Brevet FR2325911A1 — publié le 19770422

La présente invention concerne un dispositif pour l'enregistrement photoélectrique de spectres qui comprend une source de rayonnement à examiner, dont le rayonnement est dirigé au moyen d'un premier système de formation d'image optique sur un premier récepteur photoélectrique auquel est relié un enregistreur, le système de formation d'image étant composé d'au moins deux éléments optiques entre lesquels s'établit un faisceau de rayons sensiblement parallèles sur le trajet duquel est monté un moyen optique capable de décomposer le rayonnement spectralement et qui se trouve dans une chambre sous pression raccordée à un appareil pour faire varier la pression. De tels dispositifs destinés à l'enregistrement photoélectrique de spectres à l'aide d'un interféromètre de Yabry- Pérot & pression réglable et dans lesquels la pression régnant dans une chambre sous pression entourant l'interféromètre de Pabry-Pérot est déterminée au moyen d'un manomètre et influe sur un enregistreur. Les dispositifs connus ont pour inconvénient que l'affectation de l'intensité mesurée à la longueur d'onde se réalise indirectement par l'intermédiaire de différentes grandeurs de sorte que plusieurs facteurs d'erreur entrent en jeu. Le plus couramment on utilise des régulateurs pour rendre linéaire la variation de pression, des dispositifs qui visent uniquement à l'obtention d'une certaine reproductibilité ou dans lesquels une variation de volume connue est utilisée pour en déduire la variation de longueurs d'onde.Dans ces dispositifs les résultats de mesure sont faussés par des variations de température qui provoquent des variations de longueur ou des variations d'indice de réfraction, par des variations dans la composition du fluide se trouvant dans la chambre sous-pression ou par des défauts de précision dans les conditions de fonctionnement de l'appareil de variation de pression et de l'enregistreur. Afin d'éviter ces facteurs d'erreur la présente invention crée un dispositif pour l'enregistrement photoélectrique de spectres qui associe au spectre enregistré une échelle de longueurs d'onde soumise aux mimes influences que celles s'exerçant sur le dispositif d'enregistrement spectral lui mSie La solution apportée à ce problème suivant la présente invention consiste en ce qu'il est prévu un équipement comparateur comprenant un laser et, disposés les uns à la suite des autres sur le trajet de rayonnement du laser, un moyen d'élargissement optique, un second système de formation d'image optique, dans lequel s'établit un trajet de rayons sensiblement parallèles, un diaphragme présentant au moins deux ouvertures différentes, et au moins un second récepteur photoélectrique, en ce qu'il se trouve à la suite du second récepteur photoélectrique un compteur décompteur, en ce que sur le trajet de rayons parallèles du second système de formation d'image ge optique un étalon est placé dans une chambre sous pression qui communique avec la première chambre sous pression et en ce que le compteur/décompteur est relié à l'enregistreur. Suivant la présente invention il est associé au dispositif pour l'enregistrement du spectre un équipement comparateur dont l'étalon est soumis exactement aux mêmes conditions internes et externes que celles auxquelles est soumis le moyen optique décomposant le rayonnement sous forme de spectre. Dans ces conditions le dispositif pour l'enregistrement du spectre et l'équipement comparateur peuvent être placés suffisamment près l'un de 1 'autre pour que le moyen pour décomposer le rayonnement en forme de spectre et l'étalon se trouvent dans une seule chambre sous pression.Une autre possibilité consiste en ce que le moyen pour décomposer le rayonnement sous forme de spectre et l'étalon se trouvent dans des chambres sous pression diffé- rentes qui communiquent entre elles ou entre lesquelles est placél'appareil de variation de la pression. Au moyen de l'équipement comparateur il est associé au spectre enregistré dans l'enregisteur un système à intervalles dont les intervalles cor respondent à des variations de longueur d'onde connues. Etant donné que la façon dont les intervalles sont associés à la longueur d'onde est la 8me que celle dont le spectre est lié à la longueur d'onde, le système à intervalle fournit un étalonnage direct de l'échelle de longueurs d'onde dans le spectre enregistré. Des défauts de précision en ce qui concerne la variation ou la déterminatioa de la pression ainsi que d'autres in flueaces Qu milieu eevironnsat restent sans effet sur les mesures puisque le moyen pour décomposer le rayonnement sous forme spectrale et l'étalon sont soumis aux mêmes conditions de température et de pression et le fluide présente dans les deux cas la même composition.L'enregistreur peut être par exemple un style connecté au générateur d 'impulsions réalisé en tant que compteur/décompteur. Les impulsions du générateur d'impulsions sont enregistrées par le style, de m8me que le spectre, de sorte que dans l'enregistreur il se trouve associé à l'allure de la luminosité du spectre un systee à intervalles qui permet de mesurer directement de façon précise des différences de longueur d'onde. Avantageusement, le laser et l'étalon présentent la même construction. Par exemple, l'écartement des miroirs peut être matérialisé dans l'un et-l'autre par du verre