Calcul du flux de sortie

* Cette discussion concerne la sortie du condenseur lorsque celui-ci est utilisé pour produire un rayon collimaté. Vous pouvez augmenter le flux de sortie à partir d'un faisceau divergent en rapprochant le condenseur de la source, et le réduire en l’éloignant.

A une longueur d’onde unique

Afin de trouver la puissance de sortie totale par nm à n’importe quelle longueur d’onde pour n’importe lequel de nos boîtiers de lampe, il suffit de :
1. Lire la valeur de l'éclairement de la lampe à partir de la courbe ; cette valeur devra être exprimée en mW m^-2 nm^-1.
2. Trouver le facteur de conversion correspondant à votre boîtier de lampe et au type de condenseur (dont la liste figure dans les Tableaux 1 et 2), et le multiplier par la valeur obtenue à l’étape 1. Le résultat devra être exprimé en mW nm^-1.
3. Multiplier ce résultat par 1,6 en cas d’utilisation d’un rétroréflecteur.

Tableau 1 : Facteurs de conversion pour les séries Q, ainsi que les boîtiers pour lampes de recherche 250 et 500 W

* mesuré à 500 nm

Tableau 2 : Facteurs de conversion pour les boîtiers de lampe de recherche 1000 et 1600 W

Réflecteurs

Le réflecteur capture le rayonnement émis par l’arrière de la source et, lorsqu’il est correctement ajusté, réfléchit ce rayonnement en direction de la source afin qu'il contribue à la sortie totale. Cela concerne notamment les lampes à arc, qui se laissent traverser par la plupart des longueurs d’onde. En deçà de 350 nm, le facteur de 1,6 diminue pour ne plus valoir que de 1,2 à 250 nm.
Les lampes QTH permettent effectivement d’obtenir plus de d'éclairement, mais, si vous utilisez nos filaments planaires encapsulés, il faudra les déplacer, ce qui aura alors pour effet de limiter l’utilité de la sortie supplémentaire. La superposition ndes faisceaux au niveau filament provoque une légère augmentation de la sortie collimatée et modifie l’équilibre de flux du système. Vous ne pouvez pas utiliser de rétroréflecteur avec nos lampes au Deutérium.

Obtention des facteurs de conversion

Nous avons mesuré l'éclairement en sortie des boîtiers de nos lampes et utilisé les courbes d’éclairement mesurées afin de déterminer les facteurs de conversion à 500 nm. Il est en principe possible de calculer ces facteurs à partir des courbes d’éclairement correspondant à chaque condenseur pour une source ponctuelle idéale, puisque la géométrie de collection de la lumière et le facteur de transmission sont connus. Toutefois, nos lampes étant des sources ni vraiment ponctuelles ni véritablement isotropes, mieux vaut utiliser les valeurs tabulées empiriques. Nous avons établi une liste des valeurs à 500 nm. Les valeurs à d’autres longueurs d’ondes, au sein de la plage de transmission du condenseur, seront similaires.

Exemple 1

Calculons la valeur du flux émis à 405 nm d'une lampe à arc 66924 comportant une ampoule Hg(Xe) 6293 de puissance 1000 W ; voir Données d'éclairement spectral pour visualiser la courbe de cette lampe. La valeur du maximum de cette raie est de :
1000 mW m^-2 nm^-1. Le facteur de conversion pour la lentille de nombre d’ouverture F/1 contenue dans cette source est de 0,13.
Le flux émis par cette source à 405 nm est donc égal à :
1000 x 0.13 = 130 mW nm^-1
Ce boîtier de lampe comprend un rétroréflecteur, ce qui permet d’augmenter la sortie d’environ 60%, pour obtenir au final une sortie de 208 mW nm^-1.

Flux total contenu dans une plage spectrale donnée

Pour calculer le flux total contenu dans une plage de longueurs d’ondes, procédez selon les étapes suivantes :
1. Trouvez la courbe correspondant à la lampe considérée
2. Calculez l’éclairement total dans votre intervalle de longueur d’ondes, de l₁ à l₂, à partir du graphique. Le total est représenté par la aire située sous la courbe entre les valeurs l₁ et l₂. Le résultat sera exprimé en mW m^-2.
3. Multipliez les valeurs d’éclairement (exprimées en mW m^-2) obtenues à la deuxième étape par le facteur de conversion correspondant à votre boîtier de lampe Oriel et à votre condenseur. Le résultat sera exprimé en mW.
4. Multipliez la sortie par 1,6 si vous utilisez un rétroréflecteur.

Exemple 2

Calculons la valeur du flux de sortie émis entre 520 et 580 nm par la lampe 66908 comportant une ampoule Xénon 150 W (modèle 6255).
1. D’après le graphique, l’éclairement pour cette plage de longueurs d’onde est d’environ 20 mW m^-2 nm^-1. L'intervalle considéré est de 60 nm, ce qui implique un éclairement total de 60 x 20 = 1200 mW m^-2.
2. Le facteur de conversion correspondant au condenseur Aspherab^® utilisé est de 0,18, d’où un flux total dans cet intervalle spectral de 1200 x 0,18 = 216 mW.
3. Ce boîtier de lampe comprenant un rétroréflecteur qui a pour effet d’augmenter la sortie d’environ 60% lors de l’utilisation d’une lampe à arc, la sortie totale sera proche de 346 mW.

