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Submitted on 1 Jan 1958
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Dispositif permettant le déplacement mécanique d’une lame de Fabry-Perot
Robert Chabral, Michel Soulet
To cite this version:
Robert Chabral, Michel Soulet. Dispositif permettant le déplacement mécanique d’une lame de Fabry-
Perot. J. Phys. Radium, 1958, 19 (3), pp.274-277. �10.1051/jphysrad:01958001903027400�. �jpa-
00235831�
DISPOSITIF PERMETTANT LE DÉPLACEMENT MÉCANIQUE
D’UNE LAME DE FABRY-PEROT
Par ROBERT CHABBAL et MICHEL SOULET.
Résumé. - On décrit dans cet article un dispositif permettant le déplacement mécanique en
dents de scie d’une lame de Fabry-Perot, celle-ci étant placée au centre d’une membrane élastique ;
la loi d’exploration est linéaire en cm-1; la « définiance » que permet d’atteindre ce dispositif
est environ 5 fois supérieure à la résolution du Fabry-Perot. Le parallélisme des lames est conservé
si on ne cherche pas à explorer de façon continue plus d’un intervalle entre ordres, ce qui est suffi-
sant pour une exploration en dents de scie.
Abstract.
2014A mechanical device giving a parallel displacement to one of the flats of a Fabry-
Perot etalon, which is suspended in a flexible membrane, is described. This arrangement
allows a spectral scanning which is linear in cm-1, during which the flats remain-parallel to a high degree of precision over one order of the etalon. This device is thus useful for saw-tooth scanning,
and yields a
"definiance
"some five times higher than the resolving power.
19, 1958,
1. But de dispositif à déplacement mécanique. -
Le dispositif qui va être décrit fut construit pour
équiper un spectromètre F.-P. intégral à deux F.-P.
et à faible résolution décrit par ailleurs [1]. Il permet naturellement le réglage du parallélisme
des lames mais aussi un déplacement alternatif
d’une des lames, conçu de telle sorte que soit réali- sable l’exploration en dents de scie d’un intervalle
spectral très étendu.
L’intérêt de l’exploration par déplacement d’une
lame du F.-,P. est qu’une translation e2
-el de la lame permet d’explorer un nombre d’intervalles entre ordres indépendant de la résolution ; en parti- culier, si par un déplacement Ae
=Ã/2, on peut ex- plorer l’intervalle séparant deux radiations trans- mises par le F.-P. sur deux ordres adjacents p et
p + 1, ceci devient possible quelle que soit la dis- tance des lames et la résolution du F.-P. : on peut
alors appliquer le balayage en dents de scie qui per-
met, on l’a montré ailleurs (cf. [2] et [3]), d’explorer-
un intervalle spectral d’étendue illimitée. C’est un
tel intervalle qu’il s’agissait de couvrir avec le spec- tromètre F.-P. intégral conçu pour travailler à. une résolution faible (01 ’ 104 ) et pour laquèlle l’explo-
ration par variation de pression de l’air de 0 à 1 atmosphère, utilisée pour les autres spectro-
mètres de Bellevue, n’était plus applicable.
II. Caractéristiques générales d’un système explorateur en dents de seie.
-Nous nous conten-
terons ici de résumer les résultats démontrés ailleurs (cf. [1], VIII) :
, -
Le système moteur n’est simple que si toutes les dents de scie sont effectuées dans des t.emps égaux ; la loi d’exploration doit alors- être linéaire
en cm-1 (6
=ao + vt).
-’ Le système explorateur doit, dans ces condi-.
tions,’être constitué par un organe moteur (came) produisant un déplacement linéaire en fonction du
temps, déplacement transmis à la lame mobile du F.-P. non pas directement mais par l’intermédiaire d’un système démultiplicateur, dont le rapport de démultiplication continûment variable doit être
proportionnel à À/Ào (X longueur d’onde transmise à l»instant considéré ; Ào longueur d’onde initiale).
