FR3143741A1 - Composant optique et analyseur de surface d’onde comprenant un tel composant optique - Google Patents

Abstract

Un composant optique (1) comprend un réseau de diffraction et un réseau de microlentilles qui sont hexagonaux et décalés angulairement entre eux de 10° à 50°. Un tel composant optique est particulièrement adapté pour être utilisé dans un analyseur de surface d’onde. L’analyseur de surface d’onde peut avoir alternativement deux configurations, selon lesquelles une distance entre le composant optique et un capteur d’images est proche de f/2 ou de 3·f/2, où f est une distance focale des microlentilles (11). Un tel analyseur de surface d’onde peut être compact, facile à utiliser et compatible avec un large intervalle de valeurs de longueur d’onde pour un rayonnement électromagnétique à analyser.Figure d’abrégé : Figure 1

Description

COMPOSANT OPTIQUE ET ANALYSEUR DE SURFACE D’ONDE COMPRENANT UN TEL COMPOSANT OPTIQUE

La présente description concerne un composant optique qui est adapté pour être utilisé dans un analyseur de surface d’onde. Elle concerne aussi l’analyseur de surface d’onde, ainsi qu’un procédé pour analyser une surface d’onde de rayonnement électromagnétique qui utilise cet analyseur.

De nombreuses applications nécessitent de caractériser la forme d’une surface d’onde de rayonnement électromagnétique. L’une de ces applications consiste à réunir des faisceaux élémentaires de rayonnement qui sont issus de sources lumineuses séparées, afin d’obtenir un faisceau final dont la puissance est supérieure, voire très supérieure, à celle de chaque faisceau élémentaire qui est produit individuellement par l’une des sources lumineuses. Une autre application est l’ajustement en hauteur et en inclinaison de segments de miroir séparés et juxtaposés, afin de former un miroir de grande taille qui soit dépourvu de sauts de hauteur et de discontinuités de pente entre segments voisins.

Dans toute la présente description, on entend par surface d’onde, ou «wavefront» en anglais, d’un rayonnement électromagnétique une surface, le plus souvent continue, dans laquelle la phase du champ électrique d’une composante spectrale du rayonnement est constante. Un dispositif qui est capable de fournir des informations sur la forme locale d’une surface d’onde est appelé analyseur de surface d’onde, ou parfois analyseur de front d’onde.

Les analyseurs de surface d’onde dits de Shack-Hartmann sont connus depuis longtemps. Ils utilisent un réseau de microlentilles juxtaposées et identiques qui est disposé sur le trajet de propagation du rayonnement, de sorte que chaque microlentille focalise le rayonnement dans une direction qui est perpendiculaire localement à la surface d’onde, conformément à l’orientation que possède la surface d’onde au niveau de cette microlentille. Des inclinaisons locales variables de la surface d’onde qui existent au niveau du réseau des microlentilles provoquent des déplacements de points d’images auxquels le rayonnement est focalisé par les microlentilles, à l’intérieur d’un plan focal qui est commun à toutes les microlentilles. Ces points de focalisation, aussi appelés points de convergence, sont saisis en image à l’aide d’un capteur d’images, et leurs positions indiquent directement l’inclinaison de la surface d’onde qui existe au niveau de chaque microlentille. Dans une telle utilisation, un analyseur de surface d’onde de Shack-Hartmann ne fournit donc qu’une information sur le tilt local de la partie de surface d’onde qui traverse chaque microlentille.

Le document WO 2016/042161 A1, au nom du déposant de la présente demande de brevet, décrit un autre analyseur de surface d’onde dont le principe est différent de celui de Shack-Hartmann. Cet autre analyseur comprend un masque à ouvertures séparées et un réseau de diffraction qui est disposé en aval des ouvertures du masque. Le réseau de diffraction divise chaque faisceau d’un rayonnement incident qui a traversé l’une des ouvertures du masque en plusieurs sous-faisceaux, en superposant ensuite des sous-faisceaux qui proviennent d’ouvertures du masque qui sont voisines. Chaque superposition de sous-faisceaux forme une figure d’interférence, appelée interférogramme. Cet interférogramme est constitué de franges parallèles dont l’orientation dépend de l’écart d’inclinaison de la surface d’onde qui existe entre les ouvertures d’où proviennent les sous-faisceaux. La valeur de l’interfrange permet de déterminer cet écart d’inclinaison, couramment appelé écart de tilt. Simultanément, un décalage transversal qui affecte la frange centrale de l’interférogramme permet de déterminer un écart d’avancement de la surface d’onde, couramment appelé écart de piston, qui existe entre les ouvertures d’où proviennent les sous-faisceaux. Les interférogrammes sont saisis en utilisant un capteur d’images, de préférence du type capteur d’images matriciel, qui est disposé pour que tous les interférogrammes apparaissent sur sa surface photosensible. Dans l’analyseur de surface d’onde de WO 2016/042161 A1, le réseau de diffraction possède une fonction de diviseur de faisceau, pour générer les sous-faisceaux qui se superposent ensuite deux-à-deux pour former les interférogrammes. Le masque à ouvertures permet de limiter chaque sous-faisceau transversalement, afin que deux interférogrammes qui sont voisins sur le capteur d’images ne se chevauchent pas.

Un avantage de l’analyseur de surface d’onde de WO 2016/042161 A1 par rapport aux analyseurs de Shack-Hartmann est qu’il donne directement accès aux valeurs d’écarts de piston. En effet, en utilisant un analyseur de surface d’onde de Shack-Hartmann à réseau de microlentilles, les valeurs d’écarts de tilt de la surface d’onde sont déduites des déplacements des points de focalisation, puis les valeurs d’écart de piston sont calculées par interpolation et intégration à partir des valeurs d’écarts de tilt. Il en résulte une incertitude importante sur chaque valeur d’écart de piston qui est calculée à partir de mesures effectuées en utilisant un analyseur de Shack-Hartmann, à cause des courbures plus ou moins importantes que peut avoir localement la surface d’onde.

Mais, dans l’analyseur de surface d’onde de WO 2016/042161 A1, les parties opaques du masque, entre ses ouvertures, causent une perte d’aire importante dans la surface d’onde à analyser. Cette perte d’aire engendre les deux inconvénients suivants :
- une perte d’intensité lumineuse dans les interférogrammes, qui est gênante lorsque le rayonnement électromagnétique à analyser possède une intensité limitée ou faible ; et
- les valeurs d’écart de piston et d’écarts de tilt qui sont obtenues concernent des parties locales de la surface d’onde qui sont réduites, et qui sont écartées les unes des autres avec des bandes intermédiaires qui ne participent pas aux valeurs d’écarts de piston et de tilt obtenues.

Problème technique

A partir de cette situation, un but de la présente invention est de proposer une amélioration de l’analyseur de surface d’onde de WO 2016/042161 A1, pour supprimer ou réduire les inconvénients qui viennent d’en être cités.

Un autre but de l’invention est de fournir des analyseurs de surface d’onde qui soient compacts, faciles à utiliser et compatibles chacun avec un large intervalle de valeurs de longueur d’onde pour le rayonnement à analyser.

En particulier, l’invention a pour but de fournir un nouveau composant optique qui est spécialement adapté pour entrer dans la constitution d’un analyseur de surface d’onde amélioré.

Pour atteindre l’un au moins de ces buts ou un autre, un premier aspect de l’invention propose un composant optique qui comprend :
- un réseau de diffraction, qui est hexagonal et possède un pas de répétition d’un motif diffractant le long de trois axes de symétrie du réseau de diffraction ; et
- un réseau de microlentilles, qui est aussi hexagonal, est constitué de microlentilles convergentes identiques, et possède un pas des microlentilles le long de trois axes de symétrie du réseau des microlentilles.

