EP3278407A1 - Dispositif et procede de caracterisation d'une impulsion laser femtoseconde - Google Patents

Dispositif et procede de caracterisation d'une impulsion laser femtoseconde

Info

Publication number
EP3278407A1
EP3278407A1 EP16713865.0A EP16713865A EP3278407A1 EP 3278407 A1 EP3278407 A1 EP 3278407A1 EP 16713865 A EP16713865 A EP 16713865A EP 3278407 A1 EP3278407 A1 EP 3278407A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
detector
laser pulse
prism
fresnel
cam
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Withdrawn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
EP16713865.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre BEJOT
Franck Billard
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.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bourgogne
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bourgogne
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 Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Bourgogne filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP3278407A1 publication Critical patent/EP3278407A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/0014—Monitoring arrangements not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation

Definitions

  • the field of the invention relates to optical self-correlating devices for characterizing laser pulses. More specifically, the field of the invention relates to devices for characterizing lasers in the infrared spectral band and neighboring infrared bands. Finally, the field of the invention relates to methods and devices for measuring the duration of a femtosecond laser pulse. STATE OF THE ART
  • the first category incorporate delay lines, also called delay line, so as to create from a laser pulse two sub pulses.
  • This solution is complex and requires a configuration difficult to implement, for example, in terms of optical alignment and mechanical design.
  • these devices do not make it possible to perform so-called “single-shot” measurements to characterize a laser pulse, that is to say based on the analysis of a single pulse.
  • so-called single-shot devices allow such a measurement to be dispensed with by the use of a delay line. In these devices, the analysis of the temporal characteristics of the pulse are reported in the spatial domain and then deduced from a spatial measurement.
  • the measurement of a pulse duration generally requires the creation of a nonlinear effect producing traces on a detector to deduce the time characteristics of the pulse.
  • a widespread method is the use of a non-linear crystal that generates a quadratic optical signal in intensity and thus produces a non-linear optical effect which is then converted into an electrical signal by a detector.
  • This method is generally based on the generation of a second order harmonic. This phenomenon is also known as a two-photon light emission phenomenon.
  • the principle of such a method for generating non-linearity is to modify the color of an incident beam.
  • non-linear crystal nevertheless remains expensive.
  • the non-linear crystal is, moreover, easily subject to damage.
  • the use of nonlinear crystals reduces the spectral range of use and complicates the devices to be implemented.
  • the self-correlating devices give a partial characterization of a laser pulse. Generally, they do not allow to estimate the spectrum of the pulse and the temporal and spectral phases.
  • the current devices are often complex and they do not make it possible to extract all the data making it possible to characterize a laser pulse.
  • An object of the invention comprises producing a nonlinear effect by absorbing two photons directly into a detector from beam interferences separated by a Fresnel bi-prism, the detector generating and then detecting the effect. non-linear. Mathematical functions then make it possible to process the resulting image of the nonlinear effect in the frequency domain.
  • An object of the invention relates to a device for the characterization of a laser pulse.
  • the device comprises:
  • a sensor comprising at least one semiconductor line sensor disposed in an overlap region in which the split beams interfere and generate a trace by absorption of two photons at least two beams separated by the Fresnel biprism.
  • the generated trace includes information characterizing the laser pulse (Pu). Different methods allow the analysis of the generated trace to deduce parameters from the laser pulse.
  • a computer processes a signal from the detector produced by the generation of the trace to deduce a laser pulse duration.
  • One advantage is to offer a device with great compactness and simplicity of implementation.
  • the device avoids the use of an expensive and easily damaged nonlinear crystal.
  • the Fresnel bi-prism separates the incident pulse into two identical sub-pulses recombining spatially to form a trace on each pixel of the detector, the signal detected by each pixel being dependent on the delay between the two pulses. interfering on each of the pixels.
  • an optimized position of the detector with respect to the position of the bi-prism is calculated according to the Apex and refractive index of the Fresnel bi-prism, the optimization of the position making it possible to generate a trace on the detector whose accessible time range is optimized.
