DOSSIER
Lumière femtoseconde structurée
LUMIÈRE FEMTOSECONDE STRUCTURÉE POUR STRUCTURER LA MATIÈRE
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François COURVOISIER *
Université Marie et Louis Pasteur, CNRS, institut FEMTO-ST, F-25000 Besançon, France * francois. courvoisier @ femto-st. fr
Les lasers ultrabrefs, dans le régime femtoseconde, ont révolutionné l’ interaction laser-matière car ces impulsions peuvent déposer une grande densité d’ énergie pour modifier les matériaux, en particulier les matériaux transparents. Une seconde révolution est à l’ œuvre, basée sur la structuration spatiale de ces impulsions pour développer de nouveaux procédés de modification des matériaux, inaccessibles par d’ autres moyens technologiques.
https:// doi. org / 10.1051 / photon / 202513238
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Les lasers femtoseconde ont été une révolution dans le monde de la structuration des matériaux, avec des applications au micro-usinage d’ une précision inégalée ou à la chirurgie de l’ œil. Cette précision accrue a une origine: le dépôt d’ énergie par l’ impulsion laser est réalisé de façon extrêmement localisée dans l’ espace, au sein du gaz électronique du solide, avant les couplages vers le réseau et la diffusion thermique. Ceci permet d’ atteindre localement des températures très élevées, bien au-dessus du seuil de sublimation, avec un minimum d’ énergie. Dans le cas de l’ ablation laser, très peu d’ énergie reste au sein de la matière après interaction, ce qui minimise les dommages collatéraux et permet une précision inférieure au micron. Dans le domaine de l’ optique, la capacité la plus spectaculaire des lasers femtosecondes est de permettre la structuration des matériaux transparents, comme la cornée ou la silice fondue, grâce à l’ ionisation non-linéaire. Modifications d’ indice, inscription de nano-réseaux périodiques, ou ouverture de nano-vides au sein de la matière sont rendues possibles par la génération d’ un plasma, c’ est-à-dire une assemblée d’ électrons-libres dans le diélectrique, par transition non-linéaire effectuée sous champ laser intense, entre la bande de valence et la bande de conduction. La densité d’ énergie déposée dans le plasma détermine le type de modification physique.
Jusque dans les années 2010, d’ importants efforts de recherche en structuration de la lumière par holographie et le développement de valves optiques ont permis l’ ablation femtoseconde en surface avec tout type de formes. Cependant, la structuration tri-dimensionnelle au sein même des diélectriques transparents était une gageure. En effet, lors de la propagation d’ une impulsion laser femtoseconde intense au sein d’ un diélectrique, plusieurs effets non-linéaires se combinent et déstabilisent fortement l’ impulsion: l’ effet Kerr d’ autofocalisation et la génération de plasma qui, bien que nécessaire pour effectuer le dépôt d’ énergie
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