Photonic jet for spatial resolution improvement in direct pulse near-IR laser micro-etching

Optimisation de jets photoniques pour l’augmentation de la résolution spatiale de la gravure directe par laser

• Auteur / Autrice : Andri Abdurrochman
• Direction : Joël Fontaine, Sylvain Lecler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Photonique et image
• Date : Soutenance le 15/09/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Meyrueis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Yahya Tumbelaka
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Delaporte, Bruno Sauviac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Faisceaux laser -- Diffraction

Fibres optiques

Cristaux photoniques

Lasers femtoseconde

Mots clés libres

Jet photonique

Gravure directe par laser

Microsphère en verre

Limite de diffraction

Fibre optique

Silicium

Photonic jet

Direct laser etching

Glass microsphere

Difraction limit

Spheroid-tip optical fiber

Optical fiber etching

Résumé

Ce travail de thèse a permis de montrer que la résolution latérale de gravure de lasers proches infrarouges nanosecondes pouvait être réduite en faisant passer le faisceau à travers des microbilles de verre ou des fibres de silice à embouts façonnés de telle manière à générer des jets photoniques. Sur du silicium la taille de gravure peut être réduite d’un facteur 44 comparée à celle d’une gravure directe sans jet photonique. Les densités de puissances atteintes permettent même d’envisager de graver le verre avec ce type de laser malgré sa très faible absorption à ces longueurs d’onde. Pour la première fois nous avons montré la possibilité d’obtenir des jets photoniques en sortie de fibre optique à embout façonné. Nous avons montré leur capacité à graver le silicium à l’échelle du micron et ce avec un laser proche infrarouge nanoseconde. La possible utilisation de fibres optiques est une condition clairement décisive à la réalisation d’un réel procédé laser capable de graver des motifs complexes et de façon répétée.

This work has shown that the lateral resolution etching using near infrared lasers nanoseconds could be reduced by passing the beam through a glass microsphere or a silica fibers with spheroid shape in such a way to generate photonic jets. Etching on silicon size with a glass microsphere can be reduced by a factor of 44 compared to that of a direct etching without photonic jet. Powers reached densities allow even consider burning the glass with this type of laser, despite its very low absorption at these wavelengths. For the first time we have shown the possibility of obtaining photonic jets coming-out of a spheroid-tip of fiber optic. We also have shown the ability to etch silicon at the micron scale using the near infrared nanosecond laser. The possible use of optical fibers is clearly a decisive condition for the realization of a laser capable of etching process real intricate designs and repeatedly.