EP1794556A1 - Coherence spectrometry device - Google Patents
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Definitions
- This imbalance is adjustable to be able to adapt the level of coherence to the measurement without damaging the interference.
- the spectrometer according to the invention consists for example of a divisible optical fiber (1 ') placed at the level of the plasma emission (10) which illuminates in parallel a plurality of coherence spectrometers (15) having imbalance of the optical paths between the arms different from each other.
- this system of spectrometer combinations can be compared to the aperture synthesis used in astronomy.
- the spectrometers cover different ranges of optical delays, while in astronomy, the telescope mirrors cover different spatial openings.
- FIG. 7 represents an experimental example of the evolution of the resolution as a function of the number of coherence spectrometers on a helium laser line. neon. As can be seen, the resolution increases almost linearly according to the number of spectrometer. This curve was obtained using a CCD sensor of only 1024 pixels. For the configuration with nine spectrometers, the measured linewidth is of the order of 9 picometers. A larger 6000 pixel sensor achieves an equivalent resolution of over 70000 with only 5 coherence spectrometers instead of 9.
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Abstract
The invention concerns the field of spectrometers. More particularly, the present invention concerns a spectrometer for distinguishing background noise from useful lines in spectrometric detection. It concerns a spectrometric device characterized in that it comprises at least one wavefront-dividing interferometer including at least two unbalanced arms and at least one air wedge, a device for imaging interference fringes, an imaging sensor of said fringes and means for processing a signal derived from said sensor. The invention also concerns a combination of such devices, the imbalances associated with the arms of each of the interferometers being all different.
Description
DISPOSITIF SPECTROMÉTRIQUE DE COHÉRENCE SPECTROMETRIC DEVICE FOR COHERENCE
La présente invention se rapporte au domaine des spectromètres.The present invention relates to the field of spectrometers.
La présente invention se rapporte plus particulièrement à un spectromètre permettant de distinguer un bruit de fond des raies utiles dans une détection spectrométrique.The present invention relates more particularly to a spectrometer for distinguishing background noise from lines useful in spectrometric detection.
Une des problématiques résolue par la présente invention peut se retrouver dans le domaine de la détection de fluorescence créée par un plasma. En effet, un matériau, qu'il soit sous forme solide, liquide ou gazeux peut, après excitation par une impulsion laser ou tout autre système d'excitation, être transformé en plasma (mélange d'électrons libres, d'ions, d'atomes et de molécules). Si l'excitation du matériau est assez importante, d'autres phénomènes physiques bien connus entrent en jeu comme des ionisations en cascade et des collisions entre électrons libres. Ces effets augmentent la température du plasma produit. Le rayonnement de freinage des électrons en mouvement (effet Brehmsstrahlung inverse) donne alors une lumière blanche émise par le plasma. L'analyse de la désexcitation radiative des atomes et des ions permet alors de remonter à la composition de ceux-ci via une analyse spectrale de la lumière émise par le plasma.One of the problems solved by the present invention can be found in the field of fluorescence detection created by a plasma. Indeed, a material, whether in solid, liquid or gaseous form, can, after excitation by a laser pulse or any other excitation system, be transformed into plasma (mixture of free electrons, ions, atoms and molecules). If the excitation of the material is important enough, other well-known physical phenomena come into play such as cascading ionizations and collisions between free electrons. These effects increase the temperature of the plasma produced. The braking radiation of electrons in motion (inverse Brehmsstrahlung effect) then gives a white light emitted by the plasma. The analysis of the radiative deexcitation of the atoms and ions then makes it possible to go back to the composition of these via a spectral analysis of the light emitted by the plasma.
