FR2933494A1 - DEVICE FOR OPTICALLY CHARACTERIZING AN OBJECT OF VERY SMALL DIMENSIONS - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de caractérisation optique d'un objet (75) de très petites dimensions, comprenant une source lumineuse large bande ; un séparateur de polarisations (67) recevant la lumière de la source lumineuse et fournissant un premier faisceau de direction achromatique (69) d'une première polarisation et un second faisceau (71) d'une deuxième polarisation, perpendiculaire à la première polarisation ; un moyen de focalisation (73) des premier et second faisceaux sur un support (77) portant l'objet, l'objet à caractériser étant disposé au point de focalisation du premier faisceau ; un moyen d'interférence entre les faisceaux ayant et n'ayant pas interagi avec l'objet, d'où il résulte que l'on peut déterminer la constante diélectrique de l'objet ; et un moyen compensateur de déphasage (81) placé avant le moyen d'interférence.The invention relates to a device for optical characterization of an object (75) of very small size, comprising a broadband light source; a polarization splitter (67) receiving light from the light source and providing a first achromatic steering beam (69) of a first polarization and a second beam (71) of a second polarization perpendicular to the first polarization; focusing means (73) of the first and second beams on a support (77) carrying the object, the object to be characterized being arranged at the point of focus of the first beam; interference means between the beams having and not interacting with the object, whereby the dielectric constant of the object can be determined; and phase shift compensating means (81) placed before the interference means.
Description
B8744 - DD10414 1 DISPOSITIF DE CARACTÉRISATION OPTIQUE D'UN OBJET DE TRÈS PETITES DIMENSIONS B8744 - DD10414 1 DEVICE FOR OPTICALLY CHARACTERIZING AN OBJECT OF VERY LITTLE DIMENSIONS
Domaine de l'invention La présente invention concerne des dispositifs de caractérisation optique et, plus particulièrement, des dispositifs de caractérisation d'objets de très petites dimensions. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to optical characterization devices and, more particularly, devices for characterizing objects of very small dimensions.
Exposé de l'art antérieur Par "objet de très petites dimensions", on entendra ici des nanoparticules, par exemple une particule isolée ou un groupement isolé de particules, dont les dimensions sont inférieures à la longueur d'onde de faisceaux lumineux allant du proche ultraviolet au proche infrarouge. Par exemple, on considèrera des nanoparticules diélectriques, métalliques ou semi-conductrices dont les dimensions sont comprises entre le nana-mètre et quelques dizaines de nanomètres. On cherche ici à caractériser la réponse en amplitude et en phase d'objets isolés de très petites dimensions. Plus particulièrement, on cherche à mesurer la partie réelle et la partie imaginaire de la constante diélectrique de l'objet ou, de façon équivalente, son indice et son absorption. La publication intitulée "Measurement of the complex dielectric constant of a single gold nanoparticle", Optics Letters 31, 2474 (2006), décrit une technique permettant d'obte- B8744 - DD10414 BACKGROUND OF THE PRIOR ART "Object of very small dimensions" will be understood here to mean nanoparticles, for example an isolated particle or an isolated group of particles, the dimensions of which are less than the wavelength of light beams going from the near ultraviolet to near infrared. For example, we will consider dielectric nanoparticles, metal or semiconductors whose dimensions are between the nanometer-meter and a few tens of nanometers. We seek here to characterize the amplitude and phase response of isolated objects of very small dimensions. More particularly, it is sought to measure the real part and the imaginary part of the dielectric constant of the object or, equivalently, its index and its absorption. The publication titled "Measurement of the complex dielectric constant of a single gold nanoparticle", Optics Letters 31, 2474 (2006), describes a technique for obtaining B8744 - DD10414
2 nir de telles caractéristiques. Cette technique utilise un microscope à contraste interférentiel différentiel et permet d'obtenir l'amplitude et la phase d'un faisceau diffracté par une particule d'or de dimensions comprises entre 10 nm et 15 nm. 2 such characteristics. This technique uses a differential interference contrast microscope and makes it possible to obtain the amplitude and the phase of a beam diffracted by a gold particle of dimensions between 10 nm and 15 nm.
