Brevet FR2459460A1 — publié le 19810109

L'invention concerne un dispositif servant à supprimer la lumière parasite dans les monochromateurs à réseau, ou la lumière diffractée dans l'ordre zéro atteint des parties de pa- roi, et o des moyens d'absorption sont pré-vus pour empêcher cette lumière d'être à nouveau réfléchie dans le trajet optique de la lumière utile. L'un des paramètres caractéristiques d'un monochromateur est sa lumière parasite, c'est-à-dire la lumière qui arrive à la fente de sortie du monochromateur par un autre parcours que le trajet optique idéal de la lumière utile et qui contient des longueurs d'onde non désirées. Il est connu de réduire la lumière parasite en restrei- gnant le domaine spectral du rayonnement qui entre dans le mo- nochromateur. Plus cette restriction du domaine spectral du rayonnement incident est sévère, plus les mesures nécessaires à cet effet sont coûteuses. Il faut, par exemple, lors de ltex- ploration du spectre, changer plus fréquemment les filtres ou les sources lumineuses ou bien prévoir un deuxième monochromateur en tant que monochromateur préparatoire. Il est connu, en outre, de diminuer la lumière parasite en utilisant des éléments optiques à faible diffusion. Ainsi, on utilise des miroirs particulière- ment propres. Au lieu de réseaux gravés mécaniquement, on a prévu des réseaux holographiques. Par des mesures de ce genre, on peut obtenir une diminution notable de la lumière parasite. Une autre mesure visant à diminuer la. lumière parasite consiste à noircir les parois intérieures de l'enveloppe du mo- nochromateur. Il s'agit par là d'absorber la lumière qui, en quittant le trajet optique, atteint les parois intérieures de l'enveloppe du monochromateur de façon que cette lumière ne puisse pas être réfléchie à nouveau dans le trajet optique de la lumière utile. Or la coloration noire des parois de l'enveloppe n'est jamais optiquement parfaite. Il est apparu que la fraction de lu- mière parasite qui arrive, des parois de l'enveloppe, dans le trajet optique de la lumière utile, n'est pas négligeable malgré le noircissement. Cela devient décelable de façon particulièrement nette lorsqu'on utilise comme réseau un réseau holographique, qui engendre beaucoup moins de lumière parasite que les réseaux gravés. 2 2459460 La fraction de lumière parasite provenant des parois de l'enve- loppe est alors dans certains cas supérieure à la lumière para- site causée par le réseau, de sorte que la réduction de lumière parasite que lton peut obtenir en améliorant la qualité des élé- ments optiques est sujette à des limites. L'invention a pour but de réduire encore la part de lu- mière parasite dans un monochromateur à réseau, par des moyens simples. Selon l'invention, ce problème est résolu par les mesures suivantes: (a) les moyens d'absorption sont formés d'un corps en matière fortement absorbante à surface lisse, (b) la surface lisse réfléchit la lumière non absorbée d'une façon qui exclut la réflextion directe dans le trajet optique de la lumière utile. Avantageusement, le corps est une plaque de verre noire qui absorbe dans le domaine de longueurs d'onde utilisé. L'invention repose sur cette idée que la proportion de lumière parasite, qui arrive dans le trajet optique du faisceau de rayons utiles par les parois de l'enveloppe, est déterminé dans une mesure très notable par l'effet suivant: le rayonnement non décomposé est réfléchi par le réseau dans l'ordre zéro comme par un miroir et envoyé sur la paroi intérieure de l'enveloppe du monochromateur. Sur celle-ci, même si elle est noircie, la lumière est réfléchie de façon diffuse pour une part réduite, mais non négligeable. Une fraction déterminée de ce rayonnement réfléchi de façon diffuse atteint à nouveau le réseau, de telle sorte qu'elle est diffractée, dans l'ordre zéro, sur le trajet optique de la lumière utile et arrive, en tant que lumière parasite, à la fente de sortie du monochromateur. Si cette fraction du rayonnement est si grande, c'est parce qu'elle n'est pas décomposée spectralement par le réseau et qu'ainsi, contrairement au rayonnement utile, elle contient tout le domaine spectral du rayonnement incident. Le corps en matière absorbante, par exemple en verre noir ou autre diélectrique absorbant fortement la lumière, servant de "moyen d'absorption", absorbe une grande part du rayonnement qui entre dans la matière. Etant donné la surface lisse, la fraction du rayonnement qui n'entre pas dans la matière est réfléchie de façon spéculaire (et non diffuse). La surface lisse est disposée de telle sorte que la lumière qu'elle réfléchit n'arrive pas sur le réseau ni, de toute façon, dans le trajet optique direct du faisceau de rayons utiles. Habituellement, la lumière réfléchie atteint une partie de la paroi intérieure de l'enveloppe, qui est de préférence noire et diffusante. Elle est réfléchie de façon diffuse par cette partie de paroi. Une partie de cette lumière réfléchie de façon diffuse de tous cotés atteint à nouveau la surface lisse du corps, par exemple de la plaque de verre noire, et est réfléchie par ce corps sur le réseau, de