Les chercheurs ont développé un nouveau spectromètre imageur qui est beaucoup plus léger et plus petit que les instruments de pointe tout en maintenant le même niveau de performance élevé. En raison de sa petite taille et de sa conception modulaire, le nouvel instrument est sur le point d'apporter cette technique analytique avancée aux véhicules aéroportés et même aux missions d'exploration planétaire.

Les spectromètres d'imagerie enregistrent une série d'images monochromatiques qui sont utilisées à la fois pour l'analyse spatiale et spectrale d'une zone. Cette approche analytique est largement appliquée dans des domaines tels que la science de l'atmosphère, écologie, géologie, Agriculture et foresterie. Cependant, la grande taille des instruments l'a empêché d'être utilisé dans certaines applications.

Dans la revue Optical Society (OSA) Optique appliquée , des chercheurs dirigés par Ronald B. Lockwood du MIT Lincoln Laboratory décrivent leur nouveau spectromètre imageur compact VNIR/SWIR (CCVIS) Chrisp. Il a un volume environ 10 fois ou plus plus petit que la plupart des appareils d'aujourd'hui. Une version du CCVIS mesure 8,3 cm de diamètre et 7 cm de long, environ la taille d'une canette de soda.

Le spectromètre est conçu pour enregistrer des images spectrales sur des longueurs d'onde allant de 400 à 2500 nm. Cela inclut les parties visible et infrarouge proche (VNIR) ainsi que les parties infrarouges proches (SWIR) à ondes courtes du spectre.

"Notre instrument compact facilite l'application de la spectroscopie d'imagerie pour une variété de problèmes scientifiques et commerciaux, comme le déploiement sur de petits satellites pour l'exploration planétaire ou l'utilisation de systèmes aériens sans pilote à des fins agricoles, " a déclaré Lockwood. "Nous pensons que notre nouveau spectromètre pourrait également être utilisé pour étudier le changement climatique, l'une des applications les plus passionnantes d'un spectromètre imageur."

Fabriquer un spectromètre plus petit

La plupart des spectromètres d'imagerie actuels utilisent une configuration optique Offner-Chrisp car elle offre un excellent contrôle des erreurs optiques appelées aberrations. Cependant, cette conception nécessite une configuration optique relativement importante. Le nouveau CCVIS développé par les chercheurs fonctionne à peu près comme la configuration Offner-Chrisp mais avec de nouveaux composants optiques qui créent un design plus compact.

Pour créer le nouveau CCVIS, les chercheurs ont utilisé une lentille catadioptrique qui combine des éléments réfléchissants et réfractifs en un seul composant. Cela a créé un instrument plus compact tout en contrôlant les aberrations optiques. Les chercheurs ont également utilisé un réseau de réflexion plat spécial qui est immergé dans un milieu réfractif plutôt que dans l'air. Ce réseau prend moins de place qu'un réseau traditionnel tout en conservant la même résolution.

Fabrication facile

"Le CCVIS utilise un réseau plat plutôt qu'un réseau concave ou convexe qui nécessite une fabrication avec des techniques complexes de lithographie par faisceau d'électrons ou d'usinage au diamant, " a déclaré Lockwood. " Nous avons développé une approche de microfabrication photolithographique en niveaux de gris qui utilise une exposition unique pour fabriquer le réseau et ne nécessite pas de traitement par faisceau d'électrons à forte intensité de main-d'œuvre. "

Pour tester leur nouveau design, les chercheurs ont fait la démonstration du spectromètre à l'aide d'une configuration de laboratoire. Leurs expériences ont vérifié que le CCVIS avait les performances attendues sur tout le champ de vision.

"La taille compacte du CCVIS signifie qu'il peut être transformé en modules qui pourraient être empilés pour augmenter le champ de vision, " a déclaré Lockwood. " Il le rend également relativement facile à maintenir stable sans changements de température de sorte que l'alignement optique, et donc des performances spectrales, reste inchangé."

Comme étape vers l'objectif ultime d'une démonstration spatiale, les chercheurs recherchent des fonds pour développer un prototype complet qui pourrait être testé de manière approfondie à partir d'un véhicule aéroporté.