3.2 Présentation du dispositif
3.3.2 Réponse spectrale et transmission des optiques
La première caractérisation que j’ai réalisée est celle de la réponse spectrale de la partie optique du montage expérimental (ensemble lentille/FTIR/détécteur). Pour cela, j’ai uti- lisé le FTIR en mode rapid scan avec le détecteur MCT et les lentilles qui seront utilisées ensuite. J’ai utilisé comme source un corps noir calibré à 400◦C avec une ouverture de 0.4 mm de diamètre (voir figure : 3.12 (a)). Cela permet d’obtenir un spectre dans la bonne plage spectrale et un signal ne saturant pas le MCT. Un spectre théorique est en- suite simulé (voir figure : 3.12 (b), haut) via la formule de Planck, donnant la luminance énergétique spectrale d’un corps noir parfait :
L◦Ω,ν = 2hν 3 c2 1 ekThν − 1 (3.1) (a) (b)
Figure 3.12 – (a) Montage utilisé. (b) Haut : Comparaison du spectre mesuré avec un corps noir à 400 ◦C et un corps noir simulé à la même température. Bas : Réponse du montage expérimental normalisée à 1.
Dans l’équation 3.1, h est la constante de Planck, ν est la fréquence de rayonnement du corps noir, k la constante de Boltzmann et T la température du corps noir considéré. Les deux spectres sont ensuite normalisés à 1. Le rapport R(E) = L
◦ Ω,λ
mesuré et le spectre théorique nous donne la réponse spectrale. Cette réponse spectrale est montrée dans le panneau (b) bas de la figure3.12. La réponse spectrale R(E) est comprise entre 0 et 1. Cette caractérisation permettra par la suite de redresser spectralement les spectres d’émission. Nous pouvons également noter sur ces spectres qu’en dessous de 90 meV, la réponse tombe à 0. Cela correspond à la coupure du détecteur donnée par le fabriquant (14 µm). Les absorptions présentes dans les spectres sont dues aux niveaux vibro-rotationnels des molécules de l’atmosphère comme l’eau entre 6 µm (5 × 1013 Hz) et 10 µm (3 × 1013 Hz) ou du CO
2 à 4.3 µm (7 × 1013 Hz).
Transmission des lentilles
J’ai ensuite caractérisé la transmission des lentilles. J’ai ici utilisé des lentilles asphériques en germanium de 50 mm de diamètre. Les données constructeur donnent une transmission de plus de 95 % par lentille à 9 µm. Pour vérifier cette transmission théorique, j’ai utilisé la source infrarouge interne du FTIR. Cette source est un corps noir dont nous ne connaissons pas précisément la température. La lumière émise par ce corps noir est d’abord collimatée par un miroir parabolique dans le FTIR avant de passer par l’interféromètre et de sortir collimatée.
(a) (b)
Figure 3.13 – Caractérisation de la transmission des lentilles en germanium. (a) Haut : Mon- tage permettant la mesure d’un spectre avec lentilles. Bas : montage permettant d’obtenir une référence sans les lentilles. (b) Transmission des lentilles en fonction de l’énergie. La région d’intérêt est présentée en rouge.
Le premier montage (voir figure 3.13 (a)) consiste à placer les deux lentilles à la sortie collimatée de l’interféromètre. Elles sont séparées entre elles par une distance permettant de conserver la taille du faisceau entre l’entrée et la sortie du doublet de lentille. Un jeu de miroirs paraboliques permet ensuite de focaliser le faisceau sur le détecteur MCT et de mesurer le spectre du corps noir de la source interne.
Le doublet de lentilles est ensuite retiré (voir figure3.13 (a), bas) et un second spectre est mesuré. Celui-ci permet d’avoir une référence sans lentilles. Le rapport des deux spectres est ensuite réalisé et présenté dans la figure 3.13 (b), ce qui permet d’obtenir la trans- mission des lentilles en fonction de l’énergie. Il faut noter qu’ici, les autres paramètres de
3.3. Modulation en fréquence 88
la mesure tel que le gain de l’amplificateur, la transmission du FTIR ou la réponse du MCT ne rentrent pas en compte grâce au rapport des deux spectres. Nous obtenons ainsi une transmission moyenne du doublet de lentille valant Tlentilles = 90 % sur notre plage
d’intérêt (125 meV-180 meV). Cela correspond à une valeur d’environ 95 % pour chaque lentille prise séparément. Cette valeur correspond à la valeur donnée par le fabricant.
Transmission de l’interféromètre
Il est ensuite important de caractériser la transmission du FTIR en lui-même. En effet, la majeure partie du signal est perdue dans celui-ci, premièrement à cause de sa géomé- trie. En effet la transmission maximale d’un FTIR ne peut dépasser 50 % à cause de la séparatrice qui divise le faisceau en deux. Ensuite, la transmission de cette séparatrice et la réflexion des miroirs n’étant pas parfaite, la transmission globale diminue encore. Pour caractériser cela, j’ai mesuré le niveau de signal sur l’amplificateur synchrone en utilisant le montage de la figure 2.15 (en utilisant une lentille F/0.5). J’ai ensuite réalisé la même
mesure en utilisant le montage3.10permettant de mesurer le signal émis par l’échantillon sans passer par le FTIR. La modulation appliquée est de 10 kHz et 50 % de rapport cy- clique. L’utilisation des deux montages permet de mesurer l’absorption uniquement due au FTIR comme le montrent les relations ci-dessous :
Ulockin 1= PemiseTF T IRTlentilleRM CT(E)Gampli
Ulockin 2= PemiseTlentilleRM CT(E)
TF T IR=
Ulockin 1
Ulockin 2Gampli
(3.2)
Ici Ulockin 1est le signal mesuré par l’amplificateur synchrone avec le montage de la figure
2.15. Pemise est la puissance émise par l’échantillon, TF T IR et Tlentille sont respectivement
les transmissions du FTIR et des deux lentilles prises ensemble. Gampli est le gain de
l’amplificateur utilisé avant l’entrée sur l’amplificateur synchrone. Ulockin 2 est le signal
mesuré par l’amplificateur synchrone avec le montage de la figure 3.10. RM CT(E) est la
responsivité du détecteur multipliée par la réponse spectrale du montage RM CT(E) =
RM CT× R(E). TF T IR peut ainsi être isolé, connaissant seulement les signaux mesurés par
l’amplificateur synchrone dans les deux configurations et le gain d’amplification. Nous obtenons ainsi une transmission TF T IR = 15.4 %.