  • the device of the invention comprises an optical system for producing:
  • ⁇ a beam homogenizing function in a direction perpendicular to the edge of the Fresnel bi-prism and / or;
  • the first function makes it possible to generate an extended laser beam at least in the direction transverse to the edge of the bi-prism and spatially homogeneous at the input of the Fresnel bi-prism from a laser source.
  • the optical system comprises a telescope for performing this homogenization function.
  • One advantage is to obtain a uniform illumination of the incident beam on the upstream side of the bi-prism and homogeneous spatially at the entrance of the Fresnel bi-prism.
  • the optical system TSP such as a telescope, includes:
  • a divergent cylindrical mirror and a convergent cylindrical mirror for example Ag or Au;
  • One advantage is that the optical system TSP to homogenize the beam allows in particular an optimal use of the useful surface of the bi-prism.
  • the device of the invention also comprises an optical system LC for focusing the beam in a direction parallel to the edge of the Fresnel bi-prism in the plane of the detector so as to to increase the sensitivity of the device.
  • An optical system is used to focus the beam in a direction parallel to the edge of the Fresnel bi-prism in the plane of the detector to increase the sensitivity of the device.
  • the optical system for focusing LC comprises: either a cylindrical lens or a cylindrical mirror.
  • the optical system for harmonization such as a telescope, may be used in conjunction with an optical system to focus the beam in a direction parallel to the edge of the bi-prism.
  • the two optical systems TSP and LC can be combined in a single optical system making it possible both to perform the function of homogenizing the beam in a direction perpendicular to the edge of the Fresnel bi-prism and perform a function of focusing the beam in a direction parallel to the edge of the Fresnel bi-prism.
  • An example is an optical system comprising a diverging cylindrical mirror and a convergent spherical mirror.
  • the spherical mirror allowing the function of the cylindrical mirror in one dimension to achieve homogenization in the direction perpendicular to the edge of the bi-prism and focusing in a direction parallel to the axis of the edge of the Fresnel bi-prism .
  • This embodiment makes it possible to obtain a more compact device.
  • the detector comprises at least: A line of pixels;
  • One advantage is to have a detector that performs the following two functions: the generation of the non-linear effect and the detection of the non-linear effect thus generated.
  • the detector is a CCD or CMOS camera and the semiconductor material is silicon or InGaAs.
  • a filter is associated with the detector so as to filter the frequencies producing a linear effect on the detector.
  • the calculator performs:
  • ⁇ filter in the frequency domain of the dimensional Fourier transform so as to identify contributions from at least one experimental oscillating function at different frequencies and the resultant effect obtained two photons on the detector;
  • the spectral composition of the pulse is determined from the Fourier transform of at least one experimental oscillating function.
  • Another subject of the invention relates to a method for the characterization of a femtosecond laser pulse, characterized in that it comprises: ⁇ An acquisition of an image of a sensor produced by absorption of two photons from beams of interference emitted during a femtosecond laser pulse, said beams being separated by a Fresnel biprism;
  • ⁇ filter in the frequency domain at least a resulting line of the Fourier Transform so as to identify at least a contribution of at least one experimental oscillating function of the resulting image formed of the effect obtained on two-photon the detector;
  • ⁇ at least one inverse transform of at least a filtered Fourier transform of at least one filtered oscillating function defining at least an experimental feature
  • ⁇ a computing at least one theoretical oscillating function from a theoretical model of the laser pulse
  • An advantage of the method of the invention is that it makes it possible to perform mathematical operations from the image produced to characterize the laser pulse. Another advantage is the fact of requiring a simple parameterization. In particular, the calculation of theoretical functions can be performed with predefined pulse profiles. Another advantage is that the process steps can be automatically generated so as to provide a result as soon as the image is produced on the detector.
  • the filtering step is optimized from optical parameters comprising at least the Apex angle of the biprism, the detector sensitivity band, the two-photon absorption band of the detector, the pixel size of the detector.
  • these parameters can be preconfigured in an interface so as to make the process totally automatic and independent of an intervention.
  • Another advantage is to allow a great flexibility of change or modification of the device. For example, when another bi-prism is chosen, only a few parameters can be redefined.
