Le réseau blazé

Observer

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Le double réseau de l'instrument HARPS (ESO, télescope de 3.6 m). Les 2 réseaux côte à côte couvrent une surface de 20 \times 80\ \mathrm{cm}.
Crédit : HARPS/ESO
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Image projetée sur un écran translucide d'un spectre-échelle obtenu avec un spectromètre (SOPHIE, OHP) incluant un réseau blazé et un post-disperseur.
Crédit : OHP/CNRS

Un réseau efficace

Un réseau-échelle ou réseau blazé (a blaze of color = resplendissant de couleur) traite efficacement la dispersion : il envoie la puissance lumineuse incidente dans des ordres élevés du spectre, avec une grande dispersion spectrale. Il s'agit d'un réseau par réflexion, très couramment utilisé en instrumentation astrophysique.

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Image d'un spectre-échelle à haute résolution spectrale obtenu avec une caméra CCD. Le spectre de l'étoile apparaît ici sous l'aspect de bandes sombres. L'étalonnage en longueur d'onde est apporté par les raies en émission d'une lampe spectrale (Thorium Argon), dont le spectre est intercalé avec celui de l'étoile, et enregistré simultanément.
Crédit : ESO/ASM
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Aperçu de 6 ordres du spectre obtenu avec le spectromètre Harps. La diffraction par chaque trait du réseau est responsable du profil d'étalement du flux ; la séparation des ordres est obtenue grâce à un deuxième élément dispersif, dans une direction perpendiculaire à celle du premier réseau.
Crédit : ESO/ASM
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La dispersion croisée du spectromètre Harps est assurée par un grisme, qui correspond à un réseau par transmission gravé sur un prisme.
Crédit : ESO

Les ordres d'un réseau blazé

Une deuxième dispersion, dite dispersion croisée, des ordres diffractés par un réseau blazé permet d'obtenir un spectre sur un large intervalle spectral divisé en plusieurs ordres. L'intensité dans chaque ordre est modulée par la fonction d'Airy de la fente d'entrée.

Apprendre

objectifsObjectifs

Introduire les propriétés du réseau blazé, dont l'intérêt est d'envoyer l'énergie diffractée dans un ordre d'interférence non nul.

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Profil d'un réseau blazé ou réseau échelle, et définition des angles. Les facettes réfléchissantes du réseau sont gravées avec une inclinaison \theta par rapport au plan du réseau. La diffraction envoie une intensité maximale dans un ordre d'interférence non nul, pour i'=2\theta-i. Les angles i et i' restent définis par rapport au plan du réseau.
Crédit : ASM
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Le maximum d'énergie renvoyée (dans la direction de l'optique géométrique) correspond à un ordre non nul, d'autant plus grand que la longueur d'onde est petite. Dans la pratique, l'inclinaison du faisceau est le plus souvent très proche de la normale aux facettes.
Crédit : ASM
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Pour un réseau blazé, les interférences se construisent principalement dans le lobe principal de la tache de diffraction, centré sur une frange d'ordre non nul.
Crédit : ASM

Le réseau blazé

Le réseau par transmission n'est pas efficace. La diffraction envoie essentiellement l'énergie dans l'ordre 0, qui n'est pas dispersif, ce qui n'est guère intéressant. L'intérêt du réseau blazé est d'envoyer le flux dans un ordre d'interférence non nul dans les conditions de l'optique géométrique (les conditions usuelles d'utilisation sont proches du cas i' = i = \theta, où \theta est l'angle de blaze). Cet ordre dépend de la couleur étudié.

D'un point de vue énergétique, le montage optique d'un réseau blazé s'arrange pour voir essentiellement la tache de diffraction du réseau (déterminée par une facette élémentaire).

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Avec un réseau blazé, l'image diffractée de la fente d'entrée correspond à un ordre d'interférences non nul. Cet ordre d'interférence varie d'une couleur à l'autre. Une dispersion à basse résolution spectrale, perpendiculaire à la haute résolution apportée par le réseau blazé, permet de séparer ces ordres et d'obtenir une image d'un large intervalle spectral constitué d'une succession d'ordres.
Crédit : ASM

Nécessité d'une dispersion croisée

Par rapport au réseau par transmission, le réseau blazé permet un travail dans un ordre d'interférence élevé, assurant un pouvoir de résolution théorique élevé. Mais, à lui seul, le réseau blazé n'assure pas une dispersion optimale : les ordres restent superposés, aboutissant à la confusion des couleurs si chèrement dispersées. Il faut adjoindre au réseau blazé un deuxième élément dispersif, assurant une dispersion dans une direction perpendiculaire, qui permet de distinguer les différents ordres.

Avec 2 dispersions à angle droit, la source doit nécessairement être ponctuelle (en pratique, souvent une fibre).

S'exercer

qcmQCM

1)  Un réseau blazé optimisé pour observer à l'ordre 50 en lumière verte, pourra observer dans le bleu l'ordre :



2)  Un réseau blazé de pas p=26 {\,\mu\mathrm{m}} et d'angle \tan \theta = 4 observe dans le rouge (600 nm) dans l'ordre



Réponses aux QCM

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QCM