Elaboration et caractérisation de matériaux pour atténuer la densité de dommages optiques induits par les lasers de puissance

Elaboration and characterization of materials to reduce the density of optical damage induced by high power lasers

• Auteur / Autrice : Amira Guediche
• Direction : Philippe Belleville
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 11/10/2019
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département Matériaux

Mots clés

Mots clés libres

Ondes de chocs

Laser

Optique

Mécanique des couches minces

Polymère

Sol-gel

Shock waves

Laser

Optic

Thin-film mechanics

Polymer

Sol-gel

Résumé

Le CEA/Le Ripault travaille en particulier sur le traitement optique de tous les composants optique du LMJ utilisés en transmission. En effet, il a mis au point pour ce laser l'ensemble des procédés de fabrication des couches antireflets. Malgré la qualité des traitements actuels, il se produit parfois des endommagements liés soit au faisceau, soit au matériau ou soit à la couche lors des campagnes de tirs lasers. Ces endommagements initialement très petits à l'échelle de l'optique qui font 40X40 cm² peuvent augmenter en taille avec des tirs lasers successifs avec une croissance exponentielle, rendant ici l'optique inutilisable à cause de la perte de transmission. Pour augmenter la durée de vie de ces optiques, une voie consiste à atténuer les ondes de chocs qui sont générées par les microplasmas initiateurs des dommages lasers et qui induisent des défauts de taille conséquente à l'optique. Cette atténuation mécanique peut être obtenue avec une couche ayant entre autre des propriétés élastiques et une bonne compatibilité avec la forte fluence laser (bonne transparence du matériau dans UV) et la silice colloïdale qui sert de couche antireflet. L'objectif de cette thèse est d'optimiser la formation du revêtement pour atténuer l'endommagement sous flux. Cette thèse aura deux composantes, une chimique portant sur un aspect un aspect synthèse chimique de solutions de dépôt avec la mise en œuvre de cette solution sur un composant optique et une partie physique consistant à caractériser ces couches par différents méthodes physique et à comprendre l'interaction laser matière avec une métrologie sous flux laser utilisant plusieurs spectroscopies.

The CEA/Le Ripault is working in particular on the optical processing of all the optical components of the LMJ used in transmission. Indeed, it developed all the manufacturing processes for anti-reflective coatings for this laser. Despite the quality of current treatments, damage to either the beam, material or layer sometimes occurs during laser shot campaigns. These very small optical damages compared to the size of the optical component (40X40 cm²) can increase in size with successive laser shots with exponential growth, making the optics unusable here because of the transmission loss. To increase the lifetime of these optics, one way is to attenuate the shock waves generated by the microplasmas that initiate laser damage and induce size defects due to the optics. This mechanical attenuation can be obtained with a layer having elastic properties and good compatibility with the high laser fluence (good transparency of the material in UV) and colloidal silica which serves as an anti-reflection layer. The objective of this thesis is to optimize the formation of the coating to reduce laser damage. This thesis will have two components, a chemical one relating to the chemical synthesis aspect of solution deposition with the implementation of this solution on an optical component and a physical part consisting in characterizing these layers by different physical methods and understanding the laser-material interaction with a laser metrology using several spectroscopies.