Écriture au vol par masque de phase de grands réseaux de période submicronique

«On the fly» writing of long diffraction gratings of submicron period with a phase mask

• Auteur / Autrice : Emilie Gamet
• Direction : Olivier Parriaux, Yves Jourlin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique. Optoélectronique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Saint-Etienne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux de diffraction

Surfaces -- Propriétés optiques

Interférométrie

Résumé

Le sujet de la thèse traite de l'écriture de réseaux de période submicrométrique sur les longueurs supérieures à 100 mm. L'application directe envisagée est l'écriture de règles pour les capteurs de position, mais des applications plus larges telles que la spectroscopie, le traitement de la lumière blanche,. . . Sont visées. La technique choisie est une écriture dynamique à partir d'un interférogramme généré par un masque de phase. Grâce à la synchronisation du déplacement avec l'illumination du masque, il est possible de s'affranchir de légères variations de vitesse. Les résultats expérimentaux ont conduit à la réalisation de réseaux de période 500 mm sur des longueurs supérieures à 300 mm. La modélisation de la technique d'écriture a été réalisée en considérant l'efficacité des ordres diffractés et la modulation. Une étude de l'influence des différents paramètres (réglages, guidage du banc de translation, conditions expérimentales. . . ) a aussi été menée. Le masque de phase, élément clef du dispositif, a été étudié sous la problématique générale de l'annulation de l'ordre 0. En effet, l'écriture de petites périodes sous insolation UV demande des masques présentant des périodes proches de la longueur d'onde. Dans ce cas les masques monolithiques en quartz ne permettent pas une minimisation suffisante de l'ordre 0. Un travail de modélisation a permis de développer une structure utilisant une couche mince de matériau « haut indice » permettant l'obtention d'un interférogramme de haut contraste sous le masque, c'est à dire une annulation de l'efficacité de diffraction dans l'ordre 0 transmis. Une étude théorique de ce type de masque basée sur une approche modale a été réalisée.

The subject of the present thesis deals with the continuous dynamic writing of long diffraction gratings of submicron period. The direct application is the fabrication of grating scales for displacement sensors but other applications like spectroscopy or white light processing. . . Are considered. The chosen technique is the dynamic writing from of interferogramme generated by a phase mask. Thanks to the synchronization of the displacement with the mask illumination it is possible to carry out the grating writing regardless of the translation velocity : the modulator is driven by the signal delivered by the position sensor composed of a sensor and a reference scale. The experimental endeavors have led to of gratings of 300 mm length of 500 nm period. The modeling of the writing technique has been performed considering the diffraction efficiency in the diffracted orders and the exposure modulation signal. The influence of different parameters (adjustments, experimental conditions. . . ) has been studied. The phase mask is a key element of the writing setup. It has been studied here theoretically and modelized in the objective of the cancellation of the zeroth order from a modal vision stand point. The writing of small periods under UV exposure requires phase masks of periods close to the wavelength. In this case the standard monolithic fused quartz phase mask does not permit a sufficient minimization of the zeroth order. A modeling work has permitted to develop a phase mask structure based involving a high index thin film leading to an efficient suppression of the zeroth transmitted order. The theoretical study based on the « true modal method » is also presented