La détection et la collecte de la fluorescence sont réalisées selon l'art antérieur avec une fibre optique placée au niveau de la plume du plasma. Les spectromètres sont alors basés sur un design optique à base d'un réseau de diffraction à échelette, d'une fente d'entrée réglable, et de miroirs sphériques permettant de conjuguer les points objets et images sur une caméra CCD. Un logiciel de lecture permet ensuite d'afficher le spectre de la lumière entrant dans
l'appareil et cela quelle que soit la cohérence temporelle ou spatiale de la lumière. Ainsi, la lumière incohérente, émise par exemple par rayonnement de Brehmsstrahlung peut fausser les mesures et provoquer des imprécisions sur les décisions. Cette méthode de « tri » du spectre d'émission parmi la lumière blanche incohérente n'est pas satisfaisante.The detection and collection of the fluorescence are carried out according to the prior art with an optical fiber placed at the level of the plasma plume. The spectrometers are then based on an optical design based on a diffraction ladder grating, an adjustable entry slot, and spherical mirrors for combining the object and image points on a CCD camera. A reading software then makes it possible to display the spectrum of light entering the device and this whatever the temporal or spatial coherence of the light. Thus, incoherent light, emitted for example by radiation from Brehmsstrahlung can distort the measurements and cause inaccuracies on the decisions. This method of "sorting" the emission spectrum among the incoherent white light is not satisfactory.
Plusieurs documents de l'art antérieur divulguent des méthodes spectrométriques par interférométrie, comme par exemple la demande canadienne CA 2 302 994, mais aucun de ces documents n'a cherché à résoudre le problème de la lumière blanche incohérente.Several prior art documents disclose spectrometric methods by interferometry, such as the Canadian application CA 2 302 994, but none of these documents sought to solve the problem of incoherent white light.
L'art antérieur connaît également un article de la NASA publié dans le journal « Optics and Photonics News » enThe prior art also knows a NASA article published in the journal "Optics and Photonics News" in
Janvier 2004. Cet article décrit un spectromètre par transformée de Fourier basé sur un interféromètre deJanuary 2004. This article describes a Fourier Transform spectrometer based on an interferometer of
Michelson modifié en remplaçant les miroirs par des réseaux de diffraction. Un tel spectromètre possède une très grande robustesse aux accélérations, mais ne considère pas la problématique du bruit de lumière blanche pour la détection des raies atomiques.Michelson modified by replacing the mirrors by diffraction gratings. Such a spectrometer has a very high robustness to accelerations, but does not consider the problem of white light noise for the detection of atomic lines.
La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif spectrométrique de cohérence temporelle.The present invention intends to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a time coherence spectrometric device.
Pour ce faire, la présente invention est remarquable, dans son acception la plus large, en ce qu'elle concerne un dispositif de spectrométrie caractérisé en ce qu'il comprend au moins un interféromètre séparateur de front d'onde comportant au moins deux bras déséquilibrés et au moins un coin d'air, un dispositif d'imagerie de franges
d'interférence, un capteur imageur desdites franges et un moyen de traitement du signal issu dudit capteur.To do this, the present invention is remarkable, in its broadest sense, in that it relates to a spectrometry device characterized in that it comprises at least one wavefront separating interferometer comprising at least two unbalanced arms. and at least one air wedge, a fringe imaging device interference, an imaging sensor of said fringes and a signal processing means from said sensor.
Notons que de façon générale, un tel spectromètre permettant de séparer la lumière incohérente de la lumière cohérente sera appelé « spectromètre de cohérence » (15).Note that in general, such a spectrometer for separating the incoherent light from the coherent light will be called "coherence spectrometer" (15).
Le déséquilibre introduit entre les bras de l'interféromètre permet la prise en compte de la cohérence temporelle et donc l'élimination du bruit introduit par la lumière blanche incohérente.The imbalance introduced between the arms of the interferometer makes it possible to take into account the temporal coherence and therefore the elimination of the noise introduced by the incoherent white light.
