L'interaction laser-matière dans le verre
Les verres optiques sont devenus des matériaux clés pour les applications d'optoélectronique et de photonique en raison de leur coût relativement faible et de leur grande facilité de traitement. Les recherches récentes ont montré que l'application d'impulsions laser femtoseconde sur des matériaux en verre peuvent produire des schémas tridimensionnels avec des caractéristiques de nano-échelle. Pourtant, l'on ne connaît pas encore clairement leur origine. Le projet ELEGANT («Extraordinary laser-induced excitations in glasses: analysis and theory»), financé par l'UE, a cherché à combler l'espace entre les découvertes expérimentales des modifications du verre induites au laser et la théorie via une analyse détaillée. Se concentrant sur les matériaux en vrac, les scientifiques ont étudié l'absorption laser jusqu'à l'échelle de la microseconde. Pour ce faire, ils ont développé un modèle opto-thermoélastoplastique composé de deux parties. La première décrit le plasma d'électrons libres alors que la seconde décrit le mouvement élastique et déformant du matériel. Au départ, les scientifiques cherchaient à mieux comprendre la formation du nanogrillage dans la silice fondue. Ils en ont conclu que les ondes plasma ne sont pas responsables de la formation de la structure périodique dans le volume du matériel mais plutôt de l'instabilité de la diffusion de l'ionisation. Les propriétés thermo-physiques, optiques et mécaniques des différents verres et matériaux cristallins transparents ont été analysées. Un type de verre a été considéré adéquat pour l'empreinte de nano-grillage. En outre, les scientifiques ont découvert qu'une pente de flanc d'impulsion avec impulsions laser ultra-courtes était responsable de l'anisotropie d'écriture laser. Des simulations comparatives d'absorption d'énergie laser ont révélé que les impulsions en pente sont fortement absorbées par rapport aux impulsions non en pente. Les simulations ont révélé une évolution complexe de la densité du matériau après un chauffage laser doux, similaire à celle observée dans les expériences par lesquelles le verre était déformé de manière irréversible. Cela a donné lieu à un scénario de formation de bulles. Aux régimes seuil de formation de bulles, la matière atteint un point de fusion où sa résistance à la traction chute de plusieurs ordres de grandeur. L'équipe du projet a également développé un concept de schémas de modifications induites au laser. Ces schémas doivent correspondre à l'énergie et à la densité d'électrons libres excités pour atteindre des niveaux différents de chauffage dans les matériaux transparents. ELEGANT a fourni une description plus complète des mécanismes régissant les modifications du matériel induites par laser. Les découvertes du projet ouvrent de nouvelles opportunités pour le développement de microsystèmes avec des nanofonctions.
