Conclusion

Cette première partie de mon travail a été consacrée à la mise en forme spatiale de la tache focale d’un faisceau laser femtoseconde. Un système original d’optique adaptative a été mis en place, basé sur un modulateur de phase à cristaux liquides non pixellisé à adressage optique. Utilisé pour corriger les aberrations d’une source laser femtoseconde haute cadence (100 kHz), nous avons démontré la capacité de ce dispositif à procurer une surface d’onde quasi-plane en temps réel, en réduisant les distorsions de phase à λ/15 pic-vallée et λ/100 rms. Avec une telle qualité de correction des aberrations, nous avons obtenu un point focal limité par diffraction [33]. Dans un deuxième temps, nous avons présenté une étude complète de la modélisation et de la mise en place expérimentale d’un dispositif de mise en forme programmable de tache focale. Un algorithme de calcul de la modulation de phase permettant d’obtenir une forme de faisceau arbitraire définie par l’utilisateur a été développé. La mise au point d’une technique de soustraction de la courbure de phase a permis d’obtenir une mise en forme de bonne qualité avec un unique modulateur d’amplitude réduite. Nous avons alors démontré la capacité de ce système à générer des profils spatiaux complexes [48]. Des motifs variés et de petites dimensions (70 µm) ont été obtenus au point focal d’une

Chapitre 4 – Mise en forme de tache focale 81

lentille : top-hat, carré, couronne, triangle, rectangle. L’aspect dynamique et programmable de la valve optique permet en outre de passer instantanément d’un motif à l’autre, avec un contrôle en temps réel. Enfin, la durée d’impulsion n’est quasiment pas affectée par le système. L’amélioration de ce dispositif grâce à l’utilisation conjointe d’un miroir déformable permettrait de s’affranchir des limitations actuelles concernant les formes trop dissymétriques. Couplé avec un senseur de phase de meilleure résolution, cette combinaison offrirait une plus grande modularité et donc élargirait la gamme des motifs accessibles.

Le succès de cette expérience de mise en forme de tache focale permet d’envisager d’étendre la gamme des possibilités applicatives des lasers femtosecondes : en particulier, la partie II de ce manuscrit mettra en valeur les gains de contrôle et de précision apporté lors d’expériences d’interaction laser-matière. Ce domaine étant appelé à un large développement, aussi bien fondamental qu’industriel, la démonstration d’un outil original et inédit de mise en forme de tache focale répond à un réel besoin et a fait l’objet d’un brevet [52].

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Partie II

Partie II – Applications au micro-usinage et à la

photoinscription de guides d’ondes

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Partie II

Applications au micro-usinage et à la

photoinscription de guides d’ondes

Introduction

Le traitement de matériaux par irradiation laser est de plus en plus largement utilisé dans l’industrie. Des besoins sans cesse nouveaux imposent de trouver des outils toujours plus performants, élargissant du même coup le champ applicatif de l’outil laser. Marquage, découpe, soudure, peuvent s’appliquer à des domaines nouveaux en médecine ou en biologie (découpe de tissus, chirurgie ophtalmologique ou neurologique). De telles applications nécessitent une grande précision dans les procédés, atteignant des échelles de l’ordre du micron. Les moyens laser conventionnels comme les lasers CO₂ ou Nd:YAG deviennent alors progressivement insuffisants au fur et à mesure que l’on s’intéresse à des dimensions réduites. En effet, l’interaction laser-matière provoque un échauffement du matériau jusqu’à son point de fusion ou d’évaporation. Lorsqu’elle a lieu sur une durée supérieure à quelques centaines de picosecondes, le matériau usiné présente alors des modifications structurelles dans les environs de la zone traitée, comme par exemple des contraintes mécaniques et thermiques résiduelles, limitant ainsi sévèrement la qualité d’usinage.

Du point de vue de la recherche fondamentale, l’étude des interactions laser-matière est presque aussi ancienne que l’invention du laser lui-même par Maiman en

1961. La course technologique aux impulsions les plus brèves possibles n’est donc pas dissociée des implications sur le mode d’interaction de telles sources avec la matière, et permet notamment de faire avancer à la fois la compréhension de plus en plus précise des mécanismes et de faire émerger de nouvelles applications. En passant sous la barre de la picoseconde, la possibilité a été démontrée d’usiner n’importe quel type de matériau (métal, semi-conducteur, diélectrique), même les plus résistants (diamant) ou les plus délicats (explosifs…) avec une extrême précision et des dommages collatéraux très réduits. Ceci provient du fait que ces impulsions ultrabrèves interagissent avec la matière selon des mécanismes différents de ceux mis en jeu avec des impulsions plus longues. Le point clé réside dans le fait que l’interaction a lieu sur une durée plus courte que le temps nécessaire à la diffusion de la chaleur au sein du matériau.

Dans le double but d’améliorer le contrôle des procédés et d’ouvrir de nouvelles possibilités d’applications, cette seconde partie concerne l’utilisation de la mise en forme de faisceau pour deux applications distinctes. Dans le chapitre 6, nous mettons en valeur les gains de précision et de qualité d’usinage de surface procurés par une maîtrise de la forme et des dimensions de la tache focale. Dans le chapitre 7, la photoinscription de guides d’ondes en volume dans les verres est étudiée en mettant à profit le contrôle précis de la zone d’interaction. Pour une meilleure compréhension des aspects fondamentaux, le chapitre 5 présente au préalable une synthèse bibliographique des mécanismes d’interaction laser matière pour les métaux et les diélectriques.

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Chapitre 5