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Chauffage contrôlé par voie laser

The European fusion reactor JET near Oxford was given a tungsten internal wall in 2010. Credit : CCFE / JET L’interaction d’un champ électromagnétique avec la matière peut induire des changements temporaires ou permanents sur les propriétés de la matière, et donc permettre de sonder la structure de cette dernière.
Ces changements dépendent à la fois des propriétés du champ électromagnétique (amplitude et longueur d’onde) mais aussi de la matière elle-même. D’autres paramètres physiques, tels que la température ou la pression, peuvent changer davantage l’interaction entre la lumière et la matière.
Ces paramètres vont donc être responsables d’un changement des propriétés optiques de la matière.
L’étude des propriétés optiques et de leur dépendance en température est essentiel pour une large gamme de champs de recherche et d’applications variées, tels que la photonique et la plasmonique, l’optoélectronique, la nano-médicine ou encore la pyrométrie et la thermographie infrarouge (IR).

En particulier une connaissance sommaire des propriétés optiques des métaux peut amener à sous-estimer leur absorption de la lumière et donc à faire des erreurs de mesure de température.
Tout cela est potentiellement critique pour les composantes métalliques de certaines machines expérimentales comme, par exemple, les parois des réacteurs de fusion nucléaire (comme JET ou ITER), ou les sondes envoyées dans l’espace. Le bon fonctionnement de ces machines semble donc dépendre fortement d’une étude détaillée de propriétés optiques des métaux.

Un banc d’expérimentations est opérationnel à l’Institut Fresnel pour étudier la dépendance en température des propriétés optiques entre 450 et 1050 nm des métaux, comme le molybdène et le tungstène (en figure), ou des couches minces, dans un environnement ultravide dans la gamme de températures comprises entre 80 K et 2000 K.

Spectres en réflectivité du tungstène et du molybdène à différents températures (300 et 925 K pour W, 300 et 780 K pour Mo) pour lumière non polarisé. Figure adaptée de Minissale, Bisson, et Gallais SPIE-Laser Damage 2016Contact : L. Gallais (laurent.gallais chez fresnel.fr), M. Minissale (marco.minissale chez fresnel.fr)

Sélection de publications :

Minissale M., Bisson R., and Gallais L., Laser remote heating in vacuum environment to study
temperature dependence of optical properties for bulk materials, Proc. SPIE 10014, Laser-Induced Damage in Optical Materials 2016, 1001401 doi : 10.1117/12.2268110

Minissale M., Bisson R., Pardanaud C. and Gallais L., The temperature dependence of optical properties of tungsten in visible and near-infrared domain : an experimental and theoretical study, to be submitted