FR2906044A1

FR2906044A1 - Spectral lines attenuating device for use in e.g. terrestrial object, observation apparatus, has core blade and mirrors forming Fabry Perot filter whose reflection spectrum has notches, where blade is formed by space separating mirrors

Info

Publication number: FR2906044A1
Application number: FR0608170A
Authority: FR
Inventors: Michel Lequime
Original assignee: Universite Paul Cezanne Aix Marseille III
Current assignee: Aix Marseille Universite
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-03-21

Abstract

The device has a transparent core blade (22) forming two parallel main surfaces (24, 25), and a stack (26) of thin layers (28, 29) of dielectric materials of different refraction indexes extending against each of the surfaces. The thin layers are arranged for forming a mirror on each of the surfaces, where the mirrors present identical performance. The blade and the mirrors form a Fabry Perot filter whose reflection spectrum includes notches. The blade is formed by a space separating the mirrors, where the space is empty or filled with gas.

Description

1 Dispositif d'atténuation de raies spectrales dans un flux lumineux et1 device for attenuation of spectral lines in a luminous flux and

système d'observation comportant ce dispositif La présente invention est relative à un dispositif d'atténuation de raies spectrales fines dans un flux lumineux et à un système d'observation 5 d'objets terrestres ou extraterrestres utilisant un tel dispositif. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication de télescopes. La présente invention est notamment relative à la suppression, dans un flux lumineux émis par un objet lointain et/ou capté par un télescope 10 ou par un appareil d'observation de la Terre ou de l'espace, de raies fines émises par des composants de l'atmosphère terrestre traversée par le flux lumineux, dans la plage des longueurs d'onde correspondant au proche infrarouge (IR). L'astronomie au sol - sur Terre - aux longueurs d'onde de l'ordre de 15 700 nanomètres (nm) environ jusqu'à de l'ordre de 2200 nanomètres (nm) environ, présente des avantages ; elle permet notamment : i) d'observer des régions obscurcies par la poussière interstellaire ; ii) d'observer des objets lointains dont le spectre est décalé dans 1'IR proche ; 20 iii) de rechercher des exo planètes autour d'étoiles de type solaire ; iiii) d'obtenir des images corrigées par une optique adaptative qui sont de meilleure qualité que dans le domaine des longueurs d'onde inférieures (lumière visible). Les radicaux OH émettent dans ce domaine spectral des centaines de 25 raies d'émission - dites raies OH - qui contribuent fortement à l'émission du ciel nocturne, limitant les observations faites à partir du sol terrestre malgré les performances des télescopes modernes tels que le VLT. 2906044 2 Les raies OH présentent une largeur faible qui peut par exemple être voisine de 10 picomètres (pm) pour une longueur d'onde centrale de 1 micromètre (pm). Bien que l'on puisse observer des objets stellaires entre deux raies OH consécutives, on comprend l'intérêt qu'il y aurait à supprimer - ou du moins atténuer en grande partie - ce genre de raies, pour observer des objets présentant un spectre continu dans le proche IR. Plusieurs techniques ont été proposées ou envisagées en vue de supprimer les raies OH. This invention relates to a device for attenuating thin spectral lines in a luminous flux and to an observation system for terrestrial or extraterrestrial objects using such a device. The technical field of the invention is that of the manufacture of telescopes. The present invention relates in particular to the suppression, in a luminous flux emitted by a distant object and / or picked up by a telescope 10 or by an apparatus for observing the Earth or space, of fine lines emitted by components the terrestrial atmosphere traversed by the luminous flux, in the wavelength range corresponding to the near infrared (IR). Astronomy on the ground - on Earth - at wavelengths of the order of about 15 700 nanometers (nm) up to about 2200 nanometers (nm), has advantages; it allows: i) to observe regions obscured by interstellar dust; ii) to observe distant objects whose spectrum is shifted in the near IR; Iii) search for exo planets around solar-type stars; iiii) to obtain adaptive optics-corrected images that are of better quality than in the lower wavelength (visible light) range. The OH radicals emit in this spectral range hundreds of emission lines - so-called OH lines - which strongly contribute to the emission of the night sky, limiting the observations made from the terrestrial ground despite the performance of modern telescopes such as the VLT. The OH lines have a small width which may for example be close to 10 picometers (pm) for a central wavelength of 1 micrometer (pm). Although we can observe stellar objects between two consecutive OH lines, we understand the interest of eliminating - or at least mitigating in large part - this kind of lines, to observe objects with a continuous spectrum in the near IR. Several techniques have been proposed or envisaged to suppress OH lines.

