Rayonnement d'ultrasons générés par laser dans les matériaux anisotropes : effets de la pénétration optique, de la diffusion de la chaleur et de la diffusion de la densité électronique

par Hinde Meri

Thèse de doctorat en Sciences physiques et de l'ingénieur. Mécanique

Sous la direction de Bertrand Audoin.

Soutenue en 2004

à Bordeaux 1 .


  • Résumé

    Le travail développé dans cette thèse vise l'étude de la génération photo-acoustique dans les microstructures. Des moyens de calcul sont développés pour représenter les différents mécanismes intervenant lors de l'interaction entre un faisceau laser rectiligne impulsionnel et la matière. Trois modèles multidimensionnels sont mis en oeuvre afin d'incorporer les effets thermo-élastique et de déformation électronique. Le premier considère l'effet de la pénétration optique sur la génération acoustique pour les milieux semi-transparents et transparents. Les formes d'ondes obtenues pour différentes directions d'observation ont ainsi permis d'interpréter les nouvelles contributions issues de la génération photo-acoustique simultanée dans toute l'épaisseur pour les milieux transparents. Dans le deuxième modèle, l'effet de la diffusion thermique est considéré en plus de la pénétration optique. La signature de la diffusion thermique sur les formes d'ondes se trouve sur les formes des précurseurs. Les effets électroniques sont ensuite pris en compte, en plus des effets photo-thermiques, par un modèle multidimensionnel pour des milieux semiconducteurs anisotropes. Ce dernier modèle considère un système partiellement couplé décrivant les ondes de plasma ( diffusion de la densité électronique), les ondes thermiques et les ondes acoustiques. Les formes d'onde obtenues pour un monocristal de silicium sont données pour différents niveaux d'énergie incidente à la longueur d'onde 1064 nm. L'évolution de ces formes d'ondes montre la dominance des effets photo-électroniques pour les bas niveaux d'énergie incidente. Puis, le problème inverse consistant en la mesure des coefficients d'élasticité à partir des signaux collectés, est considéré. La fiabilité de la mesure est discutée en regard des dimensions de la source: sa profondeur et sa largeur.

  • Titre traduit

    Ultrasonic radiation generated by laser in an anisotropic medium : effects of the optical penetration, the thermal diffusion and the electronic density diffusion


  • Résumé

    This thesis deals with the study of photo-acoustic generation in microstructures. Calculation means are developed to represent the various mechanisms interfering in the interaction of line laser source with an anisotropic medium. Thermoelastic and electronic deformation mechanisms are considered by three multidimensional models. The first one considers the effect of the optical penetration on the acoustic generation for the semi-transparent and transparent media. Signals calculated for various directions of observation thus made it possible to interpret the new contributions resulting from the simultaneous generation in all the thickness for the transparent media. In the second model, the effect of the thermal diffusion is considered in addition to the optical penetration. The signature of the thermal diffusion on the waveforms was found on the shape of the precursors accompanying the arrivals of the quasi-longitudinal modes. The electronic effects are then taken into account, in addition to the photo-thermal effects, by a multidimensional model for anisotropic semiconductor media. This third model considers a partially coupled system describing the plasma, thermal and acoustic waves. To consider the electronic anisotropy, tensorial forms are proposed. The waveforms obtained in single-crystal silicon sample are given for various incident energies for a 1064 nm radiation. The evolution of these waveforms was interpreted by the predominance of the photo-electronic effects for low incident energies. Then, the inverse problem (identification of stiffness constants) is considered. Reliability of the measurement is discussed according to the dimensions of the source: its depth and its width.

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Informations

  • Détails : 158 p.
  • Notes : Reproduction de la thèse autorisée
  • Annexes : Notes bibliogr. Annexes

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  • Bibliothèque : Université de Bordeaux. Direction de la Documentation. Bibliothèque Sciences et Techniques.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : FTA 2842
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