Spectromètre par transformée de Fourier haute résolution Bruker IFS125HR

Le spectromètre haute résolution du LISA possède une résolution nominale maximale de 0.0019 cm-1. La figure ci dessous présente l’agencement des éléments optiques. Quatre différents parties peuvent être distinguées: le compartiment source (en bas à droite), le cœur de l’interféromètre (au dessus des sources) et les compartiments échantillons et détecteurs. Tous ces compartiments sont mis sous vide pour limiter l'absorption de certaines molécules atmosphériques, essentiellement la vapeur d'eau (H2O) et le gaz carbonique (CO2). L’instrument dispose de trois sources internes différentes: la lampe à mercure (Hg) à haute pression, le globar qui est un bâtonnet de carbure de silicium (SiC) et la lampe de tungstène (W). Un faisceau de lumière externe peut aussi pénétrer dans l'appareil via le port d'entrée (input port). Diverses séparatrices, en Mylar (6 à 50 µm d'épaisseur), KBr, CaF2 et Quartz, sont disponibles. A la sortie de l’interféromètre, la lumière est focalisée à travers un filtre optique et ensuite à travers l’iris secondaire. Le faisceau passe ensuite dans le compartiment échantillon, qui peut contenir jusqu'à deux cellules simples passages ou à travers une optique de transfert, qui envoie le faisceau dans une cellule à réflexions multiples (de type White). Nous disposons de deux cellules à réflexions multiples: 20 cm de base permettant des trajets optiques entre 0.80 m et 7.2 m et 80 cm de base permettant des trajets optiques entre 3.2 m et 40 m. Enfin, le faisceau atteint le compartiment des détecteurs. Le tableau ci dessous liste les combinaisons typiques en fonction de la gamme spectrale étudiée (limites approximatives). Très récemment, cet instrument nous a permis d’enregistrer les spectres de plusieurs molécules observées dans les atmosphères planétaires: C3H8, C2H4, OCS-O2, OCS-N2, 15ND2H, 15NDH2, C2H4NH, CH3ONO, CD3ONO, H218O, etc.

Gamme Spectrale (cm-1)

Source

Séparatrice

Détecteur

20 - 400

Hg

Mylar

Bolomètre Si

500 - 4000

Globar

KBr

MCT (< 2000 cm-1), InSb (> 2000 cm-1)

4000 - 10000

W

CaF2

InSb

10000 - 18000

W

Quartz

Photodiode Si

                                                                                                 



Dispositif optique du spectromètre Bruker IFS-125 HR

Exemple de spectre enregistré par TF au LISA



                                                                                                     

Le fonctionnement d'un spectromètre à transformée de Fourier (Bruker IFS125HR) est basé sur le principe de l'interféromètre de Michelson. Un tel interféromètre est composé d'une séparatrice (50 % réfléchissante) qui, divise un faisceau incident collimaté en deux parties. Ces deux faisceaux sont réfléchis par deux miroirs (un fixe et l’autre mobile) totalement réfléchissants et reviennent sur la séparatrice. Les deux faisceaux parcourent ainsi des distances différentes, dont l'une est variée, ce qui entraîne en fonction de la différence de marche optique des interférences destructrices et constructives.