Caractérisation spectrale locale à l'aide de la microscopie interférométrique : simulations et mesures

par Rémy Claveau

Thèse de doctorat en Electronique, microélectronique, photonique

Sous la direction de Paul Montgomery et de Manuel Flury.

Soutenue le 08-12-2017

à Strasbourg , dans le cadre de École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....) , en partenariat avec Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg) (laboratoire) .

Le président du jury était Henri Benisty.

Le jury était composé de Denis Montaner.

Les rapporteurs étaient Arnaud Dubois, Maria-Pilar Bernal-Artajona.

mots clés

• Microscopie interférométrique
• Interférométrie en lumière blanche
• Spectroscopie locale
• Simulations et modélisations
• Traitement du signal et des images
• Spectre de réflectance et de rétrodiffusion
• Propriétés optiques et morphologiques
• Interféromètres
• Mesures spectrales (mathématiques)
• Signal, Théorie du (télécommunications)
• Tomographie en cohérence optique

Résumé

La microscopie interférométrique est une méthode de mesure qui repose sur l’acquisition et le traitement du signal issu de l’interaction de deux ondes, dites ondes « objet » et de « référence ». Ces ondes proviennent des réflexions de la lumière sur un miroir de référence et sur l’échantillon étudié. Bien qu’étant généralement utilisées pour les analyses topographiques ou tomographiques d’un échantillon, les données interférométriques peuvent être exploitées pour réaliser des caractérisations spectrales locales résolues dans les trois directions de l’espace. Dans ce projet, nous avons étudié les performances de cette technique ainsi que ses limitations lorsque l’échantillon se complexifie (dégradation du signal d’interférences). L’analyse a été appliquée à des matériaux réfléchissants pour des mesures en surface puis à des couches transparentes et diffusantes pour aller sonder le milieu en profondeur et extraire la réponse spectrale individuelle de structures localisées dans ce milieu.

mots clés

• Interferometric microscopy
• Local spectroscopy
• Simulations and modeling
• Signal and image processing
• White light interference microscopy
• Reflectance and backscattering spectrum
• Optical and morphological properties

Titre traduit

Local spectral characterization using coherence scanning interferometry : simulations and measurements

Résumé

White light interference microscopy is a measurement method based on the acquisition and processing of the signal coming from the interaction between two wave fronts, known as the “object” and “reference” wave-fronts. These waves come from the reflection of the light on a reference mirror and the sample studied. Usually used for topographic or tomographic analysis of a sample, the interferometric data can be exploited for spectroscopic purposes. The resulting spectral characterizations are spatially resolved in the three directions of space. In this project, we have studied the performance of this technique, as well as the associated limitations when the sample becomes more complex (degradation of the interferometric signal). The analysis has been first applied to reflective materials for surface measurements and subsequently to transparent and scattering layers for probing within the depth of the medium and then extracting the individual spectral response of the buried structures.