Brevet FR2319887A1 — publié le 19770225

La présente invention a été faite avec la collaboration de Me@@ieurs Claude CHALIER, René Le TOULLEC et Gilles ARIE. L'invention a pour objet un perfectionnement à l'interféromètre de Michelson pour la spectrométrie par transformée de Fourier en temps réel. Etant donné une source lumineuse L, un détecteur mesure l'inteasité du @hén@mène d'interférences entra les deux faisceaux fournis par une séparatrice S et réfléchis par les miroirs plans M1 et M2 en fonction de la différence de chemin optique parcouru : c'est l'inter- férogramme de la source L étudiée. La différance de chemin optique est 2 (SM1 - SM2) = 2#. Le miroir M1 mobile est solidaire d'un dispositif, par exemple, un système de franges de Moiré, pesmettant de mesorer les variations de# avec précision. Le @ignal analogique isau du détecteur D est amplifié, digitalisé et enfin traité par un calculateur qui en effectue la transformée de Fourier : on obtient ainsi le spectre de la sourcë L étudiée. Le caloulateur ne traite qu'une série de valeurs disorètes correspondant à des différenoes de chemin optique, multiples de 2#. Si on place une substance queleonque sntre la séparatrice S et la dé tecteur D l'iuterférogramme obtenu sera celui de la lampe L modulé par cel@@ de la subatan@@@ et la transformée de Fourier de cet inter @erog @amme égale au produit des spectres de la lampe L et de la @ubstan@@@@ nans les r@alisations antérioures, on a eru nécessaire d'enregistrer d'abord le speatre de la souroe L, ensuite le produit des spectres de @@@@@@@@@@@@@ de la substance at d'en faire le rapport au moyen du calculateur.L'inconvénient majeur de ce procédé est la non repro- ductibilité des mesnres : il faut en effet, que les deux spectres coiaut soregistrés dans les conditions rigoureusement identiques pour que leur rannort soit significatif et représente bien le ssectrc de la substance seule. La non reproduetibilité des mesures provient prineipalsment de la mauvaise stabilité de la source L, de la non linéarité du déplacement du miroir mobile M1 et de la mauvaise stabilité de l'ensemble de détection. Dans cas conditions, il est par exemple très difficile d'obtenir un bon résultat en valeur absolue pour un spectre enregistré dans l'infra rouge lointain à une longueur d'onde supérieure à 100 microns. Au contraire, selon la présente invention, on n'utilise qu'un seul déplace@ent unidirectionnel du miroir mobile M1 pour enregistrer si@@ltané@ant des interférogra@@es de la s@arce seule et de la source plus la substance de façon à éliminer les carses de non reproduetibilité des mesures, le second droir, habituellement fixe ayart un ouvement alternatif entre deux @ositions. Selon l'invention, pour enregistrer les deux interférogragmes source et soures + s@bstance au cours d'un seul déplacement du miroir @o@@ile M1, on décale lës deux enregistrements dans le temps en prenant successivenont et elternativement un point de l'interfécgramme suurce et un @oint de l'interférogramme source + subst nce, ce qui peut s'obtenir en interposant de façon synchr@@e la substanc entre la lame séparatrice et le détocteur. A l'insta t t + 0, les deux trejets optiques SM1 at SM2 sont égaux : la différence de trajets optiques# est donc nulle. On dennera, ci-après, u@e description plas développée de l'invantion sang que la demanderes@e entende li@iter la portée générique de son invention aux particularités ou par les partiqularités spéoifiques à l'axemple choisi pour l'illustration. La figure l se compose en réalité de 3 diagrammes lA, lB, lC qui ont été réunis pour faciliter la référence des uns aux autres. La figure 2 représente schématiquement un autre perfectionrement. Dans les @@@gu@es 1 A at ID, les différences de marche sont portées en abscisses, mais dans la figure lB, les déplacements sur l'axe O2M1 sont les déplacements du miroir M1, marqués par de potits triangles, et les déplacements sur l'axe O'2M2 sont les déplacements du miroir M2 marqués par de petits carrés. Dans la figure lC, les temps sont ortés sn abscisses et les différences de marche en ordonnées. Le rapprochement des axes O2M1, O'2M2,O3t per et de se rendre compte des décalements s@ecensifs dans l'espace et aus le te@ps. La pre@ière intensité mesurée correspond au premier point l de l'interférogra@@e de la source (figure lA). Loraque le miroir @obile M1 a@@parcouru la distarce.