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Laser et Plasmas

Responsable : Jörg Hermann

L’interaction d’un faisceau laser intense avec la matière conduit à la formation d’un plasma. L’analyse du rayonnement généré par le plasma renseigne sur les mécanismes mis en jeu dans la formation et l’expansion du plasma laser. En particulier, l’ablation d’un matériau par des impulsions laser de durée nanoseconde conduit à un fort taux d’atomisation et à une brillance élevée. Ceci est dû à l’interaction du faisceau laser avec la matière vaporisée, provoquant son chauffage pendant la phase initiale de l’expansion. Au contraire, en utilisant des impulsions laser ultra-brèves, l’énergie est déposée dans le système électronique et transféré vers le réseau après l’absorption de l’énergie laser. Cette condition conduit à un fort gradient de température dans le panache d’ablation avec les particules les plus énergétiques dans le front d’expansion. A fort éclairement, le plasma produit par impulsion laser ultra-brève génère un rayonnement de courte longueur d’onde en raison de sa température initiale très élevée (projet ASUR). Il conduit à la génération efficace de nanoparticules pour un éclairement modéré.

Combinant petite taille avec température et densité électronique élevées, le plasma laser est une source idéale pour l’étude de la structure atomique et moléculaire. Il permet notamment d’étudier l’élargissement collisionnel des raies spectrales en minimisant l’effet d’auto-absorption.

La connaissance de la physique des plasmas produits par interaction laser-matière est exploitée dans le développement de nouveaux procédés. Nous nous intéressons ici à l’analyse des matériaux (LIBS – laser-induced breakdown spectroscopy), à la génération et à la détection des particules.

Les thèmes concernés par l’axe de recherche « Laser et Plasmas » sont :

Caractérisation des plasmas produits par laser

Les mécanismes mis en jeu dans l’ablation laser sont complexes, notamment en régime nanoseconde en présence d’un gaz à la pression atmosphérique. De ce fait, il n’existe aujourd’hui aucun modèle permettant de prédire les propriétés du plasma en fonction des propriétés du matériau et des conditions d’irradiation.

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Plasma comme source pour l’étude des atomes et des molécules

La petite taille et la brillance élevée font du plasma laser une source idéale pour les études de la structure atomique ou moléculaire.

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Génération et détection des particules

En plus de la matière atomisée, les plasmas laser peuvent contenir des particules. Celles-ci peuvent être générées lors du processus d’ablation laser ou être formées par condensation dans vapeur en expansion.

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Analyse des matériaux par spectroscopie du plasma induit par laser (LIBS)

La spectroscopie du plasma induit par laser (LIBS – laser-induced breakdown spectroscopy) est une technique d’analyse en plein essor grâce à plusieurs atouts : la LIBS permet de faire des mesures rapides sous air ambiant et sans préparation de l’échantillon.

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