ACQUISITION ET TRAITEMENT DES DONNEES:

1. Généralités.

Nors disposons à la sortie de l'ensemble de trois types d'informations :

. Le courant délivré par le P.M. qui permet d'estimer le flux lumineux incident ;

. Les impulsions issues de la chambre à fil, chacune d'entre-elle correspondant à la libération d'un photo-électron ;

La longueur d'onde du rayonnement incident.

Ces informations doivent être entrées directement en ligne dans le calculateur. Les autres données telles que le gain du P.M., l'effi-cacité quantique de celui-ci, les calibres des appareils de mesure, etc ... sont acquises par voie manuelle.

Le principe de l'acquisition peut se résumer de la manière suivante. Il faut que nous disposions dans la mémoire du calculateur les valeurs du courant issu du P.M. et les taux de comptage des im-pulsions provenant de la chambre à fil, en fonction de la longueur d'onde du rayonnement incident. Une fois cette opération d'acquisi-tion en temps réel effectuée, les traitements qui suivent ne présen-tent aucune difficulté. En effet, il est alors aisé de déterminer le flux lumineux incident et le flux photo-électronique total et donc l'efficacité quantique. Après avoir été représentées graphique-ment, les données pourront être stockées sur supports magnétiques.

Nous allons, dans ce qui suit, décrire le matériel utilisé ainsi que le logiciel d'acquisition et de traitement spécialement élaboré.

Nous insisterons particulièrement sur la partie "on-line".

2. Le matériel.

La figure ^représente une vue synoptique des chaînes d'acquisition. Le préamplificateur ainsi qu~ le pico-ampéremètre ont déjà été décrits (cf. partie B ) . Les systèmes de traitement analogique sont dans le standard NIM et toute 1'électronique logi-que (ainsi logi-que l'interface avec le ca'culateur) est dans le stan-dard CAMAC. Le calculateur est un microprocesseur MDS de marque

Intel avec 64 K-octets de mémoire. Il est équipé de deux lecteurs de disquettes 8 pouces. Les représentations graphiques sont effec-tuées sur un terminal graphique Tektronix 4006. Les reproductions sur papier étant assurées par un hard-copy de la même marque.

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Figure 57: Tableau synoptique de l'électronique d'acquisition.

Nous allons schématiquement décrire les deux voies de me-sure. Le comptage des impulsions est assuré par une échelle du stan-dard CAMAC. Les impulsions issues du fil sont préamplifiées par un système à transistors à effet de champ, puis amplifiées avant d'être discriminées et enfin comptées par l'échelle. Le seuil de discrimi-nation nous permet de couper juste au-dessus du bruit de fond de

Efft» »ntf««t«ctritot à X < S 0 i a Mir to amm.

T«Min f*m. : MM V

GMI Mat : M V/pC

Figure 58? Spectre d'amplitude du signal issu du compteur à fil.

l'électronique. Bien que le spectre d'amplitude représenté figure 5 8 ne nous donne pas une résolution excellente du pic des photo-électrons uniques, nous supposons que la détection s'effectue à 1001 d'efficacité.

Le courant anodique du P.M. est amplifié par un pico-ampéremètre Keithley. Afin, de pouvoir faire parvenir au calculateur le signal analogique issu du pico-ampére-mètre, nous transformons celui-ci en impulsions de fréquence variable à l'aide d'un

convertis-seur tension/fréquence. Ces im-pulsions sont ensuites comptées

à l'aide d'une échelle du stan-dard CAMAC. Le calibre de sortie du pico-ampéremètre est toujours fixe ainsi que le réglage du convertisseur. La synchronisation en longueur d'onde est générée au moyen d'un coupleur optique. Celui-ci, solidaire de la mécanique de rotation du réseau du mono-chroma-teur, permet d'obtenir des impulsions de synchronisation tous les

O

10 A de longueur d'onde. Ces impulsions sont comptées par une troi-sième échelle. Une horloge, d'une fréquence de 1,25 MHz pilote l'ensemble. La mesure peut se résumer de la manière suivante. On effectue un relevé du comptage photo-électronique en fonction de la longueur d'onde, puis un relevé du courant du P.M. en fonction des mêmes longueurs d'onde. La machine exécute e-.suite le cal:ul de

l'efficacité quantique. Le mesure du comptage photo-électronique et du flux lumineux incident (i.e. du courant anodique JU P.M.) ne peuvent être effectuées en même temps. En effet, nous aurions ilors des erreurs trop importantes sur les relevés.

3. Le logiciel.

Nous pouvons distinguer deux types de travaux exécutés par le micro-calculateur : les acquisitions en ligne d'un côté et tous les traitements et représentations graphiques de l'autre. Avant de nous intéresser en détails à ces deux fonctions, nous allons exami-ner l'architecture générale de l'acquisition. L'organigramme repré-senté par la figure 5 9 montre le déroulement général des opérations.