Notons que pour certaines applications, de grandes résolutions spectrales sont nécessaires. Un spectromètre de cohérence ne permet pas d'avoir une résolution spectrale suffisante, en raison du nombre de pixels de la CCD, et de la dimension des optiques. Une association particulière de plusieurs spectromètres de cohérence selon la présente invention, permet alors d'augmenter la résolution.Note that for some applications, large spectral resolutions are needed. A coherence spectrometer does not allow a sufficient spectral resolution, because of the number of pixels of the CCD, and the size of the optics. A particular combination of several coherence spectrometers according to the present invention makes it possible to increase the resolution.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées où : - la figure IA représente le schéma général du spectromètre selon l'invention ;The invention will be better understood by means of the description, given below for purely explanatory purposes, of an embodiment of the invention, with reference to the appended figures in which: FIG. spectrometer according to the invention;
- la figure IB représente un second mode de réalisation possible du spectromètre selon l'invention ; la figure 2 représente un troisième mode de réalisation possible du spectromètre selon l'invention ;FIG. 1B shows a second possible embodiment of the spectrometer according to the invention; FIG. 2 represents a third possible embodiment of the spectrometer according to the invention;
- la figure 3 représente un mode de réalisation du spectromètre selon l'invention sous une forme compactée ;FIG. 3 represents an embodiment of the spectrometer according to the invention in a compacted form;
- la figure 4 représente un second mode de réalisation du spectromètre selon l'invention sous une forme compactée ;
la figure 5 représente un mode de réalisation possible du spectromètre selon l'invention sous une forme de Mach-Zhender ; la figure 6 représente le schéma général de l'association de trois spectromètres ;FIG. 4 represents a second embodiment of the spectrometer according to the invention in a compacted form; FIG. 5 represents a possible embodiment of the spectrometer according to the invention in a Mach-Zhender form; FIG. 6 represents the general diagram of the association of three spectrometers;
- la figure 7 représente un exemple expérimental de l'évolution de la résolution en fonction du nombre de spectromètres de cohérence sur une raie du laser l'hélium néon.FIG. 7 represents an experimental example of the evolution of the resolution as a function of the number of coherence spectrometers on a line of the neon helium laser.
Illustré figure IA, le spectromètre selon l'invention est par exemple mis en œuvre en sortie d'une fibre optique (1) et d'un miroir collimateur (2) pour la détection de raie comportant un bruit de lumière blanche incohérente.Illustrated in FIG. 1A, the spectrometer according to the invention is for example implemented at the output of an optical fiber (1) and a collimator mirror (2) for line detection comprising an incoherent white light noise.
II utilise par exemple un interféromètre de type Michelson à coin d'air.For example, it uses a Michelson interferometer with an air wedge.
Il comprend de façon connue une séparatrice (4) et une compensatrice (5), un miroir cylindrique légèrement incliné (7) et un miroir cylindrique non incliné (6).It comprises in known manner a separator (4) and a compensator (5), a slightly inclined cylindrical mirror (7) and a cylindrical mirror not inclined (6).
Il doit être entendu que tout dispositif interférométrique peut être utilisé pour la présente invention s'il est possible d'introduire un déséquilibre dans les bras de celui-ci. En particulier, l'homme du métier pourra utiliser des dispositifs de type Mach-Zender.It should be understood that any interferometric device may be used for the present invention if it is possible to introduce an imbalance into the arms thereof. In particular, those skilled in the art may use Mach-Zender type devices.
