INDICE de RÉFRACTION et DEPENDANCE THERMIQUE: CTON

INDICE de RÉFRACTION et DEPENDANCE THERMIQUE: CTON,
FORMALISME VECTORIEL et MÉTHODOLOGIE d’ÉTUDE
MRCT/CNRS : Journées Thématiques CMDO+ CAEN, 11-12/09/2008
Jacques MANGIN, Grégory GADRET
Institut Carnot de Bourgogne, UMR 5209 CNRS-Universitéde Bourgogne, 9 Av.
A. Savary,
BP 47 870, F-21078 Dijon Cedex, FRANCE;
•Objectif
•Méthodologie d’étude
- Méthode du prisme
-Interférométrie
•Approche théorique: coefficient thermo-optiquenormalisé
(CTON) et formalisme vectoriel
•Exemple d’application
•Conclusion

OBJECTIF
-Indice de réfraction n : paramètre fondamental de tout matériau optique
-Fonction de la longueur d’onde λ(dispersion) et de la température T
(coefficients thermo-optiques)
-Objectif: connaître n (λ,T) avec la meilleure précision possible sur tout
l’intervalle de transparence du matériau (∼cinquième décimale)
-Points de départ:
Représentation générale de la dispersion par équation de
Sellmeier:2
2
22
1
1li
i
i
n
λ
λλ
=
Γ
−= −
∑
En général on dispose de n (λ,T0); Γiet λisont fonction de T,
qu’il s’agit de déterminer.
•
•
où l’on considère la contribution d’un ensemble fini d’oscillateurs i,
de "force"ρiet de longueur d’onde de résonance λi
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METHODOLOGIE D’ETUDE
Mesure d’indice par méthode du prisme
-Minimum de déviation
-Montage en Littrow
sin 2
sin
2
m
AD
nA
+
=
ADm
Détecteur
Miroir parabolique
off-axis
Monochromateur
Source de lumière
Platine de rotation
θ1, θ2
A
DA
n
sin
)sin(
+
=
°
−
−
=
180
12
θ
θ
D
TC
Face métallisée d’un
prisme àangle droit
SR
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Détermination de la dépendance en température:
mesures angulaires de réfraction effectuées par paliers de température
ex. montage "CHARMS"de la NASA / Goddard Space Flight Center
15 K < T< 400 K et λ?(0.5 µm–6 µm)
détermination directe de n (λ,T)
complexité d’appareillage, homogénéitéde température de
l’échantillon, difficultépour assurer des conditions
thermodynamiques bien définies, absorption…
Faisceau
incident
Milieu
?absorbant?
Absorption: perte de
symétrie sur le profil
transverse d’intensité
due àune épaisseur
optique inégale dans le
prisme aux deux limites
du faisceau
Imax
Faisceau
émergent
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-Précision indiquée dans les meilleurs cas (gros échantillons): ∼qq. 10-5
dans le visible et qq. 10-4 dans l’IR.
Rq. 1 :pour un matériau donné, variations possible suivant le producteur,
le bain, l’homogénéitéde l’échantillon…
Représentation de Sellmeier valide seulement pour l’échantillon
examiné
Rq. 2 : absorption résiduelle incertitude additionnelle sur les mesures
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