sorte qu'elle pourrait arriver dans le trajet optique du faisceau de lumière utile. Toutefois, cette fraction est extrêmement petite. Lorsqu'on utilise une plaque de verre noire, environ 96 % de la lumière incidente est réfractée dans la plaque de verre noire et absorbée par celle-ci, tandis que 4 % seulement sont réfléchis par la surface lisse. La lumière ainsi réfléchie est à nouveau réfléchie de façon diffuse, par la partie de paroi ayanl un petit facteur b, sur la plaque de verre noire. La plaque de verre noire réfléchit à nouveau 4 % de cette lumière, de sorte que de la lumière réfractée dans l'ordre zéro par le réseau, envi- ron 0,04.0,04b = 0,0016b seulement peut arriver dans le trajet optique de la lumière utile. Ainsi, la lumière parasite, engendréE par l'effet décrit ci-dessus, est atténuée, en outre, d'un facteu2 d'environ 1:600. On décrit plus précisément ci-après un exemple d'exécutioi de l'invention à propos du dessin annexé qui montre schématiquemer un monochromateur à réseau Littrow muni drun dispositif selon l'invention. Un monochromateur à réseau comporte une enveloppe 10 munit d'une fente d'entrée 12 et d'une fente de sortie 14. De la fente d'entrée 12, un faisceau lumineux 16 arrive sur un miroir collima- teur 18. Le faisceau lumineux 19 dirigé parallèlement par le miro- collimateur 18 atteint un réseau 20. Le réseau 20 est de préféren( un réseau holographique. Il peut pivoter autour d'un axe perpendi. culaire au plus de la figure. Un faisceau lumineux parallèle monochromatique 22 diffrac- par le réseau 20 atteint à nouveau le miroir collimateur 18 et est concentré par celui-ci sur la fente de sortie 14. C'est là le trajet optique idéal de la lumière utile. En faisant pivoter le réseau 20, on explore de façon usu- elle une Gamme de longueurs d'onde. le réseau 20 engendre aussi un faisceau lumineux 24 par diffraction dans l'ordre zéro. Ce faisceau 24 est engendré comme par réflexion spéculaire du faisceau 19 sur le réseau 20. Le faisceau lumineux 24 engendré par le réseau dans l'ordre zéro atteint une région de la paroi intérieure de l'enveloppe et la tache lumineuse ainsi engendrée se déplace, lorsqu'on fait pivo- ter le réseau, de façon correspondante. Dans cette région de paroi se trouve, comme moyen absorbant, un corps en matière for- tement absorbante à surface lisse 26. Dans l'exemple d'exécution représenté, ce corps est une plaque de verre noire 28. la majeure partie du faisceau 24 est réfractée selon les lois de la réfrac- tion dans la plaque de verre noire 28 et absorbée par celle-ci. Une petite partie, environ 4 % de l'intensité du faisceau 24, est réfléchie spéculairement par la surface 26 et atteint, en tant que faisceau 30, une partie de paroi 32 de l'enveloppe. lie faisceau 30 est réfléchi de façon diffuse par la partie de paroi 32. De la lumière réfléchie de façon diffuse, une partie atteint à nouveau la plaque de verre noire 28, de telle sorte qu'elle est amenée, de la surface 26 de celle-ci, en passant par le réseau 20 (dans l'ordre zéro) et par le miroir collimateur 18, sur la fente de sortie 14, et arrive ainsi dans le trajet opti- que de la lumière utile. la partie mentionnée de la lumière ré- fléchie de façon diffuse est représentée par le faisceau en pointillé 34. Li'intensité du faisceau 34 représente celle du faisceau réfléchi 30 divisée par un petit facteur b. Environ 4 % du faisceau 34 est réfléchi par la surface 26, en tant que faisceau 36 et arrive, comme l'indiquent les faisceaux 38 et 40, à la fente de sortie 14. L'intensité de ce rayonnement parasite est très fai- ble comme on l'a expliqué plus haut. lia paroi intérieure de l'enveloppe est avantageusement noircie, de sorte que le facteur b est déjà petit. L'invention n'est pas seulement applicable à un monochromateur à réseau de 2459460 Littrow, mais aussi à d'autres types de monochromateurs. Expé- rimentalement, il est apparu que par les mesures décrites, dans le cas d'un spectromètre 1V-VIS à réseau holographique, la lumière parasite pouvait être divisée par un facteur atteignant 10, selon la longueur d'onde. Oela signifie que la lumière para- site engendrée par la double diffraction dans l'ordre zéro est jusqu'à dix fois plus intense que le reste de la lumière para- site, en particulier celle qui est engendrée-par le réseau lui-même. 6 2459460 -R E V E N D I C A T I 0 N S- 1. Dispositif servant à supprimer la lumière parasite dans les monochromateurs à réseau, o la lumière diffractée dans l'ordre zéro atteint des parties de paroi, et o des moyens d'absorption sont prévus pour empêcher cette lumière d'être à nouveau réfléchie dans le trajet optique de la lumière utile, dispositif caractérisé par les mesures suivantes (a) les moyens d'absorption sont formés d'un corps (28) en ma- tière fortement absorbante à surface lisse (26), (b) la surface lisse (26) réfléchit la lumière non absorbée (34) d'une façon qui exclut la réflexion directe dans le trajet optique de la lumière utile. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps est une plaque de verre noire (28) qui absorbe dans le domaine de longueurs d'onde utilisé.