Spatial and temporal pulse shaping for ultrafast laser materials processing

Mise en forme spatiale et temporelle d'impulsions ultrabrèves pour l'ablation et la transformation de matériaux par laser Le traitement par laser ultrarapide a suscité un grand intérêt dans les applications industrielles en raison de sa capacité à réaliser une ablation précise et de haute qualité dans les matériaux. Cependant, les contraintes liées aux lasers, telles que l'énergie des impulsions et les taux de répétition, ont limité son développement, en particulier dans les environnements industriels.Dans ce cadre, la personnalisation des profils spatiaux et temporels des faisceaux laser peut améliorer l'interaction entre le laser et le matériau. Les techniques de mise en forme des faisceaux jouent un rôle crucial dans l'optimisation des performances du traitement des matériaux par laser ultrarapide et permettent d'atteindre des régimes jusqu'alors inaccessibles. Parallèlement, les lasers ultrarapides fonctionnant à des taux de répétition de l'ordre du gigahertz délivrent un nombre d'impulsions par unité de temps nettement plus élevé que les sources laser conventionnelles. La division d'une impulsion en plusieurs sous-impulsions avec un taux de répétition élevé semble être une méthode efficace pour augmenter le taux d'ablation dans le traitement laser.Cette thèse explore la possibilité d'utiliser des systèmes laser ultrarapides avec des taux de répétition de l'ordre du gigahertz, ainsi que des techniques avancées de mise en forme du faisceau pour améliorer le traitement laser ultrarapide. Le faisceau de Bessel est particulièrement utile dans le traitement des matériaux transparents grâce à sa robustesse aux distorsions non linéaires. Un faisceau de Bessel d'ordre élevé est utilisé dans cette thèse pour générer, pour la première fois, des nano piliers positifs avec une seule impulsion laser sur une surface de saphir. En outre, un nouveau système optique de génération de faisceaux de Bessel hautement focalisés a été développé pour étudier de nouvelles possibilités dans le traitement du silicium. Enfin, une source laser de fréquence de répétition allant jusqu’à 15 GHz, a été utilisée pour traiter le silicium. Des résultats prometteurs ont été obtenus en utilisant ce taux de répétition très élevé à la fois avec un faisceau gaussien et avec une mise en forme de faisceau en profil carré.