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Laboratoire de Métrologie Optique

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Le Laboratoire de Métrologie du Groupe Optique (LMO) est en charge de la caractérisation des optiques (miroirs et réseaux) montées sur les lignes de lumière du synchrotron SOLEIL.

Pour cela il dispose d’un parc d’instrument dédié à la cartographie des surfaces : profilomètre optique, interféromètres, microscope à force atomique, analyseurs de front d’ondes.

Ces instruments peuvent être également ouverts à d’autres applications en fonction des demandes : mesure de courbure, de défaut de forme, de rugosité, imagerie AFM.

Le LMO est ouvert  à toute demande émanant des industriels ou des laboratoires académiques.

Les locaux

Le LMO est situé dans le bâtiment du Synchrotron. C'est une salle blanche de classe ISO 7 dont la température et l'hygrométrie sont controlées. Il est situé dans le bâtiment du synchrotron SOLEIL.

L'équipe

Muriel THOMASSET (responsable) : muriel.thomasset@synchrotron-soleil.fr

Sylvain BROCHET : sylvain.brochet@synchrotron-soleil.fr

Blandine CAPITANIO et Gilles CAUCHON 

Sandrine Vasseur (Assistante)

 

Pour toute demande : lmo@synchrotron-soleil.fr

En résumé

 

Les instruments de mesure du laboratoire
Instruments Mesurande Données de sortie Intervalles de mesure Incertitudes (k = 2)

Long Trace Profiler (LTP) 

Développement interne

Contacts : Sylvain Brochet, Muriel Thomasset

 

Pente (µrad)

Meilleure forme, rayon de courbure, erreur de pente

10 m < R < Plan

Mesure 1 D sur 996 mm

Echantillonnage > 1 mm

Courbure < 1 %

0, 06 < Répétabilité < 0,16 µrad (selon méthode)

Erreur de pente < 0,04 µrad

Microscope à Force Atomique (AFM)

NX 20 Park

Contact : Muriel Thomasset

Hauteur (nm) Hauteur (nm)

Hauteur < 100 nm

Champ observable : 90 X 90 µm

Echantillonnage >  0,5 mn

Répétabilité statique < 30 pm

Interféromètre : balayage de phase et balayage de franges

Optosurf EOTECH

Contacts : Sylvain Brochet, Muriel Thomasset

Hauteur (nm)

Rugosité  (nm Rq)

Rq < 200 nm

Champs observables :

- 600 X 400 µm (1 pix = 0,8 µm)

- 300 X 200 µm(1 pix = 0,4 µm)

- 150 X 100 µm(1 pix = 0,2 µm)

Incertitude Rq < 0,01 nm

Interféromètre à balayage de phase 

 

 FISBA

Contact : Sylvain Brochet

Hauteur (nm) Observation des défauts de forme lors du montage des optiques dans les montures (miroirs, cristaux)

Champs observables : 5 mm, 10 mm, 50 mm

Echantilonnage : 1024 X 1024 pixels

répétabilité Rq  < λ/200

Interféromètre à  balayage de phase 

MINT

Développement Interne

Contact : Muriel Thomasset

Hauteur (nm) Erreur de forme (nm)

Champ observable : 16 X 12 mm (> par stitching)

(1 pix = 20 µm)

Incertitude Rq < 0,1 nm

Interféromètre à  balayage de phase 

Zygo Verifire HD

Contacts : Sylvain Brochet, Muriel Thomasset

Hauteur (nm)

Erreur de forme (nm)

Rayon de courbure (m)

Mesure de miroir plan

(1 pix = 20 µm + 3 zoom)

1024 x 1024 pixels

Répétabilité Rq < 0,05 nm

Analyseurs de front d’onde 405 nm et 632 nm 

HP 26 Développement Imagine Optic et SOLEIL

HASO LIP 128 Imagine Optic

Contacts : Muriel Thomasset

Hauteur (nm)

Erreur de forme (nm)

Rayon de courbure (m)

50 mm < R < 1000 m

Champ observable 15 X 15 mm

Echantillonnage : 0,5 mm ou 110 µm

Selon configuration de mesure

 

Equipements

Le LMO possède différents instruments provenant de développements internes (LTP, MINT, HP26) ou d'équipements commerciaux permettant la mesure de topographie de surface adaptées à la géométrie des optiques dédiées aux lignes de lumière synchrotron. Les instruments ont donc été étudiés pour recevoir des objets d'épaisseurs et de longueurs variables.

