DOSSIER couches minces optiques
bonne planéité( Figure 3). En effet, voici ci-dessous les spécifications les plus contraignantes demandées aux entreprises de polissage qui sont peu nombreuses à pouvoir atteindre ces niveaux de performances( AMETEK ZYGO( USA), THALES- SESO( France)):
• Microrugosité: < 0.1 nm RMS
• Planéité de surface: < 0.5 nm RMS sur Ø15 cm central
• Défauts ponctuels: densité < 1 / 4 mm 2 dans Ø15 cm( défauts < 5 µ m), < 15 dans Ø15 cm( défauts [ 5 µ m, 50 µ m ])
En ce qui concerne les spécifications des empilements haute réflexion des miroirs des détecteurs d’ ondes gravitationnelles, des performances optimales en termes d ' absorption, de diffusion et de planéité sont requises:
• Planéité après traitement: < 0,5 nm RMS sur Ø15 cm
• Absorption moyenne à 1064 nm < 0,5 ppm
• Diffusion moyenne à 1064 nm < 10 ppm
• Dépôts Antireflets à 3 bandes( 532, 800, 1064 nm): R < 100 ppm à 1064 nm( face arrière du miroir) De plus, une faible dissipation mécanique des couches minces est nécessaire pour minimiser le bruit thermique.
LES MIROIRS DÉVELOPPÉS POUR LES DÉTECTEURS VIRGO, LIGO ET KAGRA A. Bruit thermique et absorption Une source importante de bruit dans les interféromètres a été identifiée comme étant le bruit thermique des empilements de couches minces. De nombreux travaux ont été réalisés [ 3 ] pour modifier et optimiser les couches à haut indice de réfraction( Ta2O5) qui sont la principale source de perte mécanique( directement proportionnelle à l ' épaisseur totale de Ta2O5). Le meilleur compromis trouvé a été de doper le Ta2O5 avec des atomes de Ti.
Afin de réduire l ' épaisseur totale de
Figure 3. Planéité de la surface( 0,19 nm RMS Ø15 cm) d ' un substrat Virgo.
Ti: Ta2O5 tout en conservant les propriétés du miroir, un empilement optimisé du miroir avec des couches non quart d ' onde( aH( bL cH) x dL, avec a, c < 1 et b > 1) a été étudié [ 4 ]. Des mesures expérimentales ont montré que les pertes mécaniques du miroir diminuaient [ 5 ] par rapport à un empilement quart-d’ onde classique et que l ' absorption moyenne à 1064 nm était également plus faible( mesure par déflexion photothermique).
La figure 4 montre une carte d ' absorption réalisée sur un miroir haute réflectivité de Virgo dont la transmission est de 3 ppm à 1064 nm: valeur moyenne de 0,24 ppm sur Ø15 cm à 1064 nm.
B. Diffusion Afin d ' améliorer le niveau moyen de diffusion après dépôt, une nouvelle machine de nettoyage humide a été
Figure 4. Cartographie d’ absorption Ø15 cm à 1064 nm d’ un miroir Virgo. développée, permettant une meilleure efficacité du nettoyage sur les très petites particules( combinaison d’ ultrasons, de mégasons).
Pour les 20 miroirs Advanced LIGO traités, voici ci-dessous la diffusion moyenne( Figure 5) sur Ø15 cm à 1064 nm obtenue pour les deux types de dépôt réfléchissant( miroirs d ' entrée, miroirs de sortie):
• Sur 10 ITM( Input Test Mass): 3,7 +/- 1,2 ppm
• Sur 10 ETM( End Test Mass): 4,9 +/- 1,5 ppm
Figure 5. Carte de diffusion moyenne Ø15 cm sur un miroir d’ Advanced LIGO mesurée avec un diffusomètre CASI.
C. Planéité du miroir Les détecteurs d’ ondes gravitationnelles de 2 e génération( à partir de 2015) ont eu besoin de miroirs haute réflectivité ayant une planéité meilleure que 0,5 nm RMS sur le même diamètre central de 15 cm. C’ est un énorme challenge, compte tenu des spécifications pour la 1ère génération de composants( 3-4 nm RMS).
Le contrôle de l ' épaisseur de l’ empilement de couches minces est donc un point crucial. Il est nécessaire d ' avoir des couches minces avec une très bonne uniformité d ' épaisseur afin de garantir des propriétés optiques constantes sur la surface de l ' optique. Les deux cavités Fabry-Perot des interféromètres gravitationnels( composées d ' un miroir d ' entrée et d ' un miroir de sortie) doivent avoir les mêmes caractéristiques optiques:
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