Brevet FR2623918A1 — publié le 19890602

La présente invention se rapporte aux réseaux de diffraction et, tout particulièrement, elle concerne les réseaux holographiques de diffraction. La présente invention peut être utilisée en tant qu'élément de mesure dans l'industrie optico-mécanique et les constructions mécaniques et en tant que calibre (étalon) en métrologie. On connait un réseau de diffraction qui représente une copie composée des réseaux diffractants de mesure (voir la revue "Industrie opticomécanique", N 9, 1975, (Moscou), F.A. Mitina, A.M. Nizhin, G.N. Rassudova "Copies composées des réseaux diffractants de mesure", pages 47-50). Le réseau de diffraction du type connu comporte un substrat recouvert d'une couche de résine sur laquelle sont disposées des zones phasées des copies de réseaux de diffraction provenent des originaux. Ce réseau est fabriqué de la façon suivante par un procédé de contact. On met, sur un substrat, des originaux qui sont phases deux par deux à l'aide d'un troisième original en se servant de l'image de moirage. Par suite de la mise en phase, les traits des réseaux de diffraction deviennent parallèles tandis que la distance entre les traits des deux zones phasées limitrophes est égale à un nombre entier de pas du réseau (constante du réseau). Ceci étant, on dépose les originaux pour mettre de la résine sur le substrat, on remet les originaux en place, on les serre avec des ressorts de butée, on procède à la vérification de la disposition en utilisant l'image de moirage et, si nécessaire, on réalise un ajustage complé- mentaire. Deux heures après, on supprime le surplus de résine, au bout de 18-20 heures, on sépare les copies des origi- naux pour les laver à l'eau distillée en vue d'éliminer les produits chimiques résiduels utilisés pendant la fabri- cation des copies. En utilisant le procédé indiqué ci-dessus, il est possible d'obtenir des copies composées des réseaux de diffraction comportant tout nombre de zones. Le réseau de diffraction, indiqué précédemment et obtenu en tant que copies composées des réseaux diffrac- tants de mesure, comporte des zones sans trait, c'est-à- dire des zones qui n'ont pas de trait, et des "paliers" qui sont restés sur la résine aux endroits de jonction des originaux. Les zones sans trait et les "paliers"constituent les éléments qui limitent la précision des réseaux de diffrac- tion. On connaît un réseau holographique de diffraction, comportant un substrat recouvert d'une couche sensible à la lumière avec un système de traits périodiques, groupés en zones, disposées en série l'une après l'autre suivant une direction perpendiculaire aux traits et mises en phase les unes par rapport aux autres (GB, B, 8624014). Dans ce réseau holographique de diffraction, deux zones voisines sont enregistrées par un procédé sans con- tact de façon successive, l'une après l'autre, dans un champ d'interférence, grâce au décalagedu substrat dans ledit champ d'interférence à une distance égale à l'ouver- ture du champ. Il en résulte que ledit réseau holographi- que de diffraction comporte des endroits de jonction des zones voisines o les traits sont répartis de manière irrégulière et discontinue, ce qui diminue la précision du réseau en question. Afin d'enregistrer un réseau continu, régulier et très précis, il est indispensable de faire bouger le.subs- trat avec une précision dépassant un dixième du pas réticu- laire, et lorsque le pas s'élève è quelques fractions de micron, l'opération devient pratiquement irréalisable. La présente invention a pour but de créer un réseau holographique de diffraction dans lequel l'interface des deux zones frontalières serait disposée de façon à amélio- rer la précision du réseau. Le problème posé est atteint du fait que, dans le réseau holographique de diffraction, comportant un subs- trat avec une couche sensible à la lumière dans laquelle est formé un système de traits périodiques, groupés par zones qui sont disposées en série l'une après l'autre sui- vant une direction perpendiculaire aux traits et qui sont en phase les unes par rapport aux autres, selon l'inven- tion, les limites de deux zones voisines sont disposées de manière qu'elles se superposent, en formant des domaines de recouvrement, alors que les phases des traits, se trou- vant dans ces domaines de recouvrement, sont en coinci- dence. Ce mode de réalisation du réseau holographique de diffraction, objet de la présente invention, assure une disposition continue des traits répartis périodiquement le long du