 

Microscope à Force Atomique (AFM)

 

Park NX 20

lmo-afm_01.jpg

Principales caractéristiques :

  • Fabricant : Park Systems
  • Type : NX 20 modifié pour accepter des échantillons jusqu'à 60 mm d'épaisseur et 300 mm de longueur
  • Modes : contact, pur non contact, tapping, MFM...
  • Champ observable : 90 X 90 µm
  • Course z  : 15 µm
  • Répétabilité statique : < 30 pm
  • Echantillonnage : 256 à 2048 lignes

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Profilomètre Optique (LTP)

 

Long Trace Profiler 

lmo-LTP

Principales caractéristiques : 

  • Diamètre faisceau de mesure : 2 mm
  • Dimension de mesure accessible : 996 x 100 mm, hauteur objet max 390 mm
  • Type d'interféromètre : Interféromètre à polarisation (prisme de Wollaston) λ = 532 nm
  • Détecteur : Camera Orca Flash 4 (Hamamatsu), CMOS, 2048 X 2048 pixels (6,7 µm)
  • Champ observable : 16 mrad (et plus par stitching)
  • Mesurande : pente (µrad) mais possibilité de convertir en variations de densité de trait pour les réseaux

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Analyseurs de front d'onde

2 types d'analyseur de front d'onde disponibles au LMO.

Le HP 26 est dédié à la caractérisation d'optiques synchrotron. Il est fixé à la translation du profilomètre optique est les champs de mesures sont raccordés (stitching) pour obtenir la mesure finale.

Le HASO R-Flex 128 est dédié à la caractérisation de systèmes optiques spécifiques (systèmes de type Cassegrain, Wolter) mais sert principalement à la caractérisation des cristaux courbables des monochromateurs. L'instrument est alors directement installé sur la ligne de lumière.

Les analyseurs de front d'onde

HP 26 (développement Imagine Optic/SOLEIL) : SH-LTP

Principales caractéristiques : 

  • Champ observable : 11,7 X 11,7 mm (et plus par stitching)
  • Nb lentilles : 26 X 26 lentilles
  • Pas : 450 µm
  • Focale : 80 mm
  • λ : 405 nm
  • Fonctionnement SH-LTP : stitching sur translation du profilomètre optique

Haso R-Flex 128 Imagine Optic

lmo-hasos.jpg

Principales caractéristiques : 

  • Champ observable : 14,6 X 14,6 mm
  • Nb lentilles : 128 X 128 lentilles
  • Pas : 114 µm
  • Focale : 13 mm
  • λ : 633 nm
  • Fonctionnement : sans stitching

 

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Interféromètres

Mesures de rugosité :

OPTOSURF

Principales caractéristiques : 

  • Fabricant : EOTECH 
  • Type : Optosurf
  • Modes : balayages de phase et balayage de frange
  • Champs obervables  : 600 X 400 µm (X 5), 300 X 200 µm (X 10)ou 150 x 100 µm (X 20)
  • Echantillonnage : 768 X 512 pixels

 

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Mesures de forme

Interféromètre MINT

Michelson Interferometer for Nano-Topography
lmo-mint.jpg

Principales caractéristiques : 

  • Type :  interféromètre Michelson
  • Champ observable : 16 X 12 mm et plus par stitching
  • Dimension de mesure accessible : 300 X 100 mm hauteur max objet 390 mm
  • Echantillonnage : 768 X 512 pixels (1 pix = 20,6 µm)
  • Répétabilité : Rq < 0,1 nm sur 20 mesures consécutives

 

Interféromètre FISBA

 

Principales caractéristiques : 

  • Type :  interféromètre Fizeau
  • Champs observables : 5mm, 10 mm et 50 mm par objectifs de Twyman-Green
  • Dimension de mesure accessible: 1500 X 300 mm hauteur max objet 390 mm
  • Echantillonnage : 1024 X 1024 pixels 
  • Répétabilité : Rq < λ/200

 

Interféromètre Zygo Verifire HD

Principales caractéristiques : 

  • Type : interféromètre Fizeau
  • Champ observable : < 100 mm
  • 3 zooms : afocaux (X1, X3, X6)
  • Dimension de mesure accessible : En développement (stitching)
  • Echantillonnage : 1024 X 1024 pixels 
  • Répétabilité : Rq < 0,05 nm