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Дисертації з теми "Ablation par impulsions ultrabrèves"
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Pasquier, Corinne. "Ablation d'une cible solide diélectrique par une impulsion laser ultrabrève dans l'air." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0232/document.
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Les impulsions laser de quelques cycles optiques offrent des capacités remarquables dans l’interaction laser-matière, en particulier pour l’ablation de matériaux diélectriques. Cependant, la focalisation d’impulsions laser ultracourtes dans l’air implique des limitations naturelles à la propagation linéaire du faisceau en amont de la cible. Dans ce contexte, on étudie l’ablation en surface de matériaux diélectriques lorsqu’ils sont irradiés par une impulsion unique de 12 fs dans l’air, dans des gammes d’intensités situées au-dessous et au-dessus de l’apparition des effets non linéaires dans l’air. En particulier, nous avons établi le lien entre la distribution en fluence en fonction des régimes de focalisation linéaire et non linéaire, et les diamètres des cratères. Nous avons démontré que le profil des cratères peut être prédit malgré les importantes modifications du faisceau laser à haute énergie, pour deux matériaux : la silice fondue et le saphir. Puis, après avoir identifié un régime d’ablation où le faisceau laser n’est pas affecté par ces effets non linéaires, nous avons développé un ensemble de diagnostics permettant de caractériser le plasma crée. Nous avons discuté et comparé les résultats obtenus sur les deux matériaux. En régime d’ablation, il apparaît alors que la densité du plasma est inférieure ou proche de la densité critique. De plus, la pénétration du faisceau est plus importante dans le cas du saphir que de la silice fondue donnant lieu à des cratères plus profondsFew-cycle laser pulses offer remarkable capabilities for laser-matter interaction, especially for ablation of transparent dielectric materials. However, focusing ultrashort laser pulses in air implies natural limitations to linear beam propagation prior the target. In this context, we study the surface ablation of dielectrics with single 12 fs laser pulses in air, at intensities below and above the apparition of nonlinear effects in air. In particular, we establish the link between the fluence distribution at the laser focus, spanning from linear- to nonlinear- focusing regimes, and the ablated crater diameters. We demonstrate that the crater profile can be predicted despite significant beam reshaping taking place at high fluence, for fused silica and sapphire. Then, we identify an ablation regime where the beam is still unaffected by nonlinear effects in air. In these conditions, we developed an energy balance experiment, allowing characterizing the created plasma. We discuss and compare the results acquired on fused silica and sapphire. We show that in ablation regime the density plasma is below or nearby the critical density. Moreover, the beam penetration is higher in sapphire than in fused silica, yielding deeper craters
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Loriot, Vincent. "Alignement moléculaire par impulsions laser ultrabrèves : Mesures & Applications." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00660050.
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L'interaction entre un échantillon moléculaire gazeux et une impulsion laser ultra-brève intense conduit, après le passage de l'impulsion, à des réalignements transitoires et périodiques des molécules. Cette thèse se rapporte à la mesure et aux applications liées à cet effet. Le degré d'alignement moléculaire est déterminé à travers la variation d'indice de réfraction induite par le réarrangement des dipôles moléculaires. Une technique d'imagerie bidimensionnelle permettant de mesurer sur une base monocoup l'alignement des molécules est reportée dans ce manuscrit. L'alignement est ensuite utilisé comme un outil de mesure pour évaluer des quantités physiques, difficilement accessibles par d'autres méthodes. La "technique de défocalisation croisée" a été tout d'abord employée pour mesurer les probabilités d'ionisation de gaz atomiques et moléculaires en régime femtoseconde. La "technique de polarisation 1D" a été ensuite appliquée pour obtenir une mesure de l'indice Kerr électronique calibré à travers l'alignement moléculaire. Il a été trouvé que l'effet Kerr électronique produit une variation d'indice qui change de signe aux alentours des 30 TW.cm-2 pour les principaux gaz qui constituent l'atmosphère. Cet effet a été interprété de manière phénoménologique par des termes Kerr d'ordres supérieurs (de n4 à n10). L'impact important de ces résultats sur la compréhension du mécanisme de filamentation est discuté.
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Bounhalli, Mourad. "Dynamique de la formation de nanostructures périodiques par impulsions laser ultrabrèves sur une surface métallique." Phd thesis, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00704856.
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La surface d'un matériau exposé à une irradiation laser à une fluence proche de son seuil d'ablation laisse apparaître des structures périodiques LIPSS (Laser Induced Periodic Surface Structure) d'orientation dépendant de la polarisation de faisceau incident et dont la période est de l'ordre de la longueur d'onde. Les causes de ce phénomène qui suscite l'attention des chercheurs depuis plus d'une trentaine d'années sont maintenant bien connues. Cependant, son étude dans le cadre de l'utilisation récente de lasers à impulsions ultra-brèves fait surgir de nouvelles interrogations et relance l'intérêt pour le sujet. Ce travail est consacré à l'étude dynamique de la formation des nanostructures sur une surface métallique suite à une interaction laser femtoseconde. Nous nous intéressons aux mécanismes responsables de la formation de ces structures et nous proposons des explications permettant de comprendre leur origine. Dans le premier chapitre on présente une étude de l'état de l'art sur la formation des LIPSS, on y aborde les paramètres influant sur la formation de ces structures ainsi que les différents modèles explicatifs élaborés par les chercheurs. Ce chapitre traite également de l'interaction laser matière et de ses différents processus. Le deuxième chapitre met l'accent sur les dispositifs expérimentaux réalisés dans ce cadre. Le troisième chapitre présente, quant à lui une étude expérimentale permettant de rendre compte du rôle de l'excitation du plasmon de surface dans la formation de LIPSS. Dans le quatrième chapitre on analyse les résultats relatifs à l'influence du couplage électron phonon sur la formation des LIPSS. Enfin, le cinquième et dernier chapitre met en évidence le rôle de la relaxation électron-phonon sur la formation des LIPSS à l'aide d'une expérience pompe-sonde.
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Thomas, Steven. "Amplification d'impulsions laser ultrabrèves à 10µm par pompage optique dans un gaz de CO² sous haute pression." Master's thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66293.
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In order to generate high harmonics (multi-keV regime) from which a coherent X-ray source can be made, ultrashort mid-infrared laser pulses are necessary. This document presents the basics of the generation of IR pulses using Nd:YAG and Ti:Sapphire systems currently in use in Prof. Bernd Witzel’s laboratory. A first section explains the process by which the original pump laser (Nd:YAG, 1064 nm, 10 ns) is converted into a secondary pump at 2 µm, which is a mandatory step in order to interact with the amplifying medium due to the molecular structure of CO2. This conversion is realized by using an optical parametric oscillator (OPO) and an optical parametric amplifier (OPA). More precisely, the selection of the non-linear medium to use for the OPO and OPA (KTP) is explained. In addition, which mirrors are best-suited for the OPO and the relevant non-linear physical equations (amplitude-coupled equations) are described. Next, a second section aims to expose the theory that makes it possible to use a 2 µm nanosecond pump to amplify the 10 µm, femtosecond radiation derived from a femtosecond Ti:Sapphire laser. The limits and conditions for this process are explained; in short, we find that the CO2 gas pressure must reach 40 atm. In order to do so, an aluminum gas cell with two thick ZnSe windows must be used. Finally, the last part of this thesis describes and explains the design of the aforementioned CO2 cell necessary to the amplifying process. The optimal length of the cell, its geometry and its windows (made from ZnSe, with a 5.1 mm thickness) are the subject of a detailed analysis
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Prévost, Louis, and Louis Prévost. "Conception d'un phase-mètre de type Stéréo-ATI : appareil de détection de la phase absolue d'impulsions laser ultrabrèves par stéréodétection de photoélectrons ATI." Master's thesis, Université Laval, 2015. http://hdl.handle.net/20.500.11794/26189.
