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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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2. Description des objets à mesurer
Les miroirs ont été mis à disposition pour l’intercomparaison par certains membres du GT. Le but était de traiter différentes problématiques :
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analyser la qualité de la reconstruction des moyennes fréquences spatiales. Pour cela, disposer d’un miroir de « qualité moyenne » possédant des défauts de basse fréquence (miroir LAM-Flat) ;
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pousser les capacités de mesure des instruments à leurs limites. Pour cela, disposer d’un miroir d’excellente qualité dont les défauts de forme sont inférieurs à ceux des miroirs de référence utilisés afin de déterminer leur impact sur les résultats de mesure (miroir LCF-Flat) ;
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évaluer les résultats pour l’analyse de miroirs sphériques. Seuls les participants qui disposaient de références sphériques (communément appelé calibres sphériques) ont pu effectuer la mesure. Seuls le LCF et le LAM ont effectué la mesure de ce miroir (LAM-Sphère) ;
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évaluer la limite de sensibilité de mesure de rugosité en disposant d’étalons de rugosités.
Le tableau 3 présente les 5 objets de l’intercomparaison. Les 3 miroirs sont en silice. Le pouvoir réflecteur d’un miroir en silice est de l’ordre de 4 %. Ce qui signifie que la majorité de la lumière incidente pénètre dans le miroir et sera donc réfléchie par la face arrière. Cette lumière réfléchie est souvent problématique pour la mesure en interférométrie. On parle alors de franges « fantômes » visibles dans le champ de la caméra. Pour s’en affranchir, il faut soit dépolir la face arrière, soit disposer d’une face arrière non parallèle à la face avant ou appliquer un vernis noir d’indice très proche du matériau constituant le miroir. C’est cette dernière solution qui a été mise en œuvre pour l’intercomparaison.
La figure 2a montre des franges « fantômes » quasiment orthogonales aux franges liées à la mesure. La figure ...
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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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