Innovative broadband and wide dynamic range instrument for measurements of flux reflected, transmitted and scattered by high performances optical filters
Nouvelle métrologie large bande à grande dynamique pour la mesure des flux transmis, réfléchis et diffusés par des filtres optiques à hautes performances
Résumé
Recent progresses performed on the design softwares and deposition technologies allow now
the development of a new generation of optical coatings. The new characteristics matche the
increasing requirements with a specific interest on extrem applications such as spatial or
biomedicine. New questions are raised by these upgraded performances and concern their characterization and more specifically the metrology of their rejection levels but also their spectral and angular scattering functions. Indeed, a huge number of layers, typically between one and two hundreds can generate an enhancement of scattering at specific frequencies which induces high dynamic angular and spectral scattering lobes.
The main objective of this thesis was to develop an experimental tool suited to the characterization of this new generation of components. This work led to the development of a new spectrally and angularly resolved scatterometer : the SALSA instrument (for Spectral and Angular Light Scattering characterization Apparatus), This set-up allows now to perform the measurements of scattering losses on a wide spectral range [400 nm - 1000 nm], with an 8 decades dynamics and an accuracy better than 1%. Moreover, with SALSA we are able to measure, on the same spectral range, the transmission coefficient of interferential filters with a 12 decades dynamic which is a performance unique worldwide.
Les progrès récents réalisés tant au niveau des logiciels de conception que des technologies de
dépôt ont rendu possible le développement d’une nouvelle génération de filtres interférentiels dont
les caractéristiques sont en accord avec les exigences toujours plus sévères des utilisateurs,
notamment dans des secteurs clés d’application comme le spatial ou le biomédical... Le niveau
augmenté de performances de ces filtres soulève de nouveaux problèmes de caractérisation,
notamment en ce qui concerne la mesure de leurs niveaux de réjection et celle de la dépendance angulaire et spectrale de leurs indicatrices de diffusion. En effet, le recours à un grand nombre de couches, typiquement entre cent et deux cents, provoque l’apparition, dans ces indicatrices de diffusion, de résonances de grande dynamique, tant angulaires que spectrales.
L’objectif premier de cette thèse a donc été de développer un outil expérimental adapté à la caractérisation de ce nouveau type de composants, ce qui a donné naissance au banc SALSA (pour Spectral and Angular Light Scattering characterization Apparatus), un nouveau diffusomètre spectralement et angulairement résolu. Grâce à ce banc, nous pouvons effectuer des mesures d’indicatrices de diffusion sur une large gamme spectrale [400 nm - 1000 nm] avec une dynamique de 8 décades et une précision meilleure que le pourcent. Ce banc peut également être utilisé pour la mesure de la transmission spectrale d’un filtre interférentiel avec une dynamique de 12 décades, ce qui constitue une performance unique à l’échelle mondiale.
