Lasers à impulsions ultrabrèves : applications

Les impulsions ultrabrèves sont une nouvelle technologie laser permettant l'accès à un mode d'interaction laser-matière très original par rapport aux mécanismes d'interaction à la base des procédés laser conventionnels. 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 peuvent être à l'origine de technologies innovantes mais il s'agit de bien comprendre leurs spécificités pour les utiliser à bon escient. Nous n'évoquerons pas dans cet article le domaine des hautes énergies laser (celui des grands instruments comme le Laser MégaJoule, LMJ), où les technologies femtosecondes jouent aussi un rôle. Nous envisagerons plutôt le domaine des énergies associées aux applications industrielles, réelles ou potentielles, des impulsions ultracourtes. L'article [AF 3 282] présente en détail les principes de fonctionnement des lasers femtosecondes, nous insisterons donc davantage sur les caractéristiques de l'interaction laser-matière en mode ultrabref pour en saisir toutes les conséquences.

Il convient de maîtriser le procédé laser lui-même avant de passer à l'étape de l'industrialisation. Cela est déjà vrai pour l'ensemble des applications laser et l'est encore plus pour les applications de l'ultrabref. D'où la question : quand cette technologie réussira-t-elle à sortir du laboratoire ? Les lasers femtosecondes sont très largement utilisés dans les différents domaines de la recherche, et sont associés à une abondante production scientifique. Les phénomènes physiques peuvent être « vus » à une échelle de temps inaccessible autrement. Très tôt, il a été possible d'imaginer que cette spécificité pouvait conduire aussi à des applications dans le secteur industriel, applications innovantes car capables de produire des réalisations jusqu'alors techniquement impossibles. Mais une telle technologie est-elle capable d'atteindre le stade industriel ? En France, plusieurs centres techniques se sont résolument engagés dans cette voie depuis les années 2000, dans un contexte de forte compétition, essentiellement en Allemagne et au Japon. Grâce au développement très précoce en France de sources laser adaptées aux applications industrielles, ces technologies ont désormais atteint la maturité nécessaire pour passer le cap industriel : une machine de production dans le domaine de la mécanique a par exemple été installée dès 2009 à Saint-Étienne (cf. figure 21 dans § 4), grâce à une collaboration originale entre industrie et recherche.

Cependant, les technologies de l'ultrabref sont plurielles, les énergies sont variées, les sources laser peuvent être très différentes et il s'agit donc de technologies qui requièrent une forte expertise. Pour permettre au lecteur de se retrouver dans ce vaste champ de développements scientifiques et technologiques, nous présenterons tout d'abord la nature spécifique et originale de l'interaction laser-matière en mode ultrabref, puis nous montrerons tous les enjeux de la maîtrise des procédés afin de bien comprendre toutes les techniques de mise en œuvre, avant finalement d'aborder les grands domaines d'application de l'ultrabref.