Analyse de la forme des raies

La figure4.21 a été obtenue avec une cellule remplie de N2O à 20 hPa. Les courbes de cette

figure ont été enregistrées à différentes puissances incidentes en plaçant, ou non, un élément d’atténuation sur le trajet du faisceau complémentaire avant sa séparation en deux voies. On constate que le fait d’atténuer l’intensité du faisceau complémentaire, modifie la forme des raies. Cela démontre une non-linéarité de la chaîne de détection.

Figure 4.21: Raies d’absorption du N2O à 20 hPa pour différentes intensités complémentaires

Pour caractériser la linéarité de cette chaîne, nous avons décidé, dans un premier temps, de mesurer la réponse du détecteur en fonction de la puissance incidente à la longueur d’onde pompe. Pour cela, nous avons utilisé le montage du DROPO (figure 3.1). En plaçant une lame épaisse à 45° en amont de l’entrée de l’OPO et en dirigeant le faisceau pompe vers le détecteur, il nous est possible de mesurer la tension en sortie de chaîne de détection en fonction du niveau de puissance de la pompe, en tournant la lame demi-onde placée avant l’isolateur. Sur la figure 4.22 on peut observer la non linéarité des deux chaînes voies sig et ref. On constate

4.1 Mesures d’absorption également l’importance de centrer le faisceau au milieu du détecteur pour éviter les effets de bord.

Figure 4.22: Mesure de la linéarité de la

chaîne de détection à 1 µm _{Figure 4.23: Mesure de la linéarité de la} chaîne de détection à 4 µm

Au regard de la non-linéarité de la chaîne de détection à 1 µm, nous avons décidé de réaliser le même type de mesure à 4 µm. Pour cela, on a utilisé un autre OPO délivrant suffisamment de puissance à 4 µm pour utiliser avec un calorimètre. La duré d’impulsion de cet OPO est d’environ 20 ns pour un taux de répétition de 10 kHz, ce qui est équivalent à notre OPO. L’autre différence avec notre OPO, hormis la puissance, est sa finesse spectrale puisque cette source est multimode longitudinal.

Boxcar Puissance-mètre Filtres Pré-ampli 4 µm Détecteur Filtre (λ > 2.5 µm) Filtre A

Figure 4.24: Montage expérimental pour la mesure de la linéarité de la chaîne de détection à 4 µm

Le schéma du montage utilisé pour cette mesure est reporté sur la figure4.24. On a représenté les différents filtres permettant de faire varier la puissance incidente, ainsi que le filtre A qui permet d’ajuster la puissance incidente sur le détecteur pour que celui-ci fonctionne dans la même gamme que lors de nos mesures d’absorption. Pour augmenter le nombre de points

expérimentaux nous avons réalisé cette expérience pour deux puissances de pompe de l’OPO, et donc deux puissances du faisceau complémentaire. La figure4.23présente les résultats obtenus, on constate que la non-linéarité est moins marquée que sur les courbes réalisés à 1 µm. Il semble donc que la non-linéarité observée provienne essentiellement du détecteur puisque la réponse du préamplificateur est indépendante de la longueur d’onde.

La figure4.25montre les courbes de la figure4.21corrigées de la non-linéarité de la chaîne de détection. On constate que la profondeur des raies d’absorption du doublet est plus grande une fois la correction réalisée, passant d’une transmission d’environ 75% à 67% pour la courbe bleue. On observe le même effet pour la raie la plus intense mais dans des proportions moindres. Les trois courbes de cette figure ont été enregistrées à différentes puissances incidentes en disposant sur le trajet du faisceau complémentaire soit une lame de GaAs qui réduit la puissance d’un facteur 2, soit une lame de verre en silice qui réduit la puissance d’un facteur 15. La correction de la non-linéarité aurait dû donner trois courbes superposées. Il apparaît donc que la correction de non-linéarité ne permet pas de corriger totalement les courbes expérimentales.

Figure 4.25: Raies d’absorption du N2O à 20 hPa corrigées de la non li- néarité à 4 µm

Figure 4.26: Comparaison entre la courbe théorique et la courbe corrigée

Un autre point qui peut expliquer l’écart entre l’expérience et la théorie est la largeur de la raie OPO, d’environ 100 MHz, qui est non négligeable devant la raie d’absorption. Toutefois, ne connaissant pas le profil spectral de notre impulsion complémentaire, nous calculons la convolution du spectre théorique en considérant soit une raie OPO de forme gaussienne soit lorentzienne, ayant une largeur à mi-hauteur de 0,35 cm−1 _{= 105MHz. Sur la figure 4.27 on}

observe que la convolution par une gaussienne ne modifie que très peu la forme de la courbe théorique, et donc l’écart avec la courbe expérimentale reste sensiblement le même. Par contre,

4.1 Mesures d’absorption la convolution par une lorentzienne réduit visiblement la profondeur des raies d’absorption, ainsi cette nouvelle courbe est plus proche de la courbe expérimentale pour ce qui est du doublet. Par contre le reste de la courbe est moins bien rendu.

Figure 4.27: Comparaison entre la courbe théorique convoluée et la courbe corrigée

Il semble donc que la convolution du spectre ne permet pas d’expliquer les écarts que l’on constate entre les spectres expérimentaux et théoriques. Pour améliorer la qualité de la courbe expérimentale, il faudrait changer la chaîne de détection pour supprimer les non-linéarités. Ensuite, il faudrait mesurer le profil spectral de l’impulsion complémentaire pour la convolution du spectre. On peut donc conclure que, par rapport au premier montage de détection on a amélioré très sensiblement la qualité des spectres en réduisant les fluctuations de la ligne de base, mais la non-linéarité de la chaîne de détection reste une limitation pour les mesures quantitatives de la concentration.