Métrologie de l'endommagement laser des composants optiques en silice en régime nanoseconde

Metrology of laser-induced damage in fused silica components in the nanosecond regime

• Auteur / Autrice : Romain Diaz
• Direction : Jean-Yves Natoli, Laurent Lamaignère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique, Photonique et Traitement d'Image
• Date : Soutenance le 17/12/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Centre d'études : Centre d'études scientifiques et techniques d'Aquitaine (Le Barp, France)
• Partenaire(s) de recherche : Institut : Institut Fresnel (Marseille, France)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Canioni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Canioni, Jean-Luc Miquel, Jean-Michel Di Nicola
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Philippe Colombier, Patrick Georges

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmas (gaz ionisés)

Optique non linéaire

Mesures optiques

Laser Mégajoule

Silice

Matériaux optiques

Mots clés libres

Laser

Endommagement Laser

Métrologie Laser

Optique non linéaire

Physique des Plasmas

Laser

Laser-Induced damage

Laser Metrology

Nonlinear Optics

Plasma Physics

Résumé

Cette thèse porte sur l'endommagement laser de composants optiques en silice amorphe en régime nanoseconde. Ce matériau diélectrique est l'un des plus couramment utilisés en optique et notamment sur des installations laser de haute énergie telles que le Laser MégaJoule. Afin de garantir le fonctionnement nominal d'une installation, l'endommagement laser des composants optiques doit être compris et maîtrisé. Ce phénomène induit une modification irréversible du matériau modifiant la propagation du faisceau. Dans le régime nanoseconde, l'endommagement laser de la silice est corrélé à la présence de défauts précurseurs qui sont une conséquence de la synthèse et du polissage des composants. L'interaction de ces précurseurs avec le laser va dépendre des caractéristiques de ce dernier. Une première étude est consacrée à la métrologie des impulsions utilisées en laboratoire pour étudier l'endommagement laser. Une seconde étude porte sur les mécanismes d'amorçage des dommages sur la face de sortie des composants optiques faits de silice. Une dernière partie porte sur l'influence de la propagation non linéaire sur l'endommagement surfacique et volumique des composants épais faits de silice.

In this thesis, laser-induced damage phenomenon in fused silica components is investigated in the nanosecond regime. This material is one of the most widely used in optics, particularly on high-energy laser facilities such as the Laser MégaJoule. In order to ensure the nominal operation of this kind of laser facility, laser-induced damage on optical components has to be understood and controlled. This phenomenon consists in an irreversible modification of the material. In the nanosecond regime, laser-induced damage is tightly correlated to the presence of precursor defects which are a consequence of the synthesis and the polishing of the components. The interaction between these precursor defects and the laser pulses strongly depends on the laser characteristics. The first study focuses on the metrology of the laser beam used in laboratory to study laser-induced damage. The second one consists in a parametric study of the initiation mechanism on the rear surface of fused silica components. The last part deals with the influence of nonlinear propagation on laser induced damage on the surface and in the volume of thick fused silica samples.