III. Description détaillée de la monture.
-Son schéma est donné par la figure 1. Une photo- graphie est donnée par la figure 2.
FIG.
1) FIXATION DES LAMES ET RÉGLAGE DU PARAL- LÉLISME (fig. 1).
-Les lames du F.-P. sont portées par les couronnes 1 et 2 ; ces deux couronnes sont séparées par les cales de silice S placées à 1200. La
couronne 3, solidaire de la couronne 2, porte trois
ressorts qui, appuyant sur la couronne 2 en face des
cales de silice, permettent de modifier leur épaisseur
et d’obtenir le parallélisme des lames du F.-P. Une
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01958001903027400
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petite couronne 4 solidaire de la couronne 2 porte
trois vis à 1200 grâce auxquelles on peut faire glisser la lame 2’ par rapport à la couronne 2 : on
amène ainsi cette lame 2’ à la distance voulue de la lame ’, tout en obtenant un réglage grossier du parallélisme ensuite parachevé grâce à la compres- sion des cales de silice.
’
Fic.2.
La lame 2’ est serrée entre trois patins. La lame l’
est au contraire appliquée par un contre-barillet contre la couronne 1.
2) DÉPLACEMENT DE LA LAME MOBILE DU F.-P.
( fig.1).
-La lame l’ doit être mobile. Dans ce but
l’épaisseur de la couronne 1 est réduite de 20 mm
à 0,7 mm sur une zone annulaire de diamètres inté- rieur et extérieur égaux à 75 et 100 mm. Cette cou-
ronne 1 se comporte alors comme une lame annu-
laire souple comprise entre deux anneaux rigides et
dont la circonférence extérieure reste fixe lorsqu’on
exerce une force sur la circonférence intérieure ; si
cette force atteint environ 250 grammes, le cercle
intérieur, solidaire de la lame 1 se déplace d’une demi-longueur d’onde.
3) APPLICATION SUR LA COURONNE FLEXIBLE DE LA FORCE VARIABLE ( fGg. 1).
-Le poussoir P glisse dans le bloc B rigidement fixé à la partie fixe
de la couronne 1 et déplace l’extrémité de la lamelle 1 ; celle-ci, relativement flexible (hauteur
5 cm ; largeur 1 cm ; épaisseur 1 mm), est fixée
par sa partie inférieure à l’étrier E, beaucoup plus
épais et rigide et mobile autour d’une bille U. Le
déplacement x de P provoque une flexion de la
lamelle, donc un couple proportionnel à x. L’étrierE
transmet ce couple, ce qui applique au cercle inté-
, rieur de la couronne une force F2 également pro-
portionnelle à x. La flexion y de la couronne est à
son tour proportionnelle à F 2 donc, à x. Le rap-
port y lx est proportionnel au rapport de la raideur de la lamelle à la raideur de la couronne flexible ;
il valait 6 000 environ pour les montures utilisées.
Le système étrier-lamelle permet donc une démulti- . plication sans jeu de l’ordre de plusieurs milliers
et rigoureusement constante tant que la loi de Hooke est respectée : il suffit pour cela que le
rapport (xilongueur de la lamelle) reste inférieur
à 1/50 environ. ’
L’étrier E appuie sur la couronne par l’inter- médiaire de 2 billes d’acier. L’expériencè prouve que le mouvement de la lame du F.-P. n’est une
translation pure que pour une certaine position des
billes par rapport à la couronne. La réglage de cette position est obtenu en plaçant les billes dans une
couronne de tôle percée sur tout son périmètre de
trous dont le diamètre est légèrement supérieur à
celui des billes ; on peut faire tourner cette cou- ronne auxiliaire dans son plan et un simple serrage le rend solidaire de l’étrier. Grâce à ce’ dispositif.
il est effectivement possible de donner aux billes
une position telle qu’après exploration de sept ou
huit ordres, le déréglage du parallélisme soit négli- geable.
