FR3104254A1 - Spectromètre optique et procédé de caractérisation d’une source associé - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un spectromètre optique (2) comportant : - un premier détecteur (14) configuré pour délivrer un signal de mesure, et un premier filtre optique (16) en entrée du premier détecteur et présentant une transmission variant, préférentiellement, de façon monotone avec la longueur d’onde ; - un deuxième détecteur (18) configuré pour délivrer un signal de référence, et un deuxième filtre optique (20) en entrée du deuxième détecteur et présentant une transmission constante avec la longueur d’onde ; - un dispositif de spectrométrie (8) configuré pour : • déterminer une donnée de mesure à partir du signal de mesure, et une donnée de référence à partir du signal de référence ; • calculer une donnée normalisée à partir de la donnée de mesure et de la donnée de référence ; et • déterminer une longueur d’onde d’un rayonnement incident à partir de la donnée normalisée et de la transmission du premier filtre optique. Figure pour l’abrégé : Figure 1
Description
La présente invention concerne un spectromètre optique associé à au moins une plage de longueurs d’onde prédéterminée. L’invention concerne également un procédé de caractérisation d’une source.
L’invention s’applique au domaine de la spectroscopie et de la mesure de puissance, en particulier pour un faisceau lumineux.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Il est connu de chercher à déterminer la longueur d’onde et la puissance d’un faisceau lumineux, par exemple dans le cadre d’applications telles que la spectrométrie ou la télédétection.
Pour réaliser une telle mesure, il est également connu d’avoir recours à un spectromètre mettant en œuvre un réseau diffractif. Dans ce cas, les différentes composantes spectrales d’un rayonnement lumineux incident sont spatialement séparées au moyen du réseau diffractif, et projetées sur une barrette de photodétecteurs, chaque capteur étant associé à une longueur d’onde ou une plage de longueurs d’onde prédéterminée.
Néanmoins, un tel spectromètre ne donne pas entière satisfaction.
En effet, un tel spectromètre comporte une multitude de composants optiques pour la mise en forme de la lumière entre son point d’entrée et la barrette de photodétecteurs, ce qui le rend onéreux, fragile et sensible aux dérives thermiques. En outre, le bon fonctionnement d’un tel spectromètre nécessite un alignement précis de ses composants optiques, ce qui accroît sa difficulté de mise en œuvre.
De telles contraintes excluent donc toute utilisation en environnement sévère, c’est-à-dire dans des situations caractérisées par de fortes vibrations, ou encore des fluctuations de températures de grande amplitude.
En outre, la bande-passante d’un tel spectromètre est typiquement limitée à quelques kilohertz à quelques dizaines de kilohertz. Une telle limitation réside dans le temps d’exposition et de décharge des photodétecteurs (capteurs CCD et CMOS en particulier), qui impose un temps de lecture minimal de la barrette de photodétecteurs.
Un but de l’invention est donc de proposer un spectromètre qui soit robuste, compact, simple d’utilisation et qui présente une bande-passante plus grande que les spectromètres de l’état de la technique.
A cet effet, l’invention a pour objet un spectromètre optique du type précité, comprenant, pour chaque plage de longueurs d’onde, un ensemble de détection associé comportant:
- au moins un organe de mesure comprenant un premier détecteur et un premier filtre optique agencé en entrée du premier détecteur, le premier détecteur étant configuré pour détecter un rayonnement incident présentant une longueur d’onde appartenant à la plage de longueurs d’onde, et pour délivrer un signal de mesure représentatif de ladite détection, le premier filtre optique présentant une transmission définie par une fonction de transmission variant, de préférence, de façon monotone avec la longueur d’onde sur la plage de longueurs d’onde;
- au moins un organe de référence comprenant un deuxième détecteur configuré pour détecter le rayonnement incident et pour délivrer un signal de référence représentatif de ladite détection, chaque organe de référence comprenant également un deuxième filtre optique agencé en entrée du deuxième détecteur, le deuxième filtre optique présentant une transmission constante avec la longueur d’onde sur la plage de longueurs d’onde, ou aucun filtre optique n’étant agencé en entrée du deuxième détecteur;
le spectromètre optique comprenant, en outre, un dispositif de spectrométrie configuré de façon à, pour chaque ensemble de détection:
- déterminer une donnée de mesure à partir de chaque signal de mesure correspondant;
- déterminer une donnée de référence à partir de chaque signal de référence correspondant;
- calculer une donnée normalisée à partir de la donnée de mesure et de la donnée de référence déterminées; et
- déterminer une longueur d’onde du rayonnement incident à partir de chaque donnée normalisée et de chaque fonction de transmission.
