Caractères communs aux nouvelles méthodes de spectroscopie interférentielle ; Facteur de mérite

Abstract
A " factor of merit " W = MR/TBα is defined for any spectroscopic device, where R is the resolving power, M the number of spectral elements analysed during the total time T,B the lownt utilizable spectral brilliance and α is an exponent having the value 1 if photon noise limits sensitivity, ana the value 2 if receiver noise is preponderant. This figure of merit is, amongst other factors, proportional to : - The solid angle Ω subtended by the isolating diaphragm which must be of such diameter to yield an effective resolving power R. - The transparency τ (or τ2 in the case where receiver noise limits sensitivity). - The number m of spectral elements analysed simultaneously Most of the developmental work in spectroscopic technique has as its aim the improvement of one, or several, of these factors. The Fabry-Perot interferometer and devices using a Michelson interferometer, or more generally, systems having a rotational optical symmetry, give a value of Ω much greater than a system not having this symmetry. It is explained at the end of the article that such systems require for their operation semi-transparent layers (or equivalent devices) which give a division of luminance of the incidents rays. This gain in solid angle is obtained with all the Fabry-Perot systems using the central zone of the interference system or complete rings, in the devices of P. Fellgett, L. Mertz, J. Connes, and also in the new method of P. Connes which employs the selection by the amplitude of interference modulation. Still further improvement in the allowed solid angle is obtained if the interfering rays are superimposed by the means of an afocal system : this is achieved, for example, in the spherical Fabry-Perot of P. Connes, which can be used in the domain of very high resolution. The photographie methods allows all the specral elements to be registéred simultaneously ; on the contrary the conventional methods using physical receptors examine only one element at a time, which increases T, and thus reduces W. But the methods developed by P. Fellgett, E. Ingelstam, J. Strong and G. Vanasse, J. Connes, L. Mertz yield simultaneoustly a complex signal containing the information concerning a great number of spectral elements and the spectrum is, reconstituted from this signal by a Fourier analysis. Hence, a great improvement of W is obtained. because of the shortening of T. These new methods are above all applicable in the domain of low resolution encountered in the far infrared, but can be used in the visible in certain particular cases. However the way in which the noise deteriorates the signal must be carefully considered if the receiver noise can be neglected. A table is given allowing a comparison of the factors of merit of the different methods.

Résumé
On définit un facteur de mérite des dispositifs spectroscopiques W = MR/TBα, où R est le pouvoir résolvant, M le nombre d'éléments spectraux analysés dans le temps T, B la plus petite brillance spectrale utilisable et α un exposant égal à 1 si le bruit de photons est prépondérant et égal à 2 si c'est le bruit de récepteur qui est prépondérant. Ce facteur de mérite est, entre autres, proportionnel à : - l'angle solide Ω sous lequel le diaphragme isolateur peut être vu depuis l'élément « dispersif » pour que le pouvoir résolvant effectif R soit obtenu ; - à la transparence τ (ou τ2 dans le cas du bruit de récepteur) du système ; - au nombre m d'éléments spectraux analysés simultanément. La plupart des progrès ou méthodes nouvelles ont pour objet l'amélioration de l'un ou l'autre de ces facteurs. Le Fabry-Perot et les systèmes utilisant un interféromètre de Michelson, et de façon presque générale les systèmes possédant la symétrie de révolution optique, permettent d'obtenir une valeur de Q beaucoup plus grande que les systèmes ne possédant pas cette symétrie. On montre à la fin de l'article pourquoi cette propriété exige que l'ensemble comprenne des lames semi-transparentes (ou dispositif équivalent) effectuant un dédoublement de luminance des rayons incidents. Ce gain d'angle solide est obtenu dans tous les systèmes Fabry-Perot utilisant la zone centrale ou des anneaux entiers, dans les dispositifs de P. Fellgett, de L. Mertz, de J. Connes, ainsi que dans la méthode nouvelle de P. Connes utilisant la sélection par amplitude de modulation interférentielle. Un gain plus important encore d'angle solide peut être obtenu si on s'arrange, au moyen de systèmes afocaux, pour que les rayons qui interfèrent soient confondus : cela conduit en particulier au Fabry-Perot sphérique de P. Connes, utilisable pour de très hautes résolutions. Les méthodes photographiques permettent de recevoir simultanément les informations relatives à un grand nombre d'éléments spectraux. Les méthodes classiques de la spectrométrie au moyen de récepteurs « physiques » n'en étudient qu'un à la fois, ce qui augmente T et diminue ainsi le facteur de mérite. Au contraire les méthodes spectroscopiques qui seront exposées par P. Fellgett, E. Ingelstam, J. Strong et G. Vanasse, J. Connes, L. Mertz fournissent un signal complexe comprenant simultanément toutes les informations relatives à un grand nombre d'éléments, et le spectre est reconstitué à partir de ce signal par une analyse de Fourier. Cela peut conduire à un gain considérable sur le facteur de mérite. Ces méthodes nouvelles sont surtout applicables dans le domaine des très faibles résolvances telles qu'on les rencontre dans l'infra-rouge, mais leur utilisation dans le visible peut être envisagée pour certains problèmes particuliers. Toutefois l'influence du bruit doit être considérée avec soin dans le cas où le bruit propre du récepteur peut être négligé. Un tableau donne les valeurs du facteur de mérite des différentes méthodes.