Plus précisément, dans le cas du Michelson, les caractéristiques des éléments décrits ci-dessus sont les suivantes : la séparatrice (4) est une séparatrice 50/50 sur une très grande largeur spectrale. Notons que cela est possible en utilisant un traitement métallique employé pour
les filtres neutres métalliques qui permettent d'avoir une transmission de (50% ± 5%) de 200nm à plus de Iμm ; la séparatrice (4) et la compensatrice (5) ont de très bonne qualité de surface, afin de ne pas détériorer la qualité spatiale des faisceaux, ce qui brouillerait les franges d'interférence ; les épaisseurs des séparatrices et des compensatrices sont les plus faibles possible (par exemple de l'ordre du millimètre) afin de limiter les variations du décalage des faisceaux les traversant en fonction de la longueur d'onde.More precisely, in the case of Michelson, the characteristics of the elements described above are as follows: the separator (4) is a 50/50 splitter over a very large spectral width. Note that this is possible using a metal treatment used for neutral metal filters that allow a transmission of (50% ± 5%) from 200nm to more than 1μm; the separator (4) and the compensator (5) have a very good surface quality, so as not to deteriorate the spatial quality of the beams, which would scramble the interference fringes; the thicknesses of the separators and compensators are as small as possible (for example of the order of a millimeter) in order to limit the variations in the shift of the beams passing through them as a function of the wavelength.
Les deux bras du Michelson, constitué par les segments (miroir cylindrique (β)-séparatrice) et (miroir cylindrique (7)-séparatrice) sont déséquilibrés, c'est-à-dire que les longueurs de ces deux segments ne sont pas égales. Ceci provoque une différence de marche non nulle entre les rayons émis par les deux bras. Le Michelson utilisé est donc un séparateur de front d'onde.The two arms of the Michelson, consisting of segments (cylindrical mirror (β) -separator) and (cylindrical mirror (7) -separator) are unbalanced, that is to say that the lengths of these two segments are not equal. . This causes a non-zero difference in path between the rays emitted by the two arms. The Michelson used is therefore a wavefront separator.
Cette différence de marche permet d'éliminer les interférences de toute lumière incohérente (par exemple émise par effet Brehmsstrahlung) . En effet, la différence de marche entre les rayons issus du retard entre les deux bras de 1'interféromètre simule deux sources émettant de façon incohérente : ces sources n'interfèrent donc pas.This difference in operation makes it possible to eliminate the interference of any incoherent light (for example emitted by the Brehmsstrahlung effect). Indeed, the difference between the rays resulting from the delay between the two arms of the interferometer simulates two sources emitting incoherently: these sources do not interfere.
Ce déséquilibre est réglable pour pouvoir adapter le niveau de cohérence à la mesure sans détériorer les interférences.This imbalance is adjustable to be able to adapt the level of coherence to the measurement without damaging the interference.
Le miroir (7) est incliné d'environ 0,2 degré, ce qui forme un coin d'air entre les deux faisceaux qui interfèrent.
Des franges d'interférence parallèles sont alors obtenues et visualisées sur un large détecteur CCD (9).The mirror (7) is inclined at about 0.2 degrees, forming a wedge of air between the two beams that interfere. Parallel interference fringes are then obtained and visualized on a large CCD detector (9).
Le capteur CCD peut être choisi selon une direction, par exemple une ligne de 8000 pixels, et la représentation des interfranges est obtenue d'une part grâce à une lentille doublet cylindrique (8) dans un sens pour faire l'image des franges, et des miroirs cylindriques (6) et (7) dans l'autre sens pour focaliser le faisceau selon une ligne.The CCD sensor can be chosen in one direction, for example a line of 8000 pixels, and the representation of the interframes is obtained firstly thanks to a cylindrical doublet lens (8) in one direction to image the fringes, and cylindrical mirrors (6) and (7) in the other direction to focus the beam along a line.
L'image obtenue sur le capteur CCD subit ensuite un traitement mathématique pour la récupération d'un spectre de fluorescence ou plus généralement d'un ensemble de raies. L'homme du métier connaît de tels algorithmes dans le domaine de la spectroscopie par transformée de Fourier. Ces algorithmes utilisent la taille et le contraste des franges d'interférence obtenues pour déterminer la composition du spectre d'émission.The image obtained on the CCD sensor is then subjected to a mathematical treatment for the recovery of a fluorescence spectrum or more generally of a set of lines. Those skilled in the art know such algorithms in the field of Fourier transform spectroscopy. These algorithms use the size and contrast of the interference fringes obtained to determine the composition of the emission spectrum.