Le composant optique de l’invention est agencé de sorte que le réseau de diffraction soit superposé au réseau de microlentilles dans un plan appelé plan de superposition, ou en ce qu’une image du réseau de diffraction soit superposée au réseau de microlentilles dans le plan de superposition. En outre, le réseau de diffraction et le réseau de microlentilles sont orientés de sorte que dans le plan de superposition, chaque axe de symétrie du réseau de diffraction, ou une image de chaque axe de symétrie du réseau de diffraction, soit décalé(e) angulairement par rapport à un des axes de symétrie du réseau de microlentilles d’un angle qui est compris entre 10° (degré) et 50°. Autrement dit, n’importe quel axe de symétrie du réseau de diffraction, ou l’image de n’importe quel axe de symétrie du réseau de diffraction, forme avec n’importe quel axe de symétrie du réseau de microlentilles, à l’intérieur du plan de superposition, un angle qui est compris entre 10° + n·60° et 50° + n·60°, où n est un nombre entier compris entre -6 et +6. De préférence, chaque axe de symétrie du réseau de diffraction, ou son image, forme avec un des axes de de symétrie du réseau de microlentilles, un angle qui est sensiblement égal à 30°. Il forme alors avec n’importe quel axe de symétrie du réseau de microlentilles, un angle qui est sensiblement égal à 30° + n·60°, où n possède la même signification que précédemment.

Selon une caractéristique supplémentaire du composant optique de l’invention, un quotient du pas des microlentilles sur le pas de répétition du motif diffractant, ou sur un pas de répétition d’une image du motif diffractant dans le plan de superposition, est compris entre 2 et 18, les valeurs 2 et 18 étant incluses.

Lorsqu’il est placé dans un faisceau de rayonnement électromagnétique, de préférence sensiblement perpendiculairement à une direction moyenne de propagation de ce rayonnement, le composant optique de l’invention divise chaque partie du faisceau qui traverse l’une des microlentilles en au moins six sous-faisceaux, qui interfèrent chacun avec un sous-faisceau qui provient d’une microlentille voisine, les interférences se produisant en aval du plan de superposition par rapport à la direction de propagation du rayonnement. L’échantillonnage de la surface d’onde pour les valeurs d’écart de piston et d’écarts de tilt est produit par la matrice des microlentilles, si bien qu’une partie minimale de la surface d’onde est incidente sur des espaces de séparation qui pourraient exister entre les microlentilles. Cet échantillonnage peut alors être particulièrement dense, notamment lorsque les microlentilles sont contigües entre voisines et qu’elles ont une taille individuelle qui est petite.

En outre, toute l’énergie lumineuse du rayonnement à analyser peut être utilisée pour caractériser la forme de sa surface d’onde lorsque les microlentilles ont un taux de remplissage de 100% dans cette surface d’onde. Autrement dit, il peut être particulièrement avantageux que les microlentilles aient chacune une forme périphérique et une taille parallèlement au plan de superposition qui sont telles que le réseau de microlentilles constitue un pavage dans ce plan de superposition. De préférence, chaque microlentille peut ainsi avoir une forme périphérique hexagonale.

La caractéristique supplémentaire du composant optique de l’invention, selon laquelle le quotient du pas des microlentilles sur le pas de répétition du motif diffractant, ou sur le pas de répétition d’une image du motif diffractant dans le plan de superposition, est compris entre 2 et 18, assure que les interférences des paires de sous-faisceaux produisent des nombres de franges qui sont adaptés pour permettre de déterminer les valeurs d’écart de piston et de tilt avec une précision satisfaisante.

Dans des modes préférés de réalisation du composant optique de l’invention, le réseau de diffraction peut être porté par le réseau des microlentilles. Notamment, le réseau de diffraction peut être gravé ou imprimé sur le réseau des microlentilles ou sur un film transparent, ou sur un substrat transparent rigide, ce film ou substrat étant collé sur le réseau de microlentilles. Alternativement, le réseau de diffraction peut être inscrit, notamment par photoinscription, dans le réseau de microlentilles ou dans un film transparent ou substrat transparent rigide qui est collé sur le réseau de microlentilles. Des modes de réalisation du réseau de diffraction par photoinscription peuvent notamment être appropriés lorsque ce réseau de diffraction est du type réseau de phase diffractant.

Dans d’autres modes possibles de réalisation du composant optique de l’invention, l’un au moins parmi le réseau de diffraction et le réseau de microlentilles peut être réalisé au moyen d’un modulateur spatial de lumière. Un tel modulateur spatial de lumière peut être du type modulateur spatial de phase. Possiblement encore, les deux réseaux de diffraction et de microlentilles peuvent être réalisés ensemble au moyen d’un même modulateur spatial de lumière, notamment en utilisant un unique modulateur du type modulateur spatial de phase.

Le composant optique du premier aspect de l’invention est adapté pour entrer dans la constitution d’un analyseur de surface d’onde par interférences, tout en pouvant être fourni séparément d’autres composants d’un tel analyseur. Dans ce cas, au moins une indication d’utilisation pour former un analyseur de surface d’onde par interférences peut être fournie avec le composant optique, notamment dans une notice qui est jointe à ce composant ou bien par l’intermédiaire d’un lien internet lorsque l’indication d’utilisation est fournie sous forme dématérialisée. Cette indication peut comprendre une valeur λ de longueur d’onde qui est prescrite pour un faisceau de rayonnement électromagnétique à analyser qui est destiné à traverser le composant optique lors d’une utilisation de celui-ci dans un analyseur de surface d’onde par interférences, le composant optique produisant lors de cette utilisation, des interférences entre des sous-faisceaux qui émergent du réseau de diffraction et qui ont traversé des microlentilles voisines dans le réseau de microlentilles. Alors, lorsqu’une telle indication de valeur prescrite de longueur d’onde est fournie, le composant optique peut avoir l’une des deux caractéristiques dimensionnelles suivantes :
- selon une première possibilité, le pas de répétition du motif diffractant, ou le pas de répétition de l’image du motif diffractant dans le plan de superposition, est compris entre λ·f/(2·3^1/2·p₁₁) et 4·λ·f/(3^1/2·p₁₁), c’est-à-dire compris entre approximativement 0,29·λ·f/p₁₁et 2,31·λ·f/p₁₁, où f est une longueur focale de chaque microlentille et p₁₁est le pas de ces microlentilles, de sorte que les interférences existent dans un plan qui est parallèle au plan de superposition et distant de ce plan de superposition de f/2. Pour cette raison, un analyseur de surface d’onde par interférences qui est obtenu selon cette première possibilité est dit à configuration f/2 ; ou
- selon une seconde possibilité, le pas de répétition du motif diffractant, ou le pas de répétition de l’image du motif diffractant dans le plan de superposition, est compris entre 4·λ·f/(3^1/2·p₁₁) et 8·3^1/2·λ·f/p₁₁, c’est-à-dire compris entre approximativement 2,31·λ·f/p₁₁et 13,86·λ·f/p₁₁, où f est encore la longueur focale de chaque microlentille et p₁₁le pas de ces microlentilles, de sorte que les interférences existent dans un autre plan qui est parallèle au plan de superposition et distant de ce plan de superposition de 3·f/2. Pour cette raison, un autre analyseur de surface d’onde par interférences qui est obtenu selon cette seconde possibilité, alternative à la première possibilité mais à partir du même composant optique, est dit à configuration 3·f/2.

Ces deux configurations f/2 et 3·f/2 permettent une utilisation optimale de la surface photosensible d’un capteur d’images de l’analyseur de surface d’onde, en réduisant des aires inutilisées de cette surface photosensible et tout en évitant des chevauchements entre interférogrammes voisins. Pour la configuration f/2, la valeur optimale pour le pas de répétition du motif diffractant et la valeur prescrite de longueur d’onde λ sont reliées par la relation nominale suivante : p₁₂= 2∙λ·f/(3^1/2·p₁₁), où p₁₂désigne le pas de répétition du motif diffractant le long des axes de symétrie du réseau de diffraction dans le plan de superposition, et p₁₁désigne le pas des microlentilles le long des axes de symétrie du réseau de microlentilles. Pour la configuration 3·f/2, la relation nominale est : p₁₂= 2·3^1/2·λ·f/p₁₁. Mais un avantage d’un analyseur de surface d’onde qui est constitué à partir d’un composant optique conforme à l’invention est qu’il peut être utilisé même lorsque que la longueur d’onde du rayonnement à analyser diffère significativement de la valeur prescrite λ telle que résultant des relations nominales.

