Dernière mise à jour : juin/juillet 2009
1. Axe « Lasers »
L'axe « laser » effectue des travaux de recherche sur le développement de sources lasers de très forte puissance moyenne et de systèmes d'amplification en milieu gazeux. Il a considérablement évolué au cours des dernières années. Cette opération, longtemps liée aux programmes de défense de la DGA concernant le développement d'oscillateurs lasers impulsionnels de forte énergie et de cadence élevée (années 80 et début des années 90), a vu son activité principale progressivement se déplacer vers la thématique de l'amplification nanoseconde dans les milieux à excimères (1997 - 2001) puis femtoseconde (2001 - présent).
Dans le domaine des sources laser de très forte puissance moyenne, le LP3, détient avec l'entreprise ONET, le record mondial de puissance moyenne émise de 2,5 kW pour un laser à excimère.
L'amplification femtoseconde dans les milieux à excimères (projet «laser bleu Terawatt ») constitue aujourd'hui le cœur des thématiques scientifiques développées dans le cadre de l'axe «Lasers». Elle a pour objectif de développer une solution alternative aux systèmes lasers femtosecondes "tout solide" dont l'accroissement des performances énergétiques (atteinte puis dépassement du Petawatt) pose des problèmes scientifiques et technologiques de plus en plus complexes à surmonter. La stratégie adoptée par le laboratoire repose sur le développement d'une chaîne laser hybride TW visible (aux caractéristiques énergétiques et spectrales uniques au monde), associant les qualités des milieux solides et gazeux.
L'axe «Laser» a des liens importants avec la communauté nationale et internationale des lasers ultra-intenses grâce à son implication importante dans la vie scientifique de celle-ci : participation aux programmes SHARP et ELI , organisation de l'école CNRS «Femto 2004», édition du livre «Lasers et Technologies Femtosecondes» (PUSE, 2005), participation à l'organisation et au comité scientifique de la conférence ICUIL 2006 , participation au comité de pilotage du réseau RTF «Réseau des Technologies Femtosecondes», etc.
2. Axe « Plasmas »
L'objectif principal de l'axe "Plasmas" est d'étudier les panaches d'ablation produits par interaction laser-matériau. La dynamique d'expansion, la formation de nano-agrégats, la cinétique ainsi que la génération de rayonnement du plasma sont au centre de nos intérêts. Différentes techniques expérimentales sont utilisées pour caractériser le panache d'ablation ainsi que les surfaces irradiées ou les redépôts de matériaux issus de l'ablation. Les résultats expérimentaux sont comparés aux résultats numériques afin de valider des modèles élaborés au LP3 et/ou développés en collaboration avec d'autres laboratoires. Les résultats les plus originaux concernent l'étude générale de la formation de nano-agrégats dans le plasma inhérente à l'ablation laser.
Le deuxième objectif de l'axe "Plasmas" est de développer de nouvelles applications exploitant au mieux nos connaissances et notre savoir-faire acquis sur ces panaches d'ablation. Les procédés concernés sont aujourd'hui les dépôts de couches minces par ablation (Pulsed-Laser Deposition - PLD) en collaboration avec le CiNam et l'analyse élémentaire des matériaux par spectroscopie du plasma laser (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy - LIBS).
Cette technique LIBS, démarrée au LP3 en 2005, permet de réaliser l'analyse élémentaire des matériaux par spectroscopie du plasma laser. Les travaux du laboratoire LP3, basés sur sa connaissance des mécanismes d'ablation laser, ont permis de développer des mesures LIBS quantitatives sans étalonnage préalable. Ces travaux sont menés en collaboration avec la société Bertin Technologies (FCE/Région) pour développer des mesures LIBS "autocalibrées" pour la surveillance de l'environnement, le CEA Saclay sur l'exploration interplanétaire, la société PELLENC Selective Technologie pour le tri des déchets, la DGA pour la détection d'explosifs, et le projet ITER pour la caractérisation des couches co-déposées dans le réacteur de fusion.
