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NOTE DE L'ÉDITEUR
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).
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 :
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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2. Trois exemples de systèmes interférométriques
Les interféromètres du commerce sont composés habituellement :
-
d’une source laser intégrant les photodétecteurs ;
-
d’un boîtier électronique (ou d’un micro‐ordinateur) comprenant la carte compteuse et un microprocesseur pouvant effectuer des corrections ;
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d’une station météorologique appelée « compensation automatique » comprenant des sondes de température d’air, une sonde de pression, parfois une sonde d’hygrométrie et des sondes de température du matériau pour effectuer la correction de dilatation ;
-
des optiques (coin de cube, séparateur…).
Dans le cas d’une mesure de déplacements, les miroirs sont remplacés par des coins de cube qui ont la propriété particulièrement intéressante de toujours renvoyer le faisceau parallèlement à lui-même.
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Méthodes de correction des variations de l’indice de réfraction de l’air
Suivant la commodité et la précision recherchées, plusieurs méthodes de corrections de longueur d’onde peuvent être utilisées.
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Les capteurs d’environnement prévus par le constructeur sont raccordés à l’unité de calcul et d’affichage qui effectue automatiquement la correction.
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Des capteurs d’environnement, n’appartenant pas au système, fournissent à un calculateur des données qui permettent, par application des formules de B. Edlen, de calculer de façon séquentielle la longueur d’onde réelle au moment de la mesure ; il en sera tenu compte pour la détermination des déplacements. Dans ce cas, l’interféromètre donne la valeur de déplacement dans les conditions ambiantes standards (t = 20 oC, p = 1 013,25 mbar, HR = 50 %).
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Avant d’effectuer des mesures de déplacements, la température, la pression et l’humidité de l’air sont mesurées par des capteurs annexes. Ensuite, à l’aide de tables de compensation, on détermine un facteur à introduire manuellement dans l’unité de calcul et d’affichage :
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soit l’indice de réfraction ;
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soit les quatre chiffres suivant les 9 de l’inverse de l’indice de réfraction (exemple : pour...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
-
(5) - HARIHARAN (P.) - Basics of interferometry. - CSIRO Australia, Editions Academic Press.
-
(6) - RUTMAN (J.) - Instabilité...
NORMES
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Sécurité des appareils à laser - Partie 1 : classification des matériels, prescriptions et guide de l'utilisateur (Indice de classement C 43-805) - NF EN 60825-1 - 6.00
-
Instruments de mesurage de longueur. Interféromètres à comptage de franges et à source laser - E 11-016 - 4.87
-
Spécification géométrique des produits. Essais de réception et de vérification périodique des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) - NF EN ISO 10360-1 - 3.01
1 Constructeurs (liste non exhaustive)
Agilent Technologies (distribué par Contrôle Laser Mesure)
Renishaw http://www.renishaw.com
Micro Module http://www.micromodule.fr
Zygo http://www.zygo.com
Carl Zeiss http://www.zeiss.de
Veeco (matériel Wyko) http://www.veeco.com
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