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Générer des impulsions laser attosecondes requiert l’utilisation d’impulsions laser femtosecondes focalisées dans un gaz qui produit, par rediffusion, les harmoniques du rayonnement incident. Ce processus donne naissance au spectre XUV qui composera les impulsions désirées. Leur génération est optimisée par le contrôle des paramètres qui caractérisent l’impulsion femtoseconde : puissance, durée de l’impulsion, spectre fréquentiel et phase absolue. Tous ces paramètres, sauf la phase absolue, se mesurent avec des équipements facilement disponibles. Pour mesurer la phase absolue, nous construisons un Stéréo-ATI selon le concept proposé et démontré par une équipe de recherche en 2003. Plusieurs propriétés de l’ionisation induite par impulsions femtosecondes, dont les spectres photoélectroniques, sont montrées pour expliquer le fonctionnement de l’appareil. Des simulations de spectres de temps de vol et des explications plus techniques sont utilisées pour définir les propriétés de la machine et les appareils utilisés pour monter une expérience complète de détection de phase absolue.Générer des impulsions laser attosecondes requiert l’utilisation d’impulsions laser femtosecondes focalisées dans un gaz qui produit, par rediffusion, les harmoniques du rayonnement incident. Ce processus donne naissance au spectre XUV qui composera les impulsions désirées. Leur génération est optimisée par le contrôle des paramètres qui caractérisent l’impulsion femtoseconde : puissance, durée de l’impulsion, spectre fréquentiel et phase absolue. Tous ces paramètres, sauf la phase absolue, se mesurent avec des équipements facilement disponibles. Pour mesurer la phase absolue, nous construisons un Stéréo-ATI selon le concept proposé et démontré par une équipe de recherche en 2003. Plusieurs propriétés de l’ionisation induite par impulsions femtosecondes, dont les spectres photoélectroniques, sont montrées pour expliquer le fonctionnement de l’appareil. Des simulations de spectres de temps de vol et des explications plus techniques sont utilisées pour définir les propriétés de la machine et les appareils utilisés pour monter une expérience complète de détection de phase absolue.
Attosecond laser pulse generation requires the use of femtosecond laser pulses focused in a gas which produces, by rescattering, harmonics of the incident beam. This process gives birth to the XUV spectra composing the desired pulses. Their generation is optimised by controlling the characteristic parameters of the femtosecond pulses: power, pulse duration, frequency spectra and absolute phase. All these parameters, excluding the absolute phase, can be measured with some easily available equipment. To measure the absolute phase, we build a Stereo-ATI from the concept proposed and demonstarted by a research team in 2003. Many properties of the femtosecond induced ionization, among which photoelectronic spectra, are shown to explain how the apparatus works. Simulations of time of flight spectra and some more technical explanations are used to define the apparatus properties and the equipment used to mount a complete absolute phase detection experiment.
Attosecond laser pulse generation requires the use of femtosecond laser pulses focused in a gas which produces, by rescattering, harmonics of the incident beam. This process gives birth to the XUV spectra composing the desired pulses. Their generation is optimised by controlling the characteristic parameters of the femtosecond pulses: power, pulse duration, frequency spectra and absolute phase. All these parameters, excluding the absolute phase, can be measured with some easily available equipment. To measure the absolute phase, we build a Stereo-ATI from the concept proposed and demonstarted by a research team in 2003. Many properties of the femtosecond induced ionization, among which photoelectronic spectra, are shown to explain how the apparatus works. Simulations of time of flight spectra and some more technical explanations are used to define the apparatus properties and the equipment used to mount a complete absolute phase detection experiment.
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Sbaï-Benchikh, Nadia. "Couches minces de carbone amorphe dopées et alliées par des métaux : élaboration par ablation laser femtoseconde et caractérisations." Saint-Etienne, 2005. http://www.theses.fr/2005STET4011.
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Le travail présenté dans ce manuscrit a consisté à mettre en avant les potentialités et la flexibilité de l'ablation laser en mode femtoseconde pour le dépôt de couches minces nanostructurées de carbone ta-C dopé ou allié par des métaux. L'objectif a également été de mettre en avant les apports de cette technique sur les propriétés morpho-structurales et physiques de ce type de couches minces en confrontant une large gamme de techniques d'analyses spectroscopiques et microscopiques complémentaires, rarement réunies de la sorte. Les métaux sélectionnés ont été le nickel et le tantale de part leur différence d'affinité chimique avec le carbone. Le premier chapitre est un rappel sur les différentes variétés de carbone et les différentes techniques d'élaboration existantes pour la synthèse de couches minces à base de carbone. Le deuxième chapitre décrit le protocole expérimental mis en place pour la réalisation des ta-C dopés/ alliés. Le chapitre 3 présente les résultats des analyses morpho-structurales des couches ta-C en fonction du métal incorporé et de sa teneur atomique comprise entre 0,5% at. Et 15% at. Les propriétés physiques de ces couches minces sont abordées au chapitre 4. Le dernier chapitre est une discussion synthétique permettant de corréler certaines caractéristiques microstructurales avec les propriétés physiques étudiées. L'intérêt de l'ablation laser en mode femtoseconde pour la synthèse de couches minces nanostructurées est démontré. Ce travail propose une démarche interdisciplinaire couplant élaboration et caractérisations, orientée vers une recherche systématique de plurifonctionnalité des surfaces et des couches minceThe work presented in this thesis consisted to show the potentialities and the flexibility of the femtosecond laser deposition to synthesize nano-structured metal (Me) incorporated amorphous carbon thin films (a-C:Me). The aim of this work was also to investigate the structure and the physical properties of these nanocomposite films by various complementary film characterizations, including spectroscopy and microscopy techniques. The metals selected, regarding of their chemical affinities with carbon, are nickel and tantalum. The first chapter is a “ state of the art “ about the different compositions of carbon, specifically amorphous carbons. The second chapter describes the experimental procedure used to deposit and to characterized metal-carbon based thin films. The third chapter present the analytical charcterizations' results of the a-C :Ni and a-C :Ta films, with a metal concentration range within 0. 5 and 15 at. %. The influence of the metal nature and concentration on the structure and properties of the films has been highlighted. The physical properties of these coatings are investigated on the chapter 4. The last chapter is a synthetic discussion allowing to correlate their microstucture and their physical properties. The ability of femtosecond pulsed laser deposition to synthetize nanocomposite carbon-based films and to control their nanostructure is showed. This work purpose an interdisciplinary approach coupling elaboration and characterization, oriented in a systematic search of pluryfonctionnality of surface and thin films
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Bilde, Allan. "Etude des mécanismes fondamentaux d'interaction entre impulsions laser ultra-brèves et matériaux diélectriques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX032/document.