[ MWT )

Comme nous l'avons vu précédemment, nous allons effectuer des enregistrements de l'effet photo-électrique et du flux lumineux incident en fonction de la longueur d'onde. Pendant que le monochro-inateur "balaye" le spectre étudié, le calculateur va lire et acqué-rir le contenu des échelles. Il gardera en mémoire des valeurs cor-respondant à un temps d'intégration connu. Cette partie du program-me qui constitue la partie d'acquisition propreprogram-ment dite a été éla-borée pour avoir un temps mort minimal. Les données sont acquises

et conservées en mémoire par le calculateur de manière brute, c'est seulement lors du prétraitement qu'elles seront exprimées en vrai grandeur (et cela "off-line"). La figure 60 représente les différen-tes commandes utilisées lors de l'acquisition. Les impulsions de synchronisation ont une priorité absolue et dans tous les cas elles commandent l'acquisition. Cette acquisition comprend alors l'enre-gistrement de la grandeur brute mais aussi du temps réel correspon-dant à son intégration. Toutefois, pour des acquisitions plus fré-quentes que les tops de synchronisation et â cause des légères fluc-tuations de vitesse de la mécanique de changement de longueur d'onde il nous faut prévoir un autre mode d'acquisition.

Synchronisatiorr

Horloge

Temporisation

r.a.r échelles

Lecture échelles Enregistrement"

horloge Temps réel

d'acquisition

iLULl JUUL

Figure 60: Principales commandes d'acquisition.

Celui-ci es* commandé par l'horloge du système lorsque celle-ci atteint une valeur prédéterminée. Avant l'acquisition le calcula-teur détermine le temps au bout duquel une acquisition doit être faite. Lors de l'acquisition, si aucun top de synchronisation n'est survenu et que le temps d'acquisition est atteint la commande de lecture est envoyée, l'échelle est remise à zéro et ainsi de suite...

Lorsque le top de synchronisation arrive ensuite il commande la lec-ture de l'échelle et l'enregistrement du temps réel.

L'organigramme du sous-programme d'acquisition est donné par la figure 61. En résumé, les acquisitions sont commandées par deux \oics. Lorsqu'un top de synchronisation intervient, le contenu de l'échelle de mesure et le temps réel sont mémorisés dans le cal-culateur. Lorsque le contenu de l'horloge a atteint une valeur pré-déterminée, celle-ci est remise à zéro et le contenu de l'échelle de mesure est mémorisé. Il est bien entendu que les portes des

échelles sont commandées de façon à ne pas acquérir pendant le temps mort et que les échelles de mesure sont remises â zéro après chaque

lecture. Dans une version plus performante cette partie de la pro-grammation actuellement écrite en basic sera rédigée en langage assembleur.

La suite de la programmation étant moins délicate nous n'en ferons qu'une description sommaire. Toutes les données mises en mémoire lors de l'acquisition sont corrigées et mémorisées en vraie grandeur. Afin d'effectuer une mesure il est possible d'acqué-rir plusieurs "échantillons" aussi, après avoir transformé ces échantillons bruts en relevés en vraie grandeur, la machine calcule la moyenne et l'écart-type sur l'échantillonnage. C'est cette moyen-ne qui correspondra à la mesure. L'écart-type nous permettra d'esti-mer les fluctuations de mesure. Après, ce prétraitement le

calcula-teur visualise les données enregistrées. Lorsque le flux photo-électronique et le flux lumineux incident ont été mesurés la machi-ne calcule l'efficacité quantique, puis la visualise. Toutes les visualisations graphiques ont été exécutées en échelle variable pour un maximum de précision, elles sont en outre directement édi-tables. Lorsque le cycle de mesure est validé les données sont en-registrées sur disquettes 8 pouces. Le système de traitement, mais aussi ceux de représentation graphique et de stockage des données

r

CStcoapteur das tope d« synchro!

YAIiTaleur dc taa^ori «atioBi

Figure 61 : Organigramme du aous-programne d'acquisition.

libèrent l'opérateur des tâches lourdes et fastidieuses. A titre d'exemple nous avons représenté figure 62 le type de graphique di-rectement édité par le calculateur. Nous voyons qu'il s'agit d'un dessin d'une qualité suffisante pour être directement publié.

\ Figure 62:

^ v . Exempte d'édition graphique.

» . . — . . <"* . ,. . i— - - ^ ^ * * - ^ ,

Ce système d'acquisition et de traitement automatique li-bère l'expérimentateur des tâches les plus fastidieuses et permet d'utiliser l'appareillage avec la fiabiiité, la précision et la rapidité des mesures pour lesquelles il a été construit.

VIII)- PROTOCOLE EXPERIMENTAL:

Maintenant que nous avons décrit les diverses structures de l'ensemble d'evaporation et mesure de photocathodes nous allons expliciter le protocole expérimental classique. Celui-ci se compose de trois étapes qui peuvent être répétées pour un même échantillon : la préparation, 1'evaporation sous-vide et la mesure. Nous allons étudier successivement ces trois points.

