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Mesure du dichroïsme circulaire. Description de différents montages a très hautes performances
M. Billardon, J.C. Rivoal, J. Badoz
To cite this version:
M. Billardon, J.C. Rivoal, J. Badoz. Mesure du dichroïsme circulaire. Description de différents
montages a très hautes performances. Revue de Physique Appliquée, Société française de physique /
EDP, 1969, 4 (3), pp.353-364. �10.1051/rphysap:0196900403035300�. �jpa-00243294�
MESURE DU DICHROÏSME CIRCULAIRE
DESCRIPTION DE DIFFÉRENTS MONTAGES A TRÈS HAUTES PERFORMANCES
Par M. BILLARDON, J. C. RIVOAL et J. BADOZ,
E.S.P.C.I., I0,
rueVauquelin, Paris, 5e (1).
(Reçu le 6 février 1969.)
Résumé. 2014 On considère plusieurs dispositifs de mesure du dichroïsme circulaire par une méthode de zéro. Leur étude théorique montre qu’ils ont tous sensiblement les mêmes carac-
téristiques. L’une de nos réalisations expérimentales est ensuite décrite et ses performances
sont illustrées par des courbes de dichroïsme circulaire magnétique. Notre appareil possède
une excellente résolution (variable de 1 à 6 Å) et une grande sensibilité. Son domaine spectral
s’étend de 2 100 à 7 500 Å. La densité optique dichroïque mesurable peut devenir inférieure à 10-6
lorsqu’on utilise une bande passante de 6 Å et reste de l’ordre de 10-5 pour une bande passante
de 1 Å.
Abstract.
2014A number of devices are considered which perform circular dichroism measure-
ments by
anull-method. A theoretical study shows that they all possess similar characteristics.
One particular actual achievement is fully described and its performance is illustrated with
a
number of magnetic circular dichroism curves. The spectral range 2 100-7 500 Å can be
investigated. Our machine has both
agood resolution (1-6 Å) and high accuracy. The smallest measurable dichroïc optical density is as small as 10-6 or 10-5 according to the resolution consi- dered (6 Å or 1 Å respectively).
Lorsqu’un matériau présente un indice complexe (n jk) différent pour des lumières circulairement pola-
risées à droite ou à gauche, on dit qu’il possède une
activité optique. L’étude de cette activité optique peut s’effectuer de deux façons; on peut mesurer la différence des indices de réfraction n pour les deux polarisations (pouvoir rotatoire), ou bien mesurer la différence des indices d’extinction k (dichroïsme circulaire). Lorsque
ces phénomènes résultent de la constitution même de la molécule ou de l’ion étudié, il s’agit de pouvoir
rotatoire ou de dichroïsme circulaire naturels dont l’étude s’est développée considérablement depuis quel-
ques années [1], [2], [3], [4]. Ces mêmes phénomènes
peuvent être obtenus également en plaçant la substance dans un champ extérieur. Plus particulièrement lors- qu’il s’agit d’un champ magnétique (effet Faraday),
la mesure du pouvoir rotatoire et du dichroïsme cir- culaire magnétiques permet d’obtenir des renseigne-
ments spectroscopiques souvent inaccessibles par d’au-
tres techniques [5], [6], [7].
Depuis quelques années, l’étude du dichroïsme a été particulièrement développée pour deux raisons
majeures. Des progrès technologiques importants ont
rendu les dichromètres aussi sensibles et fiables que (1) équipe de recherche C.N.R.S. du laboratoire d’Optique Physique.
les polarimètres. De plus, les paramètres utiles sont
extraits plus facilement des courbes de dichroïsme.
Nous décrivons ici un montage permettant d’effec-
tuer des mesures fines de dichroïsme circulaire dans le domaine des fréquences lumineuses visibles et ultra- violettes. Les performances de cet appareil sont illus-
trées à l’aide de quelques exemples de dichroïsme
circulaire magnétique.
Introduction.
