Performances des différents traitements AR sur verre bas indice (BK7 n= 1.51) sur la gamme [400-

Pour ces AR et par souci de simplicité, tous les indices sont indiqués à la longueur d’onde de 800nm. 1.3.1.1 Traitement antireflet en monocouche

Pour ce type de verre, on a pu montrer (§1.2.1) que l’indice fictif idéal d’un AR monocouche était de 1.22. Le matériau réel dont l’indice est le plus proche de 1.22 est le MgF2 d’indice n=1,37. Les perfor-

mances en transmission de ces deux types d’AR (réels et fictifs) sont comparées en Figure 10. L’utilisation d’un indice fictif de 1.22 permettrait d’améliorer la transmission moyenne sur la gamme [400-1800nm] de 96,14% à 97,54% soit un gain de 1,4% pour deux faces.

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Figure 10 Spectres de transmission simulée d’antireflets monocouches à indice fictif et réel sur un substrat de verre BK7 accompa- gnés de leurs designs

1.3.1.2 Traitement antireflet en multicouche bas indice/haut indice

Pour ce type d’AR, le calcul de l’empilement fictif optimal conduit à un indice bas égal à n=1,08 et un indice haut égal n=1,78. Sur la Figure 11, nous comparons la performance en transmission de cet AR à celle obtenue d’une part avec un AR de même type mais réel (SiO2 (n=1,45) et TiO2 (n=2,20)) et

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On constate sur cette Figure 11 que la transmission moyenne de la simple monocouche à indice fictif (97,54%) est supérieure à celle de la multicouche interférentielle à indices réels (97,42%). On voit là l’enjeu de l’élaboration de ces nouveaux matériaux susceptibles de présenter des indices eux aussi nou- veaux.

On constate également que la transmission moyenne de la multicouche à indices fictifs (99.86%) est quant à elle nettement supérieure à celle de la monocouche à indice fictif (97,54%) et à celle de la multi- couche interférentielle à indices réels (97,42%). Que les indices soient réels ou fictifs, les AR multi- couche restent donc plus performants que les AR monocouche.

1.3.1.3 Traitement antireflet à gradient d’indice continu

On rappelle que ce type de traitement consiste en une variation continue d’indice du substrat à celui de l’air. Il est donc par essence basé sur des matériaux fictifs. Nous avons jugé intéressant de comparer les performances de tels AR en fonction du profil choisi : linéaire, parabolique ou tiré du gradient parfait (cf annexe 1). Nous rappelons que dans cette annexe 1, nous avons démontré que de tels AR ne conju- guent faisabilité et efficacité que si leurs épaisseurs sont suffisamment importantes. Nous avons donc choisi une épaisseur de gradient égale à 2µm pour garantir la faisabilité éventuelle de matériaux consti- tuant le gradient. Ce dernier a été défini comme un mélange de silice (loi de dispersion connue et fixée) Figure 11 Spectres de transmission simulée d’antireflets monocouche à indice fictif et multicouche à indices fictifs et réels sur un substrat

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et de vide. Les profils d’indice considérés sont ainsi proches de ceux susceptibles d’être élaborés via de simples profils de porosité dans la couche. Sur la Figure 12, sont donc comparées les performances en transmission de ces différents AR à gradient d’indice continu, à celle obtenue avec un AR multicouche à indices fictifs : n=1,08 et n=1,78. Pour des raisons de lisibilité, l’extrême efficacité de ce type d’AR nous amène à zoomer l’échelle des transmissions de 99% à 100%.

Figure 12 Spectres de transmission simulée d’AR à gradient d’indice continu d’une épaisseur de 2µm sur un substrat de verre BK7 accompagnés de leurs designs

Quel que soit le profil choisi, les valeurs de transmission obtenues par l’utilisation d’AR à gradient d’indice continu sont excellentes et meilleures que celles d’un AR multicouche à indices fictifs : n=1,08 et n=1,78. Cependant, de petites différences entre elles permettent de les classer selon les performances croissantes : le profil d’indice parabolique (99,65%), le profil linéaire (99,86%) et le profil tiré du gra- dient parfait (99,92%). Précisons que les 0.08% manquants par rapport à un AR parfait proviennent du choix qui a été fait de ne considérer que des lois de dispersion physiques quelle que soit la valeur de z dans la couche.

