Application de l'ellipsométrie à l'étude en temps réel des modifications induites sur une surface métallique par un faisceau laser

par Abdelâziz Maâtallah

Thèse de doctorat en Sciences. Sciences physiques

Sous la direction de Jean-Pierre Girardeau-Montaut.

Soutenue en 1993

à Lyon 1 .

Le jury était composé de Jean-Pierre Girardeau-Montaut.

mots clés

• Ellipsométrie
• Or -- Surfaces
• Déformations (mécanique)
• Faisceaux laser

Résumé

L'ensemble des travaux experimentaux rapportes dans cette these, correspondent a l'application de l'ellipsometrie a l'etude des effets de l'interaction entre un faisceau laser et un materiau; cette technique, comme nous le montrerons, peut s'averer sous certaines conditions tres sensible et bien adaptee, d'une part a la mesure de la temperature crete induite par le faisceau laser a la surface du materiau, d'autre part a la deformation mecanique superficielle, consecutive a cet echauffement. Etant donne la complexite du probleme, nous nous sommes volontairement limites pour cette etude originale aux cas particuliers de l'interaction d'un faisceau laser de puissance a ar#+ continu sur une cathode en metal constituee d'or pur dans une premiere partie composee de quatre chapitres, nous rapportons les principaux elements theoriques necessaires a notre etude. Dans le chapitre i nous rappelons les principales caracteristiques d'un faisceau laser, auxquelles nous nous refererons lors de notre etude experimentale. Le chapitre ii reprend les points essentiels de l'optique des metaux. Le chapitre iii est consacre aux bases physiques de l'interaction laser-materiau et le chapitre iv est consacre a la theorie de l'ellipsometrie par reflexion sur les metaux. Dans une seconde partie composes du chapitre v, nous rapportons les details de notre montage experimental: en particulier les deux techniques servant a la detection du signal ellipsometrique: l'une correspond a la detection par un photomultiplicateur associe a une fibre optique et l'autre utilise une camera avec un tube c. C. D. Geree par un micro-ordinateur. La troisieme et derniere partie concerne l'ensemble des mesures et des resultats que nous avons obtenus, c'est-a-dire: la mesure des caracteristiques du faisceau sonde; la determination de l'angle d'incidence du faisceau sonde lorsque la cible est placee dans l'air et lorsqu'elle est placee dans l'enceinte a vide, l'alignement precis du polariseur, de l'analyseur et du compensateur ainsi que la calibration de l'ellipsometre; une description detaillee de la methode adoptee pour la mesure des couples p et a. Sont ensuite abordees successivement les mesures realisees au moyen des deux techniques deja citees et les resultats obtenus respectivement avec l'une et l'autre methode de mesure. Ces resultats sont enfin compares, ce qui nous permet de montrer les nets avantages bases sur l'ellipsometrie pour la mesure en temps reel et in-situ, par un moyen optique et non destructif, de la repartition spatiale des temperatures et de la deformation de la surface metallique irradiee

Titre traduit

Real time ellipsometry application for study the modifications induced by a laser beam on a metallic surface

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