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Réalisation de surfaces optiques de précision : procédés de fabrication

La fabrication optique couvre de grands domaines et permet d'obtenir une multitude de fonctions optiques :

• fonctions réflectives : la lumière se réfléchit sur une surface optique ;

• fonctions réfractives : la lumière traverse une surface optique ;

• fonctions diffractives : la lumière est diffractée par une surface optique.

Nous nous limiterons dans cet article à étudier principalement les nouvelles technologies de réalisation des composants optiques associés aux fonctions réflectives et réfractives.

Un composant optique simple comporte plusieurs aspects :

• une matière optique approvisionnée auprès des grands verriers du monde : Schott, Ohara, Hoya, Hikari, CDGM. La qualité de cette matière est un enjeu important pour les composants réfractifs et limite de plus en plus souvent ses performances. Pour les composants réflectifs, la matière sert de « support » à la fonction optique et assure une fonction mécanique importante ;

• des surfaces actives pour les composants réfractifs, une seule pour les composants réflectifs ;

• chacune des surfaces a une forme géométrique qui peut être plane, cylindrique, sphérique, asphérique ou de non-révolution (free form). Ces surfaces sont ébauchées puis polies et leurs formes finales garantissent la performance optique du composant. La forme extérieure est ensuite usinée ;

• pour améliorer les performances optiques ou spectrales du composant, un traitement couche mince est déposé sur les surfaces : antireflet, dichroïque, réfléchissant, polariseur, séparateur ;

• pour améliorer les performances de lumière parasite, il peut être nécessaire de déposer un vernis noir sur les tranches des composants ou sur une partie de la surface.

De nouvelles technologies ont vu le jour ces vingt dernières années pour réaliser l'ensemble du composant optique et nous étudierons dans cet article les procédés modernes de fabrication des surfaces optiques (hors aspect traitement, collage et vernis). Après une revue indispensable des « grands classiques » de la technologie optique, toujours opérationnels en industrie et obligatoires dans certains cas, nous passerons en revue les différentes techniques d'usinage et de polissage. L'utilisation de ces technologies est possible ou non, en fonction du matériau, de la fonction géométrique souhaitée et du besoin en termes de précision. Nous continuerons par une revue de la métrologie nécessaire pour mettre en œuvre ces nouvelles technologies et nous terminerons par leur application dans l'industrie, les limitations actuelles et les axes de développements en cours.