WO2020016259A1 - Method and device for characterising optical filters - Google Patents

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WO2020016259A1
WO2020016259A1 PCT/EP2019/069169 EP2019069169W WO2020016259A1 WO 2020016259 A1 WO2020016259 A1 WO 2020016259A1 EP 2019069169 W EP2019069169 W EP 2019069169W WO 2020016259 A1 WO2020016259 A1 WO 2020016259A1
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WO
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characterization
filter
spectral
collection
collimator
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/069169
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French (fr)
Inventor
Julien Henri LUMEAU
Fabien LEMARCHAND
Thomas Charles BEGOU
Antonin MOREAU
Original Assignee
Université D'aix Marseille
Centre National De La Recherche Scientifique
Ecole Centrale De Marseille
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0285—Testing optical properties by measuring material or chromatic transmission properties

Definitions

  • the present description relates to a method and a device for characterizing transmission and / or reflection of optical filters, and in particular of non-diffractive optical filters.
  • Optical filters are components with selective transmission and / or reflection properties depending on the wavelength and are used in very diverse technical fields such as space, telecommunications, biophotonics, eyewear. They form, for example, bandpass filters, wavelength selective mirrors, anti-reflection components, dichroic plates.
  • non-diffractive optical filters having a transmission and / or reflection exclusively at zero order, and more specifically in optical thin film filters (or interference filters) as well as filters having structures of the subwavelength network type or “metasurfaces”.
  • This type of filter makes it possible in particular to design bandpass filters whose central transmission wavelength is adjustable as a function of the angle of incidence on the filter.
  • optical thin film filters have a transmission wavelength that decreases as the angle of incidence increases.
  • These filters are generally designed using software allowing to solve Maxwell's equations directly (e.g. Comsol®) or reverse (e.g. Optilayer®).
  • the design software determines according to the spectral properties required the physical structure of the filters, such as for example the number, the nature and the thickness of the layers in an interference filter, or the geometry and the size of the network in the metasurfaces type filters. . After manufacture, the agreement between the characteristics desired during the design and the real characteristics of the filters is verified experimentally.
  • the post validation experimental validation of the filters be made under experimental conditions corresponding as precisely as possible to those used in theoretical simulations during the design phase.
  • the theoretical conditions of Calculation of optical filters are based on plane wave illumination at different angles of incidence.
  • a spectrophotometer generally comprises a light source 10 with a broad spectral band, a monochromator 12 which can be tuned to emit a monochromatic light beam of which the wavelength can be varied, a separator element 16 for separating the monochromatic beam into a beam of reference and a measurement beam incident on the filter 14 to be characterized, and a detector 19 for detecting the light intensity of the two beams, the reference beam and the measurement beam after transmission / reflection by the filter.
  • the monochromator comprises, for example, a mobile network 121, coupled to a diaphragm 122.
  • the spectral resolution is finite (typically of the order of a few 0.1 nanometers to a few nanometers), which directly influences the signal to noise ratio and the measurement dynamics due to a limited flow available when a white source is used.
  • the presence of diaphragms also contributes to decreasing the power spectral density of the measurement beam incident on the filter to be characterized.
  • the measurement beam generally has a non-negligible divergence, typically of the order of a few degrees, the divergence also being spectrally variable.
  • FIGS. 1B and 1C thus illustrate the theoretical transmission of a standard bandpass filter (curves 101, 103), in this example an interference filter in thin layers, and the measured transmission of the same filter measured with a commercial spectrophotometer (curves 102, 104), in natural light, respectively under normal incidence (FIG. 1B) and at 40 ° (FIG. 1C). It is observed that the divergence of the measurement beam of the commercial spectrophotometer influences the measurement, and more particularly at large incidences, taking into account the greater angular sensitivity of the filter. In practice, this makes it impossible to characterize the spectral profile at high angles of incidence, as in this example at 40 °.
  • Document US Pat. No. 6,204,970 describes a method for adjusting the wavelength of a dielectric filter, the method comprising fixing the filter on a support and rotating it around a given angle of incidence to determine the angle at which the wavelength response conforms to the desired characteristics.
  • the document US6795054 describes a system for measuring optical filters configured to work at angles other than the normal angle. However, the working angles remain small (around one degree).
  • this document recommends the use of a tunable laser source for characterization. In addition to the fact that such a source is very expensive, it generates parasitic interference effects detrimental to the characterization of the optical filters, in particular at wide angles.
  • the present invention describes a device for characterizing optical filters which makes it possible to approach the conditions for calculating the theoretical performance of the filters, namely a plane wave illumination for different angles of incidence, while dispensing with the use of a tunable laser.
  • one or more exemplary embodiments relate to a method of characterization in reflection and / or in transmission of an optical filter comprising:
  • the characterization method thus described makes it possible to approach the conditions for calculating the theoretical performance of optical filters, and to benefit from a very good signal to noise ratio in the characterization of the filters, in particular due to the power spectral density and the very small divergence that can be obtained on the incident measurement beam on the filter to be characterized.
  • the applicants have demonstrated the possibility of characterizing experimentally, using the method according to the present description, interference bandpass optical filters with angles of incidence greater than 40 °.
  • the mode which propagates in the single-mode fiber is the TEMoo mode.
  • the light wave at the output of the single-mode fiber is then limited by diffraction, with a quality factor, M 2 , defined as the ratio between the divergence angle of a laser beam and the ideal Gaussian beam, respecting the condition M 2 ⁇ 1.5.
  • M 2 quality factor
  • the light wave at the output of the monomode fiber, or very close to it, then has a spatial distribution of transverse monomode intensity, for example of the Gaussian type.
  • the measurement beam are made possible by the use of a light source, broadband and therefore temporally inconsistent, coupled with a single-mode fiber, and the absence of any other component (eg diaphragm, network) upstream of the filter. to characterize which could limit the power spectral density of the measurement beam and its transverse single-mode spatial quality.
  • the illumination of the component to be characterized is broadband and the spectral analysis is carried out downstream.
  • the time coherence length of the source is less than 300 mhi, which corresponds substantially to a light source in the near infrared and with a spectral width of 10 nm.
  • the high power spectral density thus obtained makes it possible to carry out rapid and / or very high signal-to-noise ratio measurements so as to obtain a large measurement dynamic (several decades). Indeed, the signal to noise ratio is all the more important as the number of photons received is important.
  • a high power spectral density makes it possible to collect enough photons to allow a measurement in transmission or reflection even in the case of strong attenuation, and also makes it possible to limit the measurement time for each wavelength. Indeed, the noise level being proportional to the number of integrated photons, the higher the power spectral density, the more the integration time can be reduced for the same number of photons to be integrated.
  • a compromise will be sought as a function of the applications between the spectral width of the source and the spectral power density (DSP), the DSP decreasing with the spectral width.
  • DSP spectral power density
  • the coupling of the source in the single-mode fiber makes it possible to obtain at the output of the at least one first collimator a slightly divergent beam limited by diffraction, that is to say of which the divergence is as small as possible. an experimental point of view.
  • the shaping of said light wave comprises the adjustment of the transverse spatial dimension of the slightly divergent beam to the desired dimension of said characterization area.
  • the adjustment of the transverse spatial dimension of the beam is carried out by means of a second collimator coupled with the first collimator.
  • the characterization method according to the present description further comprises the collection of the beam reflected and / or transmitted by means of at least one collection collimator.
  • said at least one collection collimator may be coupled to at least one collection fiber of a spectrometer.
  • said at least one collection collimator is placed on a translation and / or rotation stage.
  • the translation of said at least one collection collimator makes it possible to compensate for the deflection of the beam transmitted by the filter due to the refractive effects of light during a measurement outside normal incidence; thus the flow collected is maximum.
  • the rotation of said at least one collection collimator makes it possible to adapt the reception angle of the beam reflected by the filter as a function of the angle of the incident beam.
  • a "collimator” is any optical device making it possible to obtain a beam of parallel rays of light from a light source.
  • the first and / or the second collimator for shaping the measurement beam and said at least one collection collimator are formed by one or more reflective or refractive optical elements. Reflective optical elements make it possible in particular to guarantee spectral broadband collimation performance.
  • the source according to the present description comprises a superluminescent diode (or “SLD” according to the English abbreviation “superluminescent diode”), or more generally a diode implementing a spontaneous emission mechanism amplified (or "ASE” according to the abbreviation of the English expression “Amplified spontaneous emission”),. for the light wave formation step.
  • the source can also be adapted to the emission of a supercontinuum source which has a higher spectral band than ASE sources. Such sources have high power spectral densities and are temporally inconsistent, which makes it possible to limit the parasitic effects of interference.
  • the spectral band of the source can be chosen as a function of the spectral band of characterization of the component and several sources can be used to cover a larger spectral band of characterization. Given the sensitivity ranges of the detectors and the emission ranges of the sources, in particular of the SLD type, it is possible to cover, at least in part, the spectral range from 400 to 1700 nm.
  • the spectral analysis step comprises the measurement of the light intensity reflected and / or transmitted by said zone for characterizing the sample, as a function of the wavelength, in a band spectral range included in said spectral width of said source.
  • the spectral analysis step further comprises measuring the light intensity of said slightly divergent incident beam, as a function of the wavelength, in said spectral band, without the sample, and calculating the ratio of the light intensities measured with and without sample, as a function of the wavelength.
  • said light intensity, measured with or without a sample is corrected by a background noise value.
  • the characterization method according to the present description comprises the variation of the polarization of the slightly divergent incident beam on the optical filter by means of a polarizer. Spectral analysis can then be performed for each of the polarizations in order to carry out a more complete characterization.
  • the polarizer can be linear or circular. In the case of a linear polarizer, it can be mounted on a rotation stage in order to automatically measure the spectral performance for the two polarizations s and p.
  • the characterization method according to the present description further comprises the formation from the slightly divergent incident beam of a reference beam in a reference channel; the spectral analysis of the reflected and / or transmitted beam includes the normalization of the light intensity of said reflected beam and / or transmitted by the light intensity of the reference beam.
  • the reference channel eliminates fluctuations in the intensity of the measurement source.
  • one or more exemplary embodiments relate to a device for characterization in reflection and / or in transmission of an optical filter comprising:
  • a light source coupled to a single-mode fiber, making it possible to form a light wave with a spectral width greater than 10 nm, with a spectral power density greater than 1 pW / nm;
  • At least a first collimator configured to form from said light wave, a weakly divergent beam with a divergence of less than 1 mrad, incident on a characterization zone of the filter to be characterized with a given angle of incidence;
  • the device further comprises at least one collection collimator for the collection of the beam reflected and / or transmitted by said characterization area of said filter.
  • said at least one collection collector is coupled to at least one collection fiber, single mode or multimode.
  • the source comprises a superluminescent diode, a supercontinuum source.
  • the spectral analysis means comprise one or more spectrometer (s) connected to one or more calculation units.
  • a spectrometer typically includes a spectral light scattering element coupled with a detector.
  • the calculation unit is used to process the signals delivered by the detector and corresponding to light intensities measured as a function of the wavelength.
