Brevet FR2699269A1 — publié le 19940617

DISPOSITIF DE MESURE INTERFEROMETRIQUE La présente invention concerne un dispositif de mesure interférométrique comportant au moins deux guides d'ondes ménagés dans un bloc rigide et réalisés selon une technologie d'optique intégrée pour constituer au moins deux voies optiques d'amenée distinctes pour des signaux d'entrée mutuellement cohérents, des moyens pour faire interférer ces signaux et des moyens pour analyser les franges d'interférence obtenues. Pour effectuer des mesures interférométriques des variations de chemin optique dues aux variations d'un paramètre physique variable, et pour déterminer le sens dans lequel s'effectuent ces variations, il est nécessaire, avec les appareils connus de disposer de deux équipements identiques permettant chacun d'obtenir des franges d'interférence de signaux issus de deux voies optiques distinctes, mais dont l'une est en outre équipée d'un déphaseur, tel que par exemple une lame quart d'onde. Le fait de devoir utiliser deux équipements peut induire des erreurs dans les mesures et complique bien entendu les manipulations. En particulier lorsque le montage expérimental est fait avec des composants discrets en optique classique, une procédure d'alignement et de réglage complexe doit être mise en oeuvre. La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en réalisant un dispositif de mesure interférométrique précis, fiable, de construction simple et économique et dont l'utilisation est considérablement plus facile que celle des dispositifs connus. Dans ce but, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un organe élargisseur de faisceau interposé sur chaque voie optique pour générer des faisceaux plats étalés dont les fronts d'onde sensiblement plans créent une figure d'interférence dans une zone d'interférence. Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse, les organes élargisseurs de faisceaux comportent au moins une lentille planaire réalisée selon une technologie d'optique intégrée dans ledit bloc rigide. Selon une variante les organes élargisseurs de faisceaux peuvent comporter des élargisseurs adiabatiques. Selon un mode de réalisation préférentiel, les moyens d'analyse des franges peuvent comporter un dispositif de détection comportant au moins un détecteur étendu dont la longueur correspond sensiblement à une demi-frange de la figure d'interférence. D'autres caractéristiques et les avantages qui en découlent ressortiront plus clairement de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et représenté par les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente une vue schématique illustrant le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention, et la figure 2 représente une forme de réalisation avantageuse du dispositif de l'invention. La figure 1 est une vue schématique qui illustre le principe du dispositif de mesure interférométrique tel que défini ci- dessus Deux guides optiques 10 et 20 véhiculent des signaux d'entrée mutuellement cohérents Sur chacun de ces guides qui déterminent deux voies optiques, est placé un organe élargisseur de faisceau 11, respectivement 21 qui a pour fonction d'étendre le profil spatial de chaque voie optique En amont des organes élargisseurs, les fronts d'onde 10 ', 20 ' sont dits "confinés", et en aval les fronts d'onde 10 ", 20 " sont dits "larges" Les faisceaux d'onde obtenus en sortie des élargisseurs présentent un front d'onde sensiblement plan. Un dispositif de déphasage variable 12 peut être placé sur au moins une des voies optiques, soit dans la partie confinée soit dans la partie large Le déphasage induit par ce dispositif peut être dû à une variation d'indice par effet thermique, ou par effet électro-optique ou par tout autre paramètre physique variable. En orientant les guides de manière appropriée, notamment en introduisant un angle calibré entre les guides optiques, on crée une zone d'interférence 30 due à la superposition des ondes en aval des organes élargisseurs de faisceaux C'est dans cette zone que l'on peut effectuer des mesures interférométriques au moyen d'équipements de mesure 40 appropriés Les résultats de ces mesures peuvent ensuite être transmis à une unité 50 de traitement, de calcul, éventuellement d'affichage, en vue de leur interprétation qui consiste à déduire des informations sur le paramètre physique influençant le cheminement des signaux sur au moins une desdites voies optiques Le cas échéant, cette unité 50 peut être couplée à la source de déphasage 12 en vue d'un contrôle de cette dernière. La figure 2 illustre un dispositif de mesure interférométrique basé sur le principe décrit ci-dessus et réalisé selon une technique d'optique intégrée Le dispositif est principalement constitué d'un bloc 13 qui peut être constitué par un substrat en verre dopé, par exemple, par traitement sélectif au moyen de bains de nitrate de potassium ou d'argent ou de sulfate de thallium ou par un substrat en silice dopée déposée sur un support en silicium. Sur ce bloc 13 sont préparés, au moyen de masques appropriés et par des techniques de gravure bien maîtrisées dans le domaine de la photolithographie, les deux guides d'ondes 10 et 20, ainsi que les organes élargisseurs de faisceaux 11 et 21 Ces organes sont de préférence des lentilles planaires, ou tout autre dispositif permettant d'obtenir des fronts d'ondes sensiblement plans, tels que par exemple des élargisseurs progressifs ou adiabatiques (tapers) A titre indicatif, la largeur des voies optiques dans la partie confinée est de l'ordre de 6 à 8 grm et leur dimension