Etude des phénomènes d'absorption laser en régime femtoseconde pour l'ablation de matériaux diélectriques PDF Download
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Author: Maxime Lebugle
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Languages : fr
Pages : 175
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Book Description
Le micro-usinage de matériaux transparents est aujourd’hui un sujet d’intérêt mondial en recherche appliquée. L’emploi de lasers femtoseconde permet la micro-fabrication de composants optiques et de verres intelligents, ou la réalisation de cellules photovoltaïques. Dans ce contexte, cette thèse expérimentale se concentre sur l’absorption laser résolue en temps et en espace à la surface de matériaux diélectriques irradiés (silice fondue et saphir). Des impulsions femtoseconde (30 − 450 fs) dans l’infrarouge sont utilisées pour étudier l’efficacité de couplage de l’énergie laser pour l’ablation de matériaux dans un régime d’intensité intermédiaire (1-100 TW/cm2) lors de deux expériences. Un schéma pompe-sonde détermine la dynamique du plasma électrontrou à l’échelle femtoseconde et une expérience de déplétion laser mesure l’énergie absorbée. Une étude morphologique du matériau est réalisée, évaluant les seuils d’endommagement et d’ablation ainsi que les morphologies d’ablation. Nous établissons ensuite un bilan d’énergie de l’absorption laser responsable de l’enlèvement de matière. Les densités d’énergie typiques atteintes sont évaluées expérimentalement et confrontées à une modélisation avec propagation. Un excès de dépôt d’énergie par rapport à l’énergie de liaison du matériau au repos est mis en évidence, suggérant qu’un important chauffage du gaz d’électrons libres a lieu. Nous réalisons enfin une interprétation des données avec un regard technologique. Des guides à la réalisation de microsystèmes en régime d’ablation laser femtoseconde sont proposés, et démontrent l’intérêt d’impulsions sous 100 fs pour un procédé photonique.
Author: Maxime Lebugle
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Pages : 175
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Le micro-usinage de matériaux transparents est aujourd’hui un sujet d’intérêt mondial en recherche appliquée. L’emploi de lasers femtoseconde permet la micro-fabrication de composants optiques et de verres intelligents, ou la réalisation de cellules photovoltaïques. Dans ce contexte, cette thèse expérimentale se concentre sur l’absorption laser résolue en temps et en espace à la surface de matériaux diélectriques irradiés (silice fondue et saphir). Des impulsions femtoseconde (30 − 450 fs) dans l’infrarouge sont utilisées pour étudier l’efficacité de couplage de l’énergie laser pour l’ablation de matériaux dans un régime d’intensité intermédiaire (1-100 TW/cm2) lors de deux expériences. Un schéma pompe-sonde détermine la dynamique du plasma électrontrou à l’échelle femtoseconde et une expérience de déplétion laser mesure l’énergie absorbée. Une étude morphologique du matériau est réalisée, évaluant les seuils d’endommagement et d’ablation ainsi que les morphologies d’ablation. Nous établissons ensuite un bilan d’énergie de l’absorption laser responsable de l’enlèvement de matière. Les densités d’énergie typiques atteintes sont évaluées expérimentalement et confrontées à une modélisation avec propagation. Un excès de dépôt d’énergie par rapport à l’énergie de liaison du matériau au repos est mis en évidence, suggérant qu’un important chauffage du gaz d’électrons libres a lieu. Nous réalisons enfin une interprétation des données avec un regard technologique. Des guides à la réalisation de microsystèmes en régime d’ablation laser femtoseconde sont proposés, et démontrent l’intérêt d’impulsions sous 100 fs pour un procédé photonique.
