Optique interférentielle

[invite5e8cffc1]

Bonjour

je travaille actuellement sur un projet: mesure d'épaisseur d'une couche mince de kérosène sur un tube d'aluminium, en utilisant la spectrométrie ultraviolet visible. L'idée est d'émettre un rayonnement ultraviolet sur la paroi de tube, les ondes réfléchies seront capturées par un spectromètre pour être analysées..

vu que j'ai pas une grande idée sur l'optique interférentielle, j'aimerais avoir une explication scientifique: comment ça se passe la réflexion du rayonnement sur la paroi du tube : ( d'après ce que j'imagine: une partie de rayonnement se réfléchit à la surface du dépôt, l’autre partie traverse le dépôt pour se réfléchir sur le métal et ressortir, pour se combiner au premier faisceau. ) merci pour vos réponses
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[Gilgamesh]

d'après ce que j'imagine: une partie de rayonnement se réfléchit à la surface du dépôt, l’autre partie traverse le dépôt pour se réfléchir sur le métal et ressortir, pour se combiner au premier faisceau.

Oui, c'est bien ça.

Une explication ici :
http://www.asc-csa.gc.ca/fra/educate...ctrometres.asp

a+

[invitea3eb043e]

Les interférences fonctionnent quand l'épaisseur du film est comparable à la longueur d'onde, donc au moins quelques centaines de nanomètres.
Si ça fait moins, ce qui est probable, il vaudrait mieux regarder à mesurer la variation de l'absorption de la lumière en fonction de la longueur d'onde en essayant d'y retrouver des raies du kérosène. Pas sûr que ça existe, ni qu'il existe une fluorescence.
Tu pourrais envisager de dissoudre une substance fluorescente dans le kérosène afin d'améliorer le signal.

[invite5e8cffc1]

Merci pour vos réponses Jean Paul...en fait, un des membres du projet, a proposé de mesurer l'épaisseur du dépôt ( qui va de 0 à 300 nm) en suivant cette méthode:
au début, on fait une acquisition du spectre devant la partie du tube ou il n'y a presque pas du dépot (nommé spectre de calibration du blanc), aprés on acquiert le spectre davant la partie où on veut mesurer l'épaisseur. Ensuite, on calcule le taux du lumière réfléchie en faisant le rapport entre le le 2ème spectre et le premier spectre: (spectre devant la partie à mesurer/ spectre de la calibration blanc). On obtient une courbe : taux de lumière réfléchie. en fonction de la longueur d'onde...On a constaté, que ces courbes présentent des minimums, dont leur nombre et leur position dépendent de l'épaisseur. Mais moi, j'ai pas compris pourquoi on a obtenu ces minimim...pouvez vous m'expliquer ce phénomène...Merci pour ta collaboration

[A voir en vidéo sur Futura]

[calculair]

Bonjour,

Je n'ai pas le schema de cette experience, mais j'imagine cela

La couche de kerosène constitue une espèce de filtre interferentiel

Le rayon lumineux qui arrive sur le kerosène d'indice n , une partie ce reflechit
La partie du rayon refracté dans la couche de kerosène vient se reflechir sur le tube Al.

Il faut verifier si cette reflexion de la lumière sur le metal se fait en conservant la phase ou en opposition de phase

Le rayon reflechit retraverse la couche de kerosène d'epaisseur "e " en sens inverse.

Le rayon incident et le rayon reflechit sur Al interfèrent avec une difference de phase Phi = 4 e pi n /lambda° + teta

Lambda° longueur d'onde du rayonnement dans le vide
teta dephasage eventuel lors de la reflexion sue Al

Le spectre devrait presenter des Max et des min sur les longueurs d'ondes respectivement en phase ou en oppositions de phases.

Ce calcul suppose que le rayonnement est perpendiculaire aux surfaces ( dioptre et surface reflechissante)

[invitea3eb043e]

Un point me soucie dans cette manip : la zone mesurée n'est pas toute petite, ce que tu fais ce sont des anneaux de Newton, il faut que l'épaisseur soit raisonnablement constante sur la zone étudiée, donc que l'aluminium soit poli à mieux que 300 nm près, ce qui suppose une qualité miroir optique. Est-ce le cas ?

[calculair]

Bonjour,

Jeanpaul nous fait une remarque qui pourrait remettre en cause la manip...

