EP4673703A1 - Dispositif interférométrique mach-zehnder - Google Patents

Dispositif interférométrique mach-zehnder

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EP4673703A1
EP4673703A1 EP24707241.6A EP24707241A EP4673703A1 EP 4673703 A1 EP4673703 A1 EP 4673703A1 EP 24707241 A EP24707241 A EP 24707241A EP 4673703 A1 EP4673703 A1 EP 4673703A1
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EP
European Patent Office
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prisms
prism
beams
interface
reflective
Prior art date
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Pending
Application number
EP24707241.6A
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German (de)
English (en)
Inventor
Maud LANGLOIS
Gilberto Moretto
Magali LOUPIAS
Camille GRAF
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Normale Superieure de Lyon
Ecole Normale Superieure de Paris
Universite Claude Bernard Lyon 1
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Normale Superieure de Lyon
Ecole Normale Superieure de Paris
Universite Claude Bernard Lyon 1
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02049—Interferometers characterised by particular mechanical design details
    • G01B9/02051—Integrated design, e.g. on-chip or monolithic
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    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02097—Self-interferometers
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    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/005—Testing of reflective surfaces, e.g. mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
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    • G02B27/144—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using partially transparent surfaces without spectral selectivity
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    • G02—OPTICS
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G01J2009/028—Types
    • G01J2009/0288—Machzehnder

Definitions

  • the present invention relates to a Mach-Zehnder interferometric device.
  • the field of the invention is, in a non-limiting manner, that of adaptive optics and optical metrology components.
  • Mach-Zehnder interferometers are used in many fields. An incident light beam is divided into two different light beams of the same intensity by a beam splitter. After their propagation on two different optical paths, the beams are recombined by another beam splitter. Interferences can then be observed at the output of the interferometer.
  • Mach-Zehnder interferometers can be used to perform phase measurements of an electromagnetic wave. For example, surface measurements of a transparent object introduced into the optical path of one of the two beams make it possible to assess its flatness or sphericity. Mach-Zehnder interferometers are notably implemented in the context of wavefront analysis, by measuring the light source itself. This requires the creation of a phase reference obtained by spatial filtering. These devices are used, among other things, in the field of adaptive optics, to be able to eliminate the deformations of the wavefronts undergone following disturbances (for example, atmospheric or due to optical aberrations). This type of wavefront analyzers are then used, for example, in telescopes. Classic Mach-Zehnder type devices are difficult to implement and are very sensitive to any variation in the air index between the 2 arms.
  • Another aim of the present invention is to provide a Mach-Zehnder type interferometric device which can be implemented in wavefront analysis systems for adaptive optics components.
  • the interferometric device makes it possible to measure with nanometric precision the wave front reflected or transmitted by an optical or non-optical surface, which makes it possible to measure its shape and/or the refractive index of the material which constitutes it.
  • the solid-state Mach-Zehnder interferometric device can be used as a wavefront analyzer, especially for adaptive optics systems, for example for Very Large Telescopes.
  • the first external face can be provided with a phase shift layer of thickness ⁇ /8.
  • the outgoing beams are 180° out of phase with respect to each other, allowing a linear simplification of the phase measurement at small phase shifts.
  • the thickness of the phase shift layer deposited on the first external face can vary between 0 and ⁇ /2.
  • the beam-splitting interface between the first and second prisms may comprise a monolayer of thickness ⁇ /4.
  • a monolayer is particularly suitable when a low coherence light source is used.
  • the beam splitter interface between the first and second prism may comprise a multilayer of thickness ⁇ /4.
  • a multilayer is particularly suitable when a monochrome light source is used.
  • the first and second external faces parallel to the beam splitter interface are provided with reflective or semi-reflective layers.
  • the reflective or semi-reflective layer allows spatial filtering to be carried out.
  • the output faces can each be provided with an anti-reflective layer.
  • the light power transmitted outside the device is thus optimized.
  • the at least two prisms can be assembled to each other by molecular adhesion.
  • the two prisms can be joined together using an index-matching glue.
  • this adhesion alternative is only suitable when the device is implemented with a monochrome light source having a long coherence length.