En effet, la présence des organes de références permet un suivi, en temps réel, des fluctuations de puissance du rayonnement incident, ce qui, par l’opération de normalisation, autorise une correction du signal de mesure délivré par les organes de mesure. Une fois le signal de mesure corrigé, la fonction de transmission, préférentiellement monotone, du premier filtre optique permet, par bijection, de déterminer simplement la longueur d’onde du rayonnement incident, ce qui est avantageux.
Il en résulte que le spectromètre optique ne requiert pas l’utilisation de composants fragiles et dont l’alignement est généralement fastidieux, tel que les réseaux diffractifs cités précédemment, mais seulement des composants robustes et peu onéreux tels que des photodiodes.
En outre, dans le spectromètre selon l’invention, la mesure de la longueur d’onde et de la puissance découle du suivi de l’évolution d’un signal délivré par les premiers et deuxièmes détecteurs au cours du temps, et non pas de la lecture d’une barrette de photodétecteurs. Il en résulte que la limitation de la bande-passante du spectromètre est imposée par l’électronique d’acquisition et d’amplification au sein du dispositif de spectrométrie. Or, une telle électronique présente une bande-passante qui est typiquement supérieure à la centaine de kilohertz, de sorte que le spectromètre selon l’invention présente des caractéristiques très supérieures à celle des spectromètres de l’état de la technique, et autorise un suivi à haute fréquence des propriétés de la source à caractériser.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le spectromètre optique comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles:
- le dispositif de spectrométrie est configuré de façon à, pour chaque ensemble de détection:
• déterminer la donnée de mesure comme étant la somme des signaux de mesure correspondants;
• déterminer la donnée de référence comme étant la somme des signaux de référence correspondants;
• calculer la donnée normalisée comme étant le rapport entre la donnée de mesure et la donnée de référence déterminées correspondantes; et
• déterminer la longueur d’onde du rayonnement incident en appliquant une réciproque de la fonction de transmission à une grandeur dépendant de la donnée normalisée;
- le dispositif de spectrométrie est configuré pour déterminer, pour chaque ensemble de détection, la longueur d’onde du rayonnement incident selon:
où λ0est la longueur d’onde du rayonnement incident;
T-1est la réciproque de la fonction de transmission du premier filtre optique de chaque organe de mesure correspondant;
R est la donnée normalisée; et
r est un coefficient d’étalonnage prédéterminé associé audit ensemble de détection et représentatif du rapport entre une fraction du rayonnement incident parvenant à chaque organe de mesure correspondant et d’une fraction du rayonnement incident parvenant à chaque organe de référence correspondant;
- le dispositif de spectrométrie est, en outre, configuré de façon à, pour chaque ensemble de détection:
• identifier la sensibilité, à la longueur d’onde déterminée, de chaque premier détecteur et chaque deuxième détecteur correspondants;
• calculer une puissance du rayonnement incident en fonction de la sensibilité identifiée, de la donnée de mesure et de la donnée de référence;
- le dispositif de spectrométrie est configuré pour déterminer, pour chaque ensemble de détection, la puissance du rayonnement incident selon:
où P est la puissance du rayonnement incident;
ρ est un coefficient de perte prédéterminé représentatif d’une fraction de la puissance du rayonnement incident parvenant audit ensemble de détection;
S(λ0) est une sensibilité de chaque premier détecteur et chaque deuxième détecteur à la longueur d’onde déterminée λ0;
INest la donnée de référence;
θ est un coefficient égal à 1 lorsque chaque organe de référence correspondant est dépourvu de filtre optique, et égal à une transmission du deuxième filtre optique lorsque chaque organe de référence correspondant comprend le deuxième filtre optique agencé en entrée du deuxième détecteur associé;
IFest la donnée de mesure; et
T(λ0) est la transmission du premier filtre optique de chaque organe de mesure correspondant à la longueur déterminée d’onde λ0;
- pour chaque ensemble de détection, chaque organe de référence comprend un deuxième filtre optique agencé en entrée du deuxième détecteur associé, le deuxième filtre optique présentant une transmission nulle en dehors de la plage de longueurs d’onde correspondant audit ensemble de détection;
- pour chaque ensemble de détection, le dispositif de spectrométrie est configuré pourdéterminer la donnée de mesure et la donnée de référence à partir d’une composante comprise dans au moins un intervalle de fréquence prédéterminé de chaque signal de mesure et de chaque signal de référence.
