photo-hacheur

Un photochopper est un circuit optoélectronique qui prend une entrée de courant continu stable et la module en un signal alternatif ou pulsé à une fréquence beaucoup plus élevée, généralement de l'ordre du kilohertz au mégahertz. L'appareil y parvient en interrompant mécaniquement ou électroniquement un faisceau lumineux à grande vitesse, en utilisant une photodiode ou un tube photomultiplicateur pour détecter les interruptions et régénérer le signal. Le résultat est une sortie à onde carrée ou hachée qui peut être amplifiée, filtrée ou démodulée en aval.

Le photochopper mécanique classique utilise un disque rotatif ou un diapason avec des sections opaques et transparentes qui bloquent alternativement la lumière d'une lampe lorsqu'elle passe devant un photodétecteur. La vitesse du disque détermine la fréquence de hachage. Les versions modernes à semi-conducteurs remplacent l'élément mécanique par une diode électroluminescente (DEL) qui s'allume et s'éteint électroniquement, ou un modulateur de lumière à semi-conducteurs. Les deux approches découplent l'entrée CC à variation lente des circuits de détection haute fréquence, ce qui améliore le rapport signal/bruit et permet une amplification CA là où l'amplification CC dériverait ou échouerait.

Les photochoppers apparaissent fréquemment dans les instruments de précision : les amplificateurs à détection synchrone les utilisent pour moduler et démoduler des signaux faibles enfouis dans le bruit, tandis que les systèmes de mesure optique les emploient pour extraire les composantes CA des sorties de photodiode sans pertes de couplage capacitif. Les équipements médicaux et les instruments analytiques utilisent également des photochoppers pour séparer les signaux de mesure du bruit de fond CC et de la dérive thermique. La technique est particulièrement précieuse lorsque l'impédance d'entrée est très élevée ou lorsque les condensateurs ne peuvent pas être utilisés.

Usure et limitations

Les photochoppers mécaniques souffrent de l'usure des roulements, de la contamination du chemin optique par la poussière et de l'instabilité de la vitesse si l'entraînement du moteur est bruyant. La synchronisation avec des circuits externes nécessite un réglage minutieux de la fréquence de hachage. Les versions à semi-conducteurs évitent ces problèmes mécaniques mais introduisent une non-linéarité et une sensibilité à la température dans la DEL ou le modulateur, et la vitesse de commutation fixe une limite supérieure stricte à la fréquence réalisable. Les erreurs de cycle de service (temps d'activation et de désactivation inégaux) corrompent la symétrie de sortie et introduisent une distorsion harmonique.

Le terme photochopper reflète sa double nature : c'est fondamentalement un chopper (un circuit qui hache ou commute un signal), mis en œuvre à l'aide de la photonique (le photodétecteur et la source lumineuse). Dans la littérature plus ancienne, il peut apparaître sous le nom de chopper optique ou de chopper à photomultiplicateur lorsqu'un tube photomultiplicateur est l'élément de détection. L'appareil se situe à la frontière entre l'instrumentation mécanique et électronique, et les conceptions modernes tendent vers des implémentations entièrement électroniques où l'élément optique devient un détail secondaire du mécanisme de commutation.