Brevet FR2177437A1 — publié le 19731109

La présente invention concerne un spectromètre multicanal digital permettant d'obtenir directement le profil du spectre d'une source lumineuse. On connaît déjà un spectromètre multicanal pour analyse. spectrales de sources lumineuses à fonctionnement analogique, et comportant les éléments suivants - un filtre interférentiel passe-bande effectuant la sélection de la bande ayant la largeur de la longueur d'onde dans laquelle se place le phénomène à analyser; - un disperseur optique du type Fabry-Pérot déviant différentiellement les longueurs d'ondes différentes; - un système optique à miroirs recevant chacun une bande étroite de longueur tonde et ltadressant chacun sur un photomultiplicateur distinct, définissant ainsi n canaux; - n chaînes électroniques, comportant chacune un amplificateur à fonction intégratrice, associées aux n canaux; - n systèmes de visulLsati9n et/ou d'enregistrement. Ce type de spectromètre conduit à dresser n courbes d'intensité en fonction du temps. Chaque courbe, correspondant à un canal de longueur d'onde, nécessite un dépouillement long et fastidieux du réseau de courbes pour obtenir à un instant donné le spectre de la source lumineuse. L'invention a surtout pour but de réaliser un nouveau spectromètre multicanal digital permettant d'obtenir instantanément et à chaque instant, sous forme échantillonnée et digitale, le spectre d'une source lumineuse, notamment en vue de mesurer la température ionique d'un plasma récurrent à partir de l'élargissement par effet Doppler d'une raie.Le choix d'un disperseur interférentiel du type FabWPérot déviant les différentes longueurs d'ondes de la raie émise par la source de lumière sur un système de n miroirs annulaires angulairement décalés entre eux pour définir n voies spectrales, ainsi qu'un système digital d'acquisition et de présentation des résultats s'est imposé, d'une part, en raison de l'extrème sensibilité demandée (le plasma étant peu lumineux) et d'autre part, par suite de la grande souplesse d'emploi de l'électronique digitale permettant une synchronisation aisée avec un temps de pose très variable. De plus les informations digitales sont exploitables par une calculatrice. Le spectromètre faisant ltobjet de la présente invention est remarquable en ce que des voies spectrales sont analysées par des photomultiplicateurs dont les impulsions correspondant aux photo-électrons sont amplifiées et comptées dans n échelles de comptage. Chacun des photomultiplicateurs fait partie d'un canal comportant un amplificateur rapide suivi d'un circuit à seuil détectant une impulsion relative à un seul photo-électron contenu dans lesdits photo-électrons, une échelle de comptage comptabilisant lesdites impulsions. Les échelles de comptage comportent une porte de synchronisation, par exemple sur le plasma récurrent et le spectre est analysé par un système dtinterrogation des échelles de comptage. La figure unique représente de façon schématique llen- semble du spectromètre multicanal digital suivant l'invention. Sur cette figure, et dsune manière connue, les rayons lumineux issus de la source 1 à analyser +raversent un filtre interférentiel passe-bande 2. Un disperseur optique 3 du type Fabry-Pérot divise différentiellement les longueurs tonde des rayons lumineux sur un système 4 4s de n miroirs annulaires concentriques et décalés entre-eux de 300. Ce système appelé FAFNIR est décrit notamment dans learticle de J.Gn HIRSCHBERG et P. PLATZ dans 'Applied Optics, vol. 4, no 11, novembre 1965, p. 1375.Il peut être remplacé par un système équivalent désigne sous le nom AXICON et décrit dans un article de J. KATZENSIEIN Applied Optiest', vol 4, nO 3, mars 1965 p. 63 ou par tout dispositif équivalent à fibres optiques. Ces miroirs adressent les différentes bandes de longueur d'onde sur des photomultiplicateurs 5 distincts.Dans le spectromètre selon l'invention chacun des photomultiplicateurs est relié individuellement à un canal comportant un amplificateur rapide 6 suivi dsun circuit à seuil 7 détectant l'impulsion relative à un seul photo-électron et une échelle de comptage 8 des photo-électrons de chaque canal Ainsi, douze échelles telles que 8 comptabilis-nt le nombre d'impulsions des photo-eletrons emis par douze photocathodes (non figurées). Un analyseur multicanal 10 effectue une interrogation séquentielle de l'échelle de chaque canal et transfère les informations digitales de celle-ci sur un oscillographe 11 qui visualise le profil spectral. Parallèlement, les douze nombres (ou informations) sont perforés sur le ruban d'une perforatrice 12 et après lissage en calculatrice 13 du profil (Gauss, Airy etc.) délivrent directement la largeur spectrale 14 ou tout autre résultat physique souhaité (par exemple température ionique, densité électronique etc.). Un dispositif de synchronisation 9 en soi connu à commande manuelle, ou automatique, ou encore programmée déclenche le fonctionnement des échelles d'après la nature du phénomène observé. PERFORMANCES - Sensibilité: très supérieure à celle d'un spectromètre monocanal classique à réseaux. Une précision sur la largeur spectrale de plus ou moins 10 % (soit + 20% sur la température ionique) est obtenue avec seulement 300 photo-électrons dans toute la raie. O O - Résolution spectrale: comprise entre 0,01 A à 10 A, selon l'épaisseur du disperseur de Fabry-Pérot. - Temps de pose: synchronisable ou récurrent et variable de 10 microsecondes à plusieurs heures. - Visualisation du profil: un ou plusieurs profils correspondant à des conditions différentes peuvent être visualisés; - Sortie sur perforatrice et calculatrice par lissage et impression des résultats. Il faut noter que ce spectromètre s'applique particulièrement bien à l'observation de phénomènes très peu lumineux et qui demandent un temps de pose très long que ce soit en observation continue ou en fonctionnement récurrent (cas du plasma). Le spectromètre suivant l'invention s'applique à l'enregistrement rapide des voies photométriques d'un profil de raies optiques quelconques, gaussiennes ou non et au traitement de leur contenu. A titre d'exemple, on peut citer, en spectrophotométrie, le dosage d'éléments rares en calant les voies sur des raies caractéristiques, le rapport d'intensité de raies et toute corrélation entre plusieurs lumières à spectres larges ou étroits. Le spectromètre s'applique également à divers domaines de la chimie, de l'astrophysique, de la physique atomique et nucléaire. REVENDICATIONS 1. Spectromètre multicanal digital à disperseur du type Fabry-Pérot à n aboies spectrales, caractérisé en ce que lesdites voies spectrales sont analysées par- des photomultiplicateurs dont les impulsions correspondant aux photozélectrons sont amplifiées et comptées dans n échelles de comptage. 2 Spectromètre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des photomultiplicateurs fait partie d'un canal comportant un amplis ficateur rapide suivi d!un circuit à seuil détectant une impulsion relative à un seul desdits photo-électrons, une échelle de comptage comptabilisant lesdites impulsions 3 Spectromètre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les échelles de comptage comportent une porte de synchronisation sur- le phénomène lumineux à observer 4. Spectromètre suivant la revendication 1, caractérisé par un système d'interrogation séquentielle des n échelles de comptage et par un système de visualisation du contenu desdites échelles. 5 Spectromètre suivant la revendication 4, caractérisé en ce quil comporte un dispositif de calcul effectuant le lissage d!une courbe spectrale provenant du système de visualisation.