En outre, l’invention a pour objet un procédé de caractérisation d’une source lumineuse, comprenant, pour chacun parmi au moins un ensemble de détection, chaque ensemble de détection étant associé à une plage de longueurs d’onde correspondante et comportant:
• au moins un organe de mesure comprenant un premier détecteur et un premier filtre optique agencé en entrée du premier détecteur, le premier détecteur étant configuré pour détecter un rayonnement incident issu de la source et présentant une longueur d’onde appartenant à la plage de longueurs d’onde, et pour délivrer un signal de mesure représentatif de ladite détection, le premier filtre optique présentant une transmission définie par une fonction de transmission variant, de préférence, de façon monotone avec la longueur d’onde sur la plage de longueurs d’onde; et
• au moins un organe de référence comprenant un deuxième détecteur configuré pour détecter le rayonnement incident et pour délivrer un signal de référence représentatif de ladite détection, chaque organe de référence comprenant également un deuxième filtre optique agencé en entrée du deuxième détecteur, le deuxième filtre optique présentant une transmission constante avec la longueur d’onde sur la plage de longueurs d’onde, ou aucun filtre optique n’étant agencé en entrée du deuxième détecteur,
les étapes:
- détermination d’une donnée de mesure à partir de chaque signal de mesure correspondant;
- détermination d’une donnée de référence à partir de chaque signal de référence correspondant;
- calcul d’une donnée normalisée à partir de la donnée de mesure et de la donnée de référence déterminées; et
- détermination d’une longueur d’onde du rayonnement incident à partir de chaque donnée normalisée et de chaque fonction de transmission.
Suivant un autre aspect avantageux de l’invention, le procédé de caractérisation comprend, en outre, pour chaque ensemble de détection, les étapes:
- identification de la sensibilité, à la longueur d’onde déterminée, de chaque premier détecteur et chaque deuxième détecteur correspondants; et
- calcul d’une puissance du rayonnement incident en fonction de la sensibilité identifiée, de la donnée de mesure et de la donnée de référence.
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels:
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Un spectromètre optique 2 selon l’invention est illustré par la .
Le spectromètre 2 est destiné à la mesure de la longueur d’onde et de la puissance d’un rayonnement 4 issu d’une source 5 à caractériser. En particulier, le spectromètre 2 est associé à au moins une plage de longueurs d’onde prédéterminée, et est apte à mesurer la longueur d’onde du rayonnement 4 si ladite longueur d’onde appartient à l’une au moins des plages de longueurs d’onde prédéterminées.
De préférence, les plages de longueurs d’onde prédéterminées sont deux à deux disjointes.
En outre, chaque plage de longueurs d’onde prédéterminée présente, par exemple, une largeur de l’ordre de la dizaine de nanomètres.
Le spectromètre 2 comporte un ou plusieurs ensemble(s) de détection 6, ainsi qu’un dispositif de spectrométrie 8. En outre, le spectromètre 2 comporte, de préférence, un dispositif 9 d’amenée de lumière.
Chaque ensemble de détection 6 est associé à une plage de longueurs d’onde correspondante. Plus précisément, chaque ensemble de détection 6 est configuré pour délivrer des signaux représentatifs de la détection de photons dont la longueur d’onde appartient à la plage de longueurs d’onde associée audit ensemble de détection 6.
En outre, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour déterminer, à partir des signaux délivrés par chaque ensemble de détection 6, la longueur d’onde et la puissance du rayonnement 4 incident.
Enfin, le dispositif 9 d’amenée de lumière est configuré pour acheminer le rayonnement 4 depuis la source 5 jusqu’à chaque ensemble de détection 6. Le dispositif 9 d’amenée de lumière est, par exemple, une fibre optique.
Par exemple, comme illustré par la , le spectromètre comporte un ensemble de détection 6.
L’ensemble de détection 6 comprend au moins un organe de mesure 10 et au moins un organe de référence 12.
Au moins un organe de mesure 10 et au moins un organe de référence 12 sont, de préférence, issus d’un même substrat tel qu’une matrice de photodiodes, de manière à simplifier l’intégration et à avoir une homogénéisation inter-organes. Cependant, il est tout à fait envisageable que les organes 10, 12 soient séparés physiquement et/ou issus de substrats différents.
