EP0998679A1 - Dispositif d'analyse d'impulsion unique a pas variable - Google Patents

Dispositif d'analyse d'impulsion unique a pas variable

Info

Publication number
EP0998679A1
EP0998679A1 EP98940297A EP98940297A EP0998679A1 EP 0998679 A1 EP0998679 A1 EP 0998679A1 EP 98940297 A EP98940297 A EP 98940297A EP 98940297 A EP98940297 A EP 98940297A EP 0998679 A1 EP0998679 A1 EP 0998679A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
line
optical
propagation
laser beam
pitch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98940297A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Marc Cuzin
Marie-Claude Gentet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP0998679A1 publication Critical patent/EP0998679A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/02—Measuring characteristics of individual pulses, e.g. deviation from pulse flatness, rise time or duration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R13/00—Arrangements for displaying electric variables or waveforms
    • G01R13/20—Cathode-ray oscilloscopes
    • G01R13/22—Circuits therefor
    • G01R13/34—Circuits for representing a single waveform by sampling, e.g. for very high frequencies
    • G01R13/347—Circuits for representing a single waveform by sampling, e.g. for very high frequencies using electro-optic elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0046—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof characterised by a specific application or detail not covered by any other subgroup of G01R19/00
    • G01R19/0053—Noise discrimination; Analog sampling; Measuring transients
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49204—Contact or terminal manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49204—Contact or terminal manufacturing
    • Y10T29/49208—Contact or terminal manufacturing by assembling plural parts