-Lorsqu’un milieu absorbant est traversé par un faisceau lumineux, il existe une relation simple entre (D le flux lumineux transmis et 1>0 le flux
lumineux incident. On a en effet :
1> === l>010-D (1)
où D est la densité optique du milieu étudié (2).
Si le milieu possède une activité optique naturelle
ou induite, l’absorption n’est plus la même selon que la lumière incidente est polarisée circulairement à droite ou à gauche. Il faut alors considérer deux (2) Rappelons que pour une solution de concentration
cexprimée en moles par litre et examinée sous une épais-
seur l, la densité optique est définie par : D
=cci
e
est le coefficient d’extinction molaire. Le même type de
relation s’applique
audichroïsme circulaire ; As
=El - c, étant le dichroïsme circulaire molaire.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:0196900403035300
coefficients d’absorption (Dr et Dl respectivement),
et la différence de densité optique :
représente le dichroïsme circulaire.
Pour des raisons de simplicité, nous n’utiliserons pas ici la densité optique définie en (1), mais celle
définie en base exponentielle :
le dichroïsme circulaire est alors déterminé par :
A. Description générale.
-Pour mesurer le di- chroïsme circulaire, deux méthodes principales sont employées. La première est une mesure d’ellipticité.
Lorsqu’on envoie sur un milieu dichroïque une vibra-
tion rectilignement polarisée, après traversée de ce milieu, la vibration est devenue elliptique, et cette ellipticité est due au dichroïsme circulaire. La mesure de
ce dernier s’effectue alors à l’aide d’un ellipsomètre [3], [8], [9]. La seconde méthode est une mesure d’absorp- tion ; on détermine successivement ou simultanément
l’absorption des lumières polarisées circulairement à droite et à gauche.
Différents types de montage ont été proposés jus- qu’alors. On en trouvera la description dans divers ouvrages spécialisés [2], [3], [13].
L’examen de ces montages conduit à rendre souhai- table la réalisation de plusieurs conditions afin d’obte- nir une bonne sensibilité :
1) Les mesures d’absorption sont moins sensibles
aux biréfringences parasites de l’appareil que les me- sures d’ellipticité;
2) Pour les mesures par absorption, la détermination
de xz et xr doit être quasi simultanée afin d’être effectuée dans les mêmes conditions;
3) La sensibilité d’un montage est d’autant meilleure que le flux lumineux est plus grand. Ceci entraîne
deux conditions :
a) L’étendue géométrique du faisceau lumineux doit être aussi grande que possible;
b) Il est souhaitable d’utiliser des sources lumineuses de très grande luminance.
Les deux premières conditions sont réalisées en
particulier dans une méthode séquentielle proposée
par Velluz, Legrand et Grosjean [3], [10]. Elle peut être schématisée de la façon suivante : le flux lumineux incident Po constant et rectilignement polarisé après
traversée d’un modulateur donne naissance succes-
sivement et périodiquement à une vibration polarisée
circulairement à gauche, puis à droite. Après traversée
du milieu absorbant, on obtient donc successivement les flux 03A6’0e-~l et 1>¿ e-Xr dont la différence permet de déterminer le dichroïsme circulaire. En pratique, le
modulateur est constitué par une lame biréfringente
dont les axes sont orientés à 450 de la vibration rectiligne
incidente et dont le retard de phase 8 varie sinusoïda-
Fie. 1.
-Système de détection du dichroïsme.
lement (fig. 1). La lumière qui arrive sur l’échantillon
est donc en réalité elliptique, et au cours d’une période l’ellipticité passe par toutes les valeurs comprises entre
deux valeurs égales et de signe opposé. Ceci ne perturbe
pas la mesure; lorsque 0
=8msin mt, le flux obtenu est :
Si le dichroïsme circulaire est assez petit, on peut
remplacer cette expression par :
Tous les termes modulés sont proportionnels au di-
chroïsme. Dans la méthode de déviation utilisée par
Legrand, la mesure de l’amplitude de ces termes modu- lés permet donc de déterminer Ax.