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L'interaction entre impulsions lasers ultra-brèves et matériaux diélectriques est un sujet d'étude en constant renouvellement, motivé aussi bien par la naissance d'une multitude d'applications (micro-usinage laser, opérations de la cornée, ...) que par ses aspects fondamentaux (génération d'harmoniques d'ordre élevé, électronique au cycle optique, ...). Pourtant, les mécanismes sous-jacents à cette interaction sont encore mal compris, en particulier d'un point de vue quantitatif. En effet, une bonne partie des phénomènes ont lieu durant le passage de l'impulsion laser, c'est-à-dire pendant quelques dizaines de femtosecondes. De surcroît, les éclairements impliqués dans l'interaction sont élevés : quelques dizaines de TW/cm^2. La compréhension et la quantification des processus élémentaires ayant lieu durant l'interaction requiert donc de concevoir des expériences sur mesure ainsi que d'effectuer un travail approfondi de modélisation. Dans ce manuscrit sont présentées deux techniques expérimentales complémentaires utilisées durant la thèse : l'interférométrie fréquentielle et la spectroscopie d'absorption résolues en temps. Ces deux techniques sont employées pour étudier les processus électroniques d'excitation et de relaxation dans trois matériaux distincts : le quartz, le saphir et l'oxyde de magnésium. La quasi-intégralité des résultats expérimentaux sont analysés à l'aide d'un modèle en équation de taux multiples (MRE) permettant de discriminer l'importance relative de chacun des processus pris en compte. Tout d'abord, une preuve expérimentale directe de l'existence de l'ionisation par impact dans le quartz est présentée. Ces résultats ont été obtenus par l'exposition de l'échantillon à une série de deux impulsions, ce qui permet de moduler indépendamment la densité et la température du plasma. Les résultats expérimentaux sont reproduits avec succès par le modèle MRE intégrant l'ionisation multiphotonique, le chauffage des porteurs photo-excités ainsi que l'ionisation par impact comme processus d'excitation. Nous nous concentrons ensuite sur une seconde série de résultats concernant la relaxation du saphir après excitation induite par laser. Un nouveau mécanisme de relaxation est proposé et testé par la modélisation pour tenter d'expliquer la dynamique de ce processus. Ce mécanisme implique la formation d'excitons auto-piégés puis leur recombinaison. Enfin, le modèle MRE est appliqué à la détection de seuils d'ablation dans les trois solides. Le choix du critère physique déterminant ce seuil, sujet soumis à d'intenses débats dans la littérature, est alors discutéThe interaction between an ultrashort laser pulse et dielectric materials is a constantly evolving field motivated by the birth of various applications (laser micro-machining, cornea surgery, ...) as well as its fundamental aspects (high-order harmonic generation, electronics at optical-cycle regime, ...). However, the underlying mechanisms of this interaction are still to be understood, especially from a quantitative point of view. Indeed, most phenomena occur during the pulse propagation through the material (i.e. in a few tens of femtoseconds). Moreover, the involved intensities are very high: a few tens of TW/cm^2. These two aspects make it difficult to study this interaction. To push the understanding forward, it is necessary to design new experiments and carry out an extensive work in modelling. Two complementary experimental techniques are presented in this manuscript: time resolved spectral interferometry and absorption spectroscopy. These two techniques are used to study elementary excitation and relaxation electronic processes in three different materials: Quartz, sapphire and magnesium oxide. Almost all experimental results are analyzed using a multiple rate equations (MRE) model allowing us to discriminate the relative importance of each of these processes. Firstly, a direct experimental proof of the existence of impact ionization in quartz is presented. These results have been obtained by exposing the sample to a sequence of two laser pulses, allowing us to tune independently both density and temperature of the plasma. The experimental results are successfully reproduced by the MRE model including multiphoton ionization, inverse bremsstrahlung and impact ionization as excitation processes. We then focus on another series of results on sapphire relaxation after laser-induced excitation. A new relaxation mechanism is proposed and tested by modelling to attempt to explain the dynamic of this process. This mechanism involves the formation of self-trapped excitons and their recombination. Finally, the MRE model is applied to the detection of the laser-induced ablation threshold in all three solids. The choice of the physical criterion defining this threshold, a subject that has caused intense debates over the past years, is discussed
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Mhalla, Taghrid. "Micro-ablation athermique de matériaux transparents par absorption multiphotonique avec une micro-puce laser amplifiée Nd : YAG à impulsions vertes sub-nanosecondes." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAY059/document.
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Les microchip lasers à impulsions sub-nanosecondes peuvent être des alternatives intéressantes aux lasers à impulsions femtosecondes pour le micro-usinage des matériaux transparents par absorption multiphotonique. Ces lasers peuvent facilement atteindre les puissances crêtes nécessaires pour déclencher l'ablation de tous les matériaux, y compris les diamants, céramiques, plastiques, et des verres. En outre, ils sont de faible coût, avec un design compact et robuste. Dans cette thèse, un micro-chip laser Nd:YAG amplifié (532 nm, 300 ps) a été utilisé pour la micro-gravure et le marquage de différents types de matériaux transparents, comme le verre borosilicate D263, le verre BK7 et le thermoplastique SBS. L'analyse des résultats a montré un bon accord avec le modèle d'expulsion de matière suite à la génération d'un plasma provoqué par une absorption laser à deux photons. Une résolution sub-micronique de marquage a été obtenue à l'intérieur d'un verre de borosilicate. Des canaux microfluidiques pour capteurs optiques ont été gravés sur verre BK-7 comprenant des guides d'ondes réalisés par échange d'ionique. Des réseaux denses de micro-canaux ont été fabriqués à la surface de matériaux thermoplastiques avec une zone affectée par les effets thermiques limités à quelques micromètres. En conclusion, ce travail de thèse montre que l'utilisation de ce type de laser permet un micro-usinage de très haute résolution avec des effets thermiques limitésMicrochip lasers with sub-nanosecond pulses are attractive alternative to femtosecond lasers for micromachining in transparent materials by multiphoton absorption. These lasers can easily reach pulse peak powers that are needed to trigger ablation in all materials, including diamond, ceramics, plastics, and glasses. In addition, they are low cost with compact and rugged design. In this thesis, a microchip laser (532 nm, 300 ps) has been used for micro-engraving and marking different types of transparent materials such as borosilicate D263, BK7, and SBS thermoplastic. Experimental resultsare rationalized by the model of matter explosion following the plasma generation induced by the laser two-photon absorption. Sub-micron resolution embedded marking is demonstrated inside borosilicate glass. Micro fluidic channels for optical sensors are engraved on BK-7 glass with ion-doped waveguides. Arrays of dense micro channels are fabricated at the surface of thermoplastics with a zone affected by thermal effects limited to the micron range. In summary, this thesis demonstrates that this type of laser can be efficiently used for high-resolution micro-machining transparent materials with minimal thermal effects
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Gault, Baptiste. "Physique de l’évaporation par effet de champ assistée par impulsions laser ultracourtes : Application à la sonde atomique." Rouen, 2006. http://www.theses.fr/2006ROUES047.
