Lumière femtoseconde structurée DOSSIER dans la matière, abaisse l’ indice de réfraction et défocalise l’ impulsion. Ces deux effets génèrent des régimes de propagation extrêmement nonlinéaires, difficilement prédictibles.
Ces effets non-linéaires limitent fortement le développement d’ applications où il s’ agit d’ obtenir des structures très allongées et uniformes, comme des guides d’ onde, des piliers pour les réseaux de Bragg ou encore de longs nano-vides pour réaliser des cristaux photoniques ou des méta-surfaces. La solution est de supprimer l’ effet Kerr en utilisant de fortes focalisations, avec des ouvertures numériques typiquement au-dessus de 0.8. Mais, avec des faisceaux Gaussiens, la longueur de Rayleigh est très limitée, rendant impossible la structuration sur de longues distances de plusieurs dizaines de microns. D’ autres solutions sont nécessaires.
C’ est dans ce cadre qu’ intervient la lumière structurée, et en particulier les faisceaux non-diffractants. Nous pouvons remarquer que la forte non-linéarité de l’ ionisation non-linéaire de la silice fondue joue le rôle d’ un effet de seuil: au-dessous d’ une certaine intensité lumineuse, l’ ionisation a une probabilité quasi-nulle. Ainsi, même si le faisceau est spatialement complexe, par exemple avec des franges d’ interférences, seules les zones d’ intensité au-dessus du seuil seront sujettes à création de plasma. Dans ce contexte, les faisceaux de Bessel [ cf article de N. Sanner ] sont d’ excellents candidats puisqu’ ils peuvent être générés à haute ouverture numérique, créer un spot central dépassant l’ intensité seuil sur une distance arbitraire, uniquement limitée par l’ énergie totale de l’ impulsion lumineuse. Un exemple est en figure 1. Ce type de faisceau est dû à une interférence, comme l’ indiquent les rayons optiques, à symétrie cylindrique, générée grâce à un axicon ou un modulateur de phase spatiale. Pour des applications à la structuration laser décrites ci-dessous, l’ interférence constructive centrale a un diamètre de typiquement de 1 µ m, mais peut s’ étendre sur des distances de propagation de plusieurs dizaines de micromètres, voire 1 cm, sans subir de modification de diamètre [ 1 ].
UN EFFET SPECTACULAIRE: UNE OUVERTURE DE VIDE À TRÈS HAUT RAPPORT DE FORME Dans le cas d ' un faisceau de Bessel très focalisé, un nano plasma est généré, et sa forte densité mène à l ' ouverture d ' un nano vide à très haut rapport de forme à l ' intérieur même des diélectriques.
Figure 1.( haut) Coupes transverses et longitudinales d’ un faisceau de Bessel d’ ordre zéro. Les rayons optiques tracés en orange soulignent le phénomène d’ interférence menant à la génération d’ un lobe central intense.( bas) Nano-vide induit dans du saphir par une unique impulsion laser femtoseconde. Ce nano-vide de 300 nm de diamètre n’ est pas débouchant, la matière a été compressée sur les bords.
La figure 1( bas) présente un exemple de nano vide ouvert à l ' intérieur du saphir, sans que ce nano canal ne soit débouchant ni d ' un côté ni de l’ autre. La pression a été suffisante pour comprimer la matière sur les côtés [ 2 ].
L ' ouverture d ' un canal à l ' intérieur des solides tend à générer des microfractures à une distance d ' environ 1 µ m du centre du canal, après une zone de matériau comprimé. Celles-ci peuvent initier des fractures du matériau dans son ensemble. Cette approche est mise à profit pour cliver le verre par exemple après inscription laser d ' une série de nano vides séparés entre eux par une distance typique de 5 µ m. Cette technique est appelée le « stealth dicing »( ou « découpe furtive »), et a été fortement développée pour la découpe des écrans, comme ceux des smartphones. À présent, grâce à la montée en puissance des lasers ultrabrefs, des verres plus épais peuvent être coupés, avec de nombreuses applications dans tous les domaines technologiques et de la vie courante.
ET LA PHYSIQUE SOUS-JACENTE? En réalité, le succès des faisceaux non-diffractants n ' est pas qu ' une histoire de géométrie. En effet, l ' abaissement de l ' indice de réfraction par la création de plasma affecte très fortement l ' impulsion laser, même lorsque celle-ci est focalisée. Le mécanisme exact permettant la création d ' un plasma très dense et très localisé est resté longtemps énigmatique. Les modèles numériques ne
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