Author: Thibault Genieys
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Languages : fr
Pages : 0
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Les lasers délivrant des impulsions de quelques cycles optiques sont un outil de choix pour l'étude de l'interaction laser-matière, que ce soit dans la recherche fondamentale ou dans les applications industrielles (usinage). Dans ce contexte, nous étudions l'ablation laser en surface de métaux (aluminium, cuivre, nickel et tungstène) et de matériaux diélectriques (silice fondue et saphir) par des impulsions allant de 15 à 100 femtosecondes, en régime de flux modéré. L'évolution du seuil d'ablation en régime mono-tir est mesurée pour l'ensemble des matériaux en fonction de la durée d'impulsion. Nous effectuons ensuite une expérience de bilan d'énergie sur une large gamme de fluence, donnant accès à l'évolution des fractions d'énergie réfléchies, transmises et absorbées. Dans les métaux, à faible excitation, la comparaison des résultats expérimentaux à des modèles (Drude-Lorentz, modèle à deux températures) met en évidence l'importance de considérer la densité d'états électroniques. Les collisions inter-bandes sont prises en compte avec le modèle de Drude-Lorentz, et la population électronique non-thermalisée est incluse dans le calcul de la fréquence de collision (pour Cu et Ni). Nous montrons qu'à forte excitation le modèle de Drude est applicable à l'ensemble des métaux. La mesure de bilan d'énergie effectuée sur les matériaux diélectriques permet d'élaborer un scénario décrivant les mécanismes d'absorption et les caractéristiques du plasma généré sur toute la gamme de fluence étudiée. Nous montrons que pour les diélectriques, l'utilisation d'impulsions les plus courtes permet d'augmenter l'efficacité d'ablation.
Author: Matthieu Guillermin
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Languages : fr
Pages : 244
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Ce travail vise à accroître la compréhension et la maîtrise des processus d'ablation laser en régime femtoseconde en s'appuyant sur l'étude de l'émission optique du panache de matière ablatée par des impulsions de fluence laser et de forme temporelle contrôlées. Le chapitre 1 consiste en une synthèse de la bibliographie sur l'ablation en régime femtoseconde. Les conséquences induites sur les produits de l'ablation et sur la formation du plasma sont abordées. L'ensemble du dispositif expérimental mis en jeu dans cette étude est présenté au chapitre 2. Les chapitres 3 et 4 présentent les résultats de l'étude des panaches d'ablation induits à partir de cibles d'aluminium et de laiton. Une attention particulière est portée à l'influence de la mise en forme temporelle des impulsions et plusieurs optimisations de l'interaction sont décrites. Dans le cas de l'aluminium, les données expérimentales sont confrontées aux résultats de simulations numériques afin de proposer des schémas d'interprétation du phénomène d'ablation et de sa réponse à la mise en forme temporelle des impulsions laser. Ces études ont permis de montrer la possibilité de modifier le couplage énergétique entre les impulsions laser et la cible irradiée, d'influencer les proportions de matière éjectée sous forme liquide et sous forme atomisée, de contrôler l'état d'excitation du panache d'ablation et enfin de maîtriser la génération de micro et nanoparticules. Le chapitre 5 clôture ce travail par une analyse de la structuration périodique induite à la surface de cibles métalliques en régime femtoseconde puis en fonction de la forme temporelle employée pour le dépôt énergétique
Author: Nadezda Varkentina
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Languages : en
Pages : 179
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Numerous fundamental processes take place on time scales from several femtoseconds to hundreds of picoseconds. Moreover, the continuous demands of downscaling and increase of precision in the cutting-edge micromachining industry require the comprehension of the physical mechanisms and the identification of key laser parameters for an optimized use of femtosecond laser systems. Those systems shall allow production of controlled and calibrated micrometer-size structures with high spatial selectivity. In this PhD work, we study the interaction of a femtosecond laser (500 fs @ 1025 nm) with a dielectric target using a dedicated test-bench. The first part of this work describes the fundamental aspects of laser energy deposition in dielectrics (SiO2), its redistribution to the lattice and the process of laser ablation by means of pump-pump and time-resolved pump-probe experiments. The experimental study is accompanied by a computational modeling taking into account the beam propagation (one-dimensional Helmholtz equation), the non-equilibrium process of the energy deposition (two-temperature model) and the matter ionisation (rate equation describing the free electron density change). Finally, we put in evidence the interest of femtosecond lasers for material modification (notably for surface damage and ablation) which high specific benefit in such applications as micromachining and laser corneal surgery.
