Formation de nano-structures lors de l'ablation du silicium par laser femtoseconde

L'irradiation d'un matériau à des fluences proches de son seuil d'ablation fait naitre à sa surface des structures cohérentes périodiques de période de l'ordre de la longueur d'onde,s'étendant perpendiculairement à la polarisation. Celles-ci ont attirées l'attention des chercheurs depuis plus de trente années et leurs origines sont maintenant bien comprises. Cependant,plus récemment, l'utilisation de laser à impulsions ultra-brèves a relancé l'intérêt pour le sujet, suite à l'apparition de nouveaux types de structure et la modification de certaines caractéristiques des "structures classiques". Dans ce mémoire nous proposons des explications permettant de comprendre l'origine de ces modifications et la naissance de ces nouvelles structures. Des expériences de formation de nanostructures périodiques en irradiant du silicium avec un laser femtoseconde Ti-Sapphire ont été effectuées. Celles-ci ont été réalisées en variant la fluence, le nombre d'impulsion, la durée de l'impulsion et en changeant le milieu environnant. Des divergences avec la théorie établie de Sipe ont été observées dans le cas des "structures classiques", notamment une certaine instabilité de la période mesurée et une baisse significative de celle-ci, ainsi que l'apparition de structure se développant en deux dimensions. Celles-ci ont été expliquées en modifiant le modèle précédemment cité en prennant en compte l'excitation du matériau pendant la durée de l'impulsion à travers un terme de Drude,c'est le modèle que l'on appelle Sipe-Drude. Nous avons aussi observé des structures plus exotiques,notamment des structures haute fréquence lors de l'irradiation dans les liquides. Leur période est de l'ordre de 100nm et elles se développent perpendiculairement à la polarisation, et ne sont pas observées lors de l'irradiation dans l'air. L'apparition de structures parallèles à la polarisation par dessus les rides classiques pour des fluences élevées a aussi été reportée. Leur période est supérieure à la longueur d'onde incidente. Des explications plus qualitatives basées sur l'interaction entre deux ondes de surface ont été proposées pour ces phénomènes.Cette étude montre que dans le cas de l'irradiation par une impulsion ultra-brève, il ne faut pas négliger l'excitation du matériau qui a lieu pendant la durée de l'impulsion. Elle indique aussi qu'il existe des phénomènes qui ne sont pas toujours pris en compte et qui vont conduire à la formation de nouvelles structures. Des hypothèses quand à la nature de ceux-ci sont aussi proposées.