Comme illustré par la figure 2A, les organes de mesure 10 et de référence 12 sont, par exemple, agencés selon une matrice, par exemple une matrice à N lignes et M colonnes, N et M étant deux entiers naturels non nuls, de sorte que des faces d’entrée 13 des organes de mesure 10 et de référence 12 soient toutes orientées dans une même direction, ou vers un même point.
Sur cette figure 2A, les organes de mesure 10 et de référence 12 sont agencés selon une matrice à quatre lignes et six colonnes, le nombre d’organes de mesure 10 étant pris égal au nombre d’organes de référence 12. En outre, les faces d’entrée 13 des organes de mesure 10 (grisées) et les faces d’entrée 13 des organes de référence 12 (blanches) définissent un motif en échiquier.
Toutefois, un tel agencement n’est pas limitatif: le nombre d’organes de mesure 10 et le nombre d’organes de référence 12 ne sont pas nécessairement égaux. En outre, tout agencement autre qu’un agencement en échiquier est envisageable. Les figures 2B à 2E constituent des exemples d’alternatives pour la réalisation de l’ensemble de détection 6.
Chaque organe de mesure 10 comprend un premier détecteur 14 et un premier filtre optique 16 agencé en entrée du premier détecteur 14.
Dans ce cas, une surface du premier filtre optique 16 orientée à l’opposé du premier détecteur 14 constitue la face d’entrée 13 de l’organe de mesure 10.
Par «filtre optique agencé en entrée d’un détecteur», il est entendu, au sens de la présente invention, un filtre optique agencé relativement au détecteur de sorte que tout rayonnement incident détecté par le détecteur a d’abord intégralement traversé ledit filtre avant de parvenir audit détecteur.
Le premier détecteur 14 est configuré pour détecter un rayonnement (ici, des photons) présentant une longueur d’onde appartenant à la plage de longueurs d’onde associée à l’ensemble de détection 6 correspondant, et pour délivrer un signal de mesure, en particulier un courant de mesure, représentatif de ladite détection.
De préférence, les premiers détecteurs 14 d’un même ensemble de détection 6 sont tous identiques.
En outre, comme illustré par la , le premier filtre optique 16 présente une transmission définie par une fonction de transmission variant de façon préférentiellement monotone avec la longueur d’onde sur la plage de longueurs d’onde [λ1; λ2] associée à l’ensemble de détection 6 correspondant. Une telle fonction de transmission est notée T.
Par «fonction monotone», il est entendu, au sens de la présente invention, une fonction strictement croissante ou strictement décroissante en fonction de la longueur d’onde sur la plage de longueurs d’onde prédéterminée considérée.
De préférence, les premiers filtres optiques 16 d’un même ensemble de détection 6 présentent tous la même fonction de transmission.
Chaque organe de référence 12 comprend un deuxième détecteur 18.
Le deuxième détecteur 18 est configuré pour détecter un rayonnement incident présentant une longueur d’onde appartenant à la plage de longueurs d’onde associée à l’ensemble de détection 6 correspondant, et pour délivrer un signal de référence, en particulier un courant de référence, représentatif de ladite détection.
De préférence, les deuxièmes détecteurs 18 d’un même ensemble de détection 6 sont tous identiques.
De préférence encore, les deuxièmes détecteurs 18 d’un ensemble de détection 6 donné sont identiques aux premiers détecteurs 14 du même ensemble de détection. Par exemple, dans le cas où les premiers détecteurs 14 et les deuxièmes détecteurs 18 sont des photodiodes, les premiers détecteurs 14 et les deuxièmes détecteurs 18 d’un même ensemble de détection 6 sont avantageusement réalisés à partir d’un même wafer, afin d’assurer une réponse et une sensibilité homogènes.
La sensibilité d’un détecteur 14, 18 sera définie ultérieurement.
De façon optionnelle, l’organe de référence 12 comprend également un deuxième filtre optique 20 agencé en entrée du deuxième détecteur 18. Dans ce cas, le deuxième filtre optique 20 présente une transmission constante (notée θ) sur la plage de longueurs d’onde. En outre, dans ce cas, une surface du deuxième filtre optique 20 orientée à l’opposé du deuxième détecteur 18 constitue la face d’entrée 13 de l’organe de référence 12.
De préférence, le deuxième filtre optique 20 présente une transmission nulle en dehors de la plage de longueurs d’onde associée à l’ensemble de détection 6 correspondant.
Dans le cas où aucun filtre optique n’est agencé en entrée du deuxième détecteur 18, une surface d’entrée du deuxième détecteur, destinée à capter des photons pour leur détection, constitue la face d’entrée 13 de l’organe de référence 12.
