Brevet FR2148420A1 — publié le 19730323

la présente invention concerne un procédé et un dispositif pour effectuer la spectroscopie de Fourier à l'aide de types d'interféromètres connus comme, par exemple, des interféromètres de Michelson, le procédé permettant d'obtenir de hauts degrés de résolution et d'éviter des désaåustements incontrôlables des miroirs lors de l'enregistrement et étant ainsi applicable également au domaine spectral de l'ultra-violet. On connaît un procédé de spectroscopie de Poudrier effectué au moyen d'un interféromètre Michelson et dans lequel la différence de parcours des rayons interférants est constamment modifiée en déplaçant un miroir terminal dans un bras d'interféro- mètre. I1 est, en outre, connu d'effectuer la spectroscopie de Fourrier en produisant des interférences à coin qui sont photographiées et ensuite reconstituées optiquement. Ce procédé est connu sous le nom de spectroscopie holographique. Le procédé utilisant le déplacement de miroirs et l'enregistrement photoélectrique a été utilisé d'une manière très satisfaisante dans le domaine spectral de l'infrarouge lointain et moyen. L'application de ce principe à des domaines de plus courtes longueurs d'onde se heurte cependant à des difficultés.Le déplacement d'un miroir interférométrique pour faire varier la différence de parcours doit s'effectuer avec une haute précision mécanique afin d'éviter un désajustement optique. Même de faibles pivotements ou rotations d'un miroir en cours de transport peuvent conduire à des erreurs considérables lors de l'enregistrement de l'interférogramme. Les erreurs relatives augmentent avec la diminution de la longueur d'onde. La deuxième difficulté consiste à obtenir une vitesse de déplacement v constante ou contrôlée avec précision du miroir déplaçable puisque l'association de l'intensité mesurée à la différence de parcours réalisée s'effectue par l'intermédiaire d'une mesure de temps. A cet égard, il s'applique l'équation = 2vt où t représente le temps. Dans la spectroscopie holographique, un champ étendu d'interférences à coin est enregistré dans une émulsion photographique. L'enregistrement s'effectue avec des miroirs stationnaires mais il ne permet qu'un pouvoir de résolution plutôt réduit qui est conditionné par le pouvoir de résolution du récepteur et par l'étendue du champ visuel. La présente invention a pour but de rendre les avantages inhérents 8 la spectroscopie de Fourier également utilisables pour des domaines spectraux à faibles longueurs d'onde, en particulier aux domaines du visible et de l'ultra-violet. Elle vise à permettre, pour des différences de parcours quelconques requises dans les domaines spectraux de l'infrarouge proche, du visible et de l'ultraviolet, d'enregistrer sans erreur notable des interférogrammes du rayonnement à mesurer. À cet égard, il s'agit, d'une part d'éviter ou de contrôler de manière simple les désaåustements pouvant se produire lors du transport des miroirs et, d'autre part, de réaliser des différences de parcours suffisamment importantes pour faire face à des problèmes posés par des résolutions moyennes ou importantes. Ce but est atteint suivant l'invention par le fait que la différence de parcours optique dans l'interféromètre subit, d'une part, des variations par suite de la formation d'un angle de coin entre les rayons partiels interférants et est, d'autre part, modifiée par intervalle par suite du transport pas à pas d'un miroir terminal en direction de l'axe optique, et que l'interférogramme du rayonnement à mesurer et l'interférogramme d'un rayonnement de référence sont envoyés, séparément quant à leur emplacement, sur un même récepteur opérant la décomposition sur une étendue plane. l'interférogramme du rayonnement de référence est utilisé dans chaque nouvelle position arrêtée en tant qu'échelle pour des désajustements du miroir terminal déplaçable de l'interfé romètre. I1 est avantageux que la fréquence de modulation dans l'interférogramme du rayonnement de référence soit choisie de façon qu'elle puisse servir de générateur de repères permettant d'explorer l'interférogramme du rayonnement mesuré suivant le théorème d'exploration (échantillonnage). Suivant un autre mode de réalisation avantageux du procédé suivant l'invention, les images d'interférences peuvent être reçues par un tube image électronique, puis mises en mémoire et traitées ultérieurement. Pour effectuer le procédé décrit cidessus, on utilise un dispositif dans lequel, suivant l'invention, les miroirs terminaux de l'interféromètre utilisé peuvent pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'axe optique du dispositif et peuvent être arrêtés dans une position angulaire choisie, l'un des miroirs terminaux pouvant, en outre, être déplacés pas à pas en direction de l'axe optique.Pour contrôler la différence de parcours réalisée dans l'interférogramme après chaque opération d'enregistrement, il est disposé, dans le champ d'image, un diaphragme derrière lequel se trouve un dispositif compteur permettant de compter les franges d'interférences du rayonnement de référence qui défilent lors de l'avance du miroir. En outre, il se trouve dans le champ d'image deux repères fixes, limitant l'image, qui sont enregistrés en même temps à chaque opération d'enregistrement et permettent aux différentes parties de l'interférogramme de s'enchainer correctement en phases. Dans une variante avantageuse du dispositif, il se trouve, sur le support du miroir terminal dépla çable, un deuxième miroir ajustable indépendamment de ce dernier et qui, à l'état arrêté, ne permet aucun mouvement par rapport au miroir terminal transmettant le rayonnement à mesurer. Le procédé proposé, effectué à l'aide d'un dispositif réalisé suivant l'invention, ne nécessite pas un guidage à chariot hautement précis pour le miroir terminal transportable ni une vitesse d'avance constante ou contrôlée qui représentent la majeure partie des travaux et coûts nécessaires à la construction de spectromètres de Fourrier. L'enregistrement stationnaire et le contrôle simpie des désajustements, au moyen de l'échelle enregistrée en meme temps, éliminent les obstacles principaux s'opposant à une application commode de la spectroscopie de Fourier dans les domaines spectraux à faibles longueurs d'onde. La présente invention est expliquée plus en détail cidessous à l'aide d'un exemple de réalisation illustré aux dessins annexés. La fig. 1 représente l'agencement optique d'un dispositif suivant l'invention utilisant un interféromètre de Nichelson. La fig. 2 représente un enregistrement interférographique obtenu par le procédé suivant l'invention et comportant un rayonnement mesuré et un rayonnement de référence qui sont enregistrés séparément quant à leur emplacement. le dispositif décrit en tant qu'exemple de réalisation et représenté à la fig. 1 utilise un interféromètre de Nichelson. Les miroirs interféromètriques Sp' et Sp" sont réglés sous forme de coin. Le rayonnement à mesurer émis par la source lumineuse Q passe par l'objectif 01 et est décomposé par le diviseur de rayonnement T en deux faisceaux partiels. Un faisceau partiel arrive sur le miroir interférométrique Sp' où il est réfléchi, puis est dévié par le diviseur de rayonnement g et, après être passé par l'objectif 02, arrive sur la surface réceptrice E. l'autre faisceau partiel est réfléchi par le miroir interférométrique Sp", traverse le diviseur de rayonnement T, passe par l'objectif 02 et parvint également sur la surface réceptrice E. Le pouvoir de résolution pouvant être obtenu dans ce premier stade est limité, comme dans le procédé holographique, par le pouvoir de résolution du récepteur et par l'étendue du champ visuel. Par conséquent, après avoir déplacé le miroir interférométrique Sp' d'une quantité correspondant à la différence de parcours réalisée par le coin et après avoir arrêté à nouveau le miroir interférométrique déplaçable Sp', on continue à procéder à l'enregistrement de l'interférogramme. Ce processus peut être répété en principe aussi souvent que Jugé utile.Sur cette surface réceptrice E, on applique, dans les mêmes conditions d'enregistrement, l'interférogramme d'une ligne quasi-monochromatique (par exemple la ligne rouge du cadmium, une ligne filtrée du rayonnement mesuré, un rayonnement laser) qui est cependant séparé quant à son emplacement, de l'interférogramme du rayonnement mesuré (fig.2). L'interférogramme du rayonnement de référence sert d'indicateur et d'échelle pour des désajustements du miroir interférométrique déplaçable Sp' après l'arrêt à chaque opération d'enregistrement. Des rotations aléatoires ou conditionnées par le dispositif, effectuées par le miroir interférométrique Sp'autour d'un axe vertical conduisent à un élargissement ou une compression de l'interférogramme tant en ce qui concerne le rayonnement mesuré que le rayonnement de référence.Un pivotement autour d'un axe horizontal conduit à une rotation des ensembles de franges d'interférences dans le champ visuel. La fréquence de modulations dans l'interférogramme du rayonnement de référence est choisie de façon qu'elle puisse servir de générateur de repères permettant