La valeur prescrite λ de longueur d’onde, pour l’utilisation du composant optique dans un analyseur de surface d’onde par interférences, peut appartenir au domaine visible, compris entre 0,36 µm (micromètre) et 0,8 µm, ou dans le domaine infrarouge, compris entre 0,8 µm et 20 µm, ou dans le domaine térahertz, compris entre 20 µm et 3 mm (millimètre), ou encore dans le domaine ultraviolet, compris entre 124 nm (nanomètre) et 0,36 µm, ou dans le domaine extrême-ultraviolet, désigné par EUV et compris entre 10 nm et 124 nm, ou même dans le domaine des rayons X, avec des valeurs de longueur d’onde inférieures à 10 nm.

Lorsqu’une telle indication de valeur prescrite λ est fournie avec le composant optique, son motif diffractant peut avantageusement être adapté pour produire, sur une composante spectrale du faisceau de rayonnement à analyser qui possède la valeur prescrite λ comme valeur de longueur d’onde, un déphasage qui est sensiblement égal à +/-pi (π) radians, entre deux zones complémentaires à l’intérieur du motif diffractant et pour une direction de propagation du faisceau qui est perpendiculaire au plan de superposition. Ce déphasage peut être produit par une augmentation locale ou une réduction locale de l’épaisseur optique du réseau de diffraction dans l’une des deux zones par rapport à l’autre à l’intérieur du motif diffractant. Avantageusement, lorsque le pas du réseau de diffraction, noté p₁₂, est égal à 2∙λ·f/(3^1/2·p₁₁) et que le composant optique est destiné à être utilisé dans un analyseur de surface d’onde de configuration f/2, ou bien lorsque le pas du réseau de diffraction p₁₂est égal à 2·3^1/2·λ·f/p₁₁et que le composant optique est destiné à être utilisé dans un analyseur de surface d’onde de configuration 3·f/2, l’une des deux zones complémentaires à l’intérieur du motif diffractant peut être un disque de diamètre sensiblement égal à 7,66·p₁₂·3^1/2/(6·π). Un tel motif de diffraction réduit des superpositions supplémentaires qui pourraient se produire dans chaque interférogramme, avec des sous-faisceaux provenant de microlentilles de rang i+3 lorsque cet interférogramme correspond à la superposition des sous-faisceaux provenant de microlentilles de rang i et i+1, i étant un indice entier de numérotation des microlentilles qui se trouvent successivement le long d’un des axes de symétrie du réseau des microlentilles. L’analyse de l’interférogramme pour obtenir la valeur d’écart de piston et/ou celles d’écarts de tilt est alors facilitée et plus précise.

Un deuxième aspect de l’invention propose un analyseur de surface d’onde par interférences, qui comprend :
- - un composant optique qui est conforme au premier aspect ci-dessus ;
- un capteur d’images, qui possède une surface photosensible plane et qui est agencé de sorte que cette surface photosensible soit parallèle au plan de superposition du composant optique, de sorte que des interférogrammes produits sur la surface photosensible par un faisceau de rayonnement électromagnétique à analyser qui traverse le composant optique en direction du capteur d’images lors d’une utilisation de l’analyseur de surface d’onde, soient saisis par le capteur d’images ; et
- optionnellement pour fournir un fonctionnement automatisé d’analyse des interférogrammes, un module de traitement, adapté pour déterminer des valeurs d’écart de piston, et possiblement aussi des valeurs d’écarts de tilt, qui existent au niveau du plan de superposition dans une surface d’onde du faisceau de rayonnement à analyser, à partir des interférogrammes saisis par le capteur d’images.

Un tel analyseur de surface d’onde peut être simple et peu encombrant. Notamment, sa partie optique peut être limitée au composant optique du premier aspect de l’invention et au capteur d’images. En outre, le composant optique et le capteur d’images peuvent être fournis séparément, et associés conformément à des indications fournies avec le composant optique pour former l’analyseur de surface d’onde.

Lorsqu’il est utilisé, le module de traitement peut être adapté pour déduire une valeur pour l’écart de piston existant dans la surface d’onde entre deux zones de cette surface d’onde qui sont superposées à des microlentilles voisines, à partir d’un décalage transversal de franges existant dans un des interférogrammes qui correspond à ces deux microlentilles. Il peut en outre être adapté pour déduire des valeurs d’écarts de tilt qui existent entre les deux zones de la surface d’onde à partir d’une orientation des franges et d’un pas d’interfrange, respectivement, existant dans l’interférogramme qui correspond aux deux microlentilles.

Avantageusement, la valeur prescrite λ de longueur d’onde est fournie avec le composant optique et le pas de répétition du motif diffractant appartient à l’un des intervalles respectifs précités pour la configuration f/2 et pour la configuration 3·f/2 de l’analyseur de surface d’onde. Alors, lorsque ce pas de répétition du motif diffractant est dans l’intervalle qui correspond à la configuration f/2, une distance de séparation entre le plan de superposition et la surface photosensible du capteur d’images peut être comprise entre f/8 et 5·f/8. Lorsque le pas de répétition du motif diffractant est alternativement dans l’intervalle qui correspond à la configuration 3·f/2, la distance de séparation entre le plan de superposition et la surface photosensible du capteur d’images peut être comprise entre 5·f/4 et 15·f/8.

Lorsque la valeur prescrite λ de longueur d’onde est comprise entre 0,36 µm et 20 µm, c’est-à-dire qu’elle appartient au domaine visible ou au domaine infrarouge à l’exclusion du domaine Térahertz, la matrice de microlentilles et la surface photosensible du capteur d’images peuvent être séparées par une distance qui est inférieure à 5 cm (centimètre), de préférence comprise entre 1 mm et 30 mm.

Avantageusement pour permettre une utilisation facile de l’analyseur de surface d’onde, il peut comprendre en outre une monture dans laquelle le réseau de microlentilles et le réseau de diffraction, formant ensemble le composant optique, sont assemblés rigidement avec le capteur d’images.

Enfin, un troisième aspect de l’invention propose un procédé pour analyser une surface d’onde d’un faisceau de rayonnement électromagnétique, qui comprend les étapes suivantes :
- fournir un composant optique qui est conforme au premier aspect de l’invention ;
- diriger le faisceau de rayonnement à travers le composant optique ;
- disposer un capteur d’images en aval du composant optique par rapport à un sens de propagation du faisceau de rayonnement, de sorte qu’une surface photosensible du capteur d’images coupe des volumes de superposition de sous-faisceaux qui sont produits par le composant optique à partir du faisceau de rayonnement ;
- activer le capteur d’images de façon à saisir des interférogrammes ; et
- à partir des interférogrammes saisis, déterminer des valeurs d’écart de piston, et optionnellement aussi des valeurs d’écarts de tilt, qui existent au niveau du plan de superposition dans la surface d’onde du faisceau de rayonnement.

Lorsque la valeur prescrite λ de longueur d’onde est fournie avec le composant optique et lorsque le pas de répétition du motif diffractant appartient à l’un des intervalles respectifs précités pour la configuration f/2 et pour la configuration 3·f/2 de l’analyseur de surface d’onde, le procédé peut comprendre une étape initiale lors de laquelle l’un parmi un ensemble de source du faisceau de rayonnement à analyser et le composant optique est sélectionné par rapport à l’autre pour qu’une valeur de longueur d’onde de l’ensemble de source soit proche de la valeur prescrite λ du composant optique, de façon à produire les interférogrammes. En effet, un composant optique conforme à l’invention peut être utilisé pour un rayonnement à analyser dont la longueur d’onde est sensiblement différente de la valeur prescrite λ du composant optique. Le capteur d’images est alors disposé en aval du composant optique pour former un analyseur de surface d’onde qui possède la configuration f/2 ou la configuration 3·f/2. Par exemple, un composant optique dont la valeur prescrite λ est 633 nm peut être utilisé pour un rayonnement à analyser dont la longueur d’onde est égale à 612 nm, et un composant optique de valeur prescrite λ égale à 1 µm peut être utilisé pour un rayonnement à analyser dont la longueur d’onde est égale à 1,5 µm. De façon optimale, l’ensemble de source est tel que le rayonnement qu’il produit possède une composante spectrale d’intensité non-nulle pour la valeur λ de longueur d’onde qui est prescrite pour le composant optique.

