Qu’est-ce qu’un analyseur de spectre optique ?
Un analyseur de spectre optique est un spectromètre permettant de mesurer le spectre optique.
Le spectre optique fait référence à la distribution de l’intensité par longueur d’onde, la longueur d’onde étant représentée sur l’axe horizontal et l’intensité lumineuse sur l’axe vertical. Un appareil similaire est le mesureur de longueur d’onde optique, mais l’analyseur de spectre optique dispose d’une fonction de correction des valeurs mesurées et d’un miroir pour balayer les longueurs d’onde.
Le système optique est généralement plus complexe que celui d’un mesureur de longueur d’onde optique, mais il est multifonctionnel et très polyvalent. C’est pourquoi le prix de l’appareil est relativement élevé.
Les analyseurs de spectre optique sont utilisés dans le développement de semi-conducteurs optiques tels que les communications par réseau optique et les photocoupleurs. D’autres applications comprennent l’analyse basée sur la lumière, la mesure de la teneur en humidité, la mesure de l’épaisseur des films et tous les domaines de composants liés à la lumière, y compris la biotechnologie et la chimie, tels que les produits pharmaceutiques et la biologie.
Utilisations des analyseurs de spectre optique
Les analyseurs de spectre optique sont principalement utilisés pour évaluer les performances des systèmes optiques. Les sources de lumière laser et LED, en particulier, ont un très large éventail d’applications dans l’industrie, les applications médicales, les télécommunications et la recherche universitaire, et il est donc très important d’étudier leurs caractéristiques de longueur d’onde.
Voici quelques exemples d’applications des analyseurs de spectre optique
- Évaluation des caractéristiques de longueur d’onde des sources de lumière monochromatique telles que les lasers et les LED, et des sources de lumière blanche telles que les lampes au mercure et au xénon.
- Évaluation de la réflectance et de la transmittance des composants optiques en fonction de la longueur d’onde.
- Contrôles de qualité dans les communications par fibres optiques, par exemple dans les communications par multiplexage optique par répartition en longueur d’onde.
Principe de l’analyseur de spectre optique
Le principe des analyseurs de spectre optique peut être schématiquement classé en deux types selon la méthode spectrale : dispersive et interférométrique.
1. Analyseur de spectre optique dispersif
La spectroscopie dispersive est une méthode qui permet de résoudre spatialement les composantes de longueur d’onde à l’aide d’un élément spectral et de mesurer l’intensité à chaque longueur d’onde.
Des prismes et des réseaux de diffraction sont utilisés comme éléments spectraux. D’autres spectromètres se composent d’un miroir et d’une lentille appelés collimateurs, ainsi que d’une caméra ou d’un objectif pour la mise au point.
Dans le cas des prismes, la spectroscopie est basée sur la différence d’indice de réfraction en fonction de la longueur d’onde. La lumière incidente sur le prisme est émise à différents angles de réfraction en fonction de la longueur d’onde. La composante de longueur d’onde de la lumière à mesurer peut ainsi être résolue dans l’espace.
Dans le cas des réseaux de diffraction, la spectroscopie utilise la différence de l’angle de diffraction en fonction de la longueur d’onde. Lorsque la lumière pénètre dans le réseau de diffraction, elle est émise à un angle qui satisfait aux conditions de diffraction et qui est différent pour chaque longueur d’onde.
2. Analyseur de spectre optique interférométrique
La spectroscopie interférométrique est une méthode qui consiste à interférer avec la lumière à mesurer et à mesurer le spectre à partir de la figure d’interférence.
Il existe deux méthodes d’interférence des flux lumineux, l’une utilisant un séparateur de faisceau pour interférer avec la lumière à mesurer et l’autre utilisant des miroirs opposés hautement réfléchissants. Dans l’interférométrie à deux photons, les longueurs de trajet optique des deux flux lumineux sont modifiées, le changement d’intensité de la lumière interférente (interférogramme) est mesuré et le spectre peut être calculé en effectuant une transformation de Fourier inverse.
Dans l’interférométrie multiflux, seule la composante de longueur d’onde résonante peut être extraite par réflexion multiple de la lumière à mesurer. Comme la longueur d’onde de la lumière résonnante peut être modifiée en changeant l’espacement des miroirs, le spectre peut être mesuré en répétant ce processus.
Par rapport à la spectroscopie dispersive, qui détecte l’intensité de la lumière séparée par la longueur d’onde, la performance de la plage dynamique est inférieure, mais une grande précision de la longueur d’onde peut être obtenue.
Autres informations sur les analyseurs de spectre optique
Performances des analyseurs de spectre optique
La résolution en longueur d’onde est la mesure la plus importante de la performance d’un analyseur de spectre optique. La résolution en longueur d’onde est un terme qui fait référence à la limite de la largeur de longueur d’onde sur laquelle le spectre optique peut être résolu.
1. Analyseurs de spectre optique et spectroscopie dispersive
En spectroscopie dispersive, la résolution en longueur d’onde dépend du type de réseau de diffraction utilisé, de la distance du chemin optique et de la largeur de la fente. C’est pourquoi les instruments à haute résolution en longueur d’onde sont de grande taille.
Réduire la largeur de la fente par laquelle passe la lumière lors de la détection augmente la résolution, mais réduit également l’intensité de la détection, il est donc important de régler le système optique en fonction de la largeur de résolution requise. Si la caméra est équipée d’un système de refroidissement, il est possible d’effectuer des mesures avec un arrière-plan plus faible tel que le courant d’obscurité.
2. Analyseurs de spectre optique et interférences
Dans le cas de la spectroscopie d’interférence, la résolution en longueur d’onde est déterminée par la largeur de pas lorsque la longueur du trajet optique est modifiée. Par conséquent, si une résolution élevée en longueur d’onde est requise, davantage de pas sont nécessaires pour la mesure, ce qui allonge le temps de mesure.