MESURES OPTIQUES DE PRECISION


Interferomètre de Bath :

Vous trouverez sur Internet des articles de vulgarisation sur l'interférometre de Bath, mais il faut faire le tri entre les auteurs qui ont vraiment utilisés cette méthode pour faire des retouches de miroirs et ceux qui ne l'ont utilisés que pour qualifier des miroirs déja aluminés. 

Ensuite je me suis posé les questions suivantes:

D'abord je crois qu'il faut lire l'article original de Mr Bath ici : Bath_interferometer.PDF

Une seule chose est facile : fabriquer un interferomètre, mesurer un miroir et prétendre qu'il est mauvais. Cela n'importe qui peut le faire. En réalité, pas mal d'expériences restent à mener avant d'acquérir des certitudes sur son appareil...  Je pense notamment à changer chaque composant un par un, et vérifier les résultats fournis par les logiciels... 

 

L'appareil :

Réalisé en Mars 2015, cet appareil que vous voyez sur la photo est le deuxième, le premier était en bois, il ne laissait pas la place pour poser un téléobjectif, la surface de bois ne laissait pas non plus la possibilité de faire glisser très doucement le support de miroir plan. Moi aussi j'ai cru que ça ne me couterait pas cher, mais à l'usage, il s'avère qu'il faut y mettre environ 300Euros; et je n'ai toujours pas trouvé un laser satisfaisant. C'est plus cher qu'un appareil de Foucault, mais moins que d'autres méthodes ... 

A l'exception du laser , tous les éléments optiques peuvent se déplacer, ce sont des aimants permanents qui maintiennent les pièces sur la table en acier galvanisé. Cela facilite les réglages et permet d'essayer les 2 combinaisons optiques de cet interféromètre. 

La table élévatrice est faite "maison". La platine XY  est de marque Proxxon. La pièce qui tient le laser est une rotule de bielle M14 sur filetage M14 parce qu'on peut avoir avoir besoin de l'orienter et le faire tourner sur lui meme.

Les difficultés rencontrées pour obtenir le premier interférogramme, viennent de la sous-estimation de l'intéret de la table élévatrice et de l'intensité du laser. Le laser sur la photo est un laser VERT de Classe 2. 

Le logiciel capable d'exploiter les interférogrammes résulte quand même d'un gros travail, il s'appele  " Openfringe ", il est gratuit, écrit en C , il ne fonctionne que sous Windows XP. Mais il ne fournit pas l'enveloppe d'incertitude de ses mesures. Un nouveau logiciel a repris sa place, c'est "DFTFringe". Actuellement en version 4.00 

Je laisse aux gens qui aiment la vulgarisation, le soin d'écrire que c'est facile et que ça coute pas cher...  Ce qui est toujours utile pour lancer les gens... 
Apres tout... un coup de bol peut toujours frapper!

Or comme dans tous les domaines, il y a du temps a investir pour comprendre et vérifier, avant d'avoir confiance dans ces mesures. 

Les composants sont collés au mastic sillicone sur des petites pièces en aluminium, montées sur des aimants néodyne. Le placement des composants optiques devient très facile.


Au bout d'un certain temps la rotule prend plus de jeu et le laser bascule. J'ai résolu ce problème, avec de la colle ordinaire. Forcément ça ne colle pas mais cela rajoute de la matière qui freine et stabilise la rotule.

  

Retours d'expériences :

Depuis le 12 Decembre 2016, j'ai réalisé une série de mesures sur un miroir de 300mm mieux connu. Je remercie sincerement les membres actifs de la liste Interferometry sur IOgroups et l'auteur du logiciel DFTfringe. Car ils m'ont sortis de tous les pieges :   

Tout d'abord il faut bien se convaincre que : de la qualité de l'i-gramme, dépend la vérité sur la qualité du profil du miroir. Or les poussieres ou défauts de polissage génerent des interférences circulaires qui se retrouvent sur le relief du miroir. C'est le plus gros probleme de cet appareil. Si un gros "paté" ou les taches laser vous genent, il faut déplacer l'Igramme par rapport aux plus gros défauts. 