Notons par ailleurs que la qualité du capteur CCD est importante afin qu'il ne soit pas saturé par la lumière blanche incohérente reçue. La résolution spectrale typique obtenue à l'aide d'un spectromètre est de l'ordre de 1000 avec un capteur de 6000 pixels.Note also that the quality of the CCD sensor is important so that it is not saturated by the incoherent white light received. The typical spectral resolution obtained using a spectrometer is of the order of 1000 with a 6000 pixel sensor.
En sortie du spectromètre selon l'invention, et si le capteur ne sature pas, il est alors possible de déterminer la composition du matériau analysé.At the output of the spectrometer according to the invention, and if the sensor does not saturate, it is then possible to determine the composition of the analyzed material.
II convient enfin de noter que l'élimination de la lumière incohérente par le dispositif ci-dessus facilite grandement la détection puisque toute la lumière blanche incohérente est incluse dans le pic de fréquence nulle. Celle-ci est alors éliminée par traitement fréquentiel.
La figure IB représente un mode de réalisation de l'invention où les miroirs cylindriques (6) et (7) permettant la focalisation du faisceau dans le capteur CCD (9), sont remplacés dans une lentille cylindrique (8 ' ) . A la place des miroirs (6) et (7), sont alors placés un miroir plan non incliné (12) et un miroir plan incliné (13).Finally, it should be noted that the elimination of the incoherent light by the above device greatly facilitates the detection since all the incoherent white light is included in the peak of zero frequency. This is then eliminated by frequency processing. FIG. 1B shows an embodiment of the invention in which the cylindrical mirrors (6) and (7) for focussing the beam in the CCD sensor (9) are replaced in a cylindrical lens (8 '). In place of the mirrors (6) and (7), are then placed a non-inclined plane mirror (12) and an inclined plane mirror (13).
La figure 2 représente un mode de réalisation de l'invention où les séparatrices et compensatrices sont regroupées en un seul élément (4' ) .FIG. 2 represents an embodiment of the invention in which the separators and compensators are grouped into a single element (4 ').
Illustré figure 3, un spectromètre de cohérence dans une forme particulièrement compacte est proposé. Selon ce mode de mise en œuvre, le faisceau lumineux est séparé et recombiné au sein de prismes en silice fondue collés (lia) et (llb), ce qui renforce la stabilité du système interférométrique. Les miroirs plans (12) et (13) introduisent le déséquilibre des bras et le coin d'air nécessaire à l'invention et les lentilles cylindriques (8) et (8') permettent d'imager les franges d'interférence et de les focaliser par exemple sur une ligne pour la captation sur une caméra CCD (9). L'analyse spectrale des franges permet alors de retrouver le spectre sans être gêné par la lumière incohérente.Illustrated Figure 3, a coherence spectrometer in a particularly compact form is proposed. According to this embodiment, the light beam is separated and recombined in bonded fused silica prisms (IIa) and (IIb), which enhances the stability of the interferometric system. The plane mirrors (12) and (13) introduce the imbalance of the arms and the air wedge necessary for the invention and the cylindrical lenses (8) and (8 ') make it possible to image the interference fringes and the focus for example on a line for capturing on a CCD camera (9). The spectral analysis of the fringes then makes it possible to find the spectrum without being disturbed by the incoherent light.
La figure 4 représente un autre mode de mise en œuvre de l'invention avec éventuellement deux capteurs CCD pour la détection des interfranges et une double séparation des faisceaux au niveau du prisme de silice fondue.FIG. 4 represents another mode of implementation of the invention with possibly two CCD sensors for the detection of interframes and a double separation of the beams at the level of the fused silica prism.