  • the theoretical model comprises the definition of a hypothesis of the shape of the laser pulse field profile.
  • the adjustment step comprises determining a pair of parameters of at least two theoretical oscillating functions, said pair of parameters determining an optimum of likelihood between the theoretical functions and the experimental functions.
  • One advantage is to calculate an optimum according to two parameters, which makes the adjustment step particularly efficient.
  • FIG. 1 an optical assembly according to the invention to make interfering signals separated by a Fresnel bi-prism to obtain a mark on a detector by two-photon absorption;
  • ⁇ Figure 2 an optical system for obtaining a collimated laser beam, lying at least in the direction normal to the edge of the Fresnel biprism;
  • Figures 3A, 3B a linear optical detector comprising a set of pixels before and after the application of the laser beam;
  • the invention relates to a device for the characterization of a femtosecond laser pulse also called "optical autocorrelator".
  • the device of the invention makes it possible to measure ultra-short laser pulses ranging from a few femtoseconds to several hundred femtoseconds.
  • the device of the invention makes it possible, on the one hand, to create two identical sub-pulses variably offset in time from a Fresnei bi-prism and, on the other hand, to observe a non-linear effect induced by a two-photon absorption effect by combining these two sub-pulses on a detector comprising a semiconductor.
  • FIG. 1 represents a Fresnei bi-prism, denoted BPF, which is arranged in the optical axis of a laser beam to separate an incident beam Fsi into emerging beams F se .
  • BPF Fresnei bi-prism
  • the emerging beams then interfere in an interference zone, denoted Zi, also called emergent beam overlap zone F se .
  • the Fresnei BPF bi-prism comprises an upstream face F am occurring in a plane perpendicular to the optical axis, that is to say perpendicular to the incident beam Fsi emitted by the laser.
  • the Fresnei BPF biprism has a downstream face F av comprising different inclined portions. Each inclined portion of the downstream face is oriented at an angle defined by the Apex A Fresnei BPF bi-prism which makes it possible to modify the exit angle of the emerging beam F se .
  • the beams In the upper part of the downstream face F av of the Fresnei BPF bi-prism, the beams converge at an angle of - ⁇ with respect to the optical axis and in the lower part of the downstream face F av of the Fresnei bi-prism BPF, the beams converge at an angle of ⁇ with respect to the optical axis.
  • An example of a Fresnel BPF bi-prism that can be used is a bi-prism in fused silica or NaCl, BaF2, CaF2.
  • the Fresnel BPF bi-prism in the configuration of the invention is an optical element making it possible to generate two sub-pulses, that is to say two replicas of the pulse whose duration is to be measured, intersecting with an angle 2 ⁇ with respect to the initial propagation axis of the incident beam Fsi.
  • n is the refractive index of Fresnel BPF bi-prism at the wavelength considered.
  • the incident beam F si is then uniformly distributed on the upstream face F am of the Fresnel BPF bi-prism.
  • the device of the invention comprises an optimal configuration for which the generation and detection of a linear effect are maximum on a detector disposed downstream of the Fresnel BPF bi-prism.
  • the optimal distance "d" at which an AC detector can be placed to generate a non-linear effect with the greatest amplitude by combining two emerging beams can be expressed in the following analytical form: with H the half-height of the Fresnel BPF bi-prism.
  • This time range is determined by integrating, for all the heights x, the value of the delay r between the two sub-pulses. The size of an optimal linear detector is thus obtained for a length of L detector.
  • a CAM detector is arranged in the interference zone Zi to detect the interferometry traces of the recombinant beams.
  • the Fresnel BPF bi-prism allows, by the creation of two sub-pulses, to transpose the temporal properties of the emerging beams of the Fresnel BPF bi-prism into spatial information by generating interferometry traces on the pixels.
  • a CAM detector a CAM detector.
  • Fresnel BPF bi-prism An interest in using a Fresnel BPF bi-prism is to obtain a compact and space-saving device.
  • the invention however relates to other elements whose function is to separate a beam into two crossed beams traveling on average over the same distance.