Piege N°1 : il ne faut pas prendre de photo d'interférogrammes obtenus par projection. La feuille sur laquelle on projette l' Igram ne sert qu'a chercher la position qui fait apparaitre les interférences.  Le probleme en projection est que des anneaux de diffraction sont visibles et perturbent la qualité de l'i-gramme. 

Piege N°2 : si des franges sont surexposées ou sous exposées, le logiciel ne s'en sortira pas. 

Piege N°3 : les franges doivent avoir au moins 4 pixels pour etre traitées correctement par DFTFringe.

Piege N°4 : quand le logiciel vous demande si le Wavefront semble inversé dans la configuration de l'appareil montré sur la photo, il faut répondre Oui. Mais si on se trompe, c'est facile de le voir, car la forme obtenue est en W.

Piege N°5 : la méthode de mesure n'est pas insensible aux mouvements de l'air de votre labo. Il faut donc prendre une série d 'I-grammes et faire la moyenne des fronts d'ondes calculés.  Si possible faire la moyenne avec des Igrammes dont les directions des franges sont presque perpendiculaires.

Recommandation N°6 : il est plus rigoureux d'utiliser une lentille biconvexe qu'une lentille plan convexe. Dans certains cas de miroirs à courte focale, l'erreur peut etre significative. 

Piege N°7 : n'oubliez pas que l'image de votre miroir est inversée (gauche droite), par le petit miroir plan. C'est un détail qui a son importance si vous voulez réaliser des retouches.  (On oublie d'en parler quand on ne s'intéresse qu'a qualifier le miroir). Si vous avez une marque sur le miroir, une écaille ou un trait au feutre, il vaut mieux la placer à 3H.

Piege N°8 : L'appareil photo sur le même support que les composants optiques du Bath c'est une erreur. Il vaut mieux monter l'appareil sur un trepied independant, sinon, la manipulation de l'appareil photo deplace l'ensemble et modifie les franges. Donc ce qui est montré sur les photos plus haut a fonctionné mais n'est pas nominal. Aujourd'hui je renvoie les interférences de l'autre coté du montage.

 

Appareil de Foucault à webcam et motorisé :

Réalisé en Juin 2009, cet appareil de Foucault utilise une caméra vidéo connectée à un ordinateur. L'analyse de l'image par le logiciel, élimine le besoin de fabriquer un masque de Couderc et mesure les "niveaux de gris" de chaque dans des petites surfaces symétriques par rapport au miroir. L'avantage est de supprimer la subjectivité de l'opérateur sur ces fameux "niveaux de gris".  L'abérration est mesurée par un pied a coulisse fixé de l'autre coté de l'appareil , on ne le voit pas sur la photo. Un cable série permet de récupérer les données sur le PC. Avec la commande des moteurs pas à pas, les mesures sont completement automatisé.  

Le logiciel de commande et de construction de bulletin de contrôle a été écrit "maison" et montre les enveloppes d'incertitudes des profils.

Dans la pratique, je l'ai souvent utilisé en mode semi manuel car finalement cela ne prenait pas beaucoup de temps et je voyais ce qui se passait. 

On peut reprocher a cette méthode :

Les limites de la méthode m'ont poussées vers l'interféromètre de Bath décrit au début de cette page.

 

Cependant entre la méthode de Foucault et l'interfero de Bath, je crois qu'il n'y a rien à jeter ! :-) Le Foucault est très bon pour donner des informations sur la qualité de surface, le mamelonage. Son influence instrumentale est nulle.
Et le Bath est très bon pour avoir un relief d'ensemble, vérifier la symétrie circulaire. Vérifier ce qui se passe au bord du miroir. Par contre son influence instrumentale est forte parceque les interférences parasites se voient sur le miroir.
Le point commun aux deux méthodes ; elles ne sont pas insensibles aux turbulences, et il faut attendre que le disque se stabilise en température.

Nous trouvons dans les mesures optiques encore une démonstration de la difficulté de connaitre la vérité. Ici sur le profil d'un miroir.

 

Contactez moi pour vos remarques ou les erreurs qui se seraient glissées dans cette page.

mailto:gerald.mauboussin@free.fr

Retour au SOMMAIRE


Page crée le 18.03.2015 - - - - -Dernière mise à jour 11.01.2020.