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Métrologie de l’endommagement laser

Laser damage probability as function of laser fluence for a KTP sampleNous développons continuellement nos moyens et nos méthodes de métrologie de l’endommagement laser dans le domaine nano secondes et femto secondes [1-3] et proposons des services de mesures d’endommagement laser aux industriels. Des études liées à l’endommagement laser dans les cristaux pour l’optique (ONL et autre) sont en quelque sorte devenues une spécialité du groupe ILM et sont à l’origine de plus de 20 publications pendant les 10 dernières années.

Nos mesures sont effectuées sur des montages automatisés utilisant une détection in-situ des endommagements provoqués [4]. La détection in-situ fiable a ouvert la possibilité d’une analyse détaillé des données issus de tests S-on-1 [5, 6]. Ces études concernant l’effet de fatigue lors de l’endommagement laser nous ont permis de départager deux mécanismes physiques différents menant à l’effet de fatigue dans l’infra-rouge (fatigue statistique) et dans l’ultra-violet (fatigue par modification cumulative du matériau).

Travaillant en collaboration étroite avec le CEA nous avons également effectués quelques travaux sur les différentes manières de quantifier l’endommagement laser : en termes de la probabilité d’endommagement dans des conditions de mesure fixées ou en termes de la densité des dommages à une certaine fluence.

En ce qui concerne l’endommagement laser en régime nanoseconde nous avons fait des contributions importantes au développement d’un modèle qui considère la probabilité d’endommagement comme la probabilité de rencontre entre la zone à haute fluence du faisceau et au moins un des défauts nanométriques qui sont homogènement distribués dans le composant optique [7, 8].
Femtosecond laser damage test setup
Références :
[1] F.R. Wagner, A. Melninkaitis, G. Batavičiutė, C. Gouldieff, L. Smalakys, A. Beaudier, J.-Y. Natoli, Characterization of damage precursor density from laser damage probability measurements with non-Gaussian beams, Laser-Induced Damage In Optical Materials : 2015, Boulder (CO, USA), SPIE 9632 (2015) 96321O.

[2] A. Hildenbrand, F.R. Wagner, H. Akhouayri, J.-Y. Natoli, M. Commandré, Accurate metrology for laser damage measurements in nonlinear crystals, Opt. Eng. 47 (2008) 083603.

[3] B. Mangote, L. Gallais, M. Zerrad, F. Lemarchand, L.H. Gao, M. Commandre, M. Lequime, A high accuracy femto-/picosecond laser damage test facility dedicated to the study of optical thin films, Rev. Sci. Instr. 83 (2012) 013109.

[4] L. Gallais, J.Y. Natoli, Optimized metrology for laser-damage measurement : application to multiparameter study, Appl. Opt. 42 (2003) 960-971.
[5] F.R. Wagner, C. Gouldieff, J.-Y. Natoli, Contrasted material responses to nanosecond multiple-pulse laser damage : from statistical behavior to material modification, Opt. Lett. 38 (2013) 1869-1871.

[6] F.R. Wagner, C. Gouldieff, J.-Y. Natoli, M. Commandre, Nanosecond multi-pulse laser-induced damage mechanisms in pure and mixed oxide thin films, Thin Solid Films 592 (2015) 225–231.

[7] H. Krol, L. Gallais, C. Grèzes-Besset, J.-Y. Natoli, M. Commandré, Investigation of nanoprecursors threshold distribution in laser-damage testing, Opt. Commun. 256 (2005) 184-189.

[8] J.Y. Natoli, L. Gallais, H. Akhouayri, C. Amra, Laser-induced damage of materials in bulk, thin-film and liquid forms, Appl. Opt. 41 (2002) 3156-3166.