Mathias Soulier soutiendra sa thèse intitulée « Développement de filtres optiques interférentiels à faible absorption pour les lasers de puissance » le jeudi 25 septembre à 14h00 en amphi Ponte, campus St Jérôme à Marseille.
La présentation sera réalisée à l’oral en français, avec des planches en anglais.
Composition du Jury :
– Joël Charrier, Institut Foton (Rapporteur)
– Jean-Christophe Chanteloup, LULI (Rapporteur)
– Olivier Uteza, LP3 (Président du jury)
– Alex Ribeaud, Bühler Alzenau (Examinateur)
– Laurent Gallais, Institut Fresnel (Directeur de thèse)
– Julien Lumeau, Institut Fresnel (Co-directeur de thèse)
– Hélène Krol, CILAS (Co-encadrante de thèse)
Résumé : Au rythme d’une forte progression, la puissance continue des lasers fibrés est passée de quelques dizaines de watts à plusieurs centaines de kilowatts en vingt ans. Cette montée en puissance impose des contraintes très sévères sur les composants multicouches diélectriques au coeur de ces systèmes, car les miroirs, séparateurs et filtres sont soumis à des flux énergétiques extrêmes. Bien que l’absorption résiduelle soit aujourd’hui réduite à quelques parties par million grâce aux procédés de dépôt avancés, la densité de flux demeure si élevée que la moindre énergie dissipée provoque un échauffement du composant, lequel peut déclencher une dégradation de la réponse optique.Maîtriser l’absorption au ppm, la mesurer avec fiabilité et comprendre les phénomènes photo-induits associés sont donc devenus des enjeux essentiels pour accompagner le développement des lasers CW de forte puissance.
Les impacts applicatifs sont multiples : dans les effecteurs laser de haute puissance, pour les liaisons optiques sol-satellite ou dans les domaines industriels pour les procédés laser. L’absorption dans les couches minces demeure l’un des principaux verrous qui limitent portée, efficacité et fiabilité des applications laser de haute puissance.
Ce travail aborde directement cette problématique. Le manuscrit débute par un rappel théorique, technologique et métrologique qui replace les filtres multicouches dans le contexte des lasers CW de forte puissance. Il décrit ensuite l’ensemble d’une chaîne de métrologie de l’absorption des composants en couches minces basé sur la thermographie à détection synchrone. Le banc expérimental et la procédure de calibration y sont présentés et les résultats sont confrontés aux modèles d’optique interférentiel et validés au travers de campagnes inter-laboratoires. La section suivante détaille une méthodologie de caractérisation expérimentale de la déformation du front d’onde thermo-induite, dont la sensibilité est renforcée par un filtrage fréquentiel. Ensuite, un modèle fondé sur la méthode des éléments finis est introduit. Il calcule les variations d’indice, d’épaisseur et la déformation mécanique dont les résultats sont validés par comparaison aux mesures avant d’évaluer leur impact sur la propagation d’un faisceau laser. Enfin, l’étude propose des pistes d’optimisation des paramètres de dépôt et du design des empilements pour réduire l’absorption, tout en esquissant des solutions pour atténuer les déformations thermo-induites, ouvrant la voie à des composants plus robustes pour les flux laser de haute puissance.
Mots clés : Lasers de puissance, couches minces optiques, interaction laser-matière