La figure 5 illustre un mode de réalisation de l'invention dans le cas d'un interféromètre de type Mach- Zender. Dans ce type d'interféromètre, la différence de
marche entre les deux bras de l'interféromètre est obtenue par l'introduction des miroirs 13 A, 13B, 13C et 13D. La séparatrice 4'' joue alors le rôle de coin d'air pour l'observation des interférences au niveau du capteur 9.FIG. 5 illustrates an embodiment of the invention in the case of a Mach-Zender type interferometer. In this type of interferometer, the difference in between the two arms of the interferometer is obtained by the introduction of mirrors 13A, 13B, 13C and 13D. The separator 4 '' then acts as an air wedge for the observation of interference at the sensor 9.
II est entendu que les modes de réalisation présentés ci-dessus ne sont donnés qu'à titre d'exemple et que bien d'autres modes de mise en œuvre industrialisables de l'invention sont possibles pour réaliser au moins deux bras déséquilibrés associés à un coin d'air.It is understood that the embodiments presented above are only given by way of example and that many other industrializable embodiments of the invention are possible to achieve at least two unbalanced arms associated with a corner of the air.
Enfin, notons que ce dispositif spectroscopique peut être tout particulièrement utilisé dans la détection de fluorescence faisant intervenir l'effet Brehmsstrahlung inverse produisant une lumière blanche incohérente par agitation thermique.Finally, note that this spectroscopic device can be very particularly used in fluorescence detection involving the inverse Brehmsstrahlung effect producing an incoherent white light by thermal agitation.
Dans ce cas, le dispositif est installé comme sur la figure IA en sortie d'une fibre optique (1) permettant le transport de la fluorescence, après un miroir collimateur (2).In this case, the device is installed as in Figure IA output of an optical fiber (1) for the transport of fluorescence, after a collimator mirror (2).
Afin d'améliorer la résolution de l'instrument de mesure, il est également possible, selon un second aspect de l'invention, d'associer une pluralité de spectromètres de cohérence temporelle tels que précédemment décrits.In order to improve the resolution of the measuring instrument, it is also possible, according to a second aspect of the invention, to associate a plurality of time coherence spectrometers as previously described.
En effet, l'utilisation d'un spectromètre de cohérence tel que précédemment décrit ne permet d'acquérir qu'une partie de l'interférogramme correspondant aux franges d'interférences enregistrées sur le capteur CCD. L'association de plusieurs spectromètres de retards différents judicieusement choisis permet alors d'acquérir
plusieurs parties de l'interférogramme, et d'augmenter autant que souhaité la résolution de l'instrument.Indeed, the use of a coherence spectrometer as described above only makes it possible to acquire a part of the interferogram corresponding to the interference fringes recorded on the CCD sensor. The combination of several spectrometers of different delays judiciously chosen makes it possible to acquire several parts of the interferogram, and increase as much as desired the resolution of the instrument.
Illustré figure 6, le spectromètre selon l'invention se compose par exemple d'une fibre optique divisible (1') placé au niveau de l'émission plasma (10) qui éclaire en parallèle plusieurs spectromètres de cohérence (15) ayant des réglages de déséquilibre des trajets optiques entre les bras différents les uns des autres.Illustrated in FIG. 6, the spectrometer according to the invention consists for example of a divisible optical fiber (1 ') placed at the level of the plasma emission (10) which illuminates in parallel a plurality of coherence spectrometers (15) having imbalance of the optical paths between the arms different from each other.
II utilise par exemple un interféromètre de Michelson à coin d'air pour les faibles déséquilibres, et un interféromètre de Mach-Zhender pour les grands déséquilibres.He uses, for example, a Michelson interferometer with an air wedge for weak imbalances, and a Mach-Zhender interferometer for large imbalances.
En effet, les grands déséquilibres de longueurs de bras peuvent poser des problèmes sur un interféromètre de Michelson, en raison de la limitation de profondeur de champ sur l'imagerie des franges d'interférences.Indeed, large arm length imbalances can cause problems on a Michelson interferometer, because of the depth of field limitation on imaging of the interference fringes.