  • the entry and/or exit faces of the prisms can be inclined relative to the separating interface by an angle of 45°.
  • the incident and outgoing beams have an incidence and exit angle close to 0.
  • the spatial filter may comprise at least one reflective or semi-reflective pellet deposited on the external face of the second prism.
  • the at least one reflective patch may have an elliptical, square, circular, or other two-dimensional shape.
  • the reflective patch can be of the same nature (material, thickness) as the reflective or semi-reflective layer deposited on the external face of the first prism.
  • the prisms of the device according to the invention can be manufactured in BK7 or silicon, or any other low-dispersion optical material.
  • the device 1 comprises two prisms 2, 3, called prisms.
  • prisms 2, 3 are identical. They each have the shape of a plate with two parallel ribs.
  • the first prism 2 and the second prism 3 form the basis of the Mach-Zehnder type interferometer.
  • the two prisms 2, 3 are assembled so as to form an interface 4 between them.
  • the prisms 2, 3 are assembled to each other by molecular adhesion.
  • the 2,3 prisms can also be assembled using an index-matching glue. Since the glue adds an additional thickness to the thickness of the prisms, the optical path is extended for the beams passing through the glue layer. This adhesion alternative is therefore particularly suitable when the device is implemented with a monochrome light source having a long coherence length.
  • the material of the prisms 2,3 is a weakly dispersive material at the implemented wavelength of the device 1.
  • the material can be silicon or BK7, or any other suitable weakly dispersive material.
  • the interface 4 between the two prisms 2, 3 is a splitter interface constituting a light beam splitter.
  • the separating interface comprises a layer 17 of thickness ⁇ /4. According to one example, for a wavelength of 850 nm, this layer can be a monolayer of Ti 3 O 5 .
  • the external face 5 of the first prism 2, parallel to the separating interface 4, is coated with a reflective layer 7.
  • This first external face 5, called longitudinal, acts as a mirror thanks to the reflective layer 7.
  • the reflective layer can be, for example, an Ag layer with a reflectivity R > 95% at a wavelength of 850 nm.
  • the first external face 5 is also provided with a phase shift layer 18 of thickness ⁇ /8.
  • This may be, for example, a layer of SiO 2 for an operating wavelength of 850 nm.
  • the longitudinal external face 6 of the second prism 3, also parallel to the separating interface 4, comprises a spatial filter 9.
  • the spatial filter 9 consists of a reflective patch.
  • the reflective patch 9 may be of the same nature as the reflective layer 7 of the first external face 5, that is to say, of the same material and/or of the same thickness.
  • a spatial filter 9 is illustrated in the , showing the external face 6 of the second prism from below.
  • the spatial filter 9 consists of an elliptical reflective pellet.
  • the pellet can have a circular, square, oval, oblong apodized shape, etc.
  • the spatial filter can take other forms.
  • it can be combined with a phase shift.
  • a light beam 10 enters the device through one of the side faces 11 of the first prism 2 (the one that does not include the spatial filter 9).
  • the light beam has an aperture number 60 and is focused on the spatial filter 9.
  • the beam 10 is divided into two partial beams 13, 14 by the beam splitter 4.
  • One of the partial beams is reflected by the splitter 4 and then reflected by the external face 2 acting as a mirror; it constitutes the object beam.
  • the other partial beam is transmitted by the splitter 4 and then reflected at the spatial filter 9.
  • the beam reflected at the spatial filter 9 constitutes the reference beam. Interferences between the object beam and the reference beam can be detected at each of the two output faces 15, 16 (beams 20, 21).
  • signals 20, 21 of the two outputs are 180° degrees out of phase with each other.
  • the longitudinal external faces 5, 6 as well as the separating interface 4 between the prisms 2, 3 must be perfectly parallel to each other. Preferably, the parallelism defect between these optical surfaces must be less than 0.02 mrad.
  • the thickness of the prisms 2, 3 between the separating interface 4 and their external face 5, 6, respectively must be the same for both prisms, preferably with a difference between the two thicknesses of less than 0.001 mm. The thickness may be, for example, approximately 20 mm.