  • the spectrometer (s) are fiberized.
  • the device further comprises means of rotation and / or translation of the filter to be characterized in order to vary the angle of incidence and / or the position of the characterization zone.
  • the device further comprises a beam splitter element configured to take a portion of said slightly divergent incident beam and form a reference beam and a detector to measure the light intensity of said reference beam.
  • FIGS. 1A to 1C a system for characterizing optical filters according to the prior art (FIG. 1A) and comparative examples of characterizations of a filter obtained according to a method of the prior art and according to theory, for a zero angle of incidence (FIG. 1B) and at 40 ° (FIG. 1C);
  • FIG. 2 a flow diagram of an example of a characterization method according to the present description
  • FIG. 3 a diagram of an exemplary characterization system in transmission of an optical filter according to the present description
  • FIGS. 4A and 4B diagrams of examples of a characterization system respectively in transmission and in reflection of optical filters according to this description
  • FIG. 5A, 5B comparative examples of characterizations of a filter (identical to that characterized in FIGS. 1B, 1C), obtained according to an example of method according to the present description and according to theory, for a zero angle of incidence ( FIG. 5A) and at 40 ° (FIG. 5B).
  • the term “understand” means the same thing as “include” and “Contain”, and is inclusive or open and does not exclude other items not recited. Furthermore, in the present description, the terms “approximately”, “substantially” and “approximately” mean the same thing as having a lower and / or higher margin of 10% of the respective value.
  • each calculation or processing step can be implemented by software, hardware, firmware , microcode or any suitable combination of these technologies.
  • each calculation or processing step can be implemented by computer program instructions or software code. These instructions can be stored or transmitted to a storage medium readable by a computer (or calculation unit) and / or be executed by a computer (or calculation unit) in order to implement these calculation or processing steps.
  • the LIG. 2 illustrates three steps of the method for characterizing an optical filter (or “sample”) according to the present description, namely a step 201 of illumination to form a temporally incoherent light wave, a step 202 of shaping said light wave to form a weakly divergent beam incident on the optical filter to be characterized and a step 203 of spectral analysis of said filter by means of the weakly convergent beam.
  • the LIG. 3 illustrates an example of a system 30 adapted to the implementation of the characterization method according to the present description.
  • the optical filters to be characterized can for example be non-diffractive filters, in reflection or in transmission.
  • Non-diffractive filters do not generate diffraction orders other than zero order. Thus, there is only a transmitted beam and / or a beam reflected in direct reflection, which facilitates the characterization.
  • These filters form, for example, dichroic plates, band-pass filters, “reverse” filters, that is to say narrow reflection bands (or “Notch filters”), antireflections, length selective mirrors. wave, etc. More generally, it is sought to characterize filters having high frequency variations in their transmission and / or reflection coefficients or large variations in transmission from one spectral band to another.
  • These filters can be formed for example by stacks of optical thin layers or in the form of sub-wavelength structures or "metasurfaces".
  • the illumination step 201 comprises the formation of a temporally incoherent light wave, of spectral width greater than 10 nm and of spectral power density greater than 1 qW / nm, and whose intensity distribution is transverse monomode.
  • a temporally incoherent light wave of spectral width greater than 10 nm and of spectral power density greater than 1 qW / nm, and whose intensity distribution is transverse monomode.
  • a light wave can be obtained with a light source 31 of spectral width greater than 10 nm and of spectral power density greater than 1 LiW / nm coupled in an input fiber 32, which is a single-mode fiber.
  • the light source is for example a super luminescent diode (SLD) or any other broadband source (supercontinuum source) which can be coupled to a single mode fiber.
  • SLD super luminescent diode
  • the spectral range of the source can be adapted to the spectral range required for characterization.
  • the high power spectral density guarantees high measurement dynamics.
  • the light wave forms a transverse single-mode spatial distribution beam.
  • the shaping of the light wave thus obtained makes it possible, for example by means of a first collimator 33 (FIG. 3), to form a weakly diverging beam Bi whose divergence is less than 1 mrad.
  • the incident beam Bi is advantageously a Gaussian beam TEM00, advantageously with a low level of aberrations (M 2 ⁇ 1.5). This is made possible due to the single-mode nature of the light wave incident on the collimator 33.
  • the collimator 33 comprises for example one or more reflective optical elements, in order to guarantee the broadband collimation performance of the beam or may comprise one or more refractive optical elements.
  • two collimators can be arranged to form an incident beam Bi whose transverse spatial dimension can be adapted to the dimension of the area of the sample to be characterized.
  • the transverse spatial dimension of the incident beam can be adjusted from a few hundred microns to a few centimeters as required.
  • the adjustment of the spatial dimension of the beam takes into account the dimension of the characterization area sought on the sample (a smaller area makes it possible to overcome any problems of uniformity on the sample) and the divergence of the characterization beam Bi (an increase in the measurement beam size making it possible to decrease the divergence of the beam).
  • the characterization beam Bi is incident on the sample F with a given angle of incidence.
  • the sample is arranged on a sample holder system (not shown in FIG. 3) with a rotation stage, making it possible to control the angle of incidence of the characterization beam on the sample.
  • Translation plates can also be provided to scan the characterization area on the sample if necessary.
  • the collection of the beam after reflection and / or transmission can then take into account the effects of displacement of the characterization beam resulting from angular deflection (measurement in reflection) or refraction in the substrate (measurement in transmission). This adjustment can be made manually or automatically by maximizing the incident flux measured on the detector.
  • the spectral analysis (step 203) of the beam reflected and / or transmitted by the sample F is carried out for example by means of a spectrometer 34 connected to a calculation unit 35.
  • the spectrometer 34 comprises for example a spectral dispersion element of light coupled with a detector.
  • the spectrometer 34 is advantageously a fibrous spectrometer.
  • the calculation unit is configured to process the signals delivered by the detector and corresponding to light intensities measured as a function of the wavelength.
  • the dispersion element comprises for example a diffraction grating, or a volume grating, or a variable filter.
  • the detector comprises for example a photodiode, a photodiode strip or a matrix detector, for example of the CCD or CMOS type.
  • the spectrometer then provides information on the spectral response in measured light intensity which is then analyzed using data processing software from the calculation unit.
  • the spectral analysis includes the determination as a function of the wavelength of the light intensity I (l) of the beam after reflection and / or transmission.
  • the spectral analysis may further comprise the determination, as a function of the wavelength, of the light intensity Iioo (l) of the slightly divergent incident beam (measured without sample) and the determination, as a function of the length of the wave, of the ratio I (l) / Iioo (l) corresponding respectively to the reflection f Rf l)) or the transmission (T (l)) of the characterization zone as a function of the wavelength.
  • a measurement of the intensity is carried out by means of the same spectrometer 34, without the sample, before or after the characterization of the sample, or by means of two spectrometers.
  • the light intensity Iioo (l) corresponds to the intensity transmitted or reflected by the standard sample.
  • the spectral analysis can also, to get rid of any background noise, make a measurement of the intensity Io with the incident beam blocked.
  • the reflection R or the transmission T is then written:
  • FIGS. 4A and 4B illustrate other diagrams of examples of characterization systems according to the present description.
  • System 40 A illustrates a characterization system in transmission and system 40 B illustrates a characterization system in reflection.
  • the beam transmitted B t (FIG. 4A) or reflected B r (FIG. 4B) is collected by means of a collection collimator 41 coupled to a collection fiber 42 singlemode or multimode 42.
  • the choice of diameter of the core of the fiber 42 is a function of the spectral resolution required and of the sensitivity to alignment. Indeed, a larger diameter collection fiber will make it easier to collect the reflected or transmitted flux.
  • the sensitivity to alignment will be lower but the spectral resolution limited, the latter being dependent, for example in the case of a spectrometer of the optical spectrum analyzer type, on the size of the input fiber.
  • the use of a single-mode fiber will allow better spectral resolution to be obtained, but will be more sensitive to misalignments in the collection system between I and Iioo.
  • the characterization systems illustrated on the LIGS. 4 A and 4B additionally and optionally include a reference channel.
  • the reference channel is formed by a beam separating element 44, configured to take part of the incident beam Bi.
  • the reference channel comprises a detector 45, for example a photodiode, making it possible to take into account in real time the light fluctuations of the source.
  • each of the intensities I (l), Iioo (l) and I 0 defined above are normalized by the intensity of the reference beam, measured on the reference channel at the time of the measurement of I (l) .
  • the characterization systems illustrated on the LIGS. 4A and 4B further comprise, and optionally, a polarizer 43 making it possible to change the polarization of the incident beam Bi on the sample. Spectral analysis can then be performed for each of the polarizations.
  • the measurement system thus makes it possible, in combination with the high spectral power density source, to carry out measurements with a high signal to noise ratio (minimum 20) over an intensity range of at least 3 decades.
  • spectrometers for example two spectrometers, for example bib spectrometers, for example to characterize at the same time the transmission and the reflection, or to characterize a filter in different spectral bands, etc.
  • LIGS. 5 A and 5B illustrate the first experimental results carried out by means of a characterization system according to the present description, as illustrated on the LIG. 4A.
  • the source is a super luminescent diode centered at 920 nm, of spectral width at - 3dB greater than 100 nm, power 5 mW coupled in a single mode fiber.
  • the collimators emission and reception are reflective collimators.
  • the collimator of collection is fixed on a stage of translation in order to compensate for the effects of beam shift during the measurements in incidence.
  • the measuring spot is ⁇ 2 mm in diameter. For these measurements, only the transmission was measured and the polarization was checked if necessary using a linear polarizer placed upstream of the sample, itself fixed on a rotation stage.
  • the detector is an optical spectrum analyzer and the light collected by a single mode fiber in order to obtain an optimal spectral resolution ( ⁇ 0.5 nm).
  • the spectral response in transmission of an optical standard bandpass interference filter obtained by stacking optical thin layers is measured under lighting conditions 0 and 40 degrees of incidence (curves 502 and 504 respectively).
  • the standard filter is the same as that for which characterizations have been shown in FIGS. 1B, 1C.
  • the agreement with the theoretical curves (curves 501 and 503 respectively) is excellent whether it is from a point of view of the transmission, the definition of the flanks, the measurement of the rejection.
  • the disagreements reflect the errors in the realization of such a complex filter and do not originate from deficiencies in the measurement system which do not exceed ⁇ 1%. It should be noted that this system obviously works for other angles of incidence.
  • a conventional band pass optical filter having a quality factor Q of the order of 100 can be characterized with a divergence of the incident beam less than 1 mrad at angles of incidence up to angles greater than 60 °.
  • a divergence of the incident beam on the order of 10 mrad such a filter can only be characterized at angles of incidence less than 15 °.
  • the embodiments described above have mainly shown the characterization of non-diffractive optical filters.
  • the methods and devices described also apply to the characterization in transmission and / or in reflection of the zero order of diffractive filters, for example of the network type. They can be applied to the characterization of higher orders of diffractive filters. We can then provide a preliminary step of identifying the order that we are trying to characterize.