Author: Corinne Pasquier
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Languages : fr
Pages : 0
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Les impulsions laser de quelques cycles optiques offrent des capacités remarquables dans l'interaction laser-matière, en particulier pour l'ablation de matériaux diélectriques. Cependant, la focalisation d'impulsions laser ultracourtes dans l'air implique des limitations naturelles à la propagation linéaire du faisceau en amont de la cible. Dans ce contexte, on étudie l'ablation en surface de matériaux diélectriques lorsqu'ils sont irradiés par une impulsion unique de 12 fs dans l'air, dans des gammes d'intensités situées au-dessous et au-dessus de l'apparition des effets non linéaires dans l'air. En particulier, nous avons établi le lien entre la distribution en fluence en fonction des régimes de focalisation linéaire et non linéaire, et les diamètres des cratères. Nous avons démontré que le profil des cratères peut être prédit malgré les importantes modifications du faisceau laser à haute énergie, pour deux matériaux : la silice fondue et le saphir. Puis, après avoir identifié un régime d'ablation où le faisceau laser n'est pas affecté par ces effets non linéaires, nous avons développé un ensemble de diagnostics permettant de caractériser le plasma crée. Nous avons discuté et comparé les résultats obtenus sur les deux matériaux. En régime d'ablation, il apparaît alors que la densité du plasma est inférieure ou proche de la densité critique. De plus, la pénétration du faisceau est plus importante dans le cas du saphir que de la silice fondue donnant lieu à des cratères plus profonds.
Author: Fanny Claverie
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Languages : fr
Pages : 294
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L’ablation laser couplée à une détection par spectrométrie de masse à plasma induit apparait de plus en plus comme un outil de choix pour l’analyse des solides. L’utilisation de sources laser femtoseconde permet d’améliorer les performances analytiques du couplage, l’interaction laser-matière privilégiant les phénomènes athermiques contrairement aux lasers nanoseconde plus classiquement utilisés. Une collaboration entre le Laboratoire de Chimie Analytique Bio-Inorganique et Environnement de Pau et Novalase SA (spécialisé dans l’intégration optique et laser) a fait naitre la première station d’ablation laser femtoseconde intégrée. Ses caractéristiques particulières, que sont la haute cadence de tir et un optique de balayage rapide du faisceau, permettent d’explorer de nouvelles stratégies d’ablation et ouvrent des perspectives analytiques encourageantes en terme de sensibilité et de mode de quantification. Le potentiel de ce prototype a été évalué au travers d’analyses fondamentales, telles que le fractionnement élémentaire et l’étude de la taille des particules de l’aérosol produit par ablation, et de différentes applications telles que l’analyse de sols et de sédiments par dilution isotopique réalisée par le laser dans la chambre d’ablation, la détection de sélénoprotéines dans des gels d’électrophorèse et la détermination de l’isotopie de l’uranium dans des particules micrométriques.