transversale dans la partie large est sensiblement comprise entre 1/10 e mm et 1 mm. Les élargisseurs étendent les faisceaux ce qui permet de créer une figure d'interférence Grâce à l'étalement du faisceau, toute variation du déphasage provoque un décalage de toute la figure d'interférence. L'écartement spatial des franges est défini par la longueur d'onde des signaux d'entrée et par l'angle que font entre eux les fronts d'onde des faisceaux élargis. Contrairement à ce qui se produit avec des guides d'ondes constitués par des fibres optiques individuelles dont le positionnement est souvent peu précis, les guides réalisés selon une technologie d'optique intégrée sont parfaitement fixes et l'angle précité est extrêmement précis En effet, le positionnement des guides est défini par la géométrie du masque qui a servi à les réaliser Pour un angle très petit, les franges d'interférence sont très écartées et pour un angle plus grand, les franges sont plus serrées. Sur la face de sortie 14 du bloc, et dans la zone d'interférence 30, sont fixés un ou plusieurs détecteurs Sur la figure 2, on a représenté un mode de réalisation particulier avec deux détecteurs 15 et 25 qui sont par exemple constitués de deux photodiodes dont la longueur correspond à une demi-frange et espacées d'un quart de frange à un nombre entier de franges près pour obtenir deux signaux électroniques en quadrature de phase L'utilisation de détecteurs non ponctuels peut permettre d'augmenter l'amplitude des signaux détectés et, par conséquent, la précision de la mesure. A titre d'exemple non limitatif, l'angle entre les fronts d'onde peut être de l'ordre de 1 ou 1,50 Les détecteurs qui permettent d'observer différents points du plan d'interférence ou différents segments dans le cas de détecteurs étalés sont, de préférence, disposés perpendiculairement au plan de symétrie de cet angle, ce qui permet d'obtenir un meilleur contraste. Les détecteurs sont, par exemple, collés ou rapportés par tout moyen approprié sur la tranche 14 du bloc 13 Selon une variante de réalisation, il est possible de déporter la figure d'interférence et de disposer les détecteurs à distance. Le dispositif de détection peut également être constitué par un ensemble de détecteurs ponctuels constituant un dispositif multidétection, par exemple par une barrette CCD, de manière à saisir de manière détaillée l'ensemble de la figure d'interférence. La description ci-dessus se réfère à un dispositif de mesure interférométrique comportant deux voies d'amenée Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation particulier mais s'applique à tout dispositif comportant au moins deux voies. De même, le dispositif de détection peut, dans certains cas, comporter un seul élément détecteur Dans le cas o il comporte plusieurs éléments détecteurs, ceux-ci fournissent des signaux électroniques présentant un déphasage déterminé, qui est de préeférence égal à m 2. REVENDICATIONS 1 Dispositif de mesure interférométrique comportant au moins deux guides d'ondes ( 10, 20) ménagés dans un bloc rigide ( 13) et réalisés selon une technologie d'optique intégrée pour constituer au moins deux voies optiques d'amenée distinctes pour des signaux d'entrée mutuellement cohérents, des moyens pour faire interférer ces signaux et des moyens ( 40, 50) pour analyser les franges d'interférence obtenues, caractérisé en ce qu'il comporte un organe élargisseur de faisceau interposé sur chaque voie optique pour générer des faisceaux plats étalés ( 10 ", 20 ") dont les fronts d'onde sensiblement plans créent une figure d'interférence ( 30) dans une zone d'interférence. 2 Dispositif de mesure interférométrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes ( 11, 21) élargisseurs de faisceaux comportent au moins une lentille planaire réalisée selon une technologie d'optique intégrée dans ledit bloc rigide. 3 Dispositif de mesure interférométrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes ( 11, 21) élargisseurs de faisceaux comportent au moins un élargisseur adiabatique. 4 Dispositif de mesure interférométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sur l'un ( 10) au moins des guides d'ondes est interposé un dispositif de déphasage variable ( 12). 5 Dispositif de mesure interférométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'analyse des franges comportent au moins un dispositif de détection ( 40) comportant au moins un détecteur ( 15, 25) dont la longueur correspond sensiblement à une demi-frange de la figure d'interférence. 6 Dispositif de mesure interférométrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de détection ( 40) comporte au moins deux détecteurs ( 15, 25) étendus décalés d'un quart de frange, à un nombre entier de frange près. 7 Dispositif de mesure interférométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'analyse des franges comportent un dispositif de détection fournissant au moins deux signaux électroniques présentant un déphasage prédéterminé. 8 Dispositif de mesure interférométrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de détection fournit deux signaux électroniques en quadrature de phase. 9 Dispositif de mesure interférométrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'analyse comportent des détecteurs ( 15, 25) fixés le long d'une face de sortie ( 14) du bloc rigide ( 13) portant les guides d'ondes. Dispositif de mesure interférométrique selon la revendication 9, caractérisé en ce que les détecteurs sont constitués par une pluralité d'éléments détecteurs ponctuels de manière à saisir l'ensemble de la figure d'interférence.