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Matthieu Lancry (ISMO, Université Paris Sud)

Fonctionnalisation optique de la silice par laser femtoseconde

Jeudi 3 Fevrier 2011, 14h15

Les lasers à impulsions ultra brèves (< ps) ont une intensité très élevée (e.g. 100TW/cm2) et des propriétés de faisceau nouvelles. La brièveté de l’impulsion permet l’observation de processus à l’échelle de la femtoseconde. L’intensité lumineuse associée conduit à une interaction avec pratiquement tous les matériaux. Les mécanismes ne sont encore connus que très partiellement. Leur maîtrise permettrait d’envisager de nouvelles applications dans le domaine de la science des matériaux par laser. Les utilisations du laser fs sont donc multiples.

Dans cet exposé nous nous intéresserons à la silice en vue de la fonctionnaliser en volume pour des applications dans le domaine de l’optique. En effet les impulsions ultra brèves permettent de modifier la structure de la silice avec une localisation de l’ordre du micromètre et avec seulement quelques impulsions dont l’énergie est très modeste (<1 μJ). Les transformations sont vraiment très spectaculaires : l’indice optique isotrope peut-être augmenté jusqu’à 2.10-2, on peut obtenir une biréfringence jusqu’à 10-2 contrôlable en orientation par la rotation de la polarisation du laser. Ces propriétés reposent sur la formation de nanoréseaux poreux. Les mécanismes en jeu sont inhabituels. En effet, étant donné l’intensité lumineuse utilisée, on créé un plasma électronique dans le solide, celui-ci se structure dans l’espace et cette structure s’imprime par piégeage dans le matériau.

Le fait que l’interaction soit fortement non linéaire autorise une écriture en 3D. De plus la possibilité d’effectuer ces « écritures » à une vitesse de l’ordre du cm/s permet déjà la réalisation de guides d’onde pour l’optique intégrée, de mémoires, des réseaux de micro-lentilles etc… Mais, on peut aussi envisager bien plus grâce au contrôle de l’orientation de la biréfringence qui ouvre la possibilité de produire aisément des objets biréfringents pour obtenir des faisceaux à polarisation radiale avec un creux d’intensité au centre (pinces optiques) ou pour corriger des faisceaux distordus comme dans le cas des lasers de haute puissance mais aussi des applications plus grand public comme des films de compensation pour les écrans LCD.