Principes optiques
C’est en 1973 que Karl Ludwig BATH...
Comment a-t-on fait ?
Une table X-Y-Z-T-R
Une table de déplacement :
- en X (axe optique) 0,25 mm par tour de vis
- en Y 0,25 mm par tour de vis
- en Z (verticalement) 0,25 mm par tour sur trois vis
- en tangage et roulis avec les vis de réglage en Z.
Tous ces mouvements se sont révélés nécessaires. Le moindre étant le roulis. Voir le mode opératoire de réglage.
Table de déplacement :
En rouge pour Z et Roulis et Tangage. En vert en Y. En bleu en X.
Les déplacements en X et Y sont guidés par deux paires de billes frottant sur un tube acier et un patin frottant aussi sur un tube d’acier.
Les vis tirent et deux ressorts de rappel assurent le retour.
Il est apparut que le plus simple était de poser l’interféromètre sur la table. Aucun dispositif d’accrochage n’est nécessaire.
Un bout de planche de 200 par 200
Vues en plan et en élévation :
En haut à gauche le boîtier des piles du laser. En bas à droite : le laser, le filtre et le trou, le miroir à 45°, le cube séparateur et tout à droite le support de la lentille.
Les divers supports sont montés avec des trous oblongs pour permettre des ajustements de positions. Très important : le fil rouge sur le fil rouge !
De gauche à droite : le laser, le support de filtre avec le trou, le miroir à 45°, le cube séparateur et la lentille sur son support de réglage.
Et un tas de cornières alu de 15 par 15
Détail du bloc pile :
Il peut être intéressant de réduire la tension du laser.
Cela coupe l’effet laser. La lumière produite est toujours en forme de faisceau de faible divergence, mais il n’est plus de section ovale.
On gagne en diamètre de faisceau. Ce qui peut être intéressant pour des miroirs de grande ouverture.
L’intensité étant plus faible, on réduit les risques sur la rétine et on peut adapter la luminosité en cas de photographie dans le faisceau (sans projection sur écran).
Détails de la partie laser :
Les deux vis noires sur la face latérale du laser permettent de le serrer dans son support au montage. Au besoin elles permettent de choisir son orientation (en roulis) au cas où la polarisation du laser induise une séparation déséquilibrée dans le cube. Après essais, le laser est bien polarisé, mais la polarisation n’influence pas l’équilibre de la séparation.
La vis noire sur la face arrière du laser permet de régler l’orientation (en lacet). Ce qui permet de régler la divergence des faisceaux sortant du cube.
Les trous oblongs permettent de fixer au montage l’alignement du laser sur le cube et le point d’entrée du faisceau sur le cube.
La vis noires en dessous du laser à l’arrière permet de régler l’inclinaison sur l’horizontale. Ce qui n’est pas nécessaire si on a un réglage en Z sur la lentille et des cales de réglages grossiers sur le laser (car le faisceau n’est pas toujours coaxial sur ces petits lasers). On peut refaire ce support sans ce réglage et se contenter des défauts d’horizontalité de la construction. Une fois le laser calé, on n’y touche plus que pour le lacet.
Détail de la partie filtre trou :
Attention : L’utilité de cette partie est discutable.
Le filtre n’est utile que si on reste en laser avec photographie dans l’axe. On réduit les risques sur la rétine et on peut adapter la luminosité en cas de photographie dans le faisceau (sans projection sur écran).
Le trou sélectionne une surface de faisceau ronde dans l’ovale du laser. C’est intéressant pour centrer l’interféromètre lors de la mise en place du montage. Voir le mode opératoire.
Le trou permet de disposer d’un écran de la figure d’interférence qui sort par l’autre face du cube. La très forte luminosité de cette image, du fait faible éloignement de l’écran facilite l’alignement des deux faisceaux. Voir le mode opératoire.
Lorsque l’on règle l’angle du laser (lacet) pour ajuster l’écartement des faisceaux, les déplacements sont assez faibles pour que le faisceau passe toujours dans le trou.
On peut imaginer un montage avec un trou fixe réglé à la construction.
