FR2583516A1

FR2583516A1 - Spectrometre a modulation d'amplitude selective interferentielle

Info

Publication number: FR2583516A1
Application number: FR8508914A
Authority: FR
Inventors: B I Ivanov; N A Kirichenko; N P Kozlov; A I Lopatin V I Rakhovsky; A M Shukhtin; Ayant Pour Heri Meister; A B Ioannisiani
Original assignee: TS IZUCHENIJU SVOISTV POV
Current assignee: TS IZUCHENIJU SVOISTV POV
Priority date: 1985-04-30
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1986-12-19
Also published as: SE455232B; WO1986006476A1; DE3590782T1; GB2185104B; FR2583516B1; SE8605328L; GB2185104A; GB8630483D0; JPS62502702A; AU4950585A; SE8605328D0; CH673060A5; AU579200B2

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES INSTRUMENTS OPTIQUES. LE SPECTROMETRE FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST DU TYPE COMPORTANT NOTAMMENT DEUX MIROIRS DE BALAYAGE 14 ET 15 DISPOSES SUR UN SUPPORT COMMUN 13 MOBILE EN ROTATION AUTOUR D'UN AXE 20 SITUE SUR LA LIGNE DE CROISEMENT DU PLAN 17 DANS LEQUEL SE TROUVE LA SURFACE UTILE DU RESEAU DE DIFFRACTION 7 ET DU PLAN 25 CONTENANT LA SURFACE REFLECHISSANTE 11 DU MIROIR AUXILIAIRE 10, ET AGENCES, L'UN, POUR REFLECHIR LES RAYONS VENANT DU RESEAU DE DIFFRACTION 7, ET L'AUTRE, LES RAYONS VENANT DU MIROIR AUXILIAIRE 10, ET EST CARACTERISE EN CE QUE ENTRE, D'UNE PART, LE MIROIR DE BALAYAGE 15 DESTINE A REFLECHIR LES RAYONS VENANT DU MIROIR AUXILIAIRE 10, ET D'AUTRE PART, LE SUPPORT 13, EST DISPOSEE UNE LAME PLANE PARALLELE 16 D'EPAISSEUR H CONFORME A LA RELATION: H L, OU EST L'INTERVALLE ENTRE, D'UNE PART, LE PLAN 17, CONTENANT LA SURFACE UTILE DU RESEAU DE DIFFRACTION 7, ET D'AUTRE PART, LA FACE EN BOUT 18, EN REGARD DE CE PLAN, DU MIROIR AUXILIAIRE 10; L EST LA DIMENSION LINEAIRE DU RESEAU DE DIFFRACTION 7 DANS UNE DIRECTION PERPENDICULAIRE A LA DIRECTION DE SES TRAITS 8. LE SPECTROMETRE EN QUESTION PEUT ETRE UTILISE NOTAMMENT POUR L'ANALYSE DES RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES.

Description

La présente invention concerne les instruments opti-

ques et a notamment pour objet un spectromètre à modu-

lation d'amplitude sélective interférentielle. Elle peut

être utilisée pour l'analyse des rayonnements électro-

magnétiques. Le type trincipal des appareils à spectre utilisés en

spectroscopie actuellement est un spectromètre à fente.

Tout spectromètre à fente comprend: une fente d'entrée située dans le plan focal d'un collimateur qui produit un faisceau de lumière parallèle; un élément dispersif (prisme ou réseau de diffraction), un objectif de sortie et une fente de sortie disposée dans le plan focal de ce dernier et assurant la sélection du flux lumineux de sortie d'après la longueur d'ondes (cf., par exemple, Zaidel A.N., Ostrovsky G.V., Ostrovsky Ju.I. "Technique et pratique de la spectroscopie", éditions "NAUKA",

Moscou, 1972).

Le pouvoir de résolution et l'ouverture relative d'un tel spectromètre dépendent de la largeur des fentes d'une manière inverse: avec le retrécissement des fentes le pouvoir de résolution augmente et l'ouverture relative diminue, et vice versa. Outre cela, comme la largeur de la fente ne peut pas être diminuée à l'infini à cause du phénomène de diffraction, il s'avère nécessaire d'uiliser des collimateurs à foyer long pour réaliser le pouvoir de résolution de l'élément dispersif. C'est pourquoi les dimensions des spectromètres de la classe moyenne sont égales à 1,5 à 2 m, et les appareils de la gamme supérieure

atteignent unelongueur de 6 m et plus.