La figure 1 illustre le dispositif de mesure présenté dans cette publication. Un faisceau lumineux 1 de polarisation circulaire provenant d'une source de lumière blanche atteint une séparatrice 3 qui fournit un faisceau lumineux 5, perpendiculaire au faisceau 1, en direction d'un support portant la nanoparticule à caractériser. Le faisceau lumineux 5 passe dans un séparateur de polarisations 7 qui est un biprisme de Wollaston de type Nomarski. En sortie du séparateur de polarisations 7, deux faisceaux 9 et 11 sont formés dans des directions différentes. Les faisceaux 9 et 11 ont des polarisations rectilignes perpendiculaires. Par exemple, le faisceau 9 est polarisé à 135° et le faisceau 11 est polarisé à 45° par rapport à l'axe de référence du séparateur. Les faisceaux 9 et 11 atteignent un objectif de microscope 13 qui fournit des faisceaux 15 et 17 focalisés sur un support 19 sur lequel une nanoparticule 21 à caractériser est positionnée. La nanoparticule 21 est disposée au point de focalisation du faisceau 15, tandis que le point de focalisation du faisceau 17 est situé en un emplacement quel-conque du support 19 proche de l'emplacement de la nanoparticule. Figure 1 illustrates the measuring device presented in this publication. A circular polarization light beam 1 from a white light source reaches a separator 3 which provides a light beam 5, perpendicular to the beam 1, in the direction of a support carrying the nanoparticle to be characterized. The light beam 5 passes through a polarization splitter 7 which is a Wollaston biprism of the Nomarski type. At the output of the polarization separator 7, two beams 9 and 11 are formed in different directions. The beams 9 and 11 have perpendicular rectilinear polarizations. For example, the beam 9 is polarized at 135 ° and the beam 11 is polarized at 45 ° with respect to the reference axis of the separator. The beams 9 and 11 reach a microscope objective 13 which provides beams 15 and 17 focused on a support 19 on which a nanoparticle 21 to be characterized is positioned. The nanoparticle 21 is disposed at the point of focus of the beam 15, while the focal point of the beam 17 is located at any location of the support 19 close to the location of the nanoparticle.
Une partie de chacun des faisceaux lumineux 15 et 17 est renvoyée. Le retour du faisceau 15 correspond à des contributions de la nanoparticule et du support. Le retour du faisceau 17 correspond à une contribution du seul support. Les faisceaux renvoyés passent dans l'objectif de microscope 13 puis dans le séparateur de polarisations 7 qui fournit un faisceau unique 5 qui est la superposition des deux faisceaux réfléchis de polarisations orthogonales, remis dans un même état de polarisation. Le faisceau 5 passe dans la séparatrice 3 et forme un faisceau 23 qui atteint un séparateur de polarisations de type biprisme de Wollaston 25. Les axes du séparateur de polarisations 25 sont B8744 - DD10414 Part of each of the light beams 15 and 17 is returned. The return of beam 15 corresponds to contributions of the nanoparticle and the support. The return of the beam 17 corresponds to a contribution of the only support. The returned beams pass into the microscope objective 13 and then into the polarization splitter 7 which provides a single beam 5 which is the superposition of the two reflected beams of orthogonal polarizations, returned to the same state of polarization. The beam 5 passes into the separator 3 and forms a beam 23 which reaches a polarization splitter of Wollaston biprism type 25. The axes of the polarization splitter 25 are B8744 - DD10414
3 orientés à 45° par rapport aux polarisations des faisceaux 9 et 11 fournis par le séparateur de polarisations 7. Le séparateur de polarisations 25 fournit deux faisceaux 27 et 29 de polarisations perpendiculaires. Par exemple, le faisceau 27 est polarisé à 0° et le faisceau 29 à 90° par rapport à l'axe de référence du séparateur. Les faisceaux 27 et 29 passent dans un réseau de diffraction holographique 31 puis sont projetés sur un dispositif de capture d'image 35 par l'intermédiaire d'une lentille 33. Les projections détectées par le dispositif de capture 35 sont représentatives des interférences entre les parties de faisceaux ayant interagi ou non avec la nanoparticule. On déduit de ces projections l'amplitude et la phase de l'onde diffractée par la nanoparticule ou, de façon équivalente, les deux composantes (partie réelle et partie imaginaire) de la constante diélectrique de la particule. La publication susmentionnée indique un fonctionnement dans une plage de longueurs d'onde allant de 480 nm à 610 nm, c'est-à-dire dans une petite partie du spectre visible. Résumé Il existe un besoin d'un système de caractérisation d'une nanoparticule de très petites dimensions sur une grande plage de longueurs d'onde, par exemple du proche ultraviolet au proche infrarouge. Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un dispositif de caractérisation optique d'un objet de très petites dimensions, comprenant une source lumineuse large bande ; un séparateur de polarisations recevant la lumière de la source lumineuse et fournissant un premier faisceau de direction achromatique d'une première polarisation et un second faisceau d'une deuxième polarisation, perpendiculaire à la première pola- risation ; un moyen de focalisation des premier et second faisceaux sur un support portant l'objet, l'objet à caractériser étant disposé au point de focalisation du premier faisceau ; un moyen d'interférence entre les faisceaux ayant et n'ayant pas interagi avec l'objet, d'où il résulte que l'on peut déterminer B8744 - DD10414 3 oriented at 45 ° with respect to the polarizations of the beams 9 and 11 provided by the polarization separator 7. The polarization separator 