Une technique consistant à disperser spatialement le spectre du flux lumineux et à masquer physiquement chaque raie par un écran mécanique de largeur adaptée à celle d'une raie, conduit à un système opto- mécanique très complexe qui ne peut en pratique être utilisé. Une autre technique est d'obtenir un filtre à élimination (i.e. réjection) de bandes (filtre à encoches(s) ou filtre de notch(s) ), les bandes correspondant aux raies à éliminer, en générant des réseaux de Bragg dans un milieu photosensible dont on module l'indice de réfraction avec un profil spatial permettant d'accorder le filtre sur les longueurs d'onde des raies à supprimer. A technique consisting in spatially dispersing the spectrum of the luminous flux and in physically masking each line by a mechanical screen of width adapted to that of a line, leads to a very complex opto-mechanical system which can not in practice be used. Another technique is to obtain an elimination filter (ie rejection) of bands (notch filter (s) or notch filter (s)), the bands corresponding to the lines to be eliminated, by generating Bragg gratings in a medium photosensitive material whose refractive index is modulated with a spatial profile making it possible to tune the filter to the wavelengths of the lines to be suppressed.

On peut utiliser à cet effet des fibres monomode, mais leur faible étendue géométrique nécessite d'utiliser un grand nombre de fibres, ce qui aboutit également à un système complexe. Il est par ailleurs proposé par la société Photon etc (Canada) des filtres de suppression de raies OH utilisant des réseaux de Bragg volumiques ; ces filtres suppriment cependant un nombre limité de raies avec une efficacité qui n'est pas totale. Un objectif de l'invention est de proposer un dispositif d'atténuation de raies spectrales dans un flux lumineux et un système d'observation utilisant ce dispositif, qui soient améliorés et/ou qui remédient, en partie 2906044 3 au moins, aux lacunes ou inconvénients des dispositifs et systèmes d'observations connus. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un tel dispositif ou système qui comporte une lame transparente présentant deux faces 5 (sensiblement) parallèles contre chacune desquelles s'étend un empilement de couches minces de matériaux diélectriques d'indices de réfraction différents et agencées pour former un miroir (pour les longueurs d'onde situées dans le domaine du proche infrarouge) sur chacune des deux faces, les deux miroirs présentant des performances (sensiblement) identiques, la 10 lame et les miroirs formant un filtre Fabry-Perot dont le spectre de réflexion comporte des encoches (correspondant aux raies atténuées). Selon un mode de réalisation, chaque empilement de couches minces peut être essentiellement constitué de couches quart d'onde alternées, c'est-à-dire présentant alternativement un indice de réfraction élevé et un 15 indice de réfraction faible. Bien que la lame transparente puisse être formée par l'espace séparant les deux miroirs, cet espace pouvant être alors sous vide ou rempli d'un gaz, la lame est de préférence formée d'un matériau solide, et les couches minces formant miroir sont déposées sur les faces principales de 20 cette lame solide. Selon d'autres modes préférés de réalisation de l'invention : - la profondeur de chaque encoche dans le spectre de réflexion, i.e. l'atténuation, est au moins égale à 99% - en particulier au moins égale à 99,9% - de l'amplitude du spectre ; 25 - la largeur de chaque encoche du spectre de réflexion, mesurée à mi-hauteur - i.e. demi amplitude du spectre - est au plus égale à 100 picomètres, en particulier voisine de 10 picomètres environ à 50 picomètres environ ; 2906044 4 - le nombre moyen d'encoches dans une plage de longueur d'onde de 100 nanomètres de largeur est au moins égal à 5 environ, en particulier de l'ordre de 10 ou 20 encoches environ jusqu'à 100, 150 ou 200 encoches environ ; 5 - les encoches s'étendent dans une plage de longueur d'onde située entre 700 nm environ et 2200 nm environ, la largeur de la plage pouvant être au moins égale à 100 nm environ ; - l'épaisseur de la lame est située dans une plage allant de 0,02 millimètres environ à 2 millimètres environ ; 10 - la lame est réalisée dans un matériau choisi parmi le verre, la silice ou le silicium ; - les couches déposées sur les faces de la lame sont réalisées dans un matériau choisi parmi la silice (SiO2), le fluorure de magnésium (MgF2), le pentoxyde de tantale (Ta2O5), le dioxyde d'hafnium 15 (HfO2), le dioxyde de titane (TiO2) ou le pentoxyde de niobium (Nb2O5) ; - le dispositif d'atténuation et/ou système d'observation (télescope par exemple) comporte au moins deux tels filtres disposés en série : un premier filtre dont le spectre de réflexion comporte des 20 premières encoches pour certaines (premières) longueurs d'onde (centrales), et un second filtre dont le spectre de réflexion comporte des secondes encoches pour des (secondes) longueurs d'onde distinctes, en majorité au moins, des premières longueurs d'onde ; - le dispositif d'atténuation et/ou le système d'observation comporte 25 un filtre dichroïque agencé pour séparer un flux lumineux principal (incident) en deux flux lumineux