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La sonde atomique est un microscope analytique permettant d’observer la distribution tri-dimensionnelle des atomes, chimiquement identifiés par spectrométrie de masse à temps de vol, à une échelle quasi-atomique. Cette technique pourrait être d’une grande utilité dans le développement futur des dispositifs de la nanoélectronique. Cependant, la technique est aujourd’hui limitée à l’analyse de matériaux conducteurs du courant. Ce travail de thèse est la première étape du développement d’une nouvelle génération de sonde atomique assistée par impulsions laser ultracourtes, qui permettrait l’analyse de matériaux mauvais conducteurs, et dont le champ de vision serait accru. Nous avons étudié la physique de l’interaction entre une impulsion laser ultracourte et une pointe métallique dont les dimensions sont sub-longueur d’onde, afin de déterminer le processus physique qui provoque l’évaporation par effet de champ assistée par impulsions laser ultracourtes. A travers une étude des mécanismes d’ablation laser ou d’exaltation de champ électrique, nous avons ainsi pu mettre en évidence que l’évaporation est due à un effet d’optique non-linéaire de surface d’ordre deux, appelé redressement optique. L’échauffement consécutif à l’illumination est aussi caractérisé à l’aide d’une expérience pompe-sonde. Finalement, les performances du nouvel instrument sont aussi discutées : la résolution spatiale semble conservée, la résolution en masse est généralement bien meilleure, et il semble que l’analyse de matériaux pas ou peu conducteurs soit possibleThe tomographic atom probe is an analytical microscope able to map the atom distribution in three dimensions with a near-atomic resolution. The atoms are chemically identified by time-of-flight mass spectrometry. This technique could become a key-tool in the development of the future devices of the nanoelectronics. However, the field of applications is limited to good conducting material. This work is the first stage of the development of a new generation of laser assisted atom probe, that could analyse either good or poorly conducting material, with an enhanced field of view. We studied the physics of the interaction between an ultrafast laser pulse and a sub-wavelength metal tip, in order to determine the process that provokes the ultrafast laser assisted field evaportaion. Through a complete study of the laser ablation or of the field enhancement phenomenon, we put into evidence that the evaporation was due to a surface second-order non-linear optical effect called optical rectification. The heating and cooling of the illuminated tip was modelled and experimentally studied by a pump-probe method. Finally, the performances of this new instrument are discussed : the spatial resolution is kept, and the mass resolution is generally greatly increased. It seems that poorly conducting material can also be analysed
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Sikora, Aurélien. "Incorporation de bore dans des films minces de « diamond-like carbon » : élaboration par ablation laser pulsé et caractérisations." Saint-Etienne, 2009. http://www.theses.fr/2009STET4018.
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Ce travail concerne l’étude de couches minces de « Diamond-Like Carbon » dopés au bore élaborées par ablation laser femtoseconde et nanoseconde. Un des objectifs de cette étude est d’identifier les applications potentielles de ces films en tant qu’élément actif de capteur (par exemple de température). Le deuxième objectif est de corréler la structure et les propriétés des films minces obtenus avec les procédés de dépôt employés. Le premier chapitre présente les éléments constitutifs des couches minces étudiées : le bore et le carbone. Ce chapitre propose également un état de l’art sur les films de DLC purs et dopés et les méthodes d’élaboration existantes. Le deuxième chapitre traite des méthodes expérimentales adoptées pour l’élaboration et l’étude des films. Le troisième chapitre traite des différentes caractérisations structurales et morphologiques réalisées. Il met en avant la nette différence de structure des films obtenus par les deux procédés de dépôt. De plus, il met en évidence la modification structurale due au bore. Le quatrième chapitre présente l’étude des propriétés électriques et mécaniques, ainsi que du comportement tribologique des films. La différence de structure des couches se traduit par de grandes différences de résistivité mais affecte peu le coefficient de frottement. Le dernier chapitre met en évidence l’hétérogénéité structurale des films de DLC purs et se focalise notamment sur les particularités de leur extrême surface. Celle-ci se révèle moins dense et plus conductrice que le reste du filmThis work deals with the study of boron doped diamond-like carbon thin films elaborated by femtosecond and nanosecond laser ablation. The first aim of this work consists in identifying the potential applications of these films for sensors (for example thermometers). The second aim consists in correlating the films structure and properties with the deposition processes. The first chapter focused on the constitutive elements of the films: boron and carbon. Moreover, it presents a “state of the art” about DLC thin films and the different elaboration techniques. The second chapter deals with the experimental methods used for the elaboration and the study of the thin films. The third chapter deals with the structural and morphological characterizations. It highlights the important difference of structure of the films deposited by ns and fs PLD. Moreover, it underlines the structural modification due to the boron. The fourth chapter presents the study of the electrical and mechanical properties, as well as the tribological behaviour of the films. The structure difference of the films results in large variations of resistivity but does not change much the friction coefficient. The last chapter underlines the structural heterogeneity of the pure DLC films and focuses on the specificities of their extreme surface. This one turns out to be less dense and more conductor than the global film
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Supatto, Willy. "Imagerie multiphoton quantitative et ablation laser par impulsions femtosecondes pour l'étude de l'expression génétique mécano-sensible chez l'embryon de drosophile sauvage." Paris 7, 2005. http://www.theses.fr/2005PA077210.
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Le développement d'un embryon met en jeu une chorégraphie complexe de mouvements cellulaires régulés très précisément dans l'espace et dans le temps. Ces mouvements morphogénétiques sont contrôlés par une cascade d'expressions génétiques. Dans ce processus de régulation, nous nous intéressons à i'existence potentielle d'une boucle de rétroaction mécanique. En particulier, au cours de la gastrulation de l'embryon de drosophile, l'expression de twist, un gène du développement essentiel à la morphogénèse, a été identifiée comme mécano-sensible. Afin d'étudier ce phénomène, nous avons développé des approches permettant de visualiser, de quantifier et de moduler les mouvements morphogénétiques in vivo. Nous montrons tout d'abord que les techniques de microscopîe non linéaire, telles que la microscopie de fluorescence excitée à deux photons (2PEF) et ia microscopie de génération de troisième harmonique (THG) permettent de visualiser ie développement de l'embryon en 3D. Les d'images sont analysées en adaptant la vélocimétrie par image de particules (P!V) afin de quantifier précisément les mouvements et les déformations cellulaires. De plus, une nouvelle technique de dissection laser à l'aide d'impulsions femtosecondes a fait l'objet d'une caractérisation expérimentale et biologique et est utilisée pour moduler les mouvements morphogénétiques de façon non-invasive. Enfin, approche « toute optique » a permis de démontrer 'expression mécano-sensible de twist dans les cellules du pôle antérieur de l'embryon, à l'aide d'une méthode physique (non génétique) dans un contexte d'embryon sauvage, et de corréler cette expression aux domaines de déformation cellulaireThe development of an embryo involves a complex choreography of cell movements that are highly regulated both in time and space. These morphogenetic movements are controlled by cascades of gene expression. We are interested in the potential role of a mechanical feedback in this regulation process. More specifically, the expression of twist, a developmental gene involved in the control of morphogenesis, has been identified as mechano-sensitive during Drosophiia melanogaster gastrulation, The precise study of this process required to develop novel approaches that enabled us to visualize, quantify and modulate morphogenetic movements in vivo, in this thesis, we first demonstrate that non linear microscopies, such as two-photon excited fluorescence (2PEF) microscopy and third harmonie generation (THG) microscopy, are highly appropriate to image embryo development in 3D. These are analyzed by using particle image velocimetry (PiV) in order to quantify cell movements and deformations. In addition, a novel technique of laser surgery using femtosecond pulses is experimentally and biologically characterized and is used to modulate morphogenetic movements in a non-invasive way. Finally, this ail optical and non-genetic approach provide novel insight into the issue of twist mechano-sensitive expression in anterior pole cells. In particular, the correlation between gene expression and specific cell deformations is demonstrated In wild-type embryos
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Matras, Guillaume. "Développement d'un amplificateur laser titane Saphir 10 kHz : application au micro-usage." Saint-Etienne, 2008. http://www.theses.fr/2008STET4008.