Author: OLIVIER.. VENAILLE
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Languages : fr
Pages : 173
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DANS LE CADRE DU PROJET DE RECHERCHE EUROPEEN LAMA (PROJET BRITE EURAM BRE2 CT93-0560), DONT L'OBJECTIF ETAIT LA CONCEPTION ET A LA FABRICATION D'UN LASER ND : YAG DE CHANTIER DESTINE AU NETTOYAGE DE MATERIAUX DE CONSTRUCTION, UN TRAVAIL DE RECHERCHE A ETE ENTREPRIS POUR TENTER DE COMPRENDRE LES PHENOMENES PHYSICO-CHIMIQUES QUI INTERVIENNENT LORS DE L'ABLATION DE MATIERE. LES MATERIAUX A NETTOYER ONT ETE PRINCIPALEMENT DES PIERRES RECOUVERTES DE CROUTES NOIRES. CETTE ETUDE A PORTE SUR L'ANALYSE DU MATERIAU AVANT ET APRES NETTOYAGE PAR DIVERSES METHODES MAIS EGALEMENT SUR L'ANALYSE DU PLASMA PRODUIT LORS DE L'IMPACT DU LASER SUR LE MATERIAU. DIFFERENTES MESURES ONT ETE REALISEES A CET EFFET : MESURE DE RETRODIFFUSION, MESURE DU SIGNAL SONORE, SPECTROMETRIE D'EMISSION, OBSERVATION DU PLASMA PRODUIT PAR CAMERA CCD. CE TRAVAIL A MIS EN EVIDENCE L'EXISTENCE DE SEUIL MACROSCOPIQUE D'ABLATION. LE SEUIL D'ABLATION DE LA SALISSURE ETANT GENERALEMENT PLUS BAS QUE CELUI DU SUPPORT A NETTOYER, CECI A PERMIS L'OBTENTION, DANS DES CONDITIONS OPTIMALES DE NETTOYAGE, D'UNE QUALITE DE NETTOYAGE TRES SATISFAISANTE. CECI A EGALEMENT ABOUTI A UNE INTERPRETATION DU MECANISME D'ABLATION. L'ENERGIE INCIDENTE SE SCINDERAIT EN 3 PARTIES DISTINCTES : UNE PARTIE RETRODIFFUSEE PAR LE MATERIAU QUI NE PARTICIPE PAS A L'ABLATION, UNE PARTIE QUI PROVOQUE UNE EJECTION DE MATIERE SOUS FORME DE POUSSIERES PAR EFFET MECANIQUE ET LA TROISIEME PARTIE QUI PROVOQUE LA VAPORISATION DE MATIERE SOUS FORME DE PLASMA. LE TRAVAIL DE RECHERCHE A ABOUTI, DANS LE CADRE DU PROJET LAMA, A LA FABRICATION D'UN PROTOTYPE LASER INNOVANT ET A SON UTILISATION SUR DE NOMBREUX SITES PILOTES A TRAVERS TOUTE LA FRANCE.
Author: MURIELLE.. DUCREUX
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Languages : fr
Pages : 221
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ACTUELLEMENT, L'ANALYSE ELEMENTAIRE DE NOMBREUX TYPES DE MATERIAUX EST EFFECTUEE PAR DES METHODES NECESSITANT UNE PREPARATION FASTIDIEUSE DES ECHANTILLONS (SPECTROMETRIE D'ABSORPTION ET D'EMISSION ATOMIQUE, FLUORESCENCE X, SPECTROMETRIE D'ARC), QUI PEUVENT INDUIRE DES CONTAMINATIONS OU DES PERTES. AUSSI, EXISTE-T-IL UNE FORTE DEMANDE POUR L'ANALYSE DIRECTE DE SOLIDES. PARMI LES DIVERSES METHODES ETUDIEES (DECHARGE LUMINESCENTE, SPECTROMETRIE ETINCELLE), LE COUPLAGE ABLATION LASER SPECTROMETRIE D'EMISSION ATOMIQUE ICP CONNAIT UN DEVELOPPEMENT CROISSANT. CETTE TECHNIQUE PRESENTE EN EFFET DES AVANTAGES CERTAINS: ANALYSE DE TOUT TYPE DE MATERIAU, CONDUCTEUR OU ISOLANT, CELLE-CI POUVANT ETRE GLOBALE OU PONCTUELLE DUE A LA POSSIBILITE DE FOCALISER LE FAISCEAU LASER A UN ENDROIT PRECIS DE LA CIBLE (EXCELLENTE RESOLUTION SPATIALE). LE PRINCIPE DE LA METHODE CONSISTE A UTILISER LE MECANISME D'ABLATION COMME SOURCE DE FINES PARTICULES QUI SONT TRANSPORTEES PAR UN COURANT D'ARGON DANS UN PLASMA DE TYPE ICP POUR ETRE ATOMISEES, EXCITEES ET IONISEES. LE FAISCEAU POLYCRHOMATIQUE RESULTANT EST DISPERSE PAR UN RESEAU EN RADIATIONS MONOCHROMATIQUES, QUI SONT ALORS DETECTEES PAR DIFFERENTS SYSTEMES RECEPTIFS: PHOTOMULTIPLICATEURS, DETECTEURS DE TYPE CCD L'EVALUATION DE LA TECHNIQUE POUR L'ANALYSE QUANTITATIVE DES VERRES CONSTITUE L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL. COMPTE-TENU DE LA TRANSPARENCE DE CES MATERIAUX DANS LES DOMAINES DU VISIBLE ET DU PROCHE INFRAROUGE, DES LASERS EMETTANT DANS L'ULTRAVIOLET ONT DUS ETRE UTILISES: UN LASER EXCIMERE DE TYPE XECL ET UN LASER ND:YAG TRIPLE ET QUADRUPLE EN FREQUENCE EMETTANT RESPECTIVEMENT A 308, 355 ET 266 NM. L'ETUDE DE L'INTERACTION LASER-MATIERE (QUANTITES DE MATIERE ABLATEES, FORMES ET DIMENSIONS DES CRATERES,) A PERMIS DE COMPARER CES DIFFERENTES SOURCES D'INTRODUCTION D'ECHANTILLON DANS LE PLASMA, ET D'EXPLIQUER LES DIFFERENCES DE PERFORMANCES ANALYTIQUES (REPETABILITE, REPRODUCTIBILITE, JUSTESSE, LIMITES DE DETECTION) OBTENUES POUR CHACUNE. LE DOMAINE D'APPLICATION DE LA METHODE A PU EGALEMENT ETRE ETENDU GRACE A DES ETUDES PRELIMINAIRES CONCERNANT L'ANALYSE DE SURFACES DE FAIBLES EPAISSEURS, L'ANALYSE SEMI-QUANTITATIVE DE VERRES ET DE MATIERES PREMIERES, L'ANALYSE QUALITATIVE DE DEFAUTS
