Soutenance de thèse de Olga KORITSOGLOU

Aujourd'hui, les lasers femtoseconde (fs) sont utilisés dans un large éventail d'applications. Ce sont des outils uniques et fiables offrant grande qualité de traitement et, pour les milieux transparents, la capacité de réaliser des modifications sélectives dans leur volume. Pour optimiser les procédés et élargir leur applicabilité, une meilleure compréhension de l'interaction laser-matière est essentielle. Nous nous intéressons ainsi à la réponse mécanique des milieux irradiés par laser, et plus spécifiquement, à la génération et à l'évolution des ondes de choc qui y sont induites. Nous réalisons ces observations avec une impulsion laser fs (à 1030 nm et de durée 360 fs) focalisée dans l'air, puis à l'intérieur de la silice fondue et de verre borosilicate. Pour cela, nous avons construit un microscope/polariscope résolu en temps, permettant d'étudier les phénomènes se produisant à partir du dépôt d'énergie laser jusqu'à des délais de quelques nanosecondes. Dans l'air, nous observons la propagation d'une onde de choc ellipsoïdale, et, combinant nos mesures avec un modèle simple, nous montrons que la majeure partie de l'énergie laser absorbée est convertie en énergie mécanique. La vitesse initiale de l'onde de choc est de l'ordre de quelques km/s et sa charge de pression initiale de quelques GPa. Dans les verres de silice fondue et de borosilicate, nous réalisons un continuum d’observations comprenant l’effet Kerr, la formation d’un plasma critique et l’estimation de l'évolution dynamique de la contrainte de cisaillement induite dans leur masse. Nous observons ainsi les ondes de choc induites par le laser dans les verres dès les premiers délais de quelques centaines de picosecondes, alors qu'elles sont dans le régime supersonique, et le niveau de contrainte est estimé dans la gamme des GPa. La vitesse de l'onde de choc et le niveau de contrainte diminuent rapidement avec le temps, et à l'échelle ns, l'onde de choc a dégénéré en une onde acoustique.

Today, femtosecond (fs) lasers are employed in a wide range of applications. They are unique and reliable tools offering high processing quality and especially in the case of transparent media, they can achieve selective modification directly in the material bulk. To optimize the existing processes and broaden their applicability, a better understanding of laser-matter interaction is essential. In this work, we are concerned about the mechanical response of the laser-irradiated media, and more specifically, about the generation and evolution of the fs laser-induced shockwaves inside the volume of transparent materials. We have experimentally observed the shockwaves induced by a fs laser pulse (with 1030 nm wavelength and 360 fs pulse duration) in air, and inside fused silica and borosilicate glass. For this purpose, we built a time-resolved transmission microscope/polariscope, that enables us to dynamically observe the phenomena from the moment of the laser energy deposition and up to a few nanoseconds later. In air, we observed the propagation of an ellipsoidal shockwave, and combining our measurements with a simple computational model, we showed that most part of the absorbed laser energy is converted into mechanical energy. The initial velocity of the shockwave was of a few km/s and its initial pressure loading of a few GPa. In fused silica and borosilicate glasses, we experimentally performed a continuum of observations including the Kerr effect, critical plasma formation and estimation of the dynamic evolution of the induced stress inside their bulk. We managed to observe the laser-induced shockwaves in glasses from the early time delays of a few hundreds of picoseconds, in which they were still in the supersonic regime, and their stress level was estimated to be in the GPa range. The shockwave velocity and stress level swiftly declined with the advance of time and in the ns time scale we observed that the shockwave degenerated into an acoustic wave.