La norme NF EN 60825-1 (C43-805) du 10/10/2014 citée dans cet article a été modifiée par la norme NF EN 60825-1/A11 de juin 2021 : Sécurité des appareils à laser - Partie 1: Classification des matériels et exigences Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2105 (Mai 2021).
14/12/2021
RÉSUMÉ
Une des applications du laser est en interférométrie pour des mesures de courte distance, dont les mesures dimensionnelles de grande précision nécessaire à l’étalonnage des instruments et règles de mesure. Ces mesures de longueur ou de déplacement sont effectuées par comparaison à la longueur d’onde du rayonnement utilisé, et le raccord à l’unité de longueur est alors direct. Après des rappels théoriques sur le principe d’interférométrie, cet article présente trois exemples de systèmes interférométriques. Il aborde ensuite les différentes incertitudes de mesure liées à cette technique de mesure, puis les méthodes permettant l’étalonnage d’interféromètre laser.
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Geneviève LIPINSKI
: Ingénieur au Laboratoire National d’Essais (LNE), section Métrologie dimensionnelle
INTRODUCTION
La 17 e Conférence générale des Poids et Mesures au BIPM a décidé, le 20 octobre 1983, d’opter pour une nouvelle définition du mètre, qui s’énonce comme suit :
« Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde ».
Avec cette définition, la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide est exactement de :
c = 299 792 458 m/s
Les définitions précédentes du mètre (le Mètre Étalon en platine, déposé au pavillon de Breteuil, puis la définition fondée sur la raie orangée de la lampe spectrale au krypton 86) ont été successivement abandonnées au profit d’une définition plus précise.
Les mesures de longueur ou de déplacement réalisées par interférométrie, objet du présent article, reviennent à comparer cette longueur à la longueur d’onde du rayonnement utilisé. Les longueurs d’onde d’une radiation lumineuse dans le domaine du visible sont comprises entre 0,4 µm (violet) et 0,7 µm (rouge). Cette méthode de mesure permet donc de se raccorder directement à la définition de l’unité de longueur.
L’utilisation des lasers asservis en fréquence au lieu des lampes spectrales a contribué au développement des mesures par interférométrie, même en milieu industriel.
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Le long d’un rayon de lumière monochromatique (une seule couleur) et parallèle (onde plane) se propage une vibration électromagnétique sinusoïdale, dont l’amplitude est fonction du temps t :
A = a cos (2 π f t )
avec :
a
:
amplitude complexe
f
:
fréquence lumineuse ; celle‐ci est indépendante de la nature du milieu dans lequel se propage la radiation ; la période T = 1/f l’est également.
La longueur d’onde dépend du milieu dans lequel se propage la radiation lumineuse :
( 1 )
avec :
vair
:
vitesse de propagation de la lumière dans l’air.
Le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide c à la vitesse dans un milieu donné vair est égal à l’indice de réfractionn du milieu :
n = c / vair
( 2 )
La vitesse de la lumière dans un milieu quelconque est toujours inférieure à la vitesse c de la lumière dans le vide. On en déduit que :
n > 1
L’indice de réfraction d’un milieu donné est toujours supérieur à 1. Il est d’autant plus élevé que le milieu...
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(1) -
*
-
Documents Concerning the New Definition of the Metre. Metrologia 19, p. 163-177 (1984).
(2) -
QUINN (T.J.) -
*
-
Mise en pratique of the Definition of the Metre (1992). Metrologia, 30, p. 523-541 (1993/94).
(3) -
ACEF (O.), ZONDY (J.J.), ABED (M.), LAURENT (Ph.), ROVERA (D.), GERARD (A.H.), CLAIRON (A.), MILLERIOUX (Y.), JUNCAR (P.) -
Chaîne de synthèse de fréquences visibles : mesure de la fréquence à 473 THz d’un laser He-Ne/ I2 .
-
Bulletin du Bureau National de Métrologie (BNM) no 91, janv. 1993.
(4) -
CHARTIER (I.M.), PICARD (S.), REDIN (F.), CHARTIER (A.) -
International comparison of iodine cells.
-
Metrologia, 29, p. 361-367 (1992).
Sécurité des appareils à laser - Partie 1 : classification des matériels, prescriptions et guide de l'utilisateur (Indice de classement C 43-805)
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NF EN 60825-1
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6.00
Instruments de mesurage de longueur. Interféromètres à comptage de franges et à source laser
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E 11-016
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4.87
Spécification géométrique des produits. Essais de réception et de vérification périodique des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT)
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NF EN ISO 10360-1
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3.01
Trois exemples de systèmes interférométriques
