Validation exp´ erimentale dans le cas de MICROSPOC

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3.1 Mod` ele exhaustif

3.1.3 Validation exp´ erimentale du mod` ele exhaustif

3.1.3.1 Validation exp´ erimentale dans le cas de MICROSPOC

MICROSPOC est bas´e sur un PFIR `a substrat prismatique, pr´ec´edemment pr´esent´e

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a la Section 1.6.3.2. Cet instrument dispose d’un large panel de pixels d’´epaisseurs de substrat et de zone active diff´erentes. Cela offre la possibilit´e de tester le mod`ele exhaustif sur des profils de pixels diff´erents afin de le valider par comparaison avec les r´eponses mesur´ees.

3.1.3.1.1 Calcul de la matrice caract´eristique d’un pixel de MICROSPOC

Figure 3.14: Sch´ema de la structure de Microspoc

Nous avons appliqu´e le mod`ele exhaustif au cas de MICROSPOC sch´ematis´e sur la Figure 3.14, en associant une matrice caract´eristique `a chaque pixel. La structure

Chapitre 3. Mod´elisation optique d’un plan focal infrarouge

mod´elis´ee est compos´ee d’une couche de substrat enCdZnT e, d’une r´egion de gradient d’indice, d’une couche active enHgCdT e, et d’une couche m´etallique au fond [35, 126].

Les matrices caract´eristiques associ´ees `a chaque couche sont not´ees Ms, Mgrad et Mza, respectivement.

Par cons´equent, la matrice caract´eristique de chaque pixel de MICROSPOC est le r´esultat du produit matriciel des matrices de couches cit´ees, comme le montre l’´equation (3.15).

rMM icrospocpσqs rMspσqs·rMgradpσqs·rMzapσqs (3.15) Le mod`ele exhaustif consid`ere uniquement des couches horizontales. Dans le cas de Microspoc, le substrat est suppos´e horizontal pour chaque pixel, ´etant donn´e qu’on fait l’hypoth`ese que l’angle d’amincissement α est n´egligeable par rapport `a la taille pixel lpix (voir la Figure 3.14). En effet, l’angle d’amincissement de Microspoc est d’environ 6mrad et la taille du pixel lpix est de 15µm. Ignorer l’angle d’amincissement dans le mod`ele exhaustif revient `a supposer que la quantit´eeα tanpαq·lpix est n´egligeable par rapport aux ´epaisseurs de substrat mises en jeu. La valeur de eα est 0.09µm qui est de l’ordre deλ{20 pour des longueurs d’onde se situant entre 2µmet 5µm. Par cons´equent, eαest effectivement n´egligeable devant des ´epaisseurs de substrat se situant entre 50µm (qui est l’´epaisseur maximale du substrat de Microspoc) et 1µm. Pour des ´epaisseurs de substrat inf´erieures `a 1µm, cette approximation n’est plus valable et le mod`ele doit ˆ

etre affin´e pour prendre en compte l’angle d’amincissement.

Dans notre cas, nous nous limitons au cas d’un pixel parfaitement horizontal, en consid´erant que pour les ´epaisseurs inf´erieures `a 1µmle mod`ele rend compte d’un com-portement moyen du substrat. La mod´elisation de l’ensemble des pixels de Microspoc revient `a mod´eliser l’instrument par une matrice de d´etection avec un substrat en marche d’escalier.

3.1.3.1.2 Comparaison du mod`ele exhaustif `a la r´eponse spectrale exp´erimentale d’un pixel de MICROSPOC

Pour valider le mod`ele exhaustif, nous l’avons appliqu´e au cas de MICROSPOC en le comparant aux r´eponses spectrales exp´erimentales. La Figure 3.15 repr´esente la superposition d’une r´eponse spectrale mesur´ee d’un pixel de MICROSPOC `a sa r´eponse mod´elis´ee par le mod`ele exhaustif. Ces deux r´eponses sont normalis´ees par rapport

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a leurs valeurs moyennes dans la bande spectrale r4000cm1,5000cm1s. La m´ethode de mesure des r´eponses spectrales des pixels est d´etaill´ee dans la r´ef´erence [17]. Elle consiste `a mesurer la r´eponse de chaque pixel en chaque longueur d’onde `a l’aide d’un spectrom`etre IR `a transform´ee de Fourier, qui permet d’imager un interf´erogramme temporel sur chaque pixel. En appliquant une transform´ee de Fourier, et en connaissant

Chapitre 3. Mod´elisation optique d’un plan focal infrarouge

Figure 3.15: (a) Superposition des r´eponses spectrales mesur´ee et simul´ee avec le mod`ele exhaustif. (b) est le zoom de (a) autour du nombre d’onde de coupure

le spectre de la source de r´ef´erence a priori, on peut remonter `a la r´eponse spectrale du pixel. Les ´etapes de mesure sont d´ecrites davantage dans le chapitre 4.