  • the use of two mirrors oriented with an angle equivalent to that of the angle ⁇ of the emerging beams of the Fresnel BPF bi-prism and forming a reflective system can be used to perform the same functions as the Fresnel BPF bi-prism.
  • the Fresnel BPF bi-prism makes it possible to associate, at each pixel of a line of the detector CAM, a different delay between the two beams, the temporal increment between two pixels being constant.
  • the two beams incident on the pixel then produce a nonlinear effect by two-photon absorption.
  • An advantage of the device and method of the invention is to create a relationship between the spatial intensity generated on each pixel relative to the delay of two beams interfering at the CAM detector. Optical editing of upstream formatting
  • optical system arranged upstream of the bi-prism along the optical axis may be associated with the latter.
  • optical system DO which comprises the two upstream formatting systems TSP and LC, more generally the optical system which includes the functions of beam harmonization and focusing of the beam.
  • FIG. 2 represents an exemplary case illustrating such an assembly intended to standardize the illumination of the upstream face F am of the Fresnel BPF bi-prism.
  • Such an assembly can be achieved by a TSP optical telescope.
  • the optical telescope TSP comprises at least two mirrors or spherical or cylindrical lenses Md and Me, the first of which is divergent Md and the second is convergent Me.
  • the focal length of the diverging mirror M d can be chosen substantially equal to 5cm and the focal length of the convergent mirror M c can be chosen substantially equal to 20cm.
  • the optional LC lens allows to focus the beam in the direction parallel to the edge of the bi-prism in order to locally increase the light intensity in a few lines.
  • One advantage is to obtain a non-linear signal recorded on the detector covering the entire dynamics of the latter and improves the sensitivity of the device.
  • FIG. 2 shows a beam F sg coming from a laser whose impulse is to be characterized, the beam F ss coming out of the TSP telescope passes through an LC lens and intercepts the upstream face F am of the Fresnel BPF bi-prism by a incident beam F SI .
  • Another more compact optical system for performing the beam harmonization function and the focusing function can be proposed by using a spherical mirror or a spherical lens of the telescope avoiding the use of the cylindrical lens LC.
  • the device of the invention is an autocorrelator to the extent that the autocorrelation produced is called "interferometric".
  • the traces produced on the CAM detector of the invention form an interferogram recorded by interferometric autocorrelation. This interferometric autocorrelation is based on two-photon absorption.
  • the two-photon absorption phenomenon is a phenomenon different from that of two-photon light emission which is, for example, produced with a nonlinear crystal.
  • FIG. 4 represents a schematic diagram of the two-photon absorption mechanism in which the energy bands of the semiconductor material are represented as a function of the electron wave vector k.
  • the conduction band Bc and the valence band Bv are separated by a Gap noted G.
  • the silicon Gap is about 1120 nm.
  • the detector is not subjected to radiations whose wavelength belongs to its range of sensitivity, for example by carrying out the process in the dark, that is to say ie without visible light, either by the use of a filter.
  • the detector in the connected band and greater than the sensitivity band of the detector, that is to say for silicon, the band of [1200-2200 nm], the detector then produces a photo-current only due to the nonlinear two-photon absorption phenomenon.
  • the sensitivity band of a detector corresponding to the detection of linear effects
  • the two-photon band of a detector corresponding to the detection of non-linear effects.
  • the photocurrent recorded is then only due in this zone to absorption at 2 photons, ie the simultaneous absorption of 2 photons.
  • the photo-current l ph is then proportional to:
  • an advantage is to be able to generate the non-linear phenomenon directly on the detector since it is by the two-photon absorption phenomenon that the detector itself creates the non-linearity which is exploited. then by the steps of the method of the invention.
  • the device of the invention advantageously comprises a detector at least linear, that is to say at least formed of a row of pixels.
  • a linear detector comprises a line of pixels, denoted p xi , on which the interferometry traces are formed from the combination of the two pulses created by the Fresnel BPF bi-prism.
  • the detector is a matrix of pixels.
  • the signal delivered by the detector is designated by the term "image" in the following, unidimensional image in the first case and two-dimensional in the second.