De préférence, en particulier en l’absence de filtre optique en entrée du deuxième détecteur 18, la fonction de transmission T est nulle en dehors de la plage de longueurs d’onde correspondant à l’ensemble de détection 6.
Le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour déterminer la longueur d’onde (notée λ0) et la puissance (notée P) du rayonnement 4 incident à partir des signaux de mesure et des signaux de référence issus de l’ensemble de détection 6.
Plus précisément, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour déterminer une donnée de mesure (notée IF) à partir de chaque signal de mesure. Notamment, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour déterminer la donnée de mesure comme étant la somme des signaux de mesure.
Le dispositif de spectrométrie 8 est également configuré pour déterminer une donnée de référence (notée IN) à partir de chaque signal de référence. Notamment, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour déterminer la donnée de référence comme étant la somme des signaux de référence.
En outre, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour calculer une donnée normalisée (notée R) à partir de la donnée de mesure et de la donnée de référence déterminées. En particulier, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour calculer la donnée normalisée comme étant le rapport IF/INentre la donnée de mesure IFet la donnée de référence INdéterminées.
Le dispositif de spectrométrie 8 est également configuré pour déterminer la longueur d’onde λ0du rayonnement 4 à partir de la donnée normalisée R et de la fonction de transmission T.
Plus précisément, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour déterminer la longueur d’onde λ0du rayonnement incident en appliquant une réciproque de la fonction de transmission T à une grandeur dépendant de la donnée normalisée R. Plus précisément encore, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour déterminer la longueur d’onde λ0du rayonnement 4 incident selon:
où T-1est la réciproque de la fonction de transmission T du premier filtre optique 16; et
r est un coefficient d’étalonnage prédéterminé.
Le coefficient d’étalonnage r est associé à l’ensemble de détection 6, et est représentatif du rapport entre la fraction du rayonnement 4 parvenant aux organes de mesure 10 et la fraction du rayonnement incident parvenant aux organes de référence 12. En d’autres termes, le coefficient d’étalonnage r est représentatif du fait que, en raison de la conception du dispositif 9 d’amenée de lumière, ainsi que l’agencement des organes 10, 12 et de leur éventuelle différence de nombre, les organes de mesure 10 et les organes de référence 12 ne sont pas éclairés de la même façon.
Le facteur d’étalonnage r est un facteur de correction des imperfections d’alignement et des déséquilibres entre les organes de mesure 10 et les organes de référence 12.
Le dispositif de spectrométrie 8 est, en outre, configuré pour identifier la sensibilité S(λ0), à la longueur d’onde déterminée λ0, de chaque premier détecteur 14 et chaque deuxième détecteur 18 de l’ensemble de détection 6.
Une telle sensibilité, généralement exprimée en watt par ampère, est caractéristique des premiers et deuxièmes détecteurs 14, 18, l’évolution de la sensibilité en fonction de la longueur d’onde étant mémorisée dans le dispositif de spectrométrie 8.
Le dispositif de spectrométrie 8 est également configuré pour calculer la puissance P du rayonnement 4 incident en fonction de la sensibilité S(λ0) identifiée, de la donnée de mesure INet de la donnée de référence IF.
En particulier, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour déterminer la puissance P du rayonnement 4 incident selon:
où T(λ0) est la transmission du premier filtre optique de chaque organe de mesure 10 correspondant à la longueur déterminée d’onde λ0 ;
θ est un coefficient égal à 1 lorsque chaque organe de référence 12 est dépourvu de filtre optique, et égal à une transmission du deuxième filtre optique 20 lorsque chaque organe de référence 12 comprend le deuxième filtre optique 20 agencé en entrée du deuxième détecteur 18 associé; et
ρ est un coefficient de perte prédéterminé représentatif d’une fraction de la puissance du rayonnement incident parvenant à l’ensemble de détection 6.
Le coefficient de perte ρ est représentatif du fait que la totalité du rayonnement issu de la source 5 ne parvient pas à l’ensemble de détection 6. Le coefficient de perte ρ dépend notamment du dispositif 9 d’amenée de lumière et de son agencement par rapport à l’ensemble de détection 6.
Avantageusement, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour extraire, pour chacun parmi au moins deux intervalles de fréquence prédéterminés disjoints, la partie de chaque signal de mesure et de chaque signal de référence dont le spectre appartient audit intervalle de fréquence. Par exemple, pour réaliser un tel traitement, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour mettre en œuvre une pluralité de filtres passe-bande deux à deux disjoints, la bande-passante de chaque filtre passe-bande correspondant, par exemple, à l’intervalle de fréquence associé.