On a proposé récemment deux types de spectromètres sans fentes d'un principe nouveau, utilisant le phénomène d'interférence: spectromètre de Fourier et spectromètre à modulation d'amplitude interférentielle sélective (appelé plus loin S.I.S.A.M.). L'application de ces deux types de spectromètres peut placer la spectrométrie sur un niveau

qualitativement supérieur: primo, on peut augmenter l'ou-

verture relative des spectromètres et, par conséquent, leur sensibilité, de 2 à 3 ordres; secundo, il est possible d'augmenter de la même façon la vitesse de prélèvement de l'information, autrement dit, la rapidité de l'analyse spectrale; tertio, on peut réaliser le pouvoir de réso- lution théorique de l'élément dispersif pratiquement à toutes distances focales du collimateur d'entrée et de

l'objectif de sortie, ce qui permet de réduire l'encombre-

ment et la masse des spectromètres de dizaines et de cen-

taines de fois.

Le spectromètre Fourier (cf., par exemple, J.Connes,

J.Phys. Rad., 21, 645, 1960) est un spectromètre Michel-

son à un seul miroir mobile qui peut se déplacer le long de l'axe de l'interféromètre à proximité de la position de l'écart nul entre les faisceaux en interférence. Lors de l'utilisation de ce spectromètre, on doit réaliser un décodage par machine du signal enregistré. Outre cela, il est sensible à la variation durant l'enregistrement de l'intensité de la lumière à analyser, le système mécanique

de déplacement du miroir mobile est assez compliqué et sen-

sible aux parasites mécaniques, alors que la gamme spec-

trale de service est limitée par la plage de transparence

du support du miroir semi-transparent.

Le S.I.S.A.M. est un interféromètre à deux faisceaux dont les deux branches comportent des éléments dispersifs

installés de façon à permettre l'observation de l'inter-

férence à proximité d'une seule longueur d'onde.

Le procédé interférentiel de la sélection d'après

les longueurs d'ondes est assuré par une variation pério-

dique de l'écart entre les faisceaux de lumière en inter-

férence. En ce cas, on n'observe la modulation d'amplitude du faisceau lumineux sortant que sur la longueur d'onde

d'interférence. La composante variable du faisceau lu-

mineux sortant, enregistrée par un circuit récepteur-enre-

gistreur, est proportionnelle à l'intensité de la lumière

sur la longueur d'onde d'interférence.

Lors de l'utilisation de tous les montages connus

des S.I.S.A.M., on doit assurer, pour le réglage et l'ex-

ploitation de l'appareil, une précision interférentielle de l'ordre de 7 à 12 degrés de liberté des différents éléments du montage, c'est-à-dire de maintenir les angles

avec une précision dépassant une seconde, et les dépla-

cements, avec une précision allant jusqu'à des fractions

de longueur d'onde.

Il en découle que: même les appareils de précision ont une faible résistance statique et cinématique aux parasites mécaniques; le réglage des appareils est une opération très compliquée; le système de. balayage est tellement compliqué qu'à l'heure actuelle les limites

de balayage ne dépassent pas quelques centaines d'inter-

valles résolus (pour le domaine visible du spectre I1A).

Outre cela, la gamme spectrale de la plupart des S.I.S.A.M. est limitée par la plage de transparence des

miroirs séparateurs de lumière; dans tous les S.I.S.A.M.

connus, la fréquence et la phase du signal modulé chan-

gent lors du balayage du spectre, autrement dit, il est impossible de réaliser une détection synchrone du signal enregistré; la fréquence de modulation ne dépasse pas Hz, ce qui limite fortement la rapidité de l'analyse; par suite de la complexité du système mécanique de balayage, les appareils ont le même encombrement et la même masse

que les spectromètres à fente; le coût des S.I.S.A.M.

connus est notablement supérieur à celui des appareils à fente. L'un des montages des S.I.S.A.M. (cf., par exemple, P.Connes, Rev. d'Opt., 34, 1, 1956) utilise le pouvoir du réseau de diffraction à profil symétrique des traits de produire des ordres de diffraction droit et gauche

d'intensité identique. Ces ordres symétriques de diffrac-

tion sont utilisés pour former les bras de l'interféro-

mètre faisant partie du S.I.S.A.M. Pour cela, on utilise un système à deux ou trois miroirs qui renvoient les faisceaux des ordres symétriques en arrière sur le réseau de façon à répéter leur diffraction sur ce dernier et à réaliser

une sélection interférentielle des faisceaux. Ce spectro-

mètre à tous les inconvénients mentionnés ci-dessus.

