Brevet FR3161759A1 — publié le 20251031

Ce procédé de réalisation d’un élément optique diffractif à symétrie de révolution comprend les étapes suivantes : - Pose d’un dioptre (11) sur un plateau (9) dans un système (5) de dépôt physique en phase vapeur de couches minces ; - Positionnement d’un masque (3) en regard du dioptre (11), le masque (3) comprenant des ouvertures formant une zone de dépôt ; - Mise en rotation du masque (3) par rapport au dioptre (11) ; - Démarrage d’un dépôt sur le dioptre (11) d’une couche mince d’une épaisseur radiale prédéterminée par passage d’une vapeur (27) d’un matériau (13) au travers de la zone de dépôt du masque (3). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé de réalisation d’un élément optique diffractif à symétrie de révolution La présente invention concerne la réalisation d’un élément optique diffractif par l’utilisation d’une technique de dépôt de couche mince. En particulier, la présente invention concerne la réalisation d’un élément optique diffractif à symétrie de révolution. Techniques antérieures Parmi les composants optiques, les lames de phase et les éléments optiques diffractifs (« Diffractive Optical Elements » en termes anglo-saxons) peuvent être considérés comme semblables selon certains aspects. En effet, ces composants optiques permettent d’ajouter une phase à une onde électromagnétique les traversant, un déphasage pouvant créer des interférences et ainsi mettre en évidence un phénomène de diffraction. La réalisation de tels éléments optiques diffractifs est cependant complexe. Les éléments optiques diffractifs peuvent être conçus par usinage, par holographie, ou encore par structuration de leur surface sous forme de métasurface. Cependant, les dimensions des métasurfaces sont limitées et leur coût de fabrication est élevé. De plus, elles sont réalisées de manière à former un réseau, autrement dit une discontinuité, renforçant leur caractère diffractif complexe à maitriser avec précision. Concernant les hologrammes, ils ne sont pas réalisables dans les plages de longueur d’onde du milieu de l’infrarouge, et dans l’infrarouge lointain, autrement dit MWIR et LWIR. L’usinage reste possible, notamment sur un dioptre asphéro-diffractif, mais cette solution reste complexe et peu précise pour la réalisation de lame de phase ou d’élément optique diffractif sur un dioptre plan. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités et de fournir un procédé de fabrication d’un élément optique diffractif rapide et à moindre coût, notamment sur un échantillon de type dioptre plan. La présente invention a pour objet un procédé de réalisation d’un élément optique diffractif à symétrie de révolution, le procédé comprenant les étapes suivantes : - Pose d’un dioptre sur un plateau dans une enceinte d’un système de dépôt physique en phase vapeur de couches minces, le plateau étant configuré pour effectuer un mouvement épicycloïdal par rapport à l’enceinte durant le dépôt ; - Positionnement d’un masque centré en regard du dioptre, le masque comprenant des ouvertures formant une zone de dépôt ; - Mise en rotation du masque par rapport au dioptre selon un axe de rotation passant par le centre du masque et du dioptre ; - Démarrage d’un dépôt sur le dioptre d’une couche mince d’une épaisseur radiale prédéterminée par passage d’une vapeur d’un matériau au travers de la zone de dépôt du masque jusque sur le dioptre ; et - Arrêt de la rotation du masque par rapport au dioptre et arrêt du dépôt de la couche mince une fois que l’épaisseur radiale de ladite couche mince a atteint l’épaisseur radiale prédéterminée. Ainsi, le masque en rotation au moment du dépôt de la couche mince permet de gérer le temps d’exposition du dioptre à la vapeur de matériau qui va être déposée sur le dioptre en guise de couche mince. Par fabrication additive, une épaisseur variable de couche mince sur le dioptre peut donc être réalisée selon un rayon dudit dioptre partant de son centre, de manière à former un élément optique diffractif, constitué du dioptre et de la couche mince, à symétrie de révolution. Dans un mode particulier de mise en œuvre, le dioptre est une lentille asphérique ou une lame plane. Avantageusement, le masque reproduit la forme du dioptre en regard dudit dioptre. Avantageusement, le masque est positionné à une distance comprise entre 0,1 millimètres et 2 centimètres du dioptre et de préférence entre 1 millimètre