  • the two prisms 2, 3 can, for example, be obtained from a single plate of material with parallel faces.
  • FIG. 1 There shows a photograph of a Mach-Zehnder type interferometric device according to an embodiment of the present invention.
  • a ruler placed next to the device allows the dimensions of the device to be appreciated.
  • the separating interface 4 of the device 1 may have a length (in the plane of the sheet) of approximately 80 mm, the external faces 5, 6 parallel to the separating interface 4 may each have a length of approximately 40 mm, with a thickness and depth of each prism 2, 3 of approximately 20 mm. These values may of course be adapted according to the desired application of the device.
  • the lateral faces 11, 12, 15, 16 of the two prisms 2, 3, including the entry face and the two exit faces described above, are each oriented at an angle of approximately 45° relative to the separating interface 4.
  • the entry face 11 and the exit faces 15, 16 comprise an anti-reflective treatment, preferably broadband.
  • At least all optical surfaces i.e. reflecting or transmitting light beams during the implementation of the device, must be polished so as to have a roughness lower than ⁇ /10, in order to guarantee good measurement quality.
  • the invention can be advantageously used in the field of cellular biology, in particular for phase imaging of cells or 2-photon light sheet excitation microscopy (SPIM, Selective Plane Illumination Microscop y ).
  • SPIM Selective Plane Illumination Microscop y

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Abstract

Dispositif (1) interférométrique Mach-Zehnder, comprenant : - au moins un premier prisme (2) et un deuxième prisme (3), - les prismes (2, 3) étant assemblés ensemble de façon à former un monobloc, le prismes (2, 3) formant une interface (4) séparatrice de faisceaux entre eux, l'interface séparatrice (4) étant parallèle à une première face externe (5) du premier prisme (2) et une deuxième face externe (6) du deuxième prisme (3), - au moins l'un des prismes (2, 3) comprenant une face d'entrée (11) pour recevoir un faisceau lumineux incident, l'interface séparatrice (4) étant configurée pour diviser le faisceau incident en deux faisceaux partiels, les premier et deuxième faces externes (5, 6) étant chacune configurée pour réfléchir intégralement ou partiellement l'un des faisceaux partiels, et - les prismes (2, 3) comprenant chacun une face de sortie (15, 16) permettant la sortie d'un premier et d'un deuxième faisceaux lumineux sortant (20, 21), respectivement; - un filtre spatial (9) configuré pour former un faisceau de référence à partir d'un des faisceaux partiels, le dispositif (1) étant configuré pour faire interférer le faisceau de référence et l'autre des faisceaux partiels pour former les faisceaux sortants (20, 21).

Description

    Dispositif interférométrique Mach-Zehnder
  • La présente invention concerne un dispositif interférométrique Mach-Zehnder.
  • Le domaine de l'invention est, de manière non limitative, celui des composants d’optique adaptative et de métrologie optique.
    •  Etat de la technique
  • Les interféromètres de type Mach-Zehnder sont utilisés dans de nombreux domaines. Un faisceau lumineux incident est divisée en deux faisceaux lumineux différents de même intensité par un séparateur de faisceau. Après leur propagation sur deux chemins optiques différents, les faisceaux sont recombinés par un autre séparateur de faisceaux. Des interférences peuvent alors être observés en sortie de l’interféromètre.
  • Ces interféromètres Mach-Zehnder peuvent être utilisés pour réaliser des mesures de phase d’une onde électromagnétique. Par exemple, des mesures de surface d’un objet transparent introduit dans le trajet optique d'un des deux faisceaux permettent d’évaluer sa planéité ou sphéricité. Des interféromètres Mach-Zehnder sont notamment mis en œuvre dans le cadre de l’analyse de front d’onde, en mesurant la source de lumière elle-même. Ceci nécessite la création d’une référence de phase obtenue par filtrage spatial. Ces dispositifs sont utilisés, entre autres, dans le domaine de l’optique adaptative, pour pouvoir éliminer les déformations des fronts d’onde subies suite à des perturbations (par exemple, atmosphériques ou dû à des aberrations optiques). Ce type d’analyseurs de front d’onde sont alors utilisés, par exemple, dans des télescopes. Les dispositifs de type Mach-Zehnder classiques sont difficiles à mettre en œuvre et sont très sensibles à toute variation de l’indice de l’air entre les 2 bras.