25 provides two beams 27 and 29 of perpendicular polarizations. For example, the beam 27 is polarized at 0 ° and the beam 29 at 90 ° with respect to the reference axis of the separator. The beams 27 and 29 pass into a holographic diffraction grating 31 and are then projected onto an image pickup device 35 via a lens 33. The projections detected by the capture device 35 are representative of the interferences between the images. parts of beams having interacted or not with the nanoparticle. From these projections are deduced the amplitude and the phase of the wave diffracted by the nanoparticle or, in an equivalent way, the two components (real part and imaginary part) of the dielectric constant of the particle. The aforementioned publication indicates operation in a wavelength range from 480 nm to 610 nm, i.e., in a small portion of the visible spectrum. Abstract There is a need for a system for characterizing a nanoparticle of very small dimensions over a wide range of wavelengths, for example near ultraviolet to near infrared. Thus, an embodiment of the present invention provides a device for optical characterization of an object of very small dimensions, comprising a broadband light source; a polarization splitter receiving light from the light source and providing a first achromatic steering beam of a first polarization and a second beam of a second polarization perpendicular to the first polarization; means for focusing the first and second beams on a support carrying the object, the object to be characterized being disposed at the focusing point of the first beam; interference means between the beams having and not interacting with the object, whereby it can be determined that B8744 - DD10414
4 la constante diélectrique de l'objet ; et un moyen compensateur de déphasage placé avant le moyen d'interférence. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le séparateur de polarisations est de type biprisme de Rochon. 4 the dielectric constant of the object; and phase shift compensating means placed before the interference means. According to one embodiment of the present invention, the polarization separator is of the Rochon biprism type.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen compensateur de déphasage est une lame en un matériau identique à celui du biprisme ayant ses axes neutres parallèles aux polarisations des premier et second faisceaux. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen d'interférence comprend ledit séparateur de polarisations qui combine les faisceaux diffractés ayant et n'ayant pas interagi avec l'objet, et un moyen d'analyse du faisceau combiné. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen d'interférence comprend un deuxième séparateur de polarisations qui combine les faisceaux transmis ayant et n'ayant pas interagi avec l'objet, et un moyen d'analyse du faisceau combiné. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen d'analyse du faisceau combiné comprend un troisième séparateur de polarisations de type biprisme de Wollaston dont les axes sont orientés à 45° par rapport aux polarisations des premier et second faisceaux, et un spectromètre qui analyse les faisceaux fournis par le troisième séparateur de polarisations. According to one embodiment of the present invention, the phase shift compensating means is a blade made of a material identical to that of the biprism having its neutral axes parallel to the polarizations of the first and second beams. According to an embodiment of the present invention, the interference means comprises said polarization splitter which combines the diffracted beams having and not interacted with the object, and a combined beam analysis means. According to one embodiment of the present invention, the interference means comprises a second polarization separator which combines the transmitted beams having and not interacted with the object, and a combined beam analysis means. According to one embodiment of the present invention, the combined beam analysis means comprises a third Wollaston biprism type polarization separator whose axes are oriented at 45 ° with respect to the polarizations of the first and second beams, and a spectrometer which analyzes the beams provided by the third polarization splitter.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'objet a des dimensions inférieures à 15 nanomètres. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, illustre un dispositif connu de caractérisation optique d'une nanoparticule ; B8744 - DD10414 According to one embodiment of the present invention, the object has dimensions less than 15 nanometers. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS These and other objects, features, and advantages will be set forth in detail in the following description of particular embodiments in a non-limiting manner with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. , illustrates a known device for optical characterization of a nanoparticle; B8744 - DD10414
la figure 2 illustre le comportement d'un séparateur de polarisations de type biprisme de Rochon éclairé par des faisceaux de longueurs d'onde différentes ; la figure 3 illustre un dispositif de caractérisation 5 selon un mode de réalisation de l'invention fonctionnant en réflexion ; et la figure 4 illustre un dispositif de caractérisation selon un autre mode de réalisation de l'invention fonctionnant en transmission. FIG. 2 illustrates the behavior of a Rochon biprism type polarization splitter illuminated by beams of different wavelengths; FIG. 3 illustrates a characterization device 5 according to one embodiment of the invention operating in reflection; and FIG. 4 illustrates a characterization device according to another embodiment of the invention operating in transmission.
