CDC-photopolymères - Construction en Photonique

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Lycée Jean Mermoz - 68300 SAINT-LOUIS 16/04/2017
S.T.S. Génie optique option Photonique 582648435
E
Et tu ud de e e en n t te em mp ps s r ré ée el l d de es s p pr ro op pr ri ié ét té és s
d
d’ ’u un ne e r ré és si in ne e p ph ho ot to op po ol ly ym mé ér ri is sa ab bl le e
A
A. . D Dé éf fi in ni it ti io on n d du u c ca ah hi ie er r d de es s c ch ha ar rg ge es s
A
A. .1 1. . A An na al ly ys se e d du u b be es so oi in n
A
A. .1 1. .1 1. . S Sa ai is si ie e d du u b be es so oi in n
Il est actuellement possible de créer un réseau de franges rectilignes dans une fine couche de résine photo-
polymérisable placée entre deux lames de microscope. Il faut pour cela faire interférer 2 faisceaux faisant
un certain angle entre eux. La longueur d’onde d’émission du laser doit être adaptée à la sensibilité de la ré-
sine (exemple ; faisceau vert issu d’un laser YAG doublé en fréquence).
Les zones de l’échantillon éclairées par les franges d’interférence subissent alors une variation locale d’indice
de réfraction à cause de la réaction de polymérisation. Cette fine couche de résine devient un réseau de
phase capable de diffracter la lumière.
Afin de caractériser le photopolymère, il faut concevoir un montage optique qui permette de mettre en évi-
dence les variations des propriétés physiques dans les zones polymérisées. Ces variations doivent être suivies
en temps réel (pendant l’enregistrement).
D’autre part, pour bien connaître les performances de la résine, il est nécessaire de faire varier dans de
grandes proportions le pas du réseau photo-inscrit.
Ceci afin de pouvoir utiliser les résines à meilleur escient par la suite et d’envisager de nouvelles applications
(capteurs de la dimension du micromètre ou moins).
Projet à contenu technique affirmé et en collaboration avec une entreprise.
Élèves :
MULLER André - SILVA Nicolas - FACHE Gaétan
Partenaire :
I.P.C.M.S.
Adresse :
23 rue du Loess BP 43 67034 STRASBOURG
Parrain du projet :
Alberto Barsella
Tél :
(33) 3 88 10 70 90
Fax :
(33) 3 88 10 72 45
E-mail:
[email protected].fr
Financement :
Lycée Jean Mermoz - I.P.C.M.S.
L’objectif de ce chapitre est de saisir et d’énoncer le besoin, c’est-à-dire l’exigence
fondamentale nécessitant la mise en œuvre du système.

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A
A. .1 1. .2 2. . É Én no on nc cé é d du u b be es so oi in n
cadre 1 : Diagramme bête à cornes.
A
A. .1 1. .3 3. . V Va al li id da at ti io on n d du u b be es so oi in n
Pourquoi ce besoin existe-t-il ?
 Besoin de connaissance sur les caractéristiques physico-chimiques du photopolymère (variation
d’indice, taux de polymérisation, limite de résolution … )
 Contrôle de la qualité d’une résine photopolymérisable.
 Création de réseaux de diffraction.
Qu’est-ce qui peut le faire disparaître ? Le faire évoluer ?
 Détermination des caractéristiques de l’échantillon à la fabrication.
 Apports d’extensions au système pour de plus grandes possibilités de polymérisation.
 Utilisation de supports mieux adaptés.
Conclusion :
 Ce besoin est bien réel, donc validé.
Les scientifiques
Une résine photo-
polymérisable
Système
d’inscription et de
lecture d’un réseau
Connaître les performances d’une
résine photopolymérisable
Sur quoi agit-il ?
Dans quel but existe-t-il ?
À qui rend-il service ?

