Elaboration de deux spectromètres par transformée de Fourier utilisant des matériaux biréfringents : un spectro-polarimètre et un spectro-imageur

par Mathieu Luet

Thèse de doctorat en Physique. Optique et photonique

Sous la direction de Jean-Louis Meyzonnette.

Soutenue en 2006

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Analyse spectrale
• Imagerie spectrale
• Polarisation
• Interférométrie
• Photométrie
• Luminance
• Biréfringence

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l’étude et la réalisation de deux spectromètres à transformée de Fourier utilisant des matériaux biréfringents. Le premier est un spectromètre statique utilisant une configuration innovante, à base de lame de Savart associée à une optique de Fourier. Il est destiné à la mesure de luminance spectrique de sources homogènes et il peut être transformé en spectro-polarimètre moyennant l’ajout d’une simple lame à retard en rotation. Le deuxième appareil est un imageur spectral construit autour de deux prismes de Wollaston dont l’un est mobile, en translation par rapport à l’autre. Il permet de faire l’image, en luminance spectrique, d’objets étendus avec une résolution spatiale pouvant aller jusqu’à 1000x1000 points. Dans les deux dispositifs, la mesure repose sur l’enregistrement d’un certain nombre d’images, constituées de franges d’interférence localisées sur une matrice de détecteurs et permettant de constituer un ensemble d’interférogrammes à partir desquels est appliqué un traitement de signal adapté (par transformée de Fourier) pour déterminer la luminance spectrique recherchée. Dans le spectro-polarimètre, chaque image constitue un interférogramme spatial, construit à partir de tous les détecteurs élémentaires. Dans l’imageur spectral, chaque pixel donne lieu à un interférogramme propre, qui est construit séquentiellement dans le temps, au fur et à mesure du déplacement du cube mobile. La résolution spectrale obtenue est de l’ordre de 5nm pour des domaines d’applications portant sur la qualité colorimétrique des écrans plats et l’analyse spectrale des pigments de peinture dans les œuvres d’art.

Titre traduit

Two innovative Fourier-transform spectrometers using birefringent materials : a static spectro-polarimeter and a hyper spectral imager

Résumé

New Fourier-Transform Spectrometers are carried out using birefringent materials. The first one is a static spectro-polarimeter using a calcite-made Savart plate with a Fourier optics. It is dedicated to measure the spectral luminance distribution and the polarization state of any homogeneous surface. The second instrument is a hyper spectral imager based on two symmetric fluorine-made Wollaston prisms, one moving linearly towards the other. It gives the spectral luminance distribution of an extended source up to 1000x1000 points. In both systems, the spectral information is extracted from interferograms, after a dedicated Fourier transform computation. In the polarimeter, the interferogram is spatially obtained on a two dimensional camera whereas, in the spectral imager, each pixel of the camera has its own interferogram, temporally constructed with the movement of the Wollaston cube. The spectral resolution achieved is about 5nm in the visible range and the instruments are well adapted for flat panel displays quality test and pigment painting detection.