Lors de la fabrication des dosimètres, l’efficacité des couplages entre les fibres scin- tillantes et les fibres optiques a été optimisée en polissant soigneusement les surfaces. Le but de cette étape est de minimiser les pertes optiques produites par diffusion en rendant les surfaces suffisamment lisses pour que la taille des irrégularités soit inférieure aux longueurs d’onde de la lumière. Puisque la plus courte longueur d’onde du spectre lumineux visible est environ 0.4 µm, le polissage a été effectué en une série d’étapes successives à l’aide de feuilles d’oxyde d’aluminium et de carbure de silicium ayant des 134
grains de 5, 3, 1 et 0.3 µm. Une attention particulière a été portée afin de s’assurer que les surfaces polies soient perpendiculaires aux axes des fibres. Finalement, un contrôle de la qualité des polissages a été effectué visuellement en injectant de la lumière dans les fibres. Ensuite, pour chaque dosimètre, une fibre scintillante d’une longueur de 3 mm et l’extrémité d’une fibre optique ont été insérées dans un tube opaque en polyéthylène, ayant un diamètre interne de 1.0 mm, un diamètre externe de 2.2 mm et une longueur d’environ 15 mm, afin d’effectuer le couplage et d’aligner parfaitement les axes des fibres. Une résine époxy ayant un indice de réfraction mitoyen (n ≈ 1.55) entre celui du polystyrène (n = 1.60) et celui du PMMA (n = 1.49) a été utilisée pour fixer de façon permanente les couplages à l’intérieur des tubes et pour minimiser la différence d’indices de réfraction aux interfaces. Les extrémités des dosimètres ont ensuite été recouvertes d’une fine couche de peinture noire opaque à base d’acrylique afin d’isoler optiquement les dosimètres de toutes sources lumineuses externes potentielles.
Une étude a été réalisée afin de déterminer approximativement l’efficacité de trans- mission des couplages. Environ 7 m d’une fibre optique Eska Premier, d’une longueur totale de 10 m, ont été exposés à un faisceau de cobalt-60. Le rayonnement Čerenkov produit lors des irradiations permettait ainsi de générer un spectre lumineux reproduc- tible et continu en longueur d’onde à l’intérieur de la fibre optique. L’autre extrémité de la fibre a été couplée à un spectromètre optique (USB4000, Ocean Optics Inc., FL, USA) et un premier spectre lumineux de référence (sans couplage) a été mesuré. La fibre optique a ensuite été sectionnée à une distance de 1 m du spectromètre. Les deux extrémités créées ont été polies, puis recouplées en utilisant une résine époxy et un tube de polyéthylène tel que décrit au paragraphe précédent. Un délai de 25 minutes fut respecté afin que la colle sèche, puis un second spectre lumineux fut mesuré. L’effi- cacité de transmission du couplage créé a été déterminée en calculant le rapport entre les deux spectres mesurés. Afin de vérifier la reproductibilité des résultats, le couplage effectué a été défait. Les bouts des fibres optiques ont été coupés de 2 mm, et ces bouts ont ensuite été polis, puis recouplés de la même façon que le premier couplage. Le spectre lumineux acquis a ensuite été comparé au spectre lumineux de référence (sans couplage) afin de déterminer l’efficacité de transmission de ce nouveau couplage. Cette procédure a été répétée deux autres fois pour obtenir un total de 4 spectres de trans- mission. La figure 6.1a présente les spectres de transmission des 4 couplages effectués. Les résultats montrent une très grande variabilité des pourcentages de transmission (entre 40 et 90 % à 550 nm) ainsi que des spectres de transmission. Les couplages entre les fibres scintillantes et les fibres optiques constituent donc une source d’incertitude
(a)
(b)
Figure 6.1 – (a) Spectres de transmission mesurés pour les 4 couplages effectués à l’aide d’époxy. L’erreur sur les mesures est ± 2 %. (b) Spectres de transmission mesurés avec et sans l’agent de couplage époxy pour les polissages #2 et #3. L’erreur sur les mesures est ± 2 %.
très importante dans la quantification de l’efficacité de la chaîne optique. En moyenne, les spectres de transmission sont quasi constants autour de 68 % pour les longueurs d’onde entre 600 et 420 nm, puis chutent graduellement pour les longueurs d’onde plus courtes. Ayotte et al. ont caractérisé plusieurs aspects liés au couplage dans les dé- tecteurs à fibres scintillantes plastiques (préparation des surfaces, agent de couplage, utilisation d’un réflecteur) [117]. En utilisant l’agent de couplage le plus efficace (Nor- land index matching), leurs résultats ont montré une transmission moyenne de 75 % et une reproductibilité inter-couplage caractérisée par un écart-type de 10 % pour un ensemble de 10 échantillions. Par ailleurs, une procédure supplémentaire a été réalisée afin de déterminer l’effet de l’agent de couplage époxy sur les spectres de transmission. En effet, avant d’effectuer les couplages permanents avec époxy #2 et #3 présentés à la figure 6.1a, des couplages temporaires ont été effectués par simple contact à l’inté- rieur de tubes de polyéthylène. Une fine couche d’air est assurément présente au niveau microscopique entre les deux surfaces en contact. Des acquisitions ont été effectuées et ces couplages ont ensuite été défaits. Les surfaces ont été nettoyées légèrement, puis les couplages avec époxy présentés à la figure 6.1a ont été réalisés. La figure 6.1b présente les spectres de transmission mesurés avec et sans l’agent de couplage. Considérant que l’erreur maximale (3 écart-types) sur les résultats est de ± 2 % (déterminée à partir de la reproductibilité des mesures du spectromètre), nous avons conclu que l’agent de couplage époxy n’influence pas de façon importante la fonction de transmission des couplages. L’époxy est néanmoins utile pour fixer de façon permanente les couplages.