Dans ce cas, le dispositif de spectrométrie 8 est également configuré pourdéterminer la donnée de mesure et la donnée de référence pour chaque intervalle de fréquence prédéterminé, à partir de la partie de chaque signal de mesure et de chaque signal de référence dont le spectre est compris dans ledit intervalle de fréquence prédéterminé.
Une telle caractéristique est avantageuse, dans la mesure où elle autorise, avec un même ensemble de détection 6, une analyse simultanée de plusieurs signaux optiques distincts sans nécessiter une multitude de filtres optiques 16, 20. En effet, grâce à une telle caractéristique, il suffit de moduler chaque signal optique à analyser à une fréquence porteuse distincte, puis de combiner lesdits signaux optiques modulés en le rayonnement 4 incident. Dans ce cas, chaque intervalle de fréquence prédéterminé comprend une fréquence porteuse associée, et ne comprend pas les autres fréquences porteuses.
Le fonctionnement du spectromètre 2 va maintenant être décrit.
Le rayonnement issu d’une source 5 est acheminé vers l’ensemble de détection 6 par l’intermédiaire du dispositif 9 d’amenée de lumière.
L’ensemble de détection 6 est exposé audit rayonnement 4, et délivre, à destination du dispositif de spectrométrie 8, pour chaque organe de mesure 10, respectivement pour chaque organe de référence 12, qu’il comporte, un signal de mesure correspondant, respectivement un signal de référence correspondant.
Puis, le dispositif de spectrométrie 8 détermine la donnée de mesure IFà partir des signaux de mesure reçus, ainsi que la donnée de référence INà partir des signaux de référence reçus.
Puis, le dispositif de spectrométrie 8 calcule la donnée normalisée R à partir de la donnée de mesure IFet de la donnée de référence INdéterminées, et détermine la longueur d’onde λ0du rayonnement 4 incident à partir de la donnée normalisée R.
Puis, le dispositif de spectrométrie 8 identifie la sensibilité S(λ0), à la longueur d’onde déterminée λ0, de chaque premier détecteur 14 et de chaque deuxième détecteur 16 de l’ensemble de détection 6.
Enfin, le dispositif de spectrométrie 8 calcule la puissance P du rayonnement 4.
Une variante du spectromètre optique selon l’invention, portant la référence 102, est illustrée par la .
Le spectromètre 102 diffère du spectromètre 2 de la uniquement en ce qu’il comprend une pluralité d’ensembles de détection 6. Dans ce cas, au moins deux ensembles de détection 6 sont associés à des plages de longueurs d’onde distinctes, en particulier disjointes.
Dans ce cas, pour chaque ensemble de détection 6, les organes de référence 12 correspondants comprennent chacun un deuxième filtre optique 20 agencé en entrée du deuxième détecteur 18. Plus précisément, pour chaque plage de longueurs d’onde, et pour chaque ensemble de détection 6 associé, chaque organe de référence 12 correspondant comprend un deuxième filtre optique 20 agencé en entrée du deuxième détecteur 18 et présentant une transmission constante sur ladite plage de longueurs d’onde, et nulle dans les plages de longueurs d’ondes autres que ladite plage de longueurs d’onde.
L’exemple illustré par la figure 5A correspond à un spectromètre 102 comprenant deux ensembles de détection 6A, 6B associés respectivement à des plages de longueurs d’onde distinctes.
Dans cet exemple, les organes de mesure 10 et de référence 12 de chaque ensemble de détection 6A, 6B sont agencés selon une matrices à quatre lignes et trois colonnes, les deux matrices étant disposées côte à côté. Pour chaque ensemble de détection 6A, 6B, le nombre d’organes de mesure 10 est pris égal au nombre d’organes de référence 12. Les faces d’entrée 13 des organes de mesure 10 (grisées) et les faces d’entrée 13 des organes de référence 12 (blanches) de l’ensemble de détection 6A définissent un motif en échiquier, de même que les faces d’entrée 13 des organes de mesure 10 (noires) et les faces d’entrée 13 des organes de référence 12 (hachurées) de l’ensemble de détection 6B.