Si l'etat de surface de l'Al n'est pas optique, alors la mesure de l'epaisseur de la couche de kerosène me parait difficile avec cette methode

[invite5e8cffc1]

qu'est ce que tu voulais dire : état de surface d'Al n'est pas optique ?

[calculair]

qu'est ce que tu voulais dire : état de surface d'Al n'est pas optique ?

Que les asperités ou irrégularités sur la surface soient de l'ordre d'une fraction de longueur d'onde.

Evidemment si des irregularités sont plus importantes, il sera difficie de mesurer des epaisseurs de l'ordre de la longueur d'onde avec precision. Jeanpaul disait la même chose.

Un schema du dispositif optique avec ces caracteristiques permettrait sans doute d'être plus precis.

[invite5e8cffc1]

Voici le schéma de principe de l'expérience

[invite5e8cffc1]

voici quelques courbes obtenues: taux de lumière réfl = f( long. d'onde)
correspondant à des différentes épaisseurs:

[invite5e8cffc1]

la deuxième image (2.jpg) est fausse ...à ne pas considérer

[invitea3eb043e]

Ca ne ressemble pas trop à des interférences, plutôt à de la fluorescence. Est-ce que le kérosène est un hydrocarbone très pur ou bien contient-il des addifitfs ?

[invite5e8cffc1]

en fait, peut être j'ai tort de dire kérosène...c'est un polymère dû à l'oxydation de kérosène

[invitea3eb043e]

En revenant à ton message premier, je crois lire que tu éclaires dans l'UV (combien ?) et que tu détectes dans l'UV et le visible. Alors il ne peut s'agir de réflexion interférentielle qui ne change pas la longueur d'onde, mais bien de fluorescence.
C'est une méthode de mesure que de mesurer l'intensité de la fluorescence à condition de pouvoir comparer avec une épaisseur connue. Il faut quand même faire attention que la fluorescence de certaines molécules est affectée par la présence de certaines substances, comme les métaux. Ce n'est pas forcéement précis.
Et par pesée, ce n'est pas envisageable ?

[invite5e8cffc1]

Merci JeanPaul pour tes clarifications..
tout d'abord, je voudrais comprendre à quoi correspondent les minimas qu'on voit dans les courbes de taux de lumière réfléchie ( je vais les poster ici une autre fois)...est ce qu'ils correspondent à des interférences destructives partielles ?

- autre chose, j'ai pas bien compris ce que tu veux dire par la fluorescence? et c quoi la différence avec l'interférence ?

- qu'est ce que tu voulais dire par : " par pesée"

Merci pour ton collaboration, et je suis désolé pour ces questions , car je suis tout nouveau dans ce domaine

[Gilgamesh]

- autre chose, j'ai pas bien compris ce que tu veux dire par la fluorescence? et c quoi la différence avec l'interférence ?

La fluorescence (pour laquelle le rayonnement UV est très indiqué), c'est le fait d'exciter la molécule à l'aide d'un photon assez énergétique et de la placer de façon très transitoire dans un nouvel état d'énergie. L'état transitoire se désexcite et émet un photon d'énergie caractéristique. C'est donc une mesure "chimique" (au sens où la radiation reçue dépend de la nature chimique de la substance à mesurer).

Ca n'a vraiment rien à voir avec l'interférométrie (qui est une mesure d'essence "géométrique").

a+

[invitea3eb043e]

Le problème c'est qu'on ne comprend pas très bien le protocole expérimental. En optique il faut faire très attention : comment éclaire-t-on ? Avec quelle longueur d'onde ? Comment collecte-t-on la lumière réémise ? Sous quel angle ? Dès que la géométrie est mal définie, adieu les interférences, c'est une manip qui réclame un grand soin et une grande perfection géométrique.
Les molécules organiques fluorescent volontiers, surtout quand elles comportent des liaisons chimiques doubles et qu'on éclaire dans l'UV. Il s'agit d'un réarrangement des nuages électroniques dans la molécule avec réémission d'un photon de plus basse énergie, avec un rendement qui peut varier beaucoup.
En plus, le signal détecté va dépendre de la sensibilité du détecteur. Si c'est une photodiode, ce que j'imaginerais assez bien, elle est maximale dans le rouge et alors ce qu'on voit ce n'est pas une oscilaltion mais un maximum dans le rouge.
Par pesée, cela signifie simplement peser le tube couvert de matière puis le nettoyer avec soin et le peser de nouveau.