secondaires, ainsi que deux tels filtres respectivement disposés sur les trajets des deux flux secondaires ; 2906044 5 - la lame et les miroirs sont solidaires d'au moins un support présentant une ouverture au travers de laquelle s'étendent la lame et les miroirs, en particulier solidaires d'un support de forme annulaire ; la lame et le miroir peuvent être solidarisés au(x) 5 support(s) par adhérence moléculaire ; - le défaut de parallélisme des deux faces (principales) de la lame est au plus égal à une seconde d'arc, en particulier de l'ordre de 0,2 seconde d'arc environ, ou moins. D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention 10 apparaissent dans la description suivante, qui se réfère aux dessins annexés et qui illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés de réalisation de l'invention. La figure 1 est un graphe illustrant la répartition et l'amplitude des raies OH entre 1000 et 2000 nanomètres. Singlemode fibers can be used for this purpose, but their small geometric extent requires the use of a large number of fibers, which also results in a complex system. It is also proposed by Photon et al. (Canada) OH line suppression filters using bulk Bragg gratings; these filters, however, remove a limited number of lines with an efficiency that is not total. An object of the invention is to propose a device for attenuation of spectral lines in a luminous flux and an observation system using this device, which are improved and / or which remedy, at least in part, to the deficiencies or disadvantages of known observation devices and systems. According to one aspect of the invention, there is provided such a device or system which comprises a transparent plate having two (substantially) parallel faces against each of which extends a stack of thin layers of dielectric materials of different refractive indices and arranged to form a mirror (for wavelengths in the near-infrared range) on each of the two faces, the two mirrors having (substantially) identical performances, the blade and the mirrors forming a Fabry-Perot filter of which the reflection spectrum comprises notches (corresponding to the attenuated lines). According to one embodiment, each stack of thin layers may consist essentially of alternating quarter wave layers, that is to say alternately having a high refractive index and a low refractive index. Although the transparent plate can be formed by the space separating the two mirrors, this space can then be under vacuum or filled with a gas, the plate is preferably formed of a solid material, and the thin layers forming a mirror are deposited on the main faces of this solid blade. According to other preferred embodiments of the invention: the depth of each notch in the reflection spectrum, ie the attenuation, is at least 99%, in particular at least 99.9%, of the amplitude of the spectrum; The width of each notch of the reflection spectrum, measured at half height - i.e. half amplitude of the spectrum - is at most equal to 100 picometers, in particular about 10 picometers to about 50 picometers; The average number of notches in a wavelength range of 100 nanometers in width is at least about 5, in particular of the order of 10 or 20 notches to about 100, 150 or 200 notches about; The notches extend in a wavelength range between about 700 nm and about 2200 nm, the width of the range being at least about 100 nm; the thickness of the blade is in a range from about 0.02 millimeters to about 2 millimeters; The blade is made of a material chosen from glass, silica or silicon; the layers deposited on the faces of the slide are made of a material chosen from silica (SiO 2), magnesium fluoride (MgF 2), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5), hafnium dioxide (HfO 2), titanium dioxide (TiO2) or niobium pentoxide (Nb2O5); the attenuation device and / or observation system (telescope for example) comprises at least two such filters arranged in series: a first filter whose reflection spectrum comprises first notches for certain (first) wavelengths (central), and a second filter whose reflection spectrum comprises second notches for distinct (seconds) wavelengths, mostly at least, first wavelengths; the attenuation device and / or the observation system comprises a dichroic filter arranged to separate a main light flux (incident) into two secondary light fluxes, as well as two such filters respectively arranged on the paths of the two secondary flows; The blade and the mirrors are integral with at least one support having an opening through which the blade and the mirrors extend, in particular integral with an annular support; the blade and the mirror may be secured to the support (s) by molecular adhesion; - The lack of parallelism of the two faces (main) of the blade is at most equal to one second of arc, in particular of the order of about 0.2 second arc, or less. Other aspects, features, and advantages of the invention appear in the following description, which refers to the accompanying drawings and which illustrates, without any limiting character, preferred embodiments of the invention. FIG. 1 is a graph illustrating the distribution and the amplitude of the OH lines between 1000 and 2000 nanometers.

