Traitement du verre avec des impulsions laser ultra courtes
Auteur / Autrice : | David Sohr |
Direction : | Stefan Skupin |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance le 23/09/2022 |
Etablissement(s) : | Lyon 1 |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut Lumière Matière |
Jury : | Président / Présidente : Éric Constant |
Examinateurs / Examinatrices : Stefan Skupin, François Courvoisier, Stefan Nolte, Stefanie Kroker, Vincent Motto-Ros, Rachel Nuter | |
Rapporteurs / Rapporteuses : François Courvoisier, Stefan Nolte |
Mots clés
Résumé
S'inscrivant dans le vaste domaine en pleine expansion du traitement du verre à l'aide d'impulsions laser ultra-courtes, cet ouvrage traite de la découpe et du façonnage des bords des feuilles de verre. Des faisceaux laser avec des géométries focales allongées ont été utilisés précédemment pour perforer des feuilles de verre, même épaisses, en un seul tir laser, permettant ainsi des processus de découpe rapides et propres. Jusqu'à présent, ces foyers allongés étaient limités à des géométries droites donnant lieu à des arêtes vives qui, pour de nombreuses applications, nécessitent une étape de traitement supplémentaire pour obtenir une arête en forme de c. En revanche, le faisceau d'Airy en forme de c a été employé dans des processus ablatifs pour créer des bords courbes et des tranchées dans des feuilles minces de silicium et de diamant. Ce travail décrit l'application du faisceau d'Airy au processus de découpe de micro-perforations dans le verre. Pour cela, la propagation linéaire du foyer du faisceau d'Airy est examinée en ce qui concerne la longueur, la courbure et le contraste focal réalisables qui dépendent des conditions de focalisation. Avec une ouverture numérique effective de 0.13, des modifications de volume allant jusqu'à plus de 2 mm de longueur sont démontrées dans du verre borosilicate, qui suivent très bien la trajectoire parabolique attendue du faisceau d'Airy avec un rayon de courbure de 12 mm. En appliquant les modifications d'Airy à la microperforation pour la première fois, des feuilles de verre aux bords arrondis ont été obtenues après gravure avec un rayon de courbure de 727 µm dans une feuille de 600 µm d'épaisseur. La limitation la plus cruciale du faisceau d'Airy en ce qui concerne le processus de micro perforation est le contraste focal relativement faible qui conduit à l'absorption et à l'endommagement du matériau dans les lobes latéraux du faisceau. Ceci peut être observé expérimentalement comme une inclinaison effective du faisceau d'Airy due à l'absorption préférentielle dans la partie supérieure de la modification du verre et est corroboré par les résultats de la simulation non linéaire. Des ajustements de la configuration optique permettent de compenser cette inclinaison et conduisent à la production d'un bord symétrique. L'influence des dommages dans les lobes latéraux s'avère particulièrement problématique pour la séparation par clivage mécanique. D'autres ajustements du faisceau d'Airy peuvent être utilisés pour aligner les fissures causées par le processus de perforation au laser dans la direction de coupe prévue, c'est-à-dire orthogonalement au plan de courbure maximale. En outre, le faisceau d'Airy est un candidat prometteur pour la découpe de feuilles légères, qui permettra des processus de découpe de microperforations encore plus rapides en remplaçant la ligne focale par une surface focale. Dans ce travail, la première modification en volume de type feuille induite par un seul tir laser est démontrée.