    •
  • Il est un but de l’invention de proposer un dispositif interférométrique de type Mach-Zehnder solide et compacte.
  • Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif interférométrique de type Mach-Zehnder pouvant être mis en œuvre dans des systèmes d’analyse de front d’onde pour des composants d’optique adaptative.
  • Il est encore un but de la présente invention de proposer un dispositif interférométrique dont la mise en œuvre est aisée, fiable et ne souffrant pas de problèmes d’alignement.
  • Au moins un de ces buts est atteint avec un dispositif interférométrique Mach-Zehnder, comprenant :
    • au moins un premier prisme et un deuxième prisme,
      • les prismes étant assemblés ensemble de façon à former un monobloc, les prismes formant une interface séparatrice de faisceaux entre eux, l’interface séparatrice étant parallèle à une première face externe du premier prisme et une deuxième face externe du deuxième prisme,
      • au moins l’un des prismes comprenant une face d’entrée pour recevoir un faisceau lumineux incident, l’interface séparatrice étant configurée pour diviser le faisceau incident en deux faisceaux partiels, les premier et deuxième faces externes étant chacune configurée pour réfléchir intégralement ou partiellement l’un des faisceaux partiels, et
      • les prismes comprenant chacun une face de sortie permettant la sortie d’un premier et d’un deuxième faisceaux lumineux sortant, respectivement ;
    • un filtre spatial configuré pour former un faisceau de référence à partir d’un des faisceaux partiels,
      le dispositif étant configuré pour faire interférer le faisceau de référence et l’autre des faisceaux partiels pour former les faisceaux sortants.
  • Le dispositif interférométrique selon l’invention permet de mesurer avec une précision nanométrique le front d’onde réfléchi ou transmis par une surface optique ou non ce qui permet de mesurer sa forme et/ou l’indice de réfraction du matériau qui la constitue.
  • Le dispositif interférométrique solide Mach-Zehnder peut être utilisé comme analyseur de front d’onde, et notamment pour des systèmes d’optique adaptative, par exemple pour des très grands télescopes (Very Large Telescopes).
  • Avantageusement, la première face externe peut être pourvue d’une couche de déphasage d’épaisseur λ/8.
  • Dans ce cas, les faisceaux sortants sont déphasés de 180° l’un par rapport à l’autre, permettant une simplification linéaire de la mesure de phase aux petits déphasages.
  • Selon d’autres exemples, l’épaisseur de la couche de déphasage déposée sur la première face externe peut varier entre 0 et λ/2.
  • Selon un mode de mise en œuvre, l’interface séparatrice de faisceaux entre le premier et le deuxième prisme peut comprendre une monocouche d’épaisseur λ/4.
  • Une monocouche est particulièrement adaptée lorsqu’une source lumineuse à faible cohérence est utilisée.
  • Alternativement, l’interface séparatrice de faisceaux entre le premier et le deuxième prisme peut comprendre une multicouche d’épaisseur λ/4.
  • Une multicouche est particulièrement adaptée lorsqu’une source lumineuse monochrome est utilisée.
  • De manière avantageuse, les premier et deuxième faces externes parallèles à l’interface séparatrice de faisceaux sont pourvues de couches réfléchissantes ou semi-réfléchissantes.
  • Ce traitement permet d’éviter les pertes liées à la transmission des faisceaux lumineux vers l’extérieur du dispositif. Sur l’une des faces externes, la couche réfléchissante ou semi-réfléchissante permet de réaliser le filtrage spatial.
  • Avantageusement, les faces de sortie peuvent être chacune pourvue d’une couche anti-réfléchissante.
  • La puissance lumineuse transmise à l’extérieur du dispositif est ainsi optimisée.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, les au moins deux prismes peuvent être assemblés l’un à l’autre par adhésion moléculaire.
