Brevet FR2260788A1 — publié le 19750905

L'invention concerne un dispositif de dispersion d'un rayonnement en radiations mono chromatiques et plus particulièrement le montage optique d'un système comportant une pluralité de monochromateurs montés en série. Un spectroscope ou spectrographe est principalement constitue d au moins un monochromateur destiné a séparer un rayonnement en; radiations monochromatiques afin de constituer son spectre. L'élément dispersif d'un monochromateur est un prisme, un réseau ou encore un interféromètre. Le pouvoir de résolution, c'est-à- dire l'aptitude à séparer les radiations de longueur d'ondes différentes des monochromateurs a été notablement ameliore' grâce à la technique d'obtention des réseaux. Les réseaux généralement utilises sont des réseaux de réflexion, du type échelette par exemple. Un monochromateur à réseau plan de réflexion est essentielle- ment constitué d'une fente d'entrée par laquelle passe le fais- ceau à décomposer, d'un miroir concave ou d'une lentille destiné à rendre le faisceau parallèle, d'un réseau sur lequel les rayons parallèles sont réfléchis, se recouvrent et interfèrent et d'une fente de sortie vers laquelle les rayons réfléchis par le réseau sont rendus convergents au moyen d'un autre miroir concave ou d'une lentille. Le montage classique d'un tel monochromateur est celui connu sous les noms "Ebert-Fastié". Les fentes d'entrée et de sortie disposées parallèlement aux traits du réseau sont situées dans ce montage de manière telle qu'elles projettent sur le plan dudit réseau de part et d'autre de ce dernier dans une direc tion perpendiculaire à ses traits. Une telle disposition présente l'inconvénient d'une réflexion parasite vers la fente de sortie de l'image spectrale de la- fente d'entrée formée sur le réseau. Pour obvier cet inconvénient l'invention a pour objet un - dispositif de dispersion d'un rayonnement en radiations mono- - chromatiques constitué d'un monochromateur comprenant un réseaux plan par réflexion, deux miroirs sphériques, une fente d'entrée et une fente de sortie, remarquable en ce que les fentes respectivement d'entrée et de sortie du monochromateur se projettent sur le plan du réseau de part et d'autre de ce dernier et dans le prolongement des traits dudit réseau, les miroirs sphériques tant convenablement disposés et orientés pour diriger de manière appropriée le faisceau étudié. Ainsi les images spectrales formées à côté du réseau ne peu- r vent plus retomber sur sa surface. Cette disposition permet en outre de diminuer très sensiblement par rapport au montage clas- si que la diffusion due aux abérrations. Pour améliqrer le pouvoir de résolution et diminuer la lumière parasite d'un système dispersion, il a été imaginé de mon-ter plusieurs monochromateurs en série. Cependant si dans un montage de monochromateurs en série de type additif, le pouvoir de résolution est amélioré, le nombre de surfaces de réflexion est augmenté, puisque chaque monochromateur comprend un réseau et deux miroirs, ce qui nuit a la luminosité du dispositif. Un montage particulièrement satisfaisant est constitué de trois monochromateurs. Un tel montage dispose donc obligatoirement d'un minimum de neuf surfaces de réflexion. Afin de conserver l'avantage du montage préconisé pour un mo-l nochromateur et pour n'utiliser que le nombre minimum de surfaces optiques sans utilisation de miroirs de renvoi, l'invention a encore pour objet un dispositif de dispersion remarquable en ce qu'il est constitué de plusieurs, et de préférence trois, monochromateurs du type décrit ci-avant, montés en série, les réseaux étant alignés, coplanaires et munis d'un axe commun de rotation parallèle à leurs traits, la fente de sortie d'un monochromateur constituant la fente d'entrée du monochromateur suivant et en ce que les réseaux présentent leur face de réflexion alternativement d'un côté et de l'autre du plan commun des réseaux, les faisceaux d'entrée et de sortie d'un monochromateur passant d'un côté à l'autre dudit plan respectivement dans un sens et dans 11 autre. Le pouvoir de résolution de ce dispositif est alors sensiblement triple de celui d'un seul monochromateur tandis que la lumière parasite et le taux de ghost sont considérablement réduits. Ce dispositf présente de plus l'avantage d'un couplage aisé des fentes1 dont l'ouverture peut être réalisée en une seule opération et au moyen d'une commande unique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va. suivre et à l'étude des dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une représentation schématique en pérspective d'un dispositif selon l'invention constitué de trois monochro-mateurs montés en série. la figure 2 représente schématiquement une vue de dessus du dispositif de la figure i montrant le chemin optique d'un rayon lumineux, la figure 3 montre une vue latérale du premier monochromateur du dispositif de la figure 1. Le système dispersif représenté sur les dessins est formé de trois monochromateurs constitués chacun d'un réseau, de deux miroirs sphériques, d'une fente d'entrée et d'une fente de sortie. Le montage comprend donc trois réseaux R1, R2 et R3, ayant un axe commun G de rotation, six miroirs sphériques référencés par Ml, M2, Bol3, t111, M5 et M6 et quatre fentes F11 F2, F3 et F4. Les trois réseaux ont leur face de réflexion dans un même plan, le réseau central H2 ayant sa face de réflexion à ltoppo- sé de celle des deux autres. Dans l'exemple représenté les milieux des fentes FI, F2, F3 et F4 sont alignés sur l'axe de rotation G des réseaux. Les fentes Fi et F2 constituent respectivement les fentes d'entrée et de sortie du premier monochromateur formé également par le réseau Ri et les miroirs sphériques Ni et N2. De même les fentes ( F2 et F3) et (F3 et F4) constituent respectivement les fentes d'entrée et de sortie des deux autres monochromateurs comportant respectivement les réseaux 112 et R3 et les miroirs (N3 ,M4) et (MS, Ex6). Le dispositif de dispersion ainsi obtenu comporte donc la fente Fi comme fente d'entrée et la fente F4 comme fente de sont tie. Le faisceau à décomposer, schématisé sur les dessins par un seul rayon fléché traverse la fente F1, est dirigé sur le miroir sphérique Ni de manière à ce qu'il soit réfléchi en faisceau parallèle vers le réseau R1. Après réflexion dudit faisceau sous une incidence choisie du réseau Pi, il est renvoyé sur le miroir M2, qui focalise ledit faisceau sur la fente F2. Le miroir sphérique M3 est disposé sur le parcours optique du faisceau provenant de F2 et celui-ci le réfléchit sous la forme d'un faisceau parallèle sur le deuxième réseau R2. Le faisceau poursuit son parcours en passant respectivement par le miroir M4, la fente F3,. le miroir N5, le réseau R3, le miroir M6 et enfin la fente F4. le faisceau provenant d'une fente est rendu parallèle par réflexion sur un miroir, -tandis que le faisceau parallèle provenant d'un réseau est focalisé sur la fente suivante par le miroir intermédiaire. En considérant une disposition horizontale du dispositif comme montré à la figure 1, les miroirs M1 et M2 sont disposés de part et d'autre d'un plan horizontal tandis que leurs centres se trouvent sur la même verticale. Afin d'orienter convenablement les rayons1 les miroirs M1 et M2, forment sur llhori- zontal un angle inverse et égal tendant à rapprocher leurs faces de réflexion dudit plan horizontal (figure 3). De même ils formeront un angle inverse et égal par rapport à un plan vertical parallèle à l'axe G comme on peut le voir sur la figure 2. Les miroirs M5 et M6 seront disposés de la même manière que les miroirs Mi et M2 tandis que les miroirs M3 et R14 sont respectivement parallèles aux miroirs (M2, fi6) et (M1, M5). Les lèvres des fentes (F1, F3), d'une part et (F2, F4) d'autre part feront avantageusement un angle par rapport à l'axe G sensiblement égal respectivement à celui que font les miroirs (M1, M4 et M5) d'une part et à celui que font les miroirs (M2, M3 et A16) d'autre part. Les rayons observés sur la figure 2 ne sont évidemment pas dans le plan du dessin et la figure 3 permet seulement de représenter l'inclinaison des miroirs par rapport à l'horizontal.. I1 est bien évident que les dessins ne représentent que schématiquement une des réalisations possibles de l'invention. Pour des raisons de construction, il peut être avantageux par exemple de décaler les fentes du plan des réseaux et de les disposer de manière à ce que leurs milieux soient dans un plan parallèle à l'axe de rotation G et de préférence situés alternativement d'un côté et de l'autre de la projection dudit axe de rotation sur leur plan commun. La disposition des fentes selon l'invention apporte en outre un avantage considérable sur leur réglage. Chaque fente possède un réglage de position et d'ouverture individuel de type clas situe, mais leur disposition permet de les coupler de manière à ce que l'ouverture des lèvres les constituant s'effectue de manière identique et synchrone au moyen d'une seule