quartzeux de mEme longueur. Ainsi plusieurs modes du laser ne produisent néanmoins derrière l'étalon qu'un seul signal lumineux et des variations de température identiques provoquent dans l'un et dans 1'autre des variations identiques d'écartement des miroirs. Le diaphragme est réalisé de telle sorte qu'en cas de variation de la pression deux signaux lumineux sinusoTaaux déphasés l'un par rapport à l'autre de 900 arrivent à des récepteurs photoélectriques de façon à permettre de commander un cowptsursdécompteur. Bes s signaux peuvent en outre être utilisés pour commander l'appareil de variation de pression. Le diaphragme est avantageusement réalisé de telle sorte que l'une de ses ouvertures soit semi-circulaire et le centre du diaphragme divise en deux parties égales la ligne droite limitant cette ouverture du diaphragme et que l'autre des deux ouvertures du diaphragme soit annulaire et les lignes courbées limitant cette autre ouverture intérieurement et exté- rieurement présentent respectivement un rayon plus petit et un rayon plus grand que celui de la ligne courbée limitant la première ouverture du diaphragme, les deux ouvertures étant diamétralement opposées par rapport au centre du diaphragme. Le moyen d'élargissement optique peut être réalisé sous forme de lentille ou de disque dispersif. Avantageusement il est réalisé sous forme de disque dispersif puisque cela permet d'éclairer complètement toute la section de l'étalon et de réduire la longueur de cohérence du rayonnement laser afin de supprimer des phénomènes d'interférence indésirables dus à la présence de montures des systèmes optiques sur le traJet des rayons. Le moyen optique pour décomposer le rayonnement sous forme spectrale peut être un réseau ou, dane le cas d'enregistrements à haut pouvoir de résolution, un interféromètre de Babry-Pérot. En cas d'utilisation d'un interféromètre de Fabry-Pérot l'écartement des miroirs dans l'étalon doit entre un multiple de l'écartement des miroirs de cet interféromètre. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide des dessins annexés. La fig. 1 représente schématiquement le dispositif suivant 1 'invention. La fig. 2 représente à titre d'exemple une forme de réalisation du diaphragme. La fig. 3 représente une partie du résultat obtenu dans l'enregistreur. La fig. I montre une source lumineuse à examiner 1, un diaphragme 2 qui, limitant le champ visuel et présentant une ouverture 3, se trouve dans le plan focal objet d'un premier système de formation d'image composé de deux éléments 4,5 et ayant pour axe optique Oi.Oi. Entre les éléments 4,5 constitutifs du système de formation d'image existe un trajet de rayons parallèles 6 sur lequel se trouve un interféromètre de Fabry Purot 7 comportant des miroirs formant résonateur 8,9. L'in- terféromètre de Fabry-Férot 7 est entouré par une chambre sous- pression 10 qui communique par 1 'intermédiaire d'un canal Il avec un appareil de variation de pression 12. Dans le plan focal image du système de formation d'image 4,5 est placé un diaphragme 13 présentant une ouverture 14 derrière laquelle se trouve un récepteur photoélectrique 15 auquel est relié électriquement un enregistreur 16. Au dispositif pour l'enregistrement du spectre est associé un équipement comparateur 17. L'équipement comparateur 17 comprend un laser 18 dont le faisceau de rayons 19 frappe un moyen d'élargissement optique 20. Le moyen d'élargissement optique 20 présente la forme d'un disque dispersif tournant autour d'un axe 21 et se trouve dans le plan focal objet d'un système de formation d'image optique constitué par deux éléments 22 et 23. Entre les éléments 22 et 23 s'établit un trajet de rayons parallèles 24 sur lequel est prévu un interféromètre de Zabry-Perot 25 comportant des miroirs formant résonateur 26, 27. Une chambre sous pression 28 communique par l'inter- médiaire d'un canal 29 avec la chambre sous pression 10 et enferme l'interféromètre de Fabry-Pérot 25.Dans le plan focal image du système de formation d'image 22, 23 est placé un diaphragme 30 représenté à la fig. 2 et qui présente deux ouvertures 31 et 32. A l'ouverture 31 sont associés un prisme déflecteur 33 et un récepteur photoélectrique 34 et à l'ouver- ture 32 sont associés un prisme 35 et un récepteur photoélectrique 36. Les récepteurs photoélectriques 34 et 36 sont connectés électriquement à un compteur/décompteur 37. Entre le compteur 37 et l'enregistreur 16 existe une liaison électrique 38 par l'intermédiaire de laquelle le compteur délivre des impulsions électriques à l'enregistreur. En outre, il existe entre le compteur 37 et l'appareil de variation de pression 12 une liaison électrique 39. A partir de la source lumineuse 1 un faisceau de rayons 40 arrive par 1 'ouverture 2 du diaphragme dans le système de formation d'image optique 4,5 et passe par Tinter féromètre de Fabry-Perot 7. Ce dernier réalise une décomposition spectrale du faisceau de rayons +0 et produit par l'intermédiaire de l'élément optique 5 une figure d'interférence dans le plan du diaphragme 13. Dans le récepteur photoélectrique 15 situé derrière le diaphragme 13 les différences d'intensité de la lumière décomposée spectralement sont converties en signaux électriques correspondants qui sont enregistrés dans l'enregistreur 16, comme représenté par 42 à la fig. 3. Dans l'équipement comparateur 17 un faisceau