  • Aucun adhésif ou autre moyen de fixation n’est alors nécessaire pour assembler les prismes. Aussi, cette technique d’adhésion ne modifie pas la différence de chemins optiques parcourus par le faisceau de référence et l’autre des faisceaux partiels. Elle est de ce fait particulièrement adaptée lorsque le dispositif interférométrique est mis en œuvre avec une source lumineuse à faible cohérence, telle qu’une source blanche.
  • Alternativement, les deux prismes peuvent être assemblés l’un à l’autre au moyen d’une colle à adaptation d’indice.
  • La couche de colle présentant une certaine épaisseur optique, cette alternative d’adhésion est adaptée uniquement lorsque le dispositif est mis en œuvre avec une source lumineuse monochrome ayant une grande longueur de cohérence.
  • Selon un mode de mise en œuvre avantageux, les faces d’entrée et/ou de sortie des prismes peuvent être inclinées par rapport à l’interface séparatrice d’un angle de 45°.
  • De cette façon, les faisceaux incidents et sortants ont un angle d’incidence et de sortie proche de 0.
  • Selon un mode de réalisation du dispositif, le filtre spatial peut comprendre au moins une pastille réfléchissante ou semi-réfléchissante déposée sur la face externe du deuxième prisme.
  • Selon des exemples, l’au moins une pastille réfléchissante peut avoir une forme elliptique, carrée, circulaire, ou toute autre forme bidimensionnelle.
  • La pastille réfléchissante peut être de même nature (matériau, épaisseur) que la couche réfléchissante ou semi-réfléchissante déposée sur la face externe du premier prisme.
  • Avantageusement, les prismes du dispositif selon l’invention peuvent être fabriqués en BK7 ou silicium, ou tout autre matériau optique faiblement dispersif.
    • Description des figures et modes de réalisation
  • D’autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l’examen de la description détaillée d’exemples nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :
    • la est une représentation schématique d’un dispositif interférométrique selon un mode de réalisation ;
    • la montre schématiquement un filtre spatial du dispositif selon un mode de réalisation; et
    • la est une photographie d’un dispositif interférométrique selon un mode de réalisation de l’invention.
  • Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.
  • Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures peuvent conserver la même référence.
  • La est une représentation schématique d’un dispositif interférométrique de type Mach-Zehnder selon un mode de réalisation de la présente invention.
  • Le dispositif 1 comprend deux prismes 2, 3, dits prismes. Dans le mode de réalisation représentée sur la , les prismes 2, 3 sont identiques. Ils ont chacun la forme d’une plaque à deux côtes parallèles. Le premier prisme 2 et le deuxième prisme 3 constituent la base de l’interféromètre de type Mach-Zehnder. Les deux prismes 2, 3 sont assemblés de sorte à former une interface 4 entre eux.
  • De préférence, les prismes 2, 3 sont assemblés l’un à l’autre par adhésion moléculaire.
  • Alternativement, les prismes 2,3 peuvent aussi être assemblés au moyen d’une colle à adaptation d’indice. La colle ajoutant une épaisseur supplémentaire à l’épaisseur des prismes, le trajet optique est rallongé pour les faisceaux traversant la couche de colle. Cette alternative d’adhésion est donc notamment adaptée lorsque le dispositif est mis en œuvre avec une source lumineuse monochrome ayant une grande longueur de cohérence.
  • Le matériau des prismes 2,3 est un matériau faiblement dispersif à la longueur d’onde mise en œuvre du dispositif 1. Par exemple, pour des longueurs d’onde entre environ 600 et 950 nm, le matériau peut être du silicium ou BK7, ou tout autre matériau faiblement dispersif adapté.
  • L’interface 4 entre les deux prismes 2, 3 est une interface séparatrice constituant un séparateur de faisceau lumineux. Telle que représentée sur la , l’interface séparatrice comprend une couche 17 d’épaisseur λ/4. Selon un exemple, pour une longueur d’onde de 850 nm, cette couche peut être une monocouche de Ti3O5.
  • Toujours en référence à la , la face externe 5 du premier prisme 2, parallèle à l’interface séparatrice 4, est revêtue d’une couche réfléchissante 7. Cette première face externe 5, dite longitudinale, agit comme un miroir grâce à la couche réfléchissante 7.