Il existe également un S.I.S.A.M.(cf., par exemple le brevet canadien n0 1034786, publié en Juillet 1978) qui comporte, disposés l'un après l'autre dans le sens de propagation du faisceau lumineux, une ouverture d'entrée,

un collimateur, un réseau de diffraction à profil sy-

métrique des traits, un miroir auxiliaire placé de façon que sa surface de réflexion soit parallèle aux traits du réseau de diffraction et perpendiculaire à la surface utile de ce dernier, deux miroirs de balayage sur un support commun installé de façon à pouvoir tourner autour de l'axe passant par la ligne de croisement du plan de la surface utile du réseau de diffraction avec le plan de la surface de réflexion du miroir auxiliaire et adaptés,

l'un, pour refléter les rayons venant du réseau de diffrac-

tion, et l'autre, pour refléter les rayons venant du miroir auxiliaire, une ouverture de sortie et un dispositif

enregistreur optiquement relié à l'ouverture de sortie.

Ce spectromètre possède les avantages suivants: moyen de balayage simple, faible encombrement et faible masse, possibilité d'utiliser la méthode de détection synchrone

du signal.

Toutefois, ce spectromètre est caractérisé par des distorsions d'amplitude et de phase, ce qui diminue la

précision des mesures.

La cause des distorsions d'amplitude est l'absence dans l'image interférentielle d'une frange nulle. La distorsion d'amplitude entraîne une restitution non

univoque du spectre à analyser suivant le registrogramme.

Dans ce spectromètre, la fonction instrumentale du signal enregistré en cas de détection synchrone dépend de la différence de phase optique initiale, ce qui provoque

des distorsions de phase notables, et par conséquent, li-

mite fortement la stabilité des caractéristiques optiques du spectromètre. Les déformations de phase surviennent en cas de variations accidentielles de la disposition spatiale relative du réseau de diffraction et du miroir auxiliaire et sont dues essentiellement à la dilatation

thermique des ensembles de fixation des éléments optiques.

Afin de les compenser, il faut une stabilisation rigoureuse (avec une précision de dixièmes de degré) de la température

du spectromètre à l'aide de moyens supplémentaires.

Le but de l'invention est de créer un spectromètre à modulation d'amplitude sélective interférentielle (S.I.S.A.M.) muni d'un système de miroirs de balayage

qui assurerait une compensation des distorsions d'ampli-

tude et, par conséquent, une restitution univoque du spec-

tre à analyser d'après son registrogramme, et équipé en

même temps d'un dispositif enregistreur assurant la compen-

sation des distorsions de phase. -

Ce but est atteint du fait que le spectromètre (S.I.S.A.M.) comportantdisposés l'un après l'autre suivant le sens de propagation du faisceau lumineux, une ouverture d'entrée, un collimateur, un réseau de diffraction à profil symétrique des traits, un miroir auxiliaire disposé de façon que sa surface de réflexion soit parallèle aux traits du réseau de diffraction et perpendiculaire à la surface utile de ce dernier, deux miroirs de balayage montés sur un support commun et pouvant tourner autour d'un axe passant par la ligne de croisement du plan de la surface utile du réseau de diffraction avec le plan de la surface de réflexion du miroir auxiliaire, et adaptés, l'un, pour refléter les rayons venant du réseau de diffraction, et l'autre, pour refléter les rayons venant du miroir auxiliaire, une ouverture de sortie et un dispositif enregistreur relié optiquement à l'ouverture de sortie, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que, entre le miroir de balayage adapté pour refléter les rayons venant du miroir auxiliaire et le support est placée une lame à faces parallèles d'une épaisseur h conforme à la relation: - 9 h --- L, o Pest le jeu entre le plan de la surface utile du réseau de diffraction et la face en bout, en regard de cette dernière, du miroir auxiliaire; L est la dimension linéaire du réseau de diffraction dans une direction perpendiculaire à ses traits,-alors que

le dispositif enregistreur est muni de moyens de compen-

sation des distorsions de phase du spectromètre.

Il est utile, pour compenser les distorsions de phase dans un dispositif enregistreur qui comporte, reliés en série, un photorécepteur, un détecteur synchrone, un indicateur et un générateur dont la sortie est raccordée à la deuxième entrée du détecteur synchrone, que le

moyen de compensation des distorsions de phase du spectro-

mètre comporte un deuxième détecteur synchrone, un doubleur de fréquence et un bloc d'addition vectorielle des signaux électriques, que le deuxième détecteur synchrone soit branché par une entrée sur la sortie du photorécepteur, et par une deuxième entrée, via le doubleur de fréquence, sur la sortie du générateur, et que le bloc d'addition vectorielle des signaux électriques soit branché entre les sorties des premier et deuxième

détecteurs synchrones et l'entrée de l'indicateur.

