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Submitted on 1 Jan 1958
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VI. - Description et performances d’équipements Fabry-Perot - Description du spectromètre Fabry-Perot
enregistreur de Bellevue
Jean Blaise
To cite this version:
Jean Blaise. VI. - Description et performances d’équipements Fabry-Perot - Description du spec- tromètre Fabry-Perot enregistreur de Bellevue. J. Phys. Radium, 1958, 19 (3), pp.335-337.
�10.1051/jphysrad:01958001903033500�. �jpa-00235845�
335.
VI.
2014DESCRIPTION ET PERFORMANCES D’ÉQUIPEMENTS FABRY-PEROT.
DESCRIPTION DU SPECTROMÈTRE FABRY-PEROT ENREGISTREUR DE BELLEVUE Par JEAN BLAISE,
Laboratoire Aimé-Cotton, C. N. R. S., Bellevue.
Résumé. 2014 Le dispositif optique comprend un monochromateur Littrow, à réseau Bausch et
Lomb, précédé d’un pré-monochromateur constitué par un prisme de Pellin et Broca, un étalon Fabry-Perot à couches diélectriques ZnS-cryolithe et un photomultiplicateur RCA-IP 21 refroidi
à l’azote liquide. La fente de sortie et l’objectif du monochromateur sont respectivement conjugués
des lames de l’étalon et du trou explorateur. La cellule est couplée par un adaptateur d’impédance (amplificateur à une lampe du type
«cathode-follower
»alimenté par pile et accumulateur) à un potentiomètre électronique Leeds et Northrup du type Speedomax.
La monture de l’interféromètre permet d’obtenir n’importe quelle séparation des lames de
l’étalon avec un jeu restreint de cales de silice.
On décrira deux dispositifs d’exploration des anneaux d’interférence par variation de la pression
de l’air dans la cloche de l’interféromètre.
Abstract.
2014The optical system consists of a Pellin-Broca prism used as pre-monochromator,
a Littrow-type spectrograph with a Bausch and Lomb grating, a Fabry-Perot etalon coated with
ZnS-cryolite multilayers and a RCA 1P21 photomultiplier which is liquid nitrogen cooled. The exit slit and the collimating lens of the monochromator are focussed respectively on the etalon plates and on the scanning hole. The photocell is coupled to a Leeds and Northrup electronic
recorder through an impedance transformer of the cathode follower type (consisting of one tube
fed by a dry cell and accumulator).
The interferometer mounting allows any spacing of the etalon plates with only a few fused silica
spacers.
Two different devices for scanning the interference fringe system by changing the air pressure in the etalon chamber are described.
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM TOME 19, MARS 1958,
Le spectromètre Fabry-Perot photoélectrique enregistreur a été imaginé en 1948 par Jacquinot et
Dufour [1]. Son principe est le suivant : l’étalon
Fabry-Perot est précédé d’un monochromateur qui
isole la raie spectrale à étudier et le centre du système d’anneaux de l’étalon est focalisé sur un
diaphragme circulaire derrière lequel est placée une
cellule photo-multiplicatrice. Pour explorer les
divers ordres d’interférence, on modifie le chemin optique entre les lames de l’étalon en faisant varier la pression dans l’enceinte de l’étalon linéairement
en fonction du temps, tandis que le courant de cellule est enregistré par un potentiomètre élec-
tronique. _
Voici les principales caractéristiques de l’ins-
trument dans son état actuel (fig. 1).
I. Monochromateur.
--Le dispositif optique comprend un monochromateur Littrow, à réseau Bausch and Lomb de 52 mm de longueur ayant 600 traits par mm et dont l’angle dé blaze est
de 280. Pour séparer les différents ordres du réseau,
on utilise un pré-monochromateur constitué par
un prisme de Pellin-Broca.
Le spectrographe à réseau a un objectif de 2 m
de distance focale et il est facile d’isoler un inter- valle spectral de 1 ou 2 A de largeur, tout en
couvrant une largeur de 2 ou 3 cm sur l’étalon Fabry-Perot.
La fente de sortie et l’objectif du monochro-
mateur sont respectivement conjugués des lames
de l’étalon et du trou explorateur.
Toute l’optique est en verre, le spectromètre
n’étant utilisé que dans le visible.
FIG, 1.
-Schéma du spectromètre Fabry-Perot photoélectrique.
II. £talon Fabry-Perot.
2013On emploie exclus
sivement des étalons à sept ou neuf couches ZnS-
cryolithe. En pratique, un étalon préparé pour une
longueur d’onde déterminée est utilisable dans un
domaine de 400 A de part et d’autre de cette longueur d’onde. Chabbal vous a décrit hier les
montures d’étalon utilisées à Bellevue. Chaque
lame est supportée par une couronne concentrique
en acier Uranus par l’intermédiaire de 3 lames de
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01958001903033500
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ressort. L’écartement entre les couronnes est obtenu à l’aide de cales en silice fondue. On règle la
distance des lames et leur parallélisme en faisant glisser l’une d’elles dans son support à l’aide de 3 vis dont l’extrémité appuie sur la lame. Avec ce type
de monture, un jeu de cales de silice de longueur
variant de 5 en 5 mm permet de régler la distance des lames à volonté. Une fois le parallélisme des
lames obtenu, on mesure leur distance, soit à l’aide
d’un comparateur (précision ± 5 {i), soit à l’aide des raies 4 358 A et 4 347 A de 198Hg, dans le cas
où l’étalon a une épaisseur inférieure à 5 mm. Le
réglage fin du parallélisme est obtenu de façon classique par pression de ressorts sur la couronne supportant une des lames. Si la température
ambiante est maintenue constante, le réglage de
l’étalon se conserve très longtemps ; les vibrations
malheureusement fréquentes dans notre labora- toire, lui sont beaucoup plus funestes.
