Impact d'irradiations laser sur des empilements de couches minces sur un substrat de verres

par Driffa Guerfa (Tamezait)

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Bertrand Poumellec, Matthieu Lancry et de Katia Burov.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-01-2019 .


  • Résumé

    En s'appuyant sur le savoir-faire et les techniques expérimentales développées au fil des années au sein de deux équipes d'accueil pour les modifications dans les verres sous le traitement par laser (ICMMO) et pour les modifications structurales dans les verres à couches suite aux recuits thermiques contrôlés (SVI), le travail de thèse vise à développer une approche globale portant sur l'évolution sous irradiation par un laser pulsé d'une couche mince sur un substrat verre, dont la couche est partiellement absorbante (en linéaire) à la longueur d'onde du laser (comme par exemple une couche de silice pure ou dopée d'Al2O3 déposée par magnétron ou sol-gel sur du verre industriel). L'originalité du programme de thèse consiste en une approche méthodologique (modèle numérique et confrontation expérimentale) inédite qui va contenir les étapes suivantes : • le développement d'un ensemble d'outils de prédiction de la distribution de température générée par le faisceau laser sur une géométrie constituée d'une couche mince sur verre, en tenant compte de la distribution spatiale et temporelle de la puissance optique à l'intérieur de la couche et du substrat (en fonction des paramètres laser suivant: longueur d'onde, énergie, durée et fréquence de répétition des impulsions) ; • la fabrication des séries d'échantillons modèles couvrant une gamme importante d'indices optiques et des coefficients d'absorption, le traitement par laser (principalement UV nanoseconde, éventuelle comparaison avec lasers ns à une autre longueur d'onde et lasers fs) et recuit au four de ces échantillons; • l'étude des modifications structurales à l'échèle moléculaire dans la zone d'impact du laser de la couche et du substrat (par divers moyens d'investigation: spectroscopie Raman, microscopie électronique à balayage, à transmission, optique, luminescent etc...) • La mesure des champs de température in situ au cours du traitement par une méthode innovante qui permette une cartographie 3D avec une résolution suffisante. • la corrélation entre la reconstitution morphologique en 3D de la zone d'impact du laser sur la couche et le substrat avec les champs thermiques estimés par les modélisations; • la comparaison des modifications induites lors de recuits au four et par laser pour les systèmes modèles d'intérêt. L'ensemble des résultats ci-dessus sera rationalisé pour établir des corrélations entre expériences et calculs et fournir une compréhension des processus actifs dans le traitement de la couche déposée sur verre. Les approches méthodologiques (modèle numérique et confrontation expérimentale) développées et validées dans le cadre de cette thèse pourront à l'avenir être étendues à l'étude de produits industriels.

  • Titre traduit

    laser induced impact on vitreous multilayers on glass substrates


  • Résumé

    Based on the know-how and experimental techniques developed over the years in two reception teams for changes in lenses under laser treatment (ICMMO) and for structural modifications in layered glasses following controlled thermal annealing (IVR), the thesis aims to develop a global approach to the evolution under irradiation by a pulsed laser of a thin layer on a glass substrate, the layer of which is partially absorbent (linear) at the wavelength of the laser (for example a layer of pure silica or doped Al2O3 deposited by magnetron or sol-gel on industrial glass). The originality of the thesis program consists of a methodological approach (numerical model and experimental confrontation) unpublished which will contain the following steps: The development of a set of tools for predicting the temperature distribution generated by the laser beam on a geometry consisting of a thin layer on glass, taking into account the spatial and temporal distribution of the optical power at the the interior of the layer and the substrate (depending on the following laser parameters: wavelength, energy, duration and repetition frequency of the pulses); • manufacture of series of model samples covering a wide range of optical indices and absorption coefficients, laser processing (mainly nanosecond UV, possible comparison with ns lasers at another wavelength and fs lasers) and baked annealing of these samples; • the study of structural changes at the molecular scale in the impact zone of the laser of the layer and the substrate (by various means of investigation: Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, transmission, optical, luminescent, etc.). ..) • The measurement of temperature fields in situ during the treatment by an innovative method that allows a 3D mapping with sufficient resolution. • the correlation between the 3D morphological reconstruction of the laser impact zone on the layer and the substrate with the thermal fields estimated by the modelizations; • Comparison of induced changes during oven and laser annealing for model systems of interest. The above set of results will be streamlined to establish correlations between experiments and calculations and provide an understanding of the active processes in the treatment of the layer deposited on glass. The methodological approaches (numerical model and experimental confrontation) developed and validated in the context of this thesis may in the future be extended to the study of industrial products.