Definitions

  • the invention relates to the field of electrical samplers, in particular for pulses having short or very short durations.
  • Pulse metrology makes it possible to describe the temporal evolution of a signal, or of an electrical pulse, in particular of its voltage or of its energy, when this signal, or this pulse, is unique (non-repetitive), and very brief (that is to say has a duration of the order of a few tens of picoseconds).
  • Such pulses to be measured generally come from very fast radiation detectors, which convert into electrical pulses the energy of a radiation pulse which they receive, for example an X or gamma, or visible, or infrared radiation pulse.
  • Such radiation can be emitted by ultrafast radiation sources, such as lasers or synchrotron radiation sources, or can be the result of a laser-matter interaction caused by an ultrafast laser (i.e. the duration of the pulse is in the picosecond or femtosecond domain).
  • the invention can be applied to any measurement of a very brief, non-repetitive electrical signal, in particular in the physics of events, or in the measurement of events, generated by picosecond phenomena.
  • FIG. 1 It comprises a propagation line 2 into which is introduced, and along which propagates, a pulse signal 4 to be measured.
  • sampling doors 6 made of a photoconductive material (CdTe).
  • CdTe photoconductive material
  • These sampling gates are associated with sampling lines 8, each being itself followed by a means for reading the charges. All of the means for reading the charges are assembled in a device 10 for reading the charges.
  • Each sampling gate 6 is closed by means of a light pulse 14 of "" triggering: it takes as much of light trigger pulses that there are sampling gates. This device therefore requires a picosecond optical flash of a few tens of nanojoules to trigger the sampling.
  • the samplers of this device (photoconductors) therefore take part of the signal present at their level on the line. They are placed in parallel on this propagation line.
  • FIG. 2 An optoelectronic sampling system, incorporating a device of the type described above, was disclosed in the thesis of Vincent GERBE (Joseph Fourier University, Grenoble, September 24, 1993). This system is shown diagrammatically in FIG. 2. It includes a sampler 1, at 16 photoswitches, operating on the principle described above in conjunction with FIG. 1. A picosecond laser, not shown in the figure, delivers pulses 16, at a rate of 0.2 Hertz, and at a wavelength of 0 , 53 ⁇ m. A set of 18-24 mirrors constitutes an optical delay. The beam is then focused by means of a cylindrical lens 26 on all of the photoconductors. The irradiated surface is thus of the order of 4 cm ⁇ 100 ⁇ m.
  • a pulse to be analyzed (of width at mid-height equal to approximately 150 picoseconds) is generated by a detector 28 of the pre-irradiated GaAs type n, illuminated by a part of the beam.
  • the pulse can be viewed, after sampling, on a viewing device 30.
  • the sampling device 1 has 16 sampling channels, the sampling step being 18 picoseconds.
  • Such a device is fixed with regard to the total length of the pulse that the device is capable of analyzing. Similarly, it is fixed with regard to the sampling step and therefore the precision with which one wants to analyze the pulse: indeed, p the sampling interval ⁇ T is equal to -, where p
  • the ultra-fast laser pulse (time width between 1.2 and 1.6 picoseconds, and energy per pulse between 200 and
  • each stud photoconductor has a dimension of the order of 120x20 ⁇ m 2 , ie an area of about 2.10 "3 mm 2 per photoconductor.
  • the efficiency defined by the ratio between the injected power and the useful power, is therefore very low .
  • the laser here a frequency-doubled YAG laser
  • the photoconductive pads therefore do not receive the same energy with each laser shot. It would therefore be desirable to have an optical interface making it possible to attenuate the influence of spatial instabilities, while having a simple implementation.
  • the invention firstly relates to a single electrical pulse analysis device comprising an electrical circuit consisting of a propagation line comprising, on a regular basis, optoelectronic switches constituted by photoconductive pads, each being connected to a corresponding analysis line, and an optical device making it possible to illuminate the switches with a laser beam or portions of a laser beam, two adjacent switches being illuminated successively, not simultaneously.
  • a successive sampling of the photoconductors is therefore carried out, which makes it possible, with the same propagation structure, to sample with a smaller or larger pitch than that corresponding to the spacing of the lines on the structure.
  • the optical device makes it possible to use the analysis device in variable ranges with regard to the total length of the pulse that it is capable of analyzing, and the sampling step (therefore the precision) with which one wants to analyze the impulse.
  • the invention also relates to a single electrical pulse analysis device comprising an electrical circuit consisting of a propagation line comprising, on a regular basis, optoelectronic switches constituted by photoconductive pads, each of them being connected to a corresponding analysis line, and an optical device making it possible to illuminate the switches with portions of a laser beam, each portion of the beam corresponding to a switch, this optical device introducing an optical delay between two neighboring portions of laser beam corresponding to two photoconductors neighboring the propagation line.
  • the optical device comprises a bundle of optical fibers of variable length from one fiber to another.
  • This system is easily interchangeable. If, from one fiber to another, the total length is increased by A £, the sampling interval will be varied by approximately ⁇ ⁇ ⁇ / V f , where V f is the speed of propagation of light in the fiber. In addition, the energy efficiency of this system is better than in the case where a single cylindrical lens is used. This system also has a very simple implementation.
  • the fibers can be positioned in grooves of an etched substrate.
  • Focusing means can also be arranged at the outlet of the optical fibers, for example in a groove or cavities etched in a substrate.
  • the fibers are held on one side in a holding tube and, on the other side, in a holding device.
  • the optical device comprises an energy distributor made up of optical guides produced in a substrate.
  • the optical device comprises a reflector provided with reflecting zones arranged so as to introduce an optical delay.
  • the optical device comprises a stepped device introducing a delay from one portion of the beam to another.
  • the invention also relates to a single electrical pulse analysis device comprising an electrical circuit consisting of a propagation line comprising, on a regular basis, optoelectronic switches constituted by photoconductive pads, each being connected to a line d 'corresponding analysis, and an optical device for illuminating the switches with a laser beam, this optical device comprising a plane mirror located parallel to the propagation line and the analysis lines.
  • the photoconductors can be arranged along the propagation line at a pitch p greater than the pitch p m defined by:
  • V where L is the width of an analysis line, V c the propagation speed of an electrical signal in the propagation line and t the average recombination time of the photoconductors. This prevents the return of an electric pulse, due to an impedance mismatch at each pad, from disturbing the sampled signal.
  • the n photoconductive pads are preferably arranged at a pitch p along the propagation line, a distance b separating the first pad from the line end line, the following relationship being satisfied for any pad N (2 ⁇ N ⁇ n) and for all k, l ⁇ k ⁇ Nl:
  • V c denotes the speed of propagation of an electrical signal in the line
  • ⁇ t is the duration of the time interval separating the illumination, by the beam laser, from two neighboring studs.
  • the pads are preferably arranged along the line at a pitch p, the duration ⁇ t of the time interval separating the illumination, by the laser beam, of two neighboring pads, being such that: ⁇ ⁇ t
  • V c is the propagation speed of an electrical signal in the propagation line.
  • the second disturbance created by each light pulse, on each pad, then does not disturb the sampling of the other pads.
  • FIGS. 3 to 8 relate to a first embodiment of the invention, using optical fibers
  • FIG. 9 represents a second embodiment of the invention, with guided optics
  • - Figures 10 and 11 relate to a third embodiment of the invention, with reflecting surfaces
  • - Figure 12 relates to a fourth embodiment in which the parallel beam, of wavelength of illumination of the photoconductors being fixed , passes through a prism
  • FIGS. 13 and 14 relate to a fifth embodiment of the invention, with an optical staircase
  • FIGS. 15 to 17 illustrate the propagation of disturbances along the propagation line
  • FIG. 18 shows a propagation line with a straight part and a bend part, or "S".