commande. Il est en effet particulièrement intéressant de pouvoir obtenir des ouvertures identiques pour chacune desdites fentes. Le couplage peut consister par exemple en un couplage mécanique constitué d'un axe de rotation solidaire de quatre leviers destinés chacun à pousser, lors d'une rotation dudit axe, une tige agissant directement ou indirectement sur au moins l'une des lèvres d'une fente distincte pour chaque tige. L'utilisation de ce dispositif de dispersion est utilisable dans tous les types de spectromètrie, spectrométrie d'émission, d'absorption et à effet Maman. Suivant la spectrométrie désirée, l'optique d'entrée et de sortie du spectroscope utilisant ce dispositif de dispersion seront choisies en conséquence. C'est ainsi par exemple que pour une spectrométrie å effet RABAN; compte tenu de la variation du facteur de dépolarisation des raies Raman avec la direction d'observation, l'optique d' entrée sera de faible ouverture, objectif de F/0,95 ou F/1,2 par exemple, tandis qu'un systèmeréflex" sur la fente d'entrée ou avantageusement un accès direct sur celle-ci permet de régler et d'optimiser l'énergie qui tombe sur ladite fente. Le dispositif est d'un emploi particulièrement stable et d une haute précision. Les fentes F1, F2, F3 et F4 sont tout d'abord fermées avec précision à l'aide de leur système indiyi duel de réglage et au moyen par exemple d'un rayon lumineux les traversant que l'on arrête successivement par chacune d'elles. L'ouverture commune désirée des quatre fentes est ensuite obte- nue grâce à leur couplage au moyen par exemple d'une vis micrométrique. Le rayonnement à étudier envoyé sur la fente d'entrée sera décomposé par le dispositif et chacune des radiations qui le compose sera isolée et observée par la fente de sortie, la rotation commune des réseaux faisant défiler le spectre devant ladite fente. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de dispersion d'un rayonnement en radiations monochromatiques constitué d'un monochromateur comprenant un réseau plan par réflexion, deux miroirs sphériques, une fente d'entrée et une fente de sortie, dispositif caractérisé en ce que les fentes respectivement d'entrée et de sortie du monochro mateur se projettent sur le plan du réseau de part et d'autre de ce dernier et dans le prolongement des traits dudit réseau, les miroirs sphériques étant convenablement disposés et orientes pour diriger de manière appropriée le faisceau étudié. 2 - Dispositif de dispersion d'un rayonnement en radiations monochromatiques caractérisé en ce qu'il est consti-tué de plu sieurs, et de préférence trois, monochromateurs selon la reven dication 1 montés en série, les réseaux étant alignés, co planaires et munis dlun axe commun de rotation parallèle à leurs traits, la fente de sortie d'un monochromateur consti tuant la fente d'entrée du monochromateur suivant et en ce que les réseaux présentent leur face de réflexion alternativement d'un côté et de l'autre du plan commun des réseaux, les fais -t ceaux d'entrée et de sortie d'un monochromateur passant d'un côté à l'autre dudit plan respectivement dans un sens et dans 1 ' autre. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce | que les milieux des fentes sont sensiblement dans un plan parallèle a l'axe de rotation des réseaux et qu'ils sont de préférence situés alternativement d'un côté et de l'autre de la projection de l'axe de rotation sur ledit plan commun. 4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les milieux des fentes -sont-alignés sur l'axe de rotation des réseaux. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que les lèvres des fentes font un petit angle par rapport à l'axe de rotation des réseaux alternative ment dans un sens et dans l'autre, angle qui est sensiblement reproduit par le ou les miroirs sphériques sur lesquels chacune d'elle est focalisée. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 dans lequel chaque fente est munie d'un réglage individuel de positicil et d'ouverture, caractérisé en ce que les fentes sont couplées de manière à ce que l'ouverture des lèvres les constituant s'effectue de manière identique et synchrone au moyen d'une seule commande. 7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le couplage des fentes est un couplage mécanique constitué d'un axe de rotation solidaire de leviers destinés chacun à pousser, lors d'une rotation dudit axe, une tige agissant directement ou indirectement sur au moins l'une des lèvres d'une fente distincte pour chaque tige.