développement d'un spectromètre basique

[shrad]

salut tout le monde

vous allez dire, je décide souvent de faire des projets qui n'aboutissent pas, mais c'est surtout faute de place pour y travailler et ils ne font que dormir dans un coin en attendant la maison...

ce coup-ci, j'ai mené ma petite enquête depuis un mois ou deux sur la façon de faire pour construire soi même un interféromètre de type michelson à transformée de fourier, et après discussion avec plusieurs professeurs, il apparaît que c'est tout a fait faisable

pour ceux qui ne connaissent pas bien ce genre d'instruments, un interféromètre est un appareil permettant de mesurer les différentes raies dont est composée une source lumineuse... donc dans notre cas, par exemple pour une source laser DPSS, cela permettrait de contrôler si un rayonnement à 808nm existe dans le faicseau mais également si le faisceau est monomode ou non (composé d'un faisceau unique => beau graphe gaussien, composé de plusieurs faisceaux erratiques => montagne escarpée)

le principe de base, c'est de séparer le faisceau en deux, et de faire parcourir à une des deux moitiés une distance différente de la première. ensuite on recombine les faisceaux, et suivant la composition du spectre il y aura des interférences lorsqu'on fera varier cette distance

ensuite, avec une photodiode, on mesure la variation de luminosité durant le changement de distance du deuxième faisceau, et il suffit de faire une transformée de fourier avec les données et on obtiens un beau spectre tout propre

pour l'instant je suis en train de lire des bouquins, histoire de dresser les quelques équations nécessaires et de comprendre les montages optiques, mais après discussion avec des "gourous" il semblerait qu'une résolution de 1 à 2nm sur une plage de 400nm à 2000nm serait envisageable


exemples de spectres qu'on pourrait obtenir (pas la meme precision mais c'est pour ceux qui ne voient pas de quoi je veux parler)







avec en bonus la facon dont les diodes bluray nichia sont construites

http://nsr.mij.mrs.org/2/5/complete.utf.html

[pitchoun]

Salut en recherchant de l'information la dessus il y'à quelques temps j'était tombé sur ça. Ça donne des idées...

Sinon j'ai aussi pensé à un profiler de faisceau à base de capteur CCD style webcam modifié plus beam spliter (atténuation du faisceau pour éviter de cramer le capteur). Reste à développer un soft de commande...

A la base j'avais l'idée d'un "lambdamêtre" simple à base de capteur de webcam + prisme mais je pense que les capteurs ne sont pas linéaires en fonction des lambda et ne couvrent pas forcément la totalité du spectre visible. Je me trompe peut être.

En espérant que cela puisse être utile à quelqu'un.

@+
Clément

[shrad]

une bete photodiode suffit dans ce cas, car un capteur CCD serait trop difficile a controler

[pitchoun]

!

Comment peu tu obtenir le profil du faisceau avec une photo diode ?!

De plus il ne sert à rien de réinventer la roue à chaque fois, une caméra à déja toute son interface d'acquisition, il ne reste "plus qu'à" programmer un logiciel de commande de cette caméra pour avoir des mesures précises etc...

Bon et puis je commence en avoir un peu marre de chercher à aider et me faire envoyer bouler. J'avais toujours cru qu'un forum était un lieu d'entraide je suis en train de découvrir que ce n'est pas la cas... Tant pis à bon entendeur...

[shrad]

l'acquisition se fait avec le signal obtenu par la variation du signal d'interference dans le modele Michelson, pas comme dans un monochromateur ou le faisceau est justement separe en raies par un prisme ou un grating et ou on utilise un capteur CCD (mais lineaire pas matriciel , comme dans les scanners )

les deux faisceaux, suivant la distance, entrent en interference, et la recombination varie en puissance lors du mouvement du miroir mobile, c'est ce que la photodiode detecte et grace a ca on obtiens une mesure de l'intensite lumineuse en fonction de la distance parcourue