  • the sampling interval ⁇ T of the electrical signal is therefore:
  • ⁇ T ⁇ t + p / V c , where p is the pitch between two neighboring photoconductors and V c is the speed of movement of the signal in the propagation line.
  • ⁇ T can be negative or positive.
  • the successive sampling of the photoconductors makes it possible, with the same propagation structure, to sample with a smaller or larger pitch than that corresponding to the spacing of the lines on the structure.
  • references 32-1, ..., 32-5 designate photodetector pads of an analysis device of the type described above in connection with FIG. 1.
  • the free end of each of the fibers 34-1, ..., 34-5 faces a photodetector pad.
  • the dimensions of each of the studs are gxl, where g denotes the "gap", or spacing, and where 1 denotes the width of the stud.
  • g 50 ⁇ m
  • l 120 ⁇ m.
  • g must be large enough to avoid distortion of the signal propagating on the line by capacitive influence of the sampling lines. However, too large a g decreases the sensitivity of the system.
  • the fibers are of increasing length, preferably regularly increasing: the length of the fiber 34-1 is greater than that of the fiber 34-2, which is itself greater than that of the fiber 34-3, etc.
  • the distance between the fiber outputs and the photodetector pads of the analysis device is constant.
  • the fibers are multimode fibers with an index gradient, which makes it possible to obtain a fairly low dispersion.
  • These are for example fibers with a core diameter of 100 ⁇ m, a mantle diameter of 140 ⁇ m and a numerical aperture of 0.29 (“PSI" fibers), or fibers with a core diameter of 50.5 ⁇ m, a mantle diameter of 125 ⁇ m and 0.21 digital aperture (“NSG” type fibers).
  • FIG. 4 represents, in perspective, the positioning of two fibers 34-1, 34-2 facing a strip 32 of photodetector.
  • a lens 36-1, 36-2 can be arranged in the path of the beam, between the output face of each of the fibers and the corresponding photodetector pad.
  • the exit faces of the fibers are more than 0.5 mm from the photodetectors 35-i or from the array 32 of photodetectors. At such a distance, there is no problem of disturbance of the electrical signal circulating in the line and, on the other hand, it is thus possible to overcome the problems that could arise from flatness defects in different elements.
  • g for example 50 ⁇ m
  • the fibers can be integrated into a block of fibers holding them.
  • a bar can integrate the n lenses 36-1, 36-2 " spaced apart at the pitch p of the studs, which simplifies the positioning of the assembly.
  • FIG. 5 represents an assembly comprising a strip 32 of photodetector, a strip 36 of lens, and a device 34 for holding the fibers.
  • the distance D between the lens strip 36 and the strip 32 of photodetectors is, as said above, preferably greater than or equal to 0.5 mm.
  • the distance d between the lens strip and the fiber holding device can be variable: it can for example be 0 (the two devices 34 and 36 are then glued to each other).
  • FIG. 6 Another device 38 for linear positioning and holding the fibers is illustrated in Figure 6.
  • This device comprises a machined substrate 40, for example ceramic.
  • the machining makes it possible to produce a channel 42 for each fiber.
  • Focusing means for example balls, can also be maintained by this substrate.
  • FIG. 6 shows the support 38 into which a fiber 46 and a focusing ball 48 are introduced.
  • the support 38 allows the positioning and bonding of the balls in the groove 44. In place of the groove, microcavities can be provided.
  • the fibers are bonded in the channels 42 provided for this purpose.
  • FIG. 8 represents the mounting of the fibers, on the one hand in a holding tube 50 (on the injection side of the laser beam in the fibers) and on the other hand in a device 52 for holding and linear positioning of the fibers.
  • the fibers are, for example, approximately
  • a beam which is placed in front of the laser which delivers the pulses for example a doubled YAG laser (frequency equal to 530 nm).
  • a laser device can provide a subpicosecond pulse. If one wishes to deposit a few nanojoules on each photoconductive pad (which is necessary to achieve a significant drop in resistivity of the photoconductor) the power at the output of each fiber is therefore of the order of a few kilowatts.
  • the multimode fibers used, with index gradient (which makes it possible to obtain a low dispersion and to inject a lot of power) have a tolerance between them of ⁇ lOO ⁇ m in length (which corresponds to
  • the fibers are stripped in the collective holding tube 50 and sheathed in the substrate 52 for linear positioning.
  • FIG. 9 shows a 1 to 8 distributor.
  • Optical guides 53-1, 53-2, 53-3, ... are formed for example of silver diffused zones, buried in a glass substrate, as described by F. ST ANDRE, P. BENECH, A. KEVORKIAN "Modeling of a semileaky waveguide, SPIE, vol. 1583 (1981)
  • multimode guides are used.
  • monomode potassium guides can also be used. The length of the different guides makes it possible to obtain, at the outlet of the distributor 51, the desired time offsets.
  • FIG. 10 Another way of obtaining a device for forming time-shifted laser pulses is to produce a staircase reflecting structure, as illustrated in FIG. 10.
  • the reference 32 also designates a photoconductive strip 32-1, 32-2, 32-3.
  • a pulsed laser beam 54 passes through a cylindrical lens 56.
  • Reflective zones 58-1, 58-2, 58-3 make it possible to direct portions of the laser beam on each of the photoconductive elements.
  • the reflective areas are arranged so that the optical path, from one beam to another, is increasing: thus the photoconductors are not illuminated at the same time, but at different times.
  • the sampling interval between two successive illuminations is fixed. This embodiment is further illustrated in FIG. 11.
  • the reflective zones 58-1, 58-2, 58-3 are produced on the surface of a support 60 on sides H and D.
  • the lower edge of the support is arranged at a distance E from the strip 32 of photoconductors.
  • the distance E does not intervene for a variation of ⁇ T.
  • This system makes it possible to obtain a better energy yield than with a cylindrical lens alone.
  • the parallel beam, of wavelength of illumination of the photoconductors being fixed, passes through a corner prism at the apex ⁇ .
  • FIG. 13 Another embodiment is illustrated in FIG. 13 where the reference 56 also designates a cylindrical lens.
  • the laser beam 54 encounters on its path a glass staircase 66, the steps of which have a height m, each step corresponding to a photoconductive pad of a strip 32 of photoconductors.
  • the staircase is located at a distance E from the bar 32.
  • a staircase 68 having the shape illustrated in FIG. 14.
  • the planes 68-1, 68-2.68-3 of the different steps, which the different portions of the beam cross laser, are connected by planar surfaces which are not perpendicular to them, but inclined at an angle ⁇ with respect to the normal.
  • stairs with a different step height m give sampling intervals ⁇ T which vary.
  • m constant, a variation of the pitch p makes it possible to vary ⁇ T.
  • FIG. 15 represents two photoconductors 32-1, 32-2, with the corresponding sampling lines 33-1, 33-2, of width L.
  • the pitch of the photoconductor strip is p.
  • the electrical pulse propagating in line 2 will undergo, at each pad, a variation in impedance, and therefore a reflection.
  • perturbation 76 propagating in the other direction
  • perturbation 76 propagating in the other direction
  • the attenuation of the signal over such a length is very important, and all the more so as the frequency is high (attenuation of approximately -ldB on a line of 1 cm at 30 GHz). We therefore seek to reduce the useful length, and to delay the laser pulses to make a sampling interval of 9ps.
  • the minimum boring distance b is 172.5 ⁇ m and the maximum boring distance b is 2.22cm.
  • the optical interface is a system of 64 fibers, the length difference between two neighboring fibers is 1.5 mm. They can be positioned opposite the studs with a linear positioning system.
  • the advantage of such a device is to be able to analyze even longer pulses, either by keeping 64 points and by increasing the illumination delay from one pad to another (solution II), or by increasing the number of points and keeping the illumination delay from one fiber to the next
  • Solutions II and III for analyzing long electrical signals make it possible to measure pulses of the order of 2 ns.
  • Solution III has an advantage compared to solution II, it is its very high resolution (220 points instead of 64 points), but such a resolution is not necessarily always necessary.
  • the total length is greater than or equal to nxp + length of I pad
  • a 64-point sampler with a 180 ⁇ m pitch matched with different fiber bundles therefore seems a good solution. It allows a slightly deformed pulse measurement and above all a good flexibility as for the sampling interval. Indeed, we can vary the sampling interval from less than 9 ps to more than 30 ps and therefore the width of the pulse that we can measure will vary from less than 567 ps to more than 1.89 ns .

