Brevet FR2154641A1 — publié le 19730511

La présente invention se rapporte d'une manière générale à un pré-monochromateur et concerne plus particulièrement un pré-monochromateur convenable pour un spectromètre effet Ramai. Dans un spectromètre Raman, de la lumière laser produite par un oscillateur laser éclaire un échantillon et la lumière Raman résultante diffusée par l'échantillon est détectée suivant les longueurs d'onde. La lumière ou le faisceau laser qui éclaire l'échantillon doit être une lumière monochromatique. Si une lumière autre que la lumière laser éclaire Iréchantillon, la lumière forme le spectre Raman apparent. Autrement dit, étant donné que le faisceau ou la lumière de sortie de l'oscillateur laser comprend la lumière laser produite par 11 émission stimulée et la lumière résultant de 11 émission spontanée, la lumière d'émission spontanée forme les spectres Raman apparents. Dans les spectromètre Raman existants, un filtre interférentiel qui réalise une sélection de la lumière selon les longueurs d'onde, est interposé sur le chemin optique entre l'oscillateur laser et l'échantillon afin d'empêcher la lumière résultant de l'émission spontanée d'éclairer l'échantillon. L'inconvénient de ces spectromètres est que l'intensité de la lumière laser décroît, étant donné que la transmission du filtre est faible. Par conséquent, un oscillateur laser capable de produire de la lumière laser suivant une intensité de sortie élevée est nécessaire comme source lumineuse du spectromètre Raman. De plus, lorsque l'autre ligne ou faisceau laser est utilisé pour éclairer l'échantillon, le filtre interférentiel correspondant audit faisceau laser doit être utilisé afin d'éliminer l'émission de lumière spontanée Dans ce cas, le changement et l'ajustage du filtre interférentiel est très complexe En outre, étant donné que le filtre est chauffé par la lumière laser, les caractéristiques du filtre subissent des fluctuations. Un but de la présente invention est donc de proposer un prémonochromateur dont la constitution est simple. Un autre but de la présente invention est de proposer un précmonochromateur dans lequel l'axe optique de la lumière entrant dans le pré-monochromateur est en accord avec l'axe optique de la lumière de sortie du pré-monochromateur. L'invention a encore pour but de proposer un pré-monochromateur dans lequel la longueur d'onde de la lumière passant par la fente de sortie peut varier facultativement. Un autre but de la présente invention est de proposer un pré-monochromateur convenable pour éliminer la lumière résultant de l'émission spontanée et comprise dans la lumière produite par l'oscillateur laser. Suivant un exemple de réalisation de cette invention, un pré-monochromateur comprend deux miroirs et deux prismes qui sont montés symétriquement sur un axe qui est perpendiculaire à l'axe optique de la lumière incidente entrant dans le prémonochromateur, ainsi qu'une fente de sortie placée sur l'axe optique de la lumière incidente. La lumière incidente est réfléchie par le premier miroir, puis dispersée par les deux prismes selon les longueurs d'onde et finalement réfléchie par le deuxième miroir. La longueur d'onde de la lumière de sortie passant par la fente de sortie est déterminée par Irangle entre les deux miroirs. Meme si le pré-monochromateur ci-dessus est placé dans un chemin optique, il n'est pas nécessaire de réajuster les autres éléments optiques, étant donné que l'axe optique de la lumière de sortie présentant la longueur d'onde requise est en accord avec celui de la lumière incidente. Suivant un mode de réalisation modifié de l'invention, la longueur d'onde de la lumière de sortie passant par la fente de sortie peut varier simplement en faisant yarier l'angle entre les deux miroirs. D'autres buts, objets et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre une réalisation de base d'un prémonochromateur conforme à l'invention; - la figure 2 montre un autre mode de réalisation du prémonochromateur montré sur la figure i - la figure 3 montre un spectromètre Raman utilisant un pré-monochromateur selon l'invention, et - les figures 4 à 8 montrent des modes de réalisation modifiés du pré-monochromateur montré sur la figure 1. La figure 1 représente un pré-monochromateur comprenant des prismes 1 et 2, des miroirs 7 et 4 et une fente de sortie 5. Les deux prismes et les deux miroirs sont montés symétriquement sur un axe A qui est perpendiculaire à l'axe optique de la lumière incidente I. La lumière incidente est réfléchie par le miroir 3 et diffractée par les prismes 1 et 2 selon les longueurs d'onde. La lumière diffractée présentant la longueur d'onde