L’agencement décrit en référence à la n’est pas limitatif: pour chaque ensemble de détection, le nombre d’organes de mesure 10 et le nombre d’organes de référence 12 ne sont pas nécessairement égaux. En outre, tout agencement autre qu’un agencement en échiquier est envisageable. Par ailleurs, il est envisageable que les ensembles de détection soient co-localisés. Un exemple d’alternative pour les ensembles de détection 6A, 6B est illustré par la figure 5B.
En outre, dans la variante illustrée par la , pour chaque plage de longueurs d’onde [λ1; λ2], respectivement [λ3; λ4], et pour chaque ensemble de détection 6 associé, le premier filtre optique 16 de chaque organe de mesure 10 correspondant présente une transmission T1(λ), respectivement T2(λ), monotone sur ladite plage de longueurs d’onde, et nulle dans les plages de longueurs d’ondes autres que ladite plage de longueurs d’onde.
Dans ce cas, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour déterminer, au sein de chaque plage de longueurs d’onde [λ1; λ2], respectivement [λ3; λ4], la longueur d’onde λi, respectivement λj, du rayonnement 4 incident à partir des ensembles de détection 6 associés à ladite plage de longueurs d’onde. Pour chaque ensemble de détection 6, le traitement conduisant à la mesure de la longueur d’onde est similaire à celui décrit en référence à l’exemple de la .
En outre, dans ce cas, le dispositif de spectrométrie 8 est configuré pour déterminer la puissance du rayonnement 4 à partir de la puissance déterminée à partir de chaque ensemble de détection 6. Pour chaque ensemble de détection 6, le traitement conduisant à la mesure de la puissance est similaire à celui décrit en référence à l’exemple de la .
Autrement dit, dans ce cas, la puissance du rayonnement 4 correspond à la somme des puissances calculées correspondant chacune à un pic. Chaque plage de longueurs d’onde est dédiée à la mesure de la longueur d’onde et de la puissance d’un pic correspondant.
Claims (8)
- Spectromètre optique (2) associé à au moins une plage de longueurs d’onde prédéterminée, le spectromètre optique (2) étant caractérisé en ce qu’il comporte, pour chaque plage de longueurs d’onde, un ensemble de détection (6) associé comportant:
- au moins un organe de mesure (10) comprenant un premier détecteur (14) et un premier filtre optique (16) agencé en entrée du premier détecteur (14), le premier détecteur (14) étant configuré pour détecter un rayonnement incident présentant une longueur d’onde appartenant à la plage de longueurs d’onde, et pour délivrer un signal de mesure représentatif de ladite détection, le premier filtre optique (16) présentant une transmission définie par une fonction de transmission variant, de préférence, de façon monotone avec la longueur d’onde sur la plage de longueurs d’onde;
- au moins un organe de référence (12) comprenant un deuxième détecteur (18) configuré pour détecter le rayonnement incident et pour délivrer un signal de référence représentatif de ladite détection, chaque organe de référence comprenant également un deuxième filtre optique (20) agencé en entrée du deuxième détecteur, le deuxième filtre optique (20) présentant une transmission constante avec la longueur d’onde sur la plage de longueurs d’onde, ou aucun filtre optique n’étant agencé en entrée du deuxième détecteur (18);
le spectromètre optique (2) comprenant, en outre, un dispositif de spectrométrie (8) configuré de façon à, pour chaque ensemble de détection (6):
- déterminer une donnée de mesure à partir de chaque signal de mesure correspondant;
- déterminer une donnée de référence à partir de chaque signal de référence correspondant;
- calculer une donnée normalisée à partir de la donnée de mesure et de la donnée de référence déterminées; et
- déterminer une longueur d’onde du rayonnement incident à partir de chaque donnée normalisée et de chaque fonction de transmission,
et, pour chaque ensemble de détection (6), chaque organe de référence (12) comprenant un deuxième filtre optique (20) agencé en entrée du deuxième détecteur (18) associé, le deuxième filtre optique (20) présentant une transmission nulle en dehors de la plage de longueurs d’onde correspondant audit ensemble de détection. - Spectromètre optique (2) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de spectrométrie (8) est configuré de façon à, pour chaque ensemble de détection (6):
- déterminer la donnée de mesure comme étant la somme des signaux de mesure correspondants;
- déterminer la donnée de référence comme étant la somme des signaux de référence correspondants;
- calculer la donnée normalisée comme étant le rapport entre la donnée de mesure et la donnée de référence déterminées correspondantes; et
- déterminer la longueur d’onde du rayonnement incident en appliquant une réciproque de la fonction de transmission à une grandeur dépendant de la donnée normalisée. -
