Une autre piste pour l’usinage par laser femtoseconde

Résultat scientifique Photonique

Plein de promesses, mais surpassés par la lithographie, les lasers femtosecondes ne s’imposent pas encore dans la fabrication à l’échelle nanométrique. Des scientifiques du Laboratoire lasers, plasmas et procédés photoniques viennent de montrer que la recherche se focalisait sur de mauvais paramètres pour tirer bénéfice de la réponse de la matière, alors que les limites de performances sont purement optiques. Ces travaux, publiés dans la revue Optics Letters, suggèrent de s’intéresser en particulier aux lasers femtosecondes du domaine ultraviolet.

Les lasers femtosecondes envoient des impulsions d’une durée de quelques millionièmes de milliardièmes de seconde. Ce temps extraordinairement court empêche la matière de chauffer autour de leur point d’impact, tandis qu’ils lui transmettent une puissance colossale sur une surface minuscule. Ils usinent et découpent ainsi tous types de matériaux avec une résolution submicronique en routine, y compris sur des solides transparents. Actuellement, les performances des méthodes de lithographie leur sont cependant supérieures, car elles agissent à l’échelle nanométrique. Du côté du laser, les chercheurs se focalisaient jusqu’à présent surtout sur l’absorption non linéaire : l’idée que la matière absorbe une part d’autant plus importante de l’énergie du laser incident qu’il a une forte intensité. Or une équipe du Laboratoire lasers, plasmas et procédés photoniques (LP3, CNRS/Aix-Marseille Université) a montré que l’ablation et la résolution ne suivent pas directement cette absorption.

Le critère majeur qui définit la résolution est en fait le profil du faisceau laser, c’est à dire l'étendue spatiale de la tâche lumineuse sur le matériau irradié, qui compte. Cette observation est importante, car l’usinage laser femtoseconde a pris progressivement une direction opposée à la lithographie, alors que les mêmes principes optiques y ont cours. Ainsi, la lithographie utilise des rayonnements UV extrêmes, là où l’infrarouge a été préféré chez les lasers femtosecondes. Ces travaux montrent que la résolution d’ablation de ces derniers pourrait rattraper celle de la lithographie en développant des lasers UV, afin de servir à des applications comme la nanochirurgie de l’ADN et le façonnage de nanomatériaux.

LP3
Vue d'artiste de l'usinage laser.
© MGL & DG

Référence

M. Garcia-Lechuga, O. Utéza, N. Sanner, and D. Grojo. Evidencing the nonlinearity independence of resolution in femtosecond laser ablation,
Opt. Lett. 45, 952-955 (2020)
doi.org/10.1364/OL.382610

 

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Communication INSIS
David Grojo
Chercheur en optique laser