Etude spectroscopique et imagerie rapide d’une plume d’ablation laser obtenue à partir de cibles céramiques d’oxydes complexes (CaCu3Ti4O12 et BaxSr1-xTiO3)

par Jean-françois Lagrange

Thèse de doctorat en Physique des plasmas

Sous la direction de Olivier Motret.

Soutenue le 17-12-2010

à Tours , dans le cadre de Ecole doctorale Santé, sciences, technologies (Tours) , en partenariat avec SST/UMR CNRS 6157 - Laboratoire d"électrodynamique des matériaux avancés (équipe de recherche) .

Le président du jury était Eric Millon.

Le jury était composé de Stephane Pellerin, Francois Gervais, Jerome Wolfman, Jorg Hermann.


  • Résumé

    Nous présentons dans ce mémoire les résultats concernant la caractérisation spectroscopique spatiotemporelle de plasmas d’ablation laser obtenus à partir de cibles de céramiques d'oxydes complexes (CCTO et BSTO). Nos mesures montrent que les différentes espèces constituant le plasma évoluent de façons similaires quelque soit leur degré d'ionisation et ceci pour l'ensemble des conditions de pression et de fluence explorées. Nous montrons aussi que dans les premiers instants suivant l'impact laser, le plasma est fortement non-uniforme et se propage selon une seule dimension, il s’uniformise par la suite et s'expanse alors dans les trois dimensions. Une collaboration avec le laboratoire LP3 (Université de Marseille) nous a permis d'estimer les paramètres caractéristiques du plasma (température, densité électronique, épaisseur) à partir de la confrontation entre nos spectres expérimentaux et les résultats de la simulation de la radiance spectrale du plasma. A partir de cette confrontation, nous confirmons qu'il existe une forte corrélation entre l'inhomogénéité du plasma et son type d'expansion. Grâce à l'analyse spectrale il a été possible d'identifier et de quantifier des polluants présents dans les cibles, nous avons pu ainsi estimer des concentrations minimales pouvant atteindre la dizaine de ppm selon le type de polluant.

  • Titre traduit

    Spectroscopic and fast imaging study of laser ablation plume from ceramic targets of complex oxides (CaCu3Ti4O12 and BaxSr1-xTiO3)


  • Résumé

    From the laser ablation of complex oxide ceramics (CCTO and BSTO), characterisation by time-space resolved spectroscopy and fast imaging are shown in this dissertation. By the measurements, we noticed a similar development of all species of the plasma, for any ionisation degree, in any explored pressure and explored fluence. During the first times after laser impact, plasma is highly non-uniform and moves forward only one dimension. Afterwards, plasma expands uniformly in three dimensions. From collaboration with the LP3 laboratory (Marseille University), we succeeded in estimating plasma parameters (temperature, electronic density, thickness) from fits of experimental spectra with simulated ones. From those fits, we bore out the correlation between plasma non-uniformity and expansion kind. By spectral analysis it was possible to identify and quantify pollutants from targets. Depending on the pollutant, we were able to estimate weak concentrations, as low as few tens ppm.


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