Notre monochromateur MS257™ 1/4 m est aussi soigneusement conçu pour être utilisé comme un spectrographe. Dans un monochromateur, la conception se concentre sur le chemin de la lumière de la fente d’entrée, et du réseau jusqu’à la fente de sortie. La lumière des autres longueurs d’ondes est absorbée. Quel que soit le paramétrage du réseau, seule une très petite plage des angles autour de l’angle de diffraction D, représentant “une” longueur d’onde, traverse le monochromateur.
Nous n’utilisons pas la fente en sortie d’un spectrographe. Au lieu de cela, nous regardons simultanément un large éventail d’angles D, et par conséquent, la plage de longueurs d’ondes en conformité avec l’équation du réseau pour cet éventail d’angles D. Les systèmes optiques de nos spectrographes sont conçus pour cela. La sortie n’est pas une fente mais une longue bande sur laquelle les diverses longueurs d’ondes s’étendent d’une manière connue.
Bande passante
Avec un spectrographe, le terme bande passante fait référence à la plage de longueurs d’ondes totale de la longue bande de sortie vers le détecteur. Ainsi la bande passante dans un spectrographe est très large, limitée uniquement par l’ouverture de sortie. Toutefois, il ne suffit pas pour simplement de supprimer la fente d’un monochromateur et utiliser cette ouverture plus grande. Généralement, les longueurs d’onde partant du centre d’une fente de monochromateur sont légèrement focalisées dans l’instrument. Les spectrographes sont conçus pour corriger cette courbure, ils comportent un champ de sortie plat correspondant aux CCD et aux PDA plats.
Très souvent, la longueur du détecteur limite la bande passante. Par exemple, le MS257™ possède un champ plat de 28 mm, toutefois, nos InstaSpec™ CCD standard font seulement 25,4 mm de long. Par conséquent, la bande passante doit être définie en ayant un détecteur particulier à l’esprit, par exemple “82 nm avec une matrice de 25,4 mm”.
Résolution
La résolution d’un spectrographe est généralement déterminée par la largeur de la fente d’entrée. Toutefois, la limite de résolution est atteinte quand la fente d’entrée est réduite à la largeur d’un seul pixel dans le système de détection. La théorie d’échantillonnage de Nyquist nous demande de calculer la résolution sur deux pixels. Ainsi, la limite de résolution pour un spectrographe 77700 doté d’une matrice de diodes et des pixels de 25 mm ferait environ 0,2 nm, deux fois la limite de 0,1 nm possible avec le même instrument utilisé comme monochromateur à balayage avec des fentes de 25 mm.
Bien qu’une amélioration soit possible à l’aide de matrices dont la taille des pixels est très faible, comme nos CCD LineSpec™, la plupart des instruments atteignent leur résolution limitée par l’aberration avec des fentes d’entrée de 10 à 25 mm. Au-delà de ce point, les fentes et/ou les pixels plus étroits ne réduisent que le rendement du système.
Lumière parasite
Dans un système de matrices de spectrographe/détecteur, la lumière parasite peut constituer un problème plus significatif qu’avec les monochromateurs à balayage. La matrice est une cible beaucoup plus grande pour le rayonnement parasite ; il n’y a pas de fente de sortie pour limiter le champ de vision du détecteur. Certains signaux sont reflétés sur la matrice, où ils sont dispersés sous forme de lumière parasite, et la matrice elle-même possède généralement une dynamique moins importante que les détecteurs à un seul élément.
Il est difficile de caractériser le comportement des spectrographes face à la lumière parasite. Comme pour les monochromateurs, les variations dans le contenu spectral de votre source, votre choix de réseau et le type de signal, contribuent à la lumière parasite. Pour les spectrographes, la structure et le choix de matrices, la région gamme de la longueur d’onde, et les rayonnements spéculaires internes contribuent au changement de cette image.
Tous les spectrographes Oriel sont conçus pour une lumière parasite faible. Les spectrographes MS260i™, MS127i™ et Imaging MS257™ obéissent aux règles de conception qui éliminent les spectres ré-entrants. Le spectre ré-entrant est dû au rayonnement diffracté reflété depuis le détecteur ou un des miroirs, jusqu’au réseau, où il est diffracté à nouveau, puis focalisé sur la matrice. Sans une élimination appropriée, ces raies spectrales indésirables apparaissent, disparaissent et se déplacent en fonction des changements de longueur d’onde.
Spectrographes d’"imagerie"
Le terme “spectrographe d’imagerie” a des significations différentes selon son champ d’application. Nous utilisons ici ce terme pour décrire l’image point à point de la fente d’entrée sur le plan de sortie du spectrographe. La meilleure façon de comprendre ce concept est d’effectuer une comparaison ; pour plus de simplicité, notre source sera le rayonnement monochromatique, focalisé sur la fente d’entrée dans le rapport d’ouverture de l’instrument. Dans un spectrographe classique, ce rayonnement source est focalisé en raie verticale étroite sur le plan de sortie de l’instrument, à la position appropriée pour cette longueur d’onde. Si vous masquez la moitié de la fente d’entrée sur un monochromateur classique, vous verrez une réduction de l’intensité sur le plan de sortie avec très peu de différence spatiale dans la raie focalisée. Au contraire, le spectrographe d’imagerie focalise le rayonnement source dans le plan de sortie de manière à ce que le point focalisé soit parallèle à la forme et à la distribution spatiale de la fente d’entrée. En fait, avec un système d’imagerie, si vous masquez la moitié supérieure de votre fente d’entrée, la moitié de votre image de sortie disparaît. A cause de cette relation spatiale entre l’entrée et la sortie, les systèmes d’imagerie sont des outils remarquables pour mesurer simultanément plusieurs échantillons. La Fig. 1 illustre les résultats de deux fibres portant une radiation monochromatique, placées sur le plan d’entrée d’un spectrographe classique et les mêmes deux fibres placées sur le plan d’entrée d’un spectrographe d’imagerie, comme notre MS257™.
Figure 1 : La lumière monochromatique de 2 fibres apparaît dans les plans de sortie.Résolution spatiale
La résolution spatiale est la capacité d’un spectrographe d’imagerie à faire la distinction entre deux points perpendiculaires à l’axe spectral. Il n’y a pas de mesure standard. Certains fabricants font référence au nombre des sources de fibres indépendantes qui peuvent être résolues, mais cela n’a de sens que pour les diamètres de fibres spécifiques et ne décrit pas la fuite du signal d’un canal au canal voisin.
La mesure la plus significative est la résolution spatiale limitée par l’aberration. Cette valeur est définie comme la largeur totale à mi-hauteur de la plus petite fonction qui peut être résolue. Si une source ponctuelle effective (habituellement un microtrou de 10 à 25 mm) est placée à la fente d’entrée et éclairée selon le rapport d’ouverture de l’instrument, quelle est la largeur totale à mi-hauteur (FWHM) mesurée perpendiculairement à l’axe spectral ? Pour le spectrographe d’imagerie 77702, cette valeur vaut 40 mm.