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AbstractAbstract
[en] The use of ultrashort pulses for laser ablation allows for a precise energy deposition thanks to a highly confined laser-matter interaction. The nonlinear effects causing this confinement are also usually responsible of beam profile distortions along propagation and intensity instabilities. High cone angle Bessel beams have shown to be excellent candidates for dielectrics processing since they are robust to non-linear effects. In femtosecond regime, they are able to generate in single shot high aspect ratio nanochannels in transparent media. However the ablation dynamics and the coupling with the laser-induced plasma remain partially unclear in this case. The current model describing such interaction is incompatible with experimental observations. This thesis investigates the laser-plasma interaction and follows two axes of work. First part is focused on the laser-plasma interaction characterization in transparent media and in the case of femtosecond Bessel beam, by developing and exploiting an interferometric pump-probe experiment. We measure the plasma dynamics through the plasma-related complex refraction index modifications, which we resolve in space and time. Preliminary results show a confined plasma (radius < 1 μm) in the transverse direction and whose density approaches the critical density for a pulse energy approaching the nanochannel formation threshold. In a second part, we investigate the effect of aligned nanochannels on the fracture ability of glass samples and its application to glass cleaving. Here we solve two limiting problems to high quality cleaving by spatial beam shape engineering: we demonstrate a signification improvement of 150 μm-thin glass cleaving by the use of elliptical core Bessel beams; and we establish a proof of principle of 10 mm-thick glass single-pass cleaving thanks to a 3 axicons-based setup. (author)
[fr]
L'utilisation d'impulsions ultrabreves pour l'usinage laser permet une grande precision du depot d'energie grace a un fort confinement de l'interaction laser-matiere. Les effets non-lineaires lies a ce confinement sont aussi usuellement responsables de distorsions et d'instabilites dans le profil d'intensite lors de la propagation. Les faisceaux de Bessel a hauts angles coniques ont demontre etre tres performants pour l'usinage des dielectriques grace a leur robustesse aux effets non-lineaires. En regime femtoseconde, ils permettent alors de generer dans les milieux transparents des nanocanaux a haut rapport de forme par tirs uniques dans les milieux transparents. Cependant la dynamique d'ablation et le couplage de l'impulsion avec le plasma induit sont encore peu compris dans ce cadre, et le modele courant les decrivant reste incompatible avec les observations experimentales. Cette these a pour objectif d'etudier cette interaction et se divise en deux axes de travail. Le premier axe porte sur la caracterisation de l'interaction laser-matiere dans les milieux transparents pour le cas des faisceaux de Bessel femtoseconde grace au developpement et a l'exploitation d'une experience pompe-sonde interferometrique. Nous mesurons la dynamique du plasma via les modifications d'indice de refraction qu'il induit, resolues dans le temps et l'espace. Les resultats preliminaires obtenus montrent que le plasma est confine dans un rayon inferieur a un micron et que la densite du plasma approche de la densite critique pour une energie proche du seuil de formation de nanocanaux. Dans un second axe, nous travaillons sur l'effet d'un alignement de nanocanaux sur la fracture d'echantillons de verre et les applications des faisceaux de Bessel pour le clivage du verre. Nous levons ici deux limites principales concernant la qualite de fracture, en optimisant le profil spatial du faisceau. Nous montrons que l'utilisation de faisceaux de Bessel elliptiques ameliore considerablement la qualite de clivage pour les plaques de verre minces (150 μm), et nous etablissons une preuve de principe de clivage du verre de grande epaisseur (10 mm) en un seul passage sous le laser grace a l'utilisation d'un dispositif compose de 3 axicons. (auteur)Original Title
Controle du depot d'energie par laser femtoseconde dans les dielectriques par faisceaux de Bessel: Profil spatio-temporel de densite plasma et applications au clivage du verre
Secondary Subject
Source
27 Jan 2020; 236 p; 302 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These de Doctorat d'Optique et Photonique
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
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INIS IssueINIS Issue