et 2 centimètres du dioptre. Dans un mode de mise en œuvre, l’étape de mise en rotation du masque par rapport au dioptre est configurée de sorte qu’au moins cent rotations du masque par rapport au dioptre sont effectuées au cours du dépôt de la couche mince, la rotation étant effectuée à vitesse constante. Avantageusement, la zone de dépôt du masque a une forme configurée pour, une fois mise en rotation et une fois le dépôt de la couche mince démarré, simuler un temps d’exposition radial du dioptre à la vapeur du matériau de manière à déposer l’épaisseur radiale prédéterminée de couche mince sur ledit dioptre, l’épaisseur radiale prédéterminée étant calculée de manière à induire un déphasage modulo 2π entre le dioptre nu de la couche mince et une partie du dioptre recouverte de la couche mince. Avantageusement, l’indice optique du matériau de la couche mince est le même que l’indice optique du dioptre, de préférence le matériau de la couche mince étant identique au matériau du dioptre. Dans un mode de mise en œuvre particulier, le dépôt sur le dioptre de la couche mince est effectué sous incidence normale sur le dioptre. Dans un autre mode de mise en œuvre, le dépôt sur le dioptre de la couche mince est effectué sous incidence avec la technologie de dépôt angle oblique. La présente invention a également pour objet un ensemble de mise en œuvre du procédé tel que défini précédemment, comprenant un masque et un système de dépôt physique en phase vapeur de couches minces, ledit système comprenant une enceinte accueillant un plateau sur lequel poser le dioptre, le matériau configuré pour être vaporisé, un premier bras soutenant le plateau, un second bras configuré pour soutenir le masque, ledit second bras étant mobile en rotation autour de l’axe de rotation passant par le centre du masque, le premier bras étant soutenu par un troisième bras relié à l’enceinte, le premier bras et le troisième bras étant mobiles en rotation de sorte que le plateau est configuré pour effectuer un mouvement épicycloïdal par rapport à l’enceinte. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 est une vue schématique d’un ensemble permettant de mettre en œuvre un procédé de réalisation d’un élément optique diffractif à symétrie de révolution selon l’invention ; FIG. 2 est une représentation schématique d’un mouvement épicycloïdal ; FIG. 3 est une vue schématique des étapes du procédé de réalisation d’un élément optique diffractif à symétrie de révolution selon l’invention ; FIG. 4 est une représentation schématique d’un exemple de masque utilisé dans le procédé selon la FIG. 3 ; FIG. 5 est un graphique illustrant la fonction de phase correspondant au masque selon la FIG. 4 ; FIG. 6 est une représentation schématique d’un autre exemple de masque utilisé dans le procédé selon la FIG. 3 ; et FIG. 7 est un graphique illustrant la fonction de phase correspondant au masque selon la FIG. 6 . Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On a représenté schématiquement sur la FIG. 1 un ensemble 1 comprenant un masque 3, de préférence ayant une forme de disque, et un système 5 de dépôt physique en phase vapeur de couches minces permettant la réalisation d’un élément optique diffractif à symétrie de révolution. Le système 5 de dépôt physique en phase vapeur de couches minces comprend une enceinte 7 accueillant un plateau 9. Le plateau 9 permet d’accueillir un échantillon sur lequel déposer une couche mince. En particulier, le plateau 9 est configuré pour accueillir un échantillon tel qu’un dioptre 11 sur lequel une couche mince sera déposée afin de réaliser un élément optique diffractif. Le dioptre 11 est également de préférence sous forme de disque. Le dioptre 11 est fixé au plateau 9 par au moins un élément de fixation, par exemple un élément mécanique, ou adhésif, ou exerçant une dépression entre ledit dioptre 11 et le plateau 9. Le système 5 comprend en outre un matériau 13 configuré pour être vaporisé, par exemple par pulvérisation cathodique, ou par évaporation par faisceau d’électron, ou tout autre technologie. Avantageusement, l’indice optique du matériau 13 destiné à être vaporisé et à former la couche mince est le même que l’indice optique du dioptre 11, de manière à éviter des interférences entre le matériau 13 et le dioptre 11. De préférence, le matériau 13 de la couche mince est identique au matériau du dioptre 11. Il peut s’agir par exemple de germanium