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Ce mémoire présente les résultats de travaux de thèse menés dans le cadre d'une convention CIFRE en collaboration avec la laboratoire Hubert Curien à Saint-Etienne et la société Thales Laser à Orsay. L'objectif principal de ces travaux était la réalisation d'un système amplificateur femtoseconde à base de cristal de saphir dopé titane cadencé à un taux de répétition de 10 kHz répondant au besoin industriel dans le domaine du micro-usinage laser. Des études préalables, à la fois théoriques et expérimentales, ont permis de caractériser avec précision la lentille thermique induite dans un cristal refroidi par eau fortement pompé sur un faible diamètre. Une cavité amplificatrice régénérative adaptée a pu alors être conçue. Des impulsions d'énergie relativement élevée ont pu être extraites de cette cavité. L'utilisation d'un deuxième étage amplificateur double-passage a permis d'augmenter significativement cette énergie. L'intérêt de cette source a été validé à travers des applications de micro-usinage. Le but de ces expérimentations était de démontrer le maintien du taux d'ablation et de la qualité d'usinage dans les métaux et acier tels que l'inox 316L, le tantale, le cuivre, le nickel et encore l'aluminium, lorsqu'on augmente le taux de répétition dans une plage de fluence centrée autour de la fluence optimale définie dans ce mémoire. Dans des conditions proches des conditions industrielles, des séries de fentes ont été usinées à différentes fluences et différentes cadences : 1, 5, 10 et 15 kHz. Leurs profondeurs ont été mesurées au profilomètre optique afin d'en déduire le taux d'ablation. Elles ont été également observées au MEB pour comparer la qualité d'usinage. Les résultats n'ont pas montré de baise de taux d'ablation et de dégradation de la qualité d'usinage quand la cadence augmente de 1 à 15 kHz validant ainsi l'intérêt de la source femtoseconde 10 kHz développée
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Claverie, Fanny Donard Olivier. "Développement et applications d'un système laser femtoseconde infra-rouge basse énergie et haute cadence de tir pour l'analyse d'éléments trace dans les solides par couplage ablation laser / ICPMS." Pau : Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/40/14/50/PDF/These_Fanny_CLAVERIE.pdf.
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Maximova, Ksenia. "Synthèse de nouveaux nanomateriaux par ablation laser ultra-brève en milieu liquide pour des applications biomédicales." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4091/document.
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De nos jours, les nanomatériaux inorganiques sont devenus des objets importants pour de nombreuses applications. En même temps la pureté du matériau employé est le facteur clé, et souvent les méthodes de synthèse chimiques ne peuvent assurer l'absence d'une contamination résiduelle. Dans ce contexte, nous avons investigué et développé la synthèse par laser de nanoparticules d'or et de silicium en contrôlant leurs taille et composition. Cette technique se révèle être une approche entièrement physique de la fabrication des nanoparticules pures et exemptes d'agents tensioactifs et de sous-produits toxiques. L'approche engagé comprend deux étapes : 1) la génération de la suspension de micro- et nanoparticules par broyage mécanique, et par ablation préliminaire d'une cible solide ; 2) la fragmentation laser ultra-rapide de colloïdes en suspension qui aboutit à la formation de nanoparticules stables, non agrégées, cristallines et avec une faible dispersion de taille. Ce travail se concentre sur la synthèse de nanoparticules d'or de taille contrôlable entre 7 et 50 nm en absence de ligands. De plus, cette technique nous permet d'obtenir des nano-alliages bimétalliques et d'effectuer un couplage in situ de nanoparticules d'or avec des molécules organiques. Ensuite nous montrons la possibilité d'ajuster la taille moyenne et l'épaisseur de la couche d'oxyde des nanoparticules de Si en variant la concertation des particules initiale, le pH et la quantité d'oxygène dissoutes. Enfin, nous démontrons les propriétés optiques et plasmoniques des nanoparticules obtenues au cours de ce travail et leur potentiel pour les applications catalytiques et biomédicalesInorganic nanomaterials are of a major interest for numerous applications, specifically bioimaging, biomedicine, catalysis, and also surface enhanced Raman scattering spectroscopy. In most cases, the purity of the employed material is a key factor. Often the conventional chemical ways of synthesis cannot provide the desirable cleanliness. The aim of this thesis is to investigate and develop a laser-based synthetic concept for the fabrication of Au and Si-based nanoparticles with controlled parameters, free of surfactants and toxic by-products. The engaged approach includes two steps: 1) the generation of a raw suspension of micro- and nanoparticles by either mechanical milling or preliminary ablation of a target; 2) ultrafast laser-induced fragmentation from the suspended colloids leading to the formation of stable, non-aggregated, low-size dispersed and crystalline nanoparticles. In particular, we focus on the technique of the synthesis of bare Au nanoparticles with tunable size between 7 and 50 nm in the absence of any ligands. Moreover, this technique allows performing the in situ coupling of the Au nanoparticles with organic molecules and alloying at the nanoscale. Furthermore, we show the possibility of tuning the mean size and the thickness of the oxide shell of Si nanoparticles by varying the initial concentration of microparticles, the pH and the amount of dissolved oxygen. Finally, we demonstrate the optic and plasmonic properties of the nanoparticles synthesized by the techniques established in our work and their potential for the applications in catalysis and biomedicine
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Huynh, Thi Trang Dai. "Etude de la dynamique de formation de nanostructures périodiques sur une couche mince de cuivre induites par impulsions laser nanoseconde et picoseconde à 266 nm." Thesis, Orléans, 2014. http://www.theses.fr/2014ORLE2044/document.