requise est réfléchie par le miroir 4 et passe au travers de la fente de sortie 5. L'avantage de la disposition ci-dessus est que l'intensité de la lumière ayant la longueur d'onde requise est à peine diminuée par le pré-monochromateur. De plus, meme si les prismes sont chauffés par 7a lumière laser, les caractéristiques des prismes ne changent pas, et alors la longueur d'onde de la lumière passant par la fente de sortie ne fluctue pas. Dans la figure 2, une lentille 6 est placée sur le chemin optique entre le miroir 4 et la fente de sortie 5 de façon à augmenter la résolution du pré-monochromateur. Dans la figure 3 montrant un spectromètre Raman, un prémonochromateur 7 est interposé sur le chemin optique entre un oscillateur laser 8, tel qu'un laser à argon, et un échantillon 9. La lumière laser dont la longueur d'onde est o de 4880 A, et la lumière par émission spontanée engendrée par le laser à argon, entrent dans le pré-monochromateur et sont ensuite diffractées par les prismes 1 et 2 selon les longueurs d'onde. Etant donné que l'angle entres miroirs 3 et 4 est ajusté de sorte que la lumière diffractée, dont la longueur o d'onde est de 4880 A, passe au travers de la fente de sortie 5, la lumière laser passe par la fente et est focalisée sur l'échantillon 9 par la lentille 8.La lumière Raman diffusée résultante est acheminée dans un monochromateur 12 à pouvoir de résolution élevé (monochromateur à double réseau), par des lentilles 10 et 11, et diffractée par les éléments de diffraction dans le monochromateur. La lumière diffractée est détectée par un photomultiplicateur 13. Le signal détecté est amplifié par un amplificateur 14 et ensuite fourni à un enregistreur 15. Dans le spectromètre Raman ci-dessus, étant donné que la lumière d'émission spontanée produite par lgoscillateur Bser est éliminée par le pré-monochromateur 7, l'échantillon 9 est éclairé par de la lumière monochromatique, c'est-à-dire par de la lumière laser seulement. Par conséquent, seulement la lumière Rayleigh et de la lumière Raman sont diffusées depuis 11 échantillon. Il en résulte que les spectres Raman apparents sont presque éliminés. Dans le mode de réalisation montré sur la figure 4, la lumière incidente entre d'abord dans le prisme 20 et est diffractée par le prisme selon la longueur d'onde. La lumière diffractée est réfléchie par des miroirs 22 et 23 et ensuite diffractée par le prisme 21. La lumière diffractée par le prisme 21, possédant la longueur d'onde requise, passe au travers de la fente de sortie 25. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, cinq prismes, 26, 27, 28, 29 et 30 sont montés symétriquement par rapport à un axe qui est perpendiculaire à l'axe de la lumière incidente. La lumière incidente est réfléchie par le miroir 31 et la lumière diffractée par les cinq prismes selon les longueurs d'onde. La lumière diffractée possédant la longueur d'onde requise est réfléchie par un miroir 32 et passe ensuite par une fente de sortie 33. La résolution du prémonochromateur ci-dessus est de 2,5 fois aussi élevée que cele du pré-monochromateur montré sur la figure 1. Dans les modes de réalisation ci-dessus, il est désirable que l'angle entre les deux miroirs soit variable. La longueur d'onde de la lumière passant par la fente de sortie peut varier en faisant varier l'angle entre les deux miroirs. Ceci veut dire que le pré-monochromateur construit selon la présente invention peut être appliqué à divers usages, contrairement à un filtre interférentiel qui laisse seulement passer la lumière qui possède la longueur d'onde déterminée. Dans un spectromètre Raman utilisant le pré-monochromateur suivant la présente invention, même si l'autre ligne laser est utilisée pour éclairer l'échantillon, la lumière d'émission spontanée est éliminée en ajustant l'angle entre les deux miroirs. Dans la figure 6, les miroirs 35 et 36, sur lesquels des prismes 37 et 38 sont montés, sont montés de manière rotative sur une tige ou analogue 39 et sollicités l'un vers l'autre au moyen d'un ressort 40. L'angle e entre les deux miroirs est ajusté en déplaçant un élément de forme sensiblement conique 41. Si l'élément conique est déplacé vers le haut au moyen d'une vis d'entraînement 42, des organe43 et 44, fixés respectivement aux miroirs 35 et 36, sont poussés dans une direction vers le haut grâce à l'élément conique 41, et par conséquent l'angle 9 est agrandi.Si l'élément conique 41 est déplacé vers le bas grâce à la vis 42 et sous l'effet des ressorts 45 et 46 entre l'élément conique 41 et une paroi 47 du boîtier du pré-monochromateur, les miroirs 35 et 36 sont sollicités l'un vers l'autre grâce au ressort 40 