La méthode d'obtention du spectre à partir de l'acquisition de plusieurs interférogrammes peut s'expliquer de la manière suivante.The method of obtaining the spectrum from the acquisition of several interferograms can be explained in the following manner.
L'algorithme d'obtention du spectre est basé sur la transformée de Fourier. Pour un interférogramme simple obtenu à l'aide d'un seul interféromètre de cohérence, le calcul du spectre est bien connu de l'art antérieur, et se fait par simple transformée de Fourier suivi du calcul de la magnitude. Dans le cas de deux spectromètres de cohérence 15A, 15B associés, les interférogrammes obtenus sont SC(τ) etThe algorithm for obtaining the spectrum is based on the Fourier transform. For a simple interferogram obtained using a single coherence interferometer, the calculation of the spectrum is well known from the prior art, and is done by simple Fourier transform followed by calculation of the magnitude. In the case of two coherence coherence spectrometers 15A, 15B, the interferograms obtained are SC (τ) and
SC(2τ), ces interférogrammes correspondants à deux spectromètres de cohérence de déséquilibres respectifs τ etSC (2τ), these interferograms corresponding to two coherence spectrometers of respective imbalances τ and
2τ. On calcule tout d'abord la transformée de Fourier
complexe du premier interférogramme FFT(SC(τ)), puis la transformée de Fourier complexe de la somme des deux interférogrammes FFT(SC(τ)+SC(2τ) ) . Le spectre issu de l'association des deux interféromètres de cohérence est finalement obtenu par calcul de la magnitude de la multiplication des transformées de Fourier précédentes : ABS[ FFT(SC(T)) * FFT(SC(τ)+SC(2t) ) ].2τ. We first calculate the Fourier transform complex of the first interferogram FFT (SC (τ)), then the complex Fourier transform of the sum of the two interferograms FFT (SC (τ) + SC (2τ)). The spectrum resulting from the combination of the two coherence interferometers is finally obtained by calculating the magnitude of the multiplication of the preceding Fourier transforms: ABS [FFT (SC (T)) * FFT (SC (τ) + SC (2t) )].
Pour un nombre de N spectromètres de cohérence ( 15A, 15B, 15C), la procédure est récursive. Le déséquilibre entre les bras de chaque spectromètre de cohérence ajouté est le double du précédent. Ainsi, l'interférogramme du troisième interféromètre s'écrit : SC(4τ) . Par exemple, le spectre pour trois spectromètres de cohérence sera obtenu à l'aide de la formule :For a number of N coherence spectrometers (15A, 15B, 15C), the procedure is recursive. The imbalance between the arms of each added coherence spectrometer is double the previous one. Thus, the interferogram of the third interferometer is written: SC (4τ). For example, the spectrum for three coherence spectrometers will be obtained using the formula:
ABS[FFT(SC(t) )*FFT(SC(t)+SC(2t) ) *FFT(SC(T)+SC(2t)+ SC(4τ))].ABS [FFT (SC (t)) * FFT (SC (t) + SC (2t)) * FFT (SC (T) + SC (2t) + SC (4τ))].
 titre indicatif, ce système d'associations de spectromètres peut-être comparé à la synthèse d'ouverture utilisé en astronomie. Dans le cas présent, les spectromètres couvrent différentes plages de retards optiques, alors qu'en astronomie, les miroirs de télescope couvrent différentes ouvertures spatiales.As an indication, this system of spectrometer combinations can be compared to the aperture synthesis used in astronomy. In this case, the spectrometers cover different ranges of optical delays, while in astronomy, the telescope mirrors cover different spatial openings.
Afin d'améliorer les résultats spectroscopiques, il est préférable, même en associant plusieurs spectromètres de cohérence d'avoir les capteurs CCD avec le plus de pixels possible. Cela permet également de limiter le nombre de spectromètre de cohérence.In order to improve the spectroscopic results, it is preferable, even when combining several coherence spectrometers to have the CCD sensors with the most pixels possible. This also makes it possible to limit the number of coherence spectrometers.
