Miroir optique : guide d’achat
« Miroir, mon beau miroir – qui est la plus belle du royaume ?”.
Bien que vous n’aurez pas de réponse dans ce guide à la question de la Reine dans Blanche Neige et les Sept nains, vous aurez une vue d’ensemble de l’offre de miroir optique qui peut être trouvée sur le marché et ainsi mieux sélectionner le miroir qui vous convient.
Miroirs optiques
Définition d’un miroir optique
Un miroir optique est un composant d’optique de précision fabriqué à partir d’un substrat poli et d’un revêtement réflectif. Il peut être de nombreuses formes et dimensions de moins d’un millimètre à plusieurs mètres.
On trouve des miroirs optiques sur tout type d’application Photonique : en astronomie à l’intérieur d’un télescope, dans les lasers par construction, dans les équipements de vision et dans la plupart des assemblages optiques. Bien que leur fonctionnement soit simple : refléter la lumière, leur champs d’application est large. De l’UV aux IR ils peuvent être utilisés pour transmettre la lumière avec un changement de direction, de focaliser la lumière (par exemple dans les télescopes Cassegrain) ou pomper de la lumière dans un laser.
Types de miroirs optiques
Formes
Sous le nom de « miroir » il y a différent types de composants d’optique de précision, qui peuvent être classé selon les types ci-dessous :
- Miroir plat, c’est le plus simple des miroirs, similaire à celui de la salle de bain avec une meilleure précision.
- Miroir sphérique, il s’agit d’un miroir avec un rayon de courbure sur sa surface de réflexion qui et qui peut être de forme concave ou convexe.
- Miroir asphérique, de forme plus complexe, défini pour atténuer les aberrations optiques des faisceaux réfléchis. Par exemple : un miroir parabolique hors axe qui permet de focaliser un faisceau collimaté incident à un angle de 90°.
- Miroir elliptique, il est habituellement utilisé à un angle de 45° pour pouvoir offrir une ouverture circulaire.
- Miroir concave, la forme concave améliore la réflexion, qui peut atteindre des valeurs supérieures à 99% avec un angle d’incidence de 0°.
- Miroir à forme libre
- Prisme miroir, peut être utilisé soit pour une réflexion interne ou externe.
Substrats
Le substrat d’un miroir optique est en général choisi pour sa bonne résistance aux changements de température, sa facilité à se lier avec un traitement de surface réflectif et sa facilité à être mis en forme et poli. Pour les lasers de puissance, le substrat peu entrer en contrainte de tenue au flux et doit donc être choisi avec attention.
La table ci-dessous liste les substrats communs pour les préformes de miroir:
| substrat | Remarques |
|---|---|
| verre flotté | Très abordable, à qualité de planéité et de polissage acceptable pour des applications pas trop exigeantes. |
| Silice fondue | Matière résistante à la chaleur et aux contraintes mécaniques avec de bonne propriétés d’usinage optique, très commun d’utilisation. |
| N-BK7 / H-K9L | Verre optiques les plus commun, peuvent être utilisés pour des aspects de surfaces demandant. |
| Zerodur | Matière pratiquement non affectée par les basses températures, principalement utilisée pour les applications spacial et d’astronomie. |
| Métaux | L’aluminium ou le laiton poli sont utilisés pour certaines applications, notamment les lasers de puissance, il sont également plus facile à usiner et plus résistant que le verre. |
| Plastiques | Les substrats plastiques sont utilisés en optique, par contre la difficulté d’atteindre une bonne qualité de surface et la facilité avec laquelle le polymère va se détériorer dans le temps, surtout en extérieur, limite leurs usage. Cela reste néanmoins le substrat le moins onéreux. |
Remarque : pour certaines applications où les miroirs peuvent être de grande dimensions et que la contrainte de poids est importante comme pour le spacial, un enlèvement de matière peut être réalisé sur l’arrière de la partie optique.
Traitement réflectif
Le point le plus important dans un miroir optique est son traitement de surface à haute réflexion. C’est ce traitement qui sera à l’interface entre le signal incident et son reflet dans une direction orthogonale.