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif d'analyse d'impulsion électrique unique comportant un circuit électrique constitué d'une ligne de propagation comportant, de manière régulière, des interrupteurs optoélectroniques constitués par des plots photoconducteurs, chacun d'entre eux étant relié à une ligne d'analyse correspondante, et un dispositif optique (34-1, 34-2, 34-3, 34-4, 34-5) permettant d'éclairer les interrupteurs avec un faisceau laser, deux interrupteurs voisins étant éclairés de manière successive, non simultanée.

Description

DISPOSITIF D'ANALYSE D'IMPULSION UNIQUE A PAS VARIABLE
DESCRIPTION
Domaine technique
L'invention concerne le domaine des échantillonneurs électriques, en particulier pour des impulsions présentant des durées courtes ou très courtes . La métrologie d'impulsions permet de décrire l'évolution temporelle d'un signal, ou d'une impulsion électrique, en particulier de sa tension ou de son énergie, lorsque ce signal, ou cette impulsion, est unique (non répétitive), et très brève (c'est-à-dire présente une durée de l'ordre de quelques dizaines de picosecondes) .
De telles impulsions à mesurer sont généralement issues de détecteurs de rayonnement très rapides, qui convertissent en impulsions électriques l'énergie d'une impulsion de rayonnement qu'ils reçoivent, par exemple une impulsion de rayonnement X ou gamma, ou visible, ou infrarouge. De tels rayonnements peuvent être émis par des sources de rayonnement ultrarapides, telles que des lasers ou des sources de rayonnement synchrotron, ou peuvent être le résultat d'une interaction laser-matière provoquée par un laser ultrarapide (c'est-à-dire dont la durée de l'impulsion est du domaine de la picoseconde ou de la femtoseconde) . L'invention peut s'appliquer à toute mesure de signal électrique très bref, et non répétitif, en particulier dans la physique d'événements, ou dans la mesure d'événements, générés par des phénomènes picosecondes .
Etat de la technique II existe actuellement sur le marché des oscilloscopes à échantillonnage pour mesure de signaux dont le spectre s'étend jusqu'à 50GHz ou 70GHz. Ces appareils permettent de mesurer des impulsions répétitives. La fréquence d'échantillonnage est variable, typiquement de 250 KHz à 1 GHz.
Pour mesurer des impulsions uniques, des appareils commercialisés existent sur le marché. Ils permettent de restituer un spectre jusqu'à 10GHz.
Il est cependant nécessaire, en particulier pour les oscilloscopes, de disposer d'une source de lumière picoseconde synchrone de l'impulsion électrique à analyser, ce qui limite le domaine d'applications.
On connaît également des dispositifs reposant sur le principe de" l'échantillonnage spatial d'une impulsion se propageant sur une ligne de propagation. Il en résulte une équivalence spatiale de l'évolution temporelle de cette impulsion, qui se propage sur la ligne avec une vitesse dépendant des caractéristiques physiques de celle-ci. A un instant t déterminé, si la ligne est de longueur suffisante, la totalité de l'impulsion est spatialement répartie le long de la ligne.
Si des échantillonneurs sont disposés le long de la ligne de propagation, leur actionnement simultané permet de réaliser un échantillonnage complet de l'impulsion, avec un pas temporel égal au pas spatial des échantillonneurs, divisé par la vitesse de propagation. En particulier, le document EP-327 420 décrit un dispositif optoéchantillonneur, qui mesure des signaux de bande passante jusqu'à 35GHz. Ce dispositif est illustré sur la figure 1. Il comporte une ligne de propagation 2 dans laquelle est introduit, et le long de laquelle se propage, un signal impulsionnel 4 à mesurer. Le long de la ligne de propagation sont disposées, de manière régulière, des portes d'échantillonnage 6 en un matériau photoconducteur (CdTe) . Ces portes d'échantillonnage sont associées à des lignes de prélèvement 8, chacune étant elle-même suivie d'un moyen de lecture des charges. L'ensemble des moyens de lecture des charges est rassemblé dans un dispositif 10 de lecture des charges. Ces moyens de lecture de charges sont reliés à un ordinateur 12 programmé pour mesurer les charges relatives à chaque canal et analyser l'impulsion 4. Chaque porte d'échantillonnage 6 est fermée grâce à une impulsion lumineuse 14 de ""déclenchement : il faut autant d'impulsions lumineuses de déclenchement qu'il y a de portes d'échantillonnage. Ce dispositif nécessite donc un flash optique picoseconde de quelques dizaines de nanojoules pour déclencher l'échantillonnage.
Les échantillonneurs de ce dispositif (des photoconducteurs) prélèvent donc une partie du signal présent à leur niveau sur la ligne. Ils sont placés en parallèle sur cette ligne de propagation.
Un système d'échantillonnage optoélectronique, incorporant un dispositif du type décrit ci-dessus, a été divulgué dans la thèse de Vincent GERBE (Université Joseph Fourier, Grenoble, 24 Septembre 1993) . Ce système est représenté schématiquement sur la figure 2. Il comporte un échantillonneur 1, à 16 photocommutateurs, fonctionnant sur le principe décrit ci-dessus en liaison avec la figure 1. Un laser picoseconde, non représenté sur la figure, délivre des impulsions 16, à un rythme de 0,2 Hertz, et à une longueur d'onde de 0,53 μm. Un jeu de miroirs 18-24 constitue un retard optique. Le faisceau est ensuite focalisé au moyen d'une lentille cylindrique 26 sur l'ensemble des photoconducteurs. La surface irradiée est ainsi de l'ordre de 4cmxl00μm. Une impulsion à analyser (de largeur à mi- hauteur égale à environ 150 picosecondes) est générée par un détecteur 28 de type GaAs pré-irradié n, éclairé par une partie du faisceau. L'impulsion peut être visualisée, après échantillonnage, sur un dispositif de visualisation 30.
Le dispositif d'échantillonnage 1 comporte 16 voies d'échantillonnage, le pas d'échantillonnage étant de 18 picosecondes. La ligne principale a une longueur L=40 mm pour une longueur utile Lu=32 mm. Un tel dispositif est figé en ce qui concerne la longueur totale de l'impulsion que le dispositif est capable d'analyser. De même, il est figé en ce qui concerne le pas d'échantillonnage et donc la précision avec laquelle on veut analyser l'impulsion : en effet, p l'intervalle d'échantillonnage ΔT est égal à — , où p
est la distance entre deux photoconducteurs et Vc la vitesse de propagation du signal dans la ligne 2.
De plus, l'impulsion laser ultrarapide (largeur temporelle comprise entre 1,2 et 1,6 picosecondes, et énergie par impulsion comprise entre 200 et
300 μjoules) a une forme elliptique (43x0,4 mm2), soit une surface d'environ 7 mm2. Or, chaque plot photoconducteur a une dimension de l'ordre de 120x20μm2, soit une surface d'environ 2.10"3mm2 par photoconducteur. Pour chaque photoconducteur, le rendement, défini par le rapport entre la puissance injectée et la puissance utile, est donc très faible.
Il est donc souhaitable de trouver un système optique permettant d'augmenter le rendement de la puissance injectée/puissance utile.
Un autre problème lié à l'interface optique de ce système est l'utilisation d'une lentille cylindrique 26 : le laser, ici un laser YAG doublé en fréquence, a une stabilité moyenne d'un coup sur l'autre, et cette instabilité s'ajoute à celle créé par l'utilisation de la lentille. Les plots photoconducteurs ne reçoivent donc pas, à chaque tir laser, la même énergie. Il serait donc souhaitable de disposer d'une interface optique permettant d'atténuer l'influence des instabilités spatiales, tout en ayant une mise en oeuvre simple.
Exposé de l'invention
L'invention a tout d'abord pour objet un dispositif d'analyse d'impulsion électrique unique comportant un circuit électrique constitué d'une ligne de propagation comportant, de manière régulière, des interrupteurs optoélectroniques constitués par des plots photoconducteurs, chacun étant relié à une ligne d'analyse correspondante, et un dispositif optique permettant d'éclairer les interrupteurs avec un faisceau laser ou des portions d'un faisceau laser, deux interrupteurs voisins étant éclairés de manière successive, non simultanée. On réalise donc un échantillonnage successif des photoconducteurs, ce qui permet, avec une même structure de propagation, d'échantillonner avec un pas plus faible ou plus grand que celui correspondant à l'espacement des lignes sur la structure.
Ainsi, le dispositif optique permet d'utiliser le dispositif d'analyse dans des gammes variables en ce qui concerne la longueur totale de l'impulsion qu'il est capable d'analyser, et le pas d'échantillonnage (donc la précision) avec lequel on veut analyser 1 ' impulsion.
L'invention a aussi pour objet un dispositif d'analyse d'impulsion électrique unique comportant un circuit électrique constitué d'une ligne de propagation comportant, de manière régulière, des interrupteurs optoélectroniques constitués par des plots photoconducteurs, chacun d'entre eux étant relié à une ligne d'analyse correspondante, et un dispositif optique permettant d'éclairer les interrupteurs avec des portions d'un faisceau laser, chaque portion du faisceau correspondant à un interrupteur, ce dispositif optique introduisant un retard optique entre deux portions voisines de faisceau laser correspondant à deux photoconducteurs voisins de la ligne de propagation.