  • the size of the pixels is defined so as to allow sufficient resolution to sample the different signal intensities as a function of the delay ⁇ .
  • An interesting property of the device of the invention is the generation of a non-linear effect created by the two-photon absorption phenomenon. This phenomenon makes it possible to generate a non-linearity resulting in a luminous intensity created on each pixel p xi of the detector CAM when the two sub-pulses are combined.
  • CAM may be Silicon or InGaAs.
  • the semiconductor material is chosen and adapted according to the spectral range of the laser that it is desired to characterize. Each semiconductor material comprises a two-photon absorption range.
  • the device and the method of the invention thus, it is possible to determine a semiconductor material of the detector that is in the two-photon range according to the frequency range of the laser to be characterized.
  • the device of the invention comprises a detector performing two functions. The first function is the generation of a nonlinear effect and the second function is the detection of this effect.
  • the optical detector may be configured not to detect the waves in its linear sensitivity range.
  • the method of the invention can be implemented without parasitic light source, for example in a dark room in which the only light source is the laser.
  • the detector may be coupled to a light filter for filtering and thus to discourage the capture of light waves in its linear sensitivity range.
  • the filtering may be selective and let pass only the waves corresponding to the wavelengths of the waves emitted by the laser.
  • An interest of the filtering of the light waves is to be freed from a perturbation of the measurements by the capture of linear effects resulting from the detection of the waves in the visible domain.
  • the filter may advantageously be configured to filter the waves having a wavelength lower than 1.2 ⁇ m so as to protect the sensor from any visible radiation which would disturb the measurements.
  • the objective of such a filtering is to suppress the contribution of the linear signal on the CAM detector which would disturb the measurements of the non-linear effect making it possible to characterize the laser pulse.
  • the device of the invention is configured, in one example, to measure the infrared pulse duration of the laser in the two-photon absorption wavelength range of the detector in the band [1.3 ⁇ m; 2.4 pmj. This range corresponds to the absorption zone at two Silicon photons.
  • the sensitivity range of the detector is about [400 nm; 1200 nm]
  • the method of the invention makes it possible, starting from the two-photon absorption phenomenon, to measure the effect produced by the detector during the capture of photons from the Femtosecond laser.
  • the sensitivity range of the detector is from 0.9 ⁇ m to 1.7 ⁇ m.
  • the two-photon absorption range of the detector is 1.8 ⁇ m to 3.4 ⁇ m.
  • the invention relates to any type of semiconductor material of a detector.
  • the properties of the CAM detector are chosen so as to characterize a laser pulse emitted in a given range of wavelengths.
  • the operating ranges including the spectral ranges of the laser, the acquisition time windows of the detector, the temporal resolution of the detector, the detector sensitivity and the time range of the laser to be characterized, can be adapted by modifying the Apex angle of the Fresnel BPF bi-prism and the type of CAM detector.
  • the traces formed on the CAM detector of the invention produced by interferometric autocorrelation comprise at least three different information items, hereafter designated G 2 , Fi and F 2 , resulting from the nonlinearities generated on the detector. This information can be described as oscillating functions.
  • an ad hoc pulse shape i.e. a generated laser pulse profile
  • An assumed pulse profile may be, for example, a Gaussian profile. This assumed profile is then used to calculate a theoretical oscillating function.
  • the oscillating functions also make it possible to deduce the spectrum of the pulse.
  • the method of the invention also makes it possible to deduce the minimum duration of the pulse obtainable from this spectrum.
  • the method of the invention therefore makes it possible to determine a frequency slip parameter at the sign close to the spectrum of the laser pulse to be characterized.
  • the oscillating function G 2 can also be used independently of the functions Fi and / or F 2 to determine the pulse duration of the laser.
  • the oscillating function G 2 can therefore be used to obtain a second value of the pulse. This can be used to check the value obtained with the functions Fi and F 2 . It can also be used to establish an average value of the pulse duration.
