{"id":69183,"date":"2022-02-21T13:05:23","date_gmt":"2022-02-21T05:05:23","guid":{"rendered":"https:\/\/qvarz.com\/une-methode-detalonnage-de-haute-precision-pour-les-spectrometres\/"},"modified":"2022-02-21T13:06:13","modified_gmt":"2022-02-21T05:06:13","slug":"une-methode-detalonnage-de-haute-precision-pour-les-spectrometres","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/qvarz.com\/fr\/une-methode-detalonnage-de-haute-precision-pour-les-spectrometres\/","title":{"rendered":"Une m\u00e9thode d’\u00e9talonnage de haute pr\u00e9cision pour les spectrom\u00e8tres"},"content":{"rendered":"\n

La pr\u00e9cision de l’\u00e9talonnage du spectrom\u00e8tre est d’une importance cruciale pour de nombreuses techniques de caract\u00e9risation optique telles que la spectroscopie Raman et l’interf\u00e9rom\u00e9trie. 1\u20133<\/sup> G\u00e9n\u00e9ralement, une lampe d’\u00e9talonnage est utilis\u00e9e pour l’\u00e9talonnage du spectrom\u00e8tre. Les lampes d’\u00e9talonnage fournissent des lignes distinctes et bien d\u00e9finies \u00e0 une longueur d’onde connue, et celles-ci sont attribu\u00e9es aux indices de pixel du d\u00e9tecteur. Cependant, pour de petites gammes spectrales, o\u00f9 seul un petit nombre de lignes d’\u00e9talonnage sont disponibles, l’\u00e9talonnage devient impr\u00e9cis. Cet article d\u00e9crit les principes d’une m\u00e9thode d’\u00e9talonnage de haute pr\u00e9cision qui utilise une structure multicouche Fabry-Perot, fournissant plusieurs pics d’\u00e9talonnage pointus sur toute la plage du spectrom\u00e8tre.<\/p>\n\n

M\u00e9thodes d’\u00e9talonnage<\/h2>\n\n

Dans la plupart des cas, les spectrom\u00e8tres sont \u00e9talonn\u00e9s \u00e0 l’aide de lampes d’\u00e9talonnage conventionnelles. Bien que cette m\u00e9thode soit simple \u00e0 utiliser, elle comporte certaines restrictions ; ceux-ci sont d\u00e9crits ci-dessous.<\/p>\n\n

Lampes d’\u00e9talonnage conventionnelles<\/h3>\n\n

Une lampe d’\u00e9talonnage \u00e9claire le spectrom\u00e8tre et les positions, c’est-\u00e0-dire les indices de pixel ( p<\/em> ) des lignes d’\u00e9talonnage de longueurs d’onde connues (\u03bb) sont mesur\u00e9es. Un ajustement quadratique ou polynomial d’ordre sup\u00e9rieur aux donn\u00e9es (longueurs d’onde [\u03bb] aux positions [ p<\/em> ]) donne la fonction d’\u00e9talonnage recherch\u00e9e – \u03bb ( p<\/em> ). Les lampes d’\u00e9talonnage (par exemple, les lampes Hg\/Ar) fournissent des raies d’\u00e9mission \u00e0 une longueur d’onde donn\u00e9e. En r\u00e8gle g\u00e9n\u00e9rale, il existe de larges r\u00e9gions de longueur d’onde sans pics, ce qui conduit \u00e0 une pr\u00e9cision d’\u00e9talonnage limit\u00e9e. De plus, un ajustement de degr\u00e9 polynomial sup\u00e9rieur (N> 3) n\u00e9cessite un certain nombre de lignes d’\u00e9talonnage, qui peut \u00eatre limit\u00e9, par exemple, dans les spectrom\u00e8tres \u00e0 petites plages spectrales. La m\u00e9thode conventionnelle est moins fiable, en particulier pour les spectrom\u00e8tres miniatures, qui pr\u00e9sentent des dispersions lumineuses fortement non lin\u00e9aires. La m\u00e9thode d’\u00e9talonnage d\u00e9crite ici r\u00e9sout ce probl\u00e8me en utilisant un \u00e9l\u00e9ment optique suppl\u00e9mentaire qui g\u00e9n\u00e8re un ensemble de lignes de r\u00e9f\u00e9rence uniform\u00e9ment r\u00e9parties pour toute plage donn\u00e9e.<\/p>\n\n

