Academic literature on the topic 'Plasmas produits par laser – Applications scientifiques'

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de développement d'un procédé de détections de polluants dans l'eau au moyen d'un dispositif d'ablation laser. L'impact d'un faisceau laser sur un matériau permet de vaporiser le milieu et de générer un plasma. L'analyse spectroscopique du gaz ionisé permet de remonter à la composition élémentaire de l'échantillon. Cette méthode d'analyse, applicable à tous types de milieux (solides, liquides, gazeux, isolants ou conducteurs) est connue sous le nom de LIBS (Laser induced Breakdown Spectroscopy). Un laser Nd : Yag (? = 532 nm, durée d'une impulsion 4ns, énergie déposée 30 mJ, fréquence des tirs 5 Hz) a été utilisé pour générer un plasma à la surface de cibles liquides contenant une faible proportion de sels d'alcalins (5. 10-4 à 2 mol/litre de CaCl2, MgCl2 et NaCl). Ce travail a permis de tester la sensibilité du procédé et de définir les limites de détection des espèces Ca, Mg et Na jouant le rôle d'impuretés. Différentes techniques de diagnostic par spectroscopie optique en émission basées sur l'hypothèse de l'équilibre thermodynamique local (ETL) ont également été mises en œuvre pour caractériser le panache de plasma dans sa phase d'extinction (température et densités d'espèces). La seconde partie de ce travail de thèse a été consacrée au développement de codes de calcul de la composition chimique et des propriétés radiatives du plasma avec notamment la détermination des coefficients moyens d'absorption k? (m-1) par bandes de fréquence et du coefficient d'émission nette ?N (W. M-3. Sr-1) qui représente la puissance totale rayonnée par le plasma. Les différentes contributions ont été traitées séparément dans le calcul : raies d'émission atomiques auto-absorbées et non auto-absorbées, continuum atomique (attachement radiatif, recombinaison radiative et rayonnement de freinage électron - ion et électron - atome), continuum moléculaire (photoionisation, photoattachement et photodissociation) et bandes moléculaires. L'influence de la pression, de la dimension du panache de plasma, de la concentration en impuretés (sels d'alcalin) et du pourcentage d'air provenant du pompage du gaz environnant a été étudiée
This thesis is part of a project concerning the development of a process which enables the detection of pollutants in water using a laser ablation device. The impact of a laser beam on a material allows to vaporize it and to generate a plasma. The elementary composition of the sample is obtained by the spectroscopic analysis of the ionized gas. This method, applicable to any kind of materials (solid, liquid, gaseous, insulating or conductive) is known as LIBS (Laser induced Breakdown Spectroscopy). A Nd: Yag laser (lambda = 532 nm, pulse duration 4ns, deposited energy 30 mJ, frequency 5 Hz) is used to generate a plasma on the surface of liquid targets containing weak proportions of alkaline salts (5. 10-4 to 2 mol/liter of CaCl2, MgCl2 and NaCl). This work allowed to test the sensibility of the process and to define the detection limits of the species Ca, Mg and Na acting as impurities. Various optical emission spectroscopy diagnosis techniques based upon the assumption of local thermodynamic equilibrium (LTE) are used to characterize the plasma plume in its extinction phase (temperature and species densities). The second part of this thesis is dedicated to the development of calculation codes enabling the determination of the chemical equilibrium composition and radiative properties: the mean absorption coefficients k\lambda (m-1) by frequency bands and the net emission coefficient epsilon\N (W. M-3. Sr-1). .

L'accélération laser plasma (ALP) est le produit de l'interaction non linéaire entre un faisceau laser intense (≈10¹⁸ W/cm²) et une cible gazeuse. Sous certaines conditions, l’onde plasma générée peut piéger et accélérer des électrons jusqu’à des énergies très importantes grâce à des champs accélérateurs élevés (≈ 50 GV/m). Ce processus très prometteur fait l'objet de nombreux travaux au sein de la communauté, qui, après avoir identifié les mécanismes de base, cherche aujourd’hui à améliorer les propriétés de la source (énergie, divergence, reproductibilité...).Les applications de ces faisceaux d'électrons issus de sources ultra-compactes sont variées. Parmi celles-ci, la physique des hautes énergies pour laquelle a été conçu le schéma d'accélération multi-étages. Il s’agit d’un concept basé sur la succession d’étages accélérateurs pour répondre à la problématique de l’augmentation de la longueur d’accélération en vue d’augmenter l’énergie des électrons. Dans sa version de base, un premier étage (injecteur) fournit un faisceau d'électrons d'énergie modérée doté d’une charge très importante. Ce faisceau est alors accéléré vers de plus hautes énergies dans un second étage appelé accélérateur. Cette thèse s'inscrit dans une série de travaux préliminaires aux expériences d'accélération laser-plasma double étages prévues sur la plateforme expérimentale CILEX autour du laser APOLLON 10 PW.Dans ce cadre, une nouvelle cible a été conçue et caractérisée avec le laser UHI100. Les propriétés du faisceau d'électrons ont ensuite été modifiées par mise en forme optique du faisceau laser produisant l'onde de plasma, ainsi que par mise en forme magnétique.Ce dernier dispositif nous a permis de pouvoir utiliser la source pour une application visant à mettre au point un système de dosimétrie adapté au fort débit de dose associé aux électrons issus de l'ALP
Laser plasma acceleration (LPA) comes from the nonlinear interaction between an intense laser beam (≈10¹⁸ W/cm²) and a gas target. The plasma wave which is generated can, trap and accelerate electrons to very high energies due to large accelerating fields (≈ 50 GV/m). Numerous studies have been done on this promising process among our scientific community aiming at understanding the basic mechanisms involved. As a second step, we now try tries to improve the properties of the source (energy, divergence, reproducibility…).Such ultra-compact electronic sources can be used for various applications. Among them, high energy physics for which a specific scheme was designed, based on the multi-stage acceleration. The scheme relies on the addition of successive accelerating modules to increase the effective accelerating length and therefore the final electron energy. In its basic version, a first stage (injector) delivers an electron beam at moderate energy including a high charge. This beam is then further accelerated to high energy through a second stage (accelerator). This thesis is part of preliminary studies performed to prepare the future 2-stages laser plasma accelerator that will be developed on platform CILEX with APOLLON 10 PW laser.In this context, a new target has been designed and characterized with the UHI100 laser. Then the electron beam properties have been adjusted by optical shaping of the laser generating the plasma wave, and also by magnetic shaping.The electron beam, magnetically shaped, has been used for a specific application devoted to the set-up of a new dosimetric diagnostic, dedicated to the measurement of high dose rate delivered by these electrons from LPA

