Interferómetro estático de campo compensado para espectroscopía por transformada de Fourier.

Interferómetro estático que comprende una pupila de entrada, una lámina separadora (7),

un primer espejo (M1) y un segundo espejo (M2) dispuestos de forma que haces luminosos procedentes de una fuente (S) colimada se dividan en la lámina separadora, se reflejen en cada uno de los espejos (M1, M2) y se recompongan interfiriendo a la salida del interferómetro, caracterizado porque el interferómetro comprende al menos una lámina prismática (40) de índice n, que comprende un grosor ej variable, atravesando el primer haz (3) la lámina prismática antes de reflejarse en una superficie reflectante del primer espejo (M1), comprendiendo la superficie reflectante una pluralidad de zonas, estando cada zona j situada a una distancia media Δj de un plano de referencia, variando la distancia media Δj de una zona a otra, siendo el plano de referencia perpendicular al eje óptico entre la lámina prismática y el primer espejo (M1) y correspondiendo a una posición de un espejo plano para la cual la diferencia de marcha entre los dos haces reflejados que interfieren es nula, estando el primer espejo M1 y la lámina prismática colocados de tal manera que, para una zona j dada, cada grosor ej es prácticamente igual a Δj · n/(n-1).

Interferómetro estático de campo compensado para espectroscopía por transformada de Fourier La presente invención se refiere al ámbito de los interferómetros estáticos. Más particularmente, la invención se refiere a los interferómetros utilizados para espectroscopía por transformada de Fourier, particularmente en el marco de misiones de observaciones de la Tierra y/o de sondeo atmosférico.

La región espectral que se aplica a la invención puede ser, particularmente, la banda infrarroja, la banda UV o también la banda visible.

Finalmente, la invención propone una solución al problema del efecto de auto-apodización de campo en un interferómetro estático utilizado para espectroscopía por transformada de Fourier.

En el caso de de un interferómetro estático, para obtener una variación intrapupilar de la diferencia de marcha, una solución existente consiste en utilizar espejos, llamados "espejos de reenvío", que comprenden superficies escalonadas ("echelettes") . Los espejos de reenvío permiten la reflexión de los haces incidentes, previamente divididos por una lámina separadora, para ser recombinados a la salida del interferómetro. Durante la recombinación, las franjas de interferencias que se forman presentan más o menos contraste de acuerdo con el rendimiento del interferómetro y el tamaño angular del campo analizado.

La figura 1 representa un caso de realización de un interferómetro con superficies escalonadas de la técnica anterior que comprende una lámina separadora 7 que divide el haz incidente procedente de una fuente S en un primer haz 4 que se refleja en un espejo M2 y en un segundo haz 3 que se refleja en un espejo con superficies escalonadas M1. Los dos haces reflejados 3' y 4' se recombinan después de un segundo paso por la lámina separadora 7. La diferencia de marcha, indicada como DDMj, igual a la diferencia de trayectoria óptica entre las ondas 1 y 2 a la salida del interferómetro, depende de la distancia ºj, que separa la superficie escalonada j del plano de referencia 5 que corresponde a la diferencia de marcha nula.

Esta solución también permite evitar cualquier desplazamiento de los espejos de reenvío mediante un dispositivo a menudo imponente.

Para cada superficie escalonada, la diferencia de marcha varía en función del ángulo de campo, induciendo en el caso de una fuente extendida una caída del contraste de las franjas de interferencia. Éste es el fenómeno de autoapodización. Este fenómeno limita el campo máximo admisible por el interferómetro y, por lo tanto, el campo de visión del instrumento.

Un ejemplo de dicho instrumento se describe, por ejemplo, en el documento CA230994.

El objetivo de la compensación de campo es anular o reducir la dependencia de la diferencia de marcha, indicada de forma más general como DDM, con el ángulo de campo.

La compensación de campo se ha estudiado en el caso de interferómetros de Michelson para los cuales la variación de la diferencia de marcha se obtiene barriendo la posición de un espejo de uno de los brazos del interferómetro a lo largo del eje óptico.

El principio consiste en insertar en uno de los brazos del interferómetro una lámina de grosor, indicado como e, y de índice, indicado como n.

La figura 2 representa dicho dispositivo cuando un espejo M1 es trasladado una posición a, con respecto a un plano de referencia.

