Spectrométrie à réseaux

[DarK MaLaK]

Bonjour, en étudiant le principe de la spectrométrie à réseaux, j'ai eu un trou de mémoire : je ne me rappelle plus pourquoi les réseaux diffractent la lumière de sorte qu'il apparaît plusieurs ordres dans cette diffraction (et je n'ai pas avec moi de cours qui en parle)...

En fait, j'ai recalculé la différence de marche comme dans le cas des fentes de Young et j'obtiens ceci :



Avec : a le pas du réseau, l'angle incident, l'angle émergent.

Je me souviens également de la formule suivante, bien que j'en aie oublié la démonstration :



On aboutit donc à :

J'ai oublié pourquoi : le déphasage doit donc être un multiple de ?

Et si quelqu'un a une explication sans calculs, je suis également preneur.

Enfin, une dernière question : quelles sont les utilisations les plus importantes de cette spectrométrie actuellement ? Nous n'avons parlé que de la luminescence pour l'instant.

Merci d'avance pour vos réponses.
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[Flastick]

Salut,

Pour les fentes de Young, c'est à cause de la forme des équations différentielles des ondes qui autorisent le principe de superposition : en un point, l'intensité de l'onde résultante est la somme de toutes les intensités des ondes en ce point. Ici nous en avons deux, qui viennent des deux trous.



Donc si une onde est déphasée de 2 pi par rapport à l'autre, c'est-à-dire qu'elle est "reculée" ou "avancée" d'une longueur égale à la longueur d'onde*, les deux ondes ont la meme valeur (puisque les solutions sont des fonctions périodique de la longueur d'onde), donc elles s'ajoutent et tu as un point brillant à cet endroit.

Si le déphasage est de pi, alors les ondes sont en opposition de phase à cet endroit et leur somme donne 0, donc il n'y a pas de lumière.

*On considère ici deux ondes qui sont cohérentes, qui viennent de la meme source et qui ont la meme longueur d'onde.



Cependant avec un réseau à diffraction c'est un peu plus "compliqué" puisqu'il faut tenir compte de la somme de toutes les ondes arrivant par tous les trous. Je ne crois pas me tromper(on me corrigera!) en disant que les solutions ou les ondes* s'additionnent ici sont très réduites et forment donc des points (des "raies" verticales) qui permettent donc de savoir de quelles longueurs d'onde est composée la source lumineuse (une décomposition de Fourier!)

Les applications sont très nombreuses, surtout en astronomie puisque nous avons que les ondes éléctromagnétiques que nous pouvons analyser.
Je pense notamment à la détermination de la composition chimique d'un corps noir, telle que les étoiles: c'est grace à ca que nous savons qu'il y a beaucoup d'hydrogène; car les raies que nous observons en décomposant la lumière sont caractéristiques des longueurs d'ondes émises par l'hydrogène (car chaque élément émet des longueurs d'onde très précises). En voyant que ces lignes sont décalées vers le rouge(les fréquences basses) pour les autres étoiles, nous concluons qu'elles nous fuient. Nous pouvons d'ailleurs calculer la vitesse de fuite.

J'espère que ca t'aidera,

Flavien

[DarK MaLaK]

Merci de ton aide, Flastick, donc c'était juste pour obtenir des interférences constructives... Je pense que c'est clair maintenant. En revanche, pour l'étude des étoiles par exemple, comment associer les longueurs d'ondes aux courbes qu'on obtient ? Par exemple, des longueurs d'ondes de l'infrarouge du premier ordre peuvent se glisser dans le spectre du second ordre. Si on fait une expérience avec de la lumière blanche, c'est simple, mais pour une source inconnue, l'étude peut durer longtemps avant de comprendre, non ?

[LPFR]

Bonjour.
Pour éviter des mélanges, vous pouvez toujours ajouter des filtres passe bande, pour bloquer l'infrarouge si vous regardez le visible.
Et ces filtres sont inhérents aux capteurs qui n'ont pas la même sensibilité suivant la longueur d'onde.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[DarK MaLaK]

Bonjour LPFR, comment fonctionnent ces filtres passe-bande ? Des infrarouges peuvent apparaître entre le vert et le jaune : comment vont-ils les bloquer tout en laissant passer les deux couleurs ?

[LPFR]

Bonjour LPFR, comment fonctionnent ces filtres passe-bande ? Des infrarouges peuvent apparaître entre le vert et le jaune : comment vont-ils les bloquer tout en laissant passer les deux couleurs ?

Re.
Ce n'est pas parce qu'une raie de deuxième ordre tombe entre le vert et le jaune qu'elle sera jaune verdâtre. Elle sera toit aussi IR qu'elle l'était avant le réseau.
Les filtres peuvent être à colorant (le moins chers) ou interférentiels (chers et extrêmement performants).
Le premier est, en gros, du verre teinté (j'exagère). Le second est du même genre de celui que l'on fait sur les lunettes de vue pour diminuer les reflets: un sandwich de couches alternées de diélectrique qui laissent passer certaines longueurs d'onde et qui réfléchissent les autres. On peut faire de passe bande ou de coupe bande. À bande large ou étroite.
A+

[DarK MaLaK]

Re.