et l'angle est par conséquent diminué ou rendu plus étroit. Ainsi, dans ce mode de réalisation, la longueur d'onde de la lumière passant par la fente de sortie 48 peut être facultativement variable en faisant varier l'angle entre les miroirs 35 et 36. L'angle O pour de la lumière présentant la longueur d'onde qui passe par la fente de sortie 1, peut s'exprimer comme suit où n ( > ) est l'indice de réfraction des prismes 41 et 42 pour la lumière dont la longueur d'onde est ss , et est l'angle vertical de chaque prisme. Dans la figure 7, des miroirs 51 et 52 sont montés sur des articulations 53 et 54 fixées sur une embase et sollicités l'un vers l'autre grâce à un ressort 61. Cinq prismes, 56, 57, 58, 59 et 60 sont montés sur l'embase. L'angle entre les deux miroirs peut varier en déplaçant une barre effilée ou conique 62. La longueur d'onde de la lumière passant par la fente de sortie 65 varie en faisant varier l'angle entre les deux miroirs. Dans la figure 8, a lumière incidente réfléchie par le miroir 65 est diffractée par un prisme 66 et pénètre dans une lentille concave 67. La lumière est ensuite diffractée par la lentille et le prisme 68. La lumière diffractée ayant la longueur d'onde désirée est réfléchie par un miroir 69 et passe au travers d'une fente de sortie 70. La lentille est montée sur une platine 71 qui se déplace le long d'un élément de guidage 72 grâce à une vis d'entraînement 73. La longueur d'onde de la lumière passant par la fente de sortie. 70 peut varier grace à la lentille 67 qui se déplace vers le haut ou vers le bas. La longueur d'onde ,\ de la lumière passant par la fente de sortie est déterminée par la distance X entre le centre. de la lentille et le point sur la surface de la lentille auquel pénètre S lumière dont la longueur d'onde est La distance X s'exprime comme suit II; jù n1 est l'indice de réfraction des prismes pour la lumière de longueur d'onde X ) n2 est l'indice de réfraction de la lentille pour la lumière de longueur d'onde N et R est lue rayon de courbure de la lentille concave. Dans ce mode de réalisation, il est possible de remplacer la lentille concave par une lentille convexe. Bien entendu; l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui- suivent. REVENDICATIONS 1.- Prémonochromateur, caractérisé en ce qu'il comprend deux miroirs, au moins deux prismes et une fente de sortie, lesdits miroirs et lesdits prismes étant montés symétriquément sur un axe qui est perpendiculaire à l'axe optique de la lumière incidente entrant dans ledit monochromateur, et l'axe de la lumière passant dans ladite fente de sortie étant en accord avec l'axe de la lumière incidente. 2.- Prémonochromateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle entre lesdits deux miroirs précités est variable. 3.- Prémonochromateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une lentille est placée-sur le chemin optique en face de la fente de sortie précitée. 4.- Prémonochromateur, caractérisé en ce qu'il comprend deux miroirs, deux prismes, une fente de sortie et une lentille, lesdits miroirs et lesdits prismes étant montés symétriquement sur un axe qui est perpendiculaire à l'axe optique de la lumière incidente, l'axe de la lumière passant dans ladite fente de sortie étant en accord avec l'axe de la lumière incidente, et ladite lentille étant capable de se déplacer le long dudit axe qui est perpendiculaire à l'axe optique de ladite lumière incidente. 5.- Prémonochromateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la lentille précitée est une lentille concave. 6.- Prémonochromateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la lentille précitée est une lentille convexe. 7.- Prémonochromateur, caractérisé en ce qu'il comprend un premier miroir et cinq prismes pour diffracter la lumière réfléchie par ledit premier miroir selon les longueurs d'onde, un deuxième miroir pour réfléchir la lumière diffractée, et une; fente de sortie à travers laquelle la lumière ayant la longueur d'onde désirée passe, lesdits premier et second miroirs et lesdits cinq prismes étant montés symétriquement sur l'axe .qui est perpendiculaire à l'axeptique de la lumière entrant dans ledit premier miroir, et 11 axe de la lumière passant par ladite fente de sortie étant en accord avec l'axe optique de la lumière entrant dans ledit premier miroir. 8.- Prémonochromateur suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'une lentille est placée sur le chemin optique entre le deuxième miroir précité et la fente de sortie précitée. 9.- Prémonochromateur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'angle entre lesdits premier et second miroirs est variable.