L'utilisation d'une optique présentant des retards optiques (positifs ou négatifs) permet d'utiliser le dispositif électro-optique dans des gammes variables en ce qui concerne : — la longueur totale de l'impulsion que le dispositif est capable d'analyser, — le pas d'échantillonnage et donc la précision avec laquelle on veut analyser ladite impulsion. Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif optique comporte un faisceau de fibres optiques de longueur variable d'une fibre à l'autre.
Ce système est aisément interchangeable. Si, d'une fibre à l'autre, la longueur totale est augmentée de A£, on va varier l'intervalle d'échantillonnage d'environ ±Δ^/Vf, où Vf est la vitesse de propagation de la lumière dans la fibre. De plus, le rendement en énergie de ce système est meilleur que dans le cas où une lentille cylindrique seule est utilisée. Ce système a en outre une mise en oeuvre très simple.
Les fibres peuvent être positionnées dans des rainures d'un substrat gravé.
Des moyens de focalisation peuvent en outre être disposés en sortie des fibres optiques, par exemple dans une rainure ou des cavités gravées dans un substrat.
Avantageusement, les fibres sont maintenues d'un côté dans un tube de maintien et, de l'autre côté, dans un dispositif de maintien.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif optique comporte un répartiteur d'énergie constitué de guides optiques réalisés dans un substrat.
Le rendement du système est alors très bon. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif optique comporte un réflecteur muni de zones réfléchissantes disposées de manière à introduire un retard optique.
Le système a alors un rendement en énergie meilleur que celui utilisant une lentille cylindrique seule. Selon encore un autre mode de réalisation, le dispositif optique comporte un dispositif en escalier introduisant un retard d'une portion de faisceau à 1 ' autre . L'invention a également pour objet un dispositif d'analyse d'impulsion électrique unique comportant un circuit électrique constitué d'une ligne de propagation comportant, de manière régulière, des interrupteurs optoélectroniques constitués par des plots photoconducteurs, chacun étant relié à une ligne d'analyse correspondante, et un dispositif optique permettant d'éclairer les interrupteurs avec un faisceau laser, ce dispositif optique comportant un miroir plan situé parallèlement à la ligne de propagation et aux lignes d'analyse.
Le rendement d'un tel dispositif est meilleur qu'avec une lentille cylindrique seule. Ce système est en outre très flexible pour pouvoir analyser des impulsions courtes ou longues, et ceci quel que soit le pas p des photoconducteurs le long de la ligne.
Quel que soit le mode de réalisation envisagé, les photoconducteurs peuvent être disposés le long de la ligne de propagation selon un pas p supérieur au pas pm défini par :
2(Pm ~ L) _
V où L est la largeur d'une ligne d'analyse, Vc la vitesse de propagation d'un signal électrique dans la ligne de propagation et t le temps de recombinaison moyen des photoconducteurs. Ceci permet d'éviter que le retour d'une impulsion électrique, dû à une inadaptation d'impédance à chaque plot, ne perturbe le signal échantillonné. Par ailleurs, on dispose de préférence les n plots photoconducteurs selon un pas p le long de la ligne de propagation, une distance b séparant le premier plot de la ligne de d'extrémité de la ligne, la relation suivante étant satisfaite pour tout plot N(2<N<n) et pour tout k, l<k<N-l :
2b≠kΔtVc-p [k+2 (n-N) ] où Vc désigne la vitesse de propagation d'un signal électrique dans la ligne et où Δt est la durée de l'intervalle de temps séparant 1 ' éclairement, par le faisceau laser, de deux plots voisins.
Ainsi, on évite de perturber l'échantillonnage sur tout les plots photoconducteurs lorsqu'on illumine l'un des plots. De même, les plots sont de préférence disposés le long de la ligne selon un pas p, la durée Δt de l'intervalle de temps séparant 1 ' éclairement, par le faisceau laser, de._ deux plots voisins, étant telle que : — ≠ Δt
Vc où Vc est la vitesse de propagation d'un signal électrique dans la ligne de propagation.
La deuxième perturbation créée par chaque impulsion lumineuse, sur chaque plot, ne perturbe alors pas l'échantillonnage des autres plots.
Brève description des figures
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés a titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente un optoechantillonneur de l'art antérieur, - la figure 2 représente un système optoechantillonneur de l'art antérieur,
- les figures 3 à 8 concernent un premier mode de réalisation de l'invention, mettant en oeuvre des fibres optiques, - la figure 9 représente un second mode de réalisation de l'invention, avec une optique guidée,
- les figures 10 et 11 concernent un troisième mode de réalisation de l'invention, avec des surfaces réfléchissantes, - la figure 12 concerne un quatrième mode de réalisation dans lequel le faisceau parallèle, de longueur d'onde d' éclairement des photoconducteurs étant fixe, passe au travers d'un prisme,
- les figures 13 et 14 concernent un cinquième mode de réalisation de l'invention, avec un escalier optique,
- les figures 15 à 17 illustrent la propagation de perturbations le long de la ligne de propagation,
- la figure 18 représente une ligne de propagation avec une partie rectiligne et une partie à virage, ou en "S".
Description détaillée de modes de réalisation de 1 ' invention Selon l'invention, on ne réalise pas, dans un optoechantillonneur du type décrit ci-dessus en liaison avec la figure 1, un éclairement simultané des photoconducteurs, mais on réalise un éclairement successif des photoconducteurs. Si 1 ' éclairement est réalisé à des instants successifs séparés de Δt, le photoconducteur i est illuminé à l'instant : ti=T0+(n-i)Δt, où To représente l'instant d' éclairement du photoconducteur n.
L'intervalle d'échantillonnage ΔT du signal électrique est donc :
— si le premier plot illuminé est le premier plot vu par le signal :
ΔT=Δt-p/Vc
— si le premier plot illuminé est le dernier plot vu par le signal :
ΔT=Δt+p/Vc, où p est le pas entre deux photoconducteurs voisins et Vc est la vitesse de déplacement du signal dans la ligne de propagation.
Dans le premier cas, ΔT peut être négatif ou positif. Ainsi, suivant les cas, l'échantillonnage successif des photoconducteurs permet, avec une même structure de propagation, d'échantillonner avec un pas plus faible ou plus grand que celui correspondant à l'espacement des lignes sur la structure.
Un premier mode de réalisation va être décrit en liaison avec la figure 3. Sur cette figure, les références 32-1, ..., 32-5 désignent des plots photodétecteurs d'un dispositif d'analyse du type décrit ci-dessus en liaison avec la figure 1. On réalise un faisceau de n fibres (n=nombre de plots photodétecteurs) qui s'épanouissent dans un système de positionnement linéaire, avec un pas correspondant au pas p des plots. L'extrémité libre de chacune des fibres 34-1, ..., 34-5 fait face à un plot photodétecteur. Les dimensions de chacun des plots sont de gxl, où g désigne le "gap", ou espacement, et où 1 désigne la largeur du plot. Typiquement, on a : g=50μm, l=120μm. g doit être suffisamment grand pour éviter une déformation du signal se propageant sur la ligne par influence capacitive des lignes d'échantillonnage. Cependant, un g trop important diminue la sensibilité du système.
Par ailleurs, les plots sont espacés les uns des autres d'un certain pas, défini par l'intervalle de l'échantillonnage voulu (par exemple un pas de 700 μm correspondant à ΔT=6 picosecondes) .
Les fibres sont de longueur croissante, de préférence régulièrement croissante : la longueur de la fibre 34-1 est supérieure à celle de la fibre 34-2, qui est elle-même supérieure à celle de la fibre 34-3, etc. La distance entre les sorties des fibres et les plots photodétecteurs du dispositif d'analyse est constante.
De préférence, les fibres sont des fibres multimodes à gradient d'indice, ce qui permet d'obtenir une dispersion assez faible. Ce sont par exemple des fibres de diamètre de coeur 100 μm, de diamètre de manteau 140μm et d'ouverture numérique 0,29 (fibres "PSI") ou bien des fibres de diamètre de coeur 50,5μm, de diamètre de manteau 125μm et d'ouverture numérique 0,21 (fibres de type "NSG"). La figure 4 représente, en perspective, le positionnement de deux fibres 34-1, 34-2 face à une barrette 32 de photodétecteur. Une lentille 36-1, 36-2 peut être disposée sur le trajet du faisceau, entre la face de sortie de chacune des fibres et le plot photodétecteur correspondant.
De préférence, les faces de sortie des fibres se trouvent à plus de 0,5 mm des photodétecteurs 35-i où de la barrette 32 de photodétecteurs. A une telle distance, il n'y a aucun problème de perturbation du signal électrique circulant dans la ligne et, d'autre part, on peut ainsi s'affranchir des problèmes que pourraient poser des défauts de planéité dans différents éléments.
De préférence, on cherche à obtenir sur la barrette 32 un diamètre à mi-hauteur, pour chaque faisceau, sensiblement égal à g (par exemple 50μm) , ce que permettent de réaliser les lentilles de focalisation 36-1, 36-2.
Les fibres peuvent être intégrées dans un bloc de fibres les maintenant.
De même, une barrette peut intégrer les n lentilles 36-1, 36-2" espacées au pas p des plots, ce qui simplifie le positionnement de l'ensemble.
La figure 5 représente un montage comportant une barrette 32 de photodétecteur, une barrette 36 de lentille, et un dispositif 34 de maintien des fibres. La distance D entre la barrette de lentille 36 et la barrette 32 de photodétecteurs est, comme on l'a dit plus haut, de préférence supérieure ou égale à 0,5 mm. La distance d entre la barrette de lentille et le dispositif de maintien des fibres peut être variable : elle peut être par exemple égale à 0 (les deux dispositifs 34 et 36 sont alors collés l'un sur l'autre) .
