Interférence / Génie Optique Photonique

LEGT Saint-Louis        TP de Physique 18_mic FFT_TS2        SAMSO

TS2 Génie Optique Photonique

SPECTROMETRIE PAR TRANFORMATION DE FOURIER

Durée : 3H. Ce T.P. comporte 4 pages. Lieu : m8 + B8

1. MATERIEL / LOGICIELS / DOCUMENTATION

Spectromètre FT-IR de BRUKER - Interféromètre Sopra - Lampe à vapeur de sodium - Condenseur - Dépoli - Lentille f = 150 mm - Récepteur fibre + photodiode - Micro-ordinateur - Carte A/N USB6009- Oscilloscope - Logiciels MichelsonLV , Excel et apprentissage du spectroIR de BRUKER et

http://v.castelhano.free.fr/spectro/fourier.html 

http://www.newport.com/Spectromètres-FT-IR/378419/1036/catalog.aspx 

http://www.physique-appliquee.net/tice/excel/fft/fft00.html

[pic 1]

cadre 1

1. INTRODUCTION

On se propose d’utiliser l’interféromètre au voisinage de l’ordre 0. Le déplacement d’un miroir permettra d’observer l’interférogramme de la lumière incidente. Les différentes applications sont possibles dans le domaine de la spectroscopie :

• En lumière monochromatique, chaque fois que l’on passe d’une frange claire (ou sombre) à la frange suivante de même nature, δ varie de λ. (Application à la mesure d’une longueur d’onde λ).
• En lumière bichromatique (doublet), si les franges claires se superposent de λ1 se superposent aux franges claires de λ2, on observe une coïncidence. A l’inverse si les franges claires de λ1 se superposent aux franges sombres de λ2  il y a anticoïncidence . (Application à la mesure d’un écart Δλ entre les 2 longueurs d’onde).
• En lumière complexe, lorsqu’un miroir se déplace en translation, le défilement des franges crées par chaque radiation sur un capteur permet d’obtenir un signal électrique complexe. L’étude de ce signal permet l’analyse de la lumière émise par une lampe spectrale ou celle d’une lumière émise par une source continue et qui est modifiée lors de la traversée d’une substance comme par exemple une lame en quartz présentant une biréfringence Δn. (Application à la spectroscopie par transformée de Fourier).

Pour se familiariser avec la transformée de Fourier et les battements, s’exercer avec la macro sous Excel 18_Fourier-Battements

1. TRAVAIL DEMANDE

1. Description :

M1 : miroir mobile dont le déplacement est commandé par la vis micrométrique P1. Il peut être orienté grâce aux vis V1 et V2.

M2 : miroir fixe dont la position peut être préréglée. Il peut être orienté grâce aux vis V3 et V4.

Cp : lame compensatrice pouvant être orientée par les vis C1 et P2.

Sp : lame séparatrice, sa face réfléchissante regarde M2.

Ac : verre anticalorique.

1. Travail préalable

1. Schéma de principe

Compléter le schéma de la feuille annexe. Tracer jusqu’à l’écran E les rayons issus d’un même rayon incident.

En déduire que les franges sont des franges :

1.  d’égale inclinaison ;
2.  de forme annulaire ;
3.  localisées à l’infini.

Dans quelles conditions observe-t-on des franges d’égale épaisseur ? Préciser la localisation de ce système de franges et comment on les observe à l’aide d’une lentille.

1. Utilisation du logiciel Michelson

Charger l’exécutable du programme Michelson sous http://gisele.bareux.free.fr/logicielsMO.htm puis charger les enregistrements :

• Sodium01, afficher l’interférogramme et répondre à la question 3.4.1
• Sodium02, afficher l’interférogramme, et comparer les spectres FFT des deux enregistrements (voir question 3.4.2.2)
• Sodium03, afficher l’interférogramme et répondre à la question 3.4.3

1. Étude préliminaire du spectro F TIR de Bruker

Répondre aux questions suivantes après avoir consulté la documentation (voir Document BRUKER).

• Quel est, en résumé du premier paragraphe, le principal avantage d’un spectro FT IR par rapport à un spectro IR à dispersion par réseau ?

• Identifier les différents composants qui composent chacune des 5 cellules du FT IR et définir le rôle fonctionnel de chaque cellule.

• Quels sont les éléments communs du principe de fonctionnement du FT IR avec l’étude précédente ?

• Quelles grandeur et unité associée sont utilisées par les spectroscopistes (qui travaillent habituellement dans l’infrarouge) pour caractériser les ondes électromagnétiques ?

• Quelles sont, en μm et en eV [pic 2] , les limites des 3 domaines d’analyse dans l’infrarouge ?

• Les énergies mises en jeu correspondent-elles à des transitions entre les niveaux d’énergie électronique d’un atome, à des transitions entre les niveaux d’énergie vibratoire d’une molécule ou à des transitions entre les niveaux de rotation d’une molécule ?

• Quels sont les domaines d’application de la spectroscopie IR ?

• Pourquoi faut-il toujours faire un spectre de référence avant d’obtenir le spectre de transmittance (ou transmission) de l’échantillon ?

• Définir la transmittance et l’absorbance d’un échantillon. Dans le produit ε*b*c , quel est le terme qui dépend de la longueur d’onde et qui caractérise l’échantillon ?

...