ULTRAVIOLET

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Historique et techniques de l'ultraviolet

Les radiations ultraviolettes sont émises par de nombreuses sources tant naturelles (cf. soleil, étoiles) qu'artificielles (cf. infra, Sources d'ultraviolet). Leur détection est également facile, par suite de leur grande activité photochimique et photoélectrique. Mais l'ultraviolet est, d'une façon générale, très fortement absorbé par la matière, et la technologie dans ce domaine est dominée par le problème de la transmission, surtout dans l'ultraviolet lointain où se trouvent des régions d'absorption pour tous les corps, même parmi les plus simples, comme l'hélium, qui est transparent dans toutes les autres régions spectrales.

Le seuil de visibilité de l'œil humain (vers 380 nm) est variable selon les individus et leur âge. Cette limite ne provient d'ailleurs pas d'un manque de sensibilité des éléments détecteurs de la rétine, mais de l'absorption par les milieux traversés par le rayonnement, en particulier le cristallin : l'opération de la cataracte a pour conséquence d'étendre le domaine de vision dans l'ultraviolet. En 1801, Johann W. Ritter mit en évidence un rayonnement au-delà de la région visible du spectre, par son action photochimique sur les sels d'argent, et ouvrit ainsi l'accès aux régions de l'ultraviolet proche et moyen dans lesquelles les techniques ne sont pas très différentes de celles qui correspondent au spectre visible, les prismes de quartz et les plaques photographiques habituelles pouvant y être utilisés. Mais il fallut presque un siècle après la découverte de Ritter pour accéder à l'ultraviolet lointain.

C'est en effet vers 1893 que se place la découverte de V. Schumann qui reconnut et supprima les trois obstacles à la transmission du rayonnement en dessous de la limite extrême de 183 nm atteinte par G. G. Stokes en 1862 : le quartz, qu'il remplaça par la fluorine, la gélatine, qu'il parvient à retirer presque complètement des plaques photographiques, l'air enfin, qu'il élimina à cause de l'absorption par l'oxygène qui débute vers 195 nm (bandes de Schumann-Runge) et qui oblige ainsi à opérer sous vide dans toute la région de l'ultraviolet lointain à laquelle on donne souvent, pour cette raison, le nom d'« ultraviolet à vide ». À titre d'exemple, à 142 nm, l'intensité du rayonnement est réduite au dix-millième de sa valeur par 1 mm d'air à la pression atmosphérique.

George Stokes

Photographie : George Stokes

Le physicien et mathématicien britannique George Gabriel Stokes (1819-1903), vers 1890. 

Crédits : Hulton Archive/ Getty Images

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La transmission de la fluorine cesse à 123 nm, et il n'existe d'ailleurs plus aucun matériau transparent sous les épaisseurs permettant de réaliser des composants optiques, en dessous de 105 nm, limite du fluorure de lithium (qui n'existe pas dans la nature, mais dont on sait maintenant produire artificiellement des cristaux de qualité).

L'étape suivante fut franchie au début du xxe siècle par T. Lyman qui introduisit comme élément disperseur le réseau de diffraction utilisé en réflexion, c'est-à-dire sans aucune traversée de matière par le rayonnement ; en outre, le réseau, gravé sur un support concave, rassemble en un seul élément les fonctions de dispersion et de focalisation, avantage appréciable compte tenu de la faible valeur des pouvoirs réflecteurs dans l'ultraviolet lointain. Des techniques modernes (association d'une couche de fluorure de magnésium avec une couche d'aluminium de haute qualité, déposée sous vide par évaporation ultrarapide) permettent maintenant d'obtenir des pouvoirs réflecteurs de 60 à 80 p. 100 jusqu'à 110 nm, mais dans l'ultraviolet extrême les pouvoirs réflecteurs sont généralement inférieurs à 20 p. 100, du moins en incidence normale, et le nombre des surfaces réfléchissantes doit être strictement limité. Le réseau de diffraction permit à Lyman non seulement de descendre jusqu'à 25 nm environ, mais de mesurer les longueurs d'onde, ce qui avait été impossible pour Schumann qui ne connaissait pas l'indice de son prisme de fluorine.

Le réseau concave en incidence normale ne permet guère de descendre en dessous de 20 nm, et sa limite d'utilisation courante est située vers 40 nm. Pour les longueurs d'onde inférieures, on augmente l'angle d'incidence sur le réseau de (80 à plus de 890) afin de bénéficier de l'accroissement du pouvoir réflecteur (formules de Fresnel), et même du phénomène de réflexion totale qui se manifeste dans les courtes longueurs d'onde (indices de réfraction inférieurs à l'unité). Cette technique du réseau concave en incidence tangentielle, mise en œuvre pour la première fois par T. H. Osgood en 1927, permit alors d'atteindre 4,4 nm. La jonction av [...]

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Longueurs d'onde et énergies

Longueurs d'onde et énergies
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George Stokes

George Stokes
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Écrit par :

  • : directeur adjoint du laboratoire des hautes pressions du C.N.R.S.
  • : directeur du laboratoire des hautes pressions du C.N.R.S., Bourg-la-Reine

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Pour citer l’article

Jacques ROMAND, Boris VODAR, « ULTRAVIOLET », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/ultraviolet/