  • La couche réfléchissante peut être, par exemple, une couche Ag avec une réflectivité R > 95% à une longueur d’onde de 850 nm.
  • La première face externe 5 est également pourvue d’une couche de déphasage 18 d’épaisseur λ/8. Il peut s’agir, par exemple, d’une couche de SiO2 pour une longueur d’onde d’opération de 850 nm.
  • La face externe 6 longitudinale du deuxième prisme 3, également parallèle à l’interface séparatrice 4, comporte un filtre spatial 9. Dans l’exemple représenté sur la , le filtre spatial 9 consiste en une pastille réfléchissante. La pastille réfléchissante 9 peut être de la même nature que la couche réfléchissante 7 de la première face externe 5, c’est-à-dire, du même matériau et/ou de la même épaisseur.
  • Un exemple d’un filtre spatial 9 est illustré dans la , montrant la face externe 6 du deuxième prisme de dessous. Ici, le filtre spatial 9 consiste en une pastille réfléchissante de forme elliptique.
  • Selon d’autres exemples, la pastille peut avoir une forme circulaire, carrée, ovale, oblongue apodisé, etc.
  • Bien entendu, le filtre spatial peut se présenter sous d’autres formes. Il peut notamment être combiné à un décalage de phase.
  • Lors de sa mise en œuvre, un faisceau lumineux 10 entre dans le dispositif par l’une des faces latérales 11 du premier prisme 2 (celui qui ne comporte pas le filtre spatial 9). Selon un exemple, le faisceau lumineux a un numéro d’ouverture 60 et est focalisé sur le filtre spatial 9. Le faisceau 10 est divisé en deux faisceaux partiels 13, 14 par le séparateur de faisceaux 4. Un des faisceaux partiels est réfléchi par le séparateur 4 puis réfléchi par la face externe 2 agissant comme un miroir ; il constitue le faisceau objet. L’autre faisceau partiel est transmis par le séparateur 4 puis réfléchi au niveau du filtre spatial 9. Le faisceau réfléchi au niveau du filtre spatial 9 constitue le faisceau de référence. Des interférences entre le faisceau objet et le faisceau de référence peuvent être détectés à chacune des deux faces de sortie 15, 16 (faisceaux 20, 21). Avec les dispositifs selon le mode de réalisation tel que représenté sur la , les signaux 20, 21 des deux sorties sont déphasés de 180° degrés l’un par rapport à l’autre.
  • Les faces externes longitudinales 5, 6 ainsi que l’interface séparatrice 4 entre les prismes 2, 3 doivent être parfaitement parallèles entre elles. De préférence, le défaut de parallélisme entre ces surfaces optiques doit être inférieur à 0,02 mrad. Aussi, l’épaisseur des prismes 2, 3 entre l’interface séparatrice 4 et leur face externe 5, 6, respectivement, doit être la même pour les deux prismes, de préférence avec une différence entre les deux épaisseurs de moins de 0,001 mm. L’épaisseur peut être, par exemple, d’environ 20 mm.
  • Pour répondre à ces deux contraintes, les deux prismes 2, 3 peuvent, par exemple, être obtenus à partir d’une seule et même plaque de matériau aux faces parallèles.
  • La montre une photographie d’un dispositif interférométrique de type Mach-Zehnder selon un mode de réalisation de la présente invention. Une règle posée à côté du dispositif permet d’apprécier les dimensions du dispositif.
  • A titre d’exemple, l’interface séparatrice 4 du dispositif 1 peut avoir une longueur (dans le plan de la feuille) d’environ 80 mm, les faces externes 5, 6 parallèles à l’interface séparatrice 4 peuvent chacune avoir une longueur d’environ 40 mm, avec une épaisseur et une profondeur de chaque prisme 2, 3 d’environ 20 mm. Ces valeurs peuvent bien entendu être adaptées selon l’application souhaitée du dispositif.