15 La figure 2 est une vue en coupe transversale par un plan contenant un flux lumineux incident et le flux réfléchi correspondant, d'un filtre constitué d'une lame et de deux miroirs parallèles à couches minces. La figure 3 illustre schématiquement un dispositif selon l'invention comportant quatre filtres fonctionnant en réflexion pour extraire d'un flux 20 incident une série de raies réparties sur une large plage de longueur d'onde du domaine infrarouge. La figure 4 est un graphe illustrant, comme la figure 1, une série de raies OH dans la plage 1500-1570 nm. La figure 5 est un graphe illustrant le pourcentage de lumière 25 transmise en réflexion par un filtre selon un premier mode de réalisation de l'invention, dans la même plage de longueur d'onde que la figure 4.Fig. 2 is a cross-sectional view through a plane containing an incident light flux and the corresponding reflected flux of a filter consisting of a blade and two parallel thin-film mirrors. FIG. 3 schematically illustrates a device according to the invention comprising four filters operating in reflection to extract from an incident flux a series of lines distributed over a wide range of wavelengths of the infrared range. FIG. 4 is a graph illustrating, as in FIG. 1, a series of OH lines in the range 1500-1570 nm. FIG. 5 is a graph illustrating the percentage of light transmitted in reflection by a filter according to a first embodiment of the invention, in the same wavelength range as FIG. 4.

2906044 6 La figure 6 illustre l'amplitude des raies du spectre de la figure 4 qui ont été filtrées (atténuées) par le filtre dont le spectre de réflexion est illustré figure 5. La figure 7 illustre l'amplitude des raies du spectre de la figure 4 qui 5 substituent après atténuation par le filtre dont le spectre de transmission en réflexion est illustré figure 5. La figure 8 illustre, de la même façon que la figure 5, le spectre de transmission en réflexion d'un filtre selon un second mode de réalisation de l'invention.FIG. 6 illustrates the amplitude of the lines of the spectrum of FIG. 4 which have been filtered (attenuated) by the filter whose reflection spectrum is illustrated in FIG. 5. FIG. 7 illustrates the amplitude of the lines of the spectrum of FIG. 4 which substitute after attenuation by the filter whose transmission spectrum in reflection is illustrated in FIG. 5. FIG. 8 illustrates, in the same way as FIG. 5, the transmission spectrum in reflection of a filter according to a second mode. embodiment of the invention.

10 La figure 9 illustre, de la même façon que la figure 6, l'atténuation des raies de la figure 4 par le filtre selon la figure 8. La figure 10 illustre comme la figure 2, en vue en coupe par un plan perpendiculaire aux faces principales d'une lame transparente, un filtre dont la lame est revêtue de deux miroirs et est solidarisée par sa périphérie 15 à un support constitué de deux bagues annulaires. Par référence aux figures 1 et 4, on constate que le spectre d'émission des radicaux OH contenus dans l'atmosphère comporte de très nombreuses raies fines 20, notamment dans la bande 1000-2000 nanomètres, dont le niveau (intensité lumineuse) varie d'une raie à une 20 autre raie. Par référence aux figures 2 et 10 notamment, un filtre 21 selon l'invention comporte une lame centrale 22 d'épaisseur 23 de l'ordre de 20 à 2000 micromètres, sur chacune des faces principales 24, 25 de laquelle est déposé un empilement 26, 27 de couches 28, 29 minces.FIG. 9 illustrates, in the same way as FIG. 6, the attenuation of the lines of FIG. 4 by the filter according to FIG. 8. FIG. 10 illustrates like FIG. 2, in sectional view by a plane perpendicular to main faces of a transparent blade, a filter whose blade is coated with two mirrors and is secured by its periphery 15 to a support consisting of two annular rings. With reference to FIGS. 1 and 4, it can be seen that the emission spectrum of the OH radicals contained in the atmosphere comprises a very large number of fine lines 20, especially in the 1000-2000 nanometer band, whose level (light intensity) varies from one line to another line. With reference to FIGS. 2 and 10 in particular, a filter 21 according to the invention comprises a central plate 22 of thickness 23 of the order of 20 to 2000 micrometers, on each of the main faces 24, 25 of which a stack 26 is deposited. , 27 layers 28, 29 thin.

