membres clés:

• Prof. Thomas Südmeyer ([email protected])
• Dr Valentin Wittwer ([email protected])

Depuis l’automne 2014, le LTF est équipé d’une installation de pointe pour le dépôt de couches minces optiques par la technologie de pulvérisation par faisceau d’ions (IBS - Ion Beam Sputtering). La machine  “Navigator 1100” (Figure 1) acquise auprès du fabricant  Cutting Edge Coatings GmbH est la plus performante machine de déposition pour l’optique ultra-rapide, capable de faire croître des couches diélectriques multiples denses avec les pertes les plus faibles actuellement réalisables (inférieures au ppm), une densité de défauts réduite et une qualité optique supérieure.

Figure 1: Vue de la machine de déposition à pulvérisation par faisceau d’ions.

Dans le projet OPTICS (“OPTical IBS Coating for Swiss research”) qui a été largement subventionné par le Fond national suisse de la recherche scientifique (FNS), le LTF vise à mettre en place une plateforme nationale à l’Université de Neuchâtel, capable de fournir une solution complète allant du design et de la préparation d’échantillons, au dépôt, à la caractérisation et à l’évaluation de couches optiques de qualité supérieure par pulvérisation par faisceau d’ions. Avec cette installation, une solution unique est disponible pour le développement et l’utilisation de composants optiques spécifiquement adaptés aux besoins particuliers de nos expériences.
Une application particulièrement importante de cette infrastructure  concerne le projet “MEGA-XUV”, qui nécessite des composants optiques très spécifiques, notamment des miroirs dispersifs intra-cavité, pour la génération de hautes harmoniques réalisée directement à l’intérieur de la cavité d’un oscillateur laser femto-seconde fonctionnant à un régime de puissance inégalé.  Des comportements non-linéaires, des effets thermiques et même des détériorations sont observés avec des miroirs commerciaux parmi les meilleurs du monde, ce qui nécessite la fabrication de composants spécifiques développés en fonction des particularités et des besoins de nos expériences.
Cette infrastructure de dépôt de couches minces ouvre de nombreuses possibilités de collaboration dans lesquelles  des couches optiques de haute performance sont nécessaires, avec des propriétés spectrales spécifiques qui ne sont pas disponibles commercialement. Une carte des nombreuses collaborations nationales et internationales envisagées grâce à cette infrastructure est représentée sur la Fig. 2. Ces collaborations incluent des instituts de recherche suisses, mais aussi un réseau national d’entreprises.

 

 
Figure 2: Carte du paysage de la recherche en Suisse et à l’étranger pour laquelle des collaborations seront réalisées au travers du projet  "OPTICS".

Le dépôt de couches minces diélectriques se fait par bombardement d’un faisceau d’ions sur une cible contenant le matériau à déposer. Les ions arrachent des atomes de la surface de la cible qui sont libérés sous la forme d’un jet  atomique  qui se dépose à la surface de l’échantillon. L’utilisation d’un faisceau ionique permet de changer indépendamment le flux et l’énergie des ions  et d’obtenir une faible dispersion énergétique à des flux de déposition arbitrairement faibles. De plus, l’énergie élevée des ions mène à une vitesse d’impact relativement élevée des particules à déposer sur le substrat.
Toutes ces propriétés permettent la réalisation de couches minces qui sont à la pointe de l’état de l’art et qui présentent entres autres les caractéristiques suivantes :

• excellente uniformité
• haute densité (utilisation possible dans des applications spatiales)
• structure amorphe
• excellentes propriétés d’adhésion sur le substrat

De plus, ces caractéristiques peuvent être obtenues avec une grande précision et avec un excellent état de surface.

Cette nouvelle infrastructure de recherche va permettre à plusieurs générations de doctorants et de chercheurs post-docs de réaliser des travaux à la pointe de la recherche sur des systèmes à couches minces diélectriques qui ont une importance cruciale pour démarrer et accélérer l’avancement des travaux dans de nombreux domaines de recherche de pointe.