Dans des premières utilisations possibles du procédé de l’invention, des parties du faisceau de rayonnement qui traversent des microlentilles différentes sont produites par des sources respectives séparées, notamment par des sources à fibres séparées, et plus particulièrement par des sources laser à fibres séparées, en régime d’émission continu ou impulsionnel. Ces premières utilisations peuvent avoir pour objectif de superposer ou juxtaposer dans un faisceau final, des faisceaux élémentaires de rayonnement qui sont produits respectivement par les sources séparées, avec des phases respectives des faisceaux élémentaires qui coïncident pour que le faisceau final possède une puissance maximale. L’analyseur de surface d’onde de l’invention permet de mesurer des écarts de piston et/ou de tilt qui existent entre des faisceaux élémentaires qui sont dirigés pour traverser des microlentilles voisines, afin que les déphasages qui résultent de ces écarts de piston et/ou de tilt soient compensés par un système approprié.

Dans des secondes utilisations possibles du procédé de l’invention, le rayonnement est réfléchi simultanément par des segments juxtaposés d’un miroir. Alors, pour chaque segment du miroir, une partie du rayonnement qui est réfléchie par ce segment du miroir traverse une des microlentilles selon une correspondance d’un-à-un entre les segments du miroir et les microlentilles. Pour ces secondes utilisations, le procédé comprend en outre de calculer des écarts de hauteur et d’inclinaison qui existent entre deux segments voisins du miroir, à partir des valeurs des écarts de piston et de tilt qui ont été déterminées.

Brève description des figures

Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non-limitatifs, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :

est une vue en plan d’un composant optique conforme à l’invention ;

illustre des paramètres de surface d’onde qui peuvent être déterminés en utilisant un analyseur de surface d’onde conforme à l’invention ;

est une vue en coupe longitudinale d’un premier analyseur de surface d’onde qui est conforme à l’invention, et dit à configuration f/2 ;

correspond à pour un second analyseur de surface d’onde qui est aussi conforme à l’invention, et dit à configuration 3·f/2 ;

illustre le principe de formation d’un interférogramme par un analyseur de surface d’onde qui est conforme à l’invention ;

reproduit un exemple d’image qui est saisie par un analyseur de surface d’onde conforme à l’invention ;

illustre une première utilisation d’un analyseur de surface d’onde conforme à l’invention, pour ajuster des faisceaux élémentaires de rayonnement électromagnétique qui sont produits par plusieurs sources laser séparées ; et

illustre une seconde utilisation d’un analyseur de surface d’onde conforme à l’invention, pour ajuster des positions de segments séparés d’un miroir de télescope de type Keck.

Description détaillée de l’invention

Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles, ni à des rapports de dimensions réels. En outre, certains de ces éléments ne sont représentés que symboliquement, et des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.

montre en superposition un réseau de diffraction et une partie d’un réseau de microlentilles qui constituent ensemble un composant optique 1 tel que proposé par la présente invention. Les microlentilles sont toutes identiques, convergentes, et juxtaposées selon un premier réseau hexagonal. La représentation de ce réseau de microlentilles est limitée à sept microlentilles dans , par souci de clarté de cette figure. Chaque microlentille est désignée individuellement par la référence 11, et possède un diamètre d₁₁et une longueur focale f. Les références A₁₁désignent les axes de symétrie du réseau des microlentilles 11, qui sont décalés de +/-60° d’un axe A₁₁à l’autre. Les microlentilles 11 sont juxtaposées parallèlement aux axes de symétrie A₁₁pour former leur réseau hexagonal. Le pas de juxtaposition des microlentilles 11 parallèlement à chacun des axes de symétrie A₁₁est noté p₁₁. Dans l’exemple représenté, il est égal au diamètre d₁₁des microlentilles, de sorte que deux microlentilles 11 qui sont voisines sont contigües avec un seul point de contact entre elles dans le plan du réseau des microlentilles. Toutefois, le diamètre d₁₁des microlentilles peut être inférieur à leur pas de juxtaposition p₁₁, ou chaque microlentille 11 peut occuper toute une maille hexagonale de leur réseau.

Le réseau de diffraction est aussi hexagonal et constitué par des répétitions d’un motif diffractant parallèlement à des axes de symétrie A₁₂de ce réseau de diffraction. Les axes de symétrie A₁₂du réseau de diffraction sont donc aussi décalés de +/-60° d’un axe de symétrie A_{1 2}à l’autre. Le motif diffractant possède un contour en forme d’un hexagone régulier, tel que représenté en traits interrompus dans l’encart de grossissement local de la figure. Ce motif diffractant peut être divisé en deux zones complémentaires Z1 et Z2, la zone Z1 ayant la forme d’un disque 12 de diamètre d₁₂, qui est centré dans le motif. Dans le cas d’un réseau de diffraction du type réseau de phase, le motif diffractant peut être caractérisé par une première épaisseur optique à l’intérieur du disque 12, c’est-à-dire dans la zone Z1, et par une seconde épaisseur optique, qui est différente de la première, dans la zone Z2. Par exemple, le réseau de diffraction peut être formé par une plaque d’un matériau transparent, à faces qui sont initialement parallèles, et dans laquelle des trous à fonds plats ont été formés aux endroits des zones Z1. De cette façon, le réseau de diffraction possède une épaisseur optique qui est réduite dans les zones Z1 par rapport aux zones Z2. Alternativement, chaque disque 12 peut être en relief par rapport aux zones Z2 qui sont intermédiaires entre les disques 12, de sorte que le réseau de diffraction possède une épaisseur optique qui est augmentée dans les zones Z1 par rapport aux zones Z2. Un tel réseau de diffraction avec les disques 12 qui sont en relief peut être formé par gravure sélective, en masquant les zones Z1. D’autres modes de réalisation sont encore possibles pour le réseau de diffraction, dont certains ont été cités dans la partie générale de la présente description. p₁₂désigne le pas de répétition du motif diffractant parallèlement aux axes de symétrie A₁₂. De façon connue, le déphasage qui est produit par un trou ou un relief formé dans la plaque de matériau transparent qui constitue le réseau de diffraction, est : Δφ = 2·π∙(n-1)·h/λ, où h est la profondeur du trou ou la hauteur du relief, λ est la longueur d’onde du rayonnement, et n est l’indice de réfraction du matériau transparent. Ce déphasage Δφ est une avance de phase dans le cas d’un trou et un retard de phase dans le cas d’un relief. Dans des réalisations possibles, la valeur de la profondeur ou de la hauteur h peut être sélectionnée pour que Δφ = ±π.

Pour le mode de réalisation de l’invention qui est décrit ici à titre d’exemple, le réseau de diffraction et le réseau des microlentilles sont disposés l’un contre l’autre, si bien qu’ils peuvent être considérés comme étant superposés dans un plan de commun, appelé plan de superposition et noté PS. En outre, ils sont orientés l’un par rapport à l’autre de sorte que chaque axe de symétrie A₁₁du réseau des microlentilles 11 soit décalé angulairement de 30° par rapport à l’un des axes de symétrie A₁₂du réseau de diffraction. De plus, encore pour le mode de réalisation qui est décrit ici à titre d’exemple, le pas p₁₁du réseau des microlentilles 11 est égal à environ 12 fois le pas p₁₂de répétition du motif diffractant. x et y désignent deux axes cartésiens perpendiculaires l’un à l’autre qui sont contenus dans le plan de superposition PS. Dans la suite, z désigne un troisième axe cartésien qui est perpendiculaire aux deux axes x et y.

Pour un rayonnement électromagnétique qui se propage sensiblement parallèlement à l’axe z, une surface d’onde de ce rayonnement qui existe au niveau du plan de superposition PS est désignée par S dans la suite. La surface d’onde S peut avoir un avancement local selon l’axe z qui varie entre des points différents de cette surface d’onde. Dans , z₁est ainsi l’avancement local d’une partie S1 de la surface d’onde S, et z₂est l’avancement local d’une autre partie S2 de la surface d’onde S. L’écart d’avancement de la surface d’onde S entre ses parties S1 et S2 est alors ΔP = z₁- z₂, et est appelé écart de piston qui existe entre ces deux parties de surface d’onde. Des valeurs d’écart de piston ΔP seront déterminées en utilisant l’invention, entre des parties de la surface d’onde S qui sont superposées à des microlentilles 11 voisines au sein du composant optique 1.