Par souci de clarté, les différentes figures sont tracées sans respect d'échelle. Description détaillée Les inventeurs ont cherché à reproduire le dispositif de caractérisation de la figure 1 dans le but de caractériser une nanoparticule sur une plage spectrale importante. Cependant, ils ont noté qu'il était difficile sinon impossible d'obtenir une caractérisation précise sur toute la plage de longueurs d'onde donnée dans la publication (480-610 nm). Il était a fortiori impossible d'augmenter la plage spectrale de mesure. For the sake of clarity, the different figures are drawn without respect of scale. The inventors have sought to reproduce the characterization device of FIG. 1 in order to characterize a nanoparticle over a large spectral range. However, they noted that it was difficult if not impossible to obtain accurate characterization over the entire range of wavelengths given in the publication (480-610 nm). It was a fortiori impossible to increase the spectral range of measurement.
Pour déterminer la cause de ce problème, les inventeurs ont utilisé le dispositif de la figure 1 avec une source lumineuse monochromatique dont ils ont fait varier la longueur d'onde. Les inventeurs ont noté que, lorsque la longueur d'onde du faisceau arrivant sur le biprisme de Wollaston varie, les directions des faisceaux fournis en sortie du séparateur varient. Ceci est dû à la dispersion chromatique du matériau biréfringent du biprisme. Ainsi, au-dessus et en dessous d'une certaine fréquence, le faisceau supposé atteindre la nanoparticule à caractériser ne l'atteint que partiellement ou n'atteint que le support à côté de la nanoparticule. On pourrait alors envisager de déplacer le support de la nanoparticule en fonction de la longueur d'onde du faisceau incident de façon à replacer celle-ci dans le faisceau focalisé. Cependant, il est relativement contraignant de prévoir un sys- tème de déplacement de la nanoparticule dans le plan de son B8744 - DD10414 To determine the cause of this problem, the inventors used the device of FIG. 1 with a monochromatic light source whose wavelength was varied. The inventors have noted that, when the wavelength of the beam arriving on the Wollaston biprism varies, the beam directions provided at the output of the separator vary. This is due to the chromatic dispersion of the birefringent material of biprism. Thus, above and below a certain frequency, the beam supposed to reach the nanoparticle to be characterized only partially reaches it or only reaches the support next to the nanoparticle. One could then consider moving the support of the nanoparticle according to the wavelength of the incident beam so as to replace it in the focused beam. However, it is relatively restrictive to provide a system for moving the nanoparticle in the plane of its B8744 - DD10414
6 support. De plus, même si le déplacement du support de la nanoparticule était aisé, la mesure devrait être faite longueur d'onde par longueur d'onde. Il ne serait pas possible de caractériser la nanoparticule en effectuant une mesure simultanée sur toutes les longueurs d'onde avec une source lumineuse de grande largeur spectrale. Ainsi, les inventeurs ont recherché un système permet-tant de caractériser une nanoparticule sur une grande plage spectrale, de l'ordre de plusieurs centaines de nanomètres, et cela en conservant le support de la nanoparticule immobile. Pour cela, ils ont étudié le comportement, en fonction de la longueur d'onde, de différents séparateurs de polarisations. Ils ont d'abord recherché des structures symétriques qui présentent l'avantage, comme le montage à biprisme de Wollaston, de fournir des chemins optiques égaux pour les diverses polarisations mais n'ont pas trouvé de structure qui fournisse des résultats satisfaisants. Les inventeurs ont alors essayé d'utiliser des séparateurs de polarisations asymétriques. La figure 2 illustre le comportement d'un séparateur 20 de polarisations de type biprisme de Rochon éclairé par des faisceaux de longueurs d'onde XI et X2 différentes. En figure 2, on considère un système éclairé par un faisceau incident 41, comprenant un biprisme de Rochon 