PARC INSTRUMENTAL
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 a récemment été intégrée dans la plateforme Lumière complexe en milieux désordonnés. DIFFUSIF a par ailleurs été labellisée en tant que plateforme de métrologie de l’institut Carnot STAR et sert 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.
Dans ce contexte, plusieurs verrous instrumentaux ont été levés ces dernières années :
Analyse multi-échelle de la diffusion
Discrimination surface / volume
Diffusomètre « blanc »
Extraction de la topographie de la surface étudiée
Quantifier le rôle des défauts
Discriminer les défauts
Les instruments phares de la plateforme DIFFUSIF répondent désormais à ces problématiques
SALSA
Spécifications:
* Performances d’un diffusomètre laser sur l’ensemble du domaine spectral : 415-1000 nm.
* Choix arbitraire de la longueur d’onde d’éclairage sur [415 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
Verrous levés : Diffusion multi-échelle & diffusomètre « blanc »
Le banc SALSA (Spectral and Angular Light Scattering Apparatus) permet l’enregistrement angulairement et spectralement résolu de la lumière diffusée Mesures de BRDF, BTDF, BSDF, ESDF….)
OSA - TOPOGRAPHY
Verrous levés : Extraction de la topographie de la surface étudiée
Le banc OSA (Optical surface Analyzer) est conçu pour réaliser une mesure spatialement résolue de la BRDF des surfaces considérées. On a ainsi accès à la mesure de la topographie de la surface à partir d’une seule mesure d’intensité.
Spécifications:
Surface étudiée : 20 mm de diamètre en une seule acquisition
Résolution latérale : 26 µm sur la surface de l’échantillon
Précision de l'odre du % sur des rugosité pouvant être inférieure à l'Angstrom
Enregistrement de 10^6 indicatrices de diffusion en parallèle
Seuil de détectivité à 10^-8 str^ -1 (limité par la diffraction de Rayleigh)
OSA - DEFECTS
Verrous levés : Localisation des défauts et quantification de leur rôle
Dans le cas des composants optiques de pointe, la présence de défaut à la surface d’un échantillon est critique et devient la première origine des pertes par diffusion lumineuse du composant, loin devant la rugosité. Or, le système OSA est conçu pour garantir une bijection entre la chaque surface élémentaire de l’échantillon et le pixel correspondant sur le capteur matriciel. On pourra alors par l’analyser structurelle des BRDF localement enregistrer discriminer les défauts de la rugosité.
Spécifications:
Surface étudiée : 20 mm de diamètre en une seule acquisition
Résolution latérale : 26 µm sur la surface de l’échantillon
Enregistrement de 10^6 indicatrices de diffusion en parallèle
Seuil de détectivité à 10^-8 str^ -1 (limité par la diffraction de Rayleigh)
identification de défauts de dimensions supérieures à la rugosité
OSA - MUELLER
Verrous levés : DIscrimination de la nature des Défauts
La prise en compte de la composante polarimétrique sur un dispositif de type OSA permet de discriminer des défauts de dimensions similaires, mais d’indices optiques ou de propriétés polarimétriques différentes.
En cours de développement ....
Plusieurs bancs sont à ce jour en cours de développement en vue d’être intégrés à la plateforme DIFFUSIF
et seront présentés sur le site après publication (MILPIXEL, TISS, …).
Autres développements instrumentaux originaux
Polarisation & Speckle
Dans le cadre du projet ANR TraMEL, un ellipsomètre spatialement résolu à une échelle sub-speckle a été développé. L'instrument permet de mesurer les paramètres polarimétriques locaux et globaux du speckle diffusé par les milieux complexes. La haute résolution spatiale de l'instrument permet par ailleurs d'accéder à la statistique de polarisation des milieux considérés en une seule mesure. L'instrument a, entr autres, permis de mettre en évidence les phénomènes de dépolarisation spatiale et repolarisation temporelle par les milieux diffusants.
GOALS
L'enjeu principal est ici de pouvoir quantifier une exaltation de champ induite par une résonnance optique dans des composants multidiélectriques concues pour présenteer une résonance et une exaltation géante du champ à la résonance. Des premières exaltations de l'ordre de 1000 ont pu être obtenues et mesurées et on permis de valider la méthode de synthèse développée par l'équipe. Les exaltation théoriques pouvant atteindre plusieurs décades, la prochaine étape vise à la génération de facteurs d'exaltation de l'ordre de plusieurs milliers et nécessite un controle aigu des conditions d'éclairage ( divergence angulaire < 10^-3 mrad et ouverture spectrale < fm ). C'est dans le controle de ces paramètres que réside le prochain challenge instrumental de cette activité.