# on tra@slate le miroir M2 de la même quantité.La différance de trajets optiques est alors nulle et si l'@@@@interpose la substance à étudier, l'inteneité @esurée au point 2 correspondra au prenior point de l'interférogrn@@@ @@purce + substance (figure 1C). Lorsque le @iroir M1 a parc@@@@@ la désta@@@@ @#, @@@@@@@@@@@@ le @iroir M2 sa position @iti@le (figure 2@). L@@@@@@@@ffére @@@@@ chemin optique est alors 2 # = 2 (S@2 - @@1) = 2 x 2# = 4#, ce qui correspond an@@leuxiè@e poirt 3 @@ l'interfér@@ra e @@@@la source. Lorsque le miroir M1 @@ arec @@ la @@@@@@@@@@ # #, or déplace le miroir M2 de la quartité #, @@@@ @@@erpose la @@@bvatan- ce à étudier.La différence de che in optique est lors : # = 2 (SM2 - SM1) = 2 (3# - #) = 4#, ce qui corres@@nd au deuxième point 4 de l'interférogra@@e de la source + sub@ta@@@@ et ainsi de suite. On obtient bien ainsi doux intarférogra. es décalés dont les points sont prélevés aux mêmes écarts de différence de cheain optique (fréquence d' échantilloanage des point@ de l'imterférogra@e). Dans la pratique, ou fera varier le miroir fixe d'@@e qu@ptité# à condition de prendre au @oins 4# co@@@e fréquence l'échantillonnage. On pourrait prendre aussi @#, 8# etcl... La fréquence d'échantillonnage condition@e le nom@re des points de l'interférogramme et done la définition de celai-ci et par censéquent, la résolution du spectre obtenu par transforée de Fourier. Selon un second perfectionnement, la demanderesse a recon@@ qu'il est nécessaire que le déplacement du m@@oir fixe M2 soit aussi précis que possible, parfaitement reproductible et qu'il soit effectué dans un temps au plus égal au temps mis par M1 pour parcourir la distance#. Avec ces objets en vue, on reconnait qu'un @iroir pla de relativement grande surface (environ 6 cm de d'amètre) est difficile à déplacer avec une telle précision dans un temps au@si court. Il est done préférable, suivant un autre mode de réa isation de l'invention, de ramener le problème des déplacements relatifs @ celui d'un miroir de petite dimension. Pour cela on a avantage à utiliser une configuration de deux riroirs sphériques concave Cv et convexe Cc concentrique a@@elée. "@eil de Chat" (figure 2). Ce dispositif, en soi connu, mais pour d'autres objets, a la particularité de réfléchir un ra@on lu@ine@x parallè lement à la direction incidente quelque soit l'orientation de celle ci. Il peut done avantageusement re@lacer @@@@@iroir plan. Le petit @i@oi@ co@@@@ (M@@@@tre @@@@ @@vire) @@@@@@@@@@@@@t ôtre @@@@@@@ @ @@@ @@@@@i@@@@@ ian@-@ectri@ qui @@@@@@@@@@éplec@@ert @roporti@@@al l@ tonsio qu'@ @@i Sé@iv@é (4 per v@lt @@por c@@@@@) avac une précision et une reprod@cti@i@@ité re@arqsables. U@@eWpilage de 10 céra@iques identiques de a 40 par velt et une rég@letio@ de temsion à # 25 volts per@et d'obte@ir @ne précigion de # 0,1 sur un dé@lacement de l'erdre de 5 . Dans la pratique, on translate le miroir Cv d'ane quast@ité @@@le à #/2, ce qui crée ne différance Ce che @@@@optique é@@@@@@@@#. Cstto différence de ositious du diroir co vexe n'est par s@@fis@nte pour nodifier le réglage optique de l'Ceil de Chat. U@@@ tè@e @@@lc@@que à de@@@ ositions de t@@@e cl@ sigue, nos décrit, erant d'érter@oser l'échantillon @@@@@@@@@@ te@ps égal a@@@@@@@@@@@@ tr@@@@@lation du @iroir fixe. On réali a airai, @@ véritable @ ter@éro@èro@ètre "@ u@de faiscaau" permettant la mespre sim@ltarée de @eux spostres et de leur rapport en temps réel. 1 - Perfectionnement aux interféromètres de Michelson travaillant en teups réel pour la spectrométrie par transformée de Fourier, caractérisé en ce que pour enregistrer les interférogra@@es d'une source lumineuse d'une part st de la môme source lumineuse avec interposition d'une substance à étudier d'autre part, on utilise le seul mouvement continu et cnidirectionnel de l'un des miroirs, l'autre @iroir étant seulement animé d'un mouvement alternatif discontinu de même amplitude. 2 - Perfectionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on donne à la substance à étudier un mouvement alternatif de même période pour l'insérer périodiquement dans le trajet du faisceau -lumineux. 3 - Perfectionnement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on/utilise un dispositif optique constitué par un petit miroir concave et un plus grand miroir convexe. 4 - Perfectionnement selon la revendication 3, caractérisé an ce que seul le petit miroir concave est aobile. 5 - Perfection@anert selon la revendication 3, caractérisé er ce que le petit miroir est solidaire d'au moins une céramique piezo-élecbrique.