Contrôle de planéité d'une surface par interférométrie optique (TIPE)

Résumé du document

En exploitant la nature ondulatoire de la lumière et l'interprétation de ses résultats pas les logiciels actuels, les physiciens conçoivent des dispositifs afin d'étudier le profil des surfaces.

Lorsqu'on parle de planéité, on parle de tolérance de planéité qui est l'état d'une surface, dont tous les points se trouvent entre deux plans parallèles distants de la valeur de la tolérance spécifiée. Elle ne s'applique que sur des surfaces planes. On peut aussi parler de rugosité et là seule une différence d'échelle les sépare. La rugosité représente un centième de la planéité. Cette tolérance de planéité est utilisée en industrie comme critère de qualité pour des systèmes dont la planéité assure le bon fonctionnement tel que les bandes vidéo, les roulements à billes ou les puces informatiques ainsi que du matériel optique de qualité interférométrique pour l'utilisation en optique ondulatoire. Mais à ce stade de contraintes la tolérance de planéité dépasse les possibilités de mesures classiques assurées par des micromètres ou autres systèmes de mesures directs (...)

Extraits

[...] La lame sera donc placée parallèlement et très proche du premier miroir. Cependant cette lame présente une première modification a prendre en compte: le changement d'indice. En effet, étant en verre, elle va créer une déviation de la trajectoire du faisceau lumineux créant ainsi un décalage au niveau des franges. calculs théoriques: Modélisation mathématique Dans un premier temps je place la lame de verre, d'indice n=1,51 et d'épaisseur e0, devant le miroir mobile de Michelson. La présence de la lame modifie la différence de marche. [...]

[...] Afin de pouvoir observer les franges sur un écran j'utilise une lentille convergente focale = 200mm. Les franges se créent au niveau du miroir M2, je souhaite donc obtenir une image réelle d'un objet réel. Pour cela je place donc la lentille de manière à ce que le miroir M2 soit au-delà du foyer objet et on place l'écran assez loin de la lentille. Le Michelson est réglé, les franges rectilignes sont projetées, je peux commencer. Calcul de défauts d'un miroir En théorie, en considérant que le miroir M1 possède un défaut de l'ordre du vingtième de la longueur d'onde les résultats qui me permettent de calculer l'épaisseur du défaut de ce miroir sont les suivant: soit Δe(x) l'épaisseur du défaut *la différence de marche: δ' = δ + 2Δe(x) *l'interfrange sans défaut: x x p = *l'interfrange avec défaut: x ' = x i ' = x ' x p = Je peux donc ainsi connaître l'épaisseur de défaut: Je connais de plus le lien qui existe entre l'angle α et α= λ/2 i Le défaut d'épaisseur est donc connu: Ainsi, théoriquement, je suis en mesure de connaître le défaut d'épaisseur du miroir simplement en regardant l'interférogramme sur l'écran. [...]

[...] Je vais donc chercher le lien qui existe entre l'interfrange et l'épaisseur de la lame e0. Pour cela je cherche à exprimer les interfranges résultants de la lame et les interfranges initiaux. Soit : λ la longueur d'onde p ordre d'interférence δ(xp) = 2αxp = pλ δ(xp+1) = 2αxp+1 = (p+1)λ soit : * i 0 l'interfrange du miroir considéré comme sans défauts: i 0 = x x p = la différence de marche en présence de la lame de verre: δ ' x ' ' = 2n air e 2αx λ δ ' x ' p p 0 = pλ où = e 0 + Δe(x) avec Δe(x) représente le défaut d'épaisseur. [...]

[...] La solution est arrivée par une certaines distanciation du procédé industriel en non plus mesurant la planéité d'un miroir mais celle d'une lame de verre que l'on peut aisément intercaler très proche du miroir mobile et donc qui agirait comme générateur de défaut. La lame de verre remplace le défaut de planéité du miroir. Face à mon incapacité de mesure de défauts de planéité d'un miroir ( raisons pratiques ) j'ai donc remplacé ce dernier par une lame de verre. Celle que j'ai choisit d'utiliser est une lame généralement utilisée lors des observations au microscope. D'épaisseur extrêmement faible mm e »paisseur mesurée à l'aide d'un micromètre voir photo celle-ci comporte un parallélisme que je peux qualifier de parfait. [...]

[...] Dans une méthode classique on enregistre les mouvements verticaux d'un stylet que l'on déplace sur la surface à analyser, afin de déterminer les variations de hauteur de l'échantillon le long d'une étroite bande. Appuyant sur la surface, la pointe du stylet la comprime et l'endommage parfois. Or les mesures par interférométries optiques ne nécessitent aucun contact avec les surfaces. En effet, le seul outil de mesure est un rayon lumineux de faible intensité, de sorte que l'analyse est non destructrice. [...]