luz con el fin de crear, por ejemplo, una pluralidad de haces Bessel según lo anteriormente expuesto. Dicho dispositivo de conformación del haz, de modo preferente, es situado antes de las ópticas de focalización. En este caso, de modo preferente, una pluralidad de lentes, de modo preferente lentes Fresnel, son situadas directamente detrás del dispositivo de conformación del haz con el fin de enfocar, por ejemplo, los haces Bessel.
[0034] En el sustrato, cada uno de los múltiples haces láser, de modo preferente, es un haz Bessel. En el sustrato, cada uno de los múltiples haces láser, de modo preferente, presenta un diámetro focal mínimo no superior a 400 nm, de modo más preferente no superior a 300 nm, de modo aún más preferente no superior a 200 nm y, como máxima preferencia, no superior a 100 nm.
[0035] El soporte del sustrato, de modo preferente, está montado sobre el sistema de posicionamiento XY como por ejemplo una etapa de barrido. El dispositivo, de modo preferente, comprende un procesador configurado para controlar el DMD y el sistema de posicionamiento XY para iluminar secuencialmente las áreas adyacentes o las disposiciones de píxeles del sustrato montado sobre el soporte del sustrato.
[0036] Este procesador (o una unidad de procesamiento adicional) está, de modo preferente, adaptado y configurado para recibir un conjunto de datos destinados a su registro (esto es, datos analógicos o digitales como por ejemplo, texto, número y una disposición de píxeles, un código QR o similares) para controlar los componentes del dispositivo (en particular el DMD y el sistema de posicionamiento XY y opcionalmente el dispositivo de conformación del haz) para llevar a cabo el procedimiento inventivo para registrar el conjunto recibido de datos sobre o dentro de la capa del material cerámico.
[0037] Formas de realización preferentes de la presente invención serán elucididas también con referencia a las figuras, las cuales muestran:
[0038] La Fig.1 es una vista esquemática de un dispositivo para el registro de datos;
[0039] la Fig.2 muestra esquemáticamente diferentes alternativas de registro;
[0040] la Fig.3 muestra esquemáticamente un dispositivo para el registro de datos; y
[0041] la Fig.4 es una vista esquemática de una combinación de un polarizador, de una placa de zonas y de una lente, así como de un gráfico de la forma de haz resultante y de la longitud focal a lo largo del eje del haz láser.
[0042] La Fig.1 muestra una ilustración esquemática de un dispositivo para el registro de datos sobre o dentro de una capa de un material cerámico. El dispositivo comprende una fuente láser 2 que emite luz láser sobre un DMD 3 que comprende múltiples microespejos 3a dispuestos en una matriz. El DMD 3 está adaptado para emitir múltiples haces láser 4 a lo largo de ya se una primera dirección (esto es, para el registro) o a lo largo de una segunda dirección (indicada con la referencia numeral 9) para cada microespejo que está en un estado “fuera de sitio” que desvía esos haces láser 9 hasta una “trampa” de haz (no mostrada). Generalmente, el dispositivo comprenderá también una óptica de colimación (no mostrada en la Fig. 1) para colimar la luz láser emitida por la fuente láser 2 sobre el DMD 3. El dispositivo comprende además un soporte del sustrato (no mostrado en la Fig.1) para el montaje de un sustrato 7 y una óptica de focalización 8 adaptada para enfocar cada uno de los múltiples haces láser 4 emitidos por el DMD sobre un sustrato 7 montado sobre el soporte del sustrato. La óptica de focalización 8 puede, por ejemplo, comprender una óptica de microscopio estándar que presente una gran abertura numérica.
[0043] En el ejemplo mostrado en la Fig.1, el sustrato 7 comprende un revestimiento cerámico o una capa de un material cerámico 1 que es localmente eliminado por medio de unos haces láser de alta precisión 4. En la Fig.1, el revestimiento cerámico está dispuesto sobre la parte superior del sustrato 7 (véase también la figura superior en la Fig.2). Como alternativa, el revestimiento cerámico puede estar dispuesto sobre un lado de fondo o trasero del sustrato 7, como se muestra en la figura desde abajo de la Fig.2. Dado que los haces láser 4, en este caso, tienen que pasar a través del sustrato 7, el material del sustrato 7 requiere en este caso ser transparente para la longitud de onda de la luz láser. Ello es particularmente preferente porque cualquier residuo generado durante la ablación será separado de la óptica de focalización 8 por medio del sustrato 7. De esta manera, la óptica de focalización 8 no resultará negativamente afectada por dichos residuos y es mucho más fácil limpiar la superficie del revestimiento cerámico 1 inmediatamente después o incluso durante el registro.
