Objet de l’expérience : le miroir segmenté

Le besoin d’une surface d’onde morcelée plus complexe que celle pouvant être générée par le SLM est nécessaire pour exploiter toutes les capacités de l’interféromètre PISTIL. La principale application pour laquelle est dédié l’interféromètre PISTIL est la mesure de chaînes lasers composée d’une multitude de fibres lasers juxtaposées, présentées dans le Chapitre 1. L’objectif est de trouver

122 un générateur de surface d’onde pouvant mimer la surface d’onde d’étude, ayant une dynamique au moins équivalente et une précision supérieure en terme de pistons, tips et tilts absolus pour pouvoir tester la résolution maximale de l’interféromètre PISTIL.

Notre choix s’est alors porté sur un miroir segmenté composé d’une juxtaposition de petits miroirs. Dans cette section, nous allons présenter le composant choisi puis nous en ferons une caractérisation pour déterminer quelles sont ses performances et limites dans le cadre du test de l’interféromètre PISTIL.

4.2.1.1 Présentation du miroir segmenté

Le miroir segmenté choisi est le IAO-PTT111-5SDMS (Figure 4-89.a), commercialisé par la société IRIS AO. Il est composé de 37 petits miroirs hexagonaux (Figure 4-89.b) de 700µm de diamètre (coins opposés) pilotables par trois actuateurs en piston et tip/tilt (Figure 4-89.c). Chaque petit miroir hexagonal représente donc un des « éléments » de la surface d’onde segmentée analysé par l’interféromètre PISTIL.

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Figure 4-89 : Miroir segmenté PTT111 de la société IRIS AO. a) miroir segmenté dans sa monture, b) zoom sur le miroir segmenté avec les contacts électriques ou bounding, c) caractéristiques techniques d’un des éléments

(source des images : IRIS AO).

Une fenêtre inclinée est posée entre le miroir et l’air extérieur afin d’éviter que les éléments soient dégradés par l’humidité. Cette fenêtre est traitée antireflet pour éviter les réflexions parasites lors de l’illumination des éléments.

Les caractéristiques fournies par le constructeur sur la dynamique en piston absolu de chaque élément est de -2,5 µm à +2,5 µm avec un pas incrémental de 1 nm. Concernant le tip et le tilt absolu, la gamme accessible est comprise entre -4 mrad et +4 mrad. Ces gammes seront cependant doublées puisque son utilisation se fera en réflexion La dynamique est équivalente à celle des chaînes laser, de quelques longueurs d’ondes (en admettant une longueur d’onde de travail autour de 1 µm) en piston absolus et de 2 à 3 mrad en tilts.

Afin de vérifier ses performances, une caractérisation a été effectuée avec le même analyseur de surface d’onde SID4, déjà utilisé avec le SLM (4.1.2) et est présentée en détail dans l’annexe B. Nous avons pu montrer que les éléments n’atteignaient qu’une gamme restreinte de paramètres en

124 piston, tip et tilt absolu. La gamme de fonctionnement commune maximale à tous les éléments est la suivante :

- Piston absolu : -0,5 µm à 0,5 µm - Tip absolu : -1,5 mrad à 1,5 mrad - Tilt absolu : -1,5 mrad à 1,5 mrad

Cette gamme répond à nos exigences en termes de tip et tilt absolus. Pour les pistons absolus, nous avons choisi de restreindre la gamme de piston absolu pour ne pas avoir à utiliser la méthode bi-couleur dans le cas des pistons absolus supérieurs à la longueur d’onde de travail.

D’autre part, nous avons pu voir que la réponse des éléments à la commande est bien linéaire avec un coefficient de régression R² = 0,999. Par contre, la pente mesurée vaut 0,983 au lieu de 1.

L’interféromètre PISTIL permettra de vérifier si un coefficient similaire est mesuré.

Enfin, chaque élément à pistons, tips et tilts absolus nuls (a priori miroir plan), a été comparé avec une onde plane de référence. Chaque élément présente une aberration fixe semblable à un defocus relativement semblable d’environ 30 nm de profondeur (voir Annexe B pour plus de détails), il aurait pu être intéressant d’étudier les effets sur la mesure d’un pétale si les aberrations de type defocus n’étaient pas semblables. Néanmoins, étant donné que les éléments ne se déforment pas au cours des mesures (seul le piston, tip et tilt peuvent varier), cela ne devrait pas gêner les mesures avec l’interféromètre PISTIL. De plus, le miroir segmenté respecte la spécification du constructeur d’une planéité inférieure à 20 nm rms (Root Mean Square) sur une pupille de la taille du miroir lorsque les éléments sont commandés à pistons, tip et tilts nuls.

