Institut Fresnel

Les activités de recherche de l’équipe CONCEPT sont à l’origine de nombreux développements instrumentaux dont certains, du fait de leur originalité et leurs performances, sont aujourd’hui devenus pérennes. Le parc instrumental de l’équipe est désormais constitué de la plateforme de métrologie DIFFUSIF et sert de support aux nouveaux développements instrumentaux de l’équipe. Située dans les locaux de l’Institut FRESNEL, la plateforme instrumentale de l’équipe CONCEPT représente un espace de 100 m² abritant environ 500 k€ de matériels qui permettent de faire vivre et évoluer des dispositifs à la pointe de l’instrumentation optique de précision et dédiés à l’analyse optique des milieux complexes en champ lointain. Les principaux items en sont présentés ici.

DIFFUSIF - Plateforme de métrologie PAR et POUR la diffusion lumineuse

L’équipe CONCEPT est reconnue parmi les leaders européens de l’instrumentation spécifique à la métrologie de la lumière diffuse. Plus particulièrement, dans un contexte d’optimisation des composants optiques planaires, structurés ou désordonnés, les membres de l’équipe ont développé une expertise fine des phénomènes inhérents à l’enregistrement des faibles flux avec des précisions optimales. C’est ainsi que sont nés les instruments constituant la plateforme DIFFUSIF qui sert désormais de plateforme de référence à plusieurs industriels et donneurs d’ordre pour la caractérisation des composants optiques de pointe (spatial / défense / énergie …)

Plus précisément, la complexification des composants s’est fortement accrue ces dernières années et a conduit à l’apparition de nouvelles problématiques dans ce domaine. En effet, on trouve désormais couramment des composants de plus d’une centaine de couches qui peuvent être structurés spatialement et le comportement en diffusion de ces nouvelles générations d’objets a soulevé de nouveaux défis pour l’instrumentation associée.

DIFFUSIF est une plateforme instrumentale dédiée à la métrologie par et pour la lumière diffuse (BRDF, Haze, Albedo…). Elle est constituée d’une dizaine d’instruments originaux et innovants permettant de réaliser les actions suivantes :
• Mesure spectrale large-bande (400 -1000 nm) de la diffusion par les composants optiques
• Mesure angulaire de la diffusion dans tout le domaine large-bande précité
• Mesure polarimétrique de la diffusion dans tout le domaine large-bande précité
• Diagnostic en diffusion « blanche »
• Analyse d’états de surface, analyse d’états de volume, couches minces optiques
• Séparation des rugosités de surface et des hétérogénéités de volume
• Extraction des défauts localisés
• Analyse de speckle, polarisation et cohérence …
• …

Les différents instruments sont conçus et développés en interne en fonction des besoins scientifiques lorsque ceux-ci nécessitent une métrologie extrême. Certains d’entre eux sont amenés à devenir pérennes, c’est le cas des instruments phares qui sont identifiés comme:

- SALSA (Spectral and Angular Light Scattering Apparatus) qui permet l’enregistrement angulairement et spectralement résolu de la lumière diffusée Mesures de BRDF, BTDF, BSDF, ESDF….)






Spécifications Techniques :
 Performances d’un diffusomètre laser sur l’ensemble du domaine spectral : 410-1000 nm
 Choix arbitraire de la longueur d’onde d’éclairage sur [410 nm – 1000 nm]
 Seuil de détectivité à 10^-8 str^-1 (limité par la diffraction de Rayleigh)
 Plus de 15 décades de dynamique de mesure
 Première mesure mondiale de densités optiques supérieures à 12
 Précision meilleure que 1%
 salle blanche ISO 6 - Espace Photonique
 Instrument référencé par le CNES, la DGA et l’ESA.

Ils en parlent :
CNRS INSIS
NKT Photonics
Advances in Engineering

  AOS (Analyseur Optique de Surfaces), est conçu pour réaliser une mesure spatialement résolue de la BRDF des surfaces considérées. Seul instrument au monde ayant cette capacité avec une telle détectivité , il offre en conséquence un accès immédiat à la stationnarité de la rugosité . Mais aussi, cet instrument permet d’identifier et quantifier le poids des défauts localisés en regard de la rugosité locale intrinsèque.( Opt. Eng., 53(9), 092012 (2014), special issue invited paper, Applied Optics 53, A297-A304 (2014), Optics Com.282 (7)2009, 1265-1273)

Spécifications Techniques :
 Surface analysée : 20 mm de diamètre
 Résolution latérale : 26 µm de coté
 10^6 BRDF enregistrées en parallèle
 Seuil de détectivité à 10^-8 str^-1; (limité par la diffraction de Rayleigh)
 Discrimination rugosité intrinsèque/ défauts
 Extraction de la topographie de la surface

  OSA-MUELLER est un diffusomètre polarimètre spatialement résolu. Il permet de discriminer des défauts de dimensions similaires, mais d’indices optiques ou de propriétés polarimétriques différentes. ( Appl. Opt. 50, C217-C221 (2011) )

  Ellipsomètre spatialement résolu à une échelle sub-speckle
Cet instrument permet de mesurer le degré (dop) et l’état de polarisation de la lumière diffusée, à une échelle en dessous de la taille du speckle. Il permet d’identifier les dépolarisations spatiales et temporelles, les repolarisations… Les résultats sont fournis sous forme d’histogrammes de dop ou de cartographies des paramètres polarimétriques dont les études locales ou statistiques appuient l’identification de signatures.
Performances : Optics Express 22, 14594-14609 (2014), Optics Express, Vol. 22, Iss. 18, p. 21427 (2014).

  One Shot Scatterometer est un diffusomètre à très haute résolution spectrale et sans mouvement mécanique. Conçu pour la métrologie des champs exaltés par des structures hautement résonnantes, cet instrument permet d’enregistrer les indicatrices angulaires de diffusion et les réponses spéculaires associées avec une résolution spectrale de l’ordre du pm sans aucun mouvement mécanique.

- TISS met en jeu une sphère intégrante pour cartographier les centres diffusants sur les échantillons. Il a été développé dans le cadre d’un partenariat avec le Fraunhofer IOF de Iena.



 Un Diffusomètre monochromatique "classique" est également disponible

 Un Diffusomètre instantané à un seul angle dont le principe a été breveté par les acteurs clés de l’activité est en cours de développement avec le soutien de la SATT-SE.

Contact : Myriam Zerrad