  • the function G 2 is more sensitive than the functions Fi and F 2 to measurement artifacts related to the spatial inhomogeneities of the laser to be characterized. As a result, the value calculated by the oscillating function G 2 can be obtained in a greater uncertainty range than the values obtained by the functions Fi or F 2 . If we consider a complex E field compressed at the limit of
  • the shape of the field is considered Gaussian.
  • the acquired signal is a function of the delay ⁇ .
  • the delay ⁇ is set for each pixel of the CAM detector.
  • the signal strength of each pixel is a combination of the three functions for a given delay ⁇ .
  • the functions Fi, F 2 and G 2 are connected to temporal and therefore spatial modulations which are linked to different frequencies.
  • the method of the invention makes it possible to apply a one-dimensional Fourier transform of at least one line of the image. Simulation of the complete device
  • the method of the invention makes it possible to define the electric field after passing through the Fresnel BPF bi-prism.
  • An electric field of the form is considered:
  • E (x, t) exp exp [- iat 2 ] ⁇ [x]
  • F [x] is the spatial distribution of E.
  • Each step of the method of the invention can be carried out by means of a computer to perform the operations necessary to perform each function whether it relates to signal processing operations, image processing or algorithms to deduce one or more values.
  • the direct and inverse Fourier transforms can be performed by a computer.
  • one or more memories can be used (s) to save data during calculations, or to record values obtained by the method.
  • of the Display means can also be used to observe intermediate results of the process, the lines obtained or the values calculated by the method.
  • the method comprises a step of generating an image, denoted T1JMG, which aims to quantify the luminous intensity acquired on each pixel.
  • the image obtained represents a distribution of intensities of a two-photon signal on each of the pixels.
  • Fig. 3A shows a linear detector comprising a pixel line p xi before the laser pulse is emitted.
  • FIG. 3B represents the same linear detector after the acquisition of the two-photon signals by each pixel p xi .
  • Each pixel Pxi receives a signal intensity corresponding to a delay ⁇ varying on the detector line according to recombinations of emerging beams F se Fresnel BPF bi-prism. It will be understood, in the light of FIG. 3B, that each pixel p xi receives a signal whose intensity varies as a function of the shades of gray represented. The case of Figure 3B is shown without taking into account a particular configuration of the device. b) Fourier Transform
  • the method or device of the invention then allows the realization of a one-dimensional Fourier transform (FFT) for all the lines of pixels of the CAM detector.
  • FFT Fourier transform
  • the Fourier transform makes it possible to pass into the frequency space and to obtain frequency lines. This step is represented by the step FFT 1 D of FIG.
  • the Fourier transform of the traces acquired on each pixel can be visualized by means of a display in the form of spectral lines.
  • At least three main lines are obtained and correspond to the contributions of oscillating functions Fi, F 2 and G 2 .
  • the three lines are obtained for each of the following pulsations:
  • the method of the invention comprises a step of filtering each of the lines obtained by the Fourier transforms.
  • An advantage of the filtering step makes it possible to isolate the contribution of each of the oscillating functions in the signal acquired by each pixel.
  • the filtering can be for example a selective filtering around each line so as to obtain the main contribution of each function
  • step F This step is represented in FIG. 5 by step F.
  • the filtering step is F is configured according to the optical parameters of the device of the invention.
  • these parameters we find: the type of detector, its ranges of sensitivity and absorption at two photons, the apex angle and the size of the pixels.
  • These parameters are data that make it possible to configure an optimized filtering of the obtained lines. d) inverse transform
  • the method of the invention comprises a step for calculating the inverse Fourier transform of the three filtered frequency responses in the filtering step.
  • This step therefore comprises at least one operation which comprises at least one inverse transform (FFT 1 ) of a previously filtered line.
  • FFT 1 inverse transform
  • the inverse transform function makes it possible to switch back to the time domain.
  • the invention makes it possible to determine the inverse Fourier transform of one, two or three lines corresponding to the oscillating functions F 1 , F 2 and G 2 .
  • This step therefore comprises the sub-steps noted in FIG. 5: FFT "1 (Fi), FFT " 1 (F 2 ), FFT "1 (G 2 ).
  • the method of the invention comprises an adjustment step, denoted COMP ( ⁇ , ⁇ ⁇ ).
