Les interactions entre un milieu diélectrique et des impulsions laser intenses sont étudiées, d’abord d’un point de vue général, puis dans le contexte de la fabrication de nanostructures de surface auto-organisées. Les bases de l’électromagnétisme, de l’optique et de la physique des plasmas sont posées, avant de présenter la première contribution majeure de cette étude. Un nouveau modèle décrivant la formation de plasma induit par laser dans un milieu diélectrique, nommé delayed rate equations (DRE), est présenté. Ce modèle d’ionisation a les avantages d’être facile à implémenter dans une simulation numérique, peu coûteux en ressources computationnelles. L’émergence de nanostructures périodiques auto-organisées à la surface initialement rugueuse et aléatoire de matériaux exposés à des impulsions laser est ensuite étudiée numériquement, en tenant compte des effets électromagnétiques (équations de Maxwell). La seconde contribution majeure est l’implémentation d’une boucle de rétroaction dans les simulations, entre le champ électromagnétique et le plasma en formation. Ces simulations révèlent un nouveau phénomène, l’auto-reconfiguration de nanostructures de plasma, se produisant durant l’interaction. Finalement, on effectue des simulations multi-impulsionnelles qui permettent d’observer l’évolution de la forme de la surface après chaque impulsion laser. On observe la croissance de nanostructures de surface ayant une période et une orientation semblables à celles obtenues dans la densité du plasma après sa reconfiguration. Ceci confirme l’hypothèse que les motifs observés dans le plasma peuvent effectivement être inscrits de façon permanente dans la forme de la surface. / The interactions between intense laser pulses and a dielectric medium are studied, first in a general perspective, then in the context of the fabrication of self-organized surface nanostructures. After going through the rudiments of electromagnetism, optics and plasma physics, the first major contribution of this study is presented. A novel model for laser-induced plasma formation in dielectrics, the delayed rate equations model (DRE) is described. This ionization model has several advantages, among which are the ease of implementation in numerical simulations and low computational cost, while preserving all the advantages of the state of the art model that can be incorporated in tridimensional simulations. The emergence of periodic self-organized nanostructures at the initially rough and random surface of materials after being exposed to intense light is then numerically studied in a time domain electromagnetic framework. The second major contribution is the implementation of a feedback loop in the simulations, between the electromagnetic field and the plasma information. Simulations reveal a new phenomenon, the self-reconfiguration of plasma nanostructures, which occurs at the laser pulse time scale. Finally, multi-pulses simulations are performed, revealing the evolution of the shape of the irradiated surface after each laser pulse. The growth of surface nanostructures with period and orientation similar to what was observed in the plasma density, after its reconfiguration, is observed. This confirms the hypothesis that the plasma patterns can effectively be permanently inscribed in an irradiated surface.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/67749 |
| Date | 05 February 2021 |
| Creators | Déziel, Jean-Luc |
| Contributors | Varin, Charles, Dubé, Louis J. |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xx, 156 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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