Nous avons cherché pour notre part à réaliser une
méthode de zéro [11]. Les avantages d’une telle mé- thode sont en effet bien connus. La mesure ne dépend
pas de la valeur du flux lumineux utilisé, ni des gains
du photomultiplicateur et de l’électronique. Les varia-
tions aléatoires de ces paramètres affectent peu la sensibilité du montage, ce qui permet en particulier l’emploi d’une source lumineuse très brillante (condi-
tion 3 b) mais peu stable. Par ailleurs, nous avons
utilisé un nouveau type de modulateur de biréfringence photoélastique qui permet l’emploi d’une grande éten-
due géométrique (condition 3 a) [12]. Il est alors possible d’obtenir une très bonne résolution (de l’ordre
de 1 A) tout en conservant une excellente sensibilité.
B. Méthode de zéro.
-I. PRINCIPE.
-1. Description physique.
-La méthode de mesure est semblable à celle qui vient d’être décrite, mais le flux lumineux incident (D’ 0 n’est plus constant. On peut schématiser
cette méthode ainsi :
En synchronisme avec la production des lumières
circulaires, on envoie un flux 03A61 lorsque le circulaire
est gauche, et un flux D2 lorsque le circulaire est droit.
Après absorption, le photomultiplicateur reçoit succes-
sivement les flux 03A61 e-xl et D2e-Xr. Si l’on choisit (I)l
et D2 de façon que le photomultiplicateur reçoive un
flux constant, on a réalisé une méthode de zéro, ce qui conduit à :
le rapport des flux 03A61 et 03A62 permet donc de mesurer
le dichroïsme circulaire.
Si la commutation des flux 03A61 et P2 est assez rapide
devant les fluctuations aléatoires de la source lumineuse,
le rapport P2/PI ne sera pas affecté par cette instabilité.
Ceci impose donc que la fréquence de modulation soit suffisamment élevée (comme dans toute méthode séquentielle) .
2. Réalisation pratique.
-En réalité, la création des circulaires droit et gauche a lieu à l’aide d’une biré-
fringence 8
=sin cüt modulée sinusoïdalement à la
pulsation ce. La lumière qui arrive sur l’échantillon est
alors elliptique. L’absorption dichroïque se manifeste
par l’apparition dans le flux lumineux reçu par le
photomultiplicateur de termes modulés sinusoïdale-
ment. Pour réaliser la méthode de zéro, il faut donc également utiliser un flux incident (D’ 0 linéairement
polarisé et modulé à la pulsation o. C’est-à-dire que le flux lumineux 03A6’0 incident doit être représenté par
O§ = 4Y + (D(côt) où 4Y est le flux moyen au cours d’une période et 4Y (mt ) la variation de flux durant cette même période. L’expression (5) est alors remplacée par:
Il existe alors dans le flux reçu par le photomulti- plicateur deux termes modulés à la pulsation m que l’on isolera des autres termes par une amplification
sélective. Le premier, proportionnel au dichroïsme, est
le terme de détection (semblable à celui donné par l’ex-
pression (7) ) ; le second est indépendant du dichroïsme
et ne dépend que de la profondeur de modulation du flux incident (D’ 0 (terme de compensation). En réglant
cette profondeur de modulation, on peut alors annuler dans le courant photomultiplicateur les termes modulés
à la pulsation to. On a ainsi réalisé une méthode de zéro
et la mesure de la profondeur de modulation 1> (ùt) est
alors une mesure du dichroïsme circulaire Ax.
On peut remarquer qu’il ne s’agit pas ici d’une méthode de compensation par un phénomène de même
nature que celui que l’on veut mesurer, mais d’une méthode de zéro par création d’un terme modulé
supplémentaire qui permet d’annuler dans le flux lumineux le terme fondamental modulé à la pul-
sation tü.
Pour mettre cette méthode en oeuvre, il faut donc savoir :
-
créer un flux lumineux (D’ 0 rectilignement polarisé
et modulé de façon convenable,
-
régler et mesurer la profondeur de modulation de
ce flux. Nous appellerons gradateur de flux le dispositif qui permet de réaliser ceci et nous exami-
nerons successivement les deux aspects du problème.