de rayons 19 produit par le laser 18 entre par le disque dispersif 20 dans le système de formation d'image optique 22, 23 et passe par l'interféromètre de Babry-Pérot 25 construit de maniè- re analogue au laser 18 La figure d1 interférence produite dans l'intertéromètre de Fabry-Perot 25 est formée au moyen de l'élément optique 23 sur le diaphragme 30. Ici les deux ouver tures 31 et 32 (fig.2) divisent la lumière en deux composantes déphasées de 900 qui sont amenées par l'intermédiaire des prismes 33 et 35 aux récepteurs photoélectriques 34 et 36. Les signaux à allure sinusoldale en fonction du temps, délivrés par les récepteurs photoélectriques 34 et 36, sont traités dans le compteur/décompteur 37 et un générateur d'impulsions (non représenté ) combiné avec le compteur 37 délivre à l'enregistreur 16 des impulsions pour étalonner la coordonnée x en longueurs d'onde. Du fait que les chambres sous pression 10 et 28 communiquent avec un appareil de variation de pression 12, une variation de la pression régnant dans les chambres sous pression 10, 28 a pour effet de faire varier l'indice de réfraction des fluides des chambres sous pression. Dans l'interféromètre de Fabry Pérot 7 la variation de l'indice de réfraction dans la chambre sous pression 10 permet d'explorer suivant sa longueur d'onde la lumière incidente de sorte que seule la longueur d'onde correspondant à l'indice de réfraction réglé arrive dans l'ouverture 14. L'amplitude des signaux électriques délivrés par le récepteur photoélectrique 15 dépend de la répartition de l'intensité de la lumière atteignant le diaphragme 3. Dans l'interféromètre de Fabry-Pérot 25 la variation de l'indice de réfraction dans la chambre sous pression 28 a pour conséquence que les figures d'interférence formées sur le diaphragme 30 s'écartent ou se rapprochent suivant le sens de variation de la pression. Le compteur 37 traite les signaux délivrés par les récepteurs photoélectriques 34, 36 et qui présentent une évolution sinusoidale en fonction du temps et un déphasage réciproque de 90 . Chaque fois à l'instant où les deux signaux présentent des amplitudes égales il est délivré à l'enregistreur 16 une impulsion à laquelle correspond chaque fois un repère d'étalonnage 41 (fig. 3) qui identifie la longueur d'onde qui vient autre explorée. Le fait que le compteur 37 soit relié à l'appareil de variation de pression 12 a pour but d'obtenir une variation de pression continue. A la placedu laser 18 on peut également utiliser toute autre source lumineuse fournissant un rayonnement monochromatique. REYENDICAXIONS 1 - Dispositif pour l'enregistrement photoélectrique de spectres qui comprend une source de rayonnement à examiner, dont le rayonnement est dirigé par un système de formation d'image optique sur un premier récepteur photoélectrique précédé d'un diaphragme et auquel est relié un enregistreur, le système de formation d'image étant composé au moins de deux éléments optiques entre lesquels s'établit un faisceau de rayons sensiblement parallèles sur le trajet duquel est placé un moyen optique capable de décomposer le rayonnement spectralement et qui se trouve dans une chambre sous pression communiquant avec un dispositif permettant de faire varier la pression, caractérisé en ce qu'il est prévu un équipement comparateur qui comprend un laser et, disposés successivement sur le traJet des rayons du laser, un organe d'élargissement optique, un second système de formation d'image optique dans lequel s'établit un trajet de rayons sensiblement parallèles, un diaphragme présentant au moins deux ouvertures différentes, et au moins un second récepteur photoélectrique, en ce qu'il est connecté au second récepteur photoélectrique un cowpteur/décompteur, en ce que sur le trajet de rayons parallèles du second système de formation d'image optique est placé un étalonse trouvant dans une chambre sous pression qui communique avec la première chambre sous pression et en ce que le compteur/décompteur est relié à 1 'enregistreur. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le laser et l'étalon sont sensiblement de même construction. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des deux diaphragmes est semi-circulaire et le centre du diaphragme divise en deux parties égales la ligne droite limitant cette ouverture du diaphragme, en ce que 1 'au- tre des deux ouvertures du diaphragme est annulaire et les lignes courbées limitant cette ouverture intérieurement et extérieurement présentent respectivement un rayon plus petit et un rayon plus grand sue celui de la ligne courbée limitant la première ouverture et en ce que les deux ouvertures sont diamétralement opposées par rapport au centre du diaphragme. 4 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'élargissement optique est réalisé sous forme de disque dispersif. 5 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le compteur/dé compteur est connecté slectriquement au dispositifs permettant de faire varier la pression. 6 - Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen optique pour décomposer le rayonnement spectrale lement et l'étalon sont réalisés sous forme d'interféromètre de Fabry - Pérot à deux miroirs et en ce que la distance entre les miroirs dans l'étalon est plus grande que la distance entre les miroirs dans le moyen optique pour décomposer le rayonnement spectralement.