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RÉSUMÉ
L’interférométrie à balayage de phase est la méthode la plus répandue pour la caractérisation de surfaces optiques, telles que les miroirs utilisés sur les installations laser, les lignes de lumière des synchrotrons, ou bien encore pour les applications en astrophysique.
Le Réseau Optique et Photonique (ROP) de la Mission pour les Initiatives Transverses et Interdisciplinaires (MITI) du CNRS, a créé un groupe de travail sur la métrologie comparative, notamment en interférométrie à balayage de phase. Cinq laboratoires issus du milieu académique (CNRS, CEA et universités) se sont associés afin d’évaluer leurs capacités en métrologie interférométrique.
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Muriel THOMASSET : Membre du comité de pilotage et du Groupe de Travail « Métrologie comparative » du Réseau Optique et Photonique de la Mission pour les Initiatives Transverses et Interdisciplinaires, CNRS. - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Palaiseau – Synchrotron SOLEIL, Gif sur Yvette
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Johan FLORIOT : Membre du Groupe de Travail « Métrologie comparative » du Réseau Optique et Photonique de la Mission pour les Initiatives Transverses et Interdisciplinaires, CNRS. - Laboratoire d’Astrophysique de Marseille
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Laurent PINARD : Membre du Groupe de Travail « Métrologie comparative » du Réseau Optique et Photonique de la Mission pour les Initiatives Transverses et Interdisciplinaires, CNRS. - Laboratoire des Matériaux Avancés, Villeurbanne
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Marc ROULLIAY : Membre du Groupe de Travail « Métrologie comparative » du Réseau Optique et Photonique de la Mission pour les Initiatives Transverses et Interdisciplinaires, CNRS. - Laboratoire Charles Fabry, Palaiseau
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Sylvain SAVALLE : Membre du Groupe de Travail « Métrologie comparative » du Réseau Optique et Photonique de la Mission pour les Initiatives Transverses et Interdisciplinaires, CNRS. - Laboratoire pour l’Utilisation des Lasers Intenses, École Polytechnique, Palaiseau
INTRODUCTION
Mesurer une surface optique à l’aide d’un interféromètre à balayage de phase est une technique assez simple et rapide à mettre en œuvre . Assurer une démarche métrologique permettant d’assurer la validité des résultats obtenus est une chose plus difficile à appréhender. Une bonne maîtrise de la mesure passe par des procédures d’étalonnage des instruments régulières, la mesure d’objets conservés pour l’observation des dérives et des comparaisons interlaboratoires.
Suite à la volonté d’améliorer la démarche métrologique de certains laboratoires de métrologie académiques, le ROP a mis en place un Groupe de Travail dénommé GT métrologie comparative sur les mesures en interférométrie pour l’analyse de surfaces et de rugosités.
Le but de cette métrologie comparative a été, par l’intermédiaire de la mesure de miroirs plans et sphériques, de comparer les différentes méthodes de mesure et d’analyse de chacun des participants. Puis, à partir des résultats obtenus, de faire émerger une méthodologie commune.
Les participants se sont, au préalable, réunis plusieurs fois pour échanger sur leur méthode de travail et leur technique de mesure. C’est ainsi que les objets tests ont été définis et que certains participants ont fourni des objets pertinents pour observations souhaitées : capacité de reconstruction des basses et moyennes fréquences spatiales (de 1 mm–1 à 1 cm–1), limite de capacité de mesure des instruments en planéité et rugosité.
Pour cela, 3 miroirs en silice ont été échangés au cours de cette intercomparaison : 2 miroirs plans et 1 miroir sphérique.
De la même manière, deux substrats, de 1 pouce de diamètre, l’un en silice, l’autre en silicium, ont été échangés pour des mesures de rugosité.
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5. Conclusion
Six laboratoires académiques ont créé un groupe de travail sur la métrologie comparative au sein du réseau optique et photonique de la mission pour les initiatives transverses et interdisciplinaires du CNRS afin d’échanger sur leurs méthodes de mesure en interférométrie.
3 miroirs (2 plans et 1 sphérique) et 2 substrats étalons de rugosité ont été échangés afin de comparer les différents savoir-faire au travers de visites de chacun des laboratoires.
Les résultats montrent un très bon accord sur la reconstruction des surfaces pour la majorité des laboratoires. Les résultats obtenus montrent que les procédures de mesures mises en œuvre dans chacun des laboratoires sont bien maîtrisées. Ces résultats mettent également en évidence l’influence du miroir référence que la méthode dite « par rotation » ne permet pas d’éliminer complètement dans les résultats obtenus. Il reste donc difficile d’obtenir de bons résultats de mesure sur un miroir dont les écarts à la forme sont inférieurs à ceux de la référence. Dans ces cas particuliers, d’autres méthodes doivent être mises en œuvre : méthodes des 3 plans, stitching, rotation + déplacement de la pièce.
L’interférométrie à balayage de phase demeure l’un des meilleurs moyens d’obtenir une cartographie à 2 dimensions d’un miroir malgré sa sensibilité à l’environnement (variation de température et d’hygrométrie, vibrations) et à l’influence de la référence utilisée.
Depuis cette intercomparaison, le GT s’est doté d’un miroir monté dans une mécanique permettant le transport et limitant sa déformation. Ce miroir a été caractérisé par tous les participants et est à disposition de la communauté du ROP. De la même manière, les 3 miroirs restent à disposition et déjà, 2 partenaires industriels ont demandé à pouvoir les utiliser.
Les membres du GT métrologie comparative remercient vivement le CEA/CESTA (et plus particulièrement Frédéric Audo et Stéphane Bouillet) pour avoir participé à cette intercomparaison. Le GT remercie également Sylvain Brochet (CEA/DAM) pour son implication dans les mesures au synchrotron SOLEIL.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GEARY (J.-M.) - Introduction to Optical Testing. - SPIE Press (1993).
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(2) - MALACARA (D.) - Optical Shop testing. - Wiley Interscience (2007).
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(3) - ROBINSON (D.W.), REID (G.T.), DE GROOT (P.J.) - Interferogram Analysis, Digital Fringe Pattern and Measurements Techniques. - Institute of Physics Publishing (1993). PDF disponible en lignehttps://www.researchgate.net/publication/253812889_Interferogram_Analysis-Digital_Fringe_Pattern_Measurement_Technique_BOOK_REVIEW
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(4) - MORROW (K.), BAZAN DA SILVA (M.), ALCOCK (S.G.) - Correcting retrace and system imaging errors to achieve nanometer accuracy in full aperture, single-shot Fizeau interferometry. - Optic express, (2023) PDF disponible en ligne https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-17-27654&id=535885
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(5) - OSTEN (W.) - Optical Inspection of Microsystems. - CRC Press (2019).
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