FLEX : Métrologie X

Offrir à des utilisateurs l'accès à des sources exceptionnelles (courte durée d'impulsion, très forte cohérence spatiale et temporelle, excellent front d'onde) impose l'utilisation d'optiques adaptées et de moyens de métrologie exceptionnels. Depuis de nombreuses années, le LOA, en collaboration avec SOLEIL, le LCFIO, et l'entreprise Imagine Optics, a développé de nombreux systèmes optiques originaux dans la gamme des rayons X et XUV.

 

 

Senseur de front d'onde X-EUV


La mesure et le contrôle du front d'onde sont très importants, car la qualité de ce paramètre détermine la capacité d'un faisceau à être focalisé. Selon le critère de Maréchal, la surface d'onde d'un faisceau doit être au plus de lambda/14 rms pour pouvoir espérer le focaliser à sa limite de diffraction. Avec une optique de qualité, on peut ainsi réaliser des taches focales de l'ordre de 100 nm de diamètre. Associé à un faisceau de typiquement 1 µJ par impulsion et de durée 10 fs, l'éclairement au foyer peut atteindre 1018 W/cm2. La qualité du front d'onde est aussi un paramètre crucial dans les applications d'imagerie d'amplitude ou de phase (interférométrie, holographie etc). En effet, l'image enregistrée par le détecteur peut aisément être déformée par les défauts de front d'onde du faisceau transportant l'information.
Le LOA a développé, en collaboration avec SOLEIL et Imagine Optics, le premier senseur de front d'onde X. Il est basé sur la technique dite de Hartmann qui consiste à échantillonner le faisceau incident en sous faisceaux, par l'intermédiaire d'une matrice de trous.

 

Chaque sous-faisceau, résultant de cet échantillonnage spatial, se propage alors librement suivant une direction qui dépend de la courbure locale du front d'onde au niveau du trou. Ces sous-faisceaux sont ensuite interceptés par un détecteur pour former dans ce plan de détection un réseau de taches communément appelé « Hartmann pattern ». Connaissant la distance entre les plans d'échantillonnage et de détection, une mesure du déplacement de ces taches dans le plan de détection par rapport à des positions dites de référence permet alors d'obtenir une cartographie bidimensionnelle des pentes locales du front d'onde, et donc par intégration on peut remonter à la surface d'onde.

Le senseur a été d'abord testé aux Etats-Unis sur le synchrotron, ALS, le plus performant de l'époque. Depuis grâce à un financement de la région Ile-de-France (SESAME), nous avons réalisé au LOA une salle dédiée à l'optique X femtoseconde. Des senseurs ont été calibrés et testés au LOA avec des résultats excellents. La répétabilité de la mesure est de lambda/80 rms à 30 nm, tandis que la sensibilité a été mesuré à lambda /25 rms.(EPJD 2008). La précision de la calibration sera encore améliorée prochainement.

 

Miroirs chirpés EUV


Le LOA travaille aussi sur la mise en forme temporelle des sources XUV. En particulier, nous avons développé, avec le LCFIO,le LIXAM et l'Université de Lund, des miroirs dits « chirpés » qui permettent de compenser le décalage de phase temporelle existant naturellement entre une succession d'harmoniques d'ordre élevé. On a ainsi démontré qu'il est possible de comprimer une impulsion de 500 as à 100 as.

(Opt lett 06 , Opt. lett. 06)

 

 

ENSTA CNRS Ecole Polytechnique