Etude et optimisation de monochromateurs x-uv a haute resolution pour le rayonnement synchrotron

Design and optimization of high resolution x-uv monochromators for synchrotron radiation

• Auteur / Autrice : ERIC DELCAMP
• Direction : François Polack
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Paris 7

Résumé

Le rayonnement synchrotron est devenu en 25 ans un outil indispensable pour la recherche fondamentale. Cette source de rayonnement est polychromatique. Son utilisation de facon exploitable fait appel a un systeme optique de transfert, la ligne de lumiere, dont l'element essentiel est le monochromateur. Les techniques employees dependent de l'energie du rayonnement. Dans le domaine x-uv, s'etendant de quelques ev a 1500 ev, on utilise des reseaux en reflexion rasante en raison de la faible reflectivite des materiaux a ces energies. Les performances des monochromateurs sont caracterisees par la resolution et le flux disponible sur l'echantillon. En quelques annees les exigences des utilisateurs sont passees d'une resolution de quelques milliers a plus de 10000. L'obtention d'une resolution elevee necessite de definir une combinaison optique presentant de faibles aberrations geometriques. Il faut egalement s'assurer que la qualite de surface des elements optiques permet effectivement l'obtention de la resolution prevue. Dans une premiere partie, nous montrons comment des monochromateurs a reseaux holographiques calcules pour presenter des resolutions elevees et installes a super aco, ont ete perturbes par des problemes de precision de fabrication et de stabilite. On montre egalement comment ces defauts furent corriges et l'amelioration des performances obtenue. Neanmoins la recherche d'une bonne formule optique revet une grande importance. En effet si on veut utiliser au mieux l'ensemble des degres de liberte offert au concepteur, on doit delaisser l'approche semi empirique qui consiste a annuler certains coefficients d'aberrations pour des longueurs d'onde particulieres, pour une approche systematique consistant a minimiser l'effet des aberrations sur une bande spectrale. Dans ce but, nous avons developpe un code de calcul permettant d'optimiser la plupart des monochromateurs actuels. Apres optimisation ou a partir d'un instrument existant, ce code de calcul permet aussi de predire les performances reelles de l'instrument en tenant compte des precisions et des tolerances de fabrication. Nous decrivons les principes theoriques de ce calcul numerique et presentons divers exemples de lignes de lumieres calculees grace a cette methode d'optimisation. Ce type de logiciel prefigure ceux qui seront necessaires a l'exploitation des sources synchrotron de troisieme generation.