Université Joseph Fourier, CESIRE Plate-forme Optique

L3 Physique-Chimie, 2007-08

TP 4 – Spectrométrie dispersive : prisme et réseau.

Introduction :
L’étude quantitative des spectres (spectrométrie) peut utiliser le phénomène de dispersion de la lumière à travers un prisme ou un réseau, c'est-à-dire la propriété de dévier la lumière dans une direction dépendant de sa longueur d’onde. Si cette déviation angulaire peut être mesurée précisément, on accède alors, après étalonnage, à la mesure de la longueur d’onde de la lumière et plus généralement à son spectre.

Pré-requis :
L1-TP1 : Mesure d’indice, minimum de déviation d’un prisme
L1-TP4 : Initiation à la spectrométrie

I - PARTIE THEORIQUE

On appelle spectre la répartition d’intensité lumineuse émise par une source (ou absorbée par un objet coloré) en fonction de la longueur d’onde. On peut mesurer un spectre soit en utilisant les propriétés dispersives de certains composants optiques (prismes et réseau) soit en utilisant les interférences (Michelson, Fabry-Pérot, …). On s’intéressera ici uniquement à la spectrométrie dispersive, la spectrométrie interférentielle étant abordée lors du TP 3 (Michelson).

I.1 – Choix du système dispersif :

Un prisme et un réseau permettent tous deux d’obtenir une dispersion de la lumière, mais l’origine physique de cette dispersion est complètement différente dans ces deux composants optiques :
• Cas du prisme : la lumière est déviée par réfraction. La déviation θ dépend bien sûr de l’indice de réfraction n du matériau (verre) constituant le prisme, qui dépend lui-même de la longueur d’onde, selon la loi de Cauchy n(λ) = a + b/λ2, a et b dépendant du matériau utilisé. On obtient donc une déviation

θ

θ dépendant de λ. Toutefois, la loi θ(λ) n’est pas facile à calculer théoriquement : elle dépend de la loi n(λ) du matériau utilisé, de l’angle A du prisme et de l’angle d’incidence i sur la face d’entrée du prisme. C’est pourquoi on préfère