Afin d'assurer la possibilité de mesurer simultanément

la dispersion de l'indice de réfraction et le spectre d'ab-

sorption de la substance à analyser, il est souhaitable de munir le spectromètre d'une cuvette transparente à parois latérales parallèles par paires, fixée rigidement sur l'un des miroirs de balayage et ayant les dimensions de ce miroir, et de munir le dispositif enregistreur d'un bloc de calcul de arc tg U / U2u #oỦJ est l'amplitude du signal de sortie du premier détecteur synchrone et U2 3.i est l'amplitude du signal de sortie du deuxième détecteur synchrone, ce bloc de calcul ayant deux entrées branchées chacune sur la sortie du détecteur synchrone respectif, ainsi que d'un indicateur branché sur la sortie du bloc

de calcul de arc tg U. / U2.

Le S.I.S.A.M. conforme à l'invention, grâce à la compensation des distorsions d'amplitude, assure une haute précision des mesures et peut être utilisé pour résoudre un grand nombre de problèmes de la spectroscopie

analytique lors de l'enregistrement des spectres de rayon-

nement et d'absorption (aussi bien des spectres de raies O10 que des spectres continus). L'invention a permis d'utiliser dans le dispositif enregistreur une voie auxiliaire d'enregistrement du deuxième harmonique du signal modulé optiquement et, par conséquent, d'employer d'une façon plus complète le flux utile du rayonnement et d'éliminer les distorsions de phase. Ceci permet d'élever la précision des mesures, de réduire les exigences auxquelles doivent satisfaire les caractéristiques de phase du spectromètre et, par conséquent, les conditions d'utilisation. Outre cela, l'utilisation de la méthode de détection synchrone à deux voies a permis d'obtenir une forme de contour

instrumental du S.I S.A.M. identique à la fonction instru-

mentale des spectromètres classiques.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la

lumière de la description explicative qui va suivre de

différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure I représente un schéma d'ensemble du

spectromètre à modulation d'amplitude sélective inter-

férentielle conforme à l'invention; - la figure 2 représente un schéma synoptique du dispositif enregistreur muni d'un moyen de compensation des distorsions de phase; - la figure 3 représente une variante d'exécution du spectromètre avec un schéma synoptique d'une variante du dispositif enregistreur muni d'un moyen de compensation des distorsions de phase;

- la figure 4 représente le schéma optique du spectro-

mètre représenté sur la figure 1;

- la figure 5 représente le schéma optique du spec-

tromètre représenté sur la figure 3. Le spectromètre à modulation d'amplitude sélective interférentielle (S.I.S.A.M.), objet de l'invention, représenté sur la figure 1, comporte une ouverture d'entrée I pratiquée dans un corps 2 et disposée dans le plan focal et sur l'axe optique d'un collimateur sous la forme d'une lentille 3 fixée dans une monture 4. Entre, la lentille 3 et l'ouverture d'entrée 1 se situe un miroir semitransparent 5 fixé dans une monture 6 et placé sous un angle de 45 par rapport à l'axe optique de la

lentille 3. A l'intérieur du corps 2, un réseau de diffrac-

tion plat 7 à profil symétrique des traits 8 formant la surface utile de ce dernier est rigidement fixé à une embase 9. Sur la même embase 9 est fixé rigidement un miroir auxiliaire 10 se présentant sous la forme d'un condensateur piézocéramique à armatures 11 et 12, l'armature 11 formant la surface de réflexion (désignée dans ce qui

suit par le même chiffre de référence 11) du miroir auxi-

liaire 10.

Le miroir auxiliaire 10 est disposé, par rapport au

réseau de diffraction 7, de façon que sa surface réflé-

chissante 11 soit parallèle aux traits 8 du réseau de diffraction 7 et sous un angle de 90 par rapport à la surface utile du réseau de diffraction 7, l'axe optique de la lentille 3 passant par le centre du réseau 7. Le corps 2 contient également un support commun 13 d'un

premier miroir de balayage 14, dont la surface réfléchis-

sante est agencée de façon à réfléchir le faisceau lumineux venant du réseau de diffraction 7, et d'un second miroir de balayage 15, dont la surface réfléchissante est agencée de façon à réfléchir le faisceau lumineux venant du miroir auxiliaire 10. Entre le miroir de balayage 15 et le support 13 se situe une lame à faces parallèles 16 de dimensions correspondant à celles de ce miroir, d'épaisseur h et

satisfaisant à la relation.

Y -h -L o est l'intervalle entre le plan 17 dans lequel se trouve la surface utile du réseau de diffraction 7 et le côté en bout 18, en regard de ce plan, du miroir auxiliaire 10; L est la dimension linéaire de la surface utile du

réseau de diffraction 7 dans une direction perpendi-

culaire à la direction de ses traits 8.

La lame plan-parallèle 16 peut être fixée au support

13 au moyen, par exemple, d'un contact optique.

