Le perçage du verre avec des lasers femtoseconde est encore meilleur

Verre! C'est une chose capricieuse. Fort comme l'enfer, mais si vous le coupez et si vous le regardez du mauvais côté, vous vous retrouvez avec un tas de détritus pointus. Il est à la fois adoré pour sa clarté et sa douceur, et décrié pour son caractère capricieux en cas de choc, qu'il soit mécanique, thermique ou autre.

Si vous avez déjà essayé de percer du verre, vous saurez que c'est une tâche difficile. Le faire sans craquer est aussi probable que de gagner à la loterie sur Mars. Même les lasers ne sont pas doués pour ça. Cependant, une équipe de recherche française a développé une nouvelle technique qui utilise des lasers femtoseconde pour percer des trous microscopiques dans le verre avec un minimum de conicité et sans fissuration ! Génial, non ?

Les lasers femtoseconde sont des outils puissants et utiles, même s’ils sont encore suffisamment obscurs pour nécessiter une explication. Ce sont des lasers qui émettent des impulsions incroyablement courtes, de l'ordre de 1 femtoseconde à quelques centaines de femtosecondes. Si vous n'êtes pas familier avec une femtoseconde, cela correspond à 1 x 1015 secondes, soit un millionième de nanoseconde. Ces lasers libèrent une grande quantité d’énergie en très peu de temps, ce qui, si l’on fait la physique, signifie une puissance de crête élevée. Bien que ces lasers puissent tirer des impulsions uniques, ils peuvent également être tirés de manière répétitive à des rythmes variables. Par exemple, certains lasers femtosecondes peuvent émettre des impulsions ultracourtes répétées à une vitesse de l'ordre du gigahertz.

Ce que ces lasers offrent, c’est la capacité de fournir très précisément des impulsions d’énergie lumineuse de haute intensité. Cela les rend très utiles pour des tâches très fines et très délicates qui impliquent la destruction de très petites quantités de matière dans ce que les scientifiques appellent l'ablation. Les impulsions de haute intensité sont capables d'ablation de nombreux matériaux, tandis que la courte durée des impulsions femtosecondes signifie qu'il y a un impact thermique minimal sur les zones environnantes. De cette manière, les lasers femtoseconde se sont révélés utiles pour tout, de la chirurgie oculaire au laser à diverses tâches de micro-usinage.

Cependant, lorsqu’il s’agit de percer des trous dans le verre, les lasers femtoseconde ont traditionnellement de mauvais résultats. Les techniques habituelles impliquent des impulsions femtosecondes uniques espacées par une longue période de temps. Cela tend à créer des trous à pénétration limitée qui peuvent également présenter une conicité importante et une surface intérieure rugueuse. La nouvelle méthode est l'œuvre de chercheurs de l'Université de Bordeaux. Il s’appuie plutôt sur des impulsions femtosecondes émises par rafales de gigahertz pour percer des micro-trous dans le verre.

Selon le document de recherche, cette technique usine des trous microscopiques bien meilleurs dans le verre. Les chercheurs ont pu produire des trous profonds sans fissures avec un rapport d'aspect allant jusqu'à 37:1 dans le verre sodocalcique et jusqu'à 73:1 dans la silice fondue. Les trous eux-mêmes mesuraient seulement 27 à 52 μm de diamètre, tout en atteignant une profondeur de 510 μm à 1 620 μm. Dans le cas de la silice fondue, la finition de surface des trous était également d'une qualité remarquable – étant « brillante et presque transparente », a déclaré Inka Manek-Hönningerto, professeur à l'Université de Bordeaux, à Photonics Media.

L’équipe a utilisé un laser Tangor 100 d’Amplitude dans l’étude, un laser femtoseconde dopé à l’ytterbium. Le laser produit une puissance moyenne maximale de 100 W à 1 030 nm, déclenchant 500 impulsions femtosecondes. Pour percer les trous, le laser a tiré des rafales de cinquante impulsions de 500 fs à une fréquence de répétition de 1 GHz. Chaque rafale de cinquante impulsions durait 50 nanosecondes. Les salves ont ensuite été répétées à une fréquence de 1 KHz. Cela laissait suffisamment de temps entre les explosions pour que la chaleur se dissipe, ce qui évitait la création d'une zone affectée par la chaleur dans le matériau entourant les trous. L’équipe note que les comportements d’absorption non linéaires et les effets thermiques cumulatifs des sursauts laser sont essentiels à la création de trous de haute qualité. Avec les éclats intenses et répétitifs, le taux d’ablation du matériau augmente, contribuant ainsi à produire des trous plus profonds et plus nets.

L’espoir est que cette technique puisse s’avérer utile pour diverses applications industrielles. La rapidité de la technique est limitée, pour éviter d'endommager le verre par effets thermiques. Cependant, s'il existe une application qui nécessite de très petits trous joliment usinés dans de la chaux sodée ou de la silice fondue, cette technique pourrait être la solution idéale. Étant donné qu’il utilise du matériel laser disponible dans le commerce, quoique avancé, il devrait être facilement reproductible par d’autres laboratoires.