En plus de son avancement local parallèlement à l’axe z qui peut être variable, la surface d’onde S peut avoir une inclinaison locale qui est aussi variable. Ainsi, la partie de surface d’onde S1 peut former un angle t_x1avec une projection de l’axe x dans un premier plan de coupe qui est parallèle aux axes x et z, et former simultanément un autre angle t_{y 1}avec une projection de l’axe y dans un second plan de coupe qui parallèle aux axes y et z. De façon similaire, une inclinaison de la partie de surface d’onde S2 peut être caractérisée par les angles t_{x 2}et t_y2, qui sont définis de la même façon que t_{x 1}et t_{y 1}de la partie de surface d’onde S1. Alors, l’écart d’inclinaison entre les parties S1 et S2 de la surface d’onde S peut être caractérisé par les valeurs de différences Δt_x= t_x1- t_x2et Δt_y= t_y1- t_y2, qui sont communément appelées valeurs d’écarts de tilt et de tip, respectivement, entre les parties de surface d’onde S1 et S2. De telles valeurs d’écarts de tilt et tip peuvent être déterminées en utilisant l’invention, entre les parties de la surface d’onde S qui sont superposées à des microlentilles 11 voisines au sein du composant optique 1. Pour un composant optique à symétrie hexagonale tel que considéré dans la présente description, et lorsque ce composant optique est utilisé dans un analyseur de surface d’onde, une variation de tilt de même qu’une variation de tip, qui affecte une partie de surface d’onde superposée à une seule des microlentilles, modifie à la fois une valeur de pas d’interfrange et une orientation des franges dans les interférogrammes auxquels participent les sous-faisceaux qui ont traversé cette microlentille. Pour cette raison, on entend par valeurs d’écarts de tilt les différences Δt_xmais aussi celles Δt_y, sans distinction, dans toute la présente description.

Dans , F désigne le faisceau de rayonnement électromagnétique qui est incident sur le composant optique 1, et SF_-1, SF₀et SF_{+ 1}désignent trois sous-faisceaux qui sont produits par le réseau de diffraction du composant optique 1 à partir du faisceau F pour chacune des microlentilles 11. Du fait des microlentilles 11, tous les sous-faisceaux SF_-1, SF₀et SF_{+ 1}convergent dans le plan focal commun des microlentilles, noté PF, en des points séparés. Le plan focal PF est parallèle au plan de superposition PS et distant de celui-ci de la longueur focale f. Un sous-faisceau SF₀correspondant à l’ordre de diffraction 0, trois autres sous-faisceaux SF_-1correspondant chacun à un ordre de diffraction -1, et encore trois sous-faisceaux supplémentaires SF_{+ 1}correspondant chacun à un ordre de diffraction +1 proviennent alors de chaque microlentille 11. Si la surface d’onde S est parallèle au plan xy au niveau de cette microlentille 11, ces sept sous-faisceaux convergent en des points du plan focal PF qui sont situés aux sommets et au centre d’un hexagone régulier dont le centre est aligné avec celui de la microlentille parallèlement à l’axe z : le sous-faisceau SF₀converge au centre de l’hexagone, et les six sous-faisceaux SF_-1et SF₊₁convergent à ses sommets. Du fait des directions de diffraction, l’axe x tel qu’apparaissant dans est perpendiculaire à l’un des axes de symétrie A₁₂du réseau de diffraction. Il est aussi parallèle à l’un des axes de symétrie A₁₁du réseau des microlentilles 11.

Pour une première configuration d’un analyseur de surface d’onde 10 conforme à l’invention, dite configuration f/2, le pas p₁₂de répétition du motif diffractant le long de chaque axe A₁₂du réseau de diffraction est tel que le point de convergence de chaque sous-faisceau SF_-1ou SF₊₁qui est issu d’une microlentille 11 soit sensiblement superposé, dans le plan focal PF, au point de convergence du sous-faisceau SF₀qui est issu d’une microlentille voisine, comme cela apparaît dans . Pour cela, le pas p₁₂de répétition du motif diffractant le long des axes A₁₂, et le pas p₁₁des microlentilles 11 le long des axes A₁₁, vérifient la relation nominale : p₁₂= 2∙λ·f/(3^1/2·p₁₁). Dans toute la présente description, λ désigne une valeur de longueur d’onde qui est prescrite pour le composant optique 1, et donc prescrite pour chaque analyseur de surface d’onde qui est constitué à partir de ce composant optique. Cette valeur prescrite λ est celle à adopter pour la longueur d’onde du rayonnement électromagnétique du faisceau F, lors d’une utilisation nominale de l’analyseur de surface d’onde 10. Les zones hachurées dans montrent les volumes de superposition entre un sous-faisceau SF₊₁et un sous-faisceau SF_-1qui proviennent de deux microlentilles 11 voisines. Un plan de photodétection, qui est parallèle au plan de superposition PS et qui est noté PD, avec lequel les volumes de superposition des sous-faisceaux ont une aire de section maximale, est situé à la distance f/2 du plan de superposition PS, en aval de ce dernier par rapport au sens de propagation du faisceau de rayonnement F. L’analyseur de surface d’onde 10 possède la configuration f/2 lorsqu’il comprend le composant optique 1 et un capteur d’images 2 dont la surface photosensible coïncide avec le plan de photodétection PD, à mi-chemin entre le plan de superposition PS et le plan focal PF. La valeur f/2 pour la distance entre le plan de superposition PS et le capteur d’images 2 est optimale, aussi dite nominale, pour la configuration f/2 de l’analyseur de surface d’onde. A l’intérieur du plan de photodétection PD, les sous-faisceaux SF_-1et SF₊₁qui sont issus de deux microlentilles 11 voisines sont superposés dans une aire d’interférence AI, où ils produisent un interférogramme qui est saisi par le capteur d’images 2. illustre schématiquement ce principe de formation des aires d’interférence AI pour une direction d’axe de symétrie A₁₁. Les aires d’interférence AI qui sont ainsi obtenues sont alignées dans le plan de photodétection PD parallèlement aux axes de symétrie A₁₁grâce au décalage angulaire de 30° entre ces axes de symétrie A₁₁et les axes de symétrie A₁₂. La forme de la limite périphérique de chaque aire d’interférence AI est altérée dans une faible mesure par les positions des points de convergence dans le plan focal PF, en fonction des inclinaisons locales de la surface d’onde S au niveau du plan de superposition PS. La forme de la limite périphérique de chaque aire d’interférence AI est aussi altérée lorsque la longueur d’onde du faisceau de rayonnement F diffère de la valeur prescrite λ telle que résultant de la relation nominale fournie plus haut, le pas p₁₂de répétition du motif diffractant et le pas p₁₁du réseau des microlentilles étant des paramètres intrinsèques et fixes pour un composant optique donné. Elle est encore altérée lorsque la surface photosensible du capteur d’images 2 est décalée par rapport au plan optimal de photodétection PD. Toutefois, ces altérations des limites périphériques des aires d’interférence ne perturbent pas le contenu des interférogrammes.

Le capteur d’images 2 est préférentiellement d’un type matriciel avec un pas d’éléments photodétecteurs individuels, couramment appelés pixels, dans sa surface photosensible qui est assez petit pour fournir un échantillonnage suffisant des interférogrammes à l’intérieur des aires d’interférence AI. montre une image telle que saisie par le capteur 2 lors d’une utilisation nominale de l’analyseur de surface d’onde 10 de , c’est-à-dire avec la configuration f/2. Cette image correspond donc à l’éclairement qui existe dans le plan de photodétection PD. Chaque aire d’interférence AI contient un interférogramme séparé, et une indication de la position des microlentilles 11 est indiquée par superposition, en projection parallèlement à l’axe z.