Filtre de r\u00e9f\u00e9rence Fabry-Perot<\/strong><\/p>\n\n

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\"\"<\/a>
Figure 1 – Configuration pour les exp\u00e9riences d’interf\u00e9rom\u00e9trie\u00a0: 1) \u00c9talonnage approximatif avec lampe au mercure. 2) \u00c9talonnage avec une FRF. (Figures reproduites avec la permission de R\u00e9f. 4.)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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L’\u00e9l\u00e9ment cl\u00e9 utilis\u00e9 est un filtre de r\u00e9f\u00e9rence Fabry-Perot (FRF), qui est typiquement constitu\u00e9 d’une couche d’espacement transparente termin\u00e9e par deux miroirs hautement r\u00e9fl\u00e9chissants ( Figure 1<\/em> ). L’\u00e9clairage \u00e0 large bande avec de la lumi\u00e8re blanche produit plusieurs maxima de transmission nets d’intensit\u00e9 similaire r\u00e9partis sur toute la plage du spectrom\u00e8tre. Le FRF utilis\u00e9 dans les exp\u00e9riences des auteurs consistait en deux feuilles de mica argent\u00e9es en contact direct l’une avec l’autre. Le mica, qui est le mat\u00e9riau de la couche d’espacement, a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 en raison de ses excellentes propri\u00e9t\u00e9s de clivage et de sa capacit\u00e9 \u00e0 fournir de grandes feuilles homog\u00e8nes. 4<\/sup><\/p>\n\n\n\n

Si les \u00e9paisseurs et les indices de r\u00e9fraction de toutes les couches de la FRF sont connus avec pr\u00e9cision, le spectre de transmission peut \u00eatre calcul\u00e9 et les longueurs d’onde peuvent \u00eatre attribu\u00e9es aux positions maximales sur le r\u00e9seau de pixels. Cependant, l’\u00e9paisseur exacte de la couche d’espacement n’est, a priori, pas connue et peut \u00e9galement changer au cours de la proc\u00e9dure d’\u00e9talonnage (par exemple, en raison de la dilatation thermique). Par cons\u00e9quent, il est in\u00e9vitable de d\u00e9terminer simultan\u00e9ment l’\u00e9paisseur exacte de la couche d’espacement pendant la proc\u00e9dure d’\u00e9talonnage. Un algorithme it\u00e9ratif qui a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9 r\u00e9sout ce probl\u00e8me en utilisant deux lignes d’\u00e9talonnage d’une lampe d’\u00e9talonnage comme lignes d’ancrage. 4<\/sup><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n

Test de pr\u00e9cision exp\u00e9rimental<\/strong><\/p>\n\n

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<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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La pr\u00e9cision de l’ algorithme d’ \u00e9talonnage utilisant la configuration exp\u00e9rimentale est illustr\u00e9e \u00e0 la figure 2<\/em> . Dans un premier temps, deux lignes de r\u00e9f\u00e9rence (RL3\u00a0: 435 nm et RL7\u00a0: 697 nm) d’une lampe d’\u00e9talonnage CAL-2000 Hg\/Ar ( Ocean Optics<\/strong> , Dunedin, FL) ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9tect\u00e9es pour un \u00e9talonnage lin\u00e9aire initial. Ensuite, une lampe halog\u00e8ne a \u00e9clair\u00e9 une FRF avec une \u00e9paisseur de couche d’espacement de 15,6 \u03bcm. La lumi\u00e8re transmise a \u00e9t\u00e9 collect\u00e9e par une fibre de verre et guid\u00e9e vers le spectrom\u00e8tre afin d’assurer des conditions de couplage bien d\u00e9finies. Un spectrom\u00e8tre miniature USB 2000+ d’Ocean Optics ( tableau 1<\/em> ) a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 pour la d\u00e9tection des spectres. Enfin, un polyn\u00f4me du huiti\u00e8me degr\u00e9 a \u00e9t\u00e9 ajust\u00e9 aux donn\u00e9es (longueurs d’onde [\u03bb] aux positions [ p<\/em> ]). Afin d’\u00e9tudier les performances de l’algorithme, la pr\u00e9cision de la m\u00e9thode d’\u00e9talonnage a \u00e9t\u00e9 compar\u00e9e \u00e0 la pr\u00e9cision d’un \u00e9talonnage conventionnel. Pour cela, toute r\u00e9f\u00e9rence d\u00e9tect\u00e9e<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n

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des lignes (RL1\u20138) ont \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9es et un polyn\u00f4me du troisi\u00e8me degr\u00e9 a \u00e9t\u00e9 ajust\u00e9 aux donn\u00e9es (longueurs d’onde [\u03bb] aux positions [ p<\/em> ]). La pr\u00e9cision d’\u00e9talonnage exp\u00e9rimentale correspondante a \u00e9t\u00e9 d\u00e9termin\u00e9e en calculant les diff\u00e9rences entre les longueurs d’onde des courbes d’\u00e9talonnage et celles connues exactes des raies mercure\/argon\u00a0:<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Tableau 1 – Sp\u00e9cification du spectrom\u00e8tre<\/strong><\/figcaption><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n