Les impulsions laser ultra-brèves (fs) et ultra-intenses (TW) forment, au cours de leur propagation non-linéaire dans l'atmosphère, des structures auto-guidées, d'une centaine de microns de diamètre, appelées filaments. Ces filaments résultent d'un équilibre dynamique entre l'effet Kerr qui focalise le faisceau et la défocalisation due plasma généré au sein de ceux-ci.

Au cours de mon travail de thèse, nous avons mesuré que le spectre de lumière blanche issue de l'automodulation de phase et de la génération de troisième harmonique s'étend de l'ultra-violet (230 nm) à l'infrarouge (4,5 µm). De même, la propagation dans l'air, sous différentes conditions (pluie, brouillard, turbulence), des faisceaux térawatts femtosecondes a été caractérisée afin de développer des applications atmosphériques.

Il nous a ainsi été possible de développer le Lidar à lumière blanche pour réaliser des mesures préliminaires d'ozone et d'aérosols simultanément.

De même, grâce à la propagation fortement non-linéaire du faisceau qui permet de transporter des hautes intensités sur de longue distance, nous avons pu détecter et identifier, à distance, des aérosols biologiques et des cibles solides (LIBS) en induisant in situ des effets non-linéaires.

Enfin, nous avons montré que le déclenchement et le guidage de décharges de haute tension par une impulsion laser femtoseconde sous la pluie reste possible avec une efficacité comparable à l'atmosphère sèche. D'autre part, une configuration à double impulsion laser augmente l'efficacité de déclenchement des décharges. Ces résultats nous rapprochent de la perspective de déclenchement et guidage de foudre par laser.

Ce mémoire présente des travaux portant sur le développement de trois sources lasers pompées longitudinalement par diodes laser et déclenchées activement par modulateur électro-optique pour deux applications spécifiques : la LIBS et le marquage par laser. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec deux sociétés : Bertin Technologies et SDAE.Le premier chapitre de ce manuscrit présente le développement d’une nouvelle source laser compacte, réalisée pour la société Bertin Technologies dans le cadre d’un projet de tri de matériaux plastiques par analyse spectroscopique de plasma induit par laser (LIBS). Cette technique d’analyse ponctuelle ainsi que le contexte spécifique du projet sont détaillés dans la première partie de ce chapitre. Ensuite, les différentes étapes de recherche et de développement qui ont permis d’aboutir à cette nouvelle source laser innovante, compacte et de hautes performances seront décrites en détail. Le second chapitre présente le développement de deux sources lasers pour le marquage industriel réalisées en partenariat avec la société SDAE. Après avoir présenté les principes et techniques généraux de l’application marquage ainsi que les contraintes spécifiques au projet, les deux sources lasers développées seront décrites. Des tests de LIBS et de marquage ont été réalisés grâce aux lasers développés
This thesis deals with the development of three lasers end-pumped by laser diode and actively Q-Switched by electro-optic Pockels cells for two specific applications: Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) and marking. This work was done in collaboration with two companies: Bertin Technologies and SDAE.In the first part, we present the development of a new compact laser source, made for Bertin Technologies as part of sorting of plastics waste by LIBS. This analysis technique and the specific context of the project will be detailed in the first part of this chapter. Then, the different steps of research and development which have resulted in this innovative, compact and high performance new laser are described in detail. The second part is devoted to the development of lasers for industrial marking accomplished in partnership with SDAE. More precisely, the general principles and techniques of laser marking are described as well as the specific constraints of this project. LIBS and laser marking tests will be done with these lasers