Mémoire de thèse - Institut Fresnel

Numéro d’ordre :
UNIVERSITÉ PAUL CÉZANNE – AIX-MARSEILLE III
Institut Fresnel – CNRS – UMR 6133
Thèse
pour obtenir
Le Grade de Docteur
de l’Université Paul Cézanne
Faculté des Sciences et Techniques
Discipline : Optique, Photonique et Traitement d’Image
Mise au point d’un microscope optique tomographique
à haute résolution fonctionnant en réflexion
présentée et soutenue publiquement par
Filip Drsek
le ___ / ___ / 2008
École Doctorale : ED 352 « Physique et Sciences de la Matière »
J U R Y
M. Rémi CARMINATI examinateur
Mme Frédérique DE FORNEL rapporteur
M. Olivier HAEBERLÉ rapporteur
M. Hugues GIOVANNINI directeur de thèse
Mlle Anne SENTENAC directeur de thèse
M. Patrick Christian CHAUMET co-directeur de thèse

Numéro d’ordre :
UNIVERSITÉ PAUL CÉZANNE – AIX-MARSEILLE III
Institut Fresnel – CNRS – UMR 6133
Thèse
pour obtenir
Le Grade de Docteur
de l’Université Paul Cézanne
Faculté des Sciences et Techniques
Discipline : Optique, Photonique et Traitement d’Image
Mise au point d’un microscope optique tomographique
à haute résolution fonctionnant en réflexion
présentée et soutenue publiquement par
Filip Drsek
le ___ / ___ / 2008
École Doctorale : ED 352 « Physique et Sciences de la Matière »
J U R Y
M. Rémi CARMINATI examinateur
Mme Frédérique DE FORNEL rapporteur
M. Olivier HAEBERLÉ rapporteur
M. Hugues GIOVANNINI directeur de thèse
Mlle Anne SENTENAC directeur de thèse
M. Patrick Christian CHAUMET co-directeur de thèse
1

2

Table des matières
Remerciements..........................................................................................................................4
Introduction...............................................................................................................................5
1 Principe de la Tomographie Optique par Diffraction....................................................8
1.1 Microscopie classique et Tomographie Optique par Diffraction...............................8
1.2 Tomographie Optique par Diffraction – étude de la résolution et imagerie
quantitative...............................................................................................................10
1.2.1 Le critère de Rayleigh...................................................................................10
1.2.2 Modélisation de la Tomographie par Diffraction.........................................12
2 Montage expérimental.....................................................................................................18
2.1 Objectifs du montage................................................................................................18
2.2 Mise en œuvre du microscope holographique à synthèse d’ouverture.....................19
2.2.1 Description du montage................................................................................19
2.2.2 Mesure de la phase du champ diffracté........................................................23
2.2.3 Mesure du champ réfléchi spéculaire et normalisation du champ diffracté...24
2.3 Calibrage du montage et correction des aberrations.................................................27
2.3.1 Calibrage angulaire.......................................................................................27
2.3.2 Correction des aberrations............................................................................31
2.4 Comparaison du champ diffracté expérimental et théorique....................................37
3 Imagerie quantitative.......................................................................................................39
3.1 Profilométrie.............................................................................................................39
3.1.1 Théorie..........................................................................................................39
3.1.2 Résultats........................................................................................................42
3.1.2.1 Échantillons rectangulaires.............................................................42
3.1.2.1.1 Largeur des rectangles l = 2 µm.....................................42
3.1.2.1.2 Largeur des rectangles l = 5 µm.....................................48
3.1.2.2 Réseau de diffraction comme échantillon......................................49
3.2 Cartographie de la permittivité.................................................................................51
3.2.1 Introduction...................................................................................................51
3.2.2 Algorithme d’inversion des données expérimentales...................................52
3.2.2.1 Principe de l’algorithme d’inversion..............................................52
3.2.2.2 Directions de mise à jour................................................................54
3.2.2.3 Estimées initiales............................................................................56
3.2.3 Résultats obtenus avec nos échantillons.......................................................56
3.2.4 Conclusions et remarques.............................................................................66
Conclusion et perspectives......................................................................................................68
Annexe A1 : Schéma des acquisitions...................................................................................71
Annexe A2 : Construction et réglages du montage..............................................................72
A2.1 Dimensionnement du montage.................................................................................72
A2.2 Laser.........................................................................................................................73
A2.3 Début de la construction, voie des champs incident et diffracté..............................73
A2.4 Voie du champ de référence.....................................................................................77
A2.5 Adaptation du montage pour l’observation de l’espace direct.................................78
A2.6 Préparation d’une acquisition...................................................................................78
Annexe A3 : Figures du calibrage en aberration.................................................................82
Annexe A4 : Analyse de la résolution à l’aide de la borne de Cramér-Rao......................87
Bibliographie...........................................................................................................................96
3