Mécanismes d’endommagement laser en régime sub-picoseconde

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L’endommagement laser des composants optiques est une des limitations principales dans le développement des lasers femtosecondes et de leurs applications. Ce problème limite la montée en puissance et la durée de vie des systèmes lasers ultracourts et affecte de nombreuses applications scientifiques, médicales et industrielles.


Dommage laser sur un miroir multicouche en régime sub-picoseconde

La génération et la manipulation de ces impulsions femtosecondes recquiert des composants optiques spécifiques pour compenser la dispersion, compresser/étirer temporellement, gérer la large bande spectrale mise en jeu à chaque réflexion ou passage dans un composant. L’évolution rapide de la technologie laser femtoseconde pose d’énormes défis technologiques sur les composants couches minces. La capacité de résistance au flux de ces composants face à des puissances crêtes de plus en plus élevées constitue un verrou technologique pour l’obtention de systèmes laser à haute puissance.


Différents mécanismes d’endommagement laser d’une couche mince optique en régime fs : thermique (fusion évaporation), mécanique (contraintes, ondes de chocs), électronique (répulsion Coulombienne), brûlure plasma, ripples....

Dans ce contexte nous menons depuis années une activité de recherche spécifique à la problématique de l’endommagement laser des couches minces optiques en régime sub-picoseconde. Ces travaux revêtent à la fois un caractère fondamental pour la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu lors de l’interaction laser / matière, expérimental pour tout ce qui concerne la métrologie de ces effets complexes et appliqué puisque notre objectif est de contribuer à l’amélioration de la résistance au flux laser des composants optiques pour le développement des lasers de puissance et de leurs applications.


Seuil d’endommagement laser d’une soixantaine de matériaux en couche minces (500fs, 1on1, 1030nm)

Références de nos travaux sur ce sujet :

  • Mende M., Schrameyer S., Ehlers H., Ristau D., Gallais L., ’Laser damage resistance of ion-beam sputtered Sc2O3/SiO2 mixture optical coatings’, Applied Optics, 52 1368-1376 (2013).
  • Mangote B., Gallais L., Commandré M., Mende M., Jensen L., Ehlers H., Jupé M., Ristau D., Melninkaitis A., Mirauskas J., Sirutkaitis V., Kičas S., Tolenis T., Drazdys R., ’Femtosecond laser damage resistance of oxide and mixture oxide optical coatings’, Optics Letters, 37 1478 (2012).
  • Mangote B., Gallais L., Zerrad M., Lemarchand F., Gao L.H., Commandré M., Lequime M., ’A high accuracy femto-/picosecond laser damage test facility dedicated to the study of optical thin films’, Review of Scientific Instruments, 83 013109 (2012).
  • Gallais L., Mangote B., Zerrad M., Commandré M., Melninkaitis A., Mirauskas J., Jeskevic M., Sirutkaitis V., ’Laser-induced damage of hafnia coatings as a function of pulse duration in the femtosecond to nanosecond range’, Applied Optics, 50 9 C178-187 (2011)
  • Melninkaitis A., Tolenis T., Mažulė L., Mirauskas J., Sirutkaitis V., Mangote B., Fu X., Zerrad M., Gallais L., Commandré M., Kičas S., Drazdys R., ’Characterization of zirconia– and niobia–silica mixture coatings produced by ion-beam sputtering’, Applied Optics, 50 9 C188-196 (2011)
  • Gallais L., Mangote B., Comandré M., Melninkaitis A., Mirauskas J., Jeskevic M., Sirutkaitis V., ’Transient interference implications on the subpicosecond laser damage of multidielectrics’, Applied Physics Letters, 97 051112 (2010)