Measurement of complex amplitudes by multi-lateral shearing interferometer
La mesure d'amplitudes complexes par interférométrie à décalage multi-latéral
Résumé
Numerous wave front sensors have been proposed. Among the most used for the measurement of classical aberrations, lateral shearing interferometers are well-known. The purpose of this study was to measure more complex wave fronts: the first stage of complexity was the addition of discontinuities (for example a phase step). The measurement of this kind of surfaces proved useful for coherently combining laser fibers during the CAN project (Coherent Amplification Network). It aims at demonstrating the combining of 64 passive fibers. Moreover, thanks to special features of the interferometer, we theoretically and experimentally showed a step-selective measurement method, which enables to analyze slowly-varying, continuous aberrations separately from steps. Finally, the complete information extraction makes it possible to measure both the phase and the amplitude of a luminous wave and thus to completely characterize the wave at a point. More than a wave front sensor, the interferometer is then a complex amplitude sensor, that is an electromagnetic field sensor. This measurement ability was demonstrated by the characterization of sub-wavelength gratings. Moreover, we showed that the analysis of scalar electric fields in the presence of phase dislocations (or vortex) was possible. This paves the way of new applications, such as non-intrusive measurement of surfaces or flows, which strongly modify the phase of the incident beam.
De nombreux analyseurs de surface d'onde ont été proposés. Parmi eux, l'interféromètre à décalage latéral est un outil à présent bien connu pour mesurer les aberrations classiques. L'objet de l'étude est de mesurer des surfaces d'ondes plus complexes : le premier degré de complexité a été d'ajouter des discontinuités (par exemple, un saut de phase) à la surface d'onde. Ce type de surface a été mis en oeuvre dans une application de recombinaison cohérente de fibres laser, dans le cadre du projet CAN (Coherent Amplification Network) visant à démontrer la mise en phase de 64 fibres passives. D'autre part, les propriétés particulières de l'interféromètre ont permis d'établir théoriquement et expérimentalement un mode de mesure soustractif séparant les discontinuités des aberrations lentement variables dans le cas d'une analyse d'une onde présentant ces deux défauts superposés. Enfin, en exploitant toute l'information fournie par l'interféromètre, il est possible de mesurer à la fois l'amplitude et la phase d'une onde, et par conséquent de la connaître de manière complète à un endroit de l'espace. L'interféromètre est donc, bien plus qu'un simple analyseur de surface d'onde, un analyseur d'amplitude complexe, c'est-à-dire de champ électromagnétique. Cette capacité de mesure a été illustrée par la caractérisation de structures sub-longueur d'onde. D'autre part, nous avons montré que la présence de dislocations de phase (ou vortex) dans le champ électromagnétique n'était pas problématique. Ceci laisse donc envisager de nouvelles applications, comme le contrôle non-intrusif de surfaces ou d'écoulements conduisant à des modifications violentes de la phase d'un faisceau incident.
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