Dans la prochaine section, nous allons revenir sur le pas incrémental des actuateurs de 1 nm et aborder les conséquences sur la commande des éléments en pistons, tips et tilts absolus.

4.2.1.2 Incrément minimal des actuateurs

La gamme accessible des éléments n’est pas continue, mais discontinue due à un incrément minimal des électrodes des actuateurs. Cet effet va ainsi limiter la résolution atteinte par le miroir segmenté puisque les éléments ne pourront atteindre qu’une plage discrète de valeurs.

Lors de la description du miroir segmenté (4.2.1.1), nous avons vu que le pilotage de l’élément était réalisé par un système à trois électrodes, un par actuateur (Figure 4-90).

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Figure 4-90: Contrôle d’un élément du miroir segmenté avec trois actuateurs.

Le constructeur a pu nous fournir comme information que l’incrément minimal d’un élément en piston absolu était d’environ 1 nm, par extension l’incrément minimal d’un actuateur est donc de 1 nm. Etant donnée la position des actuateurs (Figure 4-90), il est facile de comprendre qu’il y aura également un incrément minimal en tip absolu et en tilt absolu.

Dans la Figure 4-91, l’impact de l’incrément minimal d’une électrode sur le piston, tip et tilt absolu est expliqué avec un élément en une dimension.

Figure 4-91: Si l’élément i de 700 µm de longueur est contrôlé par deux actuateurs, un incrément de 1 nm sur l’actuateur 1 a pour effet de modifier le piston absolu Ai et le tip absolu tXi.

L’exemple Figure 4-91 montre que l’incrément minimal d’un actuateur restreint nécessairement les valeurs de pistons, tips et tilts absolus accessibles par un élément, les actuateurs vont donc se positionner au mieux pour atteindre la commande envoyée à l’élément.

Dans la Figure 4-92, nous avons déterminé l’incrément minimal d’un tip/tilt absolu sans modification du piston absolu (hauteur au centre de l’élément).

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Figure 4-92: Dans le cas d’un élément hexagonal piloté par trois actuateurs. A gauche, l’incrément minimal en tip absolu sans modification du piston absolu (hauteur au centre de l’élément) est déterminé en mettant -2 nm à

l’actuateur 1 et +1 nm aux actuateurs 2 et 3. A droite, l’incrément minimal en tilt absolu sans modification du piston absolu est déterminé en mettant -1 nm à l’actuateur 2 et +1 nm à l’actuateur 3.

Si nous prenons les deux extrémités de l’élément (actuateur 1 et le coin opposé), cela représente une hauteur de 4 nm d’une extrémité à l’autre sur une distance de 700 µm, ce qui nous donne un tip absolu de 5,7 µrad. Pour le tilt absolu, l’incrément minimal est de 2 nm (entre l’actuateur 2 et 3) sur une distance de 606 µm, soit un tilt absolu de 3,3 µrad. Il est à noter qu’il est possible de réaliser des incréments plus faibles en tip ou en tilt absolu. Or, dans ce cas, la condition du piston absolu nul n’est plus respectée, il y aurait donc un couplage entre le piston, tip et tilt.

Enfin, lors de l’envoi d’une commande à l’élément (piston, tip et tilt absolu), nous ne connaissons pas quelle est la priorité, c’est-à-dire de réaliser au mieux le piston absolu au détriment du tip et tilt absolu ou bien l’inverse. Nos expériences permettront d’étudier l’incrément minimal des actuateurs.

4.2.1.3 Conclusion

Lors de la caractérisation du miroir segmenté, la gamme d’utilisation pour les futures expériences avec l’interféromètre PISTIL a été déterminée. Les mesures de pistons absolus pourront être réalisées entre -0,5λ et 0,5λ, gamme de pistons absolus choisie pour ne pas aborder la technique bi-couleur. Concernant les tips et tilts absolus, la gamme de mesure sera comprise entre -1,5 mrad et 1,5 mrad représentant les ordres de grandeur typiques des applications visées par l’interféromètre.

La comparaison avec une onde plane a révélé que les éléments du miroir segmenté présentaient une aberration fixe semblable à un defocus avec une hauteur maximale de 30 nm. Cette forme étant semblable pour les différents éléments, elle ne devrait pas gêner les mesures par l’interféromètre PISTIL. Enfin, nous avons abordé l’incrément minimal des actuateurs qui imposent un pas minimal des pistons absolus, mais aussi des tips et tilts absolus.

127 Nous allons ainsi pouvoir mettre en place le montage pour réaliser les expériences avec l’interféromètre PISTIL. La prochaine section sera l’occasion de discuter du dimensionnement des différents composants de l’interféromètre PISTIL.