Procédés laser femtoseconde - Applications industrielles des impulsions ultrabrèves

Les impulsions ultrabrèves constituent une nouvelle technologie laser permettant l'accès à un mode d'interaction laser-matière très original par rapport aux lasers conventionnels, continus, ou délivrant des impulsions de durées supérieures à la nanoseconde. Les impulsions laser ultrabrèves recouvrent un domaine de durée d'impulsion allant de la femtoseconde (10 ⁻¹⁵  s) à la picoseconde (10 ⁻¹²  s). Ces impulsions sont à l'origine d’applications très innovantes dans le domaine du traitement des matériaux. Une distinction s’opère alors entre les impulsions femtoseconde, habituellement d’une durée de quelques centaines de femtoseconde, et les impulsions picoseconde, d’une durée supérieure à 1 ps. Nous n'évoquerons pas dans cet article les applications d’imagerie, pour lesquelles une visualisation sans modification du matériau est recherchée, domaine où les technologies ultrabrèves jouent aussi un rôle. Nous n’aborderons pas non plus le domaine des très hautes énergies, utilisées pour les grands instruments de recherche comme le Laser MégaJoule (LMJ). Le champ des procédés lasers concerne une modification apportée à un matériau et adresse plutôt les applications industrielles des lasers. Cette modification peut conduire à un enlèvement de matière, appelé ablation laser. Nous insisterons donc sur les caractéristiques de l'interaction laser-matière en mode ultrabref et leur intérêt dans le développement d’applications.

Dans le cas des impulsions laser ultrabrèves, une physique de l’interaction laser-matière très originale conduit au besoin d’une expertise très spécifique pour la maîtrise des procédés. Leur développement a été rendu possible par les nombreux résultats de recherche en laboratoire, associés à une intense activité de publication scientifique. Avant même les années 2000, date du démarrage effectif des premières utilisations des impulsions femtoseconde en chirurgie ophtalmique, des applications industrielles innovantes ont été imaginées et étudiées avec les moyens disponibles. La motivation de ces études était, et est encore, la levée de verrous technologiques limitant le champ des applications concernées. En particulier, la « marque de fabrique » des procédés femtoseconde est la très grande précision de réalisation des usinages, habituellement de l’ordre de la dizaine de microns, mais pouvant assez facilement atteindre quelques centaines de nanomètres, et simultanément la non-altération des matériaux en dehors de la zone traitée.

La première période du développement des procédés femtoseconde avait donc pour objectif d'atteindre le stade industriel. En France, plusieurs centres techniques se sont très tôt engagés dans cette voie, dans un contexte de forte compétition,...