Brevet FR3128990A1 — publié le 20230512

Un procédé d’étalonnage d’un spectrographe (3), qui est exécuté à bord d’un satellite (100), utilise une source optique à large bande (1) de type supercontinuum. Une telle source optique comprend une source laser (10) et un guide d’onde à fonction d’étalement spectral (11). De préférence, un élément diffractant (4) peut être inséré sur un chemin optique entre un interféromètre à transformation de Fourier (2) qui est utilisé pour l’étalonnage, et le spectrographe. Figure d’abrégé : Figure 2 ETALONNAGE D’UN SPECTROGRAPHE A BORD D’UN SATELLITE La présente description concerne un procédé d’étalonnage d’un spectrographe, qui est destiné à être exécuté à bord d’un satellite. Elle concerne aussi le satellite à bord duquel ce procédé est exécuté. De nombreuses applications utilisent un spectrographe qui est embarqué à bord d’un satellite, notamment des applications d’analyse de la composition de l’atmosphère, des applications de mesure de températures terrestres ou des applications météorologiques. Mais il est nécessaire d’étalonner le spectrographe dans les conditions de son utilisation à bord du satellite en orbite, car les accélérations subies au moment du lancement du satellite, ainsi que des variations auxquelles le spectrographe peut être soumis, notamment des variations thermiques, sont susceptibles d’altérer des positions relatives de composants de cet instrument optique. Un tel procédé d’étalonnage du spectrographe, qui est exécuté à bord du satellite en orbite, comprend d’utiliser : - le spectrographe à étalonner, qui est embarqué à bord du satellite ; - une source optique à large bande, qui est aussi embarquée à bord du satellite, et adaptée pour produire un rayonnement avec des valeurs d’intensité spectrale de ce rayonnement qui sont non-nulles dans tout un intervalle spectral d’au moins 100 nm (nanomètre) de longueur ; et - un interféromètre à transformation de Fourier, qui est embarqué à bord du satellite pour recevoir en entrée, pendant une exécution du procédé, le rayonnement produit par la source optique à large bande, et pour transmettre en sortie au spectrographe une partie de ce rayonnement qui est variable en fonction d’un paramètre de l’interféromètre à transformation de Fourier. Ce paramètre de l’interféromètre à transformation de Fourier, qui commande la partie du rayonnement qui est transmise au spectrographe, dépend du type d’interféromètre qui est utilisé. Par exemple, ce peut être une position d’un miroir mobile dans le cas d’un interféromètre de type Michelson. De façon connue, le procédé d’étalonnage comprend les étapes suivantes : /1/ saisir des signaux de détection d’intensité de rayonnement qui sont délivrés par le spectrographe pour la partie du rayonnement produit par la source optique à large bande qui est transmise à travers l’interféromètre à transformation de Fourier ; puis /2/ enregistrer les signaux de détection saisis à l’étape /1/ afin de constituer des valeurs d’étalonnage du spectrographe. Dans les exécutions d’un tel procédé qui sont antérieures à la présente invention, la source optique à large bande est constituée par une ampoule à filament. représente schématiquement le dispositif optique qui est ainsi utilisé. Dans cette figure, la référence 1 désigne l’ampoule à filament, la référence 2 désigne l’interféromètre à transformation de Fourier, noté INTERF., et la référence 3 désigne le spectrographe à étalonner, noté SPECTRO. Du rayonnement qui est produit par l’ampoule à filament 1 entre dans le spectrographe 3 en étant transmis de l’un à l’autre par l’interféromètre à transformation de Fourier 2. Mais une partie importante du rayonnement de l’ampoule à filament 1 est perdue lors du transfert entre cette ampoule à filament et l’interféromètre à transformation de Fourier 2. En effet, une ampoule à filament émet du rayonnement dans toutes les directions, c’est-à-dire sur 4π stéradians, alors que l’interféromètre à transformation de Fourier nécessite que le rayonnement qu’il reçoit en entrée possède une ouverture angulaire faible, voire très faible. Dans , l’ouverture angulaire qui est requise à l’entrée de l’interféromètre à transformée de Fourier 2 est notée O 2 E . Cette exigence de faible ouverture angulaire pour le faisceau de rayonnement qui est envoyé à l’entrée de l’interféromètre à transformation de Fourier 2 est satisfaite usuellement en limitant par des masques et/ou fentes le rayonnement qui est produit par la lampe à filament 1 et qui pénètre dans l’interféromètre à transformation de Fourier 2. Une partie très importante du rayonnement de la lampe à filament 1 est ainsi perdue, ce qui correspond à une perte d’énergie significative à bord du satellite. En outre, le filtrage angulaire qui est appliqué ainsi au rayonnement de la lampe à filament fait que la partie de ce rayonnement qui parvient au spectrographe à l’étape /1/ du procédé d’étalonnage possède une puissance faible. A cause de cela, la précision du