Effets thermiques dus à l'interaction laser-matière dans les métaux en régime femtoseconde

par Stéphane Valette

Thèse de doctorat en Science et génie des matériaux

Sous la direction de Eric Audouard et de Roland Fortunier.

Soutenue en 2003

à Saint-Etienne, Ecole nationale supérieure des Mines .

mots clés

• Lasers -- Matériaux

Résumé

L'objet de ce travail de thèse est l'étude des effets thermiquesdus à l'interaction laser-matière dans le cas de matériauxmétalliques irradiés avec des impulsions femtosecondes. Deuxapproches sont développées. La première utilise un traitementnumérique à deux dimensions du Modèle à Deux Températures (MDT). Aprèsdéfinition d'une Zone Affectée Thermiquement sur la based'arguments de physique des matériaux, l'étendue de celle-ci estestimée par simulation numérique dans la direction perpendiculaire au faisceau laser. La deuxième approche est de type expérimentale. Les techniques demicroscopie électronique en transmission et à balayage sontutilisées pour mesurer l'évolution des microstructures en bordurede la zone irradiée. Les régimes femtoseconde et nanoseconde sont comparés dans l'ensemble des résultats de ce travail.

Titre traduit

Thermal effects due to laser-matter interaction in metals in femtosecond regime

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Résumé

The topic of this work is the study of the thermal effects due tolaser-matter interaction in the case of metals in the femtosecondregime. Two approaches are developed. The first one uses a twodimensional numerical treatment of the Two Temperature Model (TTM). Adefinition of the Heat Affected Zone (HAZ), based on physical metallurgyarguments, is given. The spread of the HAZ is calculated in thedirection perpendicular to the laser beam. The second approach isexperimental. It uses transmission and scanning electronicmicroscopy techniques to measure the evolution of themicrostructure in the vicinity of the irradiated area. The femtosecond and nanosecond regimes are compared for the main results of this work.