Ingénieur de recherche analyse de la diffusion de la lumière par les défauts localisés et les contaminants h/f

Les techniques d'analyse de la diffusion lumineuse sont aujourd'hui devenues extrêmement sophistiquées et permettent d'examiner avec soin la contribution des rugosités d'interface dans les performances des filtres interférentiels multicouches. L'Institut Fresnel a développé pour cela une modélisation électromagnétique et une instrumentation optique (banc SALSA) uniques sur la scène internationale. En moins de 20 années, des progrès extraordinaires ont été obtenus sur les filtres optiques, notamment du point de vue de la minimisation de la diffusion lumineuse (quelques ppm). Ces progrès sont étroitement liés aux techniques de polissage, qui permettent d'obtenir, sur des substrats amorphes, des rugosités inférieures à une fraction de nanomètre dans la fenêtre fréquentielle optique. Il est important ici de signaler qu'avec les technologies modernes de fabrication des filtres, la rugosité du substrat est reproduite quasiment à l'identique par chacune des couches minces constituant l'empilement ; il n'y a donc pas d'amplification de la rugosité, de sorte que la valeur seuil (minimale) de la diffusion est imposée par la rugosité du substrat (aux coefficients d'exaltation/inhibition près). Toutefois, à ce niveau de qualification, de nouvelles problématiques apparaissent et concernent en particulier la présence de défauts localisés dans le composant. Ces défauts sont de taille submicronique et naissent au cours de la fabrication des filtres. Leur densité est faible (moins de 1 défaut pour un diamètre de 100 µm) pour les composants classiques, de sorte que dans la majorité des cas, leur contribution peut être négligée. Cependant, dans le cas des filtres complexes (une centaine de couches minces) utilisés pour le spatial, l'impact de ces défauts isolés devient dominant dans le processus de diffusion lumineuse, et c'est ce à quoi on assiste pour un nombre croissant d'applications. Il devient donc majeur de pouvoir séparer, dans la valeur affichée pour la rugosité, la contribution de la topographie classique (intrinsèque, continue et dérivable), de celle des défauts localisés (nodules, piqures, rayures, poussières). Le montage (SPARSE, SPAtially Resolved Scatterometry Equipement) que nous avons récemment développé a vocation à répondre à cette question.
Activités
L'instrument SPARSE est conçu pour mesurer, non pas une indicatrice de diffusion pour un échantillon, mais 10^6 indicatrices correspondant à chaque pixel d'une matrice CCD en bijection avec un élément de surface grâce à un système télé-centrique adapté. Il faut noter que la qualité de cette bijection interdit toute rotation du détecteur autour de l'échantillon (cas précédent classique), de sorte qu'il faut remplacer cette rotation du détecteur par une rotation du faisceau d'éclairage, en appui sur le théorème de réciprocité. Dans ces conditions, on extrait le spectre de rugosité de chaque « pixel de surface » et on en analyse la forme spectrale. Une décroissance monotone est caractéristique d'une rugosité intrinsèque, tandis que la présence d'oscillations révèle l'existence d'un défaut isolé (diffraction par une particule) dont les dimensions imposent la forme des oscillations. Cette analyse pixel à pixel permet de trier les pixels « intrinsèques » et « extrinsèques », et en conséquence d'extraire 2 valeurs de rugosités indiquant respectivement le poids des défauts isolés et celui de la topographie. Chacune de ces valeurs est donnée avec une précision relative (valeur normée à la valeur de la rugosité) de l'ordre du %, pour des rugosités détectées jusqu'à un millième de nm. A noter que la détectivité optique du système SPARSE est de l'ordre de 10^-8 pour l'indicatrice de diffusion (limitation imposée par la diffraction Rayleigh des particules d'air) dans tout le domaine angulaire. Nous disposons ainsi au laboratoire d'une instrumentation de type SPARSE. Toutefois celle-ci fonctionne en lumière non polarisée et sur un mode monochromatique (une seule longueur d'onde : 840 nm), alors que la diffusion des filtres optiques est particulièrement chromatique et polarisante. L'objectif de ce contrat consiste ainsi à étendre l'instrumentation SPARSE à un régime continu polychromatique (laser à super continuum + filtre accordable).
Compétences
Instrumentation optique
pilotage d'instrument
diffusion lumineuse
pertes des composants optiques
électromagnétisme
Labview, Python et Matlab
Contexte de travail



Ce travail s'intègrera dans le cadre d'une collaboration du laboratoire avec différentes entreprises travaillant sur le développement de composants optiques hautes performances.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.
Contraintes et risques


travail en salle blanche