Laboratoire de traitement de surface
Traitement diélectrique à Large Bande
Avec l’amélioration des techniques de dépôt sous vide dans les dernières 30 années, les couches de matières diélectriques peuvent être déposés avec un précision de l’ordre du nanomètre.
Le choix de la matière des couches ainsi que leurs épaisseurs permet de contrôler le spectre de longueurs d’ondes des faisceaux incidents qui seront reflétés.
Il est intéressant de noter que la réflexion de ce type de miroir se réduit à fonction que l’angle d’incidence augmente.
Miroirs avec traitement métallique
| Traitement métal | Reflexion | Tenue au flux indicative | Remarques |
|---|---|---|---|
| Argent protégé* | Rmoy>97,5% sur le visible + NIR, Rmoy>96% sur MIR+FIR | 3J/cm2 | Très bonne réflexion sur le visible |
| Aluminium Protégé* | Rmoy>90% sur le visible + NIR, Rmoy>95% sur MIR+FIR | 0,3J/cm2 | Une couche de MgF2 peut être ajoutée pour améliorer la réflexion dans les UV(250 to 400nm) |
| Or protégé* | Rmoy>96% sur l’IR | 2J/cm2 | Sans surprise le plus cher des traitements métalliques. |
*Les traitements métalliques sont protégés par une une couche de SiO2 pour éviter la corrosion
**Une couche additionnelle de Chrome est rajoutée entre le substrat et le métal afin d’en améliorer l’adhésion réciproque.
Miroir laser
La spécification critique pour les miroirs devant être utilisés dans des applications laser est sa tenue au flux ou LIDT.
Cette spécification se mesure en J/cm2 et défini le niveau d’énergie qui peut être accepté par une surface avant de se détériorer. ( pour rappel les Watts représentent une puissance, donc les valeurs en Watts doivent être intégrées sur une durée pour pouvoir être traduites en énergie).
La tenue au flux doit être définie pour un certain type de laser : laser continu ou laser pulsé avec durée de pulsation, fréquence et puissance.
Habituellement le traitement est la première contrainte de tenue au flux avant le substrat, mais pour les lasers de haute puissance, les substrats peuvent également être attaqués par les faisceaux lasers. Mois la qualité du polissage et élevé et plus il y a d’impureté dans la matière moins la tenue au flux sera élevée.
Miroirs super polis
Les miroirs superpolis font référence à des miroirs avec une très haute qualité de surface (superpolissage) avec un RMS inférieur à un Angström et une faible perte Revêtements diélectriques IBS. Ils sont souvent utilisés pour les applications laser.
Miroir déformable
Un miroir déformable est un élément optique actif utilisé en optique adaptative. Ils sont typiquement fabriqués avec une membrane déformée par des actionneurs coordonnés par un contrôleur électronique.
Leurs usage principal et de compenser les aberrations, par exemple de l’atmosphère en astronomie, des yeux en ophtalmologie ou de l’eau des cellules en microscopie biologique.
Les principaux fournisseurs de miroirs déformables sont ALPAO et ISP-System pour les applications de laser de puissance.
Miroirs froids et miroirs chauds
Qu’est ce qu’un miroir froid et un miroir chaud ? C’est relativement intuitif :
- Les miroirs chauds, reflètent la partie IR d’un faisceau incident et transmet la partie visible.
- Les miroirs froids transmettent la partie IR d’un signal et transmettent la partie visible.
En résumé : Les miroirs chauds reflètent les longueurs d’ondes « thermiques », et les miroirs froids ne les reflètent pas.
Ils sont utilisés pour séparer la partie visible et la partie IR d’un signal.
Courbe de transmission d’un miroir froid.
Où acheter des miroirs optiques ?
Comme pour la plupart des composants optiques, les miroirs optiques sont fabriqués par des opticiens de précision. Il est commun que le substrat du miroir et le traitement réflectif soient réalisés sur deux sites différents, donc acheter des substrats et effectuer le traitement en interne ou sous-traiter le traitement d’un substrat sont des pratiques communes.
N’hésitez pas à contacter SINOPTIX pour vos questions sur les miroirs optiques.