Mais surtout, le trou dégrade l’uniformité de l’éclairage du laser sur le miroir. Il ajoute des zones sombres sur l’interférogramme qui ajoute du bruit. Il est préférable de ne pas diaphragmer le faisceau de la sorte. Si l’on souhaite garder la fonction d’écran pour les réglages, il faut un trou assez gros pour ne pas gêner le faisceau laser.
Détails de la partie miroir à 45°
Le miroir doit être approché au contact du cube. Il doit être très mince sur cette arrête de contact. Il faut aussi régler son orientation pour que la figure sorte orthogonale afin de ne pas mettre l’image en ellipse.
On peut imaginer un miroir régler à la fabrication une fois pour toute. Et on peut avoir un miroir plus petit.
Les défauts de planéité du miroir n’ont pas d’influence sur l’image de diffraction puisque celle-ci est déjà formée, mais ils peuvent distordre l’image et conduire à une mauvaise interprétation du l’interférogramme.
Détails de la partie cube séparateur
Le cube était initialement réglable en hauteur, lacet, roulis et tangage. Son support est maintenant fixe. Soit les éléments autour se règlent sur le cube, soit il faut régler la position du cube. Ici, se sont les autres qui se règlent par rapport au cube.
Le support du cube comporte une encoche carrée pour éviter le glissement en X ou Y en cas de transport. La fixation par le dessus presse le cube sur son support avec une répartition des efforts pour limiter les contraintes dans le verre. Un élastique verrouille le ressort de pression pour éviter qu’il ne saute lors d’un transport. Ce montage élastique a été amélioré ensuite.
La seule difficulté de conception du support du cube est de pouvoir approcher le miroir et la lentille. Un support sans réglage est plus simple.
Il faut pouvoir mettre un petit écran le long de la face de sortie du cube pour couper le reflet parasite dans le cube. Voir l’article original de Bath. Ici on pose un morceau de carte entre le cube et l’élastique de sécurité.
Il faut pouvoir se servir de la base du cube comme écran pour le retour des faisceau lors du réglage l’interféromètre : phase de recherche du centre de courbure. Voir le mode opératoire de réglage.
Divers faisceaux secondaires sortent des faces du cube. Les reflets sur les supports du cube réduisent le contraste des images. Il faut se protéger par des écrans noirs.
Détail de la partie lentille
Le support de lentille permettait initialement de régler la lentille en Y, en Z, en lacet et en tangage. À l’usage, les réglages en lacet et en tangage sont inutiles. Peut-être qu’une analyse fine des défauts de coma de troisième ordre en dessous de lambda sur 10 montrerait des effets de ces réglages sur les résultats…
Le réglage de la position de la lentille par rapport au cube (en X et Y) est fait à la construction par les trous oblongs du support.
Le centrage de la lentille sur le faisceau est fait par la vis de réglage en Y et en Z par le serrage de la plaquette support de lentille. Ces réglages se font en uniformisant l’éclairement du miroir en test. Pour cela, un faisceau bien rond, aux bords bien contrastés, comme ceux produits par le trou, est un avantage.
Pour vérifier le parallélisme des faisceaux, il faut pouvoir escamoter la lentille et la remettre en position proprement. Pour cela une cale de 10mm est interposée entre la vis de réglage en Y et le chariot porte lentille. On place et enlève la cale sans toucher au réglage en Y. Très pratique. Mais comme on ne vérifié ou modifie pas souvent le réglage de parallélisme, et comme après avoir régler le parallélisme il faut vérifier le centrage de la lentille, on peut imaginer d’escamoter la lentille par le réglage en Y.
Et des heures de travaux pratiques
Vue de l’alignement des faisceaux :
Le faisceau de référence forme un point sur l’écran. Le faisceau de mesure éclaire un disque. Au niveau de l’optique en test, ces deux taches sont centrées.
Le faisceau passe par le trou et passe derrière le miroir à 45° pour entrer dans le cube.
Le faisceau de droite passe à droite de la lentille tandis que celui de gauche passe au centre de la lentille. L’inclinaison du laser permet de régler finement l’angle entre les deux faisceaux
Ambiance labo : On doit travailler dans la pénombre lorsque la figure d’interférence est projetée sur un écran.
Morceaux choisis (de verre)
Et un miroir jaune de télescope jaune! Un! ...
Pierre STROCK
28 février 2008
Montigny-le-Bretonneux Yvelines France