3.5 Acquisition du signal et traitement en temps r´ eel
4.1.2 Distortions des raies
Temps [ms]
[u.a.]
Figure 4.5: Agrandissement de la transmission de cavit´e autour de la bande A de O2
Toute l’analyse en sensibilit´e s’est concentr´ee sur des raies d’absorption faible. Il a notam-ment ´et´e d´emontr´e que ces raies peuvent ˆetre ajust´ees avec des fonctions lorentziennes sans que des distortions soient visibles dans le r´esidu de leurs ajustements au niveau de d´etection exp´erimental. Cependant, une attention plus particuli`ere port´ee aux raies intenses du dioxyg`ene laisse entrevoir un comportement inattendu de la ligne de base. Sur la fig.4.5, le signal Vernier collect´e par la photodiode semble remonter au-dessus de l’enveloppe g´en´erale du spectre laser. Lorsque l’alogrithme de la ligne de base contourne cette d´eformation induite du spectre laser, l’absorption obtenue pr´esente un d´ecollement artificiel de sa ligne de base.
4.1.2.1 Causes exp´erimentales
Plusieurs biais exp´erimentaux peuvent amener une d´eformation des raies mesur´ees. Le premier est la pr´esence de modes transverses d’ordres ´elev´es ou bien du mode T EM00
de polarisation orthogonale `a celle majoritairement inject´ee confondus au moins partiel-lement avec le mode T EM00 mesur´e. Le filtrage spatial des ordres Vernier ne pouvant pas s´eparer deux modes trop proches spectralement dont les faisceaux se recouvrent, il en r´esulte que le spectre Vernier enregistr´e sera en r´ealit´e la somme du spot cor-respondant au mode T EM00 d´esir´e et d’une fraction faible d’un second mode autre, l´eg`erement d´ecal´e en fr´equence. Ces deux spots ne vont donc pas ˆetre affect´es par les raies d’absorption simultan´ement, et plus la raie d’absorption mesur´ee est intense, plus la d´eformation li´ee `a cet “´echo” en fr´equence sera marqu´ee. L’accord de mode entre laser et cavit´e n’´etant pas constant, les bords du spectre mesur´e, qui sont plus ´eloign´es de la fr´equence `a laquelle cet accord a ´et´e optimis´e, sont plus susceptibles d’ˆetre affect´es par ces d´eformations.
La seconde source de distortion possible est li´ee `a la vitesse de balayage du spectre Ver-nier. Elle se s´epare en deux cas distincts : celui o`u le balayage est adiabatique mais alt´er´e par la bande passante du photod´etecteur et celui o`u le balayage n’est plus adiabatique et o`u le passage en r´esonance d’une fr´equence laser s’accompagne d’un effet de ringing. Dans le cas de la cavit´e `a finesse mod´er´ee, le second cas est peu probable, la photo-diode utilis´ee ´etant d´ej`a limit´ee en bande passante `a 45 kHz pour avoir un gain suffisant pour r´ealiser la mesure. Par contre, si le temps de balayage n’est pas ajust´e, la fontion r´eponse du d´etecteur convolue le signal Vernier et donc d´eforme les raies mesur´ees. Enfin, dans le cas d’une cavit´e avec une finesse plus ´elev´ee, le passage non adiabatique devient mesurable avec les d´etecteurs utilis´es et peut devenir une source de distortion.
Si la d´eformation li´ee `a la vitesse de balayage peut ais´ement ˆetre ´evit´ee en ajustant la dur´ee du balayage aux diverses limites impos´ees par la cavit´e et par le photod´etecteur, celle due aux modes transverse est beaucoup plus difficile `a ´eradiquer totalement puis-qu’un accord de mode parfait (> 99% de couplage dans le mode T EM00) au centre du spectre n’empˆeche pas un d´esaccord aux bords du spectre. Elle peut cependant ˆetre minimis´ee en dimensionnant la cavit´e de mani`ere `a ce que les modes transverses les plus susceptibles de croˆıtre soient plac´es le plus loin possible des modes T EM00 (cf Annexe A). Ces deux sources de distortion peuvent avoir un effet similaire sur les raies mesur´ees : cr´eer une dissym´etrie en ´elargissant la raie d’un seul cˆot´e. Ils peuvent cependant ˆetre distingu´es en observant l’aller et le retour du balayage du r´eseau : si l’effet des modes transverse est spectral et donc sym´etrique par rapport au demi-tour du r´eseau, celui de la vitesse de balayage est dynamique et cr´eera toujours un retard sur les raies d’absorption (illustr´e fig.4.6).
Temps [ms] Signal transmis [V] 69.0 69.5 70.0 6.6 6.0 5.4
Figure 4.6: Exemple de d´eformation due `a une bande passante de photodiode non adapt´ee au balayage
4.1.2.2 Cas des raies d’absorption fortes
La d´eformation des raies du dioxyg`ene pr´esent´ee plus haut ne se r´eduit pas, `a priori, seulement `a une explication exp´erimentale. Les raies pr´esentent une dissym´etrie proba-blement due `a des modes transverses mais elles sont aussi d´eform´ees de mani`ere tout `
a fait sym´etrique par rapport au centre de la raie. La partie du spectre large bande d´ej`a pr´esent´e comprise entre 12960 et 13120 cm−1, transform´ee en diminution relative d’intensit´e sans avoir ´et´e lin´earis´ee, est pr´esent´ee fig.4.7(a). Des ´epaulements sont clai-rement visibles de part et d’autres des raies les plus fortes de cette bande. Leur pr´esence semble proportionnelle `a l’intensit´e de la raie d’absorption. De plus, lorsque la mesure `a r´esolution plus ´elev´ee est r´ealis´ee autour de la bande de O2 (fig.4.7(b)), ces ´epaulements sont toujours pr´esents mais moins marqu´es.
Le traitement d’un spectre Vernier ´etabli avec une finesse mod´er´ee nous a donc permis de d´efinir une sensibilit´e ainsi qu’une figure de m´erite, toutes deux issues de la possibilit´e de faire l’ajustement avec un mod`ele lorentzien, attendu aux conditions thermodynamiques de l’exp´erience. Cependant, les raies fortes manifestent clairement un comportement ´etrange que nous n’avons pu expliquer par des biais exp´erimentaux. Ceci nous a conduit `
a revoir le mod`ele d´evelopp´e jusque-l`a (section 2.3.3.2) en exloitant la base de donn´ees HITRAN.
= 4.6 GHz
Figure 4.7: Spectres en diminution relative d’intensit´e centr´es sur les raies d’absorp-tion les plus intenses pr´esentant des ´epaulements `a leur base pour deux r´esolutions
diff´erentes