Les figures 3 et 5 représentent le schéma bloc de l’ensemble du montage. Le flux lumineux issu du mono-
chromateur traverse le gradateur de flux puis le système
de détection du dichroïsme, et arrive sur le photomul- tiplicateur. Ce dernier est suivi d’un amplificateur
sélectif qui ne conserve que les termes modulés à la
pulsation tü. Ceux-ci convenablement amplifiés com-
mandent le gradateur de flux (profondeur de modula-
tion 4Y(ml)) afin d’annuler sensiblement les termes
modulés à la pulsation cô contenus dans le courant photo- multiplicateur. Ceci assure l’automatisme du montage.
II. COMMENT CRÉER LE FLUX lll§ ? RÉALISATION DU GRADATEUR. - 1. Modulation de la source lumineuse elle- même.
-Si l’on alimente la source lumineuse par une
tension (ou un courant) électrique variant selon V
=Fo(l + x sin 03C9t), on montre facilement que l’on peut annuler dans le flux (D le terme fondamental dû
au dichroïsme en réglant convenablement la profon-
deur de modulation à l’aide du paramètre x. Nous
n’avons pas utilisé cette méthode qui est assez difficile
à réaliser.
2. Modulation en lumière polarisée.
-Il est beaucoup plus facile de créer un flux rectilignement polarisé et
de profondeur de modulation réglable en créant entre
deux polariseurs un phénomène modulé (pouvoir rota-
toire ou biréfringence). Ce sont ces montages que nous utilisons.
Puisqu’il y a deux possibilités de créer un phénomène
modulé (pouvoir rotatoire et biréfringence), un mon-
FIG. 2.
-Gradateur de flux. Montage général.
tage très général susceptible de conduire à la réalisation du gradateur de flux est le suivant (fin. 2) :
Un polariseur Pl fournissant un flux constant (Do est
suivi d’un pouvoir rotatoire ocl, d’une lame biréfringente
dont les axes sont situés à 45° de Pl (biréfringence Cf»,
d’un second pouvoir rotatoire oc2, et d’un polariseur P2 d’azimut 03B2 par rapport à Pl.
Le flux (D’ 0 rectilignement polarisé issu de P2 a pour
expression :
(DO désigne le flux lumineux incident issu du polari-
seur P,. Si l’un quelconque des termes oei, oc2, p est modulé à la pulsation m (il peut représenter aussi la
somme de deux termes, l’un modulé et l’autre constant),
l’expression (6) peut se mettre sous la forme générale :
TABLEAU 1 GRADATEUR DE F’I,UX
1 - A - 1 ; - 1 B 1 ; 0 C 2 ; si l’on rend A ou B extremum ( ± 1), le second coefficient (B ou A)
est nul, et pour le montage III, C 1. Pour le type III, C
=2 seulement si A
=0 et B
=0.
Les coefficients A, B, C dépendent de oc,, «2, cp et p,
le paramètre x représente l’amplitude du phénomène
modulé et F est une phase électrique arbitraire.
On peut distinguer trois types de gradateurs selon
la nature du phénomène modulé :
I. Xi est modulé :
03B11 = OCmSln cot
II. a2 est modulé :
Gt2 = OCm Sln cùt
III. cp est modulé :
9 = ~0 + y,.. sin oel.
Dans le dernier type, on doit superposer une biréfrin- gence constante pour créer les termes A et B de (7).
Pour ces trois dispositifs, le tableau 1 indique la
valeur des paramètres A, B, C et x ainsi que certaines relations mathématiques qui existent entre eux.
III. COMMENT RÉGLER ET MESURER LA PROFONDEUR DE MODULATION ?
-Les trois montages ci-dessus per- mettent donc de créer un flux (D’ 0 modulé obéissant à
la loi (7). Comment peut-on maintenant réaliser la
compensation, c’est-à-dire régler la profondeur de mo-
dulation et mesurer le dichroïsme ?
