Topographie de surface reconstruite par mesure d’intensité diffuse en champ lointain – FIRST

Nous proposons de lever 2 verrous du domaine de la diffusion lumineuse, pour des applications liées à l’analyse en champ lointain des états de surface optique. Les solutions que nous apportons sont couvertes par un brevet déposé en France en 2016 et actuellement en cours d'extension aux Etats Unis.

Le premier verrou consiste à extraire de façon instantanée (sans mouvement) la rugosité de surface, à partir d’une unique mesure de diffusion réalisée en champ lointain dans une seule direction de l’espace ; ce résultat est obtenu en l’absence de mouvement mécanique ou de balayage en longueur d’onde, grâce à l’utilisation d’une lumière incidente large-bande façonnée de façon spécifique. Cette technique de « diffusion blanche » est ensuite étendue pour accéder au recouvrement du spectre de puissance de la rugosité, grâce à l’introduction de filtres reconfigurables élaborés avec des matrices de micro-miroirs. Cette innovation confère une richesse nouvelle aux techniques de diffusion lumineuse, notamment pour la caractérisation en ligne d’échantillons, et pour les échantillons non déplaçables/manipulables (grandes pièces, pièces solidaires d’un système). Des systèmes à bas coût peuvent être déclinés pour des applications spécifiques.

Le deuxième verrou consiste à recouvrer la topographie de la surface proprement dite, en lieu et place des moments statistiques (rugosité et spectre) utilisés jusqu’ici pour la caractérisation. La technique tire profit d’une exploitation originale des effets de mémoire et d’hermiticité spécifiques aux objets faiblement perturbés, appliquée à une interférence sur flux diffusé dans une direction donnée. On extrait ainsi la dispersion fréquentielle de la phase de la transformée de Fourier de la topographie de surface, cette dernière étant reconstruite directement par transformée de Fourier inverse. Ceci requiert de développer des algorithmes de reconstruction de phase indispensables à la levée des indéterminations. A noter que cette technique ne fait appel à aucun système imageur ou détecteur matriciel, de façon analogue à une imagerie à un pixel.

De façon plus générale et dans la continuité de ces 2 innovations, le projet FIRST tire également parti des propriétés des surfaces optiques (faiblement rugueuses) pour élaborer des méthodes de reconstruction sans phase de la topographie. Nous proposons de résoudre ce problème en répondant à 3 enjeux :

* Concevoir des a priori de faible complexité pour régulariser suffisamment le problème à partir d’un nombre limité de mesures, du moins en dessous de la dimension ambiante ;
* Concevoir des algorithmes efficaces, rapides et convergents pour résoudre le problème de reconstruction ainsi régularisé ;
* Conduire une analyse théorique des performances et des garanties de reconstruction.