où λ0est la longueur d’onde du rayonnement incident;
T-1est la réciproque de la fonction de transmission du premier filtre optique de chaque organe de mesure correspondant;
R est la donnée normalisée; et
r est un coefficient d’étalonnage prédéterminé associé audit ensemble de détection (6) et représentatif du rapport entre une fraction du rayonnement incident parvenant à chaque organe de mesure (10) correspondant et d’une fraction du rayonnement incident parvenant à chaque organe de référence (12) correspondant. - Spectromètre optique (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif de spectrométrie (8) est, en outre, configuré de façon à, pour chaque ensemble de détection (6):
- identifier la sensibilité, à la longueur d’onde déterminée, de chaque premier détecteur (14) et chaque deuxième détecteur (18) correspondants;
- calculer une puissance du rayonnement incident en fonction de la sensibilité identifiée, de la donnée de mesure et de la donnée de référence. -
où P est la puissance du rayonnement incident;
ρ est un coefficient de perte prédéterminé représentatif d’une fraction de la puissance du rayonnement incident parvenant audit ensemble de détection;
S(λ0) est une sensibilité de chaque premier détecteur (14) et chaque deuxième détecteur (18) à la longueur d’onde déterminée λ0;
INest la donnée de référence;
θ est un coefficient égal à 1 lorsque chaque organe de référence correspondant est dépourvu de filtre optique, et égal à une transmission du deuxième filtre optique (20) lorsque chaque organe de référence (12) correspondant comprend le deuxième filtre optique (20) agencé en entrée du deuxième détecteur (18) associé;
IFest la donnée de mesure; et
T(λ0) est la transmission du premier filtre optique (16) de chaque organe de mesure (10) correspondant à la longueur déterminée d’onde λ0. - Spectromètre optique (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, pour chaque ensemble de détection (6), le dispositif de spectrométrie (8) est configuré pourdéterminer la donnée de mesure et la donnée de référence à partir d’une composante comprise dans au moins un intervalle de fréquence prédéterminé de chaque signal de mesure et de chaque signal de référence.
- Procédé de caractérisation d’une source (5) lumineuse, comprenant, pour chacun parmi au moins un ensemble de détection (6), chaque ensemble de détection (6) étant associé à une plage de longueurs d’onde correspondante et comportant:
• au moins un organe de mesure (10) comprenant un premier détecteur (14) et un premier filtre optique (16) agencé en entrée du premier détecteur (14), le premier détecteur (14) étant configuré pour détecter un rayonnement incident issu de la source (5) et présentant une longueur d’onde appartenant à la plage de longueurs d’onde, et pour délivrer un signal de mesure représentatif de ladite détection, le premier filtre optique (16) présentant une transmission définie par une fonction de transmission variant, de préférence, de façon monotone avec la longueur d’onde sur la plage de longueurs d’onde; et
• au moins un organe de référence (12) comprenant un deuxième détecteur (18) configuré pour détecter le rayonnement incident et pour délivrer un signal de référence représentatif de ladite détection, chaque organe de référence (12) comprenant également un deuxième filtre optique (20) agencé en entrée du deuxième détecteur (18), le deuxième filtre optique (20) présentant une transmission constante avec la longueur d’onde sur la plage de longueurs d’onde, ou aucun filtre optique n’étant agencé en entrée du deuxième détecteur (18),
les étapes:
- détermination d’une donnée de mesure à partir de chaque signal de mesure correspondant;
- détermination d’une donnée de référence à partir de chaque signal de référence correspondant;
- calcul d’une donnée normalisée à partir de la donnée de mesure et de la donnée de référence déterminées; et
- détermination d’une longueur d’onde du rayonnement incident à partir de chaque donnée normalisée et de chaque fonction de transmission,
et, pour chaque ensemble de détection (6), chaque organe de référence (12) comprenant un deuxième filtre optique (20) agencé en entrée du deuxième détecteur (18) associé, le deuxième filtre optique (20) présentant une transmission nulle en dehors de la plage de longueurs d’onde correspondant audit ensemble de détection. - Procédé selon la revendication 7, comprenant, en outre, pour chaque ensemble de détection (6), les étapes:
- identification de la sensibilité, à la longueur d’onde déterminée, de chaque premier détecteur (14) et chaque deuxième détecteur (18) correspondants; et
- calcul d’une puissance du rayonnement incident en fonction de la sensibilité identifiée, de la donnée de mesure et de la donnée de référence.
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| Publication number | Publication date |
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