Si, dans l’expression (5), on remplace Co par (7), on
peut développer en série de Fourier et obtenir le terme fondamental modulé à la pulsation m que l’on cherche à annuler. Il faut tout d’abord que le phénomène
modulé x sin wt soit en phase avec la modulation de
biréfringence 8m sin wt du système de détection
(F = 0 dans (7)). On obtient alors l’amplitude du
terme fondamental :
en posant :
Jn : désigne la fonction de Bessel d’ordre n.
1> (ù s’annule lorsque :
L’examen de cette expression montre qu’il existe
deux façons de mesurer le dichroïsme, en faisant
varier B (phénomène continu) ou x (amplitude du phénomène modulé) :
1 ) Dans un premier montage, l’amplitude du phéno-
mène modulé (x) reste constante, et l’on fait varier la
profondeur de modulation de (D’ 0 en agissant sur l’un
des paramètres continus dont dépend B;
2) Dans un second montage, on agit directement sur
l’amplitude x du phénomène modulé, les paramètres
dont dépendent A et B étant choisis pour assurer une mesure correcte.
Ces deux sortes de mesures peuvent être réalisées
avec l’un quelconque des gradateurs décrits ci-avant.
Il existe donc de nombreux montages possibles. Nous
les classerons selon la façon dont on mesure ax.
IV CONDITIONS A RÉALISER POUR TOUS LES MON- TAGES.
-L’étude des différents montages doit d’abord s’effectuer en examinant le rapport signal sur bruit (SIN) obtenu.
Nous admettons que la sensibilité est limitée par le bruit Schottky dû au flux moyen arrivant sur la photo-
cellule. Ceci est déterminé par les expressions (5),
3(7)
et (9). Le signal est déterminé par l’expression (8).
En l’absence de compensation, lorsque le dichroïsme
est assez petit, et en négligeant les termes en J3(03B4m) qui
restent petits, le rapport S/N devient :
K est une constante qui dépend de la bande passante du système de mesure, ki représente les imperfections
du montage (lumière parasite extérieure, dépolarisa-
tion de la lumière, etc.), c’est-à-dire le rapport entre le flux parasite et le flux utilisable.
Remarquons que dans une méthode de déviation
(ne comportant pas le gradateur de flux), le rapport SIEN
s’écrit :
Pour obtenir la meilleure sensibilité, il faut tout
d’abord rendre J1(03B4m) maximum, soit J1(03B4m)
=0,585.
Ceci est obtenu lorsque le modulateur de biréfringence possède un retard de phase 8m
=1050 (légèrement supérieur à un quart d’onde). Nous supposerons cette condition toujours réalisée. Toutefois, Son est relative-
ment peu affecté par une variation de 03B4m : Son est
seulement divisé par deux si 8m atteint 400 ou 1750.
Le choix des coefficients A, B, C, x qui détermine
le montage du gradateur de flux dépend d’abord du
type de compensation employé (à l’aide de x ou de B).
Ils sont ensuite déterminés par deux sortes de consi- dérations :
-
La linéarité de la mesure d’après l’expression (10) qui dépend de A, B et x.
-
Le rapport S/N d’après (11) qui dépend de A, C
et x. Il faut remarquer que l’expression (12) constitue
une limite de l’expression (11). En effet, dans une
méthode de déviation, les flux Co et (D’ 0 sont égaux,
tandis que dans la méthode de zéro, (D" 0 étant modulé,
sa valeur moyenne (qui détermine l’amplitude du signal et du bruit) ne peut qu’être inférieure à (Do.
(11) permet alors de mesurer la perte subie par Son.
De plus, A, B, C et x ne peuvent être choisis en rendant S/N maximum puisque cela reviendrait à supprimer
le gradateur de flux.
C. Mesure par l’amplitude du phénomène modulé.
-
I. LINÉARITÉ. RAPPORT S/N. CONDITIONS A RÉALISER
SUR A, B, C, x.
-1. Linéarité.
-Dans ces montages,
x est le paramètre qui permet de faire varier la profon-
deur de modulation et de mesurer le dichroïsme.