Los haces incidentes procedentes de la fuente S se separan en una lámina separadora 7 en dos haces 3, 4 que se reflejan respectivamente en un premier espejo M1 y en un segundo espejo M2, La diferencia de marcha, indicada como δ12, entre las ondas que interfieren 3', 4' se escribe entonces en función del ángulo de campo θ:

Para una posición º1 del espejo M1 con respecto al plano de referencia, existe por lo tanto un grosor de lámina e1 que permite anular la dependencia de la diferencia de marcha δ12 del ángulo de campo θ:

La diferencia de marcha δ12 (e1, 1) se escribe entonces:

Esta diferencia de marcha no es nula y no depende del ángulo de campo. Hay una compensación del efecto de campo sobre el interferograma.

Un inconveniente de dicha solución es que el dispositivo funciona a condición de que la diferencia de marcha sea constante en el plano de la pupila. Además, este dispositivo debe ajustarse a cada posición del espejo M1.

Esta solución no funciona, por lo tanto, en el caso de un interferómetro estático con superficies escalonadas, tal como se representa en la figura 1. En efecto, la diferencia de marcha varía en el plano de la pupila, estando cada superficie escalonada situada en una posición j que varía de una superficie escalonada a otra.

Un objetivo de la invención es paliar los inconvenientes mencionados anteriormente.

El interferómetro de acuerdo con la invención permite obtener la compensación de campo en el caso de un interferómetro estático.

La solución de la invención consiste en colocar una lámina de vidrio prismática en un brazo del interferómetro.

En esta configuración, es posible anular la variación de la diferencia de marcha, DDM, con el ángulo de campo mientras se utiliza un espejo cuya superficie reflectante se compone de una pluralidad de superficies reflectantes denominadas "superficies escalonadas" ("echelettes") , paralelas unas a otras y cuya posición varía a lo largo del eje óptico.

En consecuencia, el ángulo de campo no degrada el contraste del interferograma y la auto-apodización no limita el campo del interferómetro. Por lo tanto, puede aumentarse el ángulo de campo del instrumento y el tamaño y la masa del interferómetro pueden reducirse.

Ventajosamente, el interferómetro estático comprende una pupila de entrada, una lámina separadora, un primer espejo y un segundo espejo dispuestos de forma que los haces luminosos procedentes de una fuente colimada se dividan en la lámina separadora, se reflejen en cada uno de los espejos y se recompongan interfiriendo a la salida del interferómetro.

Ventajosamente, el interferómetro comprende al menos una lámina prismática de índice n, que comprende un grosor ej variable, atravesando el primer haz la lámina prismática antes de reflejarse en una superficie reflectante del primer espejo, comprendiendo la superficie reflectante una pluralidad de zonas, estando cada zona j situada a una distancia media j de un plano de referencia, variando la distancia media j de una zona a otra, siendo el plano de referencia perpendicular a un eje óptico y correspondiendo a una posición de un espejo plano para la cual la diferencia de marcha entre los dos haces reflejados que interfieren es nula, estando el premier espejo M1 y la lámina prismática colocados de tal manera que, para una zona j dada, cada grosor ej es prácticamente igual a j · n/ (n-1) .

Ventajosamente, la lámina prismática comprende una cara perpendicular al eje óptico que comprende una pluralidad de superficies idénticas, cuya posición a lo largo del eje óptico varía de tal manera que la cara de la lámina forme una escalera.

Ventajosamente, la lámina prismática comprende una cara cuya pendiente media forma un ángulo αn predeterminado con respecto al plano perpendicular al eje óptico.

Ventajosamente, el primer espejo es un espejo con superficies escalonadas.

Ventajosamente, el interferómetro estático comprende un apilamiento de varias secciones de interferómetro, introduciéndose una lámina con caras paralelas en un canal de una sección de interferómetro para crear una continuidad de diferencia de marcha entre las diferentes secciones.

Ventajosamente, el primer espejo está situado a una distancia predefinida de la lámina prismática y que está inclinado para que las ondas sean reflejadas en la misma dirección que las ondas incidentes.