Le support commun 13 est rigidement fixé à une embase 19 mobile en rotation autour d'un axe 20 à l'aide d'un couple vis 21-écrou 22. L'immobilisation de l'embase 19 dans une position quelconque se fait à l'aide d'un

ressort 23.

L'axe de rotation 20 de l'embase 10 se trouve sur

la ligne 24 de croisement du plan 25 de la surface réflé-

chissante Il du miroir auxiliaire 10 et du plan 17 de la

surface utile du réseau de diffraction 7.

L'ouverture de sortie 26 est disposée dans le corps 2 symétriquement à l'ouverture d'entrée i par rapport au miroir 5. En aval de l'ouverture de sortie 26 est monté

un dispositif enregistreur 27 muni d'un moyen de compen-

sation des distorsions de phase. Les- deux armatures Il et - 12 du condensateur du miroir auxiliaire 10 son-t branchées à l'aide de conducteurs électriques, passant par un orifice

pratiqué dans le corps 2, sur le dispositif enregistreur 27.

Dans le mode décrit d'exécution du spectromètre,

le dispositif enregistreur 27 muni d'un moyen de compensa-

tion des déformations de phase et représenté sur la figure 2, comportesuivant l'invention/un générateur d'oscillations harmoniques 28 (du type décrit dans le livre "Technique des montages à semi-conducteurs" de X.Titze, K.Shenk, Ed. "Mir", M., 1983) et, reliés entre

eux en série, un photorécepteur 29 (par exemple, un pho-

tomultiplicateur du type décrit dans le livre "Technique et pratique de la spectroscopie" de Zaidel A.N., Ostrovskaja G.V., Ostrovsky Ju.I., Editions "Nauka", Moscou, 1972) disposé en aval de l'ouverture de sortie 26, avec un élément

photosensible disposé dans le plan focal de la lentille-

3; deux détecteurs synchrones 30 et 31 (du type décrit, par

exemple, dans le livre "Technique des montages à semi-

conducteurs" de Titze X., Shenk K., Editions "Mir", Moscou, 1983); un doubleur de fréquence 32 (du type décrit, par exemple, dans le livre "Amplificateurs opérationnels et circuits intégrés linéaires" de J.Kar, Editions "Mir", Moscou, 1980); et un indicateur 34 réalisé, par exemple,

sous la forme d'un autoscripteur.

Dans la variante du dispositif enregistreur 27 muni d'un moyen de compensation des distorsions de phase et représenté sur la figure 3, le générateur 28 est branché sur les armatures Il et 12 du condensateur (du miroir auxiliaire 10), sur la première entrée d'un détecteur synchrone 30 directement, et sur une première entrée d'un détecteur synchrone 31 via un doubleur de fréquence 32, la sortie du photorécepteur 29 est branchée sur les deuxième entrées des détecteurs synchrones 30 et 31, et un bloc d'addition vectorielle des signaux électriques 33 est inséré entre les sorties des premier et second détecteurs synchrones 30 et 31 et l'entrée d'un indicateur 34.

Dans la variante du S.I.S.A.M. représentée sur la fi-

gure 3, à la différence du S.I.S.A.M. représenté sur la figure 1, le miroir de balayage 14 porte une cuvette 35 transparente à baies latérales parallèles par paires,

et de dimensions correspondant à celles de ce miroir.

Toutefois, l'invention prévoit que la cuvette peut aussi

bien être disposée sur le miroir de balayage 15.

Le dispositif enregistreur 36 conforme à la variante ll décrite du S.I.S. A.M. et représentée sur la figure 3, à la différence du dispositif enregistreur 27 représente sur la figure 2, est muni d'un bloc auxiliaire 37 de calcul de arc tg Ui /U2&, o Um est l'amplitude du signal de sortie du détecteur synchrone 30, et U2W, l'amplitude du signal de sortie du détecteur synchrone 31, ce bloc ayant deux entrées branchées chacune sur une sortie du détecteur synchrone 30 et du détecteur synchrone 31, respectivement, et d'un indicateur 38 branché sur la sortie du bloc 37 de calcul de arc tg Uw /U2 Le spectromètre (S.I.S.A.M.) représenté sur les

figures 1 et 2 fonctionne de la façon suivante.

Le flux lumineux d'entrée 39 (figure 4) à analyser passe par l'ouverture d'entrée 1, le miroir semi-transparent 5 et la lentille 3, tombe normalement sur le réseau de diffraction 7 et forme deux ordres de diffraction,droit et gauche, sous la forme de deux faisceaux lumineux 40 et

41 de longueur d'onde donnée.