procédé d’étalonnage est réduite. Simultanément, il est préférable en plus que le rayonnement qui pénètre dans le spectrographe 3 à l’étape /1/ occupe une ouverture angulaire qui soit suffisamment large, le plus souvent plus large que celle du rayonnement tel que transmis directement par l’interféromètre à transformation de Fourier 2 à sa sortie. Une telle ouverture angulaire qui est suffisamment large permet d’éclairer dans de meilleures conditions un ou plusieurs photodétecteur(s) du spectrographe 3. Dans , l’ouverture angulaire du rayonnement à la sortie de l’interféromètre à transformation de Fourier 2 est notée O 2S , et celle qui est requise à l’entrée du spectrographe 3 est notée O 3 E . Il est alors aussi connu d’utiliser un diffuseur lambertien entre l’interféromètre à transformation de Fourier 2 et le spectrographe 3. Mais un tel diffuseur lambertien, par exemple une sphère diffusante, procure au rayonnement une ouverture angulaire qui est trop large par rapport au besoin pour l’étalonnage du spectrographe 3. Une seconde perte importante de puissance lumineuse en résulte, par rapport au rayonnement qui est produit par la source 1 à l’étape /1/ du procédé d’étalonnage. Problème technique A partir de cette situation, un but de la présente invention est de proposer un procédé qui soit amélioré, pour étalonner un spectrographe à bord d’un satellite. Plus particulièrement, l’invention a pour but de réduire la consommation énergétique d’un tel procédé. Un autre but de l’invention est d’améliorer la précision qui est obtenue pour l’étalonnage du spectrographe. Pour atteindre l’un au moins de ces buts ou un autre, un premier aspect de l’invention propose de modifier un procédé d’étalonnage d’un spectrographe tel que rappelé plus haut, exécuté à bord du satellite en orbite, en utilisant une source optique à large bande qui est constituée par une source laser combinée avec un guide d’onde à fonction d’étalement spectral. L’utilisation d’une telle source optique à large bande pour le procédé d’étalonnage procède alors de la façon suivante : - du rayonnement qui est émis par la source laser est propagé dans le guide d’onde à fonction d’étalement spectral, et du rayonnement résultant qui est transmis en sortie par ce guide d’onde est de type supercontinuum, et constitue le rayonnement produit par la source optique à large bande ; et - les signaux de détection d’intensité qui constituent les valeurs d’étalonnage du spectrographe sont obtenus lorsque le rayonnement de type supercontinuum est reçu en entrée par l’interféromètre à transformation de Fourierà l’étape /1/. Grâce à l’ouverture angulaire faible du rayonnement tel que délivré par la source laser d’une part, puis tel que transmis par le guide d’onde à fonction d’étalement spectral, une proportion supérieure du rayonnement produit est effectivement injectée dans l’interféromètre à transformation de Fourier. Un rendement énergétique supérieur en résulte pour chaque exécution du procédé d’étalonnage. En outre, grâce à l’utilisation d’une source laser, une puissance de rayonnement qui est supérieure parvient au spectrographe lors de chaque exécution du procédé d’étalonnage, procurant une précision améliorée pour l’étalonnage qui en résulte. Selon un perfectionnement de l’invention, un élément diffractant peut en outre être embarqué à bord du satellite, et disposé pendant l’étape /1/ sur un chemin optique entre l’interféromètre à transformation de Fourier et le spectrographe. Cet élément diffractant augmente une ouverture angulaire d’un faisceau du rayonnement qui est transmis par l’interféromètre à transformation de Fourier au spectrographe. Cette adaptation d’ouverture angulaire de faisceau permet d’étalonner le spectrographe de façon plus complète ou améliorée, notamment en permettant que plusieurs photodétecteurs de celui-ci reçoivent simultanément du rayonnement. Les voies optiques de ces photodétecteurs peuvent alors être étalonnées lors d’une même exécution du procédé d’étalonnage. De préférence, l’élément diffractant peut être adapté pour procurer au faisceau du rayonnement qui est transmis par l’interféromètre à transformation de Fourier au spectrographe pendant l’étape /1/, une valeur de demi-angle d’ouverture qui est supérieure ou égale à 3°, voire supérieure ou égale à 5°, pour un cône qui contient 90% d’une puissance totale de ce faisceau. En outre, lorsque le spectrographe comprend un photodétecteur ou plusieurs photodétecteurs juxtaposés, l’élément diffractant peut encore être adapté pour que ce photodétecteur ou au moins un des photodétecteurs reçoive dans au moins 50% de son champ de vision, au moins 20% de la puissance totale du faisceau du rayonnement qui pénètre dans le spectrographe après avoir été transmis par l’interféromètre à transformation de Fourier puis par l’élément diffractant pendant l’étape /1/. Dans des modes préférés de mise en œuvre de l’invention, l’une au moins des caractéristiques additionnelles suivantes peut être