Il est évident qu'il existe une très forte interaction entre l'axe "Plasmas" et l'axe "Procédés Photoniques" mais aussi avec l'axe "Lasers". Ces interactions et complémentarités se retrouvent aussi bien au niveau des études fondamentales que du développement de nouvelles applications.
3. Axe « Procédés lasers »
Comme son nom l'indique, les recherches effectuées au sein de cet axe ont pour finalité de développer des applications originales des lasers impulsionnels. Ceci ne peut cependant pas se faire sans une connaissance approfondie des mécanismes d'interaction laser - matière. Ce savoir-faire doit permettre de proposer des ‘solutions photoniques' à des problèmes donnés, d'interpréter les effets induits dans le matériau pendant et après une irradiation laser et d'optimiser les conditions de fonctionnement d'un procédé laser. Les travaux de recherche sont réalisés à partir d'études fondamentales, expérimentales et numériques, et de travaux à finalité appliquée réalisés en étroite collaboration avec le milieu industriel et/ou hospitalier.
Les compétences de cet axe sont centrées sur la modification de la matière et de ses propriétés par irradiation laser. Les phénomènes étudiés sont générés à l'aide de lasers nanosecondes, picosecondes et femtosecondes qui permettent d'atteindre des densités de puissance instantanée de l'ordre du PW/cm². Ces travaux expérimentaux sont très souvent accompagnés d'études numériques menées pour la plupart dans le cadre de collaborations nationales et internationales.
Le laboratoire LP3 a toujours eu des activités liées à l'optique (membre fondateur de POPsud), à la microélectronique (collaboration avec Gemplus) et à l'énergie nucléaire (décontamination, contrats EDF, ONET nucléaire, Areva). Le renforcement de ces activités lors de ces quatre dernières années, stimulé encore par la création de pôles de compétitivité autour de ces trois thématiques (OPTITEC, SCS et Capenergies), est très important. Les collaborations développées avec STMI dans le cadre du programme Rousset 2003-2008 nous ont permis d'acquérir de nouvelles compétences et des équipements spécifiques (salle blanche couplée aux lasers) indispensables pour devenir l'un des acteurs du développement des nouveaux procédés liés à la microélectronique. LP3 est aujourd'hui impliqué dans le programme CIM-PACA et développe de nombreuses collaborations, académiques (CMP-CG, L2MP, GCOM2), et avec les principaux industriels régionaux de ce secteur (STMI, Gemalto, IBS, NBS). Dans la logique de nos activités de décontamination nucléaire et des études menées sur le dépoussiérage par laser, nous sommes également fortement impliqués dans la mise en œuvre du projet ITER.
Les procédés photoniques en cours de développement sont principalement :
- Laser-Induced Forward Transfer (LIFT) dans le cadre du projet Micropoly (CIM-PACA), sur la microélectronique plastique, en partenariat avec plusieurs industriels et des laboratoires académiques (CMP-CG, IN2MP, CINAM), et dans le cadre du projet ANR "e-PLAST", avec le GCOM2 (CINAM).
- Le nettoyage et préparation de surface avec STMI et dans le cadre du projet ITER.
- Le recuit laser d'activation pour les jonctions ultrafines développé avec la société IBS (FCE/CG13/Région).
- Les nano-microtechnologies avec SCS, le CINAM et le CEA
- Le photovoltaïque avec EDF, le CEA, le TECSEN, l'INES et dans le cadre du FP7 et de l'ANR
- L'interaction laser femtoseconde - matériaux diélectriques dans le cadre de plusieurs projets (dont 2 ANR) et les finalités appliquées de ces travaux sont l'amélioration de la tenue au flux des cristaux titane-saphir, la réalisation de composants optiques originaux, l'élaboration de guides optiques dans le volume d'un substrat, le nano-usinage.
- La greffe de cornée avec le CHU de la Timone.
- La gravure sélective pour la gravure de support souple à grille commune pour la microélectronique plastique (collaboration CMP-CG, Gemalto), et la gravure sélective de multicouches pour les cellules photovoltaïques (CEA Liten, Total, Arcelor, EDF).
- La fabrication de nano-agrégats fonctionnalisés (nanobiophotonique) dans le cadre de projets ANR et de collaborations internationales (USA, Allemagne)
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