d'explorer l'interférogramme du rayonnement mesuré suivant le théorème d'exploration. Â cette fin, une longueur d'onde adaptée au rayonnement à mesurer peut être choisie pour le rayonnement de référence ou bien une partie du miroir interférométrique Sp' sur le dispositif de déplacement à chariot est réalisée de façon à pouvoir être réglée séparément autour d'un axe vertical.La relation directe entre l'interférogramme de mesure et l'échelle de référence aux points d'exploration est particulièrement avantageuse pour la transformation de Fourier effectuée subséquemment par le calcul. L'interférogramme de référence monotone enregistré en même temps assure la possibilité indispensable d'associer les intensités dans l'interférogramme de mesure clairement à la différence de parcours réalisée. Un dispositif compteur placé derrière un diaphragme et qui indique le nombre des franges d'interférences du rayonnement de référence défilant lors du transport du miroir, renseigne sur le déplacement quantitatif du miroir à chaque pas. Il prend également soin que les différentes parties se chevauchent.Pour permettre à une partie de l'interférogramme de s'enchaîner, correctement en phase, à l'autre partie, deux repères stationnaires sont enregistrés en même temps dans l'interférogramme. En tant que récepteurs d'images interférographiques, on utilise en général des émulsions photographiques. La spectroscopie holographique de Fourier nécessite en particulier des matières à haut pouvoir de résolution pour obtenir des résolutions tant soit peu acceptables. Ces matières sont cependant peu sensibles à la lumière. Néanmoins, en raison de la technique d'enregistrement pas à pas, le procédé suivant l'invention permet d'utiliser même des récepteurs qui ne présentent qu'une faible résolution dans l'espace. On peut utiliser notamment un tube électronique d'image pour l'enregistrement. Dans ce cas, sous l'action de l'échelle de référence, le rayonnement mesuré peut être prélevé automatiquement aux points d'exploration afin de permettre un traitement ultérieur rapide des données dans des calculateurs électroniques. REVENDICÂTIONS 1. Procédé pour effectuer la spectroscopie de Fourier en utilisant un interféromètre connu, caractérisé en ce que la différence de parcours optique dans l'interféromètre subit, d'une part, des variations par suite de la formation d'un angle de coin entre les rayons partiels interférants et est, d'autre part, modifiée pas à pas par des parcours différents des rayons partiels sur l'axe optique des branches interférométriques, en ce que l'interférogramme du rayonnement à mesurer et l'interférogramme d'une ligne quasi-monochromatique représentant le rayonnement de référence sont envoyés séparément, quant à leur emplacement, sur le même récepteur opérant la décomposition sur une étendue plane et en ce que l'interférogramme du rayonnement de référence est utilisé dans chaque nouvelle position arrêtée en tant qu'échelle flexible pour des désaåustements du miroir terminal déplaçable de l'interféromètre. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de modulation dans l'interférogramme du rayonnement de référence est choisie de façon qu'elle puisse servir de générateur de repères permettant d'explorer l'interférogramme du rayonnement mesuré suivant le théorème d'exploration (échantillonnage). 3. Procédé suivant l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que les images d'interférences sont reçues par un tube image électronique, puis sont mises en mémoire et traitées ultérieurement. 4. Dispositif pour effectuer le procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les miroirs terminaux de l'interféromètre utilisé peuvent pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'axe optique du dispositif et peuvent être arrêtés dans une position angulaire choisie, en ce qu'en outre l'un des miroirs terminaux peut être déplacé pas à pas en direction de l'axe optique, en ce qu'il est prévu, derrière un diaphragme situé dans le champ d'image, un dispositif de comptage permettant de compter les franges d'interférences du rayonnement de référence défilant lors de l'avance du miroir et en ce qu'il est prévu, en outre, dans le champ d'image deux repères fixes limitant l'image et qui sont enregistrés en même temps à chaque pas d'enregistrement 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est monté sur le support du miroir terminal déplaçable un deuxième miroir ajustable indépendamment de ce dernier et qui, à l'état arrêté, ne permet aucun mouvement par rapport au miroir transmettant le rayonnement mesuré.