25 Dans un mode de réalisation de l'invention, la lame centrale 22 est en silice, les couches 28 (d'ordre de dépôt impair) étant d'indice de réfraction élevé, tandis que les couches 29 (d'ordre de dépôt pair) étant d'indice de réfraction faible, le nombre total de couches 28 et 29 étant impair ; chaque empilement illustré figure 2, comprend cinq couches 2906044 7 d'indice élevé en position 1, 3, 5, 7 et 9, et quatre couches d'indice de réfraction faible en position 2, 4, 6 et 8, le nombre total de couches étant de 9 ; on qualifie un tel empilement de miroir M9, de miroir HBHBHBHBH ou encore de miroir (HB)4H.In one embodiment of the invention, the central blade 22 is made of silica, the layers 28 (of odd deposit order) being of high refractive index, while the layers 29 (of even deposit order ) being of low refractive index, the total number of layers 28 and 29 being odd; each stack illustrated in FIG. 2 comprises five high-index layers at position 1, 3, 5, 7 and 9, and four layers of low refractive index at positions 2, 4, 6 and 8, the total number of layers being 9; such a stack of mirror M9, mirror HBHBHBHBH or mirror (HB) 4H is described.

5 Un parallélisme rigoureux des faces 24 et 25, à 0,2 seconde d'arc près par exemple, peut être obtenu par le polissage d'un solide tel que de la silice se présentant sous forme de plaque ou wafer , ou par dépôt sous vide, sur l'une et/ou l'autre de ces faces d'une couche de matériau identique ou similaire à celui de la lame 22 (silice par exemple), et dont 10 l'épaisseur locale permet de corriger ses éventuels défauts de parallélisme. Cette dernière technique permet également d'obtenir une lame 22 dont l'épaisseur peut être maîtrisée avec une précision de l'ordre d'un ou plusieurs nanomètres. Des couches minces alternées 28, 29 de matériaux diélectriques sont 15 ensuite déposées, avec une précision géométrique de même ordre, sur chaque face de la lame pour former deux miroirs. Ces techniques sont notamment décrites dans les documents suivants : - "Tunable double-cavity solid-spaced bandpass filter", Opt. Express 20 12, 6289-6298 (2004); - "Double coherent solid-spaced filters for very narrow-bandpass filtering applications", Optics Communications, Vol. 222, Issue 1-6, 2003, pages 101-106; "Solid-spaced filters: an alternative for narrow-bandpass 25 applications", Applied Optics, Vol.A rigorous parallelism of the faces 24 and 25, to 0.2 second of arc for example, can be obtained by polishing a solid such as silica in the form of plate or wafer, or by depositing under empty, on one and / or the other of these faces with a layer of material identical or similar to that of the blade 22 (silica for example), and 10 of which the local thickness makes it possible to correct its possible defects of parallelism. The latter technique also provides a blade 22 whose thickness can be controlled with a precision of the order of one or more nanometers. Alternate thin layers 28, 29 of dielectric materials are then deposited, with geometric accuracy of the same order, on each face of the blade to form two mirrors. These techniques are described in particular in the following documents: - "Tunable double-cavity solid-spaced bandpass filter", Opt. Express 12, 6289-6298 (2004); "Double coherent solid-spaced filters for very narrow-bandpass filtering applications", Optics Communications, Vol. 222, Issue 1-6, 2003, pp. 101-106; "Solid-spaced filters: an alternative for narrow-bandpass 25 applications", Applied Optics, Vol.

45 N 7, 2006, pages 1349-1355. Un dispositif d'atténuation de raies OH, qui peut être intégré à un télescope - ou autre système d'observation d'objets lointains - peut comporter plusieurs filtres 21 dont la structure est similaire et dont le fonctionnement est identique.45, No. 7, 2006, pages 1349-1355. An OH line attenuation device, which can be integrated into a telescope - or other distant object observation system - may comprise several filters 21 whose structure is similar and whose operation is identical.

2906044 8 Par référence aux figures 2 et 3, chaque filtre 21 reçoit un flux incident 30 et renvoie un flux réfléchi 31 dans lequel des raies, dont les longueurs d'onde correspondent respectivement à celles d'encoches du filtre 21 considéré, ont été atténuées ou éliminées.With reference to FIGS. 2 and 3, each filter 21 receives an incident flux 30 and returns a reflected flux 31 in which lines whose wavelengths respectively correspond to those of notches of the filter 21 in question have been attenuated. or eliminated.