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Les nanostructures périodiques induites par faisceau laser ont stimulé de nombreuses recherches en raison de leurs applications dans les domaines des technologies micros et nanométriques, telles que la lithographie, la mise en mémoire des données à haute densité, les systèmes nano et micro-électromécaniques (NEMS/MEMS). La dynamique de leur formation sur la surface des couches minces de cuivre (CMC) déposées sur les substrats de silicium et de verre est étudiée dans ce travail. Cette analyse est réalisée en utilisant deux approches de caractérisation : ex situ pour les analyses Microscopie Electronique à Balayage (MEB) et en transmission (MET), Microscopie à Force Atomique (AFM) et in situ pour les signaux de Réflectométrie en Temps Réel (RRT). Les processus de changement d’état (fusion, ablation, décollement…) et des modifications de la morphologie de surface à l’échelle nanométrique sont étudies en variant un nombre de paramètres clés, à savoir : le dose énergétique (la fluence et le nombre de tirs laser), l’épaisseur des CMC et la nature de substrat en régime d’interaction picoseconde et nanoseconde. En effet, les nanostructures avec une période spatiale de 266 nm (proche de la longueur d’onde laser (λ)), 130 nm (λ/2) et 60 nm (λ/4) sont obtenues. Ces différentes nanostructures périodiques ont été rassemblées dans des cartographies 2D et corrélés à la dose énergétique (fluence et nombre de tirs). Enfin, une tentative d’interprétation des mécanismes de formation des nanostructures périodiques sur les CMC générées en régime laser picoseconde, établie sur la base de nos données expérimentales, semble pertinente avec la théorie d’auto-organisation, notamment pour des nombres de tirs laser importantsPeriodic surface nanostructures induced by laser have attracted particular attention because of their applications in the domain of micro and nanotechnologies such as lithography, high density data storage, nano- and micro-electromechanical systems (NEMS/MEMS). The dynamic of their formation on the surface of copper thin film deposited on silicon and glass substrates was investigated in this present work. Two methods are used in this analysis: ex situ analyses by Scanning and Transmission Electron Microscopy (SEM/TEM), Atomic Force Microscopy (AFM) and in situ diagnostic by Time Resolved Reflectivity method (TRR). The process of phase change (melting, ablation, thin film removal …) and surface morphology modification at the nanoscale are studied with respect to irradiation dose (the fluence and the number of laser shots), the thickness of thin film and the substrate thermal conductivity in the pico- and nanosecond regime. Namely, nanostructures with a spatial period of 266 nm (close to the irradiation wavelength (λ)), 130 nm (λ/2) and 60 nm (λ/4) were successfully obtained. The global relationship between the laser parameters (i.e. fluence and number of laser shots) and nanostructure formation was established in the form of a 2D map. Lastly, an interpretation of the mechanism of periodic nanostructures formation on copper thin film induced by picosecond laser was established on the basis of our experimental data, seems relevant to the self-organization theory, particularly, in multi-pulses regime
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Mailliet, Corentin. "Etude expérimentale et numérique du stade fortement non-linéaire de l'Instabilité de Rayleigh-Taylor au front d'ablation en attaque directe." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0288/document.
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Le développement des instabilités hydrodynamiques lors d'une expérience de fusion par confinement inertiel représente un sévère obstacle à l'obtention des conditions nécessaires à l'allumage et l'auto-entretien des réactions thermonucléaires. Il est ainsi crucial de comprendre, modéliser et éventuellement contrôler ces instabilités. L'instabilité se développant au front d'ablation est particulièrement étudiée dans le cadre du schéma d'attaque directe, à cause notamment du phénomène d'empreinte laser. Cependant le stade fortement non-linéaire de l'instabilité de Rayleigh-Taylor au front d'ablation reste peu explore. Cette étude vise donc à analyser ce régime.Dans un premier temps, une nouvelle plateforme expérimentale est développée sur le laser National Ignition Facility (NIF) permettant l'étude de phénomènes hydrodynamiques avec plusieurs dizaines de nanosecondes d'impulsion laser. Cette plateforme est ensuite calibrée avec l'étude de la croissance d'une perturbation 2D sous l'effet de l'instabilité de Rayleigh-Taylor. Une plateforme de simulations numériques 2D est également développée sur le code hydrodynamique CHIC capable de modéliser les expériences réalisées.L'étude du régime fortement non-linéaire de l'instabilité de Rayleigh-Taylor est réalisée a partir d'une perturbation multimode 3D imprimée par laser.L'impact de la condition initiale est étudiée en utilisant un faisceau d'empreinte lisse d'une part et non lisse d'autre part. L'analyse des données de radiographie dans l'espace de Fourier et dans l'espace réel permet d'évaluer tous les différents paramètres de l'instabilité (taux de croissance linéaire, vitesses de saturation, taux de coalescence de bulles et paramètre de croissance auto-semblable ) et de comparer les mesures aux modèles existants.L'importance de la condition initiale au stade fortement non-linéaire de la perturbation est ainsi démontrée dans les résultats obtenusExperimental and numerical study of the non-linear stage of the ablative Rayleigh-Taylor instability in direct drive
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Zelgowski, Julien. "Etude et optimisation du procédé de gravure par laser à fibre femtoseconde dédié aux applications industrielles et médicales." Thesis, Strasbourg, 2014. http://www.theses.fr/2014STRAD037/document.
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L’avènement des technologies lasers femtoseconde utilisant une fibre optique comme milieu amplificateur incite les industriels à se renseigner sur cette technologie. Dans ce contexte, et dans le cadre du projet Futures et Ruptures, cette thèse se propose de caractériser une nouvelle source femtoseconde, le Tangerine d’Amplitude Systèmes. Utilisant les capacités de ce laser, et avec la collaboration d’IREPA LASER, nous feront une étude comparative avec les lasers femtoseconde déjà existant en s’appuyant sur l’état de l’art, l’optique non-linéaire et quelques simulations d’ablation. L’amélioration des procédés d’usinage pour des applications industrielles nous permettra de modifier et compléter nos connaissances dans l’usinage de différents matériaux tout en montrant les qualités de cette nouvelle technologie. Enfin, une application de miniaturisation de dispositifs électronique pour le domaine du biomédical nous permettra d’utiliser toutes les connaissances acquises et de mener à bien ce projetSurgical procedures are moving increasingly toward minimally invasive techniques because these techniques offer great comfort to the patient, a short recovery time and are reasonably-priced. As part of this thesis, it is proposed to study the integration of micrometer-sized sensors directly into needles for example. The PhD student will study the process of laser-matter interaction for new nano and femtosecond sources which should be optimized in order to develop a machining technique of surgical instruments in order to incorporate the sensors. The aim of the thesis is the demonstration of the feasibility of developing the technique of laser etching for the integration of sensors into millimeter-sized needles as well as tests in real conditions. Multiple lasers will be used; The Tangerine laser from ‘Amplitude Systèmes’ with the well know Ti:Sa laser. His work there will be to upgrade the laser up to its best capacity both in terms of fluence or accuracy and in terms of software and its ease of use. The ablation of the silicon from the rear of the electronic chip to the edge of the photodetector in order to carry the light and energy supply all 3D Hall effects micro-magnetors will be the main purpose of the PhD student. He will highlight differences between two femtosecond laser as thermally affected area or ablation rate and will choose which one is able to achieve our goal
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Malkhasyan, Vahan. "Femtosecond laser structuration of surfaces and replication on polymer for contactless blood analysis." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCD007.