substrat, quelles que soient les longueurs et les fréquences dudit substrat, ainsi qu'une répartition régu- lière des traits, ce qui permet d'améliorer la précision du réseau holographique. Dans l'exposé qui suit,l'invention est expliquée par la description d'un exemple non limitatif de sa réalisation avec références aux dessins non limitatifs annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente un réseau holographique de dif- fraction en coupe longitudinale, conforme à la présente invention; - la figure 2 représente une vue en plan de l'ensem- ble de la figure 1; - la figure 3 représente la répartition sinusoidale de l'intensité de noircissement des traits dans l'un des domaines de recouvrement du réseau holographique de dif- fraction de l'ensemble des figures 1 et 2; et - la figure 4 représente la variation de la profondeur de la modulation de l'image d'interférence dans un domaine de recouvrement et dans les domaines contigus, apparais- sant à la figure 3. le réseau holographique de diffraction, objet de la présente invention, comporte un substrat 1 (figure 1) avec une couche 2 sensible à la lumière dans laquelle est formé un système de traits périodiques 3 (figure 2), groupés par zones 4, 5 et 6,qui sont disposées en série l'une après l'autre, suivant la direction A, perpendiculaire aux traits 3, et qui sont en phase les unes par rapport aux autres. Les limites de deux zones voisines respectives 4 et 5, et 6, sont disposées de manière qu'elles se superposent en formant des domaines 7 et 8 de recouvrement. Les phases des traits 3, se trouvant dans lesdits domaines 7 et 8, coïncident. Les domaines de recouvrement 7 et 8, apparais- sant sur la figure, sont traçés de façon conditionnelle par des lignes renforcées en vue de les mettre à jour d'une manière symbolique. La figure 3 fait ressortir que les phases des traits 3 dans les domaines 7 (8) coincident. Les lignes en tirets font état du fait que le nombre de traits 3, se rapportant aux domaines 7 (8), dépend de la largeur de ces domaines de recouvrement 7 (8). La fabrication d'un réseau holographique de diffrac- tion, conforme à la présente invention, s'effectue de la manière suivante. Le réseau holographique de diffraction, objet de la présente invention, est obtenu, zone par zone, en faisant des copies d'interférence successives sur une zone isolée d'un champ d'interférence suivant toute la longueur du réseau. La mise en phase des zones 4 (figure 2), 5 et 6 est réalisable à l'aide d'un réseau auxiliaire de diffrac- tion, ayant la même fréquence, en utilisant notamment l'image de moirage du champ d'interférence, et à l'aide d'un réseau complémentaire. Le copiage se fait de manière que deux zones voisines 4 et 5 ou 5 et 6 soient superposées Z623918 par leurs limites, en formant les domaines 7 et 8 de recou- vrement. La fréquence du réseau ainsi obtenu est égale à la fréquence du champ d'interférence copié et peut atteindre, dans la gamme optique, plusieurs milliers de traits par millimètre. Le réseau selon l'invention a une répartition régu- lière des traits 3 sur l'étendue de toutes les zones 4, 5 et 6, y compris dans les domaines 7 et 8 de recouvrement o l'on arrive à maintenir une répartition régulière de l'efficacité de diffraction. La régularité de la réparti- tion des traits 3 en tout endroit du réseau est due à la régularité des franges réparties dans la zone que l'on copie sur le champ d'interférence. Par ailleurs, on peut obtenir une régularité de répartition de l'ordre de /100 et plus, sur une longueur du réseau d'au moins 70 mm, o est la longueur d'onde de la source de rayonnement cohérent et pour cet exemple concret, X = 0,6328. La régularité dans la répartition des traits 3 dans les domaines 7 et 8 de recouvrement est assurée, en plus, par une mise en phase très précise des traits 3 dans les- dits domaines 7 et 8 de recouvrement. La figure 4 fait ressortir un graphique de la varia- tion de la profondeur Q de modulation de l'image interfé- rentielle (axe des ordonnées en %) dans une des zones con- tiguës 4, 5 (ou 5, 6) du réseau holographique en fonction de sa longueur L (axe des abscisses en mm) dont fait par- tie l'un des domaines 7 (ou 8) de recouvrement de 3 mm de largeur. Par rapport à la valeur maximale, l'écart de la profondeur Q de modulation se chiffre à 3,6 % dans le do- maine 7 ou 8 de recouvrement et à 2,6 % en dehors de ce domaine. La diminution de la largeur du domaine 7 (ou 8) de recouvrement jusqu'à une valeur minimale admissible permet de réduire encore davantage les