1.3.1.4 Traitement antireflet à gradient d’indice discret

Cette méthode combine l’approche interférentielle et l’approche à gradient d’indice. Nous avons simulé et optimisé par la méthode décrite dans le paragraphe 1.2.3, des AR constitués d’une bicouche et d’une tricouche utilisant des indices fictifs. La bicouche extraite consiste en la superposition de couches d’indices de 1.30 et 1.16 avec une épaisseur totale de l’empilement égale à 276nm. Quant à la tricouche, elle consiste en la superposition de couches d’indices de 1.36, 1.23 et 1.10 avec une épaisseur totale de

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l’empilement égale à 404nm. Les spectres de transmission de ces deux empilements sont présentés sur la Figure 13 ainsi que ceux de la monocouche et de la multicouche interférentielle à indices fictifs.

Figure 13 Spectres de transmission simulée d’AR à gradient d’indice discret sur un substrat de verre BK7 accompagnés de leurs designs

Cette Figure 13 démontre qu’en introduisant une interférence supplémentaire et un léger effet de gra- dient d’indice, il est possible d’améliorer assez nettement les performances de la monocouche à indice fictif : respectivement 98.99% et 99.64% de transmission pour la bicouche et la tricouche contre 97.54% pour la monocouche. Ces valeurs sont relativement proches de la transmission obtenue avec la multicouche à indices fictifs (Tm=99,86%) composée de 8 couches et de deux indices, 1.78 et 1.08.

1.3.1.5 Récapitulatif des traitements AR sur verre bas indice (BK7) : choix de la méthode d’élaboration

De manière globale, nous venons de vérifier que l’efficacité des AR augmente avec la complexité du type d’AR considéré. Quel que soit le type d’AR (monocouche, multicouche, gradient continu, gradient discret), nous venons également de démontrer l’intérêt de nouveaux indices, appelés indices fictifs dans ce chapitre. Selon les cas, ces nouveaux indices peuvent donc, soit largement améliorer les perfor- mances, soit largement limiter la complexité de l’empilement et le nombre de couches (à performance comparable). À titre d’exemple, l’introduction de ces nouveaux indices permet de passer d’une trans- mission moyenne de 97,42% avec un traitement AR multicouche classique à indices réels (composée de 10 couches) à une transmission moyenne de 98,99% avec un empilement moins complexe constitué d’une bicouche à indices fictifs.

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Mais l’introduction de ces indices nouveaux conduit à des empilements qui peuvent être difficiles à éla- borer. Il semble par exemple difficile d’envisager la croissance d’une couche d’indice 1.88 (donc relati- vement dense) sur une couche d’indice 1.08 (donc très poreuse). De même, bien que de nombreuses études portent sur la fabrication de gradients [12], [19]–[22] (potentiellement très performants), il reste aujourd’hui relativement compliqué d’obtenir une variation continue d’indice par un procédé industria- lisable [8]. En pratique la fabrication de gradients d’indice d’épaisseur importante, en plus d’être com- pliquée, génère d’autres phénomènes optiques limitant la transmission du traitement [19], [23].

En conclusion, ce qui différencie les approches multicouche (indices fictifs) ou bien gradient continu (nécessairement épais) de l’approche gradient discret, c’est la faisabilité des empilements et la possibilité de transfert industriel plutôt que le niveau de performance démontré par chacune de ces approches. La faisabilité et la moindre complexité des empilements conjuguées aux très bons niveaux de transmis- sion affichés font que l’approche choisie dans cette thèse pour la fabrication d’AR est celle du gradient d’indice discret. Nous venons de démontrer son intérêt dans le cas du verre bas indice sur la gamme [400-1800nm]. Son intérêt est également démontré dans §1.3.2 et §1.3.3 respectivement pour le verre haut indice également sur la gamme [400-1800nm] et pour le silicium dans la gamme infrarouge [3.7- 4.8µm].