Un autre dispositif 38 de positionnement linéaire et de maintien des fibres est illustré en figure 6. Ce dispositif comporte un substrat usiné 40, par exemple en céramique. L'usinage permet de réaliser un canal 42 pour chaque fibre. Des moyens de focalisation, par exemple des billes, peuvent être également maintenus par ce substrat. Par exemple, sur la figure 6, un canal 44 est prévu pour introduire et maintenir une bille de focalisation, en sortie de la fibre. La figure 7 représente le support 38 dans lequel est introduit une fibre 46 et une bille de focalisation 48. Le support 38 permet le positionnement et le collage des billes dans la rainure 44. A la place de la rainure, on peut prévoir des microcavités. De même, les fibres sont collées dans les canaux 42 prévus à cet effet . La figure 8 représente le montage des fibres, d'une part dans un tube de maintien 50 (du côté d'injection du faisceau laser dans les fibres) et d'autre part dans un dispositif 52 de maintien et de positionnement linéaire des fibres. Les fibres sont par exemple longues d'environ
15 cm et sont rassemblées en un faisceau qui est placé en face du laser qui délivre les impulsions, par exemple un laser YAG doublé (fréquence égale 530 nm) . Un tel dispositif laser peut fournir une impulsion subpicoseconde. Si on souhaite déposer quelques nanojoules sur chaque plot photoconducteur (ce qui est nécessaire pour réaliser une importante baisse de résistivité du photoconducteur) la puissance à la sortie de chaque fibre est donc de l'ordre de quelques kilowatts.
Les fibres multimodes utilisées, à gradient d'indice (ce qui permet d'obtenir une faible dispersion et d'injecter beaucoup de puissance) ont une tolérance entre elles de ±lOOμm en longueur (ce qui correspond à
±0,5 picoseconde dans la fibre). De préférence, les fibres sont dégainées dans le tube 50 de maintien collectif et gainées dans le substrat 52 de positionnement linéaire.
Un autre mode de réalisation de 1 ' invention va être expliqué en liaison avec la figure 9. Ce mode de réalisation fait intervenir un guidage optique du faisceau laser dans un répartiteur d'énergie 51. La figure 9 montre un répartiteur de 1 vers 8. Des guides optiques 53-1, 53-2, 53-3, ... sont formés par exemple de zones diffusées d'argent, enterrées dans un substrat en verre, comme décrit par F. ST ANDRE, P. BENECH, A. KEVORKIAN "Modélisation of a semileaky waveguide, SPIE, vol. 1583 (1981) On utilise de préférence des guides multimodes. Cependant, des guides monomodes en potassium peuvent être également utilisés. La longueur des différents guides permet d'obtenir, en sortie du répartiteur 51, les décalages temporels voulus.
Une autre manière d'obtenir un dispositif pour former les impulsions lasers décalées dans le temps est de réaliser une structure réfléchissante en escalier, comme illustré sur la figure 10. Sur cette figure, la référence 32 désigne encore une barrette de photoconducteurs 32-1, 32-2, 32-3. Un faisceau laser impulsionnel 54 traverse une lentille cylindrique 56. Des zones réfléchissantes 58-1, 58-2, 58-3 permettent de diriger des portions du faisceau laser sur chacun des éléments photoconducteurs. Les zones réfléchissantes sont disposées de manière à ce que le trajet optique, d'un faisceau à l'autre, soit croissant : ainsi les photoconducteurs ne sont pas illuminés en même temps, mais à des instants différents. L'intervalle d'échantillonnage entre deux illuminations successives est fixe. Ce mode de réalisation est encore illustré sur la figure 11. Les zones réfléchissantes 58-1, 58-2, 58-3 sont réalisées à la surface d'un support 60 de côté H et D. L'arête inférieure du support est disposée à une distance E de la barrette 32 de photoconducteurs. Si les photoconducteurs sont en nombre n, on prend : H=nxl et D=(n-l)xp+l, où p et 1 désignent respectivement le pas du réseau de photoconducteur et la largeur d'un photoconducteur. L'intervalle d'échantillonnage ΔT est alors égal à : — ΔT= (p-1) /c-p/Vc quand le signal est injecté dans la direction 62, — ΔT= (p-1) /c+p/Vc quand le signal est injecté dans la direction 64.
Dans ces formules, c est la vitesse de la lumière (1,3 mm par picoseconde) et Vc la vitesse de propagation du signal électrique dans la ligne 32 (pour une céramique Vc=l mmx 8,5 picosecondes).
On peut donc ajuster le pas p en fonction de l'intervalle ΔT voulu pour l'un ou l'autre des sens de déplacement du signal.
La distance E n'intervient pas pour une variation de ΔT. On peut donc placer le miroir en escalier assez loin de la barrette de photoconducteurs 32. On voit que, pour des pas raisonnables, on peut avoir des ΔT variés et petits. Ce système permet d'obtenir un meilleur rendement en énergie qu'avec une lentille cylindrique seule. D'autres modes de réalisation mettent en oeuvre les différences de vitesses d'une impulsion laser dans le verre et dans l'air : Vverre 200μm/ps, c=300μm/ps. Dans un mode de réalisation illustré sur la figure 12, le faisceau parallèle, de longueur d'onde d' éclairement des photoconducteurs étant fixe, passe au travers d'un prisme d'angle au sommet α.
Deux faisceaux destinés à éclairer deux plots photoconducteurs distants de p, suivant des trajets dont la longueur géométrique a pour différence psinα si le faisceau entre et sort normalement à la surface d'entrée et de sortie respectivement.
Deux plots successifs sont alors éclairés avec un décalage temporel Δt = ps^n— , V étant la vitesse de la lumière dans le prisme.
Un autre mode de réalisation est illustré sur la figure 13 où la- référence 56 désigne encore une lentille cylindrique. Le faisceau laser 54 rencontre sur son trajet un escalier en verre 66 dont les marches ont une hauteur m, chaque marche correspondant à un plot photoconducteur d'une barrette 32 de photoconducteurs. L'escalier est situé à une distance E de la barrette 32. A chaque marche, et pour chaque plot photoconducteur, l'impulsion a un retard, par rapport à l'impulsion correspondant au plot précédent, de : ΔT= (m/Vverre) - (m/c) =mx (c-Vverre) / (Vverrexc) .
L'intervalle d'échantillonnage ΔT est donc : — ΔT=Δt-p/Vc, quand le signal est injecté suivant la direction 62, et — ΔT=Δt+p/Vc, quand le signal est injecté dans le sens 64.
Afin d'éviter des réflexions indésirables, il est possible d'utiliser un escalier 68 ayant la forme illustrée sur la figure 14. Les plans 68-1, 68-2,68-3 des différentes marches, que traversent les différentes portions du faisceau laser, sont reliés par des surfaces planes qui -ne leur sont pas perpendiculaires, mais inclinées d'un angle α par rapport à la normale. Dans ce mode de réalisation, des escaliers avec une hauteur de marche m différente donnent des intervalles d'échantillonnages ΔT qui varient. De même, m constant, une variation du pas p permet de faire varier ΔT.
Quel que soit le système retenu, une portion du faisceau laser va déclencher chaque photoconducteur de la barrette de photpconducteurs. Soit t le temps de recombinaison de chaque photoconducteur (on considère par exemple des photoconducteurs rapides pour lesquels, t^0,7 picoseconde). La figure 15 représente deux photoconducteurs 32-1, 32-2, avec les lignes d'échantillonnage correspondantes 33-1, 33-2, de largeur L. Le pas de la barrette de photoconducteurs est p. L'impulsion électrique se propageant dans la ligne 2, va subir, à chaque plot, une variation d'impédance, et donc une réflexion. Afin d'éviter que le retour de l'impulsion électrique, causée par cette réflexion, ne soit pris en compte, on prend un pas pm minium défini par : 2x (pm-L) /Vc=t . Ainsi, si la largeur des lignes L est de 120μm, et Vc=118μm/ps, on a un pas minimum, pour t=0,7 ps, d'environ 160μm.
Cette condition permet donc d'éviter le retour d'une perturbation, à partir du plot 32-2, qui est gênante si le photoconducteur 32-1 est encore ouvert.
Par ailleurs, il est préférable d'éviter les perturbations créées par la lecture d'un plot photoconducteur. Comme illustré sur la figure 16, deux perturbations sont créées lors de l'illumination d'un plot 32-1. Leur largeur est sensiblement égale à L, la largeur du plot. Ces deux perturbations 74, 76 partent dans des sens contraires, à la même vitesse que la vitesse de propagation du signal. On va considérer le cas où ΔT=Δt+p/Vc.
De plus, on va considérer le schéma de la figure 17 où une illumination est créée au plot photoconducteur n, ce qui entraîne la naissance d'une perturbation 74 se déplaçant dans le sens du signal. Si, à l'extrémité 78 de la ligne, l'adaptation d'impédance n'est pas idéale, une réflexion de cette perturbation va s'y produire.
Afin que cette perturbation 74 créée au plot n n'arrive pas au plot précédent n-1 quand il sera illuminé à son tour Δt plus tard, et que, de même, elle ne soit pas sur le plot n-2 quand il sera éclairé, à son tour, 2Δt plus tard, etc., on cherche à réaliser la condition :
- (2b+p)/Vc≠ Δt, - (2b+2p) /Vc≠2Δt,
- (2b+(n-l)p)/Vc≠(n-l) Δt. De même, l'impulsion créée au plot n-1 ne doit pas se trouver sur le plot n-2 lors de sa lecture, ni sur le plot n-3 lors de sa lecture, etc.
Cela signifie le respect des conditions suivantes :
- (2b+2p+p) /Vc≠Δt ,
- ( 2b+2p+2p) /Vc≠2Δt ,
• • • r
- ( 2b+2p+ (n-l ) p) /Vc≠ (n-l ) Δt Par conséquent, si l'on ne veut pas mesurer, à un moment ou à un autre, les perturbations de retour (du type de la perturbation 74), la perturbation créée au plot N (2 N<n) ne doit pas se trouver sur un plot lors de sa lecture : (2b+kp+2 (n-N)p)/Vc)≠kΔt, pour l<k<N-l soit, encore : 2b≠kΔtVc-p (k+2 (n-N) ) .
