DOSSIER
couches minces optiques
Des limitations liées au dispositif de métrologie ont été rapidement observées lorsque le niveau d ' uniformité est devenu inférieur à 0.2 % sur Ø16 cm( impossibilité de bien optimiser la forme du masque, incertitudes).
Il a alors été décidé de mesurer l ' uniformité du revêtement directement sur les empilements haute réflectivité( HR) complets. Les profils d ' uniformité sont déduits également des mesures spectrales en évaluant le décalage en longueur d’ onde de la bande de réflexion induit par les non-uniformités.
La Figure 7 montre le profil d ' uniformité moyen obtenu sur Ø24 cm pour un revêtement HR d ' un End Mirror( EM)( 6 µ n d ' épaisseur totale, 40 couches). L ' uniformité atteinte est remarquable: # 0.05 % sur Ø20 cm ou 3 nm PV.
Grâce à une telle uniformité, les spécifications de planéité de surface des miroirs des détecteurs d’ ondes gravitationnelles ont pu être atteintes comme on peut le voir sur la Figure 8( 0,37 nm RMS sur Ø15 cm).
AUTRES APPLICATIONS POUR CES COUCHES MINCES IBS DE HAUTE QUALITÉ Ces développements qui ont conduit à pouvoir déposer des empilements de couches minces complexes ayant de faibles pertes optiques et une excellente uniformité sur des grands diamètres ont suscité un grand intérêt dans d’ autres projets instrumentaux. Cela concerne par exemple les spectrographes ou les cavités Fabry- Perot installés autour des grands
Figure 8. Planéité d ' un miroir d’ Advanced Virgo sur Ø15 cm( Courbure soustraite).
télescopes terrestres.
Les spectrographes ont besoin de lames dichroïques de 30 ou 40 cm( Figure 9b) de côté pour permettre l’ analyse spectrale du flux lumineux du télescope. Il est nécessaire de déposer un empilement d’ une centaine de couches pour atteindre les réponses spectrales en transmission et réflexion souhaitées. Mais la principale difficulté de ce genre d’ empilement est de garantir une zone de transition étroite et raide entre les deux zones du spectre( comme on peut le voir sur la figure 9a). La bonne uniformité des dépôts IBS garantit que la zone de transition ne bouge pas spectralement entre le bord et le centre du composant, ce qui est fondamental pour que l’ instrument fonctionne de façon nominale. Sur la Figure 9a, on voit que tous
les spectres sont confondus entre le centre( rayon 0 mm) et le bord( rayon 175 mm).
Ces couches minces très uniformes ont été aussi utilisées pour réaliser deux grands Etalon Fabry-Perot de 35 cm de diamètre( le plus grand du monde), en collaboration avec ZYGO( USA) et le Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik( Freiburg, Allemagne). Cet étalon est utilisé comme filtre accordable dans le visible pour le télescope solaire DKIST( Hawaï). L’ empilement est réflecteur( 95 %) sur la bande 520-870 nm. La principale exigence concerne la variation RMS de l’ espace d’ air entre les deux miroirs de l’ étalon( Figure 10) qui doit être inférieure à 3 nm RMS sur 250 mm de diamètre.
Pour garantir cela, il faut d’ une part que les deux miroirs de l’ étalon aient une planéité de surface < 1 nm RMS sur Ø25 cm, ce qui a pu être atteint. Mais il a fallu également compenser la courbure générée( 10 nm d’ amplitude) par les contraintes compressives de couches minces IBS. Pour réaliser cela, une couche de SiO 2 d’ épaisseur contrôlée( même matériau que le substrat) a été déposée sur la face arrière. Le stress également compressif de cette couche va lui aussi induire une variation de courbure sur la face avant du miroir et ainsi annuler la déformée liée à l’ empilement réflecteur.
Figure 9. a) Spectres en transmission d’ un empilement dichroïque( instrument PFS, https:// pfs. ipmu. jp /) mesurés au centre et à 60, 120, 175 mm du centre. b) Photo d’ un dichroïque de l’ instrument HRS du télescope 4Most( ESO, crédits LMA).
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