L HASO 32 des Travaux Pratiques de lEcole Suprieure dOptique

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L HASO 32 des Travaux Pratiques de lEcole
Supérieure dOptique
Analyseur de fronts donde
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Quest-ce quun front donde ?
Surface donde (ou front donde) surfaces
equiphases
Exemple dun collimateur idéal conjugaison foyer
- infini
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Aberration sphérique
Que cherche-t-on à mesurer ?
Les défauts des fronts donde par rapport aux
fronts idéaux plan ou sphériques.
Quelles sont les sources des défauts de front
donde ou de perturbations des surfaces donde?
Sources de perturbations de la surface donde
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Exemple une lentille mince
Une lentille simple biconvexe utilisée sur laxe
apporte des défauts (aberrations géométriques)
sur la surface donde même si sa réalisation est
parfaite !
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Description dun analyseur de fronts donde
Shack-Hartmann
Lanalyseur de Shack-Hartmann est composé dune
matrice de microlentilles, au foyer desquelles
est placée une caméra CCD. La caractérisation
dun front donde incident est réalisée à partir
de la mesure de la position des taches-images
dans le plan du détecteur. On en déduit les
pentes locales du front donde, à partir
desquelles le logiciel remonte à la forme de la
surface donde.

• une matrice (32x32) de micro-lentilles
• de dimension 5,12x5,12 mm

matrice CCD 512x512 pixels de 10x10 µm.
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HASO 32 des Travaux Pratiques
Détecteur CCD
512 x 512 pixels côté 10 µm
Matrice de 32 x 32 microlentilles
f 6 mm c 150 µm ON 0,012
fabriquée par photolithographie UV
Limite de diffraction des microlentilles
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Analyseur de fronts donde Hartmann
Le principe de cette mesure de front donde a été
proposé par lastronome américain Hartmann en
1880 celui-ci effectuait une décomposition du
front donde à partir d une simple grille de
trous. Cette technique a été améliorée par Shack,
qui utilise une matrice de microlentilles à la
place de la grille dHartmann en 1970. Depuis
les années 80, cette méthode connaît un
développement important avec lavénement des
systèmes doptiques actives et adaptatives.
L'analyseur  utilisé dans Come-on (un des tous
premiers télescope équipé dune optique
adaptative) comporte 7 par 7 micro-lentilles,
mais la forme de la pupille (disque et
obstruction centrale) conduit à 32 sous-pupilles
éclairées, dites utiles''.
Découpage de la pupille du Télescope par le
Shack-Hartmann (dessin E. Gendron)
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Détermination du front donde incident
Par exemple
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? Mesure des pentes locales
Front donde
dij f  x tanqij
qij
Taches-images dans le plan de la CCD. Chaque
tache couvre plusieurs pixels et est associée à
une microlentille.
plan CCD
matrice de microlentilles
La pente moyenne du front donde tan(qij) sur la
microlentille (i,j) (moyennée sur l aire de la mi
crolentille) est obtenue à partir de la mesure du
déplacement de la tache de diffraction de chaque
microlentille par rapport à sa position dans le
cas d un front donde incident plan.








Position de la tache (ij)
Pente du front donde
?
yij




xij
d
La décomposition modale du front d onde sur une
base de polynômes (Zernike sur une pupille
circulaire, Legendre sur une pupille
rectangulaire) est réalisée par une méthode des
moindres carrés.




Représentation schématique des barycentres et des
pentes locales dans le plan de la CCD
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? Mesure des pentes locales
Gy
Gx
La reconstitution du front donde se fait à
partir des pentes locales calculées, à laide du
logiciel HASO.
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Une application de lHASO Caractérisation dun
système optique Montage utilisé pour étudier
un objectif en conjugaison infini foyer
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? Mesure complète du front donde
Objectif étudié
(dans le plan des microlentilles)
Rsph
Phase du front d onde incident dans le plan des
microlentilles (i,j) onde sphérique défaut du
front donde (caractéristiques des aberrations de
lobjectif étudié).
La contribution majoritaire au front d onde
incident dans le plan des microlentilles est une
onde sphérique (convergente ou divergente selon
la position de l analyseur par rapport au
meilleur foyer) dans les conditions de la mesure.
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? Mesure complète du front donde
Amplitudes Maximum des taches images pour
chaque microlentille
? Reconstruction du front donde
Phases calculées à partir des pentes locales
du front donde
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Défaut de front donde mesuré
? Décomposition du défaut de front donde sur la
base des polynômes de Zernike
La décomposition modale de Zernike permet de
quantifier la contribution de chaque aberration
dans le front donde mesuré.
3ème ordre
5ème ordre
7ème ordre
9ème ordre
Tilt
aberration sphérique au meilleur foyer
astigmatisme
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? Calcul de la réponse percussionnelle
(au meilleur foyer)
La réponse percussionnelle est caractéristique du
système optique elle prend en compte à la fois
la diffraction et les aberrations du système
optique dans les conditions de mesure. C est la
plus petite image dun point que peut donner le
système.
La réponse percussionnelle est obtenue par
Transformée de Fourier du front donde mesuré.
La comparaison du maximum de la réponse
percussionnelle par rapport à celui sans
aberrations est le rapport de Strehl. LHASO
prend en compte pour ce calcul la répartition de
lintensité mesurée.
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? Fonction de transfert de modulation d un
l objectif
La fonction de transfert incohérente du système
optique étudié est obtenu par Transformée de
Fourier de la réponse percussionnelle.
La fonction de transfert incohérente du système
optique mesure le contraste de limage dune mire
sinusoïdale en fonction de sa fréquence spatiale
dans le plan image.
FTM idéale
FTM mesurée
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Quelques HASO développés par la société Imagine
Optic.
Gamme IO
www.imagine-optic.com
Produit HASO26 (série HP) l/1000 rms de précision
de mesure Métrologie de composants X-UV
HASO X-UV Hartmann pur l/100 rms avec l 13nm