43 et un objectif de focalisation 45 qui focalise les deux faisceaux 25 fournis par le biprisme 43 sur un support 47. Lorsque le faisceau incident 41 a une longueur d'onde XI, le biprisme de Rochon forme deux faisceaux 49 et 51 dont les polarisations sont perpendiculaires. Le faisceau 49 n'est pas dévié par le biprisme de Rochon et est dirigé par l'objectif 45 30 de façon à atteindre le support 47 dans l'alignement du faisceau 41. Le faisceau 51, dévié par le biprisme de Rochon, est focalisé par l'objectif 45 de façon à atteindre le support 47, à côté du point de focalisation du faisceau 49. Lorsque le faisceau incident 41 a une longueur d'onde 35 X2 différente de XI, le biprisme de Rochon forme deux faisceaux B8744 - DD10414 6 support. Moreover, even if the displacement of the support of the nanoparticle was easy, the measurement should be made wavelength by wavelength. It would not be possible to characterize the nanoparticle by performing a simultaneous measurement on all wavelengths with a light source of great spectral width. Thus, the inventors have searched for a system that makes it possible to characterize a nanoparticle over a large spectral range, of the order of several hundred nanometers, while maintaining the support of the immobile nanoparticle. For this, they studied the behavior, according to the wavelength, of different polarization separators. They first looked for symmetrical structures that have the advantage, such as the Wollaston biprism mount, of providing equal optical paths for the various polarizations but have not found a structure that provides satisfactory results. The inventors then tried to use asymmetric polarization separators. FIG. 2 illustrates the behavior of a Rochon biprism type polarization splitter 20 illuminated by beams of different wavelengths XI and X2. FIG. 2 considers a system illuminated by an incident beam 41, comprising a Rochon biprism 43 and a focusing objective 45 which focuses the two beams 25 provided by the biprism 43 on a support 47. When the incident beam 41 has a wavelength XI, Rochon's biprism forms two beams 49 and 51 whose polarizations are perpendicular. The beam 49 is not deflected by the Rochon biprism and is directed by the objective 45 30 so as to reach the support 47 in the alignment of the beam 41. The beam 51, deflected by the Rochon biprism, is focused. by the objective 45 so as to reach the support 47, next to the focal point of the beam 49. When the incident beam 41 has a wavelength λ 2 different from XI, the Rochon biprism forms two beams B8744 - DD10414
7 49 et 53 dont les polarisations sont perpendiculaires. Le faisceau 49 (non dévié) est identique à celui formé lorsque le faisceau incident a une longueur d'onde X1 et atteint le support 47 dans l'alignement du faisceau 41. Le faisceau 53 est polarisé par l'objectif de polarisation 45 de façon à atteindre le support 47, à côté du point de focalisation du faisceau 49, mais en un emplacement différent de celui du faisceau 51. Ainsi, contrairement à un biprisme de Wollaston (ou de Nomarski), un biprisme de Rochon fournit un faisceau 49 dont la direction ne varie pas avec la longueur d'onde (faisceau non dévié). De plus, dans un biprisme de Rochon en un matériau tel que le fluorure de magnésium, MgF2, la séparation des polarisations est efficace des longueurs d'onde allant du proche ultraviolet (130 nm) à l'infrarouge (6 }gym). 49 and 53 whose polarizations are perpendicular. The beam 49 (not deviated) is identical to that formed when the incident beam has a wavelength λ1 and reaches the support 47 in the alignment of the beam 41. The beam 53 is polarized by the polarization objective 45 to reach the support 47, next to the focal point of the beam 49, but at a different location from that of the beam 51. Thus, unlike a Wollaston (or Nomarski) biprism, a Rochon biprism provides a beam 49 of which the direction does not vary with the wavelength (non-deflected beam). Moreover, in a Rochon biprism made of a material such as magnesium fluoride, MgF2, the separation of the polarizations is effective at wavelengths ranging from near ultraviolet (130 nm) to infrared (6} gym).
