LE CEA LE RIPAULT FORME

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Type de contrat doctorat

Elaboration et caractérisation de matériaux pour atténuer la densité de dommages lasers induits par les lasers de puissance

Contexte :

L’exploitation du Laser Mégajoule dans la durée nécessite la préservation des performances des optiques composant les chaînes laser afin de conserver ses performances initiales et de minimiser son coût de maintien en conditions opérationnelles. L’une des voies de diminution des coûts est la réduction de l’endommagement lasers des optiques de fin de chaîne qui sont traitées par voie sol-gel. Le CEA Le Ripault possède des compétences reconnues dans l’élaboration de matériaux en couches minces par voie sol-gel et par voie PVD, et en caractérisation optique des matériaux. Outre ses moyens de dépôt, il dispose d’installations lasers Yag permettant de tester les matériaux sous haut flux laser.

Objectif de la thèse :

Le CEA Le Ripault travaille en particulier sur le traitement optique de tous les composants optiques du Laser Mégajoule utilisés en transmission. En effet, il a mis au point pour ce laser l’ensemble des procédés de fabrication des couches antireflets, que ce soit pour la silice ou pour les cristaux convertisseurs de fréquence. Malgré la qualité des traitements actuels, il se produit parfois des endommagements liés soit au faisceau, soit au matériau lors des campagnes de tirs lasers. Ces endommagements initialement très petits à l’échelle de l’optique (40X40 cm²) peuvent augmenter exponentiellement en taille avec des tirs lasers successifs, rendant l’optique inutilisable à cause de la perte de transmission induite par la taille de l’endommagement. Une des problématiques des lasers de puissance est la compréhension de l’apparition des endommagements des composants optiques sous des flux intenses afin de réduire leur fréquence d’apparition et la dimension de la zone endommagée. Une voie consisterait à atténuer les ondes de chocs qui sont générées par les microplasmas initiateurs des dommages lasers par un nouveau matériau amortisseur déposé sous forme de couche mince sur le composant. L’objectif de cette thèse est de concevoir ce nouveau matériau qui devra être homogène, isotrope optiquement, avoir des propriétés élastiques et une bonne compatibilité avec la forte fluence laser (bonne transparence du matériau dans l’UV) et la silice colloïdale qui sert de couche antireflet. Les essais durant cette thèse se limiteront à des petits échantillons ( = 50 mm) qui seront évalués vis à-vis de ces différents paramètres cités précédemment.

Déroulement de la thèse :

Cette thèse aura deux composantes : une chimique portant sur un aspect synthèse chimique de solutions de dépôt avec la mise en oeuvre de cette solution sur un composant optique, et une partie physique consistant à caractériser ces couches par différentes méthodes physiques et à comprendre l’interaction laser matière avec une métrologie sous flux laser utilisant plusieurs spectroscopies. Outre le soutien des équipes du CEA engagés dans ces actions, la thèse s’appuiera également sur des laboratoires spécialisés dans les ultrasons (SAW et ultrasons lasers) et dans la chimie. Une étude initiale de la bibliographie fixera le choix d’un matériau. Le thésard se familiarisera à l’élaboration de solution et à la mise en oeuvre ainsi qu’à caractérisation des couches qu’il réalisera avec les moyens du Ripault ou du CEA. Ayant l’ensemble des éléments nécessaires, le thésard mettra au point l’installation laser (optique et informatique) afin de disposer à terme d’un logiciel interactif qui utilisera comme entrée la cartographie de surface d’onde et qui actionnera le laser (fluence, nombre de tirs nécessaire,…), la position du composant (x, y et z) et le contrôle final, pour réaliser les corrections voulues. Afin d’orienter au mieux l’élaboration des couches sol-gel soumises à des flux lasers intenses, le travail de thèse comprendra également le développement et l’adaptation de moyen de métrologie laser (indentation, spectroscopie photothermique, spectroscopie Raman, spectroscopie de luminescence, LIBS et photoacoustique,…) permettant l’étude de l’endommagement in-situ sous flux laser des différents revêtements sol-gel étudiés.

Directeur de thèse et école doctorale :

Philippe BELLEVILLE – Ecole Doctorale  » Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l’Univers » (Université de TOURS)

Contact :

Hervé PIOMBINI – CEA/Le Ripault – BP 16 – 37260 Monts – 02 47 34 40 00