La courbure, \u03ba = \u03bb calib \u2013\u03bb<\/sup>lin<\/sup> , de la courbe d’\u00e9talonnage a \u00e9t\u00e9 d\u00e9termin\u00e9e en calculant la diff\u00e9rence de longueur d’onde entre l’\u00e9talonnage conventionnel et l’\u00e9talonnage lin\u00e9aire initial.<\/p>\n\n

R\u00e9sultats<\/h2>\n\n

Les r\u00e9sultats du test de pr\u00e9cision sont repr\u00e9sent\u00e9s sur la figure 2. La pr\u00e9cision de l’\u00e9talonnage (en haut) refl\u00e8te la qualit\u00e9 de la reproduction des longueurs d’onde de r\u00e9f\u00e9rence mesur\u00e9es par la fonction d’\u00e9talonnage. La m\u00e9thode d’\u00e9talonnage conventionnelle (triangles) donne une pr\u00e9cision d’\u00e9talonnage de 0,4 \u00c5, tandis que la nouvelle m\u00e9thode donne une pr\u00e9cision meilleure que 0,2 \u00c5 (cercles). La courbure \u03ba (Figure 2, centre) des courbes d’\u00e9talonnage refl\u00e8te la non-lin\u00e9arit\u00e9 de la dispersion de la lumi\u00e8re dans le spectrom\u00e8tre miniature. Le spectre FRF et la lampe d’\u00e9talonnage sont pr\u00e9sent\u00e9s au bas de la figure 2.<\/p>\n\n

La nouvelle m\u00e9thode d’\u00e9talonnage conduit \u00e0 de meilleures pr\u00e9cisions d’\u00e9talonnage que la m\u00e9thode conventionnelle. En outre, des non-lin\u00e9arit\u00e9s dues \u00e0 des distorsions de r\u00e9seau ou \u00e0 des dispersions d’indice de r\u00e9fraction dans le mat\u00e9riau d’espacement peuvent \u00eatre d\u00e9tect\u00e9es. 5<\/sup><\/p>\n\n

Conclusion<\/h2>\n\n

L’avantage de la m\u00e9thode d’\u00e9talonnage d\u00e9crite ici est sa capacit\u00e9 \u00e0 \u00e9talonner des spectrom\u00e8tres miniatures fortement non lin\u00e9aires pour des gammes spectrales dans lesquelles seules quelques raies de r\u00e9f\u00e9rence sont disponibles. Les pics d’\u00e9talonnage suppl\u00e9mentaires de la FRF permettent des ajustements d’ordre polynomial sup\u00e9rieur, ce qui se traduit par des pr\u00e9cisions d’\u00e9talonnage plus \u00e9lev\u00e9es. La nouvelle m\u00e9thode a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 des pr\u00e9cisions d’\u00e9talonnage inf\u00e9rieures \u00e0 0,2 \u00c5, ce qui est au moins deux fois plus pr\u00e9cis que l’\u00e9talonnage conventionnel. Il est important de noter que ce r\u00e9sultat a \u00e9t\u00e9 obtenu en utilisant une quantit\u00e9 importante de lignes d’\u00e9talonnage pour l’\u00e9talonnage conventionnel. Dans les gammes o\u00f9 moins de lignes sont disponibles, la diff\u00e9rence deviendrait plus profonde, r\u00e9v\u00e9lant la puissance de la m\u00e9thode d’\u00e9talonnage.<\/p>\n\n

Les r\u00e9f\u00e9rences<\/h2>\n\n
  1. Dorrer, C. J. Opt. Soc. Un m. B<\/em> 1999<\/strong> , 16<\/em> (7), 1160.<\/li>
  2. Fontaine, AW\u00a0; Vickers, TJ et al. Appl. Spectrosque<\/em>. 1998<\/strong> , 52<\/em> (3), 462.<\/li>
  3. Hamaguchi, HO Appl. Spectrosc. Tour<\/em>. 1988<\/strong> , 24<\/em> (1\u20132), 1378.<\/li>
  4. Perret, E.; Balmer, TD et al. Appl. Spectrosque<\/em>. 2010<\/strong> , 64<\/em> , 1139.<\/li>
  5. Israelachvili, JN; Adams, GE J. Chem. Soc. Loin. Trans. je<\/em> 1978<\/strong> , 74<\/em> , 9758.<\/li><\/ol>\n

    Le Dr Perret est scientifique, Institut Paul Scherrer<\/strong> , 5232 Villigen, Suisse ; t\u00e9l. : +41 3401394 ; e-mail: edithfu@gmail.com. Le Dr Balmer est ing\u00e9nieur en mat\u00e9riaux, ETH Zurich<\/strong> , Zurich, Suisse. Les auteurs remercient Ocean Optics<\/strong> (Dunedin, FL) pour son soutien dans le test de divers spectrom\u00e8tres. Ce travail a \u00e9t\u00e9 financ\u00e9 par le Fonds National Suisse (Berne, Suisse).<\/em><\/p>\n\n

    La source<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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