Ablation laser en régime ultracourt de cibles diélectriques et métalliques PDF Download
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Book Description
Les lasers délivrant des impulsions de quelques cycles optiques sont un outil de choix pour l'étude de l'interaction laser-matière, que ce soit dans la recherche fondamentale ou dans les applications industrielles (usinage). Dans ce contexte, nous étudions l'ablation laser en surface de métaux (aluminium, cuivre, nickel et tungstène) et de matériaux diélectriques (silice fondue et saphir) par des impulsions allant de 15 à 100 femtosecondes, en régime de flux modéré. L'évolution du seuil d'ablation en régime mono-tir est mesurée pour l'ensemble des matériaux en fonction de la durée d'impulsion. Nous effectuons ensuite une expérience de bilan d'énergie sur une large gamme de fluence, donnant accès à l'évolution des fractions d'énergie réfléchies, transmises et absorbées. Dans les métaux, à faible excitation, la comparaison des résultats expérimentaux à des modèles (Drude-Lorentz, modèle à deux températures) met en évidence l'importance de considérer la densité d'états électroniques. Les collisions inter-bandes sont prises en compte avec le modèle de Drude-Lorentz, et la population électronique non-thermalisée est incluse dans le calcul de la fréquence de collision (pour Cu et Ni). Nous montrons qu'à forte excitation le modèle de Drude est applicable à l'ensemble des métaux. La mesure de bilan d'énergie effectuée sur les matériaux diélectriques permet d'élaborer un scénario décrivant les mécanismes d'absorption et les caractéristiques du plasma généré sur toute la gamme de fluence étudiée. Nous montrons que pour les diélectriques, l'utilisation d'impulsions les plus courtes permet d'augmenter l'efficacité d'ablation.
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Les lasers délivrant des impulsions de quelques cycles optiques sont un outil de choix pour l'étude de l'interaction laser-matière, que ce soit dans la recherche fondamentale ou dans les applications industrielles (usinage). Dans ce contexte, nous étudions l'ablation laser en surface de métaux (aluminium, cuivre, nickel et tungstène) et de matériaux diélectriques (silice fondue et saphir) par des impulsions allant de 15 à 100 femtosecondes, en régime de flux modéré. L'évolution du seuil d'ablation en régime mono-tir est mesurée pour l'ensemble des matériaux en fonction de la durée d'impulsion. Nous effectuons ensuite une expérience de bilan d'énergie sur une large gamme de fluence, donnant accès à l'évolution des fractions d'énergie réfléchies, transmises et absorbées. Dans les métaux, à faible excitation, la comparaison des résultats expérimentaux à des modèles (Drude-Lorentz, modèle à deux températures) met en évidence l'importance de considérer la densité d'états électroniques. Les collisions inter-bandes sont prises en compte avec le modèle de Drude-Lorentz, et la population électronique non-thermalisée est incluse dans le calcul de la fréquence de collision (pour Cu et Ni). Nous montrons qu'à forte excitation le modèle de Drude est applicable à l'ensemble des métaux. La mesure de bilan d'énergie effectuée sur les matériaux diélectriques permet d'élaborer un scénario décrivant les mécanismes d'absorption et les caractéristiques du plasma généré sur toute la gamme de fluence étudiée. Nous montrons que pour les diélectriques, l'utilisation d'impulsions les plus courtes permet d'augmenter l'efficacité d'ablation.
Book Description
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 profonds.
Author: A. M. Prokhorov Publisher: CRC Press ISBN: 1351082396 Category : Science Languages : en Pages : 259
Book Description
In order to ensure efficient use of lasers, and for any large-scale implementation, a thorough knowledge of the fundamental laws governing the interaction of radiation with matter is required. Laser Heating of Metals provides a systematic and comprehensive presentation of the fundamental principles underlying the physical and chemical mechanisms governing the interaction of laser radiation with solid targets, and in particular metals in gaseous environments, for a wide range of beam parameters. The authors have been active in the field of interactions between lasers and materials for many years, and this book summarises the results of their work, in particular concerning the action of CO2 lasers on metals. These results are then discussed at some length. Laser Heating of Materials will be of interest to scientists at all levels with an interest in the interaction of radiation with condensed matter, and in particular to those involved in laser cutting and welding etc, and metal-working.
Author: Thibault Genieys
Author: Thibault Genieys
Author: Corinne Pasquier
Author: A. M. Prokhorov