R´eponse spectrale du syst`eme optique

Pendant les deux campagnes, la m´ethode pour la mesure de la temp´erature diff´erait quelque peu. Pour cela on pr´esente ci dessous le type de mesure ef-fectu´ee, suivi des diff´erentes proc´edures pour la caract´erisation de la r´eponse spectrale des deux syst`emes optiques,

Pendant les exp´eriences de la campagne de tirs effectu´ees en 2002, nous avons utilis´e toute la bande spectrale visible disponible⁸. Cette m´ethode s’apparente

`a la « temp´erature spectrale » `a cause de l’utilisation d’une grande partie de la bande spectrale visible (en effet la v´eritable temp´erature spectrale n´ecessiterait tout le domaine visible).

Pour la campagne 2005, nous avons d´ecid´e de limiter la bande spectrale de l’´emission enregistr´ee sur la streak `a l’aide d’un filtre `a bande ´etroite. Cette m´ethode s’appelle « temp´erature de brillance » en raison de l’utilisation d’une seule longueur d’onde (ou une tr`es petite partie du spectre).

Proc´edure 2002

Elle est divis´ee en trois ´etapes distinctes :

1. pour mesurer la r´eponse spectrale T(λ) du syst`eme optique, on place une lampe (Optics Lab OL 5500) au centre de l’enceinte et on remplace la streak par un spectrom`etre calibr´e auparavant. Ce type de lampe poss`ede

8En effet, `a cause de l’utilisation simultan´ee en face arri`ere des VISARs, une s´erie de filtres ´etait en place pour pr´evenir l’endommagement de la streak et interdisait donc l’arriv´ee de certains photons du spectre visible sur le diagnostic.

non seulement un filament de Tungst`ene dont le spectre d’´emission est parfaitement calibr´e, mais ´egalement une sph`ere int´egrante associ´ee, pos-s`edant une jauge ´etalonn´ee qui permet d’avoir la luminance de la source en footLamberts (1fL = 3183cd/m²) (figure 4.29)

2. on calibre la r´eponse (Volts-Energie) d’un photomultiplicateur (PMT) Ha-mamatsu sur des bandes ´etroites donn´ees par des filtres color´es.

3. on place encore la lampe dans l’enceinte et on mesure la transmission du syst`eme dans les trois bandes ´etroites des filtres utilis´es lors du

cali-Formation de l'image

Fente d'entrée

Photons incidents

Ruban de photo-électrons

Déviation par une rampe de tension

Ecran phosphorescent

temps

fente idéale pixels

(a)

fente réelle

(b) tension idéale pixel

pixels

temps temps

tension réelle pixel

temps temps

Figure 4.27 En haut : Sch´ema de principe du fonctionnement de la cam´era streak.

En bas : Exposition des pixels de la CCD au cours du balayage. (a) Cas id´eal (b) Cas r´eel. Apparaissent ´egalement les tensions enregistr´ees dans les deux cas. Le cas r´eel doit tenir compte de la convolution du signal due `a la largeur de la fente.

brage du photomultiplicateur. On contrˆole les valeurs obtenues avec celles obtenues lors de l’´etape 1.

A partir du spectre d’´emission de la lampe, on peut alors remonter `a la trans-mission spectrale du syst`eme. La figure (4.28) montre le spectre de transtrans-mission pour la campagne 2002.

λ 2

4 6 8 10 12 14 16

400 450 500 550 600 650 700 750 800 850

Transmission [%]

[nm]

0

Figure 4.28 Transmission spectrale du syst`eme optique mesur´ee pour la campagne 2002, reliant la cible `a la cam´era CCD d’´emission propre (la r´eponse de la photocathode est prise en compte).

Pour contrˆoler et fixer le spectre de transmission de notre syst`eme optique pour les deux exp´eriences, nous avons donc effectu´e des mesures de transmission int´egr´ees sur diff´erentes bandes ´etroites (donn´ees par les filtres) d’observation de notre lampe spectrale (´emettant un rayonnement de corps noir) et du PMT de r´eponse rP M T(λ) (figure 4.29).

Lampe spectrale

Sphère intégrante

filtre

Système optique

chopper

PMT

Figure 4.29 Sch´ema du principe du banc de mesure de la transmission int´egr´ee du syst`eme optique avant la streak pour l’´emission propre de la cible.

Le principe consiste `a imager le trou de sortie de la lampe spectrale cali-br´ee OL 5500 sur la photocathode du PMT, reli´e `a un oscilloscope. La lampe spectrale ´emet un rayonnement de corps noir. La surface du trou a ´et´e mesur´ee au microscope et son ouverture est sup´erieure `a celle de la lentille de reprise

d’image, fixant ainsi l’angle solide de collection des photons. Apr`es avoir tra-vers´e le syst`eme optique, le faisceau passe par un « chopper » qui permet un fonctionnement en mode puls´e du PMT. Les mesures ont ´et´e effectu´ees avec dif-f´erents filtres (rouge, rose, bleu) et diff´erentes tensions de polarisation du PMT (entre -1.5 et -2 kV) afin de s’assurer de la lin´earit´e de la r´eponse. Pour chaque mesure, la luminance de la lampe, proportionnelle `a la puissance spectrale en sortie du trou, a ´et´e vari´ee entre 0 et 35000 fL.

La r´eponse en tension du PMT a ´et´e calibr´ee pr´ealablement (comme cela est

´ecrit en d´etail par [Henry 2004]) en envoyant directement la lumi`ere de la lampe avec une ouverture fix´ee et `a l’aide d’un miroir sph´erique. Sa r´eponse spectrale rP M T(λ) (photocathode S20) est donn´ee par le constructeur. La tension mesur´ee en pr´esence du syst`eme optique permet alors d’acc´eder `a la transmission int´egr´ee T¯ du syst`eme optique

T¯ =

R B(λ, T)r_{P M T}(λ)T(λ)dλ R B(λ, T)r_{P M T}(λ)dλ .

On mesure alors une transmission int´egr´ee en excellent accord (`a quelque

% pr`es) avec la valeur reconstruite `a l’aide du profil spectral. On peut alors consid´erer que la perte de rayons dans le syst`eme optique est n´egligeable.

Proc´edure 2005

λ 20

40 60 80 100

400 450 500 550 600 650 700 750 800 850

Transmissivite [%]

Bleu Rouge

[nm]

0

Figure 4.30 Transmission des filtres «Bleu » et« Rouge »utilis´ees en 2005.

Pour la campagne 2005, nos n’avons pas utilis´e le spectrom`etre (point 1 pr´e-c´edent). Nous avons determin´e la transmission spectrale de chaque composant optique entre la cible et la cam´era streak dans un spectrophotom`etre, `a l’excep-tion des lentilles et des miroirs. Pour ces derniers nous avons utilis´e les donn´ees

du constructeur. En effectuant le produit de chacune des r´eponses spectrales, on obtient la transmission du syst`eme entier.

Encore une fois, on a v´erifi´e `a l’aide du photomultiplicateur les valeurs de transmission dans les trois bandes spectrales calibr´ees.

Cela nous a permis d’avoir la mesure de la transmission du syst`eme optique pour les longueurs d’onde des deux filtres utilis´es. On montre sur la figure 4.30, les valeurs obtenues pour la campagne 2005 sur le LULI2000.