REVUE DE PHYSIQUE
APPLIQUÉE.
- T.4.
NI3.
SEPTEMBRE1969.
La linéarité entre Ax et x sera d’autant meilleure que
x sera plus faible. D’après (10), ceci entraîne J1(x) ~ x 2
et B = ± 1. Cette dernière condition assure en même
temps A - 0 (d’après le tableau 1), ce qui supprime
les termes de non-linéarité au dénominateur de (10).
Finalement, avec les deux conditions B = ± 1 et
devient :
L’approximation J1(x) ~ x 2 donne alors naissance à l’écart de linéarité :
-
2
Puisque Jl(8m)
=0,585, cet écart reste inférieur
à 0,05 % si Aux = 0,1 (différence de densité optique
A D
=4 300 X 10-5). Il est donc toujours négligeable.
2. Rapport SjN.
-D’après le tableau 1, la condition B = ± 1 entraîne A
=0 et dans le cas du gradateur
de type III on montre facilement que S/N est maximum lorsque C
=1. L’expression (11) devient alors :
ki reste négligeable, même s’il atteint des valeurs élevées de l’ordre de 0,2. La sensibilité du montage ne sera donc
pas diminuée, même si le taux de lumière dépolarisée (ou de lumière parasite) atteint 20 % du flux lumineux
utilisé.
La comparaison entre (14) et (12) montre également
que l’utilisation d’une méthode de zéro respectant les conditions de linéarité ci-dessus diminue la sensibilité du montage par 0. Cette perte est largement compen- sée par l’utilisation de sources lumineuses puissantes (mais peu stables) rendue possible par cette méthode de zéro.
Remarquons que la condition B
=1 n’est pas
impérative, on pourrait rendre SIN très proche de son
maximum en choisissant A - 1 (montages I, II et III)
ou bien C cr 2, A ~ 0 (montage III). Mais dans ce
cas B ci 0, et d’après (10) ceci entraîne une non-
linéarité beaucoup plus importante, la création d’un
phénomène modulé beaucoup plus grand et une dépen-
dance beaucoup plus étroite entre la mesure et les
variations possibles des paramètres A, B, C. Nous
conserverons donc les conditions établies précé-
demment.
II. MESURE PAR POUVOIR ROTATOIRE MODULÉ. MON-
TAGES TYPES I ET II.
-La mesure s’effectue d’après l’amplitude (x
=2,xm) d’un pouvoir rotatoire modulé
créé, par exemple, par effet Faraday. D’après le
tableau I, les conditions B 1
=1, A
=0, C
=1, permettent de réaliser un seul montage. Le gradateur de
flux se compose alors de deux polariseurs orientés à j4 l’un de
23
FIG. 3.
-Mesure par l’amplitude d’un phénomène
modulé : compensation par pouvoir rotatoire (3 a)
ou par biréfringence (3 b).
l’autre entre lesquels on crée l’effet Faraday Ctm sin mt dont l’amplitude sert à mesurer ¡lX (fin. 3 a).
III. MESURE PAR BIRÉFRINGENCE MODULÉE ~m
TYPE III.
-La mesure de 4Àx s’effectue donc d’après l’amplitude de la biréfringence modulée, x
=CPm sin cot.
D’après le tableau I, la réalisation de B = 1, A - 0,
C
=1, impose CPo
=03C0/2, OC1
=a2
=0, 03B2
=0 ou 1t/2.
Le gradateur de flux se compose donc de deux polariseurs croisés
ou parallèles, entre lesquels on crée une biréfringence continue (quart d’onde) et la biréfringence modulée ( CPm sin cüt). Les
axes de ces biréfringences sont à 45° des polariseurs ( fig. 3 b).
La mesure dépend de la qualité de la lame quart d’onde. Si le retard de phase de cette dernière est cpo,
on obtient :
Il y a donc modification de la constante d’étalonnage (rapport entre Ax et ({)m) qui atteint 1 % lorsque la
lame est quart d’onde à 0,6° près. Toutefois, l’étalonnage
étant effectué pour une lame donnée dont la biréfrin- gence ne varie pas dans le temps, cet écart n’est pas
gênant.