écarts concernant les gran- deurs Q. Les faibles écarts de Q permettent, lors de la vérifi- cation des échelles à traits, de viser le trait du réseau selon l'invention, utilisé-en tant qu'étalon, avec la même précision, tant à l'intérieur du domaine 7 (ou 8) de recou- vrement qu'en dehors de ce domaine de recouvrement. Actuellement, les étalons qui existent pour la.vérifi- cation des échelles à traits, se distinguent par une fai- ble fréquence (qui ne dépasse pas 100 traits/mm). La néces- sité d'avoir des réseaux conformes à la présente invention, est due au fait que le recours aux réseaux holographiques de haute précision et de fréquence élevée en tant qu'élé- ments de mesure implique le développement desétalons res- pectifs indispensables pour réaliser leur vérification. Ces étalons doivent avoir une précision élevée et faire preuve d'une répartition régulière et continue des traits; ils doivent aussi avoir une haute fréquence de traits, de l'ordre de la fréquence du réseau qui se présente pour la vérification. Selon l'invention, on a obtenu un réseau holographi- que de diffraction, ayant une longueur de 1 mètre et une fréquence de 1000 traits/mm, la répartition des traits 3 étant régulière sur sa longueur par suite du recouvrement des traits 3 aux frontières des zones accolées. Le réseau était enregistré sur un substrat en verre recouvert d'une couche sensible à la lumière de haute résolution. Le ré- seau se distingue par une régularité élevée dans la répar- tition des traits 3 suivant toute sa longueur, y compris les domaines 7 et 8 de recouvrement. L'erreur du réseau ne dépasse pas 1 m/m, ce qui correspond à la catégorie zéro des étalons à traits. Le réseau, objet de la présente invention, a une pré- cision plus élevée en raison de la répartition régulière et continue des traits 3 sur toute sa longueur. La réparti- tion continue des traits 3 est assurée par la présence des domaines 7 et 8 entre les zones 4, 5 et 5, 6, alors que dans les domaines 7 et 8 de recouvrement, aussi bien qu'en dehors de ces domaines, on voit se maintenir la précision et la régularité de répartition des traits et l'efficacité de diffraction. Ces réseaux peuvent servir de base pour la confection d'étalons continus de haute précision. Le réseau holographique de diffraction, conforme à la présente invention, obtenu par copiage sur un champ d'interférence, peut avoir une fréquence de l'ordre de 5000 traits/mm et une précision égale à 0,2 1m/m. Dans ce cas, le pas des traits est égal à 0,2 micron ce qui, d'après cette grandeur, correspond à la précision du ré- seau même. Si l'on utilise ce réseau en tant qu'élément de mesure dans des détecteurs de mouvements linéaires, par simple comptage des franges interférentielles, on peut obtenir une distinction de 0,2 Pm sans faire appel à l'in- terpolation électronique. C'est le cas optimal o la dis- tinction correspond à la précision. ú623918 R E V E N D I CA T I 0 N S 1. Réseau holographique de diffraction, du type comportant un substrat avec une couche sensible à la lumière dans laquelle est formé un système de traits périodiques, groupés par zones qui sont disposées en série l'une après l'autre suivant une direction perpendiculaire aux traits et qui sont en phase les unes par rapport aux autres, caractérisé en ce que les limites de deux zones voisines (4, 5; 5, 6) sont disposées de manière telle qu'elles se superposent, en formant des domaines (7, 8) de recouvrement, alors que les phases des traits (3), se trouvant dans ces domaines (7, 8) de recouvrement, sont en coincidence. 2. Procédé pour la fabrication d'un réseau holographique de diffraction selon la revendication 1, selon lequel on fait des copies d'interférence successives, zone par zone d'une zone singulière d'un champ d'interférence sur une couche photosensible prévue sur un support, sur toute sa longueur, avec un accord des phases des zones, caractérisé en ce que, lors du copiage, deux zones voisines (4, 5; 5, 6) sont disposées de façon à se recouvrir mutuellement par leurs parties externes et de telle manière que les phases des traits se trouvant dans les domaines de recouvrement (7, 8) soient en coincidence. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'accord des phases ou la mise en phase des traits le long des domaines de recouvrement (7, 8) des zones est effectuée à l'aide d'un réseau auxiliaire de diffraction ayant la m8me fréquence de' traits ou la même période, en utilisant l'image de moirage du champ d'interférence et du réseau auxiliaire de diffraction.