Las estructuras periódicas inducidas por láser en superficies (LIPSS, por sus siglas en inglés), son fenómenos bien establecidos que pueden generarse en la superficie de casi cualquier material mediante irradiación láser, ofreciendo un método simple y eficaz para modificar la propiedades ópticas de superficies. La formación y caracterización de LIPSS se estudiaron en silicio (Si) como plataforma de aprendizaje, para posteriormente fabricarse en superficies de arseniuro de galio (GaAs), un material con fuertes coeficientes ópticos no lineales de segundo orden, permitiendo la formación de áreas grandes. El arreglo experimental diseñado para la formación de LIPSS cuenta con un láser ultrarrápido (120 fs, 5kHz, 800 nm). Se realizaron barridos con diferentes potencias consideradas entre 30 y 120 mW y diferentes velocidades de barrido de 2.4 a 28 mm/s, para identificar las condiciones óptimas de producción de estructuras uniformes en grandes áreas. El diámetro del láser se estimó en 65 µm. Los resultados experimentales mostraron que las estructuras más uniformes en Si se obtuvieron con bajas potencias, mientras que en GaAs la homogeneidad mejoró con potencias más altas. Sin embargo, debido al perfil espacial de intensidad Gaussiano del haz, se formaron depresiones localizadas a lo largo de la trayectoria del barrido. Las LIPSS presentaron un periodo promedio de 730 nm. Para investigar la generación de segundo armónico (GSA), se empleó un láser ultrarrápido (100 fs, 60 MHz, 830 nm). La señal de GSA se distribuyó en un amplio rango angular, como órdenes de difracción correspondientes a la periodicidad de las LIPSS. Un análisis de la intensidad y polarización de GSA en función de la polarización del haz de bombeo reveló que la orientación de las LIPSS sigue la alineación cristalina del sustrato de GaAs. La modelación teórica indicó que la eficiencia de GSA puede aumentar varios órdenes de magnitud cuando el periodo de las LIPSS y la longitud de onda de bombeo cumplen condiciones de resonancia. Con base en estos hallazgos, proponemos que la mejora óptima de GSA puede lograrse formando LIPSS en otros cristales con simetría blenda de zinc.

Laser-induced periodic structures on surfaces (LIPSS) are well-established phenomena that can be generated on the surface of almost any material by laser irradiation, offering a simple and effective method to modify the optical properties of surfaces. The fabrication and characterization of LIPSS were studied on silicon (Si) as a learning platform, and then fabricated on gallium arsenide (GaAs) surfaces, a material with strong second-order nonlinear optical coefficients, allowing the fabrication of large areas. The experimental setup designed for LIPSS fabrication features an ultrafast laser (120 fs, 5 kHz, 800 nm). Scans were performed with different powers considered between 30 and 120 mW and different scan speeds from 2.4 to 28 mm/s to identify the optimal conditions for producing uniform structures on large areas. The laser diameter was estimated at 65 µm. Experimental results showed that the most uniform structures on Si were obtained at low powers, while on GaAs, homogeneity improved at higher powers. However, due to the Gaussian beam profile, localized dips formed along the scanning path. The fabricated LIPSSs exhibited an average period of 730 nm. To investigate second harmonic generation (SHG), an ultrafast laser (100 fs, 60 MHz, 830 nm) was employed. The SHG signal was distributed over a wide angular range, as diffraction orders corresponding to the LIPSS periodicity. An analysis of SHG intensity and polarization as a function of pump beam polarization revealed that the LIPSS orientation follows the crystal alignment of the GaAs substrate. Theoretical modeling indicated that the SHG efficiency can increase by several orders of magnitude when the LIPSS period and pump wavelength meet resonance conditions. Based on these results, we propose that optimal SHG enhancement can be achieved by fabricating LIPSS in other crystals with zinc blende symmetry.