La caractérisation de la forme de la surface d’onde S, telle qu’elle existe au niveau du plan de superposition PD, est donnée par l’analyse des interférogrammes. Chaque interférogramme fournit une information différentielle entre les positions des centres des deux microlentilles 11 dont proviennent les deux sous-faisceaux SF_-1et SF₊₁qui ont formé cet interférogramme. La répartition d’intensité lumineuse à l’intérieur de chaque interférogramme, telle que saisie par le capteur d’images 2, est donnée par la formule suivante :
où ΔP est l’écart de piston qui existe entre les parties de la surface d’onde S qui sont respectivement au niveau de l’une et l’autre des deux microlentilles voisines, tel que cet écart ΔP a été introduit plus haut en référence à , Δt_xet Δt_ysont les écarts de tilt qui existent entre ces parties de la surface d’onde S, aussi tels qu’ils ont été introduits en référence à , u est une coordonnée cartésienne le long d’un axe dans le plan de photodétection PD qui est parallèle à l’un des axes de symétrie A₁₁du réseau de microlentilles, k est un coefficient d’échelle de sensibilité du capteur d’images 2 qui est positif et non-nul, et les paramètres p₁₂et λ sont repris tels qu’ils ont été définis plus haut. Ainsi, l’état d’interférence au centre de l’interférogramme, c’est-à-dire pour x=y=u=0, fournit la valeur de l’écart de piston ΔP. Toutes les valeurs d’écart de piston ΔP qui sont déduites de l’ensemble des interférogrammes fournissent alors une caractérisation de base de la forme de la surface d’onde S : elles sont les valeurs de hauteur sagittale, selon l’axe z, de la surface d’onde S pour le maillage d’échantillonnage qui est constitué par les centres des microlentilles 11. Optionnellement, les valeurs d’écarts de tilt Δt_xet Δt_ypeuvent être déduites en outre des interférogrammes, en extrayant de chaque interférogramme l’orientation des franges qui le constituent et la valeur du pas d’interfrange correspondante. Une telle analyse supplémentaire des structures de franges des interférogrammes est connue de l’Homme du métier, si bien qu’il n’est pas nécessaire de la détailler plus ici. Elle fournit les inclinaisons des plans qui sont tangents à la surface d’onde S aux centres des microlentilles 11. La déduction de toutes les valeurs d’écart de piston pour la caractérisation de base de la surface d’onde, et optionnellement de toutes les valeurs d’écarts de tilt pour sa caractérisation supplémentaire, peut être exécutée de façon automatisée par un module de traitement 3, noté CPU dans [Fig. 3a] et [Fig. 3b]. Un tel module de traitement 3 peut être programmé pour extraire d’abord les interférogrammes de chaque image qui est saisie par le capteur 2, en associant chaque interférogramme avec sa position dans l’image, c’est-à-dire sa position par rapport au réseau des microlentilles 11, et programmé pour analyser ensuite chaque interférogramme séparément, afin d’en déduire la valeur d’écart de piston ΔP et éventuellement aussi les valeurs d’écarts de tilt.

montre un mode de réalisation alternatif d’un analyseur de surface d’onde qui est aussi conforme à l’invention. L’analyseur de surface d’onde 10 de possède une configuration 3·f/2. Pour cela, le composant optique 1 est encore conforme à la description qui a été fournie en référence à , mais il satisfait maintenant la nouvelle relation nominale suivante : p₁₂= 2·3^1/2·λ·f/p₁₁. Toutes les notations introduites antérieurement et relatives au composant optique 1 et au rayonnement à analyser, y compris relatives à la forme de la surface d’onde S, sont conservées identiquement. Les zones hachurées dans correspondent aux nouveaux volumes de superposition des sous-faisceaux SF_-1et SF₊₁qui proviennent de microlentilles 11 voisines. Toutefois, ces volumes de superposition sont maintenant limités vers l’aval pour éviter des superpositions supplémentaires avec des sous-faisceaux SF₀. Avec la nouvelle relation nominale, les paires de sous-faisceaux pour lesquelles le composant optique 1 produit des superpositions sont identiques à celles de , hormis que ces superpositions se produisent à une distance à partir du plan de superposition PS qui est plus grande que la longueur focale f. La position du plan de photodétection PD pour laquelle les aires d’interférences AI sont les maximales, est alors à la distance de 3·f/2 du plan de superposition PS, encore en aval de ce plan de superposition PS par rapport au sens de propagation du faisceau de rayonnement F, les deux plans PD et PS étant encore parallèles. Cette nouvelle position du plan de photodétection PD correspond à la position optimale, ou nominale, du capteur d’images 2 pour la configuration 3·f/2 de l’analyseur de surface d’onde 10. Le fonctionnement optique de l’analyseur de surface d’onde 10, et le principe d’analyse des interférogrammes qu’il produit, tels que ces fonctionnement et principe ont été décrits pour la configuration f/2, sont identiques pour la configuration 3·f/2. En particulier, la formule de répartition d’intensité lumineuse à l’intérieur de chaque interférogramme est la même pour les deux configurations f/2 et 3∙f/2.

Pour les modes de réalisation de l’invention qui viennent d’être décrits, il est possible que des sous-faisceaux qui sont produits par le composant optique 1, mais qui sont autres que ceux SF_-1et SF₊₁, interfèrent avec ces derniers à l’intérieur des aires d’interférence AI. Ces autres sous-faisceaux correspondent à des ordres de diffraction supérieurs qui sont générés par le réseau de diffraction, et ils sont susceptibles de réduire un contraste des interférogrammes et gêner leur analyse. Lorsque le motif diffractant est constitué, dans le plan de superposition PS, d’un disque 12 de diamètre d₁₂à l’intérieur duquel le réseau de diffraction produit un déphasage de +/-π pour le faisceau de rayonnement F (voir la description plus haut en référence à ), il peut être avantageux que le diamètre d₁₂soit sensiblement égal à 7,66·p₁₂·3^1/2/(6·π), notamment pour la configuration f/2 lorsque p₁₂= 2∙λ·f/(3^1/2·p₁₁), ou pour la configuration 3·f/2 lorsque p₁₂= 2·3^1/2·λ·f/p₁₁. Un tel dimensionnement du motif diffractant réduit ou annule des intensités de certains des sous-faisceaux d’ordres supérieurs qui sont susceptibles de parvenir aux aires d’interférence AI.

montre une première utilisation possible d’un analyseur de surface d’onde 10 conforme à l’invention, pour réaliser une combinaison cohérente de faisceaux lumineux élémentaires qui sont produits par un ensemble de sources laser fibrées 1000. Les sources laser 1000 sont capables d’interférer entre elles, et disposées en parallèle de façon que les sections de sortie des fibres optiques 1001, 1002,… soient sensiblement toutes disposées dans un même plan perpendiculaire à l’axe z. Chaque fibre optique 1001, 1002,… est munie d’une lentille de sortie 1011, 1012,…, pour que le faisceau lumineux élémentaire F₁, F₂,… qui est issu de cette fibre optique soit collimaté. Le nombre des sources laser séparées qui produisent ainsi en parallèle des faisceaux élémentaires n’est pas limité, et peut être par exemple de l’ordre de plusieurs centaines de milliers. Tous les faisceaux élémentaires F₁, F₂,… qui sont produits par les sources laser 1000 sont amenés pour être incidents sur le composant optique 1 de l’analyseur de surface d’onde 10, sensiblement parallèlement à l’axe z. Ainsi, ils forment tous ensemble le faisceau de rayonnement F tel que mentionné plus haut. Le composant optique 1 possède au moins autant de microlentilles 11 que le nombre des sources laser 1000, et la répartition transversale des sorties des fibres optiques 1001, 1002,… constitue un réseau hexagonal, pour correspondre à la disposition des microlentilles 11 dans le réseau de microlentilles. De cette façon, une seule fibre optique est dirigée vers l’une des microlentilles 11, qui lui est dédiée. Les références 101 et 102 désignent deux lentilles convergentes, avec leurs distances focales respectives notées f₁et f₂. Elles sont disposées optionnellement pour former ensemble un système optique afocal qui est désigné par la référence 100. Autrement dit, le foyer image de la lentille 101 est superposé au foyer objet de la lentille 102. Les deux lentilles 101 et 102 ont des extensions transversales suffisantes pour contenir tous les faisceaux élémentaires F₁, F₂,… , de sorte que le système optique afocal 100 a pour fonction adapter le pas du réseau hexagonal des sorties des fibres optiques 1001, 1002,… au pas p₁₁du réseau des microlentilles 11. Les sources laser 1000 constituent avec le système optique afocal 100 l’ensemble de source mentionné dans la partie générale de la présente description. L’analyseur de surface d’onde 10 peut être de configuration f/2 ou à 3·f/2. Une telle mise en œuvre permet de déterminer les écarts de piston ΔP et les écarts de tilt qui sont présents entre fibres optiques voisines, lorsque toutes les sources laser fibrées 1000 sont monochromatiques avec une même longueur d’onde commune qui coïncide sensiblement avec la valeur prescrite λ de l’analyseur de surface d’onde 10. Un cas particulier de cette première utilisation d’un analyseur de surface d’onde 10 qui est conforme à l’invention est celui où les sources laser 1000 sont du type impulsionnel, chacune pour délivrer une impulsion élémentaire de rayonnement très courte, par exemple de l’ordre d’une picoseconde ou moins. Une fois que les écarts de piston ΔP ainsi mesurés ont été compensés, par exemple en utilisant un ensemble de déphaseurs non-représenté, les impulsions élémentaires peuvent être superposées pour constituer une unique impulsion résultante de rayonnement qui possède une très forte puissance. Les directions de propagation respectives des impulsions élémentaires peuvent aussi être déterminées, en utilisant les écarts de tilt qui existent au niveau des lentilles, afin de les rendre toutes parallèles entre elles.