En ce qui concerne la perturbation 76 (se propageant dans l'autre sens), on souhaite éviter que, créée par le flash au plot n, elle soit sur un autre plot quand cet autre plot sera éclairé. Cela signifie que : p/Vc≠Δt .
Un exemple de réalisation va être donné, permettant l'analyse d'impulsions avec les intervalles d'échantillonnage de 9 picosecondes (ce qui correspond à une fréquence d'environ 50 gigahertz) et 64 points de mesure. Sans retard optique, sur une ligne de propagation rectiligne, il faut des longueurs utiles de 6,8 cm (longueur du premier plot au dernier). Cette longueur est trop importante pour deux raisons. D'une part, les substrats standards en saphir ou alumine ont des diamètres de 5 cm (il est cependant possible d'en trouver des plus grands et même des rectangulaires mais on perd énormément en homogénéité des couches déposées de semiconducteurs rapides). D'autre part, l'atténuation du signal sur une telle longueur est très importante, et ce d'autant plus que la fréquence est élevée (atténuation d'environ -ldB sur une ligne de 1 cm à 30 GHz) . On cherche donc à diminuer la longueur utile, et à retarder les impulsions laser pour faire un intervalle d'échantillonnage de 9ps .
On peut considérer un pas de 180 μm, correspondant à un temps de 1,5 μm dans la céramique. Pour 64 points, cela correspond à une longueur utile de 1,13 cm. Dans le cas où le premier plot éclairé est le dernier vu par le signal, il faut donc un retard d'impulsion laser de (9-1, 5) ps soit Δt=7,5 ps
Pas
ΔT = Δt + En prenant le faisceau de fibres
V Céramique/
(décrit ci-dessus en liaison avec la figure 8) comme solution optique, il faut une différence de longueur Δl=l,5 mm entre deux fibres consécutives, ce qui fait une différence totale de 9,45 cm (entre la fibre la plus longue et la plus courte, pour 64 points, donc avec 64 fibres). On obtient une atténuation d'environ -l,5dB pour une fréquence de 50GHz, ce qui est très raisonnable.
On peut vérifier si les perturbations réfléchies en bout de ligne à cause d'une mauvaise adaptation ne sont pas mesurées. On a les conditions suivantes : n=64, N varie de 2 à 64, Δt=7,5ps, p=180μm, Vceramique=118 μm/ps . = l,5ps ≠ Δt choisi de 7,5ps
≠ kΔt pour k = 1 à (N - 1) , ou :
2b≠kΔtVc-p[k+2(64-N) ]
Pour cette condition là, la distance b minimum ennuyeuse est de 172,5 μm et la distance b maximum ennuyeuse est de 2,22cm.
En conclusion, le dispositif proposé a une longueur totale de ligne telle que : Ltot=180* (nombre points) + bchoisi»- soit (64xl80+25000)=36520μm=3, 652cm
L'interface optique est un système de 64 fibres dont l'écart de longueur, entre deux fibres voisines, est de 1,5 mm. Elles peuvent être positionnées vis-à- vis des plots avec un système de positionnement linéaire.
L'avantage d-'un tel dispositif est de pouvoir analyser des impulsions encore plus longues, soit en gardant 64 points et en augmentant le retard d'illumination d'un plot à l'autre (solution II), soit en augmentant le nombre de points et en gardant le retard d'illumination d'une fibre à la suivante
(solution III) . Ces deux solutions, avec la première
(I) expliquée ci-dessus, sont décrites dans le tableau ci-dessous . Pour les solutions II et III, la longueur totale est plus importante que la dimension d'un substrat standard. Cela n'est pas important du moment que la ligne de mesure (Lutiie) puisse être mise de façon rectiligne sur le substrat : la portion de la ligne, de longueur b, est alors disposée en "virages" comme illustré sur la figure 18. Sur cette figure, la portion rectiligne est désignée par la référence 2. Les lignes d'échantillonnage sont situées dans la zone 80.
Les solutions II et III pour analyser des signaux électriques longs permettent de mesurer des impulsions de l'ordre de 2 ns. La solution III a un avantage par rapport à la solution II, il s'agit de sa résolution très élevée (220 points au lieu de 64 points), mais une telle résolution n'est pas forcément toujours nécessaire.
TABLEAU I
a
'
La longueur totale est supérieure ou égale à nxp+longueur d'I plot
On peut noter une différence maximum de longueur de fibre assez importante entre les solutions II et III. Cela donne une dispersion de l'ordre de +0,7 ps pour l'impulsion arrivant la dernière par rapport à la première impulsion générée. Cela signifie qu'au fur et à mesure, le temps d'échantillonnage est augmenté.
Un échantillonneur de 64 points à un pas de 180 μm assorti avec différents faisceaux de fibres paraît donc une bonne solution. Il permet une mesure d'impulsion peu déformée et surtout une bonne flexibilité quant à l'intervalle d'échantillonnage. En effet, on peut faire varier l'intervalle d'échantillonnage de moins de 9 ps à plus de 30 ps et donc la largeur de l'impulsion que l'on peut mesurer variera de moins de 567 ps à plus de 1,89 ns.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'analyse d'impulsion électrique unique comportant un circuit électrique constitué d'une ligne de propagation comportant, de manière régulière, des interrupteurs optoélectroniques constitués par des plots photoconducteurs disposés le long de la ligne de propagation selon un pas p, chacun d'entre eux étant relié à une ligne d'analyse correspondante, et un dispositif optique permettant d'éclairer les interrupteurs avec un faisceau laser ou des portions d'un faisceau laser, deux interrupteurs voisins étant éclairés de manière successive, non simultanée, la durée Δt de l'intervalle de temps séparant 1 ' éclairement, par le faisceau laser, de deux plots voisins, étant telle que :
P ≠ Δt
V. où Vc est la vitesse de propagation d'un signal électrique dans la ligne de propagation.
2. Dispositif d'analyse d'impulsion électrique unique comportant un circuit électrique constitué d'une ligne de propagation comportant, de manière régulière, des interrupteurs optoélectroniques constitués par des plots photoconducteurs, chacun d'entre eux étant relié à une ligne d'analyse correspondante, et un dispositif optique permettant d'éclairer les interrupteurs avec des portions d'un faisceau laser, chaque portion du faisceau correspondant à un interrupteur, ce dispositif optique introduisant un retard optique entre deux portions voisines de faisceau laser correspondant à deux photoconducteurs voisins de la ligne de propagation, la durée Δt de l'intervalle de temps séparant 1 ' éclairement, par le faisceau laser, de deux plots voisins, étant telle que :
— ≠ Δt c où Vc est la vitesse de propagation d'un signal électrique dans la ligne de propagation.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, le dispositif optique comportant un faisceau de fibres optiques de longueur variable d'une fibre à
1 'autre.
4. Dispositif selon la revendication 3, les fibres optiques étant positionnées dans des rainures d'un substrat gravé.
5. Dispositif selon la revendication 3, des moyens de focalisation étant disposés en sortie des fibres optiques.
6. Dispositif selon la revendication 5, les moyens de focalisation étant positionnés dans une rainure ou dans des cavités gravées dans le substrat.
7. Dispositif selon la revendication 5, les moyens de focalisation étant des billes.
8. Dispositif selon la revendication 3, les fibres optiques étant maintenues d'un côté dans un tube de maintien et, de l'autre côté, dans un dispositif de maintien.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, le dispositif optique comportant un répartiteur d'énergie constitué de guides optiques réalisés dans un substrat.
10. Dispositif selon la revendication 9, les guides optiques étant des guides monomodes en potassium.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, le dispositif optique comportant des zones réfléchissantes d'un réflecteur, disposés de manière à introduire un retard optique régulier.
12. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, le dispositif optique comportant un dispositif en escalier introduisant un retard d'une portion de faisceau à l'autre.
13. Dispositif selon la revendication 12, les marches de l'escalier étant reliées par des surfaces planes inclinées par rapport à la normale des marches.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, les photoconducteurs étant disposés le long de la ligne de propagation selon un pas p supérieur au pas pm défini par :
2(Pm - L) = t c où L est la largeur d'une ligne d'analyse, Vc la vitesse de propagation d'un signal électrique dans la ligne de propagation et t le temps de recombinaison moyen des photoconducteurs.
15. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, les plots photoconducteurs étant en nombre n disposés le long de la ligne de propagation selon un pas p, une distance b séparant le premier plot de la ligne de l'extrémité de la ligne, la relation suivante étant satisfaite pour tout plot N(2 N n) et pour tout k, l<k<N-l :
2b≠kΔtVc-p [ k+2 (n-N) ] où Vc désigne la vitesse de propagation d'un signal électrique dans la ligne et où Δt est la durée de l'intervalle de temps séparant 1 ' éclairement, par le faisceau laser, de deux plots voisins.
EP98940297A 1997-07-23 1998-07-21 Dispositif d'analyse d'impulsion unique a pas variable Withdrawn EP0998679A1 (fr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9709363A FR2766576B1 (fr) 1997-07-23 1997-07-23 Dispositif d'analyse d'impulsion unique a pas variable
FR9709363 1997-07-23
PCT/FR1998/001604 WO1999005534A1 (fr) 1997-07-23 1998-07-21 Dispositif d'analyse d'impulsion unique a pas variable

