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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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Résultats des mesures d’écart à la forme et de rugositéArticle inclus dans l'offre
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3. Recommandations pour les mesures
3.1 Planning, manutention des objets, positionnement des mesures
Chaque participant disposait d’un créneau de 5 semaines pour effectuer les mesures d’un miroir. Les miroirs ont été échangés entre les participants indépendamment les uns des autres.
Les objets devaient impérativement être manipulés par des personnes expertes et, de préférence, dans des zones à empoussièrement et hygrométrie contrôlés. Le port de gants, pour la manipulation des objets, était obligatoire.
Afin de faciliter l’analyse des résultats, il était important de bien gérer la fiducialisation des objets à mesurer. En effet, il est important de repérer le positionnement et l’orientation de l’objet par rapport à l’instrument de mesure lorsqu’on applique des méthodes de translation et/ou rotation du miroir à mesurer afin de pouvoir recaler les données les unes par rapport aux autres.
Pour utiliser la méthode des rotations, il fallait disposer de marques autour du miroir afin de repérer chaque rotation les unes par rapport aux autres. Ces marques sont observées à l’aide d’objectifs à moyen grossissement équipés d’un réticule qui permet de positionner la rotation du miroir de manière à ce que chaque mesure puisse être recalée au pixel près.
Par exemple, pour un miroir de 100 mm de diamètre et pour une taille de pixels apparente de 90 µm, le repositionnement en rotation doit être ajusté à mieux que 0,1°. La figure 4 montre les marques qui ont été gravées autour de la monture du miroir. Ces gravures ont été positionnées tous les 45°.
À l’aide d’une optique grossissante munie d’un réticule gradué, on visualise les gravures afin d’obtenir une résolution sur le positionnement du miroir meilleur que 0,1°.
3.2 Protocole de mesure
Les méthodes utilisées sont résumées dans le tableau 4....
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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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