Profilométrie Optique

La profilométrie optique (microscopie confocale/interférométrie), basée sur la réflexion d’un signal lumineux sur une surface, permet d’observer la topographie de cette surface sur des gammes de mesures allant de quelques dizaines de µm² à quelques mm², avec une résolution latérale optique.

La microscopie confocale permet d’imager tous types d’échantillons (plats ou très rugueux, pentes allant jusqu’à 70 %) avec une précision verticale nanométrique. L’interférométrie permet sur des échantillons moins perturbés d’atteindre des résolutions verticales sub-nanométriques.



 

Applications

  • Tous types de matériaux : polymères, échantillons biologiques, poudres, métaux, verres
  • Analyses morphologiques tridimensionnelles (étude d’usinage, étude de corrosion, structure de nano et microparticules, suivi de la morphologie au cours du temps…)
  • Mesures des paramètres de rugosité
  • L’aire observable est de quelques mm². Pour observer des zones beaucoup plus petites ou nécessitant une résolution nanométrique, on préférera utiliser un microscope à force atomique.

Modes supplémentaires

 

Un module de réflectométrie permet également de mesurer l’épaisseur de couches minces (fibre optique).

Principe de fonctionnement

 

La microscopie confocale réalise des images de très faible profondeur de champ ou « sections optiques ». En positionnant le plan focal de l’objectif à différents niveaux de profondeur dans l’échantillon et en éliminant toute la lumière provenant des points hors focus, il est possible de réaliser des séries d’images à partir desquelles une représentation tridimensionnelle de l’objet peut être obtenue.

L’interférométrie est basée sur la séparation d’un faisceau lumineux en deux parties, l’une amenée sur la surface de l’échantillon et l’autre sur un miroir de référence ; la recombinaison des faisceaux réfléchis lorsque l’échantillon est à la distance focale donne une figure de franges d’interférences.

Lorsque la figure d’interférence est au point focal,

–        En PSI (Phase Shift Interferometry), quelques déplacements en z correspondant à des déphasages connus sont appliqués ; ils permettent de reconstruire la surface (surfaces lisses, échantillons peu rugueux avec des marches < 120 nm).

–        En VSI (Vertical Scanning Interferometry), un balayage vertical est effectué et l’enveloppe des franges est observée pour trouver le maximum de corrélation entre les ondes ou point de focalisation (échantillons de rugosité allant de 50 nm à 1 µm, hauteurs de marches supérieures à 120 nm).

En réflectométrie, une fibre optique capte la lumière réfléchie par l’échantillon

Profilométrie Optique
Metal deposit, height measurement, interferometric lens DI x10, height 41.5 nm