Post on 03-Feb-2021
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 1
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
« Quelques exemples de contrôle de surface d’onde
pour le LMJ »
Stéphane BOUILLET
Laboratoire de Métrologie OptiqueCEA - CESTA
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 2
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
• Une installation de 300m de long, dimensionnée pour 240 faisceaux lasers.
• L’énergie ( = 351nm, = quelques ns) est focalisée sur une cible
millimétrique, positionnée dans une chambre d’expérience Ø 10m
INTRODUCTION : Le LMJ
Ce défi technologique s’appuie en partie sur les productions de
plusieurs milliers de grands composants optiques de grande qualité !
X
X
X
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 3
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
INTRODUCTION : La chaîne laser
M1
MT2
L3
Pol
L4
Demi-tour
MT1
Section faisceau =
400mm x 400mm
L2L1
cible
MT3
MT4 ...
R3 wHC
R1 w
LAE
LdP
7 plaques
ampli9 plaques
ampli
KDP DKDP
Transport
InjectionHTA
PEPC
Plaques ampli : Amplification
Lame de phase :Tache focale
KDP I et II : Conv. Fréquence
Réseau 3w : Focalisation
Polariseur / PEPC :Interrupteur
Lentilles :Filtrage
Miroirs :Transport
Hublots :Etanchéité
Réseaux 1w &3w : Chicane
• 1 faisceau ~ 40 grandes optiques (dont ~ 85% dans l’IR)
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 4
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
INTRODUCTION : Domaines de compétences du LMO
Observation
Contrôle d’aspect
Métrologie de
l’endommagement
laser
Photométrie(Facteurs de réflexion et de transmission)
Rugosimétrie(État de surface)
Interférométrie(Déformation de la surface d’onde)
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 5
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
INTRODUCTION : Spécifications de surface d’Onde
Découpage selon différentes bandes de périodes spatiales :
Périodes
spatiales
Paramètre
spécifié
Spécification
typique Critère « laser » Moyen de contrôle
- 10
mm
Courbure PV < 500 nm FocalisationInterférométrie
« Pleine Pupille »
&
« Sous-pupille »
PQM < 1 µrad Tache Focale
10mm -
1mm
EQM, DSP
(surface d’onde)
EQM < 2,5 nm
DSP 3 -1,55 Sur-intensités
&
Pertes d’énergie1mm à
1µm
EQM, DSP
(surface)
EQM < 2 nm
DSP 6 -1,55 Rugosimétrie
• EQM = Ecart Quadratique Moyen de la surface
• PQM = EQM des pentes de la surface d’onde (hors courbure)
• DSP (nm2.mm) = répartition/amplitude des défauts en fonction de leur fréquence spatiale
Uniformité des calculs logiciel « standard » ANAPHASE
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 6
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
INTRODUCTION : Spécifications de surface d’Onde
DENSITE
SPECTRALE DE
PUISSANCE
PENTES
SURFACE
D’ONDE
RESULTATS
NUMERIQUES
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 7
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
INTRODUCTION : Moyens de contrôle
Sous-pupille Ø100mm sur
polariseur @ 1064nm / 57°
Interféromètre Ø800 – Contrôle d’un
miroir de transport @ 1064nm / 45°
Interféromètre GPI-LIL –
Ø300mm + « stitching »
Cassette Amplificatrice
Rugosimètre optique
caractérisation d’une plaque ampli
3 interféromètres + 1 rugosimètre + 1 onde
plane à 351 nm
Diamètres : jusqu’à Ø800mm.