La préparation de 1'evaporation sous vide s'effectue dans la boîte â gants et dans l'enceinte d'evaporation. Les substances à évaporer sont dosées et éventuellement pesées sous l'atmosphère

d'argon de la boîte à gants. Les substances sont ensuite introduites, après nettoyage de l'enceinte, dans des creusets d'evaporation neufs.

Le cache creuset est mis en place et positionné. Un nouvel échantil-lon est placé dans son support. Si le besoin s'en fait sentir le quartz du mesureur d'épaisseur est remplacé. Les tapes de communica-tion sont ensuite fermées et on procède au pompage de l'enceinte.

L'évaporation sous vide se fait en chauffant un creuset par effet Joule après avoir placé au-dessus de celui-ci la lumière du disque cache-creuset. Le contrôle de l'épaisseur est mesuré à l'aide du quartz oscillant. L'arrêt de l'évaporation peut être obtenu par arrêt du chauffage ou bien rotation du disque r.ache-creusets. Plusieurs substances peuvent être évaporées, on peut éga-lement effectuer des empiéga-lements de couches alternées. Une fois l'échantillon élaboré celui-ci est transféré sous vide dans l'en-ceinte de mesure puis les deux enl'en-ceintes sont, après ce transfert, à nouveau isolées.

La mesure dans la première version de l'appareillage s'effectue uniquement sous pression ambiante ; une mesure sous-vide s'effectuerait de la même manière. Après avoir cassé, le vide dans l'enceinte de mesure avec le gaz de fonctionnement de la chambre on établit un régime stationnaire de circulation gazeuse. On effectue ensuite le relevé du spectre d'émission photo-électronique après avoir placé la photocathode en "position mesure". La photocathode est ensuite escamotée et le spectre du flux lumineux incident cor-respondant est acquis. Le calculateur exécute ensuite les divers traitements mathématiques et statistiques puis après visualisation graphique il stocke sur disquette les données obtenues. Après arrêt de la circulation gazeuse le vide est effectué, l'échantillon peut alors être ramené dans l'enceinte d'évaporation.

Les opérations qui suivent dépendent du type de mesure effectuée. On peut tout aussi bien casser le vide dans l'enceinte d'évaporation et réinitialiser la mesure d'un nouvel échantillon que procéder â l'évaporation d'une couche supplémentaire et réeffec-tuer les mesures. Nous voyons que grâce à sa conception l'appareil nous permet une très grande souplesse dans l'enchaînement des opéra-tions décrites ci-dessus.

IX)- CONCLUSION:

Les possibilités d'exploitation de l'appareillage sont multiples et ses extensions permettront de nombreux autres types de mesures. Dans un premier temps nous allons procéder à des mesures de type systématique. Nous allons ainsi pouvoir établir un atlas des réponses en effet photo-électrique sous pression ambiante de différentes substances et structures.

Nous pouvons classer les types de photocathodes étudiées en quatre rubriques :

. les photocathodes à métal alcalin ou alcalino-terreux protégé ; . les photocathodes métalliques ;

. les photocathodes à composés ioniques ; . les photocathodes à semi-conducteurs.

Dans un premier temps l'étude de ces photocathodes "clas­

siques" permettra de conclure en ce qui concerne leur usage comme convertisseurs dans les compteurs à multiplication électronique dans les gaz.

PARTIE E

ATLAS DES REPONSES PHOTO-ELECTRIQUES DE PHOTOCATHODES DE DIFFERENTES NATURES ET STRUCTURES.

I)-PRESENTATION:

Les résultats expérimentaux qui suivent ne sont que les premières données obtenues par 1'exploitation de l'appareillage de Mesure et d'Evaporation de Dépôts En«tteurs d'Electrons

(AMEDEE). Ils ne représentent, en effet, qu'une petite partie du plan d'exploitation d'AMEDEE. Ces résultats sont exprimés sous la forme de courbes représentant l'allure de l'efficacité quantique ( flux total de photo-électrons libérés/flux total de photons incidents) en fonction de l'énergie du rayonnement inci-dent. A l'exct,. ion des photocathodes protégées, lec valeurs obtenues ne sont ici ni discutées, ni interprétées. En effet, ceci nécessiterait de mener plus loin nos investigations. C'est à dire effectuer des mesures sous vide (extension de l'appareil lage^ appréhender la structure physique des photocathodes (dimen-sion des cristaux, orientation) et enfin effectuer une analyse chimique fine des surfaces.

Dans un premier temps nous allons commenter et décrire les résultats obtenus avec des photocathodes protégées. Puis, le lecteur trouvera dans les pages suivantes un petit atlas compor-tant les réponses photo-électriques sous atmosphère de méthane de diverses substances: métaux, composés ioniques, semi-conducte^-' Cet atlas illustre le type de travail systématique qui pourra être réalisé avec AMEDEE.