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L’objectif du présent travail est de développer une nouvelle technologie d’analyse sanguine sans contact. La méthode de texturation par laser femto a été utilisée pour réaliser des géométries de surface ayant des propriétés mouillantes pour favoriser l’étalement du sang. Les cartographies complètes de l'interaction laser-matière ont été construites pour l’acier inoxydable et le verre afin d’identifier les valeurs seuils pour les différents régimes d’interaction. Les paramètres de traitement laser dynamique pour ces matériaux ont été déterminés, en vue de fabriquer des surfaces structurées avec des motifs de différentes tailles. Pour répondre à la demande d’une production de masse à faible coût de surfaces fonctionnelles le concept de transfert des motifs, fabriqués par laser à partir de moules en acier, sur des polymères à été étudié. La réplication des géométries à l'échelle micronique, submicronique et à double échelle a été réalisée avec succès sur la surface du plusieurs centimètres carrés. La mouillabilité en fonction de la taille et du type de structure a été établie et des géométries super-mouillantes ont été identifiées. Des tests de mouillabilité avec du sang humain ont montré une dynamique hémi-wicking avec un étalement partiel. Un étalement total a été enregistrée pour le sang dilué à l'eau, suivi de la formation de monocouches de cellules sanguines. La mouillabilité des structures sur acier, fabriquées principalement pour les tests de réplication en polymères, a également été mesurée. Après la formation de la couche d'oxyde naturelle sur la surface, un angle de contact très élevé avec l'eau a été mesuré (145,7°)The purpose of the present work is to develop a new technology for non-contact blood analysis. Femtosecond pulsed lasers were used to introduce surface geometries that have super-wetting properties for human blood fluid. Complete laser-matter interaction cartographies for stainless steel sample and glass were built to identify threshold values for different regimes. Dynamic laser processing parameters for these materials were determined, in order to fabricate surfaces with desired structures at micro and sub-micron scales, as well as at double scale. To meet the demand of high volume and cost-effective production of super-wetting surfaces, concept of laser fabricated pattern transfer from stainless steel molds to polymers was studied.Successful replication of laser induced micro-scale, sub-micron scale and double scale geometries on surface area in the order of few square centimeters was reported. Wettability as a function of the size and type of surface structures was established. Spreading tests with human blood exhibited hemi-wicking dynamics with partial spreading. A complete wetting was recorded for water diluted blood followed by formation of single layer blood cells. Primarily fabricated for polymer replication tests, wettability of steel mold was also measured. Once natural oxide layer was formed on the surface, ultra-high water contact angle was measured (145.7°)
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Grojo, David. "Mécanismes d'enlèvement de particules par laser impulsionnel : application au nettoyage pour la microélectronique." Phd thesis, Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00118348.
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Le développement des nanotechnologies nécessite, entre autre, d'utiliser de nouvelles techniques de nettoyage permettant l'enlèvement sans contact de particules de tailles nanométriques. Le procédé laser consistant à irradier les matériaux avec des impulsions nanosecondes se révèle une approche prometteuse. Cette étude participe à l'amélioration des connaissances des processus d'interaction "laser-particule-surface". Les expériences démontrent que l'enlèvement résulte d'une compétition entre différents mécanismes. L'évaporation explosive de l'humidité résiduelle piégée au voisinage des polluants est identifiée comme le mécanisme non-destructif principal. Parmi les mécanismes d'endommagement observés, l'ablation locale du substrat résultant des phénomènes d'exaltation de champ proche optique limite la fenêtre de travail du procédé de nettoyage. Cependant, ce processus présente un intérêt pour d'autres applications telles que la nanostructuration de surfaces.
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Abzac, François-Xavier d'. "Effets d'une impulsion laser Infra-rouge femtoseconde sur les micro-nanostructures des minéraux : implications pour les analyses in-situ par LA-ICP-MS." Toulouse 3, 2010. http://thesesups.ups-tlse.fr/1119/.
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L'ablation laser Infra Rouge femtoseconde couplée à la spectrométrie de masse est un puissant outil d'analyse in-situ d'échantillons géologiques. Cependant, les impacts liés à ce type d'ablation sont encore mal définis. La Microscopie Electronique en Transmission (MET) couplée à l'abrasion par faisceau d'ions focalisés (FIB) permet la caractérisation directe des dommages d'ablation et des particules. Ainsi, l'ablation laser IR-femtoseconde peut être considérée comme stœchiométrique et essentiellement photo-mécanique. Les particules sont issues de coalescence et d'agglomération de condensats dans le plasma de matière. La ségrégation chimique des éléments visible à la mesure est donc restreinte à ces processus dépendant de la composition de la cible. Le potentiel d'amélioration des mesures est conséquent, en termes de paramétrages et de conception de systèmes laser dédiés au LA-ICP-MSInfra Red femtosecond laser ablation coupled to Mass Spectrometry is a powerful tool for in-situ analysis of geological samples. Nevertheless, implications linked to this type of ablation are still not well defined. Transmission Electron Microscopy (TEM) coupled to Focused Ion Beam milling (FIB) allows direct characterization of ablation damage and particles. Thus, IR-femtosecond laser ablation can be considered as stoechiometric and mainly photo-mechanical. Particles are generated by coalescence and agglomeration of condensates in the laser induced plasma. Chemical segregation of elements noticed on measurements is then confined to these processes, themselves dependant on the target composition. The potential of analytical improvement is substantial, in terms of ablation settings and conception of laser systems dedicated to LA-ICP-MS
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Bourquard, Florent. "Ablation laser femtoseconde assistée d’une mise en forme temporelle pour le dépôt de couches minces et la synthèse de nanoparticules." Thesis, Saint-Etienne, 2013. http://www.theses.fr/2013STET4022/document.
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Ce travail explore le contrôle de la composition et la cinétique du panache d’ablation laser en régime ultrabref par mise en forme temporelle des impulsions laser femtoseconde. L’objectif est l’optimisation du dépôt de couches minces et de nanoparticules. Le chapitre 1 est une synthèse de la littérature sur le dépôt de couches minces par ablation laser femtoseconde, en particulier de films de Diamond-Like Carbon et de nanoparticules. L’influence de la mise en forme temporelle du laser sur les mécanismes d’ablation est développée, ainsi que le diagnostic du panache d’ablation. Le chapitre 2 présente les dispositifs expérimentaux de mise en forme temporelle et de diagnostic du panache d’ablation par spectroscopie d’émission résolue en temps et espace et spectroscopie d’extinction. Le chapitre 3 rapporte l’impact de l’utilisation d’impulsions doubles et élargies sur les panaches de l’aluminium et du bore. L’augmentation de la composante ionique du plasma d’aluminium est expliquée au travers de simulations hydrodynamiques. Dans le chapitre 4, différentes formes temporelles sont employées pour l’ablation du graphite et le dépôt de couches de Diamond-Like Carbon. Le contrôle de la cinétique du panache est atteint en peuplant plus ou moins ses différentes composantes de vitesse : molécules, atomes et ions. Si la structure du Diamond-Like Carbon déposé n’est pas affectée, une amélioration de la surface des couches est observée. Le chapitre 5 montre l’efficacité et la sensibilité de la spectroscopie d’extinction optique pour la mesure in situ de la distribution en taille des nanoparticules métalliques dans le panache d’ablation laser femtosecondeThis work explores the control of ultrafast laser ablation plume composition and kinetics by temporal shaping of femtosecond laser pulses. The goal is the optimization of thin films and nanoparticles deposition. Chapter 1 is a synthesis of the literature on femtosecond laser deposition of thin films. The focus is on Diamond-Like Carbon films and nanoparticles. The impact of laser temporal pulse shaping on the ablation mechanisms is developed. Ablation plume diagnostic methods are detailed. Chapter 2 describes the experimental setup for temporal pulse shaping and plasma diagnostic. The latter is done through space and time-resolved optical emission spectroscopy and extinction spectroscopy. Chapter 3 reports on the impact of doubles pulses and long pulses on aluminium and boron ablation plumes. Ion yield enhancement in aluminium ablation plasma is explained through hydrodynamics simulations. In chapter 4, various temporal pulse shapes are used for graphite ablation and Diamond-Like Carbon thin films deposition. The control of the plume kinetics is reached by selectively populating the various plume speed components: molecules, atoms, ions. Even though the deposited Diamond-Like Carbon structure is unaffected, it has been observed an improvement of the thin films surface. Chapter 5 shows the efficiency and sensitivity of optical extinction spectroscopy for in situ measurement of nanoparticles size distribution in femtosecond laser ablation plumes
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Di, Maio Yoan. "Etude de l'interaction laser-matière en régime d'impulsions ultra-courtes : application au micro-usinage de matériaux à destination de senseurs." Phd thesis, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00994999.