Longueur d’onde () : 351, 633 & 1064nm(traitements – dn – RWFE sur composant à faces //)
Propreté : ISO 6
Environnement : Suivi T° et HR%
ANTALIA – Onde plane 400x400 mm² à 351 nm
Champ proche, Champ lointain, ASO …
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 8
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
Quelques exemples de contrôles de Surface d’onde
Quelques réalisations 2010…
• Etalonnage «3 plans» des lames de référence F 800
Amélioration de la métrologie des miroirs
• Mise en évidence de phénomènes viscoélastiques dans le BK7
Application au miroir déformable LIL/LMJ
• Métrologie de la déformation sous gravité d’un miroir
Validation de la compensation par ressorts
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 9
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
2
C C
2
M M M F231
0x 0xC
On a la partie paire par rapport à l’axe de rotation
AFy
z
C
M1 = AF + C
M2 = AF + B
M3 = CF + B
CCF
B 0
x
Reconstruction Cartes reconstruitesMesures
Etalonnage «3 plans» des lames de référence F 800
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 10
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
Etalonnage «3 plans» des lames de référence F 800
Paramètres Spécification Mesure brute Après soustraction de la TF
PV 137 nm 120 nm
PQM p>10mm
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 11
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
Phénomènes viscoélastiques dans le BK7
Miroir déformable LIL/LMJ : plaque de BK7 ép=9 mm
Instabilité de la forme (Courbure, Asti) attribuée d’abord à la métrologie
Utilisation d’un maintien reproductible
Mise en évidence d’un effet du cadre de transport
Maintien isostatique pour la métrologie Cadre de transport
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 12
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
Phénomènes viscoélastiques dans le BK7
Instabilité de la surface d’onde à corréler à la déformation du
substrat dans son cadre
Différence entre 2 métrologies espacées de
2 moisMesure sous contrainte dans le cadre
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 13
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
Phénomènes viscoélastiques dans le BK7
D 50.8
2
D 8
F
F
FD 50.8
2
D 8
F
F
F
Méthode de test Mesure Simulation
Essais sur échantillons
Principe = échantillon mince sous contraintes mécaniques
Caractère irréversible de la déformation produite
Échantillons phi 50 ep 2 mm en BK7 standard poli double face
Contrainte appliquée par une masse de ~ 2 Kgs
On obtient une amplitude d’environ 14 µm
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 14
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
• Quand la contrainte est levée, la déformation disparaît instantanément (comportement
élastique), sauf une petite partie, qui disparaît lentement (comportement visco-élastique)
• Evolution des substrats nus dans leurs cadres
– Résidu de la déformation due au cadre ?
• Déformation pendant le dépôt PVD (chauffage)
– Le même effet, amplifié par le chauffage ?
t
Contrainte
C
tc
Déformation
Phénomènes viscoélastiques dans le BK7
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 15
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
t
Contrainte
C
tc
Déformation
t
Contrainte
C
tct
Contrainte
C
tc
Déformation
0
50
100
150
200
250
300
350
1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04
Temps (heure)
A (
1/2
PV
SM
, D
45m
m)
en
nm
10-0573 (31 jours)10-0570 (19 jours)10-0572 (6 jours)10-0571 (3 jours)10-0574 (2h)10-0575 (30min)Modele 10-0573Modele 10-0570Modele 10-0572Modele 10-0571Modele 10-0574Modèle 10-0575
x
14 µm
Phénomènes viscoélastiques dans le BK7
Les données expérimentales collent très bien à ce modèle
Fonction “exponentielle étirée” ou KWW (Kohlrausch 1847 , Williams&Watts 1970)
Loi empirique adaptée à de nombreux phénomènes de relaxation
Pas vraiment de justification théorique satisfaisante
(phénomènes en // avec des temps caractéristiques ≠ ou au contraire réactions en chaîne)
Nous permet de réduire nos données à 3 paramètres…
t
eAtA .)( 0
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 16
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
Déformation sous gravité d’un miroir
Mesure Simulation NX-NASTRAN
Courbure = -607 nm.
PV = 772 nm.
RMS = 211 nm.
Astigmatisme à 0° = 740 nm PV.
Astigmatisme à 45° = 296 nm PV.
Courbure = -511 nm.
PV = 727 nm.
RMS = 199 nm.
Astigmatisme à 0° = 783 nm PV.
Astigmatisme à 45° = 0 nm PV.
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 17
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
Déformation sous gravité d’un miroir
4 ressorts
Sans ressorts Efforts nominaux Efforts supérieurs
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 18
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
Conclusion
Métrologie
Fabrication
Retour
d’expérience
SpécificationsOptimisation
« coût / performances »
pour le LMJ
Exemple 1 : Amélioration de la métrologie
= Amélioration de notre connaissance des performances réelles
= Affinage des spécifications
Exemple 2 : Mesures sur échantillons
= Participation aux études / mise au point des gammes de fabrication
Exemple 3 : Validation de concepts opto-mécaniques
= Cohérence des spécifications optique/mécanique/…
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 19
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
FIN
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 20
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
INTRODUCTION : Performances des optiques à garantir
Garantir l’énergie déposée sur la cible Facteurs T ou R,
Rugosité
Maîtriser la durée de vie des composants
sur chaîne Tenue au Flux
Limiter les surintensités dans la chaîne
dégradation prématurée des composants
Défauts d’Aspect,
Défauts périodiques
Maîtriser la position, la forme et la
dimension de la tache laser
Qualité des Surfaces d’Ondes
Besoin / critère : Type de spécification :
Contrôles systématiques chez les industriels
Le CEA qualifie les fabricants: procédés de fabrication ET métrologie
Suivi des productions par prélèvement.
CEA-CESTA– Stéphane BOUILLET 21
Ce document est la propriété du CEA. Il ne peut être reproduit ou communiqué sans son autorisation. © CEA 2011
Marseille - 16 juin 2011
On ajoute une cycle thermique sous contrainte (pour copier le process PVD)
Phénomènes viscoélastiques dans le BK7
Solution : recuit sans contrainte ou changement de matériau