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0998679A1 true EP0998679A1 (fr) 2000-05-10

Family

ID=9509539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP98940297A Withdrawn EP0998679A1 (fr) 1997-07-23 1998-07-21 Dispositif d'analyse d'impulsion unique a pas variable

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6320367B1 (fr)
EP (1) EP0998679A1 (fr)
FR (1) FR2766576B1 (fr)
WO (1) WO1999005534A1 (fr)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2779528B1 (fr) * 1998-06-05 2000-07-07 Commissariat Energie Atomique Echantillonneur electrique pour echantillonnage non simultane
FR2789764B1 (fr) 1999-02-17 2001-03-30 Commissariat Energie Atomique Analyseur d'impulsion de rayonnement unique et breve
US6876723B1 (en) 2002-07-03 2005-04-05 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Rise time measurement for ultrafast X-ray pulses
US7929580B2 (en) * 2006-09-22 2011-04-19 Alcatel-Lucent Usa Inc. Inexpensive terahertz pulse wave generator
TR201811114T4 (tr) * 2008-03-07 2018-08-27 Rte Reseau De Transp Delectricite Bir elektrik bağlantısı üzerinde bir arızanın yerinin saptanması için yöntem ve cihaz

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4482863A (en) * 1981-08-14 1984-11-13 At&T Bell Laboratories Apparatus and method for measuring electronic response of high speed devices and materials
FR2626376B1 (fr) * 1988-01-22 1990-07-13 Commissariat Energie Atomique Dispositif et procede de mesure d'une impulsion breve de rayonnement ou d'une impulsion breve electrique
US5181026A (en) * 1990-01-12 1993-01-19 Granville Group, Inc., The Power transmission line monitoring system
GB9127057D0 (en) * 1991-12-20 1992-02-19 Secr Defence Improved digital sampling of individual pulses
US5471162A (en) * 1992-09-08 1995-11-28 The Regents Of The University Of California High speed transient sampler
US5434426A (en) * 1992-09-10 1995-07-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical interconnection device
US5841099A (en) * 1994-07-18 1998-11-24 Electro Scientific Industries, Inc. Method employing UV laser pulses of varied energy density to form depthwise self-limiting blind vias in multilayered targets
US5593606A (en) * 1994-07-18 1997-01-14 Electro Scientific Industries, Inc. Ultraviolet laser system and method for forming vias in multi-layered targets

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9905534A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO1999005534A1 (fr) 1999-02-04
FR2766576A1 (fr) 1999-01-29
FR2766576B1 (fr) 1999-08-27
US6320367B1 (en) 2001-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2490433A1 (fr) Systeme de transmission a l&#39;aide d&#39;une fibre optique
EP0327420A1 (fr) Dispositif et procédé de mesure d&#39;une impulsion brève de rayonnement ou d&#39;une impulsion brève électrique
EP1782027B1 (fr) Dispositif de mesure de profil d&#39;impulsions
EP2661612A1 (fr) Dispositif de formation d&#39;un reseau d&#39;interferences sur un echantillon.
EP0535753A2 (fr) Dispositif de spectrométric à filtrage de bande spectrale
EP0998679A1 (fr) Dispositif d&#39;analyse d&#39;impulsion unique a pas variable
EP0047196A1 (fr) Structure optique intégrée à couplage directionnel conforme et système comprenant une telle structure
EP0493169B1 (fr) Dispositif d&#39;analyse de capteurs interferométriques de micro-déplacements
WO2013001242A1 (fr) Dispositif de gestion d&#39;impulsions en spectroscopie pompe - sonde
EP0344027B1 (fr) Dispositif pour engendrer, à partir d&#39;une impulsion lumineuse unique de brève durée, un train d&#39;impulsions lumineuses synchrones et appareillage de mesure de la forme temporelle d&#39;une impulsion lumineuse unique en faisant application
FR2975489A1 (fr) Composant thermo electrique a guide plasmonique, integrant un dispositif de mesure de la puissance couplee dans le mode guide
EP0715189B1 (fr) Procédés de fabrication d&#39;un réseau réfléchissant de diffraction optique
FR2618278A1 (fr) Correlateur a fibre optique.
Imran et al. Measurement of the group-delay dispersion of femtosecond optics using white-light interferometry
EP2069813B1 (fr) Procédé et dispositif pour caractériser un signal électrique se propageant dans un échantillon
FR2794858A1 (fr) Dispositif analyseur de spectre optique a reseau de diffraction en optique integree
EP3948168B1 (fr) Dispositif de répartition de signal pour la mesure de décalages en longueur d&#39;onde
EP1084416B1 (fr) Echantillonneur electrique
EP0825720B1 (fr) Convertisseur analogique/numérique
WO1988000336A1 (fr) Procede pour mesurer la dispersion chromatique d&#39;une fibre optique et appareil pour la mise en oeuvre de ce procede
FR2537280A1 (fr) Dispositif de mesure de parametres de transmission d&#39;une fibre optique par la methode de retrodiffusion
FR2530018A1 (fr) Dispositif permettant de determiner le comportement dans le temps d&#39;impulsions optiques ultra-courtes
EP0159227A1 (fr) Sélecteur optique
EP0591912A2 (fr) Interféromètre, comprenant un ensemble intégré et un miroir séparés l&#39;un de l&#39;autre par une région de mesure
FR2588377A1 (fr) Source lumineuse infrarouge accordable

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20000124

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE GB IT

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): DE GB IT

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20030201