  • Dans les modes de réalisation représentés sur les Figures 1 et 3, les faces latérales 11, 12, 15, 16 des deux prismes 2, 3, dont la face d’entrée et les deux faces de sortie décrites ci-dessus, sont chacune orientées à un angle d’environ 45° par rapport à l’interface séparatrice 4. La face d’entrée 11 et les faces de sortie 15, 16 comportent un traitement anti-réfléchissant, de préférence large bande.
  • Au moins toutes les surfaces optiques, c’est-à-dire, réfléchissant ou transmettant des faisceaux lumineux lors de la mise en œuvre du dispositif, doivent être polies de manière à avoir une rugosité inférieure à λ/10, afin de garantir une bonne qualité de mesure.
  • L’invention peut être utilisée dans de nombreux systèmes interférométriques pour diverses applications, notamment :
    • la caractérisation de surfaces optiques de très haute précision, telles que les miroirs de télescopes et les segments de miroirs de grands télescopes,
    • le contrôle des processus de polissage mécanique ou chimique de surfaces optiques de précision ou encore la surface de substrats (wafer) dans le secteur de la microélectronique et des semi-conducteurs,
    • les systèmes d'imagerie longue portée, satellites d'observation et systèmes de communications optiques par satellite, nécessitant des corrections de faisceaux optiques pour les liaisons entre satellites ou avec la surface terrestre,
    • les systèmes dans le domaine de la métrologie XUV et des lignes de lumière avec les extrêmes ultraviolets et les miroirs à rayons X ou dans le secteur de la microphotonique et de l'optique intégrée.
  • Enfin l’invention peut être avantageusement utilisée dans le domaine de la biologie cellulaire, notamment pour l'imagerie de phase de cellules ou la microscopie par excitation à feuille de lumière (SPIM, Selective Plane Illumination Microscop y) à 2 photons.
  • Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.
    •

Claims (8)

  1. Dispositif (1) interférométrique Mach-Zehnder, comprenant :
    • au moins un premier prisme (2) et un deuxième prisme (3),
      • les prismes (2, 3) étant assemblés ensemble de façon à former un monobloc, les prismes (2, 3) formant une interface (4) séparatrice de faisceaux entre eux, l’interface séparatrice (4) étant parallèle à une première face externe (5) du premier prisme (2) et une deuxième face externe (6) du deuxième prisme (3),
      • au moins l’un des prismes (2, 3) comprenant une face d’entrée (11) pour recevoir un faisceau lumineux incident, l’interface séparatrice (4) étant configurée pour diviser le faisceau incident en deux faisceaux partiels, les premier et deuxième faces externes (5, 6) étant chacune configurée pour réfléchir intégralement ou partiellement l’un des faisceaux partiels, et
      • les prismes (2, 3) comprenant chacun une face de sortie (15, 16) permettant la sortie d’un premier et d’un deuxième faisceaux lumineux sortant (20, 21), respectivement ;
    • un filtre spatial (9) configuré pour former un faisceau de référence à partir d’un des faisceaux partiels,
    le dispositif (1) étant configuré pour faire interférer le faisceaux de référence et l’autre des faisceaux partiels pour former les faisceaux sortants (20, 21).
  2. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première face externe (5) est pourvue d’une couche de déphasage d’épaisseur λ/8.
  3. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’interface (4) séparatrice de faisceaux comprend une monocouche d’épaisseur λ/4.
  4. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier et deuxième faces externes (5, 6) parallèles à l’interface séparatrice (4) sont pourvues de couches réfléchissantes ou semi-réfléchissantes.
  5. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces de sortie (15, 16) sont chacune pourvue d’une couche anti-réfléchissante.
  6. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les au moins deux prismes (2, 3) sont assemblés l’un à l’autre par adhésion moléculaire ou au moyen d’une colle à adaptation d’indice.
  7. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces d’entrée et/ou de sortie (11, 15, 16) sont inclinées par rapport à l’interface séparatrice (4) d’un angle de 45°.
  8. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre spatial (9) comprend au moins une pastille réfléchissante ou semi-réfléchissante déposée sur la face externe du deuxième prisme (3).
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RU2405179C1 (ru) * 2009-10-13 2010-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Электрооптический модулятор по схеме интерферометра маха-цендера

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