Perspectives d’amélioration de l’asservissement

Les pistes d’amélioration des performances de cet asservissement sont multiples mais demandent du temps pour être mises en oeuvre.

Amélioration de la stabilisation passive Tous d’abord un gain d’efficacité est possible en disposant d’une cavité de plus grande finesse. Ceci nécessite un grand soin dans les choix techniques (collage ou adhésion moléculaire ; miroir commerciaux ou faits sur mesure) et demande une mise en place longue (ali- gnement optique). L’ensemble de notre montage d’asservissementes et plus par- ticulièrement les diodes lasers se sont montrées très sensible aux perturbations mécanique, thermique et acoustique qui peuvent avoir lieu dans la pièce où se situe le montage expérimental, un effort d’isolation devra être tenté dans le but de les minimiser encore. Pour cela, il serait judicieux d’isoler totalement les boi- tiers des diodes laser par une boite recouverte d’une couche d’isolant de type barson. La cavité Fabry-Pérot pourrait, elle aussi être isolé du montage par le même type de boite, voire même un montage d’isolation mécanique plus poussé [106].

Amélioration de la technique de modulation Une meilleure compensation des décalages des points d’asservissement des diodes liés à une modulation d’ampli- tude résiduelle pourrait être obtenue en générant les bandes latérales par le biais de modulateurs électro-optiques [185] et non plus par une modulation du cou- rant d’injection. Un système de compensation électronique des décalages pour- rait aussi être mis en oeuvre à l’image de celui mis en place par Schoof et al. [104].

Amélioration de la stabilisation active La partie électronique de l’asservis- sement semble être celle où le plus d’améliorations peuvent être bénéfiques. Ainsi, une meilleure pureté spectrale des diodes peut être obtenue en augmen- tant la bande passante de l’asservissement des deux diodes. Dans ce but, le seul

élément n’ayant pas été revu par nos soins reste la carte contenant l’alimentation et la correction FET de la diode (commerciale) qui semble être l’élément limi- tant de l’asservissement à une bande passante de 700 kHz. La modifier ou même en obtenir un plan complet nécessite d’agir directement sur les diodes et donc de stopper complètement le montage expérimental (temps de réalignement). La minimisation de la dérive en fréquence et l’augmentation de la robustesse des as- servissements pourraient être obtenue en retouchant le montage PID commercial jouant sur la cale piézoélectrique de chaque diode qui reste peu efficient à l’heure actuelle. Une évolution vers un montage dédié a notre spectromètre permettant une amplification du signal d’erreur à traiter peut aussi sembler pertinente. Du- rant cette thèse des problèmes de bruit parasite liés au réseau électrique du labo- ratoire ont durement pénalisés nos efforts pour améliorer l’asservissement. Une solution serait de pouvoir isoler complètement le montage par onduleur et de bénéficier d’une bonne mise à la terre de la table optique.

3.5 Conclusion.

Nous avons vu dans ce chapitre le principe de l’asservissement en fréquence d’une diode laser par la méthode de Pound-Drever-Hall, ainsi que l’atout en ma- tière d’affinement spectral d’émission que celle ci peut apporter. Les deux diodes infrarouges de notre spectromètre sont stabilisées sur les résonances d’une ca- vité d’une finesse évaluée à 3230 par cette méthode. On constate alors un affine- ment spectral de leur émission passant chacune de 1.5MHz à 35kHz environ. Le rayonnement Térahertz émis par le battement de ces diodes bénéficie donc d’une pureté spectrale de l’ordre de 70kHz. Des variations du battement de fréquence des deux diodes sur 60 kHz ont été remarquées, qui sont elles aussi transmises aux rayonnement Térahertz et vont influer sur la résolution spectrale de notre spectromètre. La précision de notre montage est pour le moment handicapée par une contribution allant jusqu’à 25 kHz du décalage en fréquence des asservisse- ments des diodes lié à la RAM. Des améliorations de ces asservissements sont donc encore possibles majoritairement par le biais de l’évolution de l’électro- nique quasi-commerciale utilisée ici vers un montage spécialement dédié à ce spectromètre. Une stabilité à plus long terme (plusieurs heures) avec une pureté spectrale sur une seconde de l’ordre d’une dizaine de kHz semble un objectif ac- cessible. Afin de quantifier les performances de la technique de stabilisation du montage actuel nous avons alors décidé de réaliser des mesures de spectroscopie sur une molécule bien connue.

Applications du spectromètre

4.1 Introduction.

Le montage expérimental mis en place au cours de cette thèse doit pouvoir ré- pondre aux attentes d’une étude spectroscopique. La plage spectrale accessible avec un photomélangeur dans les conditions de l’étude d’une espèce moléculaire doit ainsi être testée. Nous devons aussi apprécier les performances apportées par la stabilisation Pound-Drever-Hall des deux diodes infrarouges en terme de résolution spectrale et de précision de pointé sur les fréquences des raies d’ab- sorption. Pour cela, nous avons tout d’abord testé le spectromètre en étudiant une partie du spectre du chlorométhane, molécule désormais bien connue sur la gamme spectrale millimétrique et submillimétrique. Après avoir vu comment se présente le spectre rotationnel de cette molécule, nous verrons les différents types d’acquisitions qui ont été réalisées. Ces spectres nous ont permis d’obtenir une première idée des performances actuelles de notre montage expérimental. Une fois son fonctionnement validé pour la spectroscopie nous avons utilisé le spectromètre pour réaliser une étude exploratoire de l’élargissement collisionnel de plusieurs raies de l’eau par O2et N2.