Par rapport à un biprisme de Wollaston dans lequel les faisceaux émergents sont symétriques, un biprisme de Rochon fournit des faisceaux asymétriques. De plus, il introduit une différence de marche entre les faisceaux des deux polarisations et cette différence de marche dépend de la longueur d'onde. Ces deux inconvénients du biprisme de Rochon (asymétrie des faisceaux et différence de marche) devraient conduire à écarter ce séparateur de polarisations d'applications en interférométrie différentielle. Les inventeurs ont toutefois montré que, pour la caractérisation de nanoparticules, ce séparateur de polarisa- tions pouvait avantageusement être utilisé. Ainsi, les inventeurs ont décidé d'effectuer une caractérisation optique d'une nanoparticule en tirant profit des propriétés des biprismes de Rochon. La figure 3 illustre un dispositif de caractérisation 30 fonctionnant en réflexion. Une source lumineuse de lumière blanche fournit un faisceau lumineux, par exemple de polarisation circulaire 61, qui arrive sur une séparatrice 63. La séparatrice 63 renvoie un faisceau 65 en direction d'un séparateur de polarisations de 35 type biprisme de Rochon 67. Le séparateur de polarisations 67 B8744 - DD10414 Compared to a Wollaston biprism in which the emerging beams are symmetrical, a Rochon biprism provides asymmetric beams. In addition, it introduces a difference in the path between the beams of the two polarizations and this difference in path depends on the wavelength. These two drawbacks of Rochon's biprism (beam asymmetry and difference in path) should lead to the exclusion of this polarization separator from applications in differential interferometry. The inventors have however shown that, for the characterization of nanoparticles, this polarization separator could advantageously be used. Thus, the inventors have decided to carry out an optical characterization of a nanoparticle by taking advantage of the properties of Rochon's biprisms. Figure 3 illustrates a characterization device 30 operating in reflection. A light source of white light provides a light beam, for example of circular polarization 61, which arrives on a separator 63. The separator 63 returns a beam 65 towards a Rochon-type biprism polarization separator 67. The separator of polarizations 67 B8744 - DD10414
8 forme deux faisceaux 69 et 71, ayant des polarisations perpendiculaires, dans des directions différentes. Le faisceau 69 est le faisceau non dévié fourni par le biprisme de Rochon et le faisceau 71 est le faisceau dévié. Un objectif de microscope 73 focalise le faisceau non dévié 69 sur une nanoparticule 75 positionnée sur un support 77 et focalise le faisceau 71 sur le support 77, à côté de la nanoparticule 75. Une partie du faisceau lumineux 69 est renvoyée par la nanoparticule 75 et par le support 77 et une partie du faisceau lumineux 71 est renvoyée par le seul support 77. Les faisceaux renvoyés passent dans l'objectif de microscope 73 puis dans le séparateur de polarisations 67 qui fournit un faisceau unique 65. Le faisceau 65 traverse la séparatrice 63 et ressort en un faisceau 79. 8 forms two beams 69 and 71, having perpendicular polarizations, in different directions. The beam 69 is the undirected beam provided by the Rochon biprism and the beam 71 is the deflected beam. A microscope objective 73 focuses the undisrupted beam 69 on a nanoparticle 75 positioned on a support 77 and focuses the beam 71 on the support 77, next to the nanoparticle 75. A portion of the light beam 69 is returned by the nanoparticle 75 and by the support 77 and a portion of the light beam 71 is returned by the single support 77. The reflected beams pass in the microscope objective 73 and in the polarization separator 67 which provides a single beam 65. The beam 65 passes through the separator 63 and spring in a beam 79.