Illuminateurs pour monochromateurs et boîtiers PhotoMax^TM

Nous fournissons ci-dessous la liste des facteurs de conversion à 500 nm pour les illuminateurs 7340 et 7341 de monochromateurs, pour les illuminateurs Apex et pour les boîtiers PhotoMax^TM. Il convient de multiplier le facteur indiqué dans les tableaux ci-dessous par le coefficient de réflexion à la longueur d’onde considérée, et de le diviser ensuite par le coefficient de réflexion à 500 nm. Le facteur de conversion ne tient pas compte d'une éventuelle lame de verre en sortie du boîtier PhotoMax^TM (les Illuminateurs 7340 et Apex Monochromateur n'en comportent jamais), aussi convient-il de multiplier le résultat par 0,92 si le boîtier comporte une lame.

Tableau 3 : Facteurs de conversion pour le boîtier PhotoMax^TM à 500 nm

Tableau 4 : Facteur de conversion pour un illuminateur de monochromateur à 500 nm

Tableau 5 : Facteur de conversion pour l’illuminateur Apex de monochromateur à 500 nm

Exemple 3

Calculons la valeur du flux en sortie du boîtier PhotoMax^TM à 275 nm couplé à une lampe Xénon 150 W (modèle 6256). Le boîtier PhotoMax^TM comporte une fenêtre en verre de silice, le coudeur de faisceau 60130 comporte un verre dichroïque UV 60141, et est utilisé avec le réflecteur de nombre d’ouverture F/3,7.
L’éclairement de la lampe à cette longueur d’onde est de 15 mW m^-2 nm^-1 (voir Données d'éclairement spectral pour la courbe de la lampe).
Le facteur de conversion tabulé à 500 nm est de 0,9. Nous multiplions ensuite ce facteur par 0,96, qui correspond au ratio estimé en comparant le facteur de réflexion du revêtement AlMgF₂ aux longueurs d’onde 500 et 275 nm. Il convient également de multiplier ce chiffre par 0,92 pour tenir compte de la transmission de la fenêtre. On obtient donc une sortie égale à :
15 x 0,9 x 0,96 x 0,92 = 12 mW nm^-1 à 275 nm.
Le facteur de réflexion du verre dichroïque à 275 nm est de 0,83, ce qui donne une sortie finale de :
12 x 0,83 ~ 10 mW nm^-1.

Exemple 4

Calculons la valeur du flux en sortie de l’illuminateur de monochromateur 7340 à 600 nm utilisant la lampe QTH 50 W (modèle 6332).
L’éclairement du modèle 6332 est de 10 mW m^-2 nm^-1 (voir Données d'éclairement spectral pour les données relatives à l’éclairement de la lampe). Le facteur de réflexion de l’AlMgF₂ étant identique à 500 et à 600 nm, il suffit de multiplier le facteur de conversion (égal à 0,038) par 0,95.
Le flux total en sortie du modèle 7340 est donc égal à :
10 x 0,038 x 0,95 = 0,36 mW nm^-1 à 600 nm.

Sources impulsionnelles

Comme il n’existe pas de données d'étalonnage disponibles auprès du NIST en matière de sources lumineuses impulsionnelles, nous sommes contraints de nous fier aux normes d’éclairement pour en déduire les spectres étalonnés de nos lampes. La procédure est simple en théorie, mais requiert comme toute manœuvre précise de spectroradiométrie un soin tout particulier ; pour calibrer le système, nous enregistrons la sensibilité de la réponse spectrale du spectroradiomètre fonctionnant avec un capteur CCD/MS257™ au moyen de lampes de calibration spectrale et de lampes standard UV et VIS/NIR étalonnées. Pour ce faire, le temps d’exposition est choisi de façon à obtenir plusieurs milliers d’impulsions avec les lampes d’étalonnage et les sources impulsionnelles. Ces deux types de lampes sont positionnées de manière à obtenir des signaux d’un niveau similaire. En mettant le signal à l’échelle puis en le multipliant par les données de calibration correspondant à la lampe étalonnée, on obtient une valeur exprimée en mW m^-2 nm^-1 et correspondant à l’éclairement moyen de la lampe impulsionnelle à 0,5 m. Nous présentons un exemple de de résultat ce calcul sur la Fig. 1.
La fréquence de répétition étant connue, on obtient la densité énergétique spectrale totale à 0,5 m (exprimée en mJ m^-2 nm^-1) en divisant
une impulsion moyenne par le nombre d'impulsions à la seconde.
La validité de cette technique de mesure dépend de la fidélité de l’intégration par le CCD ; les événements impulsionnels courts de haute puissance sont-ils correctement intégrés ? Tous nos tests réalisés au moyen d'obturateurs spéciaux tournant à grande vitesse et permettant de générer des impulsions de durée différente à partir d’une source continue, ont montré que nos CCD produisent effectivement des données d’étalonnage valides.

Calcul du flux de sortie total

Les systèmes impulsionnels de la série Q utilisent les fameux boîtiers de la série Q, et le flux de sortie total est calculé exactement de la même manière que pour une source CW, en observant les courbes d’éclairement spectral et en multipliant l’éclairement dans l'intervalle spectral considéré par le facteur indiqué dans le tableau  1.

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