[0044] De modo preferente, el grosor del sustrato está adaptado para la óptica de focalización del dispositivo que se utiliza. Por ejemplo, el grosor del sustrato debe ser menor que la longitud focal de la óptica de focalización con el fin de llegar hasta el revestimiento cerámico.
[0045] Además, la disposición mostrada en la parte inferior de la Fig. 2 permite también el enfriamiento del revestimiento cerámico 1 durante la ablación, por ejemplo, dejando que un fluido de enfriamiento fluya a lo largo de dicho revestimiento cerámico 1. Esto mejorará la precisión del proceso de ablación porque la transferencia de calor desde el foco láser hasta las áreas circundantes puede ser eliminada. Por ejemplo, un chorro de aire cruzado (por ejemplo, una cuchilla de aire) o un líquido como por ejemplo agua u otros líquidos de inmersión pueden disponerse con el fin indicado. Dicho chorro de aire puede, así mismo, drenar los residuos generados durante la ablación.
[0046] Dicho chorro cruzado pueden también disponerse en el caso de la disposición mostrada en la figura superior de la Fig. 2. Sin embargo, dicho chorro cruzado, en este ejemplo, tiene que ser diseñado para que no interfiera con la óptica. Por ejemplo, si se utiliza una óptica de inmersión, el líquido de inmersión puede disponerse en un flujo cruzado que sea de modo preferente laminar con el fin de evitar cualquier efecto óptico debido a las turbulencias dentro del líquido de inmersión.
[0047] Algunos otros detalles de otro dispositivo ejemplar se muestran en la Fig.3. Por ejemplo, la Fig.3 muestra la óptica de colimación 5 para colimar la luz láser emitida por la fuente láser 2 sobre el DMD 3 así como otros componentes ópticos como por ejemplo un filtro espacial 10, 11. El soporte de sustrato 6 es, en el caso de la Fig.3, un sistema de posicionamiento XY para trasladar el sustrato 7 a lo largo del plano x - y (siendo z perpendicular a la superficie del sustrato 7). Tanto el DMD 3 como el sistema de posicionamiento XY 6 son controlados por un ordenador 13 que está configurado para controlar el DMD 3 y el sistema de posicionamiento XY para ejecutar las siguientes etapas: la iluminación selectiva de una pluralidad de zonas dentro de una primera área de la capa 1 del material cerámico con el haz láser utilizando el DMD 3, en la que la primera área puede ser cubierta por el DMD 3; el traslado de la capa 1 del material cerámico (esto es, el entero sustrato 7 en el caso presente) de manera que una segunda área diferente de la primera área pueda ser cubierta por el DMD 3; y la iluminación selectiva de una pluralidad de zonas dentro de la segunda área de la capa 1 del material cerámico con el haz láser utilizando el DMD 3.
[0048] Como se analizó anteriormente, el dispositivo, de modo preferente, comprende un dispositivo de conformación de haces para conseguir, por ejemplo, unos haces Bessel. Por ejemplo, una matriz de placas de zona láser 12 puede estar dispuesta entre el DMD 3 y la óptica de focalización 8 para conformar cada uno de los haces láser 4 (véase la Fig. 1) hasta adoptar una forma de haces Bessel. Cada haz Bessel es entonces enfocado sobre el sustrato 7 por medio de una lente Fresnel atribuida 8. Con el fin de iluminar adecuadamente la matriz de las placas de zona láser 12 puede disponerse una óptica de colimado adicional 14a y 14b. Este principio es también elucidado en la Fig.4, la cual muestra (para un pequeño haz) cómo un haz Bessel es generado por una combinación de un elemento óptico 12a que crea una luz circularmente polarizada y un elemento de fase binaria 12b para crear un haz Bessel el cual es entonces focalizado sobre el sustrato 7 por medio de una lente con alta apertura numérica atribuida 8 (o una lente Fresnel 8). Como se indica también en la Fig.4, se puede conseguir una longitud de focalización de al menos 4 veces la longitud de onda de la luz láser mediante la utilización de dicho haz Bessel. Además, el foco tiene una forma mucho más cilíndrica que un haz gaussiano.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES
1.- Un procedimiento para registrar datos en una capa de un material cerámico (1) comprendiendo el procedimiento las etapas de:
proveer una capa de un material cerámico (1); e
iluminar de forma selectiva de una pluralidad de zonas de la capa del material cerámico (1) simultáneamente con un haz láser de picosegundos (2) o con un láser de femtosegundos (2) utilizando un dispositivo digital de microespejos (3), en el que la luz láser emitida por el láser de picosegundos (2) o por el láser de femtosegundos (2) es colimada sobre el dispositivo digital de microespejos (3) por medio de una óptica de colimación (5) y en el que los haces láser procedentes del dispositivo digital de microespejos (3) son focalizados sobre la capa del material cerámico (1) por medio de una óptica de focalización (8);