reproduite optionnellement, seule ou en combinaison de plusieurs d’entre elles : - l’élément diffractant peut présenter une microstructure à reliefs et creux sur au moins une surface utile optiquement de cet élément diffractant ; - le guide d’onde à fonction d’étalement spectral peut être constitué par une fibre optique ; - l’interféromètre à transformation de Fourier peut être de type interféromètre de Michelson ; et - le guide d’onde à fonction d’étalement spectral peut être adapté pour produire le rayonnement de type supercontinuum de sorte que ce rayonnement de type supercontinuum possède des valeurs d’intensité spectrale qui sont non-nulles dans tout un intervalle spectral d’au moins 500 nm de longueur, de préférence au moins 1 µm (micromètre) de longueur. Le procédé de l’invention peut être poursuivi par les étapes suivantes : /3/ réaliser des mesures utiles d’un rayonnement à caractériser, en saisissant des signaux utiles de détection d’intensité qui sont délivrés par le spectrographe lorsque le rayonnement à caractériser est injecté dans le spectrographe à la place de la partie du rayonnement de la source optique à large bande transmise à travers l’interféromètre à transformation de Fourier ; et /4/ combiner des valeurs des signaux utiles de détection qui ont été saisis à l’étape /3/ avec certaines au moins des valeurs d’étalonnage du spectrographe enregistrées à l’étape /2/, pour produire des valeurs de mesure du rayonnement à caractériser. Ces étapes /3/ et /4/ concernent des mesures de mission qui sont réalisées avec le spectrographe, et qui utilisent les valeurs d’étalonnage enregistrées à l’étape /2/ du procédé de l’invention. Un second aspect de l’invention propose un satellite qui comprend : - un spectrographe, qui est embarqué à bord du satellite ; - une source optique à large bande, qui est aussi embarquée à bord du satellite et qui possède des valeurs d’intensité non-nulles dans tout un intervalle spectral d’au moins 100 nm de longueur ; et - un interféromètre à transformation de Fourier, qui est embarqué à bord du satellite et agencé pour recevoir en entrée, pendant une exécution d’un procédé d’étalonnage du spectrographe, du rayonnement produit par la source optique à large bande, et pour transmettre en sortie une partie de ce rayonnement au spectrographe. La source optique à large bande comprend alors une source laser et un guide d’onde à fonction d’étalement spectral qui sont agencés pour mettre en œuvre un procédé d’étalonnage conforme au premier aspect de l’invention. Pour cela, du rayonnement qui est émis par la source laser se propage dans le guide d’onde à fonction d’étalement spectral en produisant, en sortie de ce guide d’onde, un rayonnement de type supercontinuum qui constitue le rayonnement produit par la source optique à large bande. Brève description des figures Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non-limitatifs, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : , déjà décrite, illustre schématiquement une voie d’étalonnage d’un spectrographe telle que mise en œuvre avant la présente invention ; et correspond à lorsque l’invention est utilisée. Procédé d’étalonnage d’un spectrographe (3), exécuté à bord d’un satellite (100) en orbite, comprenant d’utiliser : - le spectrographe (3) à étalonner, qui est embarqué à bord du satellite (100) ; - une source optique à large bande (1), qui est aussi embarquée à bord du satellite (100), et adaptée pour produire un rayonnement avec des valeurs d’intensité spectrale du rayonnement qui sont non-nulles dans tout un intervalle spectral d’au moins 100 nm de longueur ; et - un interféromètre à transformation de Fourier (2), qui est embarqué à bord du satellite (100) pour recevoir en entrée, pendant une exécution du procédé, le rayonnement produit par la source optique à large bande (1), et pour transmettre en sortie au spectrographe (3) une partie dudit rayonnement qui est variable en fonction d’un paramètre (P) de l’interféromètre à transformation de Fourier, le procédé comprenant les étapes suivantes : /1/ saisir des signaux de détection d’intensité de rayonnement qui sont délivrés par le spectrographe (3) pour la partie du rayonnement produit par la source optique à large bande (1) qui est transmise à travers l’interféromètre à transformation de Fourier (2) ; puis /2/ enregistrer les signaux de détection saisis à l’étape /1/ afin de constituer des valeurs d’étalonnage du spectrographe (3), le procédé étant caractérisé en ce que la source optique à large bande (1) est constituée par une source laser (10) qui est combinée avec un guide d’onde à fonction d’étalement spectral (11), de sorte que : - du rayonnement qui est émis par la source laser (10) soit propagé dans le guide d’onde à fonction d’étalement spectral (11), et du rayonnement résultant qui est transmis en sortie par ledit guide d’onde soit de type supercontinuum, et constitue le rayonnement produit par la source optique à large bande (1) ; et - les signaux