Phénomène physique de détection

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Objectifs

Retenir qu'un détecteur quantique voit les photons $h\nu$ alors qu'un détecteur cohérent voir le champ électromagnétique, $\mathbf{E}$ ou $\mathbf{B}$ .

Détecteurs

On peut distinguer 3 grands type de détection :

Détection quantique : Un photon incident, absorbé, conduit à l'apparition d'un porteur de charges.
Détection cohérente : Les récepteurs d'amplitude sont sensibles à l'amplitude et à la phase du signal électromagnétique. Le collecteur est dans ce cas souvent appelé antenne. La détection cohérente nécessite, dans les plus hautes fréquences auxquelles elle peut être menée, le mélange du signal scientifique et d'un signal de référence. La création d'un signal de référence stable, cohérent, n'est technologiquement réalisable qu'aux basses fréquences, en pratique pour les signaux de fréquence inférieure à 1500 GHz (longueur d'onde de 200 micromètres).
Détection thermique : Un bolomètre absorbe l'énergie du rayonnement incident et la dégrade en agitation thermique. L'élévation thermique qui en résulte est mesurée par la variation d'une grandeur physique reliée à la température.

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Principe de la détection hétérodyne

Difficulté : ☆ Temps : 15 min

La détection hétérodyne compare le signal scientifique à un signal de référence délivré par un oscillateur local à haute fréquence. On note $\omega$ la pulsation du signal scientifique, et $\omega_0$ celle de la référence, cette dernière étant voisine de $\omega$ .

Question 1)

Un mélangeur fournit le signal produit des signaux observé et de référence. Montrer que ce signal est composé de 2 fréquences bien distinctes.

Question 2)

On applique au signal un filtre passe-bas, pour éliminer les hautes fréquences. Montrer l'intérêt du mélange des signaux.

Réponses aux exercices

pages_detecter/detection-physique-sexercer.html

Exercice 'Principe de la détection hétérodyne'

Question 1
Aide :
On rappelle :

$\cos a \cos b = {1\over 2} \Bigl[ \cos (a+b) + \cos (a-b) \Bigr]$

Solution :
Avec $\varphi$ le déphasage inconnu à un instant de référence choisi comme origine, le produit des signaux est proportionnel à :

$\cos( \omega t +\varphi) \cos \omega_0 t = {1\over 2} \left[ \cos \bigl( (\omega+\omega_0) t + \varphi \bigr) + \cos \bigl( (\omega-\omega_0)t-\varphi \bigr) \right]$

Les 2 pulsations étant voisines, la deuxième composante a une fréquence bien plus basse que la première.
Question 2
Aide :
Que reste-t-il du signal précédent après élimination des hautes fréquences ?

Solution :
La partie à basse fréquence, qui porte l'information du signal scientifique, à une translation en fréquence près, devient analysable à l'aide de l'électronique ad hoc, et peut être détectée en amplitude.