Réalisation de composants optiques asphériques

Les études décrites dans le chapitre 3 nous ont permis d’optimiser les procédés d’élaboration des multicouches, afin de pouvoir les déposer sur des composants optiques asphériques. Ce chapitre a pour but de détailler les différentes étapes de la fabrication de composants optiques asphériques. Dans un premier temps, nous expliciterons pourquoi nous avons besoin de réaliser ce type de composants. Puis, l’étude préliminaire menée au LCFIO ayant pour objectif de vérifier la faisabilité du procédé de dépôt à gradient de période avant de transférer ce procédé chez Xenocs pour la réalisation de prototypes sera détaillée. Finalement, les résultats de la caractérisation complète d’un prototype réalisée avec le rayonnement synchrotron seront présentés. Toute cette étude a été effectuée avec des multicouches Cr/Sc conçues pour réfléchir la raie d’émission Kα de l’azote (E = 392,4 eV).  dans le domaine des rayons X pour différentes applications, afin de conditionner et monochromatiser le faisceau. Cette idée de fabriquer des miroirs courbés revêtus de multicouches à gradient de période a été suggérée par H. Göbel en 1992 [1, 2, 3]. L’idée est de compenser la variation d’angle des différents faisceaux arrivant sur l’optique par une variation correspondante de la période de la multicouche, pour que la loi de Bragg soit satisfaite à une énergie donnée en tout point de l’optique. A l’aide de miroirs courbés paraboliquement ou elliptiquement, le faisceau incident de rayons X peut être transformé en faisceau collimaté ou focalisé respectivement (cf. figure1).

Dans l’application décrite dans le présent manuscrit (EPMA), le rôle de l’optique asphérique est de focaliser le faisceau de rayons X émis par l’échantillon à analysé sur le détecteur (cf. figure 2(a)), tout en sélectionnant la raie d’émission étudiée. L’idée de Xenocs a été d’utiliser une optique ayant une courbure bidimensionnelle, afin de pouvoir focaliser le faisceau incident en 2 dimensions. La forme idéale pour focaliser le faisceau de rayons X du point source (spot illuminé par le faisceau électronique) sur le diaphragme placé devant le détecteur est un ellipsoïde de révolution. Sur une vue en coupe, cette forme idéale est alors une ellipse (cf. figure 2(b)). L’ellipsoïde de révolution permet d’obtenir l’image du point source sur le détecteur, en focalisant le faisceau incident en deux dimensions. La géométrie utilisée induit une variation de l’angle des différents faisceaux arrivant sur l’optique. Au chapitre 3, nous avions optimisé la période de la multicouche Cr/Sc à l’énergie E = 392.4 eV, uniquement pour l’angle d’incidence correspondant au centre de l’optique (x = 0). Une optimisation de la période de la multicouche est nécessaire en tout point de l’optique pour tenir compte de cette variation d’angle d’incidence. L’optimisation du gradient de période s’est faite en deux étapes. Dans un premier temps l’étude du gradient de période a été effectuée sur une optique 1D (cf. figure 3(a)), étape intermédiaire permettant de valider la faisabilité de ce type de dépôt sur  une optique courbée. Dans un second temps, l’optimisation du gradient de période a été faite pour une optique 3D (cf. figure 3(b)) dans le but de pouvoir fabriquer un prototype de l’optique réelle. Le dépôt de la multicouche réflective se fait sur une contre forme (mandrin) revêtue d’un matériau permettant de l’en séparer. Puis par une méthode de réplication (cf. annexe 2), la multicouche est transférée sur un support qui constitue l’optique finale. La forme du mandrin est « le négatif » de l’optique finale (le mandrin est convexe et l’optique finale est concave).

Comme nous l’avons vu au paragraphe précédent, la mise au point du procédé de dépôt à gradient de période pour la fabrication d’une optique asphérique pour l’EPMA s’est déroulé en plusieurs étapes. Elle a débuté par une étude de faisabilité sur une optique 1D, réalisée sur la machine de dépôt à géométrie radiale du LCFIO (cf. Chapitre 2). Puis, avant de transférer ce procédé de dépôt à gradient chez Xenocs, les spécifications du gradient ont été affinées et adaptés au cas des optiques 3D. La mise au point du dépôt à gradient de période réalisée sur la machine de dépôt à géométrie linéaire de Xenocs (cf. Chapitre 2), a nécessité différentes études préliminaires avant de pouvoir être utilisée pour fabriquer des prototypes.