Exploration du principe et de l'application du spectromètre interférométrique de type climatisation temporelle

Parmi les nombreux types de spectromètres, les spectromètres interférométriques se distinguent par leur...Flux lumineux élevé, haute résolution spectrale, rapport signal/bruit élevé et large couverture de bandeIl présente des avantages significatifs. Contrairement aux spectromètres dispersifs traditionnels qui utilisent des prismes ou des réseaux, il exploite le principe d'interférence pour superposer des faisceaux lumineux de différentes longueurs d'onde et former des franges, puis utilise la transformée de Fourier pour décoder ces interférences et obtenir un spectre. Ceci lui permet de distinguer des longueurs d'onde extrêmement proches, de maintenir un rapport signal/bruit élevé en faible luminosité ou dans l'infrarouge, et de réaliser des mesures sur une large bande spectrale, du visible à l'infrarouge moyen et lointain. Il est largement utilisé dans la surveillance atmosphérique, la télédétection environnementale et l'analyse des matériaux par infrarouge. Le principe de fonctionnement d'un spectromètre interférométrique repose sur la génération et l'enregistrement des variations de différence de marche optique (DMO) afin d'obtenir des franges d'interférence complètes et de reconstituer la distribution spectrale. Selon la méthode d'acquisition de la DMO, on distingue les spectromètres à modulation temporelle, à modulation spatiale et à contrôle temporel. Cet article se concentrera sur le spectromètre interférométrique à contrôle temporel, en prenant pour exemple le spectromètre imageur interférométrique statique à grande ouverture (LASIS).

La structure LASIS se compose principalement d'un système optique à télescope frontal, d'un interféromètre à cisaillement transversal constitué de prismes demi-pentagonaux cimentés, d'un objectif d'imagerie de Fourier et d'un détecteur matriciel. Le télescope frontal sert à comprimer l'ouverture du faisceau cible pour l'adapter à l'interféromètre, réduisant ainsi l'encombrement du système (voir figure 1). En fonctionnement, l'interféromètre à cisaillement transversal divise le rayonnement cible incident en deux faisceaux cohérents présentant une différence de marche optique, formant des franges d'interférence sur le plan focal arrière du système optique. L'amplitude de cette différence de marche optique détermine la résolution spectrale : plus elle est grande, meilleure est la résolution. Le détecteur enregistre alors l'« image d'interférence » modulée par l'interférence (voir figure 2), qui contient simultanément des informations spatiales bidimensionnelles et des informations spectrales unidimensionnelles de la cible.

Figure 1 Schéma du principe optique du LASIS

(Source de l'image : Hu Bingliang. Revue du développement de la technologie d'imagerie spectroscopique interférométrique (article invité))

Figure 2. L'« image d'interférence » modulée par l'interféromètre à partir de la sortie LASIS.

(Source de l'image : Li Xiangbin. Recherche sur la technologie de correction d'image pour spectromètre imageur interférométrique statique à grande ouverture)

La figure 3 illustre le processus d'acquisition des informations spectrales d'une structure au sol spécifique par LASIS. La figure 3(a) montre le processus d'imagerie, les différents symboles (■, ★, ●) représentant les emplacements des différentes structures au sol. Au cours du balayage linéaire, le détecteur acquiert progressivement les franges d'interférence de la même structure au sol sous différentes différences de chemin optique, puis les assemble dans l'ordre de balayage pour obtenir un interférogramme complet (figure 3(b)). La courbe de frange d'un pixel est extraite de cet interférogramme (figure 3(c)), et après transformation de Fourier, la courbe spectrale de ce pixel peut être décodée (figure 3(d)). L'ensemble du processus comprend des étapes de traitement des données telles que l'assemblage des franges, la correction du courant d'obscurité et le traitement du bruit, le décodage de Fourier et l'étalonnage spectral. Ces étapes garantissent la précision et la fiabilité des informations spectrales de chaque pixel, fournissant une base solide pour les analyses et applications ultérieures.