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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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4. Résultats des mesures d’écart à la forme et de rugosité
4.1 Présentation et analyse des résultats des mesures de forme
Les tableaux 6, 7 et 8 présentent les résultats obtenus pour les 3 miroirs. Les figures 6, 7 et 8 présentent les surfaces en fausses couleurs.
Seuls 2 laboratoires ont participé à la mesure du LAM_sphère (les autres laboratoires ne disposant ni d’une référence adéquate, ni d’un dispositif instrumental permettant la mise en œuvre d’une telle mesure). Le LAM a utilisé 3 interféromètres différents en utilisant la même sphère de référence. La figure 9 présente les résultats sous forme graphique, ce qui permet de rendre visibles de manière synthétique les résultats de l’intercomparaison avant le traitement éventuel des données. On peut ensuite calculer la valeur moyenne des résultats hors valeur aberrante et tracer l’écart entre la valeur mesurée et la valeur moyenne (figure 10) selon la statistique de Mandel .
La figure 9 met en évidence que 2 laboratoires obtiennent des valeurs aberrantes pour la mesure des miroirs plans. En revanche, il semble ne pas y en avoir pour les résultats du miroir sphérique. On note également un très bon accord entre 4 des laboratoires pour la mesure des miroirs plans et pour les 2 laboratoires ayant mesuré le miroir sphérique (figure 10). Les différences entre les valeurs mesurées et ultimes des écarts à la forme obtenus sont de l’ordre de la répétabilité des mesures. Les procédures de mesure, et notamment les erreurs de positionnement des miroirs après chaque rotation, sont donc bien maîtrisées. Les 2 laboratoires ayant obtenu...
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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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