5 Le dispositif illustré figure 3 comporte quatre filtres dont l'orientation mutuelle provoque des réflexions successives du flux incident 30. Les quatre filtres présentent des spectres de transmission en réflexion complémentaires.The device illustrated in FIG. 3 comprises four filters whose mutual orientation causes successive reflections of the incident flux 30. The four filters have complementary reflection transmission spectra.

10 Cette complémentarité peut résulter notamment : - du fait que les encoches des filtres sont situées dans des plages respectives de longueurs d'onde qui se recouvrent partiellement - ou pas du tout - ; et/ou - du fait que les longueurs d'onde des encoches du premier filtre 15 diffèrent, pour certaines des encoches au moins, des longueurs d'onde des encoches du second filtre ; et qu'il en est de même pour les troisième et quatrième filtres. Un filtre dichroïque peut être utilisé pour séparer les amonts de deux tels filtres travaillant dans des plages de longueur d'onde disjointes, un 20 flux principal en deux flux secondaires qui sont respectivement dirigés vers les deux filtres. De tels dispositifs permettent d'atténuer ou éliminer plusieurs dizaines ou centaines de raies. Dans le mode de réalisation correspondant aux figures 4 à 7, trois 25 raies 20F (figure 6) faisant partie des raies 20 (figure 4) d'émission OH, et dont les longueurs d'onde respectives correspondent aux longueurs d'onde d'encoches 32 du spectre de transmission en réflexion (figure 5), sont en grande partie atténuées par le filtre présentant ce spectre, de sorte que 2906044 9 seules certaines raies 20 repérées 20R (figure 7) sont présentes en sortie du filtre. Par comparaison d'une part des spectres de transmission en réflexion des figures 5 et 8, et d'autre part des raies atténuées ou éliminées 20F des 5 figures correspondantes 6 et 9, on voit que le filtre dont le spectre illustré figure 8 comporte une centaine d'encoches dans la plage 15001570 nm, lequel filtre comporte une lame transparente d'épaisseur optique de l'ordre de 1700 nm, permet d'atténuer substantiellement une dizaine de raies. Les deux modes de réalisation correspondant respectivement aux 10 figures 5 et 8 sont donc des illustrations caractéristiques de deux situations extrêmes, la première (figure 5) correspondant à une épaisseur de lame faible (et donc à un faible nombre d'encoches, chacune de ces encoches assurant la suppression totale ou partielle d'une raie spécifique) et la seconde (figure 8) étant associée à une épaisseur de lame plus importante 15 (et donc à un grand nombre d'encoches, certaines de ces encoches assurant comme précédemment la suppression totale ou partielle d'une raie spécifique, mais certaines autres supprimant également des longueurs d'ondes ne correspondant à aucune raie particulière). En d'autres termes, dans la première réalisation, le filtre ne supprime 20 que des longueurs d'onde correspondant à des raies d'émission, même s'il ne les supprime pas toutes, alors que dans la seconde, le filtre supprime toutes les raies principales d'émission dans un domaine spectral donné, même s'il supprime également des longueurs d'onde ne correspondant à aucune raie d'émission.This complementarity may result in particular from: the fact that the notches of the filters are located in respective ranges of wavelengths which overlap partially or not at all; and / or - because the wavelengths of the notches of the first filter 15 differ, for some of the notches at least, from the wavelengths of the notches of the second filter; and the same goes for the third and fourth filters. A dichroic filter may be used to separate the edges of two such filters operating in disjoint wavelength ranges, a main stream in two secondary streams which are respectively directed to the two filters. Such devices make it possible to attenuate or eliminate several tens or hundreds of lines. In the embodiment corresponding to FIGS. 4 to 7, three lines 20F (FIG. 6) forming part of the OH emission lines (FIG. 4), whose respective wavelengths correspond to the wavelengths of FIG. notches 32 of the transmission spectrum in reflection (Figure 5) are largely attenuated by the filter having this spectrum, so that only some lines 20R identified 20R (Figure 7) are present at the output of the filter. By comparing on the one hand the reflection transmission spectra of FIGS. 5 and 8, and on the other hand attenuated or eliminated lines 20F of the corresponding figures 6 and 9, it can be seen that the filter whose spectrum shown in FIG. hundred notches in the range 15001570 nm, which filter comprises a transparent plate of optical thickness of the order of 1700 nm, can substantially attenuate a dozen lines. The two embodiments respectively corresponding to FIGS. 5 and 8 are therefore characteristic illustrations of two extreme situations, the first (FIG. 5) corresponding to a low blade thickness (and therefore to a small number of notches, each of which notches ensuring the total or partial removal of a specific line) and the second (Figure 8) being associated with a larger blade thickness (and therefore a large number of notches, some of these notches providing as previously deletion total or partial of a specific line, but some others also suppressing wavelengths corresponding to no particular line). In other words, in the first embodiment, the filter removes only wavelengths corresponding to transmission lines, even if it does not remove them all, while in the second, the filter removes all the main emission lines in a given spectral range, even if it also suppresses wavelengths that do not correspond to any emission line.