4) ORGANE MOTEUR (CAME C) (fig. 3). = C’est
une came d’Archimède dont le rayon varie selon
03B1
la loi p
=po + 3480 X 348° pour .0 a 3480 et
décroît de po + X à Po selon une loi quelconque pendant les douze derniers degrés. L’angle p = 12°
correspond au temps mort du balayage en dent de
scie qui vaut ainsi le trentième de la durée d’une dent de scie. Cette came est entraînée par un moteur synchrone.
5) ORGANE DÉMULTIPLICATEUR A RAPPORT CON- TINUMENT VARIABLE ( fLg. 3).
-L’ensemble de la lamelle 1 et de l’étrier E constitue un système démultiplicateur. de rapport très grand, réglable,
mais constant au cours de l’exploration. Il faut
mettre en série un second système démultiplicateur
de rapport continûment variable et proportionnel
à À/Ào. Dans ce’but la came C agit non pas direc- tement sur le poussoir P mais sur l’extrémité d’un 1 évier L agissant sùr le poussoir P et dont le point
le point d’appui 0 est mobile : ce point d’appui est
au contact de la surface du levier et d’une pièce biseautée ; celle-ci peut glisser, le long d’un axe parallèle à la position de repos du levier : elle se
,
trouve poussée par une came K de profil tel qu’à
chaque instant le rapport de démultiplication du
levier ait la valeur désirée. Le profil de la came K
a été déterminé ailleurs (cf. [1], VIII). Cette came
fait un tour pendant toute la durée de l’enregis-
.
FIG. 3.
trement ; elle est entraînée par le même moteur que la came C par l’intermédiaire d’un système d’engrenages (cf. [1], XI).
.
IV. Résultats. a) Deux montures correspon-
dant à la description ci-dessus ont été construites,
l’une pour un F.-P..de 7 cm de diamètre, l’autre
pour un F.-P. de 3 cm de diamètre. Toutes les
pièces, sauf les cames, forment un ensemble compact : celui-ci est placé sur une platine qui porte les cames C et K, le moteur et la boîte de
vitesses.
’b) La stabilité du F.-P. (conservation du paral-
lélismè au cours du temps) est assez satisfaisante
(légères retouches du réglage nécessaires d’une
journée àl’autre). Les vibrations du sol n’entraînent
aucun élargissement des anneaux, et ceci sans précautions particulières.
c) Nous avons déjà indiqué que le parallélisme
des lames est conservé pendant l’exploration, mais
à condition de ne pas faire défiler plus de sept ou
huit anneaux.
d) DÉFINIANCE RELATIVE (Dr ==,Agi dcr,,àa étant
l’intervalle entre ordres et da l’écart maximum entre la loi réelle d’exploration et la loi théorique).
-
Le système démultiplicateur variable et l’en-
semble languette-étrier n’introduisent aucun défaut d’exploration décelable. Il en est de même pour le
système de balayage en dents de scie, le retour à
l’état initial s’effectuant quelle que soit la position
de la came K et du point d’appui 0 avec toute la précision désirable. Finalement la définiance rela- tive est limitée par les défauts d’exécution de la
came C à une valeur de l’ordre de 100 à 150 (varia-
tion du rayon (X
=p
-po) égale à 1 mm ; défauts
légèrement inférieurs à 0,01 mm) ; la définiance pourrait être augmentée en choisissant une autre
came dont la variation de rayon soit plus grande
mais il en résulterait un accroissement propor- tionnel de la flèche de la lamelle 1 et la loi de Hooke
(proportionnalité entre le couple et le déplacement)
ne serait plus vérifiée. La solution consiste à allon-
ger la lamelle 1, mais ceci amène à modifier assez profondément la structure de la monture et ceci fera l’objet d’un article ultérieur.
L’ensemble des procédés de contrôle et de mesure
du parallélisme et de la définiance ont été décrits
ailleurs ([1], XI).
.Conclusion.
-Dans son état actuel, la monture qui vient d’être décrite.nous a permis de faire fonc-
tionner un spectromètre F.-P. intégral à basse
résolution (cf. [1], XI) comprenant deux F.-P.
tous deux à balayage mécanique, à dents de scie
et dont la synchronisation a été décrite ailleurs.
