Développement de systèmes de contrôle in situ des propriétés optiques de filtres interférentiels

Development of in situ optical monitoring systems of optical interferential filters properties

• Auteur / Autrice : Severin landry Nadji
• Direction : Michel Lequime
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Optique, Photonique et Traitement d'Image
• Date : Soutenance en 2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique et sciences de la matière (352)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Delaporte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anna Sytchkova, Antoine Moreau, Catherine Grezes-besset
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antoine Goullet, Pascal Picart

Mots clés

Mots clés libres

Couches minces optiques

Holographie digitale à faible cohérence

Coefficient de réflexion (amplitude et phase)

Interférométrie

Détermination d'indice

Contrôle optique

Optical thin films

Low coherence digital holography

Reflexion coefficient (amplitude and phase)

Interferometry

Refractive index determination

Optical monitoring.

Résumé

La réalisation de fonctions de filtrage complexes nécessite une parfaite maîtrise du processus de dépôt ainsi qu’un contrôle précis et en temps réel de l’épaisseur optique des couches déposées. Au cours de ma thèse, consacrée au développement de nouvelles modalités de contrôle optique in situ, je me suis particulièrement intéressé à deux sujets différents, à savoir : - D’une part, la détermination de la dépendance spectrale des constantes optiques (indice de réfraction et coefficient d’extinction) de matériaux diélectriques. Un moyen possible pour effectuer cette détermination consiste à utiliser un système de contrôle optique large bande afin d’enregistrer les spectres de transmission de l’empilement au fur et à mesure de sa formation. En effet, l’évolution temporelle, à chaque longueur d’onde, de ces spectres de transmission contient des informations quantitatives liées aux constantes optiques que nous souhaitons déterminer. - D’autre part, la mesure en temps réel du coefficient de réflexion (r) d’un empilement, en amplitude et en phase, lors de son dépôt. En effet, les méthodes de contrôles optiques en intensité présentent des limitations que la connaissance de l’information de phase devrait permettre de contourner. Cette mesure est réalisée par interférométrie holographique digitale à faible cohérence sur un substrat éclairé par sa face arrière et dont la face avant est équipée d’un masque annulaire. Ceci donne accès aux information de phase et d’amplitude recherchées tout en s’affranchissant des vibrations générées par le fonctionnement de la machine de dépôt ainsi que du mouvement de rotation à 120 tours par minute qu’effectue le porte-substrat.

The realization of complex filtering functions requires a perfect mastering of the deposition process as well as an accurate real time monitoring of the optical thickness of the deposited layers. During my PhD thesis, devoted to the development of new methods of in situ optical monitoring, I was particularly interested in two different subjects, namely: - On the one hand, the determination of the spectral dependence of optical constants (refractive index and extinction coefficient) of dielectric materials. A possible way to achieve this determination consist in using a broadband optical monitoring system in order to record the transmission spectra, in real time, of the stack during its formation. Indeed, the temporal evolution, at each wavelength, of these transmission spectra provide quantitative information related to the optical constants that we wish to determine. - On the other hand, the real time measurement of the reflection coefficient (r) of a stack, in amplitude and phase, during its deposition. Indeed, the optical monitoring methods based on intensity proprieties present some limitations that the knowledge of phase information should overcome. This measurement is performed by low coherence digital holographic interferometry on a substrate illuminated by its rear face and whose front face is equipped with an annular mask. This gives access to desired phase and amplitude information while avoiding the parasitic influence of the substrate motions induced by the vibrations of the deposition machine, and the rotation of the substrate holder at 120 rounds per minute.