IV. SCHÉMA BLOC DE CES DEUX MONTAGES.
-Ces deux montages sont assez semblables puisqu’il s’agit de
commander un phénomène alternatif oc. ou ({)m à partir
du courant photomultiplicateur pour réaliser automa-
tiquement la mesure.
Le schéma bloc du montage est représenté figure 3.
Le courant issu du photomultiplicateur est filtré afin de
conserver le terme fondamental. Celui-ci convenable-
ment déphasé par rapport à la modulation de biréfrin- gence attaque un étage de puissance qui commande
le phénomène modulé (oc. ou y.). Si le gain de la
boucle est assez grand, le terme 03A603C9 devient nul à une
tension d’erreur près, et la tension de commande de ocm
ou ym est alors proportionnelle au dichroïsme circulaire.
On mesure son amplitude par un détecteur synchrone
suivi de l’appareil de mesure (galvanomètre ou enregistreur) .
V. CARACTÉRISTIQUES DE CES MONTAGES.
-Les prin- cipales caractéristiques sont indiquées tableau II : 1
1 ) Indépendance de la mesure vis-à-vis de 03B4m.
-La
constante d’étalonnage (rapport entre Ax et x) dépend
de J1(03B4m). Puisque J1 ($m) doit être maximum afin
d’obtenir la meilleure sensibilité, les variations éven- tuelles de 03B4m perturberont peu la mesure. Si l’on admet
une erreur de 0,5 %, ceci conduit à maintenir 03B4m =105°
à + 6 % près. Ceci facilite le réglage de 03B4m, en particulier
en fonction de la longueur d’onde de la lumière.
2) Le facteur de proportionnalité entre 0394~ et x est affecté
par le réglage des différents azimuts et les biréfringences parasites créées entre les polariseurs. Il est assez facile
d’obtenir une reproductibilité de 1 % entre deux réglages successifs. Ceci n’est d’ailleurs pas trop gênant
car l’étalonnage d’un dichromètre de ce type est effectué à partir de corps présentant un dichroïsme
connu et non pas à partir des paramètres physiques dépendant du montage.
3) Réalisation électronique.
-L’ensemble électronique (amplificateurs sélectifs, déphaseurs, etc., fig. 3) est identique pour les deux types de gradateur de flux.
Seule la puissance nécessaire à la commande de x est
différente. Par contre, les conditions auxquelles doivent
obéir les diverses parties de la boucle de contre-réaction
sont identiques.
a) Harmonique 2 contenu dans la compensation.
Si le phénomène de compensation est représenté par :
x, sin mt + x2 sin 2 (wt + F)
l’intermodulation entre x2 sin 2 (cot + F) et 03B4m sin cet
crée un terme fondamental qui peut être gênant. Si
l’on veut que ce terme soit inférieur au bruit Schottky,
le taux d’harmonique doit obéir à :
où 0394~min est le plus petit phénomène décelable. En
admettant A D.i.
=10-5 et 0394Dmax
=4 X 10-2, le
taux d’harmonique 2 doit être inférieur à 1 %.
b) Élimination des harmoniques du courant photo- multiplicateur. L’intermodulation entre xi sin cùt et
03B4msin 03C9t crée de l’harmonique 2 dans le flux 03A6.
Lorsque l’équilibre est atteint, on peut montrer que le taux d’harmonique 2 par rapport au plus petit signal 03A603C9 équivalent au bruit Schottky est donné par :
Avec les valeurs ci-dessus, pour 0394~ et 0394~min, 03A6203C9 est
alors 100 fois plus grand que 03A603C9. En compensation automatique, ce sont ces deux termes 03A6203C9 et 03A603C9 qui
donnent naissance à x2 et xl. Si l’on désire avoir une
erreur inférieure au bruit Schottky, même en mesurant
un dichroïsme circulaire aussi grand que AD
=4 X 10-2, il faut alors que l’affaiblissement sur l’har-
monique 2 soit de 80 dB. En pratique, un affaiblissement
de 60 dB ne donne pas d’erreurs décelables.
