Team : Instrumentation extrême pour la métrologie des faibles flux

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SALSA

Spectral and Angular Light Scattering characterization Apparatus

Nous avons déjà souligné une difficulté intervenant de façon récurrente dans ces problèmes de lumière parasite, qui concerne la dispersion spectrale (ou fréquentielle) de la rugosité. Comme toute grandeur physique, cette dispersion est liée à la fenêtre fréquentielle de l’application, qui est limitée globalement par l’inverse de la longueur d’onde. Ainsi par exemple une valeur de rugosité mesurée dans le visible ne peut pas être utilisée pour prédire la diffusion dans l’infra-rouge. A titre d’illustration, une rugosité dans le domaine THz approchera la notion de planéité (déterministe) dans le visible, et une rugosité (statistique) mesurée dans le domaine UV pourra se rapprocher des valeurs obtenues par microscopie en champ proche (AFM, PSTM). Ces considérations amènent inévitablement à étendre la mesure de diffusion sur un large domaine de longueurs d’onde afin de prendre en compte la nature multi-échelle de la rugosité (ou des hétérogénéités). Par ailleurs, cette extension sera absolument nécessaire pour appréhender les processus de diffusion dans les composants interférentiels qui sont par nature extrêmement chromatiques.

Dans ce contexte nous avons développé l’instrument SALSA unique sur la scène internationale, et pour lequel nous sommes aujourd’hui extrêmement sollicités (agences, laboratoires et industriels). La difficulté majeure de ce type de système réside dans la spécification qui impose, sur tout le spectre visible et infra-rouge, et dans tout le domaine angulaire, une détectivité sur l’indicatrice de diffusion de l’ordre de 10-8. Si cette performance existait jusque-là pour quelques diffusomètres fonctionnant à une seule longueur d’onde, ce n’était pas le cas dès lors que plusieurs raies étaient considérées, et plus du tout si on s’intéressait à un domaine spectral continu. Nous n’allons pas donner ici le détail de l’architecture du système SALSA [1]qui a été mis en œuvre pour résoudre ce challenge, mais il est important de retenir qu’il permet, sur un domaine spectral continu s’étalant de 415 nm à 1,65 µm, la mesure angulaire des indicatrices de diffusion avec la détectivité achromatique requise de 10^-8. La résolution spectrale est de 0,1 nm et les fronts de montée mesurables sont de 5 à 7 décades par nm.

Il faut signaler également que l’un des éléments « blocs » de SALSA permet la mesure de transmission spéculaire jusqu’à 14 décades (T = 10^-14), performance supérieure de 6 décades à ce que l’on peut trouver sur la scène mondiale. Cette performance offre la possibilité d’analyser enfin les filtres conçus pour assurer les fortes réjections, notamment dans le domaine biomédical.

Références

[1] Breakthrough spectrophotometric instrument for the ultra-fine characterization of the spectral transmittance of thin-film optical filters, Michel Lequime, Myriam Zerrad, Claude Amra, Optics Express, Optical Society of America - OSA Publishing, 2018, 26 (26), pp.34236. doi:10.1364/OE.26.034236 .

[2] Wide-range wavelength and angle resolved light scattering measurement setup, Marin Fouchier, Myriam Zerrad, Michel Lequime, Claude Amra, Optics Letters, Optical Society of America - OSA Publishing, 2020, 45 (9), pp.2506-2509. doi:10.1364/OL.392000

[3] Parasitic light scattered by complex optical coatings : modelization and metrology, Myriam Zerrad, Michel Lequime, Simona Liukaityte, Claude Amra, CEAS Space Journal, Springer, 2017, doi:10.1007/s12567-017-0156-6

[4] Light scattered by optical coatings : numerical predictions and comparison to experiment for a global analysis, Myriam Zerrad, Simona Liukaityte, Michel Lequime, Claude Amra, Applied optics, Optical Society of America, 2016, 55, pp.9680-9687.doi:10.1364/AO.55.009680

[5] Broadband spectral transmittance measurements of complex thin-film filters with optical densities of up to 12, Simona Liukaityte, Michel Lequime, Myriam Zerrad, Thomas Begou, Claude Amra, Optics Letters, Optical Society of America - OSA Publishing, 2015, 40, pp.3225 doi:10.1364/OL.40.003225

[6] Ultra-wide-range measurements of thin-film filter optical density over the visible and near-infrared spectrum, Michel Lequime, Simona Liukaityte, Myriam Zerrad, Claude Amra, Optics Express, Optical Society of America - OSA Publishing, 2015, 23 (20), pp.26863-26878. doi:10.1364/OE.23.026863