  • the method and the device for characterizing optical filters include different variants, modifications and improvements which will be obvious to those skilled in the art, it being understood that these various variants, modifications and improvements form part of the scope of the invention, as defined by the claims which follow.

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Abstract

According to one aspect, the present description concerns a device for characterising the reflection and/or transmission of an optical filter comprising a light source (31) coupled to a single-mode fibre (32), for forming a light wave having a spectral width greater than 10 nm, a power spectral density greater than 1 µW/nm; a first collimator (33) configured to form, from said light wave, a slightly divergent beam (Bi) with a divergence of less than 1 mrad, incident on a characterisation area of the filter to be characterised with a given angle of incidence; and means (34) for the spectral analysis of the beam reflected (Br) and/or transmitted (Bt) by said characterisation area of said filter to be characterised, when said area is illuminated by said slightly divergent beam.

Description

MÉTHODE ET DISPOSITIF DE CARACTÉRISATION  CHARACTERIZATION METHOD AND DEVICE
DE FILTRES OPTIQUES  OPTICAL FILTERS
ETAT DE L’ART STATE OF THE ART
Domaine technique de l’invention Technical field of the invention
La présente description concerne une méthode et un dispositif de caractérisation en transmission et/ou en réflexion de filtres optiques, et en particulier de filtres optiques non diffractifs.  The present description relates to a method and a device for characterizing transmission and / or reflection of optical filters, and in particular of non-diffractive optical filters.
Etat de l’art  State of the art
Les filtres optiques sont des composants présentant des propriétés de transmission et/ou réflexion sélectives en fonction de la longueur d’onde et sont utilisés dans des domaines techniques très diversifiés comme le domaine spatial, les télécommunications, la biophotonique, la lunetterie. Ils forment par exemple des filtres passe-bande, des miroirs sélectifs en longueur d’onde, des composants antireflets, des lames dichroïques.  Optical filters are components with selective transmission and / or reflection properties depending on the wavelength and are used in very diverse technical fields such as space, telecommunications, biophotonics, eyewear. They form, for example, bandpass filters, wavelength selective mirrors, anti-reflection components, dichroic plates.
On s’intéresse notamment dans la présente description aux filtres optiques non diffractifs, présentant une transmission et/ou réflexion exclusivement à l’ordre zéro, et plus précisément aux filtres en couches minces optiques (ou filtres interférentiels) ainsi qu’aux filtres présentant des structures de type réseaux sub-longueurs d’onde ou « métasurfaces ». Ce type de filtres permet notamment de concevoir des filtres passe-bandes dont la longueur d’onde centrale de transmission est ajustable en fonction de l’angle d’incidence sur le filtre. Par exemple, les filtres en couches minces optiques présentent une longueur d’onde de transmission qui diminue lorsque l’angle d’incidence augmente.  We are particularly interested in this description in non-diffractive optical filters, having a transmission and / or reflection exclusively at zero order, and more specifically in optical thin film filters (or interference filters) as well as filters having structures of the subwavelength network type or “metasurfaces”. This type of filter makes it possible in particular to design bandpass filters whose central transmission wavelength is adjustable as a function of the angle of incidence on the filter. For example, optical thin film filters have a transmission wavelength that decreases as the angle of incidence increases.
Ces filtres sont généralement conçus en utilisant des logiciels permettant de résoudre les équations de Maxwell de manière directe (e.g. Comsol®) ou inverse (e.g. Optilayer®). Les logiciels de conception déterminent en fonction des propriétés spectrales requises la structure physique des filtres, comme par exemple le nombre, la nature et l’épaisseur des couches dans un filtre interférentiel, ou la géométrie et la taille du réseau dans les filtres de type métasurfaces. Après la fabrication, la concordance entre les caractéristiques souhaitées lors de la conception et les caractéristiques réelles des filtres est vérifiée expérimentalement.  These filters are generally designed using software allowing to solve Maxwell's equations directly (e.g. Comsol®) or reverse (e.g. Optilayer®). The design software determines according to the spectral properties required the physical structure of the filters, such as for example the number, the nature and the thickness of the layers in an interference filter, or the geometry and the size of the network in the metasurfaces type filters. . After manufacture, the agreement between the characteristics desired during the design and the real characteristics of the filters is verified experimentally.
Afin de procurer aux utilisateurs de ces filtres des données de caractérisation fiables, on cherche à ce que la validation expérimentale post fabrication des filtres soit faite dans des conditions expérimentales correspondant le plus précisément possible à celles utilisées dans les simulations théoriques lors de la phase de conception. Notamment, les conditions théoriques de calcul des filtres optiques sont basées sur une illumination en onde plane à différents angles d’incidence. In order to provide users of these filters with reliable characterization data, it is sought that the post validation experimental validation of the filters be made under experimental conditions corresponding as precisely as possible to those used in theoretical simulations during the design phase. . In particular, the theoretical conditions of Calculation of optical filters are based on plane wave illumination at different angles of incidence.
A ce jour, la méthode la plus classique pour caractériser les filtres optiques consiste à utiliser un système de type spectrophotomètre. Comme illustré sur la FIG. 1A, un spectrophotomètre comprend généralement une source lumineuse 10 à large bande spectrale, un monochromateur 12 accordable pour émettre en sortie un faisceau lumineux monochromatique dont on peut faire varier la longueur d’onde, un élément séparateur 16 pour séparer le faisceau monochromatique en un faisceau de référence et un faisceau de mesure incident sur le filtre 14 à caractériser, et un détecteur 19 pour détecter l’intensité lumineuse des deux faisceaux, le faisceau de référence et le faisceau de mesure après transmission/réflexion par le filtre. Le monochromateur comprend par exemple un réseau 121, mobile, couplé à un diaphragme 122.  To date, the most conventional method for characterizing optical filters consists in using a spectrophotometer type system. As illustrated in FIG. 1A, a spectrophotometer generally comprises a light source 10 with a broad spectral band, a monochromator 12 which can be tuned to emit a monochromatic light beam of which the wavelength can be varied, a separator element 16 for separating the monochromatic beam into a beam of reference and a measurement beam incident on the filter 14 to be characterized, and a detector 19 for detecting the light intensity of the two beams, the reference beam and the measurement beam after transmission / reflection by the filter. The monochromator comprises, for example, a mobile network 121, coupled to a diaphragm 122.
Cependant, dans un tel système de mesure, la résolution spectrale est finie (typiquement de l'ordre de quelques 0,1 nanomètres à quelques nanomètres), ce qui influence directement le rapport signal sur bruit et la dynamique de mesure du fait d'un flux disponible limité lorsqu'une source blanche est utilisée. Par ailleurs, la présence de diaphragmes contribue aussi à diminuer la densité de spectrale de puissance du faisceau de mesure incident sur le filtre à caractériser. Enfin, le faisceau de mesure présente généralement une divergence non négligeable, typiquement de l’ordre de quelques degrés, la divergence étant par ailleurs variable spectralement.  However, in such a measurement system, the spectral resolution is finite (typically of the order of a few 0.1 nanometers to a few nanometers), which directly influences the signal to noise ratio and the measurement dynamics due to a limited flow available when a white source is used. Furthermore, the presence of diaphragms also contributes to decreasing the power spectral density of the measurement beam incident on the filter to be characterized. Finally, the measurement beam generally has a non-negligible divergence, typically of the order of a few degrees, the divergence also being spectrally variable.
Les FIG. 1B et 1C illustrent ainsi la transmission théorique d’un filtre passe-bande étalon (courbes 101, 103), dans cet exemple un filtre interférentiel en couches minces, et la transmission mesurée du même filtre mesurée avec un spectrophotomètre du commerce (courbes 102, 104), en lumière naturelle, respectivement sous incidence normale (FIG. 1B) et à 40° (FIG. 1C). On observe que la divergence du faisceau de mesure du spectrophotomètre du commerce influence la mesure, et plus particulièrement aux grandes incidences, compte tenu de la plus grande sensibilité angulaire du filtre. En pratique, cela rend impossible la caractérisation du profil spectral aux forts angles d’incidence, comme dans cet exemple à 40°.  FIGS. 1B and 1C thus illustrate the theoretical transmission of a standard bandpass filter (curves 101, 103), in this example an interference filter in thin layers, and the measured transmission of the same filter measured with a commercial spectrophotometer (curves 102, 104), in natural light, respectively under normal incidence (FIG. 1B) and at 40 ° (FIG. 1C). It is observed that the divergence of the measurement beam of the commercial spectrophotometer influences the measurement, and more particularly at large incidences, taking into account the greater angular sensitivity of the filter. In practice, this makes it impossible to characterize the spectral profile at high angles of incidence, as in this example at 40 °.
D'autres systèmes ont été développés pour la caractérisation de filtres optiques.  Other systems have been developed for the characterization of optical filters.
Le document US6204970 décrit une méthode pour l’ajustement en longueur d’onde d’un filtre diélectrique, la méthode comprenant la fixation du filtre sur un support et sa rotation autour d’un angle d’incidence donné pour déterminer l’angle auquel la réponse en longueur d’onde est conforme aux caractéristiques recherchées. Dans ce document cependant, on s’intéresse à des angles d’incidence très faibles, proche de l’incidence normale. Le document US6795054 décrit un système de mesure de filtres optiques configurés pour travailler à d’autres angles que l’angle normal. Cependant, les angles de travail restent faibles (autour d’un degré). Par ailleurs, ce document préconise l’utilisation d’une source laser accordable pour la caractérisation. Outre le fait qu’une telle source est très coûteuse, elle génère des effets d’interférences parasites préjudiciables à la caractérisation des filtres optiques, notamment aux grands angles. Document US Pat. No. 6,204,970 describes a method for adjusting the wavelength of a dielectric filter, the method comprising fixing the filter on a support and rotating it around a given angle of incidence to determine the angle at which the wavelength response conforms to the desired characteristics. In this document, however, we are interested in very small angles of incidence, close to normal incidence. The document US6795054 describes a system for measuring optical filters configured to work at angles other than the normal angle. However, the working angles remain small (around one degree). Furthermore, this document recommends the use of a tunable laser source for characterization. In addition to the fact that such a source is very expensive, it generates parasitic interference effects detrimental to the characterization of the optical filters, in particular at wide angles.
L’article de Lloriot et al. (« Solid-spaced filters : an alternative for narrow-bandpass applications » Applied Optics/ Vol.45, No.7/ 1 March 2006) décrit également l’utilisation d’un laser accordable pour la caractérisation de filtres optiques, en vue de leur ajustement en longueur d’onde.  The article by Lloriot et al. (“Solid-spaced filters: an alternative for narrow-bandpass applications” Applied Optics / Vol.45, No.7 / 1 March 2006) also describes the use of a tunable laser for the characterization of optical filters, in order to their wavelength adjustment.
La présente invention décrit un dispositif de caractérisation de filtres optiques qui permet de s’approcher des conditions de calcul des performances théoriques des filtres, à savoir une illumination en onde plane pour différents angles d’incidence, tout en s’affranchissant de l’utilisation d’un laser accordable.  The present invention describes a device for characterizing optical filters which makes it possible to approach the conditions for calculating the theoretical performance of the filters, namely a plane wave illumination for different angles of incidence, while dispensing with the use of a tunable laser.