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Le laser à impulsions ultra-courtes constitue un procédé innovant et très avantageux pour la découpe de céramiques piézoélectriques PZT. Grâce à un fort confinement spatiotemporel de l'énergie au cours de l'interaction, ce système minimise les dégâts collatéraux et préserve l'intégrité physique du matériau sur des échelles micrométriques. Néanmoins, une propagation de faisceau mal maîtrisée, associée à des mécanismes d'interaction complexes fonction de la cible irradiée, peuvent impliquer de fortes disparités sur la qualité d'usinage. Dans le cadre d'une application industrielle donnée, ces travaux nous ont donc permis d'approfondir les principales étapes d'optimisation d'un tel procédé selon des critères de reproductibilité, de qualité et de rapidité. Pour cela, nous avons tout d'abord souligné l'influence des propriétés gaussiennes des faisceaux et de leur perturbation afin de définir la distribution énergétique au niveau des plans de focalisation. Aussi, la quantification de l'interaction via les critères de seuil et de taux d'ablation, d'incubation et de saturation a contribué à comprendre la réaction du matériau de manière macroscopique. Les problèmes méthodologiques inhérents à leurs calculs ont été mis en évidence et ont permis par la suite d'anticiper les formes d'usinage ainsi que les temps de procédé. Dans un second temps, l'optimisation des paramètres laser s'est appuyée sur des caractérisations aussi bien qualitatives pour l'aspect visuel que quantitatives avec l'estimation de la stoechiométrie et des contraintes résiduelles au niveau des flancs d'usinage. Nous avons en outre tiré profit de la piézoélectricité afin de développer une méthode d'observation in situ de la réponse à l'onde de choc laser contribuant à la compréhension des fissurations apparentes. Nous proposons au terme de ce travail un jeu de paramètres optimal pour la découpe de PZT assurant une bonne répétabilité du procédé tout en minimisant les défauts d'usinage comme la fissuration, les dépôts de surface et les irrégularités de bords. Des essais sur la mise en forme spatio-temporelle de faisceau sont enfin abordés principalement en tant que perspective d'accélération du procédé et encouragent son utilisation pour une future industrialisation
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Gill-Comeau, Maxime. "Étude par dynamique moléculaire de l'ablation par impulsions laser ultrabrèves de cibles nanocristallines." Thèse, 2011. http://hdl.handle.net/1866/5326.
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L’ablation de cibles d’Al nanocristallines (taille moyenne des cristallites d = 3,1 et 6,2 nm) par impulsions laser ultrabrèves (200 fs) a été étudiée par l’entremise de si- mulations combinant la dynamique moléculaire et le modèle à deux températures (two- temperature model, TTM) pour des fluences absorbées allant de 100 à 1300 J/m2. Nos simulations emploient un potentiel d’interaction de type EAM et les propriétés électro- niques des cibles en lien avec le TTM sont représentées par un modèle réaliste possédant une forme distincte dans le solide monocristallin, le solide nanocristallin et le liquide. Nous avons considéré l’effet de la taille moyenne des cristallites de même que celui de la porosité et nous avons procédé à une comparaison directe avec des cibles mono- cristallines. Nous avons pu montrer que le seuil d’ablation des métaux nanocristallins est significativement plus bas, se situant à 400 J/m2 plutôt qu’à 600 J/m2 dans le cas des cibles monocristallines, l’écart étant principalement dû à l’onde mécanique plus im- portante présente lors de l’ablation. Leur seuil de spallation de la face arrière est aussi significativement plus bas de par la résistance à la tension plus faible (5,40 GPa contre 7,24 GPa) des cibles nanocristallines. Il est aussi apparu que les contraintes résiduelles accompagnant généralement l’ablation laser sont absentes lors de l’ablation de cibles d’aluminium nanocristallines puisque la croissance cristalline leur permet d’abaisser leur volume spécifique. Nos résultats indiquent aussi que le seuil de fusion des cibles nano- cristallines est réduit de façon marquée dans ces cibles ce qui s’explique par la plus faible énergie de cohésion inhérente à ces matériaux. Nos simulations permettent de montrer que les propriétés structurelles et électroniques propres aux métaux nanocristallins ont toutes deux un impact important sur l’ablation.The ablation of nanocrystalline (mean crystallite size d = 3.1 and 6.2 nm) Al tar- gets by ultrashort (200 fs) laser pulses was studied using hybrid simulations combining molecular-dynamics and the two-temperature model (TTM) for a range of absorbed flu- ence of 100 to 1300 J/m2. Our simulations employ an EAM interatomic potential and the TTM-related electronic properties are modelled using three distinct functions to rep- resent the monocrystalline solid, the nanocrystalline solid, and the liquid in an accurate way. Comparison between targets displaying two mean grain sizes, porous targets, and monocrystalline targets are reported. This study showed a significantly reduced abla- tion threshold of 400 J/m2 instead of the 600 J/m2 obtained for the single crystals, the discrepancy being mainly accounted for by an increase in the magnitude of the pressure wave generated during ablation. The spallation threshold of the back side of the target is also reduced owing to a lower tensile strength (5.40 GPa against 7.24 GPa). This work also allowed to discover that residual stress generally associated with laser ablation is totally absent in nanocrystalline samples as crystal growth provides a mechanism for volume reduction near the melting temperature. Furthermore, our results demonstrate that the melting threshold shows an important decrease and the melting depth an im- portant increase in the nanocrystalline samples which can be explained by their lower cohesion energy. Our simulations shed light on the fact that a realistic modelling of both structural and electronic properties of the nanocrystalline target is important to produce a reliable representation of laser ablation.
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Marinier, Sébastien. "Ablation laser femtoseconde de verres métalliques de Cu_x Zr_(1−x) : une étude par dynamique moléculaire." Thèse, 2015. http://hdl.handle.net/1866/13487.
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