Etude des phénomènes d'endommagement laser dans les composants optiques
Résumé
Ce travail traite principalement de la compréhension des phénomènes d'endommagement laser dans les composants pour l'optique (silice, couches minces...). Afin d'appréhender ces phénomènes, un dispositif expérimental original pour le test de tenue au flux laser de l'UV à l' IR en régime nano-seconde a été développé. Il combine l'utilisation de faisceaux focalisés et d'une métrologie fine; ces deux points permettent d'une part, de réaliser une étude de l'endommagement de manière localisée, et d'autre part, d'accéder aux paramètres de tirs et à l'image de la zone irradiée en temps réel, affinant ainsi la détection des dommages.
L'utilisation de ce dispositif a permis de mettre en évidence, grâce au tracé précis de courbes de probabilité d'endommagement, l'existence de sites précurseurs à l'endommagement laser. Un modèle statistique a été proposé pour permettre d'accéder aux densités de ces sites et aux différents types de défauts mis en jeux dans le processus de claquage. L'évolution de ces précurseurs sous irradiations multiples est également étudiée avec ce même modèle. Cette observation sous tirs cumulés permet d'aborder les mécanismes de conditionnement laser et également d'évaluer la durée de vie des optiques en fonction des paramètres de tirs.
Un deuxième volet du travail a consisté à mettre en évidence de manière non destructive le rôle des centres initiateurs de l'endommagement. Pour cela deux méthodes photothermiques ont été mises en œuvre: la diffusion induite sous flux laser ainsi que la microscopie photothermique haute résolution couplée au dispositif d'endommagement.
Enfin, des échantillons modèles comportant des inclusions métalliques de tailles nanométriques ont été utilisés pour simuler la présence de sites précurseurs. L'utilisation du microscope photothermique sur ces échantillons a permis pour la première fois de révéler non seulement le rôle des précurseurs artificiels, mais également l'existence d'une étape de « pré-endommagement » dans le matériau irradié. Des comparaisons entre simulation numérique et expériences permettent de proposer des hypothèses sur les mécanismes initiateurs conduisant au claquage.
L'utilisation de ce dispositif a permis de mettre en évidence, grâce au tracé précis de courbes de probabilité d'endommagement, l'existence de sites précurseurs à l'endommagement laser. Un modèle statistique a été proposé pour permettre d'accéder aux densités de ces sites et aux différents types de défauts mis en jeux dans le processus de claquage. L'évolution de ces précurseurs sous irradiations multiples est également étudiée avec ce même modèle. Cette observation sous tirs cumulés permet d'aborder les mécanismes de conditionnement laser et également d'évaluer la durée de vie des optiques en fonction des paramètres de tirs.
Un deuxième volet du travail a consisté à mettre en évidence de manière non destructive le rôle des centres initiateurs de l'endommagement. Pour cela deux méthodes photothermiques ont été mises en œuvre: la diffusion induite sous flux laser ainsi que la microscopie photothermique haute résolution couplée au dispositif d'endommagement.
Enfin, des échantillons modèles comportant des inclusions métalliques de tailles nanométriques ont été utilisés pour simuler la présence de sites précurseurs. L'utilisation du microscope photothermique sur ces échantillons a permis pour la première fois de révéler non seulement le rôle des précurseurs artificiels, mais également l'existence d'une étape de « pré-endommagement » dans le matériau irradié. Des comparaisons entre simulation numérique et expériences permettent de proposer des hypothèses sur les mécanismes initiateurs conduisant au claquage.
Domaines
Physique Atomique [physics.atom-ph]
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