DIY spectroscope à réseau (2)

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1- Principe

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Je vous renvoie à la théorie des réseaux que j'ai rappelé ailleurs
viewtopic.php?f=13&p=154990#p154990

Le réseau est éclairé en lumière parallèle grâce à une fente placée au foyer objet d'une lentille convergente.

Ici nous avons un réseau utilisé par réflexion sous une incidence non nulle (angle i0)
Les rayons réfléchis pour une radiation de longueur d'onde lambda seront en phase si
sin(theta)= sin(i0) + lambda/p (spectre d'ordre 1)
ou bien
sin(theta)= sin(i0) - lambda/p (spectre d'ordre -1)

La lumière réfléchie est récupérée par une caméra. Le spectre est au foyer de l'objectif de la caméra.

2-Test sur table

cd-spectro-webcam01.jpg (86.22 Kio) Consulté 1910 fois

Le réseau est un fragment de CD-rom; la gravure standard correspond à un pas de réseau de 1,6 microns (soit 625 traits/mm)
(Avec un DVD le pas est de l'ordre de 0,8 microns)
La lentille collimatrice est un réducteur de focale x 0.5 Antarès.
La fente est fabrication maison avec 2 lames de rasoir
[voir viewtopic.php?f=18&t=2680&p=105457#p105457]
En jouant sur la position et l'orientation du réseau on finit par trouver à l'oeil une direction montrant un spectre acceptable

Capture_00001.png (84.92 Kio) Consulté 1910 fois

3- un peu de spectro

En remplaçant la torche à LEDs par une petite ampoule fluocompacte on voit apparaître un spectre de raies
(retourné de 180° pour le traitement avec RSpecs)

Capture_00002.png (135.64 Kio) Consulté 1910 fois

fluo-uncal.jpg (79.38 Kio) Consulté 1910 fois

L'étalonnage du spectre se fait avec les 2 raies du mercure bleue 435,8 nm et verte 541,1 nm
(les autres sont dûes à d'autres éléments, notamment Terbium et Europium)

fluo-cal.jpg (72.19 Kio) Consulté 1910 fois

fluo-uncal.jpg[/attachment [attachment=2]fluo-cal-doc.jpg

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Calculs
Mesure approximative des angles sur le montage expérimental

cd-spectro-angles.jpg (93.27 Kio) Consulté 1905 fois

sin (40°) = 0,643
pour une longueur d'onde moyenne de 550 nm et un pas de réseau de 1,6 microns on a lambda/p= 0,344
On voit donc qu'il faut considérer le spectre d'ordre -1
sin (theta)= 0,643 - 0,344 = 0,300 soit theta= 17,5°

valeurs extrêmes:
400 nm 23°
700 nm 12°
900 nm 5°

La distance focale de la lentille de focalisation doit être suffisamment courte si on veut que le spectre tienne sur la plus grande dimension du capteur.
Pour un IMX464 la diagonale fait 9mm
Une focale de 35mm donne un champ de 15° environ, ce qui pourrait convenir.
L'expérience a montré qu' une focale de 50 mm est trop grande.
Spectres obtenus avec un objectif 50mm Iscotar placé devant la caméra Neptune C-II

imx464-obj50.jpg (11.59 Kio) Consulté 1904 fois

fluo-obj50.jpg (11.29 Kio) Consulté 1901 fois

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Test avec un objectif 105mm en collimateur. Réglage à l'infini par autocollimation.
Les résultats sont similaires. Forte lumière ambiante qui gêne un peu les expériences.

config-105.jpg (62.11 Kio) Consulté 1881 fois

Comme il n'est pas possible de régler correctement la webcam dans Sharpcap, le spectre d'ordre 1 est saturé

sp-105-k1.jpg (17.12 Kio) Consulté 1881 fois

Le spectre d'ordre 2 est meilleur

sp-105-k2.jpg (17.34 Kio) Consulté 1881 fois

Configuration pour ce spectre

config-k2.jpg (71.46 Kio) Consulté 1881 fois

Avec la lampe fluocompacte on peut observer le spectre d'ordre 1

sp-fluo-105.jpg (28.89 Kio) Consulté 1881 fois

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Et pourquoi pas un spectre solaire ?
Avec une fibre Toslink j'amène le Soleil au foyer du collimateur

sun-capture.jpg (26.63 Kio) Consulté 1877 fois

toslink-spectro.jpg (93.28 Kio) Consulté 1877 fois

Et voilà

sun-spectre1.jpg (23.93 Kio) Consulté 1877 fois

la résolution est évidemment insuffisante en l'absence de la fente

sun-spectrex2s.jpg (7.81 Kio) Consulté 1875 fois

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Evolution vers un montage plus sérieux; le système de déplacement de la lentille est à revoir; quand au réseau il ne nécessite qu'une très faible rotation