Le faisceaux lumineux 40 et le faisceau lumineux 41 réfléchi sur la surface réfléchissante 11 du miroir auxiliaire 10 sont dirigés parallèlement sur le support commun 13. La lame 16 à faces parallèles assure le parallélisme des surfaces réfléchissantes des miroirs de

balayage 14 et 15 et, par conséquent, la condition d'auto-

collimation simultanément pour les deux faisceaux lu-

mineux 40 et 41, le spectromètre étant accordé sur une

longueur d'onde déterminée.

Les faisceaux lumineux 40 et 41 ayant subi la diffrac-

tion reviennent sur le réseau de diffraction 7, le faisceau

lumineux 40 ayant été réfléchi par la surface réfléchis-

sante du miroir de balayage 14, et le faisceau lumineux 41, par, successivement, la surface réfléchissante 11 du miroir auxiliaire 10, la surface réfléchissante du miroir de balayage 15-et de nouveau la surface réfléchissante

11 du miroir auxiliaire 10.

Après leur retour, les deux faisceaux lumineux 40 et 41 subissent une diffraction dans un même sens et forment un flux lumineux de sortie 42 à analyser, entrent en interférence, passent par la lentille 3, sont réfléchis par le miroir 5 et sont dirigés à travers l'ouverture de sortie 26 sur le dispositif enregistreur 27. Dans la variante décrite d'exécution du spectromètre, le moyen de séparation du flux lumineux d'entrée 39 et du flux

lumineux de sortie 42 est le miroir semi-transparent 5.

La présence d'une lame 16 à faces parallèles disposée entre le miroir de balayage 15 et le support 13 et ayant une épaisseur h, ainsi que la réalisation de la condition eh eL, entraînent un raccourcissement de la longueur optique du faisceau lumineux 41 et, en conséquence, l'apparition, dans l'image interférentielle sur la surface

utile du réseau de diffraction 7,d 'une frange inter-

férentielle correspondant à une différence nulle de tra-

jectoire en tout point de l'intervalle de balayage suivant

la longueur d'onde. La présence d'une frange interféren-

tielle nulle assure la compensation des distorsions et une restitution univoque du spectre à analyser à partir du registrogramme. Les images de tous les points de l'ouverture 1 (figure 4), formées par les faisceaux lumineux 40 et 41 à longueur d'ondre donnée, coïncident

dans l'ouverture de sortie 26.

Pour la lumière d'autres longueurs d'ondes, les points respectifs de l'ouverture 1 ne coïncident pas. Ceci signifie que l'interférence dans l'ouverture de sortie 26 est sélective sur la longueur d'onde indiquée. Le moyen de modulation, dans la variante décrite du spectromètre, est le miroir auxiliaire 10. Avec la variation périodique de la différence de trajectoire des faisceaux lumineux

et 41 en interférence, qui résulte du mouvement de va-

et-vient de la surface réfléchissante 11 du miroir auxi-

liaire 10 lors de l'application à ce dernier d'une

tension à partir du générateur 28 (figure 2), varie pério-

diquement l'intensité du flux lumineux de sortie 42 (figure 4) d'une longueur d'onde donnée. Les faisceaux du flux lumineux à analyser 42, de longueurs d'ondes proches de cette longueur d'onde donnée, passent également par l'ouverture de sortie 26, mais leur intensité n'est pas soumise à la modulation. Le flux lumineux à analyser 42 enregistré par le photorécepteur 29 (figure 2) du dispositif enregistreur 27 comporte une composante variable définie par la lumière de ladite longueur d'onde donnée et une composante constante définie par la

lumière d'autres longueurs d'ondes ayant passé par l'ou-

verture de sortie 26. La composante variable, séparée et

amplifiée par le dispositif enregistreur 27, est propor-

tionnelle à l'intensité de la lumière de ladite longueur d'onde donnée, elle permet de juger de la composition

spectrale de la lumière à analyser.

Lors de l'analyse du spectre, on fait tourner l'embase 19 autour de l'axe 20 et on observe successivement les positions d'autocollimation des surfaces réfléchissantes des deux miroirs de balayage 14 et 15 pour les longueurs

d'ondes à analyser.

Dans la variante décrite du schéma optique (figure 4) du spectromètre, les distorsions d'amplitude se trouvent compensées, mais il apparaît des distorsions de phase supplémentaires qui s'additionnent d'une façon adéquate avec les distorsions de phase décrites plus haut. Les distorsions de phase supplémentaires sont dues à la présence de la lame à faces parallèles 16 d'épaisseur h, qui rend la phase de modulation dépendante de la longueur d'onde X des faisceaux lumineux 40 et 41 en interférence, conformément à la formule: 2. h / = ( _)

Le dispositif enregistreur 27 muni d'un moyen de com-

pensation des distorsions de phase fonctionne de la façon suivante.

