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Structuration par laser femtoseconde : de la formation de nanostructures d’argent au contrôle de la filamentation laser

Matthieu Bellec

Vendredi 7 janvier 2011

À 11h, en salle C. Brot.

Durant ce séminaire, je présenterai en premier lieu mes travaux de thèse effectués au Centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne (CPMOH) à l’Université de Bordeaux. L’objet de ces travaux est l’étude de l’interaction d’un laser femtoseconde avec un support photosensible particulier : un verre phosphate dopé à l’argent appelé verre photo-luminescent (PL). Une nouvelle approche permettant de réaliser en trois dimensions (3D) dans un verre PL des nanostructures d’argent aux dimensions bien inférieures à la limite de diffraction a été démontrée. La mesure des propriétés optiques et structurales pour différentes échelles (spatiales et temporelles) a permis de proposer un mécanisme de formation des structures photo-induites qui est basé sur un jeu subtil entre les phénomènes d’absorption non-linéaire et de thermo- diffusion [1]. Les propriétés optiques (linéaires et non-linéaires) et les applications de ces nanostructures d’argent ont aussi été étudiées [2]. En particulier, l’exaltation des propriétés non-linéaires des agrégats d’argent a été utilisée pour stocker optiquement de l’information en trois dimensions [3]. Puis, je présenterai les travaux que j’effectue actuellement dans le cadre d’un postdoctorat au sein de l’Institute of Electronic Structure and Lasers (IESL) du Foundation for Research and Technology - Hellas (FORTH) en Grèce. Mon projet de recherche est centré autour du contrôle de la filamentation laser par l’utilisation de structures périodiques dans des milieux transparents. La filamentation laser est un phénomène qui apparaît lorsqu’une impulsion laser intense traverse un milieu non-linéaire. L’effet Kerr optique, qui modifie l’indice du milieu, amène d’abord à une auto-focalisation du faisceau, puis, lorsque l’intensité est suffisamment élevée, l’ionisation multiphotonique entre en jeu en défocalisant le faisceau. La compétition dynamique entre ces deux effets donne lieu au phénomène de filamentation laser. Le faisceau laser intense peut alors être transporté sur de longues distances (plusieurs centaines de mètre dans l’air) ouvrant de nombreuses perspectives pour des applications atmosphériques ou pour les télécommunications. Cependant, la nature même de la propagation lumineuse dans ces régimes, dynamique et non-linéaire, rend son contrôle délicat. Je montrerai qu’en utilisant, non plus un milieu homogène mais un environnement composé de structures périodique (type réseau de guides d’onde), les attributs du filament peuvent néanmoins être contrôlés. Des résultats numériques et expérimentaux seront présenté. Enfin, pour accroître le contrôle des attributs du filament, l’utilisation de matériaux permettant l’inscription de propriétés optiques non- linéaires, comme des verres photosensibles dopés aux ions métalliques ou des suspensions de nanoparticules métalliques, sera discutée.

Voir en ligne : Institute of Electronic Structure and Lasers


[1] Bellec, M., et al., Beat the diffraction limit in 3D direct laser writing in photosensitive glass. Optics Express, 2009. 17(12) : p. 10304-10318.

[2] Bellec, M., et al., 3D Patterning at the Nanoscale of Fluorescent Emitters in Glass. The Journal of Physical Chemistry C, 2010. 114(37) : p. 15584-15588.

[3] Canioni, L., et al., Three-dimensional optical data storage using third-harmonic generation in silver zinc phosphate glass. Opt. Lett., 2008. 33(4) : p. 360-362. Highligthed in Nature Photonics 2, 402 (2008). Royon, A., et al., Silver Clusters Embedded in Glass as a Perennial High Capacity Optical Recording Medium. Advanced Materials, 2010. 22(46) : p. 5282-5286. Highlighted in Nature 468, 9 (2010).

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