Métrologie optique DOSSIER
Pour combler l ' écart entre la flexibilité de l ' optique et la résolution de l ' électronique, les travaux de Pierre Bon( CNRS / XLIM) et José Alberto Aguilar Mora, tous deux fondateurs de la société IOTAMETRIX, ont développé une approche basée sur la réallocation de photons [ 4 ]. Cette méthode, dérivée de l ' Image Scanning Microscopy( ISM), est optimisée pour fonctionner sans marquage et peut s’ intégrer directement dans des lignes de production. Sa rapidité d’ acquisition d’ images la rend parfaitement adaptée aux procédés d’ usinage laser compatible afin de vérifier la qualité des structures mais également comme outil de surveillance des dérives et d’ optimisation du procédés pour une industrie 4.0.
IMAGERIE OPTIQUE NANOMÉTRIQUE À RÉALLOCATION DE PHOTONS. L’ imagerie optique à haute-résolution( au-delà des limites de diffraction) a connu des avancées majeures ces dernières années, notamment dans le domaine de la biophotonique, où des techniques comme la microscopie STED( Stimulated Emission Depletion), la PALM( Photoactivated Localization Microscopy) ou la STORM( Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) ont permis d’ atteindre des résolutions nanométriques. Ces méthodes reposent cependant sur l’ utilisation de marqueurs fluorescents, nécessitant une modification chimique des échantillons et des étapes de post-traitement complexes. Dans le cadre de la caractérisation de surfaces texturées par laser, une telle approche est inenvisageable, car elle altérerait les propriétés intrinsèques des matériaux traités. Il est donc impératif de développer des techniques d’ imagerie sans marquage, capables de concilier:
• Une résolution spatiale latéral ~ 100 nm,
• Une vitesse d’ acquisition élevée > kHz,
• Et une mise en œuvre simplifiée, compatible avec un environnement industriel.
Historiquement, les compromis technologiques ont segmenté le paysage de la métrologie optique: soit la résolution est sacrifiée au profit de la rapidité et de la flexibilité, soit la complexité opérationnelle limite l’ intégrabilité en ligne.
Pour surmonter ces limitations, une approche prometteuse consiste à exploiter la réallocation de photons( Figure 4). Au lieu de simplement enregistrer l’ intensité lumineuse détectée comme sur un microscope confocal standard, le système utilise une étape supplémentaire de « re-scan »: la lumière collectée est projetée sur un détecteur 2D( comme une caméra CCD), et chaque photon est réattribué spatialement en fonction de sa position de détection dans le plan du trou de filtrage spatial. Cette réallocation permet d’ affiner la localisation des structures et d’ améliorer la résolution latérale au-delà de la limite de diffraction. Ainsi dans le cas d’ une source laser émettant à 405 nm, le système atteint typiquement une résolution latérale inférieure à 90 nm selon la configuration optique. Le dispositif est compatible avec des cadences de balayage élevées( jusqu’ à 24 kHz en
Figure 5. Différence entre le standard MEB pour la caractérisation d ' une texturation LIPSS, la microscopie confocale en réflectance et la technique avec réallocations des photons [ 6 ].
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