Cependant elle ne doit pas être considérée comme une réalisation définitive, mais plutôt comme unes étape dans la mise au point d’une monture méca- nique partant des mêmes principes et permettant
d’atteindre une définiance supérieure à celle obte-
nue par variation de pression.
RÉFÉRENCES
[1] CHABBAL (R.), Thèse, Paris, 1957 (à paraître dans la
Revue d’Optique en 1958).
[2] CHABBAL (R.) et JACQUINOT (P.), Nuovo Cimento,
novembre 1955, p. 661.
[3] CHABBAL (R.), J. Physique Rad., 1958, 19, 245.
DISCUSSION
G. Courtès. - En quel métal est faite la mon-
ture ? Le fait d’appuyer par un étrier en deux
points diamétralement opposés n’introduit-il pas des déformations ?
R. Chabbal.
-La monture est actuellement en
acier ordinaire. Pour obtenir une translation par- faite on est en fait amené à pousser sur le cercle intérieur en 2 points choisis de façon empirique ;
en effet la symétrie de la monture actuelle n’est pas
parfaite ; dans ces conditions les réactions de la
monture à la poussée de l’étrier sont difficiles à
277
prévoir, tout métal se comportant comme du caout-
chouc si on l’examine à l’échelle du cinquantième
de longueur d’onde. Le choix des points-de poussée
est d’ailleurs facile.
G. W. Stroke.
-A quelle précision les lames
restent-elles parallèles pendant le déplacement ?
R. Chabbal.
-Après passage d’une dizaine
d’ordres, on observe un déréglage de l’ordre de
1/50 de X. Je donnerai plus tard la méthode per- mettant de le déterminer.
J. Gobert.
-Lés frottements de la came ne pro- duisent-ils pas de vibrations ?
R. Chabbal.
-Non, car même pour les explo-
rations les plus rapides du spectre, la came ne
tourne guère à plus d’un demi-tour par minute..
La monture est d’ailleurs suffisamment rigide pour que les autres sources de vibrations (par exemple
le moteur d’entraînement de la came) ne produise
aucun élargissement sensible des franges.
J. Ring.
-L’exploration des deux Fabry-Perot
du spectromètre est-elle obtenue par déplacement mécanique .des lames ?
R. Chabbal.
-Oui, car les épaisseurs des deux Fabry-Perot, résolvant et .monochromateur, sont
inférieures à la limite d’utilisation du procédé par variation de pression de 0 à 1 atmosphère. Je signale à ce sujet que si la résolution désirée était à la frontière d’utilisation de l’exploration par
pression, il y aurait intérêt pour employer ce même procédé à l’exploration du spectre par le Fabry-
Perot monochromateur, à’ donner à celui-ci une épaisseur égale non pas au.1/10, mais au 9/10 de
celle du Fabry-Perot résolvant. L’élimination des ordres parasites est tout aussi efficace. Le balayage
en dents de scie est encore utilisable à condition de
resynchroniser les deux Fabry-Perot au début de chaque dent de scie.
J. H. Jaflé.
-Le monoèhromateùr à réseau doit-il être arrêté pendant le temps mort séparant
deux dents de scie ?
R. Chabbal. Ce n’est pas nécessaire car sa
bande passante, égale à l’intervalle entre ordres du
Fabry-Perot, est tr,ès supérieure à la bande passante
du Fabry-Perot épais. En revanche, il est nécessaire
d’arrêter le Fabry-Perot monochromateur pendant les temps morts du Fabry-Perot épais, ce qu’on
obtient en limant. quélques dents du pignon qui
entraine la came motrice du Fabry-Perot mono-
chromateur.
H. J. J. Braddick.
--Quelle est la stabilité de
.l’appareil ?
R. Chabbal.
--Le parallélisme ne se conserve
que quelques journées, mais aucune précaution par-
’