ensuite, si on a par exemple une liste de 2000 valeurs, on y applique une transformee de fourier, et on obtiens des valeurs avec lesquelles on peux tracer la courbe du spectre (les valeurs representent des longueurs d'onde)

tout le jeu de l'etalonnement est de prendre un laser de reference dans les longueurs d'onde basses, dans ce cas ci un HeNe (le plus facile a mettre en oeuvre) et on repere sur cette courbe la position de 632.8nm, ensuite on prend un autre laser dans des longueurs d'onde plus longues, souvent un gaz dont on connait la lambda avec grande precision et qui est facile a stabiliser en frequence et temperature, et on repere sa lambda sur le spectre

pour avoir une bonne precision, il suffit d'avoir des references sur tout le spectre pour avoir une echelle bien propre

EDIT:
je ne vois pas ce qui pose probleme dans ce post, pourquoi reagis tu dans ce sens? tu peux demander ce que tu veux sur ce forum, il y aura toujours quelqu'un pour t'expliquer ou au moins t'aiguiller

[shrad]

petite news sympa, le DSPIC que j'ai eu avec mon explorer 16 de microchip permet de faire de la transformee de fourier en temps reel ce qui facilitera grandement le developpement de mon spectrometre

quand j'aurai le temps, je ferai une explication en detail du systeme que je vais realiser

en gros, la base, c'est un faisceau de HeNe a 632,8nm

ce faisceau est separe en deux par un beamsplitter en CaF2, un des rayons ayant une longueur fixe et l'autre une longueur variable (miroir mobile)

les deux faisceaux sont ensuite recombines en un seul avec le beamsplitter, et en faisant varier la distance du miroir mobile on obtiens une interference a la recombinaison

petit schema :

Code: Select all

                                               miroir fixe
                                                   ...
                                                    |
                                                    | separatrice
laser ----------------------------------------------/- - - - - - - - - -] miroir mobile
                                                    |
                                                    |
                                                    |
                                                   _*_
                                                capteur

en gros, lorsque le miroir mobile fait un deplacement de X, on obtiens un signal d'interference sur le capteur de meme duree que la duree du deplacement... au plus la lambda est courte, au plus le deplacement doit etre court

ce signal, on le capte avec une photodiode, et la valeur de la tension est alors proportionelle a la quantite de lumiere qui y est appliquee (cette variation de signal electrique est directement dependante de la longueur d'onde et represente le signal d'interference)

on acquiere ce signal avec un convertisseur analogique/numerique, et on stocke les donnees (on acquiere plusieurs fois le signal en faisant des allers-retours avec le miroir mobile, et on fais la moyenne pour augmenter la precision)

une fois qu'on a ce tableau de donnees (au plus on a de points au plus on a de precision), on applique une transformee de fourier, et on obtiens un tableau de valeurs qui represente les raies laser qui sont presentes

par exemple, avec un HeNe, on aura des valeurs autour de la position de 632,8nm, avec une attenuation des deux cotes commme ceci :

Code: Select all

                               |
                               |
                               |                                  
                               |
                              |||
                              |||
                              |||
                              |||
                              |||
                             |||||
                             |||||
                             |||||
                             |||||
                            |||||||
                            |||||||
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___________________________________________________________________
                             632,8

maintenant, l'idee est de refaire la meme operation pour n'importe quel faisceau laser entrant dans le spectro, en prenant comme reference le HeNe et une autre source fixe (j'aurais pense l'etalonner sur les spectrometres hyper precis du labo, en prenant une diode a 1532,7nm comme deuxieme reference)

avec ca, il est possible de recreer une echelle et de visualiser de quelles longueurs d'onde est compose le faisceau laser qu'on mesure

cela ne serait il pas utile a beaucoup de monde ici? surtout si je vous dit que mon design de base pourrait etre reproductible pour moins de 500€ en DIY?

voici un lien de vulgarisation sympa sur l'interferometre de michelson, en anglais mais comprehensible pour ceux qui pratiquent la langue de shakespeare :

http://www.glafreniere.com/sa_Michelson.htm