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Dielectric materials: generation of point defects and optical breakdown

Stéphane Guizard


Activité de recherche

Nous étudions les processus d’excitation et de relaxation électronique dans les solides excités par une impulsion laser ultra-courte et intense.

Les matériaux étudiés sont essentiellement les diélectriques à large bande interdite, soit pour leur importance dans les applications telle que l’optique ou l’électronique (SiO2, Al2O3, Diamant, MgO, CdWO4), soit pour leur intérêt fondamental (Diamant, Halogénures d’alcalins).

Les processus physiques étudiés vont de la formation des défauts ponctuels au claquage optique, en passant par les effets de forte densité d’excitations tels que l’interaction entre excitons dans les scintillateurs.

Des défauts ponctuels au claquage optique : suivant les éclairements utilisés, les lasers femtosecondes permettent d’étudier une large gamme de phénomènes, qui vont de la formation des défauts ponctuels : à gauche, modèle d’exciton auto piégé dans le quartz, jusqu’au claquage optique : ici image MEB d’un cratère d’ablation dans α-SiO2.


Approche expérimentale : suivre l’évolution de la matière en temps réel

Les lasers délivrant des impulsions ultra - brèves sont un outil expérimental unique pour étudier les solides. Ils présentent un double intérêt :

  • générer une forte densité d’excitation dans les solides, de façon contrôlée,
  • permettre les expériences résolues en temps de type pompe et sonde avec différentes techniques de diagnostic: interférométrie, absorption, réflectivité, photoémission à deux impulsions, etc…, et ainsi résoudre la dynamique des processus d’excitation et de relaxation.

Nos études d’interaction laser matière sont donc à la frontière entre la physique du solide et la physique de l’interaction laser-matière en champ « fort ». En effet si les lasers permettent d’étudier les processus de relaxation en temps réel, ils sont aussi des outils de plus en plus utilisés pour le micro usinage et la modification des propriétés optiques des diélectriques (fibres optiques en silice, lame d’ondes, etc…). L’interaction des impulsions brèves et intenses avec la matière est donc un sujet important et en plein essor. C’est pourquoi il est indispensable de mieux comprendre les mécanismes de propagation, de dépôt d’énergie, d’endommagement et de claquage optique.

Les expériences sont réalisées sur les serveurs lasers de l’IRAMIS