Le photorécepteur 29 (figure 2) reçoit à travers l'ou-

verture de sortie 26 le flux lumineux de sortie 42 dont la composante variable est décrite par la formule: I () = Io (-) w ( c) cos( ), o I (-) est l'intensité du flux lumineux d'entrée 39; W () est la composante d'amplitude de la fonction de transmission du spectromètre sur le flux;

(}) est la différence de phases des faisceaux lumi-

neux 40 et 41 en interférence,

et contient le jeu complet d'harmoniques de Fourier.

Par suite de la modulation achromatique dans le sys-

tème optique examiné, d () peut être représente sous la forme: 0 () = asin t +O + (}) o a est l'amplitude de la modulation; 3 est la fréquence de modulation; t est le temps; So est la différence optique initiale des phases; [ )est la composante de phase qui dépend de la longueur d'onde. Soit:

t + ' ( 1-) ='g (}-).

Par transformation en série de Fourier, l'amplitude du premier harmonique est décrite par la formule: I_, (}il) =-In, (>_) W ( W1) sin [ dot W_)] 2P, B(a)'

o FBi est la fonction de Bessel du premier ordre.

L'amplitude du deuxième harmonique est décrite par la formule: r I2w (>) = Io (})W() cosr 0 (}) * 2FB2(a)

o FB2 est la fonction de Bessel du deuxième ordre.

Le premier détecteur synchrone 30 extrait du flux lumineux de sortie 42 détecté par le photorécepteur 29 le

premier harmonique à l'aide d'un signal de référence ap-

pliqué à sa deuxième entrée depuis la sortie du générateur

28. Le second détecteur synchrone 31 extrait du flux lumi-

neux 42 détecté par le photorécepteur 29 le deuxième har-

monique à l'aide d'un signal de référence appliqué à sa deuxième entrée depuis la sortie du générateur 28 via le doubleur de fréquence 32. Les signaux. de sortie des deux détecteurs synchrones 30 et 31 attaquent lesdeux entrées du bloc d'addition vectorielle des signaux électriques

33, et ensuite, l'indicateur 34.

Dans le dispositif enregistreur 27 décrit, les signaux attaquant les entrées du bloc d'addition vectorielle des signaux électriques 33 peuvent être représentés sous la forme: Usâ= K1I (Y) (depuis la sortie du premier détecteur synchrone 30); U2 = K2I2 () (depuis la sortie du second détecteur syncrhone 31), o K1 est le taux d'amplification du premier détecteur synchrone 30; K2 est le taux d'amplification du second détecteur

synchrone 31.

Le bloc 33 d'addition vectorielle des signaux élec-

triques réalise l'opération suivante:

2 U2

u (t-) + u Quand est satisfaite la condition K1FB1(a) = K2FB2(a) assurée par le choix des taux d'amplification K1 et K2 respectifs, ou de l'a. mplitude a de la modulation du miroir auxiliaire 10, il y a,dans le signal résultant attaquant l'entrée de l'indicateur 34, compensation complète de la dépendance du signal de la différence optique initiale de phase Cet de la composante de phase \ (\) qui est la fonction de la longueur d'onde, c'est-à-dire que toutes

les distorsions de phase qui se produisent sont compensées.

Le signal résultant ne donne l'information que sur

la composante d'amplitude du flux lumineux de sortie 42.

La variante du spectromètre représentée sur la figure 3 fonctionne de la même façon que celle décrite plus

haut, mais avec les différences suivantes.

Les deux faisceaux lumineux 40 et 41 (figure 5) soumis à la diffraction sont renvoyés sur le réseau de diffraction 7, le faisceau 40 ayant été réfléchi par la surface réfléchissante du miroir de balayage 14 et ayant passé deux fois à travers la cuvette transparente 35, à parois parallèles, contenant la substance à analyser, et le faisceau 41 ayant été réfléchi successivement par la surface réfléchissante 11 du miroir auxiliaire 10, la surface réfléchissante du miroir de balayage 15 et, de nouveaulla surface réfléchissante 11 du miroir auxiliaire 10. Si on remplit la cuvette 35 de substance à analyser, l'amplitude du flux lumineux de sortie 42 varie d'une valeur déterminée par le coefficient d'amplitude OL (Y') d'absorption de la substance, et la composante de phase 0( A) est complétée par une valeur définie par l'indice

de réfraction de la substance n (1).

Dans ce cas, le photorécepteur 29 (figure 3) du dispo-

sitif enregistreur 36 reçoit à travers l'ouverture de sortie 26 le flux lumineux de sortie 42, dont la composante variable est décrite par la formule: o1.42TM In() = Io (,)e). W()cosD (-) 2 (n-1)) o est l'épaisseur de la couche absorbante de substance

à analyser.