de détection d’intensité qui constituent les valeurs d’étalonnage du spectrographe (3) sont obtenus lorsque le rayonnement de type supercontinuum est reçu en entrée par l’interféromètre à transformation de Fourier (2) à l’étape /1/. Procédé selon la revendication 1, suivant lequel un élément diffractant (4) est embarqué en outre à bord du satellite (100), et disposé pendant l’étape /1/ sur un chemin optique entre l’interféromètre à transformation de Fourier (2) et le spectrographe (3) pour augmenter une ouverture angulaire d’un faisceau du rayonnement qui est transmis par ledit interféromètre à transformation de Fourier audit spectrographe. Procédé selon la revendication 2, suivant lequel l’élément diffractant (4) est adapté pour procurer au faisceau du rayonnement qui est transmis par l’interféromètre à transformation de Fourier (2) au spectrographe (3) pendant l’étape /1/, une valeur de demi-angle d’ouverture (O 4 ) qui est supérieure ou égale à 3°, de préférence supérieure ou égale à 5°, pour un cône qui contient 90% d’une puissance totale dudit faisceau. Procédé selon la revendication 3, suivant lequel le spectrographe (3) comprend un photodétecteur ou plusieurs photodétecteurs juxtaposés, et l’élément diffractant (4) est adapté pour que ledit photodétecteur ou au moins un desdits photodétecteurs reçoive dans au moins 50% d’un champ de vision dudit photodétecteur, au moins 20% de la puissance totale du faisceau du rayonnement qui pénètre dans le spectrographe après avoir été transmis par l’interféromètre à transformation de Fourier (2) puis par l’élément diffractant pendant l’étape /1/. Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, suivant lequel l’élément diffractant (4) présente une microstructure (S) à reliefs et creux sur au moins une surface utile optiquement dudit élément diffractant. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel le guide d’onde à fonction d’étalement spectral (11) est constitué par une fibre optique. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel l’interféromètre à transformation de Fourier (2) est de type interféromètre de Michelson. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel le guide d’onde à fonction d’étalement spectral (11) est adapté pour produire le rayonnement de type supercontinuum de sorte que ledit rayonnement de type supercontinuum possède des valeurs d’intensité spectrale qui sont non-nulles dans tout un intervalle spectral d’au moins 500 nm de longueur, de préférence au moins 1 µm de longueur. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre les étapes suivantes : /3/ réaliser des mesures utiles d’un rayonnement à caractériser, en saisissant des signaux utiles de détection d’intensité qui sont délivrés par le spectrographe (3) lorsque le rayonnement à caractériser est injecté dans le spectrographe à la place de la partie du rayonnement de la source optique à large bande (1) transmise à travers l’interféromètre à transformation de Fourier (2) ; et /4/ combiner des valeurs des signaux utiles de détection saisis à l’étape /3/ avec certaines au moins des valeurs d’étalonnage du spectrographe (3) enregistrées à l’étape /2/, pour produire des valeurs de mesure du rayonnement à caractériser. Satellite (100) comprenant : - un spectrographe (3), qui est embarqué à bord du satellite (100) ; - une source optique à large bande (1), qui est aussi embarquée à bord du satellite (100) et qui possède des valeurs d’intensité non-nulles dans tout un intervalle spectral d’au moins 100 nm de longueur ; et - un interféromètre à transformation de Fourier (2), qui est embarqué à bord du satellite (100) et agencé pour recevoir en entrée, pendant une exécution d’un procédé d’étalonnage du spectrographe (3), du rayonnement produit par la source optique à large bande (1), et pour transmettre en sortie une partie dudit rayonnement au spectrographe, le satellite (100) étant caractérisé en ce que la source optique à large bande (1) comprend une source laser (10) et un guide d’onde à fonction d’étalement spectral (11) qui sont agencés de sorte que : - du rayonnement qui est émis par la source laser (10) se propage dans le guide d’onde à fonction d’étalement spectral (11) en produisant, en sortie dudit guide d’onde, un rayonnement de type supercontinuum qui constitue le rayonnement produit par la source optique à large bande (1) ; et - le procédé d’étalonnage du spectrographe (3) est conforme à l’une quelconque des revendications précédentes. Satellite (100) selon la revendication 10, comprenant en outre : - un élément diffractant (4) qui est embarqué en outre à bord du satellite (100), et disposé pendant l’étape /1/ du procédé d’étalonnage du spectrographe (3) sur un chemin optique entre l’interféromètre à transformation de Fourier (2) et ledit spectrographe, l’élément diffractant étant adapté pour augmenter une ouverture angulaire d’un faisceau du rayonnement qui est transmis par ledit interféromètre à transformation de Fourier audit spectrographe.