en el que los parámetros del haz láser y el tiempo de iluminación para cada una de las zonas están configurados para ablacionar cada una de las zonas seleccionadas con el fin de registrar datos en la capa del material cerámico (1) mediante la creación de unos rebajos o agujeros en la capa del material cerámico (1), estando cada rebajo o agujero abierto a la atmósfera;
en el que la provisión de la capa de un material cerámico (1) comprende la provisión de un sustrato (7) y el revestimiento del sustrato (7) con la capa del material cerámico (1) diferente del material del sustrato (7), en el que la capa del material cerámico (1) es directamente revestida sobre el sustrato cerámico (7) y el sustrato cerámico revestido es templado antes y / o después del registro para generar una superficie de interconexión sinterizada entre el sustrato cerámico (7) y la capa del material cerámico (1) en el que la capa del material cerámico (1) tiene un grosor no superior a 10 µm; y
en el que la capa del material cerámico (1) comprende al menos un elemento entre: TiC, Al<4>C<3>, VC, ZrC, HfC, ThC, B<4>C, SiC; un nitruro metálico como por ejemplo CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si<3>N<4>, ThN, HfN, BN; un óxido metálico como por ejemplo Al<2>O<3>, TiO<2>, SiO2, ZrO2, ThO<2>, MgO, Cr<2>O<3>, Zr<2>O<3>, V<2>O<3>; un boruro metálico como por ejemplo TiB<2>, ZrB<2>, CrB<2>, VB<2>, SiB<6>,ThB<2>, HfB<2>, WB<2>, WB<4>; o un siliciuro metálico como por ejemplo TiSi<2>, ZrSi<2>, MoSi<2>, WSi<2>, PtSi, Mg<2>Si.
2.- El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el haz láser es un haz Bessel.
3.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa del material cerámico es desplazada lateralmente durante el registro y en el que el procedimiento comprende además las etapas de:
iluminar de forma selectiva de una pluralidad de zonas dentro de una primera área de la capa de material cerámico con el haz láser utilizando el dispositivo digital de microespejos, en el que la primera área puede ser cubierta por el dispositivo digital de microespejos;
trasladar la capa del material cerámico de manera que una segunda área diferente de la primera área pueda quedar cubierta por el dispositivo digital de microespejos; y
iluminar de forma selectiva de una pluralidad de zonas dentro de la segunda área de la capa de material cerámico con el haz láser utilizando el dispositivo digital de microespejos.
4.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa del material cerámico, de modo preferente, tiene un grosor no superior a 5 µm, de modo preferente, no superior a 2 µm, de modo más preferente, no superior a 1 µm, aún de modo más preferente, no superior a 100 nm y como máxima preferencia no superior a 10 nm.
5.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que del sustrato comprende al menos un 90%, de modo preferente al menos un 95%, en peso, de un elemento o una combinación de: Al<2>O<3>, TiO<2>, SiO<2>, ZrO<2>, ThO<2>, MgO, Cr<2>O<3>, Zr<2>O<3>, V<2>O<3>; y / o en el que el sustrato cerámico comprende al menos un 90%, de modo más preferente un 95%, en peso, de un elemento o una combinación de: un nitruro metálico como por ejemplo, CrN, CrAlN, TiN, TicN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si<3>N<4>, ThN, HfN, BN; un carburo metálico como por ejemplo TiC, CrC, Al<4>C<3>, Vc, ZrC, HfC, ThC, B<4>C, SiC; un boruro metálico como por ejemplo, TiB<2>, ZrB<2>, CrB<2>, VB<2>, SiB<6>,ThB<2>, HfB<2>, WB<2>, WB<4>; y un siliciuro metálico como por ejemplo TiSi<2>, ZrSi<2>, MoSi<2>, WSi<2>, PtSi, Mg<2>Si.
6.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el sustrato es transparente a la longitud de onda del haz láser, en el que, de modo preferente, el sustrato comprende un material cerámico transparente vítreo o un material cerámico cristalino, y / o en el que el sustrato comprende un elemento o una combinación de: zafiro (Al<2>O<3>), sílice (SiO<2>), circonio (Zr(SiO<4>)), ZrO<2>.
7.- El procedimiento de la reivindicación 6, en el que la iluminación selectiva de una pluralidad de zonas de la capa del material cerámico con un haz láser utilizando un dispositivo digital de microespejos comprende la iluminación de la capa del material cerámico a través del sustrato transparente.
8.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el haz láser presenta un diámetro focal mínimo no superior a 400 nm, de modo preferente, no superior a 300 nm, de modo más preferente, no superior a 200 nm, de modo aún más preferente no superior a 100 nm.
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