ou de sulfure de zinc. Le système 5 comprend un premier bras 15 soutenant le plateau 9, un second bras 17 configuré pour soutenir le masque 3 en regard du plateau 9, ledit second bras 17 étant mobile en rotation autour d’un axe de rotation 19 passant par le centre du masque 3. L’axe de rotation 19 passe de préférence par le centre du plateau 9, ledit centre du plateau 9 étant configuré pour accueillir le centre du dioptre 11. Le premier bras 15 est relié et soutenu par un troisième bras 21 relié à l’enceinte 7, le premier bras 15 et le troisième bras 21 étant mobiles en rotation de sorte que le plateau 9 est configuré pour pouvoir effectuer un mouvement épicycloïdal par rapport à l’enceinte 7. Par exemple, le premier bras 15 et le troisième bras 21 sont configurés pour chacun entrer en rotation selon un axe de rotation propre. On a représenté sur la FIG. 2 un exemple de mouvement épicycloïdal du plateau 9 par rapport à l’enceinte 7. Sur la FIG. 2 est illustré un premier mouvement de révolution 23, par exemple réalisé par le troisième bras 21 en rotation, et un second mouvement de rotation 25, par exemple réalisé par le premier bras 15. Le premier mouvement de révolution 23 et le second mouvement de rotation 23 forment ensemble le mouvement épicycloïdal. Le mouvement épicycloïdal permet un dépôt uniforme d’une couche mince sans défauts liés à l’environnement interne de l’enceinte 7. Au cours d’un dépôt de couche mince selon l’invention, le plateau 9 est ainsi en mouvement selon un mouvement épicycloïdal par rapport à l’enceinte 7, tandis que le masque 3 est en mouvement de rotation par rapport au plateau 9, et donc au dioptre 11. Tel qu’illustré, le dépôt de la couche mince sur le dioptre 11 est effectué sous incidence normale sur le dioptre 11, autrement dit la surface du dioptre 11 destinée à accueillir la couche mince est orthogonale à la direction moyenne de la vapeur 27 du matériau 13 lors du dépôt. Le cône de dépôt formé par la vapeur 27 du matériau 13 peut néanmoins avoir une ouverture jusqu’à 30°, de préférence uniquement jusqu’à 15°. Dans ce cas, la vitesse de dépôt de la vapeur 27 sur le dioptre 11, induite par la forme du masque 3, n’a pas de réelle incidence sur l’indice optique de la couche mince déposée. Dans un autre mode de mise en œuvre, le dépôt de la couche mince sur le dioptre 11 peut être effectué sous incidence, notamment avec la technologie de dépôt angle oblique (« Oblique Angle Deposition » en termes anglo-saxons). Dans ce mode de mise en œuvre, la surface du dioptre 11 destinée à accueillir la couche mince est orienté de 10° à la direction moyenne de la vapeur 27 du matériau 13 lors du dépôt. Dans ce cas, la vitesse de dépôt induite par la forme du masque 3 exerce une influence sur l’organisation atomique de la couche mince en formation, et influe ainsi sur l’indice optique de la couche mince finale, et une potentielle variation dudit indice optique au sein de ladite couche mince. On a représenté schématiquement sur la FIG. 3 les différentes étapes de mise en œuvre du procédé de réalisation d’un élément optique diffractif à symétrie de révolution selon l’invention, ledit procédé étant par exemple mis en œuvre à l’aide de l’ensemble 1 décrit précédemment et dont un mode de réalisation est illustré schématiquement sur la FIG. 1 . En premier lieu, on effectue une étape 29 de pose du dioptre 11 sur le plateau 9 dans l’enceinte 7 du système 5 de dépôt physique en phase vapeur de couches minces. Comme évoqué précédemment, le plateau 9 est configuré pour effectuer un mouvement épicycloïdal par rapport à l’enceinte 7. Puis, on effectue une étape 31 de positionnement du masque 3 centré en regard du dioptre 11. Le masque 3 et le dioptre 11 ont sensiblement une même forme et des dimensions similaires. De préférence, le masque 3 et le dioptre 11 ont une forme de disque, si bien que leurs centres respectifs sont alignés selon un même axe correspondant à l’axe de rotation 19 du masque 3. Tel qu’illustré sur la FIG. 4 , le masque 3 comprend des ouvertures 33 formant une zone de dépôt 33, le reste du masque 3 étant opaque. De la vapeur 27 du matériau 13 peut ainsi traverser la zone de dépôt 33 du masque 3 et rester bloquée par l’opacité du reste du masque 3. Le masque 3 est réalisé en métal. Le masque 3 peut aussi être appelé masque d’ombre ou pochoir. Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le dioptre 11 peut être une lentille sphérique, une lentille asphérique ou bien de préférence une lame plane. Avantageusement, le masque 3 reproduit la forme, en particulier la forme transversale, du dioptre 11. Par exemple, si le dioptre 11 est une lame plane, le masque est plan. A l’inverse, si le dioptre 11 est une lentille sphérique, le masque 3 est également partiellement sphérique selon le même rayon de courbure. Avantageusement, le masque 3 est positionné à une distance comprise entre 0,1 millimètre et 10 centimètres du dioptre 11, de préférence entre 0,1 millimètre et 2 centimètres, encore plus préférentiellement entre 1 millimètre et 2 centimètres, ainsi suffisamment proche pour que les motifs de la zone de dépôt 33 du masque se retrouve sur le dioptre 11 au moment du dépôt de vapeur 27. Ensuite, on effectue une étape 35 de mise en rotation du masque 3 par rapport au dioptre 11 selon son axe de rotation 19 passant par le centre du masque 3 et du dioptre 11. Cette étape 35 de mise en rotation du masque 3 par rapport au dioptre 11 est configurée de sorte qu’au moins cent rotations du masque 3 par rapport au dioptre 11 sont effectuées au cours du dépôt de la couche mince, la rotation étant effectuée à vitesse constante. Ainsi, on effectue un lissage temporel du dépôt, un nombre faible de rotation, tel qu’inférieur à cent rotations, ne permettant pas d’obtenir un dépôt dont les caractéristiques physiques sont fiables. On effectue ensuite l’étape 37 de démarrage du dépôt sur le dioptre 11 d’une couche mince d’une épaisseur radiale prédéterminée par passage de la vapeur 27 de matériau 13 au travers de la zone de dépôt 33 du masque 3 en rotation jusque sur le dioptre 11. Dans le même temps, le plateau 9 effectue un mouvement épicycloïdal par rapport à l’enceinte 7 tandis que le masque 3 reste positionné en regard du dioptre 11. Avec cette technologie, l’épaisseur de couche mince déposée sur le dioptre 11 est fixe à une distance fixée du centre du dioptre 11 mais peut varier selon la distance audit centre du dioptre 11 et selon le résultat final souhaité. Enfin, on effectue une étape 39 d’arrêt de la rotation du masque 3 par rapport au dioptre 11 ainsi que d’arrêt du dépôt de la couche mince une fois que l’épaisseur radiale de ladite couche mince a atteint l’épaisseur radiale prédéterminée. On entend par épaisseur radiale le profil d’épaisseur selon un rayon du dioptre 11. Par ailleurs, grâce à la zone de dépôt 33 du masque 3 dont la forme est spécifiquement dessinée pour réaliser un dépôt de couche mince d’épaisseur radiale particulière sur le dioptre 11, le masque 3 permet, durant le dépôt, de simuler un temps d’exposition radial du dioptre 11 à la vapeur 27 du matériau 13 de manière à déposer l’épaisseur radiale prédéterminée et voulue de couche mince sur ledit dioptre 11. On notera que l’épaisseur radiale prédéterminée est calculée de manière à induire un déphasage modulo 2π entre le dioptre 11 nu de la couche mince et une partie du dioptre 11 recouverte de la couche mince. Autrement dit, l’ajout par endroit de la couche mince sur le dioptre 11 permet de réaliser un déphasage compris entre 0 et 2π par rapport à une absence de couche mince. Soit f_rad(r) la fonction définissant radialement la phase que l’on souhaite ajouter ou soustraire à un rayonnement électromagnétique traversant le dioptre 11 à la distance r de l’axe de rotation 19. On note que f_rad(r) est comprise entre 0 et 2π. D’après la propagation des champs électro-magnétiques, on peut estimer que 2π =λref, avec λref la longueur d’onde de référence pour l’utilisation du dioptre 11. Ainsi, exprimée en longueur d’onde, la fonction de phase s’écrit : , dont la valeur est comprise entre 0 et 1. Si on souhaite traduire cette fonction de phase en épaisseur de matière d’indice n, on obtient en micromètres : , avec λref en µm. Ainsi, avec un masque 3 correctement formé, et pour un tour de rotation du masque 3, la matière 13 est déposée continument sous forme de couche mince sur le dioptre 11 à la distance r de l’axe de rotation 19. A l’inverse, pour et pour un tour de rotation du masque 3, la matière 13 n’est pas déposée sur le dioptre 11 à la distance r de l’axe de rotation 19. Enfin, pour et pour un tour de rotation du masque 3, la matière 13 est déposée sur le dioptre 11 à la distance r de l’axe de rotation 19 pendant uniquement la moitié du tour. On a représenté sur les figures 4 et 5 un exemple de masque 3 associé à