Selon un aspect de l'invention, le faisceau 79 traverse une lame compensatrice de déphasage 81. Ceci permet de compenser, à toutes les longueurs d'onde, le déphasage introduit à l'aller et au retour par le biprisme 67. La lame compensatrice de déphasage 81 est formée en un matériau identique à celui du biprisme 67 et a une épaisseur égale à celui-ci. A titre d'exemple, le biprisme 67 et la lame compensatrice 81 pourront être en fluorure de magnésium, MgF2. Les axes neutres de la lame 81 sont parallèles aux polarisations des faisceaux 69 et 71 fournis par le séparateur de polarisations 67, par exemple à 45° et 135° par rapport à l'axe de référence du séparateur. Le faisceau 79 est ensuite envoyé sur un séparateur de polarisations 83, par exemple un biprisme de Wollaston. Les axes du séparateur de polarisations 83 sont orientés à 45° par rapport aux polarisations des faisceaux 69 et 71 fournis par le séparateur de polarisations 67. Les faisceaux polarisés perpen- diculairement sont projetés sur les axes du séparateur de pola- risation 83. Le séparateur de polarisations 83 fournit deux faisceaux 85 et 87 de polarisations perpendiculaires. Par exemple, le faisceau 85 est polarisé à 0° et le faisceau 87 à 90° par rapport à l'axe de référence du séparateur. Les faisceaux 85 et B8744 - DD10414 According to one aspect of the invention, the beam 79 passes through a phase shift compensating blade 81. This makes it possible to compensate, at all the wavelengths, the phase difference introduced on the outward and the return path by the biprism 67. The compensating blade The phase shifter 81 is formed of a material identical to that of the biprism 67 and has a thickness equal thereto. By way of example, the biprism 67 and the compensating blade 81 may be magnesium fluoride, MgF 2. The neutral axes of the blade 81 are parallel to the polarizations of the beams 69 and 71 provided by the polarization separator 67, for example at 45 ° and 135 ° relative to the reference axis of the separator. The beam 79 is then sent on a polarization separator 83, for example a Wollaston biprism. The axes of the polarization splitter 83 are oriented at 45 ° with respect to the polarizations of the beams 69 and 71 provided by the polarization splitter 67. The polarized beams perpendicularly are projected onto the axes of the polarization splitter 83. The splitter of polarizations 83 provides two beams 85 and 87 of perpendicular polarizations. For example, the beam 85 is polarized at 0 ° and the beam 87 at 90 ° to the reference axis of the separator. The beams 85 and B8744 - DD10414
9 87 sont ensuite analysés par un spectromètre, par exemple par un réseau de diffraction associé à un dispositif de capture d'image tels que ceux utilisés dans le montage décrit en relation avec la figure 1. Le dispositif de capture d'image peut être, par exemple, constitué de barrettes CCD. En figure 3, le séparateur de polarisations 83 est représenté dans le plan de la figure pour simplifier la représentation. En réalité, ce séparateur est tourné de 45° par rapport au plan de la figure. 9 87 are then analyzed by a spectrometer, for example by a diffraction grating associated with an image capture device such as those used in the assembly described with reference to FIG. 1. The image capture device can be, for example, consisting of CCD strips. In Figure 3, the polarization splitter 83 is shown in the plane of the figure to simplify the representation. In reality, this separator is rotated 45 ° with respect to the plane of the figure.
A titre d'exemple, la source lumineuse peut être un laser de lumière à supercontinuum spatialement cohérente entre l'ultraviolet et l'infrarouge, qui n'introduit pas de granularité laser et qui a une forte brillance. Ainsi, de façon connue, on détermine la partie réelle et la partie imaginaire de la constante diélectrique de la nanoparticule 75 sur une plage de longueurs d'onde importante. Il est également possible de déterminer la taille de la nanoparticule. La figure 4 illustre un dispositif de caractérisation 20 fonctionnant en transmission. De la même façon que dans le dispositif de la figure 3, une source lumineuse fournit un faisceau lumineux 65, par exemple de polarisation circulaire, qui atteint un séparateur de polarisations de type biprisme de Rochon 67. Le séparateur de 25 polarisations 67 forme deux faisceaux 69 et 71 ayant des polarisations perpendiculaires dans deux directions différentes. Un objectif de microscope 73 focalise le faisceau 69 sur une nanoparticule 75 positionnée sur un support 77 et le faisceau 71 sur le support 77. 30 Une partie du faisceau lumineux 69 est transmise par la nanoparticule 75 et par le support 77 et une partie du faisceau lumineux 71 est transmise par le support 77. Les faisceaux transmis atteignent un objectif 91 placé en symétrique de l'objectif 73 par rapport au support 77. Les faisceaux sont 35 ensuite recombinés par un deuxième biprisme de Rochon 93, symé- B8744 - DD10414 For example, the light source may be a supercontinuum light laser spatially coherent between the ultraviolet and infrared, which does not introduce laser granularity and has a high gloss. Thus, in a known manner, the real part and the imaginary part of the dielectric constant of the nanoparticle 75 are determined over a long wavelength range. It is also possible to determine the size of the nanoparticle. FIG. 4 illustrates a characterization device 20 operating in transmission. In the same way as in the device of FIG. 3, a light source provides a light beam 65, for example of circular polarization, which reaches a Rochon 67 biprism type polarization separator. The polarization separator 67 forms two beams 69 and 71 having perpendicular polarizations in two different directions. A microscope objective 73 focuses the beam 69 on a nanoparticle 75 positioned on a support 77 and the beam 71 on the support 77. A portion of the light beam 69 is transmitted by the nanoparticle 75 and the support 77 and a portion of the beam The beam 71 is transmitted by the support 77. The transmitted beams reach an objective 91 placed symmetrically with the objective 73 with respect to the support 77. The beams are then recombined by a second Rochon biprism 93, symmetrically B8744-DD10414.
