L’objectif de ce projet financé par le CNES est d’atteindre une résolution de l’ordre de 10 nm et une exactitude sub-micronique sur un montage peu sophistiqué, embarquable.
Il est communément admis que des niveaux de précision nanométriques ne peuvent être atteintes qu’au moyen de dispositifs interférométriques. Nous avons montré qu’un montage simple de mesure de phase de modulation optique permet d’atteindre une résolution nanométrique grâce à une maîtrise rigoureuse des différents bruits optiques et microondes.
La stabilité atteinte pour le signal télémétrique est de 10 ou quelques dizaines de nm, le minimum de la déviation d’Allan étant au niveau de 7nm.
Entre les versions 1 et 2 du télémètre le travail a porté sur l’étude et la réduction des erreurs systématiques
Principe de base T2M exploite le principe de la télémétrie de la télémétrie par modulation : la distance est obtenue en mesurant la différence de phase entre deux signaux modulés : celui qui est allé jusque la cible, et celui qui sert de référence. On ajuste la fréquence de la modulation pour rester à différence de phase nulle : la mesure porte donc sur une fréquence et non sur une phase. L’exactitude peut être excellente car la mesure des fréquences est la métrologie la plus exacte.
Principe du télémètre par modulation de porteuse optique
La valeur F de la fréquence qui annule la différence de phase fournit l’information télémétrique recherchée, l’entier K étant déterminé en changent de zéro. Dès lors on peut suivre l’évolution de Lmes-Lréf en enregistrant F(t).
Divers effets systématiques limitaient jusqu’à présent la qualité des résultats : - une fuite ("diaphonie") du signal micro-onde vers une des photodiodes donne lieu à une erreur cyclique - la réponse à haute fréquence des photodiodes n’est pas immuable (notamment en environnement spatial) - le positionnement (précision, stabilité) des photodiode n’est pas garanti au niveau du nanomètre.
Une première mise en œuvre a permis de montrer qu’à l’aide d’un "aiguillage optique" ces défauts peuvent être supprimés, et a permis des stabilités de l’ordre du micron (courbe noire (1) ci-dessus). Le travail a ensuite porté sur l’identification des effets systématiques associés aux interférences. Puis une nouvelle mise en œuvre, très simple, éliminant les interférences, a permis d’atteindre des résolutions nanométriques (courbe (2) en bleu ci-dessus).
