Qu’est-ce qu’un interféromètre ?
Un interféromètre est un appareil qui utilise les interférences lumineuses pour mesurer des distances et des formes avec une très grande précision.
La lumière laser émise par la source lumineuse intégrée à l’appareil est divisée en deux parties par un miroir spécial appelé séparateur de faisceaux. Un faisceau est dirigé directement sur la surface de l’échantillon, tandis que l’autre faisceau est réfléchi par le séparateur de faisceaux.
Cela crée une différence de longueur de trajet optique entre les deux faisceaux laser. Lorsque les deux ondes se chevauchent, la figure d’interférence change en fonction de la phase des ondes. Comme la figure d’interférence dépend de la longueur du trajet optique, elle est sensible aux irrégularités de la surface de l’échantillon.
La forme de la surface de l’échantillon peut donc être analysée à partir de la figure d’interférence. En raison de leur grande précision de mesure et de leur absence de contact, ils sont utilisés dans divers domaines de l’industrie et de la recherche scientifique.
Utilisations des interféromètres
Les interféromètres sont utilisés pour analyser la topographie de surface d’échantillons solides. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour l’analyse de la surface de lentilles dont la forme doit être contrôlée avec précision, telles que les lentilles d’appareil photo et les lentilles de contact, ainsi que pour le profilage de la surface des disques DVD et du verre.
Sa capacité à mesurer des surfaces planes, sphériques et hémisphériques, quelle que soit la forme de l’échantillon, lui permet d’être utilisé dans un large éventail de domaines d’application. En revanche, elle n’est pas souvent utilisée pour mesurer des échantillons liquides ou non polis, car les résultats de la mesure sont facilement affectés par les vibrations externes, les fluctuations et la rugosité de la surface de l’échantillon.
Principe de l’interférométrie
Le principe de l’interférométrie repose sur le principe de l’interférence. Dans l’interférométrie, la lumière émise par une source laser unique est divisée en deux chemins optiques. L’un de ces chemins optiques est appelé “chemin de référence” et l’autre “chemin de mesure”.
Lorsque la lumière divisée dans les chemins optiques de référence et de mesure fusionne à nouveau, il y a interférence de la lumière. En détectant le changement de luminosité provoqué par l’interférence, il est possible de mesurer des changements minimes dans la longueur et la forme du chemin optique.
Plus précisément, lorsque la lumière interfère, la luminosité change en fonction de la différence de phase entre les ondes. Si la différence de phase est nulle, l’interférence est parfaitement adaptée et la luminosité est maximale. À l’inverse, si la différence de phase est décalée d’une demi-longueur d’onde (180°), l’interférence s’annule et la luminosité est minimisée.
Une modification de la longueur de l’un des chemins optiques de mesure entraîne une différence de phase avec le chemin optique de référence. En détectant cette différence de phase, la forme et le mouvement de l’objet mesuré peuvent être mesurés avec une grande précision.
Caractéristiques des interféromètres
1. Analyse de la différence de phase entre deux chemins lumineux distincts
Les interféromètres analysent la surface d’un échantillon à partir de la figure d’interférence créée lorsque la lumière divisée en deux parties se chevauche dans l’appareil, comme décrit ci-dessus. La lumière étant un type d’onde, lorsque deux ondes lumineuses se chevauchent dans les crêtes et les creux, les ondes deviennent plus fortes, tandis que lorsqu’une onde se chevauche dans les crêtes et l’autre dans les creux, les ondes s’annulent.
Ce déplacement entre les deux ondes lumineuses est appelé différence de phase. Lorsque la différence de phase est égale à un multiple de la longueur d’onde de la lumière, l’onde qui se chevauche devient plus forte. Inversement, lorsque la différence de phase est égale à un multiple de la moitié de la longueur d’onde de la lumière, les ondes s’annulent.
2. Il est possible de mesurer des variations d’épaisseur infimes, inférieures à 1 µm
La longueur d’onde de la source lumineuse utilisée en interférométrie étant d’environ 630 nanomètres, même de légères modifications du trajet optique de quelques centaines de nanomètres peuvent altérer la figure d’interférence. Par conséquent, même des changements infimes de l’épaisseur de la surface, inférieurs à un micromètre, peuvent être détectés par les interféromètres.
3. La protection contre les vibrations est essentielle
L’une des principales caractéristiques de l’interférométrie est la possibilité d’effectuer des mesures de surface non destructives, car l’échantillon ne risque pas d’être dégénéré par le faisceau laser. Il convient de noter que l’interférométrie est également sensible aux légères vibrations de la table de laboratoire. L’équipement doit donc être installé sur une table anti-vibrations afin de protéger les mesures des vibrations et des chocs.