10 trique du biprisme 67 par rapport au support 77. Le faisceau recombiné 95 atteint une lame compensatrice de déphasage 81 puis un séparateur de polarisations de type biprisme de Wollaston 83. La lame compensatrice de déphasage 81 permet de compenser le déphasage introduit par les biprismes 67 et 93 à toutes les longueurs d'onde. Les axes du biprisme 83 sont orientés à 45° par rapport aux polarisations des faisceaux 69 et 71 fournis par le biprisme 67. Le biprisme 83 fournit deux faisceaux 85 et 87 de polarisations perpendiculaires qui sont ensuite analysés, par exemple par un réseau de diffraction et par un dispositif de capture d'image tels que ceux utilisés dans le montage décrit en relation avec la figure 1. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les biprismes de Rochon pourront être remplacés par des variantes telles que des biprismes de Sénarmont. Plus généralement, on pourra utiliser tout séparateur de polarisations dont au moins un faisceau de sortie a une direction achromatique. On pourra par exemple utiliser des cubes séparateurs de polarisations dont le principe repose sur la sélectivité en polarisation d'empilements multicouches éclairés en incidence oblique. Ces dispositifs fournis-sent deux faisceaux séparés à angle droit que l'on pourra réorienter et focaliser en deux taches proches. On pourra égale- ment utiliser un composant à empilement multicouches de faible séparation angulaire ou encore un réseau de diffraction conçu pour diffracter dans deux ordres, comprenant l'ordre 0 dont la direction est par nature achromatique. Dans tous les cas, on utilisera en outre, s'il y a lieu, un dispositif de compensation de déphasage ayant la fonction de la lame 81 susmentionnée. De plus, pour améliorer le fonctionnement du système sur une large plage de longueurs d'onde, on pourra utiliser des systèmes optiques de focalisation, par exemple l'objectif 73, sous forme de dispositifs réflecteurs et non pas de dispositifs transmissifs. The recombinant beam 95 reaches a phase-shift compensating blade 81 and then a Wollaston 83 biprism-type polarization separator. The phase-offset compensating blade 81 makes it possible to compensate for the phase shift introduced by the biprisms 67 and 93 at all wavelengths. The axes of the biprism 83 are oriented at 45 ° with respect to the polarizations of the beams 69 and 71 provided by the biprism 67. The biprism 83 provides two beams 85 and 87 of perpendicular polarizations which are then analyzed, for example by a diffraction grating and by an image capture device such as those used in the arrangement described in connection with FIG. 1. Particular embodiments of the present invention have been described. Various variations and modifications will be apparent to those skilled in the art. In particular, Rochon's biprisms may be replaced by variants such as Sénarmont biprisms. More generally, it will be possible to use any polarization separator of which at least one output beam has an achromatic direction. It is possible, for example, to use polarization separator cubes whose principle is based on the polarization selectivity of multilayer stacks illuminated with oblique incidence. These devices provide two separate beams at right angles that can be reoriented and focused in two close spots. It will also be possible to use a multilayer multilayer component of low angular separation or else a diffraction grating designed to diffract in two orders, comprising the order 0 whose direction is inherently achromatic. In all cases, it will further be used, if necessary, a phase compensation device having the function of the blade 81 mentioned above. In addition, to improve the operation of the system over a wide range of wavelengths, focusing optical systems, for example objective 73, may be used in the form of reflector devices and not transmissive devices.
B8744 - DD10414 B8744 - DD10414
11 Les dispositifs des figures 3 et 4 pourront également être éclairés par un faisceau lumineux monochromatique (formé par exemple d'une source large bande associée à un monochromateur) qui balaye les longueurs d'onde désirées. The devices of FIGS. 3 and 4 may also be illuminated by a monochromatic light beam (formed for example from a broadband source associated with a monochromator) which scans the desired wavelengths.
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