Author: Jean Daillant
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3540486968
Category : Science
Languages : en
Pages : 347
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Book Description
The reflection of and neutrons from surfaces has existed as an x-rays exp- imental for almost it is in the last technique fifty Nevertheless, only years. decade that these methods have become as of enormously popular probes This the surfaces and interfaces. to be due to of several appears convergence of intense different circumstances. These include the more n- availability be measured orders tron and sources that can over (so reflectivity x-ray many of and the much weaker surface diffuse can now also be magnitude scattering of thin films and studied in some the detail); growing importance multil- basic the realization of the ers in both and technology research; important which in the of surfaces and and role roughness plays properties interfaces; the of statistical models to characterize the of finally development topology its and its characterization from on roughness, dependence growth processes The of and to surface scattering experiments. ability x-rays neutro4s study four five orders of in scale of surfaces over to magnitude length regardless their and also their to ability probe environment, temperature, pressure, etc. , makes these the choice for buried interfaces often probes preferred obtaining information about the microstructure of often in statistical a global surfaces, the local This is manner to complementary imaging microscopy techniques, of such studies in the literature witnessed the veritable by explosion published the last few Thus these lectures will useful for over a resource years.
Author: David Adler
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 1489922601
Category : Science
Languages : en
Pages : 448
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Book Description
The Institute for Amorphous Studies was founded in 1982 as the international center for the investigation of amorphous mate rials. It has since played an important role in promoting the und er standing of disordered matter in general. An Institute lecture series on "Fundamentals of Amorphous Materials and Devices" was held during 1982-83 with distinguished speakers from universities and industry. These events were free and open to the public ,and were attended by many representatives of the scientific community. The lectures themselves were highly successful inasmuch as they provided not only formal instruction but also an opportunity for vigorous and stimulating debate. That last element could not be captured within the pages of a book I but the lectures concentrated on the latest advances in the field I which is why their essential contents are he re reproduced in collective form. Together they constitute an interdisciplinary status report of the field. The speakers brought many different viewpoints and a variety of back ground experiences io bear on the problems involved I but though language and conventions vary I the essential unity of the concerns is very clear I as indeed are the ultimate benefits of the many-sided approach.