Les oscillations observ´ees sur les r´eponses spectrales t´emoignent d’un ph´enom`ene d’interf´erences tr`es marqu´e, qui est souhait´e dans la conception de cet instrument. En

Chapitre 3. Mod´elisation optique d’un plan focal infrarouge

effet, l’absence de couche anti-reflet et l’amincissement du substrat en biais permettent de mesurer un interf´erogramme dont on peut extraire le spectre de la sc`ene observ´ee.

Dans notre approche de mod´elisation, nous avons utilis´e les propri´et´es optiques d´ecrites dans la section 3.1.2. L’estimation des param`etres du mod`ele est d´etaill´ee dans la section 3.3.

En outre, on peut remarquer les signatures spectrales de l’absorption de l’eau et du dioxyde de carbone autour de 2400cm1 et 3700cm1 sur la r´eponse spectrale mesur´ee.

Cela est dˆu au fait que la mesure des r´eponses spectrales a ´et´e effectu´ee avec un spec-trom`etre `a transform´ee de Fourier qui fonctionne `a l’air ambiant.

La diff´erence observ´ee entre les r´eponses simul´ee et mesur´ee dans l’intervalle spec-tralr2000cm1,3000cm1sest attribu´ee aux erreurs de mesures, provenant notamment des incertitudes du spectrom`etre `a transform´ee de Fourier, ou de la source d’´etalonnage utilis´ee pour la caract´erisation exp´erimentale [17]. Cette divergence concerne, en effet, une variation lente de la r´eponse spectrale, et est observ´ee pour l’ensemble des r´eponses spectrales mesur´ees des diff´erents pixels IR. Elle n’est donc pas caract´eristique d’une vari-ation entre pixels, et semble plutˆot provenir du processus de division du spectre mesur´e par le pixel, par diff´erents ´el´ements spectraux tels que le spectre de la source, la transmis-sion du hublot...etc. De plus, cet ´ecart n’a ´et´e constat´e que pour l’instrument Microspoc, et pas sur les autres d´etecteurs, ce qui nous oriente sur des probl`emes de mesure plutˆot qu’une r´ealit´e physique, qui aurait due ˆetre per¸cue pour d’autres d´etecteurs.

Ainsi, on observe sur la Figure 3.15 que le mod`ele exhaustif permet de d´ecrire correctement la r´eponse spectrale d’un pixel de Microspoc, et pr´edit parfaitement les oscillations observ´ees sur l’ensemble du domaine spectral d’´etude.

Les pixels de Microspoc offrent un large choix d’´epaisseur substrat (entre 50µm et 0µm). Comme le montrent les r´eponses spectrales mesur´ees repr´esent´ees sur les Figures 3.16.(a) et 3.16.(c), les pixels de mˆeme ´epaisseur de substrat (11.5µm) pr´esentent des disparit´es de nombres d’onde de coupure. Les Figures 3.16.(b) et 3.16.(d) repr´esentent les r´eponses spectrales mod´elis´ees correspondant aux r´eponses mesur´ees des Figures 3.16.(a) et 3.16.(c). On peut voir que le mod`ele exhaustif pr´edit correctement les r´eponses spectrales des pixels ayant la mˆeme ´epaisseur substrat et des propri´et´es optiques de zone active diff´erentes.

Sur les Figures 3.16.(b) et 3.16.(d), la courbe en pointill´es repr´esente la r´eponse spectrale simul´ee avec le mod`ele exhaustif dans le cas d’un pixel dont les param`etres de la couche active (´epaisseur et composition en cadmium) sont fix´es aux valeurs moyennes estim´ees sur l’ensemble de la matrice de d´etection de Microspoc. On remarque que, mˆeme si on a utilis´e l’´epaisseur de substrat ad´equate, les propri´et´es optiques de la zone active sont primordiales pour mod´eliser correctement la r´eponse spectrale autour des nombres d’onde de coupure.

En r´esum´e, nous avons valid´e le mod`ele exhaustif en l’appliquant `a des pixels de Microspoc qui est un cas particulier des PFIR HgCdTe avec un substrat aminci. Dans

Chapitre 3. Mod´elisation optique d’un plan focal infrarouge

Figure 3.16: (a) R´eponses spectrales exp´erimentales normalis´ees par la valeur moyenne sur l’intervalle r4000cm1,5000cm1s. (b) R´eponses mod´elis´ees normalis´ees correspondant `a (a), simul´ees avec le mod`ele exhaustif. (c) et (d) sont les zooms de (a) et (b) autour des nombres d’onde de coupure. La courbe en pointill´es sur les graphiques (b) et (d) correspond au mod`ele exhaustif avec des valeurs moyennes des param`etres

de la zone active.

le paragraphe suivant, nous appliquons le mod`ele exhaustif au cas d’un PFIR HgCdTe commercial standard, fonctionnant dans la r´egion du MWIR.

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