L'influence des baies de la cuvette 35 peut être né-

gligée dans la composante d'amplitude et on peut inclure

l'influence de la composante de phase dans X ( _).

Dans le cas considéré, on utilise une source du spectre continu

Io (ô) = Io = const.

Les signaux de sortie des deux détecteurs synchrones et 31 attaquent simultanément les deux entrées du bloc d'addition vectorielle des signaux électriques 33 (et ensuite, l'indicateur 34) et les deux entrées du bloc 34 de calcul de arc tg UW /U2, (et ensuite, l'indicateur 38). Le signal résultant à l'indicateur 34 ne porte que l'information sur le coefficient d'amplitude o ()' d'absorption, alors que le signal résultant à l'indicateur 38 porte l'information sur l'indice de réfraction n (1) de la substance à analyser. Le traitement ultérieur des registrogrammes donne directement la répartition spectrale des valeurs n( ô) et o( -) et, par conséquent, le coefficient d'extinction &( $)=& -/4'/ à analyser, enregistrés simultanément.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S

1. Spectromètre à modulation d'amplitude sélective interférentielle, du type comportant, disposés l'un après l'autre sur la trajectoire du faisceau lumineux, une ouverture d'entrée (1), un moyen collimateur, un réseau de diffraction (7) à profil symétrique des traits (8), un miroir auxiliaire (10) disposé de façon que sa surface réfléchissante (11) soit parallèle aux traits (8) du réseau de diffraction (7) et perpendiculaire à la surface utile de ce dernier, deux miroirs de balayage (14) et (15) disposés sur un support commun (13) mobile en rotation autour d'un axe (20) situé sur la ligne de croisement du plan (17) dans lequel se trouve la surface utile du réseau de diffraction (7) et du plan (25) continuant la surface réfléchissante (11) du miroir auxiliaire (10), et agencés, l'un, pour réfléchir les rayons venant du réseau de diffraction (7), et l'autre, les rayons venant du miroir auxiliaire (10), une ouverture de sortie (26), et un dispositif enregistreur (27), caractérisé en ce que, entre, d'une part, le miroir de balayage (15) destiné à réfléchir les rayons venant du miroir auxiliaire (10), et d'autre part, le support (13), est disposée une lame plane parallèle 16 d'épaisseur h conforme à la relation: t 4h 4 L, o ?est l'intervalle entre, d'une part, le plan (17) contenant la surface utile du réseau de diffraction (7), et d'autre part, la face en bout (18), en regard de ce plan, du miroir auxiliaire (10); L est la dimension linéaire du réseau de diffraction (7) dans une direction perpendiculaire à la direction

de ses traits (8).

ledit dispositif enregistreur (27) étant muni d'un moyen

de compensation des distorsions de phase du spectromètre.

2. Spectromètre suivant la revendicationi, du type dans lequel le dispositif enregistreur (27) comporte, reliés entre eux en série, un photorécepteur (29), un détecteur synchrone (30) et un indicateur (34), ainsi qu'un générateur (28) branché par sa sortie sur une deuxième sortie du détecteur synchrone (30), caractérisé en ce que le moyen de compensation des distorsions de phase du spectromètre comporte un deuxième détecteur synchrone (31), un doubleur de fréquence (32) et un bloc (33) d'addition vectorielle des signaux électriques, le détecteur synchrone (31) étant branché par une entrée sur la sortie du photorécepteur (29), et par une deuxième entrée,

via le doubleur de fréquence (32), sur la sortie du géné-

rateur (28), et le bloc (33) d'addition vectorielle des signaux électriques étant inséré entre les sorties du premier et du second détecteur synchrone (30) et (31)

et l'entrée de l'indicateur (34).

3. Spectromètre suivant l'une des revendications 1 et

2, caractérisé en ce qu'il est muni d'une cuvette trans-

parente (35) à parois latérales parallèles par paires, destinée à récevoir la substance à analyser, fixée rigidement à l'un des miroirs de balayage (14) et de dimensions correspondant à celles de ce miroir, le dispositif enregistreur (36) étant muni d'un bloc (34) de calcul de arc tg Uu / U2u, o U< est l'amplitude du signal de sortie du détecteur synchrone (30), et U2W, l'amplitude du signal de sortie du détecteur synchrone (31), ce bloc de calcul ayant deux entrées branchées chacune sur la sortie du détecteur synchrone (30), (31) respectif, ainsi que d'un indicateur (38) branché sur la sortie du bloc (37)

de calcul de la valeur de arc tg U. / U2>.