TABLEAU II
Le courant photomultiplicateur contient aussi de
l’harmonique 3; un affaiblissement de 50 dB est
suffisant.
c) Accord de phase électrique entre la modulation
03B4msin cüt et la compensation x sin cot dans le cas de
la compensation automatique.
Si F désigne la phase et K le rapport d’amplitude
entre le courant photomultiplicateur iW et la compen- sation x en compensation automatique, on obtient en première approximation (F assez faible) :
Pour retrouver l’expression (13), il faut donc réaliser la condition classique K4 » 1. L’influence du terme cos F est alors négligeable, même si F est assez grand.
D’autre part, la mesure de x étant effectuée par un détecteur synchrone dont la tension de référence est en
phase avec 8m sin cot, on peut montrer que la phase
de x par rapport à 8m est de l’ordre de F/KI0. Elle est
donc très faible et ne perturbera pas la mesure.
En définitive, en compensation automatique, l’ac-
cord de phase n’est pas très critique.
D. Montages par compensation à l’aide d’un phéno- mène continu.
-I. LINÉARITÉ. RAPPORT SIN.
-Dans
ces montages, c’est un phénomène continu qui, en
faisant varier B, permet de régler le taux de modulation
de (D’ 0 et par suite de réaliser la méthode de zéro.
B doit donc pouvoir s’annuler en même temps que
Ox et varier sensiblement linéairement avec àx. D’après
les expressions données dans le tableau I, la fonction
qui réalise ces conditions est B =- sin y N y. Pour diminuer la non-linéarité due à B
=sin y d’après (10),
il est préférable de choisir Jl(x) maximum; ceci rend
en même temps la non-linéarité du dénominateur de (10) assez faible. Si l’on choisit de plus A - 0 et puisque JI(8m) est aussi maximum, (10) devient : Ox
=2B =- 2 sin y. (15)
La condition Jl(x) voisine de son maximum élimine
pratiquement les gradateurs de flux de types 1 et II,
car il est difficile de réaliser un pouvoir rotatoire modulé
assez important. A titre indicatif, la figure 4 représente
les différents gradateurs de ce type.
Par contre, le gradateur du type III (x
=cpm)
conduit à des variantes intéressantes. x étant une biré-
fringence modulée de même que 8m et puisque l’on doit
réaliser la condition J1(~m) ~ J1(03B4m)
=0,585, on
peut commander ces deux biréfringences par la même
tension électrique. Ceci rend la mesure pratiquement
FIG. 4.
indépendante des variations de cpm et 03B4m. Nous exami-
nerons ces variantes en réalisant de préférence les
conditions :
B
=sin y; A
=0 ; J1(~m) = J1(03B4m) = 0,585.
D’après (11), le rapport SIN ne dépend plus alors
que de C.
II. MESURE PAR BIRÉFRINGENCE CONTINUE 03A60.
-D’après le tableau I, B varie sinusoïdalement selon ~0.
Pour limiter la non-linéarité due à sin ~0, il faut donc que ~0 soit le plus petit possible pour 0394~ donné; ceci
conduit à rendre maximum le coefficient de sin ~0 dans B, et l’on obtient alors :
Le gradateur de flux se compose donc de deux polariseurs
croisés ou parallèles entre lesquels on crée la biréfringence de modulation, CPm
=105°, et la biréfringence de mesure yo.
Les axes de ces biréfringences sont à 450 des polariseurs (fig. 5 b).
FIG. 5.
-Mesure par l’amplitude d’un phénomène
continu : compensation par pouvoir rotatoire (5 a)
ou
par biréfringence (5 b).
Dans ces conditions, (10) devient :
Ce montage présente toutefois l’inconvénient d’être très sensible aux biréfringences parasites, puisque la
mesure est effectuée à l’aide d’une biréfringence
continue.
III. MESURE PAR UN POUVOIR ROTATOIRE CONTINU.
-