Nouveaux matériaux à gradient d'indice pour l'optique : étude des procédés de fabrication existants et développement de méthodes de caractèrisation

• Auteur / Autrice : Luc Froehly
• Direction : Isabelle Verrier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Saint-Etienne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux optiques

Matériaux à gradient fonctionnel

Résumé

Les composants à gradient d'indice sont, au vu des simulations effectuées à l'aide de codes de calculs optiques (code V), d'un grand intérêt pour la correction des combinaisons optiques de haute qualité. Les calculs indiquent, en effet, que la réalisation de composants à profil d'indice et de dispersion contrôlés peut permettre la correction d'aberrations d'ordres élevés tel que le sphéro-chromatisme. Actuellement plusieurs méthodes existent pour fabriquer des composants à gradient d'indice (procédés de diffusion, procédés de pecvd, procédés sol gel etc. ), cependant aucune de ces méthodes ne permet l'obtention simultanée des profils d'indice et de dispersion adaptés ainsi que les dimensions requises dans des matériaux de qualité optique acceptables. Quant aux méthodes de caractérisation (2e volet de notre étude) elles ne sont optimales que pour les composants d'optique guidée ou les matériaux à gradient constant. Nous avons de surcroit montré dans notre étude que la mesure d'indice de réfraction ne peut s'effectuer qu'avec une précision qui dépend de la pente locale du gradient. Pour chaque méthode de caractérisation il existe bien sur des limites inhérentes à chacune d'entre elles. De plus, quelle que soit la méthode utilisée la mesure d'indice de réfraction dans les gradients est fondamentalement limitée par les incertitudes induites sur les directions des rayons (normales aux surfaces d'onde) dues à la diffraction. Ces concepts ont été développés dans le manuscrit autour de trois procédés de caractérisation optique classique que nous avons adaptés à notre problème (ellipsométrie à zéro type Brewster ; méthode du couteau de Foucault ; méthode de la caustique). Il a été trouvé, à titre d'exemple, que pour un gradient d'indice de 10 2/mm la précision sur la mesure de l'indice de réfraction (et donc sur sa définition même !) tombe à 10 2 10 3 au lieu de 10 5 10 6 pour un verre homogène