RESUME ABSTRACT
Selon un premier aspect, un ou plusieurs exemples de réalisation concernent une méthode de caractérisation en réflexion et/ou en transmission d’un filtre optique comprenant :  According to a first aspect, one or more exemplary embodiments relate to a method of characterization in reflection and / or in transmission of an optical filter comprising:
la formation, au moyen d’une source lumineuse couplée dans une fibre monomode, d’une onde lumineuse de largeur spectrale supérieure à 10 nm, de densité spectrale de puissance supérieure à 1 pW/nm;  the formation, by means of a light source coupled in a single-mode fiber, of a light wave of spectral width greater than 10 nm, of spectral power density greater than 1 pW / nm;
la mise en forme de ladite onde lumineuse au moyen d’au moins un premier collimateur pour former un faisceau faiblement divergent de divergence inférieure à 1 mrad incident sur une zone de caractérisation du filtre avec un angle d’incidence donné ; et  the shaping of said light wave by means of at least a first collimator to form a slightly divergent beam of divergence less than 1 mrad incident on a characterization area of the filter with a given angle of incidence; and
l’analyse spectrale du faisceau réfléchi et/ou transmis par ladite zone de caractérisation illuminée par ledit faisceau faiblement divergent.  spectral analysis of the beam reflected and / or transmitted by said characterization zone illuminated by said weakly divergent beam.
Les déposants ont montré que la méthode de caractérisation ainsi décrite permet de s’approcher des conditions de calcul des performances théoriques des filtres optiques, et de bénéficier d’un très bon rapport signal sur bruit dans la caractérisation des filtres, notamment du fait de la densité spectrale de puissance et de la très faible divergence que l’on peut obtenir sur le faisceau de mesure incident sur le filtre à caractériser. Les déposants ont démontré la possibilité de caractériser expérimentalement, grâce à la méthode selon la présente description, des filtres optiques interférentiels passe-bande avec des angles d’incidence supérieurs à 40°. The applicants have shown that the characterization method thus described makes it possible to approach the conditions for calculating the theoretical performance of optical filters, and to benefit from a very good signal to noise ratio in the characterization of the filters, in particular due to the power spectral density and the very small divergence that can be obtained on the incident measurement beam on the filter to be characterized. The applicants have demonstrated the possibility of characterizing experimentally, using the method according to the present description, interference bandpass optical filters with angles of incidence greater than 40 °.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le mode qui se propage dans la fibre monomode est le mode TEMoo. L’onde lumineuse en sortie de la fibre monomode est alors limitée par diffraction, avec un facteur de qualité, M2, défini comme le rapport entre l'angle de divergence d’un faisceau laser et le faisceau gaussien idéal, respectant la condition M2 < 1,5. L’onde lumineuse en sortie de la fibre monomode, ou très proche de l’être, présente alors une distribution spatiale d’intensité monomode transverse, par exemple de type gaussien. According to one or more exemplary embodiments, the mode which propagates in the single-mode fiber is the TEMoo mode. The light wave at the output of the single-mode fiber is then limited by diffraction, with a quality factor, M 2 , defined as the ratio between the divergence angle of a laser beam and the ideal Gaussian beam, respecting the condition M 2 <1.5. The light wave at the output of the monomode fiber, or very close to it, then has a spatial distribution of transverse monomode intensity, for example of the Gaussian type.
Ces propriétés du faisceau de mesure sont rendues possibles par l’emploi d’une source lumineuse, large bande et donc incohérente temporellement, couplée avec une fibre monomode, et l’absence de tout autre composant (e.g. diaphragme, réseau) en amont du filtre à caractériser qui pourrait limiter la densité spectrale de puissance du faisceau de mesure et sa qualité spatiale monomode transverse. En effet, l’illumination du composant à caractériser est large bande et l’analyse spectrale est réalisée en aval.  These properties of the measurement beam are made possible by the use of a light source, broadband and therefore temporally inconsistent, coupled with a single-mode fiber, and the absence of any other component (eg diaphragm, network) upstream of the filter. to characterize which could limit the power spectral density of the measurement beam and its transverse single-mode spatial quality. Indeed, the illumination of the component to be characterized is broadband and the spectral analysis is carried out downstream.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la longueur de cohérence temporelle de la source est inférieure à 300 mhi, ce qui correspond sensiblement à une source lumineuse dans le proche infrarouge et de largeur spectrale de 10 nm.  According to one or more exemplary embodiments, the time coherence length of the source is less than 300 mhi, which corresponds substantially to a light source in the near infrared and with a spectral width of 10 nm.
La forte densité spectrale de puissance ainsi obtenue permet de réaliser des mesures rapides et/ou à très grand rapport signal sur bruit de sorte à obtenir une grande dynamique de mesure (plusieurs décades). En effet, le rapport signal sur bruit est d’autant plus important que le nombre de photons reçu est important. Une forte densité spectrale de puissance permet de collecter suffisamment de photons pour permettre une mesure en transmission ou réflexion même dans le cas de forte atténuation, et permet en outre de limiter le temps de mesure pour chaque longueur d’onde. En effet, le niveau de bruit étant proportionnel au nombre de photons intégrés, plus la densité spectrale de puissance est élevée, plus le temps d’intégration peut être réduit pour un même nombre de photons à intégrer.  The high power spectral density thus obtained makes it possible to carry out rapid and / or very high signal-to-noise ratio measurements so as to obtain a large measurement dynamic (several decades). Indeed, the signal to noise ratio is all the more important as the number of photons received is important. A high power spectral density makes it possible to collect enough photons to allow a measurement in transmission or reflection even in the case of strong attenuation, and also makes it possible to limit the measurement time for each wavelength. Indeed, the noise level being proportional to the number of integrated photons, the higher the power spectral density, the more the integration time can be reduced for the same number of photons to be integrated.
En pratique, on cherchera un compromis en fonction des applications entre la largeur spectrale de la source et la densité spectrale de puissance (DSP), la DSP diminuant avec la largeur spectrale. Ainsi, on pourra choisir selon un ou plusieurs exemples de réalisation, une source lumineuse de largeur spectrale supérieure ou égale à 50 nm, voire supérieure à 100 nm pour des caractérisations de filtres sur des bandes spectrales plus grandes. On pourra également choisir de travailler avec des DSP plus importantes pour obtenir des plus grandes dynamiques de mesure, mais sur des plages spectrales plus petites. En pratique, le couplage de la source dans la fibre monomode permet d’obtenir en sortie du au moins un premier collimateur un faisceau faiblement divergent limité par la diffraction, c’est-à-dire dont la divergence est la plus faible possible d’un point de vue expérimental. In practice, a compromise will be sought as a function of the applications between the spectral width of the source and the spectral power density (DSP), the DSP decreasing with the spectral width. Thus, one can choose according to one or more embodiments, a light source of spectral width greater than or equal to 50 nm, or even greater than 100 nm for characterization of filters on larger spectral bands. We can also choose to work with larger DSPs to obtain greater measurement dynamics, but over smaller spectral ranges. In practice, the coupling of the source in the single-mode fiber makes it possible to obtain at the output of the at least one first collimator a slightly divergent beam limited by diffraction, that is to say of which the divergence is as small as possible. an experimental point of view.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la mise en forme de ladite onde lumineuse comprend l’ajustement de la dimension spatiale transverse du faisceau faiblement divergent à la dimension recherchée de ladite zone de caractérisation.  According to one or more exemplary embodiments, the shaping of said light wave comprises the adjustment of the transverse spatial dimension of the slightly divergent beam to the desired dimension of said characterization area.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, l’ajustement de la dimension spatiale transverse du faisceau est réalisé au moyen d’un deuxième collimateur couplé avec le premier collimateur.  According to one or more exemplary embodiments, the adjustment of the transverse spatial dimension of the beam is carried out by means of a second collimator coupled with the first collimator.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la méthode de caractérisation selon la présente description comprend en outre la collection du faisceau réfléchi et/ou transmis au moyen d’au moins un collimateur de collection.  According to one or more exemplary embodiments, the characterization method according to the present description further comprises the collection of the beam reflected and / or transmitted by means of at least one collection collimator.
Dans le cas où l’analyse spectrale est réalisée au moyen d’un ou plusieurs spectromètre(s) fibré(s), ledit au moins un collimateur de collection pourra être couplé à au moins une fibre de collection d’un spectromètre.  In the case where the spectral analysis is carried out by means of one or more fiber spectrometer (s), said at least one collection collimator may be coupled to at least one collection fiber of a spectrometer.
Il est remarquable de noter que du fait de la très faible divergence du faisceau de mesure incident sur le filtre à caractériser, il est possible de recoupler tout le flux réfléchi et/ou transmis dans une fibre de collection pour l’analyse spectrale. On s’affranchit ainsi des problèmes de lumière parasite ou ambiante. En particulier, l’utilisation d’une fibre de collection monomode pourra également permettre de déterminer si le composant crée des distorsions du faisceau incident (distorsion du front d’onde), car seule la partie non affectée par le composant pourra être recouplé dans la fibre. Il sera ainsi possible de qualifier le filtre également quant à l’uniformité et la planéité du composant.  It is remarkable to note that due to the very small divergence of the incident measurement beam on the filter to be characterized, it is possible to recoup all the reflected and / or transmitted flux in a collection fiber for spectral analysis. This eliminates stray or ambient light problems. In particular, the use of a single-mode collection fiber may also make it possible to determine whether the component creates distortions of the incident beam (distortion of the wavefront), since only the part not affected by the component can be recoupled in the fiber. It will thus be possible to qualify the filter also with regard to the uniformity and flatness of the component.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ledit au moins un collimateur de collection est placé sur une platine de translation et/ou de rotation. Pour une caractérisation des filtres optiques en transmission, la translation dudit au moins un collimateur de collection permet de compenser la déviation du faisceau transmis par le filtre du fait des effets de réfraction de la lumière lors d’une mesure hors incidence normale ; ainsi le flux collecté est maximal. Pour une caractérisation des filtres optiques en réflexion, la rotation dudit au moins un collimateur de collection permet d’adapter l’angle de réception du faisceau réfléchi par le filtre en fonction de l’angle du faisceau incident.  According to one or more exemplary embodiments, said at least one collection collimator is placed on a translation and / or rotation stage. For a characterization of the optical filters in transmission, the translation of said at least one collection collimator makes it possible to compensate for the deflection of the beam transmitted by the filter due to the refractive effects of light during a measurement outside normal incidence; thus the flow collected is maximum. For a characterization of the optical filters in reflection, the rotation of said at least one collection collimator makes it possible to adapt the reception angle of the beam reflected by the filter as a function of the angle of the incident beam.