Les filtres interférentiels ne peuvent donc que couper des bandes de fréquences, notamment l'infrarouge entre le jaune et le vert ? C'est intéressant si on veut supprimer un pic d'infrarouge sur notre courbe avant de l'analyser, mais si on ignore quels pics proviennent du visible et quels pics proviennent de l'invisible, sont-ils adaptés pour supprimer l'invisible ?

Ma question est en fait : existe-t-il des filtres réceptifs au visible et qui rejettent l'invisible (c'est-à-dire "intelligents", qui nous permettraient de savoir tout de suite quel pic correspond à une couleur visible) ? Ou bien seuls nos yeux font la différence entre le visible et l'invisible et aucun appareil ne peut faire autre chose que différencier une longueur d'onde d'une autre ?

Par exemple, sur la seule expérience que j'ai pu réaliser, les pics correspondant à l'infrarouge étaient beaucoup plus intenses que ceux du visible. Est-ce qu'on peut créer des filtres qui prennent en compte la longueur d'onde ainsi que l'intensité lumineuse captée par la photodiode (et transformée en tension) pour ne laisser sur la courbe que des raies du visible ?

[LPFR]

Re.
Je n'aime pas votre phrase:
"l'infrarouge entre le jaune et le vert"
J'imagine que vous voulez dire la raie IR de deuxième ordre qui tombe entre le jaune et le vert du visible.

Ce qu'il vous faut est un filtre qui coupe l'IR et qui coupe le visible.
On doit faire des filtres de ce type (qui coutent la peau du dos). Vous pouvez aussi utiliser deux filtres: un qui coupe l'IR et laisse passer le reste et un autre qui coupe l'UV et laisse passer le reste.
Vous avez un exemple dans la photo où il est habituel de mettre un filtre UV (qui bloque les UV) devant l'objectif.
Dans les webcams vous avez l'autre: un filtre qui bloque les IR, car le capteur est beaucoup plus sensible aux IR qu'au visible. Si vous enlevez ce filtre (sans casser l'objectif) vous aurez une webcam IR.
A+

[DarK MaLaK]

Re.
Je n'aime pas votre phrase:
"l'infrarouge entre le jaune et le vert"
J'imagine que vous voulez dire la raie IR de deuxième ordre qui tombe entre le jaune et le vert du visible.

En fait, je voulais dire la raie infrarouge de premier ordre qui tombe entre le jaune et le vert du second ordre (577nm*2). C'est celle que j'ai observée expérimentalement.

Ce qu'il vous faut est un filtre qui coupe l'IR et qui coupe le visible.
On doit faire des filtres de ce type (qui coutent la peau du dos). Vous pouvez aussi utiliser deux filtres: un qui coupe l'IR et laisse passer le reste et un autre qui coupe l'UV et laisse passer le reste.
Vous avez un exemple dans la photo où il est habituel de mettre un filtre UV (qui bloque les UV) devant l'objectif.
Dans les webcams vous avez l'autre: un filtre qui bloque les IR, car le capteur est beaucoup plus sensible aux IR qu'au visible. Si vous enlevez ce filtre (sans casser l'objectif) vous aurez une webcam IR.
A+

En fait, je ne comprends pas le principe de ces filtres. S'ils sont basés uniquement sur la longueur d'onde, le filtre qui coupe l'IR combiné à celui qui coupe l'UV ne va laisser passer que le visible, entre 400 nm et 800 nm environ. Mais comment observera-t-on le visible du second ordre ?

[LPFR]

En fait, je voulais dire la raie infrarouge de premier ordre qui tombe entre le jaune et le vert du second ordre (577nm*2). C'est celle que j'ai observée expérimentalement.



En fait, je ne comprends pas le principe de ces filtres. S'ils sont basés uniquement sur la longueur d'onde, le filtre qui coupe l'IR combiné à celui qui coupe l'UV ne va laisser passer que le visible, entre 400 nm et 800 nm environ. Mais comment observera-t-on le visible du second ordre ?

Re.
Le second ordre du visible, c'est toujours du visible.
Il faut que vous compreniez que le deuxième ordre d'un spectre ne correspond pas à la fréquence double. Toutes las raies du rouge depuis l'ordre zéro à l'ordre tartempion, sont rouges et on la même longueur d'onde.
Si vous avez un pointeur laser rouge, ou simplement une LED rouge, regardez le reflet de la lumière dans la partie gravé d'un CD, vous verrez les spectres d'ordre zéro, 1, et 2 et ils sont tous rouges.
A+

[DarK MaLaK]

Re.
Le second ordre du visible, c'est toujours du visible.
Il faut que vous compreniez que le deuxième ordre d'un spectre ne correspond pas à la fréquence double. Toutes las raies du rouge depuis l'ordre zéro à l'ordre tartempion, sont rouges et on la même longueur d'onde.

Merci, je pense enfin avoir la réponse à la première question que j'ai (mal) posée dans ce sujet.

Ok donc l'ordre n de diffraction est un ordre qui ne se traduit bien que sur le trajet optique, ce qui fait que la raie infrarouge va "apparaître" à 1100-1200 nm environ et empiéter sur des raies de longueur d'onde 577 nm, mais qui sont juste répétées (et de plus en plus espacées en fonction de n) de sorte qu'un filtre ne peut pas les voir comme des raies différentes, puisqu'il voit uniquement la longueur d'onde et pas le trajet optique.

C'est bon là ?

[LPFR]

Re.
Oui. Nous sommes d'accord.
A+