La révolution du GHz

Découverte technologique sur des taux de répétition aux résultats remarquables

 

1969. Le monde entier regarde le module de commande Apollo rentrant dans l’atmosphère. A l’insu de tous, un processus ingénieux de refroidissement est alors enclenché. Un bouclier thermique de type ablatif est utilisé et la chaleur à la surface du véhicule est évacuée par les particules qui s’enlèvent de la coque pendant la chute. La mission est un succès.

 

Une idée renouvelable

50 ans ont passé. Un groupe de recherche de l’université Bilkent à Ankara (Turquie) utilise ce système de refroidissement par ablation avec pour objectif d’interpréter un nouveau phénomène d’interaction entre le laser et la matière qu’ils viennent juste d’observer, et qui semble avoir une ablation bien plus efficace. Habituellement, la quantité de chaleur accumulée par un laser femtoseconde est insignifiante (faible puissance moyenne et taux de répétition modéré). Mais avec un taux de répétition plus élevé, de l’ordre ici du GHz, la chaleur dans le matériel est bien plus accrue sans pour autant avoir besoin d’utiliser un laser à haute énergie. D’ordinaire, cette chaleur mène à une dégradation dans la qualité de découpe ou de forage. Pour autant, dans le cas du GHz, un phénomène nouveau se produit : la chaleur générée, après avoir permis d’obtenir une meilleure efficacité d’ablation, est évacuée via une interaction similaire à celle qui s’est produite pour la capsule Apollo.

 

Des résultats prometteurs pour des applications industrielles

En partenariat avec le CELIA-Bordeaux, nous avons décidé de tester cette idée. Utilisant nos plateformes d’amplificateurs (en l’occurrence les lasers ultracourts Satsuma et Tangor) et en incorporant des sources GHz, nous avons ainsi obtenu des résultats qui dépassent nos espérances :

> nouveau record d’ablation sur du silicium (42.3 µm3/µJ or 2.5 mm3/min/W), un matériel utilisé dans bien des applications industrielles.
> La quantité de matériel fondu était insignifiante comparée au volume enlevé (moins de 3% pour une énergie de burst de plus de 10 J/cm2)

En fin de compte, nous avons démontré dans cette expérience qu’une ablation du silicium avec une meilleure efficacité et qualité peut être obtenue en utilisant un burst de 200 impulsions à un taux de répétition de 0.88 GHz.

Fig.1: Illustration d’un burst GHz (200 impulsions avec 10 µJ d’énergie par impulsion et 2 mJ d’énergie de burst)

 

Plus efficace, plus précis

Le traitement laser GHz montre que les lasers ultracourts peuvent atteindre des efficacités d’ablation comparables à celles des lasers nanosecondes, avec cependant des effets thermiques limités et contrôlés.

Ceci se traduit d’abord par une amélioration de la productivité, ce qui est fort intéressant pour nos clients industriels, ainsi que par un contrôle amélioré sur les effets thermiques et de nouveaux phénomènes d’interaction à étudier pour les scientifiques. En utilisant notre technologie, dont le brevet a été déposé, et en optimisant des paramètres liés tels que l’énergie par impulsion, le nombre d’impulsions par burst, les taux de répétition à l’intérieur et entre les bursts, nous pouvons maintenant vous offrir des produits plus rapides qui seront ainsi plus efficaces, précis et vous permettront d’obtenir des résultats avec une qualité améliorée.

Fig.2: Représentation d’un oscillateur solide à côté d’un laser Tangor

 

Pour plus d’informations à ce sujet, contacter Eric Audouard.