Ventajosamente, el ángulo de inclinación αn del prisma es prácticamente igual a , donde n es el índice de la lámina, DDMT la variación de diferencia de marcha total 5

creada por el dispositivo y LP la anchura de la pupila del interferómetro. Ventajosamente, la distancia entre superficies escalonadas ε a lo largo del eje óptico es prácticamente igual a ´ donde N es el número de superficies escalonadas que comprende el espejo. Ventajosamente, el primer espejo está unido a una de las caras de la... [Seguir leyendo]

1. Interferómetro estático que comprende una pupila de entrada, una lámina separadora (7) , un primer espejo (M1) y un segundo espejo (M2) dispuestos de forma que haces luminosos procedentes de una fuente (S) colimada se dividan en la lámina separadora, se reflejen en cada uno de los espejos (M1, M2) y se recompongan interfiriendo a la salida del interferómetro, caracterizado porque el interferómetro comprende al menos una lámina prismática (40) de índice n, que comprende un grosor ej variable, atravesando el primer haz (3) la lámina prismática antes de reflejarse en una superficie reflectante del primer espejo (M1) , comprendiendo la superficie reflectante una pluralidad de zonas, estando cada zona j situada a una distancia media j de un plano de referencia, variando la distancia media j de una zona a otra, siendo el plano de referencia perpendicular al eje óptico entre la lámina prismática y el primer espejo (M1) y correspondiendo a una posición de un espejo plano para la cual la diferencia de marcha entre los dos haces reflejados que interfieren es nula, estando el primer espejo M1 y la lámina prismática colocados de tal manera que, para una zona j dada, cada grosor ej es prácticamente igual a j · n/ (n-1) .

2. Interferómetro estático de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la lámina prismática comprende una cara perpendicular al eje óptico que comprende una pluralidad de superficies idénticas cuya posición a lo largo del eje óptico varía de tal manera que la cara de la lámina forma una superficie escalonada.

3. Interferómetro estático de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la lámina prismática comprende una cara cuya pendiente media forma un ángulo αn predeterminado con respecto al plano perpendicular al eje óptico.

4. Interferómetro estático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 3, caracterizado porque el primer espejo (M1) es un espejo con superficies escalonadas.

5. Interferómetro estático de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende un apilamiento de varias secciones de interferómetro, caracterizado porque una lámina con caras paralelas (50) se introduce en un canal de una sección de interferómetro para crear una continuidad de diferencia de marcha entre las diferentes secciones.

6. Interferómetro estático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 5, caracterizado porque el primer espejo (M1) está situado a una distancia predefinida de la lámina prismática y está inclinado para que las ondas sean reflejadas en la misma dirección que las ondas incidentes.

7. Interferómetro estático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el

ángulo de inclinación αn del prisma es prácticamente igual a donde n es el índice de la lámina, DDMT la variación de diferencia de marcha total creada por el dispositivo y LP la anchura de la pupila del interferómetro.

8. Interferómetro estático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque la

distancia entre las superficies escalonadas ε a lo largo del eje óptico es prácticamente igual a donde N es el número de superficies escalonadas que comprende el espejo.

9. Interferómetro estático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque el primer espejo (M1) está unido a una de las caras de la lámina prismática.

10. Interferómetro estático de acuerdo con las reivindicaciones 2, 3 y 9, caracterizado porque el ángulo de

inclinación αn del prisma es prácticamente igual a donde n es el índice de la lámina, DDMT la variación de diferencia de marcha total creada por el dispositivo y LP la anchura de la pupila del interferómetro.

11. Interferómetro estático de acuerdo con las reivindicaciones 2, 3 y 9, caracterizado porque la distancia entre las

superficies escalonadas ε a lo largo del eje óptico es prácticamente igual a donde N es el número de superficies escalonadas que comprende el espejo.

12. Interferómetro estático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 9, caracterizado porque una

segunda lámina prismática está unida a la primera lámina en un primer canal del interferómetro, comprendiendo la primera lámina un primer índice na y la segunda está colocada en un segundo canal del interferómetro, comprendiendo dicha lámina un índice idéntico al de la primera lámina.

13. Interferómetro estático de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la primera lámina y la segunda lámina comprenden, cada una, al menos una cara inclinada, estando la cara inclinada de la primera lámina unida a una cara inclinada de la segunda lámina, definiendo un primer ángulo αa la inclinación de la cara inclinada de la primera lámina, definiendo un segundo ángulo αb la inclinación de la cara inclinada de la segunda lámina, estando los índices y los ángulos de inclinación de cada una de las láminas determinados para hacer despreciable la variación de diferencia de marcha con la longitud de onda a la salida del interferómetro.