Afin d’améliorer les performances des systèmes optiques, des surfaces asphériques et de forme libre sont utilisées dans la conception optique de pointe pour corriger les aberrations. La production de ces surfaces de forme complexe nécessite de mesurer l’écart de surface par rapport à la conception nominale. Il existe de nombreuses méthodes de mesure optique, telles que les méthodes ponctuelles et d’assemblage.
D’autres solutions, telles que les systèmes de mesure basés sur le cisaillement, ne mesurent pas la topographie mais déterminent le gradient de surface. Des mesures topographiques directes et rapides avec une grande précision sont possibles avec des méthodes interférométriques plein champ. Ils contiennent une référence et un front d’onde de mesure qui interfèrent avec une puce de caméra.
La déviation de surface peut être calculée à partir de la différence de phase entre les deux fronts d’onde. En raison des différents trajets du faisceau, les vibrations et les effets environnementaux temporels tels que les fluctuations de température ou d’air influencent fortement l’incertitude des mesures. Ces effets sont intrinsèquement réduits dans les interféromètres à trajet commun, tels que l’interféromètre de type Fizeau largement utilisé.
Dans un nouvel article publié dans Lumière : fabrication avancée, une équipe de scientifiques de l’Université de Stuttgart ont présenté une nouvelle approche de l’interférométrie à ondes inclinées. Leur article, intitulé « Tilted Wave Fizeau Interferometer for flexible and robust asphere and freeform testing », a montré une amélioration d’un ordre de grandeur par rapport aux approches classiques.
Les optiques de compensation telles que les hologrammes générés par ordinateur (CGH) sont à la pointe de la technologie pour mesurer l’optique non sphérique. Cependant, ils nécessitent un nouvel élément de compensation pour chaque nouveau type de surface sous test (SUT). Lors de la mesure de surfaces présentant des écarts importants par rapport à la forme de référence, des franges d’interférence avec des densités de franges élevées et des erreurs de retour se produisent.
Si l’écart devient trop important, le vignettage de la lumière de mesure produit des zones non mesurables de la surface testée. Tous ces effets limitent l’interféromètre classique de Fizeau lors de la mesure de surfaces de formes complexes.
L’interféromètre à ondes inclinées (TWI) a été inventé à l’Université de Stuttgart pour surmonter ces problèmes. Il utilise une grille de sources lumineuses pour un éclairage hors axe du SUT. Les différentes sources et le front d’onde de référence génèrent de multiples sous-interférogrammes sur la puce de la caméra. Les angles d’inclinaison des fronts d’onde inclinés compensent localement l’effet du gradient du SUT.
Une méthode sophistiquée d’étalonnage et d’évaluation du volume est utilisée pour soustraire les erreurs systématiques afin de traiter numériquement les erreurs de retracement. Combiner le principe TWI avec l’interféromètre à chemin commun de Fizeau n’est pas simple. Chaque source d’éclairage hors axe génère une onde de référence réfléchie par la surface Fizeau. Elle conduit à des fronts d’onde superposés sur le détecteur, ce qui rend impossible l’évaluation des interférogrammes.
Il existe un interféromètre de type Fizeau basé sur un commutateur à fibre avec un éclairage hors axe commutable. Cependant, aucune analyse de l’influence des effets d’interférences multiples entre les sous-interférogrammes n’a encore été rapportée.
La principale contribution de cet article est la réalisation du nouvel interféromètre Tilted Wave Fizeau à chemin commun qui surmonte le problème de l’onde de référence. Il combine la technique d’interféromètre Fizeau robuste et bien établie avec une flexibilité considérablement améliorée et un temps de mesure d’interférométrie à ondes inclinées courtes.
Les chercheurs ont trouvé un nouvel outil qui répond à un besoin urgent de métrologie pour la fabrication d’optiques avancées. Il comprenait une description détaillée du problème des interférences à faisceaux multiples, suivie de la description mathématique du nouvel algorithme d’étalonnage. La section des résultats présentait des repères et des comparaisons avec le TWI classique de Twyman-Green.
Plus d’information:
Christian Schober et al, Interféromètre Tilted Wave Fizeau pour des tests flexibles et robustes d’asphère et de forme libre, Lumière : fabrication avancée (2022). DOI : 10.37188/lam.2022.048