Les microchip lasers à impulsions sub-nanosecondes peuvent être des alternatives intéressantes aux lasers à impulsions femtosecondes pour le micro-usinage des matériaux transparents par absorption multiphotonique. Ces lasers peuvent facilement atteindre les puissances crêtes nécessaires pour déclencher l'ablation de tous les matériaux, y compris les diamants, céramiques, plastiques, et des verres. En outre, ils sont de faible coût, avec un design compact et robuste. Dans cette thèse, un micro-chip laser Nd:YAG amplifié (532 nm, 300 ps) a été utilisé pour la micro-gravure et le marquage de différents types de matériaux transparents, comme le verre borosilicate D263, le verre BK7 et le thermoplastique SBS. L'analyse des résultats a montré un bon accord avec le modèle d'expulsion de matière suite à la génération d'un plasma provoqué par une absorption laser à deux photons. Une résolution sub-micronique de marquage a été obtenue à l'intérieur d'un verre de borosilicate. Des canaux microfluidiques pour capteurs optiques ont été gravés sur verre BK-7 comprenant des guides d'ondes réalisés par échange d'ionique. Des réseaux denses de micro-canaux ont été fabriqués à la surface de matériaux thermoplastiques avec une zone affectée par les effets thermiques limités à quelques micromètres. En conclusion, ce travail de thèse montre que l'utilisation de ce type de laser permet un micro-usinage de très haute résolution avec des effets thermiques limités. / Microchip lasers with sub-nanosecond pulses are attractive alternative to femtosecond lasers for micromachining in transparent materials by multiphoton absorption. These lasers can easily reach pulse peak powers that are needed to trigger ablation in all materials, including diamond, ceramics, plastics, and glasses. In addition, they are low cost with compact and rugged design. In this thesis, a microchip laser (532 nm, 300 ps) has been used for micro-engraving and marking different types of transparent materials such as borosilicate D263, BK7, and SBS thermoplastic. Experimental resultsare rationalized by the model of matter explosion following the plasma generation induced by the laser two-photon absorption. Sub-micron resolution embedded marking is demonstrated inside borosilicate glass. Micro fluidic channels for optical sensors are engraved on BK-7 glass with ion-doped waveguides. Arrays of dense micro channels are fabricated at the surface of thermoplastics with a zone affected by thermal effects limited to the micron range. In summary, this thesis demonstrates that this type of laser can be efficiently used for high-resolution micro-machining transparent materials with minimal thermal effects.

L’avènement des technologies lasers femtoseconde utilisant une fibre optique comme milieu amplificateur incite les industriels à se renseigner sur cette technologie. Dans ce contexte, et dans le cadre du projet Futures et Ruptures, cette thèse se propose de caractériser une nouvelle source femtoseconde, le Tangerine d’Amplitude Systèmes. Utilisant les capacités de ce laser, et avec la collaboration d’IREPA LASER, nous feront une étude comparative avec les lasers femtoseconde déjà existant en s’appuyant sur l’état de l’art, l’optique non-linéaire et quelques simulations d’ablation. L’amélioration des procédés d’usinage pour des applications industrielles nous permettra de modifier et compléter nos connaissances dans l’usinage de différents matériaux tout en montrant les qualités de cette nouvelle technologie. Enfin, une application de miniaturisation de dispositifs électronique pour le domaine du biomédical nous permettra d’utiliser toutes les connaissances acquises et de mener à bien ce projet. / Surgical procedures are moving increasingly toward minimally invasive techniques because these techniques offer great comfort to the patient, a short recovery time and are reasonably-priced. As part of this thesis, it is proposed to study the integration of micrometer-sized sensors directly into needles for example. The PhD student will study the process of laser-matter interaction for new nano and femtosecond sources which should be optimized in order to develop a machining technique of surgical instruments in order to incorporate the sensors. The aim of the thesis is the demonstration of the feasibility of developing the technique of laser etching for the integration of sensors into millimeter-sized needles as well as tests in real conditions. Multiple lasers will be used; The Tangerine laser from ‘Amplitude Systèmes’ with the well know Ti:Sa laser. His work there will be to upgrade the laser up to its best capacity both in terms of fluence or accuracy and in terms of software and its ease of use. The ablation of the silicon from the rear of the electronic chip to the edge of the photodetector in order to carry the light and energy supply all 3D Hall effects micro-magnetors will be the main purpose of the PhD student. He will highlight differences between two femtosecond laser as thermally affected area or ablation rate and will choose which one is able to achieve our goal.