De façon générale, un « collimateur » est tout dispositif optique permettant d'obtenir un faisceau de rayons de lumière parallèles à partir d’une source de lumière. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le premier et/ou le deuxième collimateur pour la mise en forme du faisceau de mesure ainsi que ledit au moins un collimateur de collection sont formés d’un ou plusieurs éléments optiques réflectifs ou réfractifs. Des éléments optiques réflectifs permettent notamment de garantir des performances de collimation large bande spectrale. Generally speaking, a "collimator" is any optical device making it possible to obtain a beam of parallel rays of light from a light source. According to one or more exemplary embodiments, the first and / or the second collimator for shaping the measurement beam and said at least one collection collimator are formed by one or more reflective or refractive optical elements. Reflective optical elements make it possible in particular to guarantee spectral broadband collimation performance.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la source selon la présente description comprend une diode superluminescente (ou « SLD » selon l’abréviation anglo-saxonne « superluminescent diode »), ou plus généralement une diode mettant en œuvre un mécanisme d’émission spontanée amplifiée (ou « ASE » selon l’abréviation de l’expression anglosaxonne «Amplified spontaneous émission »), . pour l’étape de formation de l’onde lumineuse. La source peut également être adaptée à l’émission d’une source à supercontinuum qui présente une bande spectrale plus importante que les sources ASE. De telles sources présentent des densités spectrales de puissance élevées et sont temporellement incohérentes, ce qui permet de limiter les effets parasites d’interférences. La bande spectrale de la source pourra être choisie en fonction de la bande spectrale de caractérisation du composant et plusieurs sources pourront être utilisées pour couvrir une plus grande bande spectrale de caractérisation. Compte tenu des gammes de sensibilité des détecteurs et des gammes d'émission des sources notamment de type SLD, il est possible de couvrir, au moins en partie, la gamme spectrale de 400 à 1700 nm.  According to one or more exemplary embodiments, the source according to the present description comprises a superluminescent diode (or “SLD” according to the English abbreviation “superluminescent diode”), or more generally a diode implementing a spontaneous emission mechanism amplified (or "ASE" according to the abbreviation of the English expression "Amplified spontaneous emission"),. for the light wave formation step. The source can also be adapted to the emission of a supercontinuum source which has a higher spectral band than ASE sources. Such sources have high power spectral densities and are temporally inconsistent, which makes it possible to limit the parasitic effects of interference. The spectral band of the source can be chosen as a function of the spectral band of characterization of the component and several sources can be used to cover a larger spectral band of characterization. Given the sensitivity ranges of the detectors and the emission ranges of the sources, in particular of the SLD type, it is possible to cover, at least in part, the spectral range from 400 to 1700 nm.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, l’étape d’analyse spectrale comprend la mesure de l’intensité lumineuse réfléchie et/ou transmise par ladite zone de caractérisation de l’échantillon, en fonction de la longueur d’onde, dans une bande spectrale comprise dans ladite largeur spectrale de ladite source.  According to one or more exemplary embodiments, the spectral analysis step comprises the measurement of the light intensity reflected and / or transmitted by said zone for characterizing the sample, as a function of the wavelength, in a band spectral range included in said spectral width of said source.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, l’étape d’analyse spectrale comprend en outre la mesure de l’intensité lumineuse dudit faisceau incident faiblement divergent, en fonction de la longueur d’onde, dans ladite bande spectrale, sans l’échantillon, et le calcul du rapport des intensités lumineuses mesurées avec et sans échantillon, en fonction de la longueur d’onde.  According to one or more exemplary embodiments, the spectral analysis step further comprises measuring the light intensity of said slightly divergent incident beam, as a function of the wavelength, in said spectral band, without the sample, and calculating the ratio of the light intensities measured with and without sample, as a function of the wavelength.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite intensité lumineuse, mesurée avec ou sans échantillon, est corrigée d’une valeur de bruit de fond.  According to one or more exemplary embodiments, said light intensity, measured with or without a sample, is corrected by a background noise value.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la méthode de caractérisation selon la présente description comprend la variation de la polarisation du faisceau incident faiblement divergent sur le filtre optique au moyen d’un polariseur. L’analyse spectrale peut alors être effectuée pour chacune des polarisations afin de réaliser une caractérisation plus complète. Le polariseur peut être linéaire ou circulaire. Dans le cas d’un polariseur linéaire, il peut être monté sur une platine de rotation afin de mesurer de manière automatique les performances spectrales pour les deux polarisations s et p. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la méthode de caractérisation selon la présente description comprend en outre la formation à partir du faisceau incident faiblement divergent d’un faisceau de référence dans une voie de référence ; l’analyse spectrale du faisceau réfléchi et/ou transmis comprend la normalisation de l’intensité lumineuse dudit faisceau réfléchi et/ou transmis par l’intensité lumineuse du faisceau de référence. La voie de référence permet de s’affranchir des fluctuations d’intensité de la source de mesure. According to one or more exemplary embodiments, the characterization method according to the present description comprises the variation of the polarization of the slightly divergent incident beam on the optical filter by means of a polarizer. Spectral analysis can then be performed for each of the polarizations in order to carry out a more complete characterization. The polarizer can be linear or circular. In the case of a linear polarizer, it can be mounted on a rotation stage in order to automatically measure the spectral performance for the two polarizations s and p. According to one or more exemplary embodiments, the characterization method according to the present description further comprises the formation from the slightly divergent incident beam of a reference beam in a reference channel; the spectral analysis of the reflected and / or transmitted beam includes the normalization of the light intensity of said reflected beam and / or transmitted by the light intensity of the reference beam. The reference channel eliminates fluctuations in the intensity of the measurement source.
Selon un deuxième aspect, un ou plusieurs exemples de réalisation concernent un dispositif de caractérisation en réflexion et/ou en transmission d’un filtre optique comprenant :  According to a second aspect, one or more exemplary embodiments relate to a device for characterization in reflection and / or in transmission of an optical filter comprising:
une source lumineuse couplée à une fibre monomode, permettant de former une onde lumineuse de largeur spectrale supérieure à 10 nm, de densité spectrale de puissance supérieure à 1 pW/nm;  a light source coupled to a single-mode fiber, making it possible to form a light wave with a spectral width greater than 10 nm, with a spectral power density greater than 1 pW / nm;
au moins un premier collimateur configuré pour former à partir de ladite onde lumineuse, un faisceau faiblement divergent de divergence inférieure à 1 mrad, incident sur une zone de caractérisation du filtre à caractériser avec un angle d’incidence donné ; et  at least a first collimator configured to form from said light wave, a weakly divergent beam with a divergence of less than 1 mrad, incident on a characterization zone of the filter to be characterized with a given angle of incidence; and
des moyens d’analyse spectrale du faisceau réfléchi et/ou transmis par ladite zone de caractérisation illuminée par ledit faisceau faiblement divergent.  means for spectral analysis of the beam reflected and / or transmitted by said characterization zone illuminated by said weakly divergent beam.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le dispositif comprend en outre au moins un collimateur de collection pour la collection du faisceau réfléchi et/ou transmis par ladite zone de caractérisation dudit filtre.  According to one or more exemplary embodiments, the device further comprises at least one collection collimator for the collection of the beam reflected and / or transmitted by said characterization area of said filter.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ledit au moins un collecteur de collection est couplé à au moins une fibre de collection, monomode ou multimode.  According to one or more exemplary embodiments, said at least one collection collector is coupled to at least one collection fiber, single mode or multimode.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la source comprend une diode superluminescente, une source à supercontinuum.  According to one or more exemplary embodiments, the source comprises a superluminescent diode, a supercontinuum source.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, les moyens d’analyse spectrale comprennent un ou plusieurs spectromètre(s) reliés à une ou plusieurs unités de calcul. Un spectromètre comprend typiquement un élément de dispersion spectrale de la lumière couplé avec un détecteur. L’unité de calcul permet de traiter les signaux délivrés par le détecteur et correspondant à des intensités lumineuses mesurées en fonction de la longueur d’onde.  According to one or more exemplary embodiments, the spectral analysis means comprise one or more spectrometer (s) connected to one or more calculation units. A spectrometer typically includes a spectral light scattering element coupled with a detector. The calculation unit is used to process the signals delivered by the detector and corresponding to light intensities measured as a function of the wavelength.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le ou les spectromètre(s) sont fibrés. According to one or more exemplary embodiments, the spectrometer (s) are fiberized.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le dispositif comprend en outre des moyens de rotation et/ou translation du filtre à caractériser pour faire varier l’angle d’incidence et/ou la position de la zone de caractérisation. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le dispositif comprend en outre un élément séparateur de faisceau configuré pour prélever une portion dudit faisceau incident faiblement divergent et former un faisceau de référence et un détecteur pour mesurer l’intensité lumineuse dudit faisceau de référence. According to one or more exemplary embodiments, the device further comprises means of rotation and / or translation of the filter to be characterized in order to vary the angle of incidence and / or the position of the characterization zone. According to one or more exemplary embodiments, the device further comprises a beam splitter element configured to take a portion of said slightly divergent incident beam and form a reference beam and a detector to measure the light intensity of said reference beam.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description, illustrée par les figures suivantes :  Other advantages and characteristics of the invention will appear on reading the description, illustrated by the following figures:
FIGS. 1A à 1C (décrites précédemment), un système de caractérisation de filtres optiques selon l’art antérieur (FIG. 1A) et des exemples comparatifs de caractérisations d’un filtre obtenus selon une méthode de l’art antérieur et selon la théorie, pour un angle d’incidence nul (FIG. 1B) et à 40° (FIG. 1C) ;  FIGS. 1A to 1C (described above), a system for characterizing optical filters according to the prior art (FIG. 1A) and comparative examples of characterizations of a filter obtained according to a method of the prior art and according to theory, for a zero angle of incidence (FIG. 1B) and at 40 ° (FIG. 1C);
FIG. 2, un organigramme d’un exemple de méthode de caractérisation selon la présente description ;  FIG. 2, a flow diagram of an example of a characterization method according to the present description;
FIG. 3, un schéma d’un exemple de système de caractérisation en transmission d’un filtre optique selon la présente description ;  FIG. 3, a diagram of an exemplary characterization system in transmission of an optical filter according to the present description;
FIGS. 4A et 4B, des schémas d’exemples de système de caractérisation respectivement en transmission et en réflexion de filtres optiques selon la présente description ;  FIGS. 4A and 4B, diagrams of examples of a characterization system respectively in transmission and in reflection of optical filters according to this description;
FIG. 5A, 5B, des exemples comparatifs de caractérisations d’un filtre (identique à celui caractérisé sur les FIGS. 1B, 1C), obtenus selon un exemple de méthode selon la présente description et selon la théorie, pour un angle d’incidence nul (FIG. 5A) et à 40° (FIG. 5B).  FIG. 5A, 5B, comparative examples of characterizations of a filter (identical to that characterized in FIGS. 1B, 1C), obtained according to an example of method according to the present description and according to theory, for a zero angle of incidence ( FIG. 5A) and at 40 ° (FIG. 5B).
Dans les figures, les éléments identiques sont indiqués par les mêmes références.  In the figures, identical elements are indicated by the same references.