III. Récepteur.
-Un photomultiplicateur unique, la cellule RCA du type IP 21, suffit pour couvrir le domaine spectral étudié avec l’appareil (6 700-3 800 A). La cellule est refroidie à l’azote
liquide. La tension entre dynodes est généralement
de 108 volts.
La cellule est couplée par un adaptateur d’impé-
dance (amplificateur à une lampe du type
«
cathode-follower » alimenté par pile et accumu- lateur) à un potentiomètre électronique Leeds and Northrup du type Speedomax.
IV. Exploration des anneaux d’interférence.
-On utilise deux types de dispositifs d’exploration
des anneaux par variation de la pression de l’air
dans la cloche de l’interféromètre. Le premier
dérive du dispositif régulateur de pression décrit
par Jacquinot et Dufour mais permet d’obtenir des
vitesses de balayage de dix à cent fois plus lentes ;
en outre il élimine les irrégularités dues aux varia-
tions de la pression atmosphérique (fig. 2).
FIG. 2.
-Dispositif régulateur de pression.
,La variation de pression est commandée par la
montée du plongeur suspendu à un fil de cuivre très
fin qui s’enroule autour du tambour se trouvant dans la chambre barométrique. L’axe du tambour,
monté sur roulements à billes, traverse la paroi
de la chambre par un joint Wilson. Il est entraîné,
par l’intermédiaire d’un cardan et d’une boîte de
vitesses, par un moteur synchrone effectuant un
tour à l’heure. Le tube manométrique en pyrex et le réservoir en acier sont soigneusement calibrés (au 1/10 mm). Par l’intermédiaire d’un relais ampli- ficateur, le contact plongeur-mercure commande
l’ouverture de la fuite. Après avoir réduit la pres- sion dans la cloche de l’étalon, on ferme le robinet R,
on desserre le levier qui écrase le tube de
caoutchouc et on met le moteur en route. En
réglant le serrage du levier, on arrive rapidement à
donner à la palette un mouvement de métronome.
Malgré la discontinuité de la fuite, la variation de
pression dans la cloche de l’étalon reste régulière grâce à l’amortisseur formé par les canalisations de petit diamètre t1 et t2 et le réservoir V. qui agissent de façon comparable à un filtre résistance-
capacité dans le filtrage d’un courant électrique
continu ondulé.
Grâce à la boîte de vitesses, on obtient des
vitesses de balayage de 10, 20 ou 40 mK par minute à 5 000 À, auxquelles on fait correspondre
une vitesse de déroulement du papier enregistreur
de 1 cm/minute. La constance de la vitesse de
balayage, vérifiable par l’égalité des distances entre
ordres consécutifs d’interférence, est assurée à
mieux de 0,5 % près ; les irrégularités que l’on
peut constater parfois sont imputables, soit à un déréglage de l’étalon, ce qui se traduit simulta- nément par une diminution de la finesse des raies,
soit à une variation du degré hygrométrique de
l’air. ’Les enregistrements étant linéaires en lon-
gueur d’onde et en intensité, il suffit d’utiliser une
règle de précision graduée en 1/2 mm pour apprécier
la position des composantes à 1/10 mm près, c’est-à-
dire à 0,4 ou 0,1 mK près, suivant la vitesse de
balayage utilisée. Dans le cas où deux composantes
sont complètement résolues, il suffit de mesurer le rapport de leurs hauteurs pour avoir leurs inten, sités relatives. S’il s’agit de comparer les intensités d’une composante simple et d’une composante com, plexe, superposition de plusieurs composantes non séparées, on mesure leurs surfaces à l’aide d’un planimètre. Cette opération serait dépourvue de signification si l’échelle des intensités n’était pas linéaire et c’est un des grands avantages de la méthode de donner directement cette échelle linéaire. Un autre avantage du procédé de balayage
à vitesse rigoureusement constante est qu’on peut superposer deux enregistrements d’une même raie effectués avec des épaisseurs d’étalon différentes : : on peut ainsi déterminer immédiatement à quel
ordre d’interférence appartient une composante
donnée.
Un procédé de balayage par pression, beaucoup
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plus simple à réaliser est le suivant : après avoir
réduit la pression dans la cloche de l’étalon, on la
met en communication avec une bouteille de gaz
comprimé, une bouteille d’azote par exemple, par l’intermédiaire d’un robinet à pointeau à réglage fin, permettant le
«bulle à bulle ». Si l’épaisseur de
l’étalon est de 25 mm et la pression du gaz com- primé de 100 atmosphères, le balayage d’un ordre
d’interférence pour À
=5 000 A correspond à une
variation de pression de 3 cm de Hg, c’est-à-dire à
une variation de la perte de charge dans le robinet
à pointeau de 1/2 500. La constance de la vitesse de
FI6. , 3.
-Structure hyperfine de la raie 5 915 A du spectre d’arc de l’uranium enrichi à 20 ,% de 235U.
,Cathode creuse refroidie à l’azote liquide, intensité du courant : 22 mA ; étalon Fabry-Perot à 7 couches diélectri-
ques, d’épaisseur 9,015 mm. Résolvance effective : R = 790 000.
,
Durée de l’enregistrement : 1 heure.
balayage est donc amplement assurée pendant la
durée d’une expérience.
Malheureusement le manque de reproductibilité
ne permet pas en général la comparaison instan-
tanée de deux enregistrements d’une même raie effectués avec des épaisseurs d’étalon différentes.
La figure 3 montre un enregistrement d’une raie
d’arc de l’uranium (80 % de 238U, 20 % de 235U),
effectué par le premier procédé de balayage [2].
’