25 L'optimisation du choix des matériaux constituant la lame et les couches minces, ainsi que de la structure de l'empilement (nombre, indice et épaisseur de couches minces) permet d'améliorer encore l'atténuation, en optimisant le nombre d'encoches de chaque filtre et la position (en longueur d'onde) de ces encoches.The optimization of the choice of the materials constituting the blade and the thin layers, as well as the structure of the stack (number, index and thickness of thin layers) makes it possible to further improve the attenuation, by optimizing the number of layers. notches of each filter and the position (in wavelength) of these notches.

2906044 10 En effet, les longueurs d'onde d'extinction de ces filtres sont définies par la relation suivante : 27L 2n(X)e + 2cp(X) = 2k7r où e désigne l'épaisseur de la lame, n(X,) son indice de réfraction, X la 5 longueur d'onde, k un entier appelé ordre d'interférences et (p (X) le déphasage à la réflexion sur les empilements de couches minces recouvrant les surfaces 24 et 25. En conséquence, l'optimisation des performances d'un filtre passe non seulement par celle de son épaisseur et de son indice (dont le produit 10 fixe globalement le pas des encoches), mais aussi par celle de ce déphasage (p (et donc de la structure de l'empilement), qui permet d'ajuster de manière fine la position de ces encoches sur les raies d'émission que l'on cherche à éteindre. Cette optimisation fine peut remédier aux désaccords résiduels entre position des encoches et position des raies d'émission, 15 notamment dans la configuration correspondant à la figure 5. Afin de faciliter la manipulation d'un filtre, il est utile de solidariser la lame 22 à un ou deux supports annulaires 40, 41, comme illustré figure 10. La solidarisation mutuelle de la lame 22 et du support 40 peut 20 s'effectuer par adhérence moléculaire au niveau de leurs surfaces 40a et 24 respectives ; la solidarisation de la lame 22 et du support 41 peut se faire par adhérence moléculaire au niveau de leurs faces respectives en regard 41a et 25. Cette solidarisation rend le filtre plus solide et est de préférence réalisée avant dépôt des couches minces 28, 29 sur les faces 24 et 25.Indeed, the extinction wavelengths of these filters are defined by the following relation: 27L 2n (X) e + 2cp (X) = 2k7r where e denotes the thickness of the plate, n (X, ) its refractive index, X the wavelength, k an integer called interference order and (p (X) the reflection phase shift on thin film stacks covering surfaces 24 and 25. As a result, optimization of the performance of a filter passes not only by that of its thickness and its index (the product of which globally fixes the pitch of the notches), but also by that of this phase shift (p (and therefore of the structure of the (stack), which allows to fine-adjust the position of these notches on the emission lines that one wants to extinguish.This fine optimization can remedy the residual disagreements between position of the notches and position of the emission lines , In particular in the configuration corresponding to FIG. If a filter is used, it is useful to secure the blade 22 to one or two annular supports 40, 41, as shown in FIG. 10. The mutual attachment of the blade 22 and the support 40 can be achieved by molecular adhesion at the their respective surfaces 40a and 24; the joining of the blade 22 and the support 41 can be done by molecular adhesion at their respective facing faces 41a and 25. This joining makes the filter more solid and is preferably produced before depositing the thin layers 28, 29 on the faces 24 and 25.