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A
A. .2 2. . É Ét tu ud de e d de e f fa ai is sa ab bi il li it té é
A
A. .2 2. .1 1. . I Id de en nt ti if fi ic ca at ti io on n d de es s f fo on nc ct ti io on ns s
cadre 2 : Diagramme pieuvre.
Le besoin étant validé, il s’agit de recenser et d’expliquer dans ce chapitre les satisfactions et
performances attendues du système.
Fonctions principales
FP1
Inscrire un réseau à l’aide de franges d’interférences.
FP2
Lire le réseau afin de le qualifier.
Fonctions contraintes
FC1
Assurer la sécurité de l’utilisateur d’un point de vue électrique, méca-
nique et optique.
FC2
Etre compact et facile d’utilisation.
FC3
Fonctionner dans le milieu ambiant (laboratoire de mise en œuvre).
FC4
Respecter les exigences de fabrication disponible au lycée et a l’IPCMS.
Résine photo-
polymérisable
Propriétés de la
résine photopoly-
mérisable
Système
d’inscription et
de lecture d’un
réseau
FC3
Ergonomie
FP1
FC2
FC1
Normes
Exigences de
fabrication
Milieu
extérieur
FC4
FP2

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A. .2 2. .2 2. . C Cr ri it tè èr re es s à à r re es sp pe ec ct te er r
C
Cr ri it tè èr re es s
N
Ni iv ve ea au ux x
F
Fl le ex xi ib bi il li it té és s
FP1 : Inscrire un réseau à l’aide de franges d’interférences
 Faisceau laser
 Séparatrices
 Filtre spatial
 Lentilles
 Prisme
 YAG doublé 1 = 532 nm (dans le
domaine de sensibilité de la résine)
 Puissance adaptée à la résine
 50-50
 Expanseur (faisceaux collimatés)
 Injection du faisceau sous de fortes
incidences
 F0
 F0
 F2
 F0
 F2
FP2 : Lire le réseau afin de le qualifier
 Faisceau laser
 Camera à capteur CCD
 Logiciel de traitement d’images
 Helium-Neon 2 = 633 nm (hors du
domaine de sensibilité de la résine)
 Autre laser pour réseau très fin
 Enregistrement à vitesse élevée
 Analyser les images en temps réel
 F2
 F3
 F0
 F1
FC1 : Assurer la sécurité de l’utilisateur d’un point de vue électrique, mécanique et optique
 Mise à la terre du matériel électrique
 Eviter la propagation des faisceaux parasites.
 sécurité totale.
 F0
FC2 : Etre compact et facile d’utilisation.
 Système à dimensions restreintes
 Logiciel convivial
 Dimensions : taille d’un marbre
(1.20m x 2m)?
 Enregistrement des images
 F0
 F3
FC3 : Fonctionner dans le milieu ambiant (laboratoire de mise en œuvre).
 Marbre
 Lumière ambiante ou obscurité.
 Isolation vibratoire sur chambre à air
 F1
FC4 : Respecter les exigences de fabrication
 Machine outil disponible au lycée
 Matériel disponible à l ‘IPCMS.
 Parc machine
 F1
Classe
Flexibilité
Niveau
F0
Nulle
Impératif
F1
Faible
Peu négociable
F2
Moyenne
Négociable
F3
forte
Très négociable

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A
A. .3 3. . R Re ec ch he er rc ch he e d de es s s so ol lu ut ti io on ns s
FP1 FT1-1
FT1-2
FT1-3
FT1-4
FT1-5
FP2 FT2-1
FT2-2
FT2-3
Générer des franges
d'interferences
Emettre un faisceau
laser
lentille ou miroir
Filtrer le faisceau laser
collimater le faisceau
laser
Laser YAG
Filtre spatial
Séparatrice
Prisme
Séparer le faisceau
laser
Injecter un faisceau
laser
Visualiser le réseau
Caméra à capteur CCD
Caractériser le réseau
Emettre un faisceau
laser
Laser He-Ne
Diffracter
Photodiode ou capteur
CCD
Légende :
FP : Fonction principale, FT : Fonction technique, FC : Fonction contrainte, SC : Solution constructive.
( ) : Coefficient de difficulté de mise en œuvre de la fonction (1 : facile et/ou rapide, …, 4 : long et/ou difficile).
Pour les solutions constructives non précisées, il s’agit de faire un inventaire des solutions et
de choisir la plus appropriée.