spectro-v20.jpg (68.69 Kio) Consulté 1824 fois

En éclairant la fente avec une torche multi-leds; photos prises à main levée avec un smartphone

sp-leds-large.jpg (66.31 Kio) Consulté 1824 fois

On voit que l'éclairage ambiant provoque des reflets gênants; il faudra mettre tout çà dans une boîte noire
On distingue les spectres des 2 premiers ordres et le début de celui du 3e

sp-leds.jpg (24.8 Kio) Consulté 1824 fois

En renvoyant la lumière du Soleil sur la fente avec un miroir ( acrobatique ) on voit plusieurs spectres dont on ne sait pas trop quel est celui qui correspond à la fente

sp-soleil-00.jpg (31.98 Kio) Consulté 1824 fois

sp-soleil-01.jpg (48.03 Kio) Consulté 1824 fois

Malgré tout plusieurs raies d'absorption sont visibles

sun-sp260623.jpg (10.37 Kio) Consulté 1821 fois

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Essais complémentaires avec la lampe fluocompacte
au smartphone

sp-sm.jpg (17.85 Kio) Consulté 1810 fois

Avec une webcam
A gauche on aperçoit une partie du spectre d'ordre 1

spr-01g.jpg (15.74 Kio) Consulté 1810 fois

A droite spectre d'ordre -1 le moins mauvais

spr-01d.jpg (19.05 Kio) Consulté 1810 fois

plus à droite les spectres d'ordre (-2) et (-3); beaucoup trop étalés

spr-02.jpg (15.78 Kio) Consulté 1810 fois

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Autre configuration à étudier: avec un vrai réseau par transmission (528 traits/mm)

sp-r528tn.jpg (65.47 Kio) Consulté 1800 fois

Le miroir plan permet de renvoyer la lumière à 90° dans le seul but de rendre le montage plus compact

spT-01.jpg (28.5 Kio) Consulté 1800 fois

spT-02.jpg (22.26 Kio) Consulté 1800 fois

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Mais alors...le recyclage d'un renvoi coudé est possible
On peut visser le réducteur focal directement dessus

sp-rv90.jpg (50.12 Kio) Consulté 1793 fois

Le montage est beaucoup plus lumineux. On doit se contenter d'un éclairage indirect de la fente pour ne pas saturer le spectre

sp01-rv.jpg (8.02 Kio) Consulté 1793 fois

sp02-rva.jpg (9.05 Kio) Consulté 1793 fois

sp02-rv.jpg (8.47 Kio) Consulté 1793 fois

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Restait à tester la possibilité d'utiliser une transmission par fibre Toslink.
Le faisceau sortant de la fibre est légèrement divergent et permet d'éclairer une fraction de la fente

spectro-toslink.jpg (54.21 Kio) Consulté 1781 fois

toslink-fente.jpg (50.38 Kio) Consulté 1781 fois

J'ai pu obtenir des spectres solaires, moyennant diverses cales et écrans.
Je n'ai pas pu fignoler la mise au point avec cette installation sur table, mais le principe est validé
(Il faut déplacer la fente de façon que l'image centrale blanche soit au point, la camera étant réglée sur l'infini)

Capture_00003.jpg (8.4 Kio) Consulté 1781 fois

Capture_00006.jpg (8.13 Kio) Consulté 1781 fois

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Test avec caméra IMX464 et objectif 35mm

spectro-tr-35a.jpg (125.47 Kio) Consulté 1760 fois

Le raccordement se fait avec une bague M42-T2 et un adaptateur T2-1.25" très court.
L'inclinaison du réseau n'a aucun effet; il faut orienter la caméra pour balayer le spectre.
Le réglage exposition-gain dans Sharpcap est beaucoup plus souple qu'avec une webcam.
On distingue de nombreuses raies dans le proche infrarouge. Du fait de la sensibilité de l'imx464 le rouge apparaît en orangé ou en blanc !

spectre-live0.jpg (137.6 Kio) Consulté 1760 fois

spectre-live.jpg (109.24 Kio) Consulté 1760 fois

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Eclairage de la fente avec une fibre Toslink.

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Retenté le Soleil, mais il jouait à cache cache avec les nuages

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Toujours en phase expérimentale, élaboration d'un boîtier en cours (je suis nul en bricolage bois ); le problème du support de renvoi coudé est résolu.
La caméra P1 Cérés 224 donne plus de souplesse pour la mise au point et permet d'insérer une bague entre l'objectif et le raccord T2-1.25", bien utile pour la fixation.
Mais la tentation était trop grande de tester la fameuse "reflective slit" obtenue avec une aiguille

Il faudrait focaliser la lumière sur l'aiguille, mais les premiers résultats sont intéressants.
Exposition 40ms à gain=135

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aig-fluo.jpg (14.74 Kio) Consulté 1720 fois