Microscopie multiéchelles : nouvelle platine interférométrique pour un déplacement du nanomètre au millimètre

Novel interferometric stage based on quasi-common-optical-path configuration for large scale displacement

• Auteur / Autrice : Hung-Lin Hsieh
• Direction : Jyh-Cheng Chen, Ju-Yi Lee, Gilles Lérondel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et nanotechnologies
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interféromètres laser

Mesures optiques

Microactionneurs

Nanotechnologie

Analyse multiéchelle

Résumé

Sur la base d’une configuration QCOP en anglais quasi-common-optical-path, une nouvelle plateforme interferométrique pour le déplacement à grande échelle a été développée. La platefome inclut un interféromètre QCOP et une platine à deux étages. L’interféromètre QCOP se compose d’une source, hétérodyne, un réseau holographique bidimensionnel, deux lames ¼ d’onde et une détection synchrone. Deux configurations QCOP, normale et différentielle ont été développées. La méthode différentielle permet une sensibilité et résolution accrues. Les performances de l’interféromètre QCOP ont été testées pour contrôler le déplacement à 1 ou 2D et ont été systématiquement comparées avec d’autres types de systèmes de mesure ; capteur capacitif, jauge de contrainte, encodeur et interféromètre linéaires. Les résultats expérimentaux montrent que le système de mesure par interférométrie QCOP permet de mesurer des déplacements de grande course à 1D ou 2D tout en étant peu sensible aux perturbations externes. Un système de déplacement pas à pas micronique à l’aide d’une platine piézoélectrique de type leaf-spring a également été développée pour le déplacement à 1 et 2D. En combinant le système de mesure par interférométrie QCOP et une platine de positionnement à deux étages, nous avons démontré qu’il était possible d’atteindre une résolution nanométrique sur une excursion millimétrique avec un système peu sensible aux perturbations externes. Cela ouvre la voie pour de nombreuses applications nécessitant à la fois résolution et grand course de déplacement

A novel interferometric stage based on quasi-common-optical-path (QCOP) configuration for large-area displacement applications has been developed. The interferometric stage includes a QCOP measurement system and dual-servo positioning stage. The QCOP measurement system consists of a heterodyne light source, two-dimensional holographic grating, specially designed set of half wave plates and lock-in amplifiers. Two QCOP measurement configurations, for single and differential detection, were designed. The sensitivity, resolution and nonlinear phase error of the differential detection type are better than those of the single detection type. Feasibility and performances of the QCOP measurement system have been addressed and demonstrated using 1D and 2D displacement experiments and a systematic comparison with a commercial capacitive sensor, strain gauge, linear encoder and linear interferometer. The experimental results demonstrate that the QCOP measure-ment system has the ability to measure long-range (1D) and large-area (2D) straightness and displacement while maintaining high system stability. Furthermore, a micro-stepper was used to integrate with a leaf-spring type PZT stage for 1D and 2D displacement positioning. The suitable parameters of leaf-spring type PZT stage were calculated using an optimization method. By combining the QCOP measurement system with dual-servo positioning stage, the position-ing resolution and range of interferometric stage can achieve the nanometer and milimeter levels with high system stability for large-scale applications