DESCRIPTION DETAIFFEE DETAILED DESCRIPTION
Dans la description détaillée suivante de modes de réalisation de la méthode et du dispositif, des détails spécifiques sont exposés afin de fournir une compréhension plus approfondie de la présente description. Cependant, il apparaîtra à l’homme du métier que la présente description peut être mise en œuvre sans ces détails spécifiques. Dans d’autres cas, des caractéristiques bien connues n’ont pas été décrites en détail pour éviter de compliquer inutilement la description.  In the following detailed description of embodiments of the method and the device, specific details are set forth to provide a more in-depth understanding of the present description. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present description can be implemented without these specific details. In other cases, well-known features have not been described in detail to avoid unnecessarily complicating the description.
Dans ce qui suit, le terme « comprendre » signifie la même chose que « inclure » et « contenir », et est inclusif ou ouvert et n’exclut pas d’autres éléments non récités. En outre, dans la présente description, les termes « environ », « substantiellement » et « à peu près » signifient la même chose que présentant une marge inférieure et/ou supérieure de 10% de la valeur respective. In what follows, the term "understand" means the same thing as "include" and "Contain", and is inclusive or open and does not exclude other items not recited. Furthermore, in the present description, the terms "approximately", "substantially" and "approximately" mean the same thing as having a lower and / or higher margin of 10% of the respective value.
Lorsque dans la présente description, il est fait référence à des étapes de calcul ou traitement pour la mise en œuvre notamment d’étapes de procédés, il est entendu que chaque étape de calcul ou traitement peut être mis en œuvre par logiciel, hardware, fïrmware, microcode ou toute combinaison appropriée de ces technologies. Lorsqu’un logiciel est utilisé, chaque étape de calcul ou traitement peut être mise en œuvre par des instructions de programme d’ordinateur ou du code logiciel. Ces instructions peuvent être stockées ou transmises vers un support de stockage lisible par un ordinateur (ou unité de calcul) et/ou être exécutées par un ordinateur (ou unité de calcul) afin de mettre en œuvre ces étapes de calcul ou traitement.  When in this description, reference is made to calculation or processing steps for the implementation in particular of process steps, it is understood that each calculation or processing step can be implemented by software, hardware, firmware , microcode or any suitable combination of these technologies. When software is used, each calculation or processing step can be implemented by computer program instructions or software code. These instructions can be stored or transmitted to a storage medium readable by a computer (or calculation unit) and / or be executed by a computer (or calculation unit) in order to implement these calculation or processing steps.
La LIG. 2 illustre trois étapes de la méthode de caractérisation d’un filtre optique (ou « échantillon ») selon la présente description, à savoir une étape 201 d’illumination pour former une onde lumineuse incohérente temporellement, une étape 202 de mise en forme de ladite onde lumineuse pour former un faisceau faiblement divergent incident sur le filtre optique à caractériser et une étape 203 d’analyse spectrale dudit filtre au moyen du faisceau faiblement convergent. La LIG. 3 illustre un exemple de système 30 adapté à la mise en œuvre de la méthode de caractérisation selon la présente description.  The LIG. 2 illustrates three steps of the method for characterizing an optical filter (or “sample”) according to the present description, namely a step 201 of illumination to form a temporally incoherent light wave, a step 202 of shaping said light wave to form a weakly divergent beam incident on the optical filter to be characterized and a step 203 of spectral analysis of said filter by means of the weakly convergent beam. The LIG. 3 illustrates an example of a system 30 adapted to the implementation of the characterization method according to the present description.
Les filtres optiques à caractériser, également appelés « échantillons » dans la présente description, peuvent être par exemple des filtres non diffractifs, en réflexion ou en transmission. Les filtres non diffractifs ne génèrent pas d’ordres de diffraction autres que l’ordre zéro. Ainsi, il existe seulement un faisceau transmis et/ou un faisceau réfléchi en réflexion directe, ce qui facilite la caractérisation. Ces filtres forment par exemple des lames dichroïques, des filtres passe-bande, des filtres « inverses », c’est-à-dire à bande étroite en réflexion (ou « filtres de Notch »), des antireflets, des miroirs sélectifs en longueur d’onde, etc. Plus généralement, on cherche à caractériser des filtres présentant des variations hautes fréquences de leurs coefficients de transmission et/ou de réflexion ou de fortes variations de transmission d’une bande spectrale à une autre. Ces filtres peuvent être formés par exemple par des empilements de couches minces optiques ou sous forme de structures sub-longueurs d’onde ou « métasurfaces ».  The optical filters to be characterized, also called “samples” in the present description, can for example be non-diffractive filters, in reflection or in transmission. Non-diffractive filters do not generate diffraction orders other than zero order. Thus, there is only a transmitted beam and / or a beam reflected in direct reflection, which facilitates the characterization. These filters form, for example, dichroic plates, band-pass filters, “reverse” filters, that is to say narrow reflection bands (or “Notch filters”), antireflections, length selective mirrors. wave, etc. More generally, it is sought to characterize filters having high frequency variations in their transmission and / or reflection coefficients or large variations in transmission from one spectral band to another. These filters can be formed for example by stacks of optical thin layers or in the form of sub-wavelength structures or "metasurfaces".
L’étape d’illumination 201 comprend la formation d’une onde lumineuse incohérente temporellement, de largeur spectrale supérieure à 10 nm et de densité spectrale de puissance supérieure à 1 qW/nm, et dont la distribution d’intensité est monomode transverse. Comme illustré sur la LIG. 3, une telle onde lumineuse peut être obtenue avec une source lumineuse 31 de largeur spectrale supérieure à 10 nm et de densité spectrale de puissance supérieure à 1 LiW/nm couplée dans une fibre d’entrée 32, qui est une fibre monomode. The illumination step 201 comprises the formation of a temporally incoherent light wave, of spectral width greater than 10 nm and of spectral power density greater than 1 qW / nm, and whose intensity distribution is transverse monomode. As illustrated on the LIG. 3, such a light wave can be obtained with a light source 31 of spectral width greater than 10 nm and of spectral power density greater than 1 LiW / nm coupled in an input fiber 32, which is a single-mode fiber.
La source lumineuse est par exemple une diode super luminescente (SLD) ou toute autre source large bande (source à supercontinuum) qui peut être couplée à une fibre monomode. La gamme spectrale de la source peut être adaptée à la gamme spectrale requise pour la caractérisation. La forte densité spectrale de puissance permet de garantir une grande dynamique de mesure. En sortie de la fibre d’entrée 32, l’onde lumineuse forme un faisceau de distribution spatiale monomode transverse.  The light source is for example a super luminescent diode (SLD) or any other broadband source (supercontinuum source) which can be coupled to a single mode fiber. The spectral range of the source can be adapted to the spectral range required for characterization. The high power spectral density guarantees high measurement dynamics. At the output of the input fiber 32, the light wave forms a transverse single-mode spatial distribution beam.
La mise en forme de l’onde lumineuse ainsi obtenue (étape 202) permet, par exemple au moyen d’un premier collimateur 33 (FIG. 3), de former un faisceau faiblement divergent Bi dont la divergence est inférieure à 1 mrad. Le faisceau incident Bi est avantageusement un faisceau gaussien TEM00, avantageusement à faible niveau d’aberrations (M2 < 1,5). Ceci est rendu possible du fait du caractère monomode de l’onde lumineuse incidente sur le collimateur 33. The shaping of the light wave thus obtained (step 202) makes it possible, for example by means of a first collimator 33 (FIG. 3), to form a weakly diverging beam Bi whose divergence is less than 1 mrad. The incident beam Bi is advantageously a Gaussian beam TEM00, advantageously with a low level of aberrations (M 2 <1.5). This is made possible due to the single-mode nature of the light wave incident on the collimator 33.
Le collimateur 33 comprend par exemple un ou plusieurs éléments optiques réflectifs, afin de garantir les performances de collimation large bande du faisceau ou peut comprendre un ou plusieurs éléments optiques réfractifs.  The collimator 33 comprises for example one or more reflective optical elements, in order to guarantee the broadband collimation performance of the beam or may comprise one or more refractive optical elements.
Selon un exemple de réalisation (non représenté sur les figures), deux collimateurs peuvent être agencés pour former un faisceau incident Bi dont la dimension spatiale transverse peut être adaptée à la dimension de la zone de l’échantillon à caractériser. Par exemple, la dimension spatiale transverse du faisceau incident peut être ajustée de quelques centaines de microns à quelques centimètres en fonction du besoin. L’ajustement de la dimension spatiale du faisceau prend en compte la dimension de la zone de caractérisation recherchée sur l’échantillon (une zone plus petite permet de s’affranchir d’éventuels problèmes d’uniformité sur l’échantillon) et la divergence du faisceau de caractérisation Bi (une augmentation de la taille de faisceau de mesure permettant de diminuer la divergence du faisceau).  According to an exemplary embodiment (not shown in the figures), two collimators can be arranged to form an incident beam Bi whose transverse spatial dimension can be adapted to the dimension of the area of the sample to be characterized. For example, the transverse spatial dimension of the incident beam can be adjusted from a few hundred microns to a few centimeters as required. The adjustment of the spatial dimension of the beam takes into account the dimension of the characterization area sought on the sample (a smaller area makes it possible to overcome any problems of uniformity on the sample) and the divergence of the characterization beam Bi (an increase in the measurement beam size making it possible to decrease the divergence of the beam).
Le faisceau de caractérisation Bi est incident sur l’échantillon F avec un angle d’incidence donné. Selon un exemple de réalisation, l’échantillon est agencé sur un système porte-échantillon (non représenté sur la FIG. 3) avec une platine de rotation, permettant de contrôler l’angle d’incidence du faisceau de caractérisation sur l’échantillon. Des platines de translation peuvent également être prévues pour balayer si besoin la zone de caractérisation sur l’échantillon. La collection du faisceau après réflexion et/ou transmission pourra alors prendre en compte les effets de déplacement du faisceau de caractérisation résultant de la déflection angulaire (mesure en réflexion) ou de la réfraction dans le substrat (mesure en transmission). Cet ajustement pourra être fait de façon manuelle ou automatique en maximisant le flux incident mesuré sur le détecteur. The characterization beam Bi is incident on the sample F with a given angle of incidence. According to an exemplary embodiment, the sample is arranged on a sample holder system (not shown in FIG. 3) with a rotation stage, making it possible to control the angle of incidence of the characterization beam on the sample. Translation plates can also be provided to scan the characterization area on the sample if necessary. The collection of the beam after reflection and / or transmission can then take into account the effects of displacement of the characterization beam resulting from angular deflection (measurement in reflection) or refraction in the substrate (measurement in transmission). This adjustment can be made manually or automatically by maximizing the incident flux measured on the detector.