La figure 7 représente un exemple expérimental de l'évolution de la résolution en fonction du nombre de spectromètres de cohérence sur une raie du laser l'hélium
néon. Comme on peut le voir, la résolution augmente quasi linéairement en fonction du nombre de spectromètre. Cette courbe a été obtenue à l'aide d'un capteur CCD de seulement 1024 pixels. Pour la configuration à neuf spectromètres, la largeur de raie mesurée est de l'ordre de 9 picomètres. Un capteur plus large de 6000 pixels permet d'arriver à une résolution équivalente de plus de 70000 avec seulement 5 spectromètres de cohérence au lieu de 9.
FIG. 7 represents an experimental example of the evolution of the resolution as a function of the number of coherence spectrometers on a helium laser line. neon. As can be seen, the resolution increases almost linearly according to the number of spectrometer. This curve was obtained using a CCD sensor of only 1024 pixels. For the configuration with nine spectrometers, the measured linewidth is of the order of 9 picometers. A larger 6000 pixel sensor achieves an equivalent resolution of over 70000 with only 5 coherence spectrometers instead of 9.
Claims
1. Dispositif de spectrométrie caractérisé en ce qu'il comprend au moins un interféromètre séparateur de front d'onde comportant au moins deux bras déséquilibrés et au moins un coin d'air, un dispositif d'imagerie de franges d'interférence, un capteur imageur desdites franges et un moyen de traitement du signal issu dudit capteur.Spectrometry device characterized in that it comprises at least one wavefront separating interferometer comprising at least two unbalanced arms and at least one air wedge, an interference fringe imaging device, a sensor imager of said fringes and a signal processing means from said sensor.
2. Dispositif de spectrométrie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit déséquilibre entre les au moins deux bras est réglable.2. Spectrometry device according to claim 1, characterized in that said imbalance between the at least two arms is adjustable.
3. Dispositif de spectrométrie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit interféromètre est du type3. Spectrometry device according to claim 1, characterized in that said interferometer is of the type
Michelson.Michelson.
4. Dispositif de spectrométrie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit interféromètre est du type Mach-Zhender.4. Spectrometry device according to claim 1, characterized in that said interferometer is Mach-Zhender type.
5. Dispositif de spectrométrie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de traitement du signal utilise une analyse par transformée de Fourier.Spectrometry device according to claim 1, characterized in that said signal processing means uses Fourier transform analysis.
6. Dispositif de spectrométrie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'imagerie de franges comprend au moins une lentille doublet cylindrique pour imager lesdites franges.Spectrometry device according to claim 1, characterized in that said fringe imaging device comprises at least one cylindrical doublet lens for imaging said fringes.
7. Dispositif de spectrométrie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit capteur imageur est une caméra CCD. 7. Spectrometry device according to claim 1, characterized in that said imaging sensor is a CCD camera.
8. Dispositif de spectrométrie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de focalisation desdites franges vers ledit capteur.8. Spectrometry device according to claim 1, characterized in that it further comprises a means for focusing said fringes to said sensor.
9. Dispositif de spectrométrie caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'interféromètres (15A, 15B, 15C) séparateurs de front d'onde, chacun desdits interféromètre comportant deux bras déséquilibrés et au moins un coin d'air, un dispositif d'imagerie de franges d'interférence, un capteur imageur desdites franges et un moyen de traitement du signal issu dudit capteur, les déséquilibres entre les deux bras de chacun desdits interféromètre étant différents. 9. Spectrometry device characterized in that it comprises a plurality of interferometers (15A, 15B, 15C) wavefront separators, each of said interferometer comprising two unbalanced arms and at least one air wedge interference fring imaging, an imaging sensor of said fringes and a signal processing means from said sensor, the imbalances between the two arms of each of said interferometer being different.
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