Références Nationales en rayonnements Optiques

Détecteurs Radiomètre Cryogénique Le radiomètre cryogénique est la référence actuelle de mesure de rayonnements optiques du LNE-INM/Cnam. Cet instrument d'une haute technologie, muni d'un détecteur à substitution électrique, permet de mesurer des rayonnements issus de faisceaux lasers stabilisés et parfaitement mis en forme avec une incertitude relative de quelques 10-4. Le LNE-INM/Cnam a conçu et réalisé un banc de mesures permettant la comparaison de détecteurs étalons de transfert au radiomètre cryogénique pour des longueurs d'onde laser couvrant le domaine du proche UV au proche IR.

Sensibilité spectrale des détecteurs Au LNE-INM/Cnam, la mesure de la sensibilité spectrale des détecteurs est obtenue en deux étapes : - La première étape est l'établissement de la courbe de sensibilité relative des détecteurs, à l'aide d'un banc comportant une source étendue, un monochromateur double et un détecteur thermique, avec une incertitude relative de 10-3. - La deuxième étape est la détermination des valeurs absolues de cette courbe : des valeurs absolues sont obtenues, à quelques longueurs d'onde, par comparaison du détecteur au radiomètre cryogénique, avec une incertitude de quelques 10-4, et une interpolation est ensuite effectuée pour déterminer les valeurs absolues de l'ensemble de la courbe de sensibilité spectrale.

Pour obtenir les meilleures incertitudes, le LNE-INM/Cnam utilise des détecteurs de transfert de type piège pour le raccordement direct au radiomètre cryogénique. Ils sont constitués de photodiodes silicium (visible et ultraviolet). Dans le proche infrarouge, les détecteurs les plus utilisés en métrologie sont les photodiodes Si et InGaAs mais les caractéristiques métrologiques des photodiodes InGaAs ne permettent pas encore de les monter en piège.

Eclairement énergétique spectrique Pour la mesure de l'éclairement énergétique spectrique dans le domaine ultraviolet, le LNE-INM/Cnam a construit et caractérisé des radiomètres à filtres. Les détecteurs pièges qui les constituent sont raccordés au radiomètre cryogénique. La mesure absolue d'éclairement (radiomètres ou lampes) s'effectue donc à quelques longueurs d'onde discrètes entre 220 nm et 380 nm. L'éclairement de lampes étalons est déterminé en valeur relative sur tout le spectre d'utilisation à partir de leur luminance. Ces mesures s'effectuent sur un banc qui permet de passer facilement d'une configuration géométrique à l'autre. Détecteurs fonctionnant en régime de comptage de photons Entre 1998 et 2003, le LNE-INM/Cnam a développé un banc de mesure absolue de l'efficacité quantique de détecteurs. Ces détecteurs peuvent ensuite devenir des références dans le domaine des très faibles flux, c'est-à-dire pour des flux bien inférieurs à ceux utilisés avec le radiomètre cryogénique. Le banc est basé sur le principe de la conversion paramétrique de photons dans un cristal non linéaire qui génère deux photons corrélés. Une chaîne électronique de comptage des photons permet de déterminer l'efficacité d'un détecteur, sans source ni détecteur de référence. En 2003, une mesure a été faite à 633 nm avec une incertitude type relative de 1,1 %. Cette incertitude est six fois plus faible que celle obtenue en faisant une comparaison avec un détecteur piège. Linéarité des détecteurs en lumière incohérente La linéarité d'un détecteur peut se définir comme étant la proportionnalité rigoureuse entre le signal incident et la réponse du capteur. Cependant, cette caractéristique n'est vérifiée que sur un domaine limité de flux ou d'éclairement. A la fin des années 1980, le LNE-INM/Cnam a développé un banc de mesure des écarts de linéarité de détecteurs. Ce dispositif, basé sur la méthode d'addition de flux, utilise deux sources incohérentes montées sur deux voies symétriques et distinctes. La détermination des écarts de linéarité permet de fournir des facteurs de correction de non-linéarité selon les flux ou éclairements étudiés. Deux séries de filtres permettent de modifier les conditions de flux : - La première permet d'adapter le flux directement issu des lampes au domaine d'étude souhaité, fixant ainsi la première valeur de mesure. - La seconde, de huit filtres divisant chacun le flux par 2 permet de couvrir une étendue de 28 valeurs en deçà de cette valeur. Cette mesure d'écart de linéarité est effectuée avec une incertitude relative de 10-4.

Sources Luminance et éclairement énergétique Les sources de luminance de type corps noirs sont depuis longtemps utilisées comme sources de référence raccordées à la température grâce à la loi de rayonnement de Planck. Le laboratoire de Rayonnements Optiques du LNE-INM/Cnam dispose d'un corps noir dont la température est variable jusqu'à 2 000 K. La luminance monochromatique est déterminée par comparaison à une lampe étalonnée en température à l'aide du comparateur de luminance du laboratoire de pyrométrie optique du LNE-INM/Cnam. Un banc offre la possibilité de passer de la luminance à l'éclairement relatif. La courbe relative d'éclairement est traduite en valeurs absolues par l'intermédiaire de deux radiomètres à filtres raccordés au radiomètre cryogénique. Le domaine spectral de mesures de luminances et d'éclairements énergétiques de lampes s'étend de 300 nm à 2 500 nm. Intensité lumineuse Pour la matérialisation de l'intensité lumineuse, le LNE-INM/Cnam a réalisé, en 1997, des photomètres à partir de détecteurs en silicium, de filtres et de diaphragmes. Ils sont raccordés au radiomètre cryogénique.

L'incertitude de mesure de l'intensité lumineuse d'une lampe avec ces photomètres est de 0,43 %. En 2004, a débuté le développement de nouveaux photomètres en utilisant non plus des détecteurs plans mais des détecteurs de type piège. Ils sont opérationnels depuis 2006.

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Date de mise à jour : 10 décembre 2007