L’analyse spectrale (étape 203) du faisceau réfléchi et/ou transmis par l’échantillon F est réalisée par exemple au moyen d’un spectromètre 34 relié à une unité de calcul 35. Le spectromètre 34 comprend par exemple un élément de dispersion spectrale de la lumière couplé avec un détecteur. Le spectromètre 34 est avantageusement un spectromètre fïbré. L’unité de calcul est configurée pour traiter les signaux délivrés par le détecteur et correspondant à des intensités lumineuses mesurées en fonction de la longueur d’onde. L’élément de dispersion comprend par exemple un réseau de diffraction, ou un réseau de volume, ou un filtre variable. Le détecteur comprend par exemple une photodiode, une barrette de photodiode ou un détecteur matriciel, par exemple de type CCD ou CMOS. Le spectromètre fournit alors une information de la réponse spectrale en intensité lumineuse mesurée qui est ensuite analysée à l’aide d’un logiciel de traitement des données de l’unité de calcul.  The spectral analysis (step 203) of the beam reflected and / or transmitted by the sample F is carried out for example by means of a spectrometer 34 connected to a calculation unit 35. The spectrometer 34 comprises for example a spectral dispersion element of light coupled with a detector. The spectrometer 34 is advantageously a fibrous spectrometer. The calculation unit is configured to process the signals delivered by the detector and corresponding to light intensities measured as a function of the wavelength. The dispersion element comprises for example a diffraction grating, or a volume grating, or a variable filter. The detector comprises for example a photodiode, a photodiode strip or a matrix detector, for example of the CCD or CMOS type. The spectrometer then provides information on the spectral response in measured light intensity which is then analyzed using data processing software from the calculation unit.
L’analyse spectrale comprend la détermination en fonction de la longueur d’onde de l’intensité lumineuse I(l) du faisceau après réflexion et/ou transmission. L’analyse spectrale peut comprendre en outre la détermination, en fonction de la longueur d’onde, de l’intensité lumineuse Iioo(l) du faisceau incident faiblement divergent (mesurée sans échantillon) et la détermination, en fonction de la longueur d’onde, du rapport I(l)/Iioo(l) correspondant respectivement à la réflexion f Rf l)) ou la transmission (T(l)) de la zone de caractérisation en fonction de la longueur d’onde. Pour ce faire, une mesure de l’intensité est effectuée au moyen du même spectromètre 34, sans l’échantillon, avant ou après la caractérisation de l’échantillon, ou au moyen de deux spectromètres.  The spectral analysis includes the determination as a function of the wavelength of the light intensity I (l) of the beam after reflection and / or transmission. The spectral analysis may further comprise the determination, as a function of the wavelength, of the light intensity Iioo (l) of the slightly divergent incident beam (measured without sample) and the determination, as a function of the length of the wave, of the ratio I (l) / Iioo (l) corresponding respectively to the reflection f Rf l)) or the transmission (T (l)) of the characterization zone as a function of the wavelength. To do this, a measurement of the intensity is carried out by means of the same spectrometer 34, without the sample, before or after the characterization of the sample, or by means of two spectrometers.
Il est également possible d’utiliser un échantillon étalon. Dans ce cas, l’intensité lumineuse Iioo(l) correspond à l’intensité transmise ou réfléchie par l’échantillon étalon.  It is also possible to use a standard sample. In this case, the light intensity Iioo (l) corresponds to the intensity transmitted or reflected by the standard sample.
L’analyse spectrale peut également, pour s’affranchir d’un éventuel bruit de fond, faire une mesure de l’intensité Io avec le faisceau incident bloqué. La réflexion R ou la transmission T s’écrivent alors :
Figure imgf000013_0001
The spectral analysis can also, to get rid of any background noise, make a measurement of the intensity Io with the incident beam blocked. The reflection R or the transmission T is then written:
Figure imgf000013_0001
Les FIGS. 4A et 4B illustrent d’autres schémas d’exemples de systèmes de caractérisation selon la présente description. Le système 40A illustre un système de caractérisation en transmission et le système 40B illustre un système de caractérisation en réflexion. FIGS. 4A and 4B illustrate other diagrams of examples of characterization systems according to the present description. System 40 A illustrates a characterization system in transmission and system 40 B illustrates a characterization system in reflection.
Dans ces exemples, on retrouve comme sur la FIG. 3, la source 31 fïbrée au moyen d’une fibre d’entrée monomode 32 et au moins un premier collimateur 33 permettant de former un faisceau incident faiblement divergent Bi. In these examples, we find as in FIG. 3, the source 31 bent by means a single-mode input fiber 32 and at least a first collimator 33 making it possible to form a slightly divergent incident beam Bi.
Dans ces exemples, le faisceau transmis Bt (FIG. 4A) ou réfléchi Br (FIG. 4B) est collecté au moyen d’un collimateur de collection 41 couplé à une fibre de collection 42 monomode ou multimode 42. Le choix du diamètre de cœur de la fibre 42 est fonction de la résolution spectrale requise et de la sensibilité à l’alignement. En effet, une fibre de collection de plus gros diamètre permettra de collecter plus facilement le flux réfléchi ou transmis. La sensibilité à l’alignement sera plus faible mais la résolution spectrale limitée, cette dernière étant dépendante, par exemple dans le cas d’un spectromètre de type analyseur optique de spectre, de la taille de la fibre d’entrée. Inversement, l’utilisation d’une fibre monomode permettra d’obtenir une meilleure résolution spectrale, mais sera plus sensible aux désalignements du système de collections entre I et Iioo. In these examples, the beam transmitted B t (FIG. 4A) or reflected B r (FIG. 4B) is collected by means of a collection collimator 41 coupled to a collection fiber 42 singlemode or multimode 42. The choice of diameter of the core of the fiber 42 is a function of the spectral resolution required and of the sensitivity to alignment. Indeed, a larger diameter collection fiber will make it easier to collect the reflected or transmitted flux. The sensitivity to alignment will be lower but the spectral resolution limited, the latter being dependent, for example in the case of a spectrometer of the optical spectrum analyzer type, on the size of the input fiber. Conversely, the use of a single-mode fiber will allow better spectral resolution to be obtained, but will be more sensitive to misalignments in the collection system between I and Iioo.
Les systèmes de caractérisation illustrés sur les LIGS. 4 A et 4B comprennent en outre et de façon optionnelle, une voie de référence. La voie de référence est formée par un élément séparateur de faisceau 44, configuré pour prélever une partie du faisceau incident Bi. La voie de référence comprend un détecteur 45, par exemple une photodiode, permettant de prendre en compte en temps réel les fluctuations lumineuses de la source. Dans ce cas, chacune des intensités I(l), Iioo(l) et I0 définies ci-dessus sont normalisées par l’intensité du faisceau de référence, mesurée sur la voie de référence au moment de la mesure de I(l). The characterization systems illustrated on the LIGS. 4 A and 4B additionally and optionally include a reference channel. The reference channel is formed by a beam separating element 44, configured to take part of the incident beam Bi. The reference channel comprises a detector 45, for example a photodiode, making it possible to take into account in real time the light fluctuations of the source. In this case, each of the intensities I (l), Iioo (l) and I 0 defined above are normalized by the intensity of the reference beam, measured on the reference channel at the time of the measurement of I (l) .
Les systèmes de caractérisation illustrés sur les LIGS. 4A et 4B comprennent en outre, et de façon optionnelle, un polariseur 43 permettant de changer la polarisation du faisceau incident Bi sur l’échantillon. L’analyse spectrale peut alors être effectuée pour chacune des polarisations.  The characterization systems illustrated on the LIGS. 4A and 4B further comprise, and optionally, a polarizer 43 making it possible to change the polarization of the incident beam Bi on the sample. Spectral analysis can then be performed for each of the polarizations.
Le système de mesure permet ainsi, en combinaison avec la source à haute densité spectrale de puissance, de réaliser des mesures à haut rapport signal sur bruit (minimum 20) sur une gamme d’intensité d’au moins 3 décades.  The measurement system thus makes it possible, in combination with the high spectral power density source, to carry out measurements with a high signal to noise ratio (minimum 20) over an intensity range of at least 3 decades.
Sur chacun des exemples 4A, 4B représentés, il est possible de prévoir une pluralité de spectromètres, par exemple deux spectromètres, par exemple des spectromètres fïbrés, par exemple pour caractériser en même temps la transmission et la réflexion, ou pour caractériser un filtre dans des bandes spectrales différentes, etc.  On each of the examples 4A, 4B shown, it is possible to provide a plurality of spectrometers, for example two spectrometers, for example bib spectrometers, for example to characterize at the same time the transmission and the reflection, or to characterize a filter in different spectral bands, etc.
Les LIGS. 5 A et 5B illustrent des premiers résultats expérimentaux effectués au moyen d’un système de caractérisation selon la présente description, tel qu’illustré sur la LIG. 4A.  LIGS. 5 A and 5B illustrate the first experimental results carried out by means of a characterization system according to the present description, as illustrated on the LIG. 4A.
La source est une diode super luminescente centrée à 920 nm, de largeur spectrale à - 3dB supérieure à 100 nm, puissance 5 mW couplée dans une fibre monomode. Les collimateurs d'émission et de réception sont des collimateurs réflectifs. Le collimateur de collection est fixé sur une platine de translation afin de compenser les effets de décalage de faisceau lors des mesures en incidence. Le spot de mesure est de ~2 mm de diamètre. Pour ces mesures, seule la transmission a été mesurée et la polarisation a été contrôlée si besoin à l'aide d'un polariseur linéaire placée en amont de l'échantillon, lui-même fixé sur une platine de rotation. Le détecteur est un analyseur optique de spectre et la lumière collectée par une fibre monomode afin de d’obtenir une résolution spectrale optimale (< 0,5 nm). The source is a super luminescent diode centered at 920 nm, of spectral width at - 3dB greater than 100 nm, power 5 mW coupled in a single mode fiber. The collimators emission and reception are reflective collimators. The collimator of collection is fixed on a stage of translation in order to compensate for the effects of beam shift during the measurements in incidence. The measuring spot is ~ 2 mm in diameter. For these measurements, only the transmission was measured and the polarization was checked if necessary using a linear polarizer placed upstream of the sample, itself fixed on a rotation stage. The detector is an optical spectrum analyzer and the light collected by a single mode fiber in order to obtain an optimal spectral resolution (<0.5 nm).
La réponse spectrale en transmission d’un filtre optique interférentiel passe-bande étalon obtenu par empilement de couches minces optiques est mesurée dans les conditions d’éclairage 0 et 40 degrés d’incidence (courbes 502 et 504 respectivement). Le filtre étalon est le même que celui dont on a représenté des caractérisations sur les FIGS. 1B, 1C. L’accord avec les courbes théoriques (courbes 501 et 503 respectivement) est excellent que ce soit d’un point de vue de la transmission, de la définition des flancs, de la mesure de la réjection. Les désaccords reflètent les erreurs de réalisation d'un tel filtre complexe et n’ont pas pour origine de déficiences du système de mesure qui n’excèdent pas ±1%. Il est à noter que ce système fonctionne bien évidemment pour d'autres angles d'incidence.  The spectral response in transmission of an optical standard bandpass interference filter obtained by stacking optical thin layers is measured under lighting conditions 0 and 40 degrees of incidence (curves 502 and 504 respectively). The standard filter is the same as that for which characterizations have been shown in FIGS. 1B, 1C. The agreement with the theoretical curves (curves 501 and 503 respectively) is excellent whether it is from a point of view of the transmission, the definition of the flanks, the measurement of the rejection. The disagreements reflect the errors in the realization of such a complex filter and do not originate from deficiencies in the measurement system which do not exceed ± 1%. It should be noted that this system obviously works for other angles of incidence.
