Schéma expérimental

La première étape essentielle dans ce genre d'expérience optique est de faire un schéma detaillé de ce qu'on veut construire, en placant chaque outil optique par rapport au reste du matériel qui l'entoure, avoir une idée de la hauteur du faisceau pour choisir les bons supports, et des dimensions du banc optique en fonction des différentes contraintes comme les focales des lentilles. Le schéma qu'on a réussi à mettre en place et celui que vous voyez à droite peut vous donner une idée sur la disposition des différents outils ainsi que des dimensions de l'expérience.

Réglages des miroirs

Aprés avoir fixé le laser sur le banc optique grâce à au moins deux brides, il faut procéder aux réglages des miroirs. En effet, chaque miroir étant en train de changer la direction du laser doit être minutieusement réglé pour que rien ne change avant et après la réflexion sur le miroir (puissance du faisceau, hauteur). En commencant par le premier miroir rencontrant le laser, jusqu'à celui qui va être remplacé par l'echantillon, chaque miroir peut être reglé grace a deux vis ... qui permettent de determiner exactement l'orientation de celui-ci. Il faut se souvenir aussi que les miroirs doivent etre tres bien fixés dans leurs support, avant tout réglage qui peut être sinon inutile, grace à une vis bien souvent assez cachée prévue à cet effet.

Dans cette expérience en particulier, l'allignement du laser (et donc le réglages des miroirs) est trés important parce que la tache de surintensité liée à la rétrodiffusion cohérente de la lumière n'est visible que si on est vraiment on train de regarder dans la direction arrière, ce qui veut dire que le miroir qui va ensuite être remplacé par l'échantillon diffuseur a un rôle d'une grande importance puisqu'il devrait être reglé en fonction du chemin retour du laser. En d'autres termes, unes fois arrivé sur ce miroir, le faisceau doit pouvoir réeffectuer exactement le même chemin qu'à l'allée. L'une des techniques pour pouvoir vérifier ça consiste à utiliser un diaphragme circulaire pour vérifier que à l'allée et au retour (et donc des deux cotés du diaphragme) le faisceau passe effectivement par le même petit trou et est donc bien alligné.'

Le réglage de la lame semi-réflechissante n'a pas de particularité par rapport aux réglages du reste des miroirs. Il faut vérifier le passage du faisceau en integralité par la lame et sa bonne rétrodiffusion.

Ajouter les lentilles

Dés que les miroirs sont bien en place et réglés définitivement pour que le faisceau soit bien alligné dans le sens d'aller comme celui de retour, il faut ajouter les lentilles. Le premier système utilisant des lentilles est le téléscope qui nous sert a agrandir/élargir la taille du faisceau, qui sinon est trop petit pour donner des resultats à cette expérience. Le principe du téléscope est assez simple, un ensemble de deux lentilles créent un systeme où les deux focales coincident. Les differents types de lentilles peuvent être combinés pour aboutir un telescope dont la taille correspond bien au banc optique utilisé. Dans notre cas, pour un grandissement a peu pret de 10, nous avons utilisé deux lentilles convergentes, la première de focale égale a 30 millimètres et la deuxieme de focale 300 millimètres. La distance entre les deux lentilles doit donc bien être de 33 centimètres, si le faisceau provenant du laser est effectivement collimaté à sa sortie (sinon on peut le collimater avec une autre lentille). La seule méthode relativement simple pour vérifier le bon placement des lentilles est de suivre le faisceau, encore une fois à l'aide du diaphragme, et vérifier que sa taille ne change pas même a une trés grande distance. Si le faisceau s'aggrandit ou rétrécit, cela veut dire qu'il est non collimaté à la sortie du téléscope et qu'il est donc essentiel de remettre en question les positions des lentilles, même si ce n'est que de quelques millimètres.

La lentille située devant la caméra est disposée de facon à ce qu'il y ait la place nécessaire pour fixer la caméra dans les environs de la focal. La disposition de la caméra est donc la dernière étape.

Trouver la bonne position pour la caméra

La caméra à capteur CCD (charge coupled design) est un dispositif permettant de convertir un signal lumineux en un signal éléctrique. C'est grâce à cette composante qu'on arrive à faire des acquisitions pour mesurer et traiter les données concernant la lumière diffusée. Plusieurs types de caméra existent, en fonction de la longueur d'onde utilisée (CCD pour UV, visible et infrarouge) et la fonction attribuée a celle ci.

Une caméra CCD comprend des lignes et des colonnes, en d'autres termes des pixels. Le nombre de pixels et leur taille est important quand il s'agit de choisir la grandeur du faisceau par exemple, car on sait qu'on veut que la tache de surintensité soit plus grande qu'un pixel pour pouvoir être observèe, mais plus petite que la taille de la camera pour qu'on puisse délimiter la tache et connaitre ses dimensions. Théoriquement, si on fixe la caméra à la focale, on est supposé voir une image ponctuelle, mais ce qu,on appelle le "waist" du laser".

La caméra utilisèe dans notre cas a une resolutiond de 1024x768 pixels. Avec sa petite taille et ses 43 grammes, elle est robuste et facile a déplacer. Plusieurs réglages sont disponible dans le logiciel instalé sur ordinateur, nottament un réglage de temps d'intégration (exposure time) qui peut s'averer être trés utile dans la recherche de la bonne position de la camera par rapport à la focale de la lentille qui la precède. En effet, ne connaissant pas exactement la position du capteur par rapport a l'extremité de la camera, il est difficile de déterminer exactement où la placer. Deux petites astuces pour ça : Commencez par réduire le temps d'intégration au maximum et chercher la position pour laquelle la tache lumineuse (provenant du miroir qu'on va remplacer par l'échantillon) est la plus petite possible. Ensuite, pour plus de précision, avec une densité optique qui réduit le contraste, refaire la meme chose en cherchant par rapport à la visualisation sur ordinateur la position de la camera pour laquelle la tache rétraicit au maximum. Bien fixer la caméra à cet endroit exacte et observer.