montre une autre utilisation possible d’un analyseur de surface d’onde conforme à l’invention, pour mesurer des écarts de hauteur et d’inclinaison qui peuvent être présents entre des segments voisins d’un miroir de télescope de type Keck. En fonction des écarts qui seront mesurés ainsi, les positions relatives des segments du miroir pourront être réajustées, afin qu’une surface d’onde produite par réflexion sur le miroir complet soit dépourvue de marches ou de discontinuités de pente.

Les références 101 et 102 dans désignent encore deux lentilles convergentes. Elles sont situées à l’intérieur d’une voie d’analyse notée ANA, qui aboutit à l’analyseur de surface d’onde 10. Une lame semi-réfléchissante 104 permet de coupler cette voie d’analyse ANA à une sortie du télescope, en plus d’une voie d’application notée APP. La lentille 101 est placée dans l’image du plan focal du télescope qui est formée par la lame semi-réfléchissante 104, et la lentille 102 est placée en aval de la lentille 101, à une distance de cette dernière qui est égale à la longueur focale de la lentille 102. De cette façon, la lentille 102 assure que le rayonnement qui émerge du télescope soit collimaté lorsqu’il parvient au composant optique 1 de l’analyseur de surface d’onde 10, si d’éventuels défauts du télescope ne sont pas pris en compte ou ont été corrigés. Le télescope peut être constitué d’un miroir primaire 2000 et d’un miroir secondaire 2100. Le miroir primaire 2000 est constitué par tous les segments de miroir juxtaposés 2001, 2002, 2003, 2004,… Ces segments de miroir sont juxtaposés selon un réseau hexagonal pour constituer le miroir primaire 2000, afin d’utiliser un composant optique 1 d’analyseur de surface d’onde tel que décrit plus haut. La longueur focale de la lentille 101 est sélectionnée de façon à former, au moyen du miroir secondaire 2100 et des deux lentilles 101 et 102, une image du miroir primaire 2000 sur le réseau de microlentilles du composant optique 1. En outre, ce composant optique 1 est orienté et ajusté transversalement en position pour que l’image de chacun des segments de miroir 2001, 2002, 2003, 2004,… soit superposée à une seule des microlentilles 11. Dans l’exemple représenté, l’analyseur de surface d’onde 10 possède la configuration f/2, mais un analyseur de surface d’onde à configuration 3·f/2 peut être utilisé alternativement. Le but de la présente application de l’invention consiste à déterminer les défauts de positions relatives des segments de miroir individuels 2001, 2002, 2003, 2004… Le rayonnement qui est utilisé pour cela peut être issu d’une étoile 2200 située à très grande distance du télescope, et vers laquelle le télescope est tourné. Ainsi, l’étoile 2200, le télescope, la lame semi-réfléchissante 104 et les lentilles 101 et 102 constituent l’ensemble de source au sens de la partie générale de la présente description. Alors, chaque interférogramme permet de déterminer l’écart de piston ΔP qui existe entre les faisceaux lumineux réfléchis par deux segments de miroir voisins. Cet écart de piston est égal à deux fois l’écart de hauteur qui existe entre ces deux segments de miroirs. Chaque interférogramme permet aussi de calculer l’écart d’inclinaison qui existe entre les deux segments de miroir. Les hauteurs des segments de miroir 2001, 2002, 2003, 2004… , et possiblement aussi leurs inclinaisons, peuvent alors être ajustées en fonction des valeurs de mesure qui sont fournies par le module de traitement 3 pour les écarts de piston ΔP, et possiblement aussi pour les écarts de tilt Δt_xet Δt_y, afin de réduire ou annuler les écarts de hauteur et d’inclinaison qui sont présents entre segments de miroir voisins.

Il est entendu que l’invention peut être reproduite en modifiant des aspects secondaires des modes de réalisation qui ont été décrits en détail ci-dessus, tout en conservant certains au moins des avantages cités. Notamment, les modifications suivantes peuvent être mises en œuvre :
- au lieu d’être superposé au réseau des microlentilles, le réseau de diffraction peut être conjugué optiquement avec lui, notamment en utilisant un système imageur qui est en amont du réseau des microlentilles, et adapté pour produire une image du réseau diffractant sur le réseau des microlentilles ;
- le réseau de diffraction, lorsqu’il est de type réseau de phase, peut posséder plus de deux valeurs discrètes de déphasage qui sont différentes ;
- le réseau de diffraction peut être d’un type à variation d’amplitude au lieu de variation de phase, notamment avec plus de deux valeurs discrètes de transmission d’amplitude qui sont différentes, pouvant ainsi se rapprocher d’un réseau de diffraction à variation spatiale de transmission d’amplitude qui est sinusoïdal ;
- les microlentilles peuvent ne pas être contigües entre elles dans le plan de superposition, notamment lorsque leur diamètre individuel est inférieur à leur pas de juxtaposition le long des axes de symétrie de leur réseau ;
- les valeurs des paramètres du composant optique, et la distance entre le capteur d’images et le plan de superposition dans l’analyseur de surface d’onde, peuvent différer des valeurs et relations nominales qui ont été citées, tout en restant dans les intervalles spécifiés dans les revendications. Notamment, la valeur de longueur d’onde du rayonnement à analyser peut différer de la valeur λ qui est prescrite pour le composant optique utilisé tant que le pas du réseau de diffraction est à l’intérieur de l’intervalle qui correspond à la longueur d’onde du rayonnement pour la configuration f/2 ou 3·f/2 utilisée ;
- un composant optique conforme à l’invention peut être utilisé dans d’autres systèmes optiques que des analyseurs de surface d’onde ; et
- un analyseur de surface d’onde conforme à l’invention peut être utilisé pour d’autres applications que celles décrites en référence à et , notamment pour réaliser des optiques adaptatives ou actives.

Claims (15)

