Description du sujet de thèse

Aujourd'hui, nous utilisons des lasers pour générer des conditions similaires à celles dans le coeur des étoiles et des planètes. Pour ce faire, nous utilisons des impulsions laser ultracourtes capables de générer des intensités optiques extrêmement élevées de l'ordre de 10^14 W/cm^2. À de telles intensités, un matériau initialement transparent se transforme localement en un plasma dense. De forts gradients de pression-température se forment dans le volume de la zone irradiée et entraînent une décompression violente par l'émission d'une onde de choc [1]. Le stress généré par le passage de l'onde de choc à l'intérieur d'un matériau peut modifier de façon permanente sa structure et le transformer par laser en une nouvelle phase plus dense. Une pléthore d'applications nouvelles deviendrait alors possible (MEMS, MOEMS, etc.) dans le cadre d'une technique de microfabrication directe avec des capacités 3D.

L'objectif de cette thèse est d'utiliser des ondes de choc induites par laser pour modifier le verre de silice fondue. Un modulateur spatial de lumière sera utilisé pour transformer un faisceau gaussien en un faisceau Bessel-Vortex avec une épaisseur et un diamètre d'anneau variables. Un contrôle temporel simultané de la délivrance de l'impulsion laser permettra de réunir les conditions optimales pour que les ondes de choc non amorties se propagent dans le solide et modifient sélectivement la matière en de nouvelles phases. Ces nouvelles phases devraient permettre, entre autres, d'augmenter l'ingénierie de l'indice de réfraction, ouvrant ainsi la voie à la fabrication monolithique de dispositifs photoniques. Les structures seront caractérisées par des techniques de pointe, notamment la microscopie électronique à transmission et la diffraction des rayons X, en collaboration avec des partenaires académiques. L'étudiant recruté utilisera comme point de départ une installation existante au LP3 qui est utilisée pour la génération et la caractérisation des faisceaux de Bessel [2]. Cette installation utilise le laser ASUR du LP3 qui délivre des impulsions infrarouges (λ=800 nm) d'une durée de 30 fs et d'une énergie de 15 mJ.

Ce projet est une excellente occasion pour développer des compétences dans un domaine multidisciplinaire de la physique (physique des plasmas, lasers, thermodynamique, mécanique, etc.) et de l'ingénierie. L'étudiant doit avoir une solide formation en optique et/ou en science des matériaux. Un goût pour la physique expérimentale est nécessaire. Un financement a déjà été obtenu auprès de l'Agence nationale de la recherche.

[1] O. Koritsoglou, D. Loison, O. Uteza, and A. Mouskeftaras, “Characteristics of femtosecond laser-induced shockwaves in air,” Opt. Express, vol. 30, no. 21, p. 37407, 2022.
[2] X. Liu, R. Clady, D. Grojo, O. Utéza, and N. Sanner, “Engraving Depth‐Controlled Nanohole Arrays on Fused Silica by Direct Short‐Pulse Laser Ablation,” Adv. Mater. Interfaces, vol. 2202189, p. 2202189, 2023.

Contexte de travail

Le laboratoire LP3, est une unité mixte de recherche dépendant du CNRS et de l'Université d'Aix-Marseille. Il mène des travaux sur la physique des interactions lasers impulsionnels - matière afin de développer de nouveaux procédés photoniques.

Contraintes et risques

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