son profil de fonction de phase . On notera que plusieurs masques 3 différents peuvent être réalisés pour une même fonction de phase. On a représenté sur les figures 6 et 7 un exemple de masque 3 associé à son profil de fonction de phase . Dans cette situation, la fonction de phase théorique dépasse 1 pour atteindre un maximum de 2. La fonction de phase f_m qui sert à former le masque 3 illustré sur la FIG. 6 est tracée modulo 1, autrement dit modulo 2π selon la fonction de phase f_rad exprimée en radians. Procédé de réalisation d’un élément optique diffractif à symétrie de révolution, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : Pose (étape 29) d’un dioptre (11) sur un plateau (9) dans une enceinte (7) d’un système (5) de dépôt physique en phase vapeur de couches minces, le plateau (9) étant configuré pour effectuer un mouvement épicycloïdal par rapport à l’enceinte (7) durant le dépôt ; Positionnement (étape 31) d’un masque (3) centré en regard du dioptre (11), le masque (3) comprenant des ouvertures formant une zone de dépôt (33) ; Mise en rotation (étape 35) du masque (3) par rapport au dioptre (11) selon un axe de rotation (19) passant par le centre du masque (3) et du dioptre (11) ; Démarrage (étape 37) d’un dépôt sur le dioptre (11) d’une couche mince d’une épaisseur radiale prédéterminée par passage d’une vapeur (27) d’un matériau (13) au travers de la zone de dépôt (33) du masque (3) jusque sur le dioptre (11) ; et Arrêt (étape 39) de la rotation du masque (3) par rapport au dioptre (11) et arrêt du dépôt de la couche mince une fois que l’épaisseur radiale de ladite couche mince a atteint l’épaisseur radiale prédéterminée. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le dioptre (11) est une lentille asphérique ou une lame plane. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel le masque (3) reproduit la forme du dioptre (11) en regard dudit dioptre (11). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le masque (3) est positionné à une distance comprise entre 0,1 millimètres et 2 centimètres du dioptre (11) et de préférence entre 1 millimètre et 2 centimètres du dioptre (11). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’étape (35) de mise en rotation du masque (3) par rapport au dioptre (11) est configurée de sorte qu’au moins cent rotations du masque (3) par rapport au dioptre (11) sont effectuées au cours du dépôt de la couche mince, la rotation étant effectuée à vitesse constante. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la zone de dépôt (33) du masque (3) a une forme configurée pour, une fois mise en rotation et une fois le dépôt de la couche mince démarré, simuler un temps d’exposition radial du dioptre (11) à la vapeur (27) du matériau (13) de manière à déposer l’épaisseur radiale prédéterminée de couche mince sur ledit dioptre (11), l’épaisseur radiale prédéterminée étant calculée de manière à induire un déphasage modulo 2π entre le dioptre (11) nu de la couche mince et une partie du dioptre (11) recouverte de la couche mince. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’indice optique du matériau (13) de la couche mince est le même que l’indice optique du dioptre (11), de préférence le matériau (13) de la couche mince étant identique au matériau du dioptre (11). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le dépôt sur le dioptre (11) de la couche mince est effectué sous incidence normale sur le dioptre (11). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le dépôt sur le dioptre (11) de la couche mince est effectué sous incidence avec la technologie de dépôt angle oblique. Ensemble (1) de mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant un masque (3) et un système (5) de dépôt physique en phase vapeur de couches minces, ledit système (5) comprenant une enceinte (7) accueillant un plateau (9) sur lequel poser le dioptre (11), le matériau (13) configuré pour être vaporisé, un premier bras (15) soutenant le plateau (9), un second bras (17) configuré pour soutenir le masque (3), ledit second bras (17) étant mobile en rotation autour de l’axe de rotation (19) passant par le centre du masque (3), le premier bras (15) étant soutenu par un troisième bras (21) relié à l’enceinte (7), le premier bras (15) et le troisième bras (21) étant mobile en rotation de sorte que le plateau (9) est configuré pour effectuer un mouvement épicycloïdal par rapport à l’enceinte (7).