Ainsi, les déposants ont montré que dans le cas de filtres passe bande en transmission, à fort facteur de qualité Q, où Q est défini par le rapport entre la longueur d’onde centrale de transmission et la largeur spectrale à mi-hauteur, il est possible de caractériser les filtres avec des angles très importants grâce à la méthode selon la présente description. Ainsi par exemple, un filtre optique passe bande classique (simple cavité) présentant un facteur de qualité Q de l’ordre de 100 peut être caractérisé avec une divergence du faisceau incident inférieure à 1 mrad à des angles d’incidence jusqu’à des angles supérieurs à 60°. A titre de comparaison, avec une divergence du faisceau incident de l’ordre de 10 mrad, un tel filtre ne peut être caractérisé qu’à des angles d’incidence inférieurs à 15°. Ces estimations sont basées sur le constat fait par les inventeurs que pour une caractérisation correcte du filtre, la variation de la largeur spectrale résultant de la divergence du faisceau incident doit rester très faible par rapport à la largeur spectrale du filtre à mi-hauteur, par exemple un dixième de la largeur spectrale du filtre à mi- hauteur.  Thus, the applicants have shown that in the case of band pass filters in transmission, with a high quality factor Q, where Q is defined by the ratio between the central wavelength of transmission and the spectral width at half-height, it it is possible to characterize the filters with very large angles using the method according to this description. Thus, for example, a conventional band pass optical filter (single cavity) having a quality factor Q of the order of 100 can be characterized with a divergence of the incident beam less than 1 mrad at angles of incidence up to angles greater than 60 °. For comparison, with a divergence of the incident beam on the order of 10 mrad, such a filter can only be characterized at angles of incidence less than 15 °. These estimates are based on the observation made by the inventors that for a correct characterization of the filter, the variation of the spectral width resulting from the divergence of the incident beam must remain very small compared to the spectral width of the filter at mid-height, by example a tenth of the spectral width of the filter at half height.
Les exemples de réalisation décrits ci-dessus ont principalement montré la caractérisation de filtres optiques non diffractifs. Les méthodes et dispositifs décrits s’appliquent aussi à la caractérisation en transmission et/ou en réflexion de l’ordre zéro de filtres diffractifs, par exemple de type réseaux. Ils peuvent s’appliquer à la caractérisation d’ordres supérieurs des filtres diffractifs. On pourra alors prévoir une étape préalable d’identification de l’ordre que l’on cherche à caractériser. The embodiments described above have mainly shown the characterization of non-diffractive optical filters. The methods and devices described also apply to the characterization in transmission and / or in reflection of the zero order of diffractive filters, for example of the network type. They can be applied to the characterization of higher orders of diffractive filters. We can then provide a preliminary step of identifying the order that we are trying to characterize.
Bien que décrits à travers un certain nombre d’exemples de réalisation détaillés, la méthode et le dispositif de caractérisation de filtres optiques comprennent différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l’homme de l’art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l’invention, telle que définie par les revendications qui suivent.  Although described through a certain number of detailed exemplary embodiments, the method and the device for characterizing optical filters include different variants, modifications and improvements which will be obvious to those skilled in the art, it being understood that these various variants, modifications and improvements form part of the scope of the invention, as defined by the claims which follow.

Claims

REVENDICATIONS
1. Méthode de caractérisation en réflexion et/ou en transmission d’un filtre optique (F) comprenant : 1. Method for characterization in reflection and / or in transmission of an optical filter (F) comprising:
la formation, au moyen d’une source lumineuse (31) couplée à une fibre (32) monomode, d’une onde lumineuse de largeur spectrale supérieure à 10 nm, de densité spectrale de puissance supérieure à 1 pW/nm;  the formation, by means of a light source (31) coupled to a single-mode fiber (32), of a light wave of spectral width greater than 10 nm, of power spectral density greater than 1 pW / nm;
la mise en forme de ladite onde lumineuse au moyen d’au moins un premier collimateur (33) pour former un faisceau faiblement divergent (Bi) de divergence inférieure à 1 mrad, incident sur une zone de caractérisation du filtre à caractériser avec un angle d’incidence donné ; et  the shaping of said light wave by means of at least a first collimator (33) to form a slightly divergent beam (Bi) of divergence less than 1 mrad, incident on a characterization zone of the filter to be characterized with an angle d 'given incidence; and
l’analyse spectrale du faisceau réfléchi (Br) et/ou transmis (Bt) par ladite zone de caractérisation illuminée par ledit faisceau faiblement divergent. spectral analysis of the beam reflected (B r ) and / or transmitted (B t ) by said characterization zone illuminated by said weakly divergent beam.
2. Méthode de caractérisation selon la revendication 1, dans laquelle la mise en forme de ladite onde lumineuse comprend l’ajustement de la dimension spatiale transverse du faisceau faiblement divergent à la dimension recherchée de ladite zone de caractérisation. 2. The characterization method according to claim 1, in which the shaping of said light wave comprises the adjustment of the transverse spatial dimension of the weakly divergent beam to the desired dimension of said characterization area.
3. Méthode de caractérisation selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre la collection du faisceau réfléchi et/ou transmis au moyen d’au moins un collimateur de collection. 3. Characterization method according to one of the preceding claims, further comprising the collection of the reflected beam and / or transmitted by means of at least one collection collimator.
4. Méthode de caractérisation selon la revendication 3, dans laquelle ledit au moins un collimateur de collection est couplé à une fibre de collection (42), monomode ou multimode. 4. The characterization method according to claim 3, wherein said at least one collection collimator is coupled to a collection fiber (42), single mode or multimode.
5. Méthode de caractérisation selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre le déplacement en rotation et/ou en translation du filtre à caractériser (F) pour faire varier l’angle d’incidence et/ou la position de la zone de caractérisation. 5. Characterization method according to one of the preceding claims, further comprising the displacement in rotation and / or in translation of the filter to be characterized (F) to vary the angle of incidence and / or the position of the area of characterization.
6. Méthode de caractérisation selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre l’étape suivante : 6. Characterization method according to one of the preceding claims, further comprising the following step:
la variation de la polarisation du faisceau incident faiblement divergent sur le filtre optique au moyen d’un polariseur ; l’analyse spectrale pour chacune des polarisations. the variation of the polarization of the slightly diverging incident beam on the optical filter by means of a polarizer; spectral analysis for each of the polarizations.
7. Méthode de caractérisation selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre : 7. Characterization method according to one of the preceding claims, further comprising:
la formation à partir du faisceau incident faiblement divergent d’un faisceau de référence dans une voie de référence ;  formation from the slightly diverging incident beam of a reference beam in a reference channel;
et dans laquelle :  and in which:
l’ analyse spectrale du faisceau réfléchi et/ou transmis comprend la normalisation de l’intensité lumineuse dudit faisceau réfléchi et/ou transmis par l’intensité lumineuse du faisceau de référence.  the spectral analysis of the reflected and / or transmitted beam includes the normalization of the light intensity of said beam reflected and / or transmitted by the light intensity of the reference beam.
8. Dispositif de caractérisation en réflexion et/ou en transmission d’un filtre optique comprenant : 8. Characterization device in reflection and / or in transmission of an optical filter comprising:
une source lumineuse (31) couplée à une fibre (32) monomode, permettant de former une onde lumineuse de largeur spectrale supérieure à 10 nm, de densité spectrale de puissance supérieure à 1 pW/nm;  a light source (31) coupled to a single-mode fiber (32), making it possible to form a light wave with a spectral width greater than 10 nm, with a power spectral density greater than 1 pW / nm;
au moins un premier collimateur (33) configuré pour former à partir de ladite onde lumineuse, un faisceau faiblement divergent (Bi) de divergence inférieure à 1 mrad, incident sur une zone de caractérisation du filtre à caractériser avec un angle d’incidence donné ; et  at least a first collimator (33) configured to form from said light wave, a slightly divergent beam (Bi) of divergence less than 1 mrad, incident on a characterization area of the filter to be characterized with a given angle of incidence; and
des moyens (34) d’analyse spectrale du faisceau réfléchi (Br) et/ou transmis (Bt) par ladite zone de caractérisation dudit filtre à caractériser, lorsque ladite zone est illuminée par ledit faisceau faiblement divergent.  means (34) for spectral analysis of the beam reflected (Br) and / or transmitted (Bt) by said characterization area of said filter to be characterized, when said area is illuminated by said weakly divergent beam.
9. Dispositif de caractérisation selon la revendication 8, dans lequel la source (31) comprend une diode superluminescente, ou une source configurée pour l’émission d’un supercontinuum. 9. Characterization device according to claim 8, in which the source (31) comprises a superluminescent diode, or a source configured for the emission of a supercontinuum.
10. Dispositif de caractérisation selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, comprenant au moins un collimateur de collection, pour la collection du faisceau réfléchi et/ou transmis par ladite zone de caractérisation dudit filtre. 10. Characterization device according to any one of claims 8 or 9, comprising at least one collection collimator, for the collection of the beam reflected and / or transmitted by said characterization area of said filter.
11. Dispositif de caractérisation selon la revendication 10, dans lequel ledit au moins collimateur de collection est couplé à au moins une fibre de collection (42), monomode ou multimode. 11. Characterization device according to claim 10, in which said at least collection collimator is coupled to at least one collection fiber (42), single mode or multimode.
12. Dispositif de caractérisation selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, comprenant en outre des moyens de rotation et/ou translation du filtre à caractériser pour faire varier l’angle d’incidence et/ou la position de la zone de caractérisation. 12. Characterization device according to any one of claims 8 to 11, further comprising means of rotation and / or translation of the filter to be characterized in order to vary the angle of incidence and / or the position of the characterization zone. .
13. Dispositif de caractérisation selon l’une quelconque des revendications 8 à 12, dans lequel les moyens d’analyse spectrale comprennent au moins un spectromètre (34) relié à au moins une unité de calcul (35), configurée pour le traitement des signaux délivrés par ledit au moins un spectromètre. 13. Characterization device according to any one of claims 8 to 12, in which the spectral analysis means comprise at least one spectrometer (34) connected to at least one calculation unit (35), configured for signal processing. delivered by said at least one spectrometer.
14. Dispositif de caractérisation selon l’une quelconque des revendications 8 à 13, comprenant en outre : 14. Characterization device according to any one of claims 8 to 13, further comprising:
- un élément séparateur de faisceau (44) configuré pour prélever une portion dudit faisceau incident faiblement divergent et former un faisceau de référence ; un détecteur (45) pour mesurer l’intensité lumineuse dudit faisceau de référence.  - a beam splitter element (44) configured to take a portion of said slightly divergent incident beam and form a reference beam; a detector (45) for measuring the light intensity of said reference beam.
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