1. Composant optique (1) comprenant :
   - un réseau de diffraction, hexagonal et ayant un pas de répétition (p₁₂) d’un motif diffractant le long de trois axes de symétrie (A₁₂) du réseau de diffraction,
   caractérisé en ce qu’il comprend en outre :
   - un réseau de microlentilles, aussi hexagonal, constitué de microlentilles (11) convergentes identiques, et ayant un pas (p₁₁) des microlentilles le long de trois axes de symétrie (A₁₁) du réseau des microlentilles,
   le composant optique (1) étant agencé de sorte que le réseau de diffraction soit superposé au réseau de microlentilles dans un plan appelé plan de superposition (PS), ou en ce qu’une image du réseau de diffraction soit superposée au réseau de microlentilles dans le plan de superposition,
   le réseau de diffraction et le réseau de microlentilles étant orientés de sorte que dans le plan de superposition (PS), chaque axe de symétrie (A₁₂) du réseau de diffraction, ou une image de chaque axe de symétrie du réseau de diffraction, soit décalé(e) angulairement par rapport à un des axes de symétrie (A_{1 1}) du réseau de microlentilles d’un angle qui est compris entre 10° et 50°,
   et un quotient du pas des microlentilles (p₁₁) sur le pas de répétition du motif diffractant (p₁₂), ou sur un pas de répétition d’une image du motif diffractant dans le plan de superposition (PS), est compris entre 2 et 18, les valeurs 2 et 18 étant incluses.
2. Composant optique (1) selon la revendication 1, dans lequel une taille individuelle des microlentilles (11) parallèlement au plan de superposition (PS) est telle que deux quelconques des microlentilles qui sont voisines dans le réseau de microlentilles sont contigües.
3. Composant optique (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le réseau de diffraction est porté par le réseau de microlentilles, notamment gravé ou imprimé sur le réseau de microlentilles ou sur un film transparent, ou sur un substrat transparent rigide, ledit film ou substrat étant collé sur le réseau de microlentilles, ou le réseau de diffraction est inscrit, notamment par photoinscription, dans le réseau de microlentilles ou dans un film transparent ou substrat transparent rigide qui est collé sur le réseau de microlentilles.
4. Composant optique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’un au moins parmi le réseau de diffraction et le réseau des microlentilles (11) est réalisé au moyen d’un modulateur spatial de lumière, de préférence les deux réseaux de diffraction et des microlentilles sont réalisés ensemble au moyen d’un même modulateur spatial de lumière.
5. Composant optique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une indication d’une valeur prescrite λ de longueur d’onde pour un faisceau (F) de rayonnement électromagnétique à analyser qui est destiné à traverser le composant optique lors d’une utilisation dudit composant optique dans un analyseur de surface d’onde par interférences (10), ledit composant optique produisant lors de ladite utilisation des interférences entre des sous-faisceaux (SF_-1, SF₊₁) qui émergent du réseau de diffraction et qui ont traversé des microlentilles (11) voisines dans le réseau de microlentilles,
   le pas de répétition du motif diffractant (p₁₂), ou le pas de répétition de l’image du motif diffractant dans le plan de superposition (PS), étant compris entre λ·f/(2·3^1/2·p₁₁) et 4·λ·f/(3^1/2·p₁₁), où f est une longueur focale de chaque microlentille (11) et p₁₁est le pas des microlentilles, de sorte que les interférences existent dans un plan qui est parallèle au plan de superposition et distant dudit plan de superposition de f/2,
   ou bien le pas de répétition du motif diffractant (p₁₂), ou le pas de répétition de l’image du motif diffractant, dans le plan de superposition (PS), étant compris entre 4·λ·f/(3^1/2·p₁₁) et 8·3^1/2·λ·f/p₁₁, de sorte que les interférences existent dans un plan qui est parallèle au plan de superposition et distant dudit plan de superposition de 3·f/2.
6. Composant optique (1) selon la revendication 5, dans lequel le motif diffractant est adapté pour produire, sur une composante spectrale du faisceau (F) de rayonnement à analyser qui possède la valeur prescrite λ comme valeur de longueur d’onde, un déphasage qui est sensiblement égal à +/-pi radians, entre deux zones (Z1, Z2) complémentaires à l’intérieur du motif diffractant et pour une direction de propagation dudit faisceau de rayonnement qui est perpendiculaire au plan de superposition (PS).
7. Analyseur de surface d’onde par interférences (10), comprenant :
   - un composant optique (1) qui est conforme à l’une quelconque des revendications précédentes ; et
   - un capteur d’images (2), qui possède une surface photosensible plane et est agencé de sorte que la surface photosensible soit parallèle au plan de superposition (PS) du composant optique (1), de sorte que des interférogrammes produits sur ladite surface photosensible par un faisceau (F) de rayonnement électromagnétique à analyser qui traverse le composant optique en direction du capteur d’images lors d’une utilisation de l’analyseur de surface d’onde (10), soient saisis par ledit capteur d’images.
8. Analyseur de surface d’onde (10) selon la revendication 7, comprenant en outre :
   - un module de traitement (3), adapté pour déterminer des valeurs d’écart de piston qui existent au niveau du plan de superposition (PS) dans une surface d’onde (S) du faisceau (F) de rayonnement à analyser, à partir des interférogrammes saisis par ledit capteur d’images.
9. Analyseur de surface d’onde (10) selon la revendication 8, dans lequel le module de traitement (3) est adapté pour déduire une valeur pour l’écart de piston existant dans la surface d’onde (S) entre deux zones de ladite surface d’onde qui sont superposées à deux microlentilles (11) voisines, à partir d’un décalage transversal de franges existant dans un des interférogrammes qui correspond auxdites deux microlentilles.
10. Analyseur de surface d’onde (10) selon la revendication 9, dans lequel dans lequel le module de traitement (3) est adapté en outre pour déduire des valeurs d’écarts de tilt existant entre les deux zones de la surface d’onde (S) qui sont superposées aux deux microlentilles (11) voisines, à partir d’une orientation de franges et d’un pas d’interfrange, respectivement, existant dans l’interférogramme qui correspond auxdites deux microlentilles.
11. Analyseur de surface d’onde (10) selon l’une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel le composant optique (1) est conforme à la revendication 5 ou 6, et une distance de séparation entre le plan de superposition (PS) et la surface photosensible du capteur d’images (2) est comprise entre f/8 et 5·f/8 si le pas de répétition du motif diffractant (p₁₂), ou le pas de répétition de l’image du motif diffractant dans le plan de superposition, est compris entre λ·f/(2·3^1/2·p₁₁) et 4·λ·f/(3^1/2·p₁₁),
    ou bien la distance de séparation entre le plan de superposition (PS) et la surface photosensible du capteur d’images (2) est comprise entre 5·f/4 et 15·f/8 si le pas de répétition du motif diffractant (p₁₂), ou le pas de répétition de l’image du motif diffractant dans le plan de superposition, est compris 4·λ·f/(3^1/2·p₁₁) et 8·3^1/2·λ·f/p₁₁.
12. Procédé pour analyser une surface d’onde (S) d’un faisceau (F) de rayonnement électromagnétique, comprenant les étapes suivantes :
    - fournir un composant optique (1) qui est conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 6 ;
    - diriger le faisceau (F) de rayonnement à travers le composant optique (1) ;
    - disposer un capteur d’images (2) en aval du composant optique (1) par rapport à un sens de propagation du faisceau (F) de rayonnement, de sorte qu’une surface photosensible du capteur d’images coupe des volumes de superposition de sous-faisceaux (SF_-1, SF₊₁) qui sont produits par le composant optique à partir du faisceau de rayonnement ;
    - activer le capteur d’images (2) de façon à saisir des interférogrammes ; et
    - à partir des interférogrammes saisis, déterminer des valeurs d’écart de piston qui existent au niveau du plan de superposition (PS) dans la surface d’onde (S) du faisceau (F) de rayonnement.
13. Procédé selon la revendication 12, suivant lequel le composant optique (1) est conforme à la revendication 5, et le procédé comprend une étape initiale lors de laquelle l’un parmi un ensemble de source du faisceau (F) de rayonnement et le composant optique est sélectionné par rapport à l’autre de sorte qu’une valeur de longueur d’onde de l’ensemble de source soit proche de la valeur prescrite λ du composant optique, de façon à produire les interférogrammes,
    et suivant lequel le capteur d’images (2) est disposé en aval du composant optique (1) pour former un analyseur de surface d’onde (10) qui est conforme à la revendication 11.
14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, suivant lequel des parties du faisceau (F) de rayonnement qui traversent des microlentilles (11) différentes sont produites par des sources (1000) respectives séparées, notamment par des sources à fibres séparées, et plus particulièrement par des sources laser à fibres séparées.
15. Procédé selon la revendication 12 ou 13, suivant lequel le rayonnement est réfléchi simultanément par des segments (2001, 2002, 2003,…) juxtaposés d’un miroir (2000),
    et pour chaque segment (2001, 2002, 2003,…) du miroir (2000), une partie du rayonnement qui est réfléchie par ledit segment du miroir traverse une des microlentilles (11) selon une correspondance de un-à-un entre les segments du miroir et les microlentilles,
    et le procédé comprend en outre de calculer des écarts de hauteur et d’inclinaison qui existent entre deux segments (2001, 2002, 2003,…) voisins du miroir (2000), à partir des valeurs des écarts de piston et de tilt qui ont été déterminées.