Pierre-Jean CHARPIN : "Modélisation de l’interaction laser-plasma dans les faisceaux de Bessel femtoseconde"

Résumé : Les impulsions femtosecondes en forme de faisceaux de Bessel peuvent créer des nano-plasmas dans les diélectriques, conduisant à la formation de nano-vides avec un rapport d'aspect très élevé pour des applications en microélectronique et pour la découpe laser de matériaux transparents. La modélisation de l'interaction laser-plasma est d'une importance capitale pour comprendre l'évolution spatio-temporelle de la formation du plasma et du dépôt d'énergie par impulsion laser femtoseconde. Cependant, les tentatives précédentes de modélisation utilisant des codes conventionnels basés sur l'équation de propagation de l'impulsion ou des codes hydrodynamiques n'ont pas permis de reproduire les diagnostics expérimentaux. L’objectif central de ce travail de thèse est de modifier le code numérique Particle-In-Cell EPOCH afin de simuler l'interaction laser-matière dans les matériaux diélectriques aux échelles femtoseconde. Cette modification a consisté à implémenter une permittivité relative de fond afin de pouvoir simuler la propagation de l'impulsion laser dans des diélectriques et à remplacer les taux d'ionisation natifs, qui ne sont pas adaptés à la physique du solide, par les taux d'ionisation de la théorie de Keldysh. Une étude de la dynamique d'ionisation du saphir à l'aide de faisceaux de Bessel femtosecondes a été réalisée et a conduit à des résultats en bon accord avec les résultats expérimentaux. Cette étude élucide la dynamique de formation des nano-plasmas à l'échelle de la femtoseconde. Nous avons observé une bifurcation entre deux régimes de la dynamique de formation des plasmas, produisant soit une expansion latérale de ces derniers, soir une élévation en densité. Dans ce dernier cas, des plasmas extrêmement denses peuvent être générés grâce au dépôt d'énergie à haute densité causé par une forte ionisation par impact combinée au phénomène d'absorption résonnante.

Composition du jury :

François COURVOISIER, Directeur de recherche, Université Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse

Rachel NUTER, Directrice de recherche, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, Rapporteur

Aurélien HOUARD, Chargé de recherche, Ecole polytechnique, Rapporteur

John DUDLEY, Professeur, Université Bourgogne Franche-Comté, Examinateur

Localisation : Institut FEMTO-ST 15B Avenue des Montboucons 25030 Besançon Cédex - Salle Amphithéâtre Jean-Jacques Gagnepain