25 Un avantage important des filtres de notch utilisés conformément à l'invention, est leur très grande efficacité pour atténuer des raies spectrales multiples dans un flux lumineux, grâce à une largeur de raie (encoche) 2906044 11 inférieure à 100 picomètres, un facteur de suppression supérieur à 1000 et de très faibles pertes. Cette efficacité permet la mise en série de plusieurs filtres de caractéristiques spectrales différentes, de réaliser ainsi une suppression 5 complète de l'ensemble des raies de OH dans un domaine spectral donné, sans provoquer d'atténuation notable du flux lumineux utile en dehors des plages de longueur d'onde correspondant aux encoches.An important advantage of the notch filters used in accordance with the invention is their very high efficiency in attenuating multiple spectral lines in a luminous flux, by virtue of a line width (notch) of less than 100 picometers, a factor of suppression above 1000 and very low losses. This efficiency makes it possible to put in series several filters of different spectral characteristics, thus achieving complete suppression of all the OH lines in a given spectral range, without causing significant attenuation of the useful luminous flux outside the ranges. wavelength corresponding to the notches.

Claims

1. Device for attenuating emission lines (20) in a light flux (30), characterized in that it comprises a transparent blade (22) having two faces (24, 25) parallel to each of which extends a stack (26, 27) of thin layers (28, 29) of dielectric materials of different refractive indices which are arranged to form a mirror on each of the two faces, the two mirrors having identical performances, the blade and the mirrors forming a Fabry-Perot filter whose reflection spectrum comprises notches (32).

2. Device according to claim 1 wherein the transparent plate is formed by the space separating the two mirrors, this space being under vacuum or filled with a gas.

3. Device according to claim 1 wherein the blade is formed of a solid material, and the thin layers forming a mirror are deposited on the main faces (24, 25) of this solid blade.

4. Device according to any one of claims 1 to 3 wherein the depth of each notch in the reflection spectrum, is at least equal to 99% - in particular at least equal to 99.9% - of the amplitude 20 spectrum.

5. Device according to any one of claims 1 to 4 wherein the width of each notch of the reflection spectrum, measured at mid-height - ie half amplitude of the spectrum - is at most equal to 100 picometers, in particular close to 10 picometers at about 50 picometers.

6. Device according to any one of claims 1 to 5 wherein the average number of notches in a wavelength range 2906044 13 100 nanometers wide is at least about 5, in particular of the order from about 10 or 20 notches to about 100, 150 or 200 notches.

7. Device according to any one of claims 1 to 6 wherein the notches extend in a wavelength range between about 700 nm and about 2200 nm, the width of the range may be at least equal to About 100 nm.

8. Device according to any one of claims 1 to 7 wherein the thickness of the blade is in a range of about 0.02 millimeters to about 2 millimeters. 10

9. Device according to any one of claims 1 or 3 to 8 wherein the blade is made of a material selected from glass, silica or silicon.

10. Device according to any one of claims 1 to 9 wherein the thin layers are made of a material selected from silica (SiO2), magnesium fluoride (MgF2), tantalum pentoxide (Ta2O5), dioxide. hafnium (HfO2), titanium dioxide (TiO2) or niobium pentoxide (Nb2O5).

11. Device according to any one of claims 1 to 10 which comprises at least two Fabry-Perot filters arranged in series: a first filter whose reflection spectrum comprises first notches for some first wavelengths, and a second filter whose reflection spectrum comprises second notches for distinct second wavelengths, mostly at least first wavelengths.

12. Device according to any one of claims 1 to 11 which comprises a dichroic filter arranged to separate a main incident light flux into two secondary light flux, and two Fabry-Perot filters respectively arranged on the paths of the two secondary flows. 2906044 14

13. Device according to any one of claims 1 to 12 wherein the blade and the mirrors are integral with at least one support (40, 41) having an opening through which the blade and the mirrors extend, in particular integral with a ring-shaped support. 5

14. Device according to claim 13 wherein the blade is secured to the support (s) by molecular adhesion.

15. Device according to any one of claims 1 to 14 wherein the lack of parallelism of the two (main) faces of the blade is at most equal to one second of arc, in particular of the order of 0.2 second About 10 arc, or less.

16. Device according to any one of claims 1 to 15 wherein each stack of thin layers consists essentially of alternating quarter wave layers.

17. A device according to any one of claims 1 to 16, wherein the thickness e of the blade, its refractive index n (7) and the structure of the thin film stack are jointly optimized so that that the wavelengths defined by the relation 2n 2n (X) e + 2cp (7 ~) = 2kn where k denotes an integer called interference order and cp the phase shift at reflection on the thin film stacks, correspond to exactly, at least for some of them, to those wavelengths of emission lines that one seeks to suppress.

18. Far and / or extraterrestrial objects observation system which comprises a device according to any one of claims 1 to 17.

19. The system of claim 18 wherein the emission lines are OH lines.