  • This step aims at adjusting the experimental curves obtained by the inverse Fourier transform with the theoretical functions f 1 , f 2 and g 2 .
  • the adjustment function of the method corresponds to a comparison, for example, of an experimental function F1 and of a theoretical function f1 for which certain parameters vary to determine an optimum of the likelihood of the two functions.
  • the theoretical functions f1, f2, g2 are determined mathematically by assuming a theoretical time form of the laser pulse.
  • a theoretical time form of the laser pulse By way of example, several forms of pulses can be used, for example a Gaussian or hyperbolic form. This form is determined either because it is known or by what it is supposed to be.
  • the shape of the pulse can be defined also by another mathematical function.
  • the method of the invention therefore comprises the definition of a hypothesis of the shape of the pulse.
  • the adjustment step makes it possible to determine the theoretical function most likely to the experimental function obtained after the inverse transform steps. This step makes it possible to deduce the pulse duration and the spectral width.
  • the adjustment step comprises a parameter variation defining the theoretical laser pulse that can be performed by an adjustment algorithm. Such an algorithm is known and can be chosen according to a given configuration of the device.
  • the adjustment step makes it possible to determine the parameters K and ⁇ ⁇ which are parameters of the analytical form of the theoretical functions f 1 , f 2 and g 2 .
  • the adjustment step allows to deduce the best pair ⁇ K, ⁇ ⁇ ⁇ for which the theoretical functions and the experimental functions are closest to each other.
  • the adjustment step of the method of the invention makes it possible to adjust the experimental functions Fi and F 2 at the same time.
  • the best compromise is sought so that the theoretical functions f1 and f2 are as close as possible to the experimental functions F1 and F2. This mode is particularly advantageous for accurately obtaining a good estimate of the duration of the pulse.
  • the Fourier transform of at least one oscillating function makes it possible to deduce the spectrum of the laser.
  • the method of the invention also optionally comprises means for storing and displaying the results of the processing of the oscillating functions.
  • the results obtained, including the current laser duration, the frequency slip parameters and the minimum duration of the pulse if the frequency slip is compensated, can also be memorized and displayed by means of a memory and a display. .
  • An advantage of the invention is that it is applicable to low speed and high energy lasers and high speed and low energy lasers.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

Un dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu), comprennant au moins : - un bi-prisme de Fresnel (BPF) séparant un faisceau laser incident; un détecteur (CAM) comprenant au moins un détecteur linéaire semi-conducteur disposé dans une zone de recouvrement dans laquelle les faisceaux séparés interfèrent et génèrent une trace par absorption de deux photons d'au moins deux faisceaux séparés par le bi-prisme de Fresnel, la dite trace générée comportant des informations caractérisant l'impulsion laser (Pu); et - un calculateur (K) traitant un signal issu du détecteur (CAM) produit par la génération de la trace pour en déduire une durée d'impulsion laser.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE CARACTERISATION D'UNE IMPULSION
LASER FEMTOSECONDE
DOMAINE
Le domaine de l'invention concerne les dispositifs auto- corrélateurs optiques permettant de caractériser les impulsions lasers. Plus précisément, le domaine de l'invention se rapporte à des dispositifs de caractérisation de lasers dans la bande spectrale de l'infrarouge et des bandes voisines à l'infrarouge. Enfin, le domaine de l'invention concerne les procédés et les dispositifs permettant de mesurer la durée d'une impulsion laser Femtoseconde. ETAT DE L'ART
Actuellement, il existe de nombreux procédés et dispositifs permettant de caractériser les impulsions laser Femtoseconde.
Ces procédés peuvent être divisés en deux catégories : les dispositifs dits « multicoups » et les dispositifs dits « monocoups ».
La première catégorie intègrent des lignes à retard, encore appelée ligne à délai, de manière à créer à partir d'une impulsion laser deux sous impulsions. Cette solution est complexe et demande une configuration difficile à mettre en œuvre, par exemple, en termes d'alignement optique et de conception mécanique. En outre, ces dispositifs ne permettent pas de réaliser des mesures dites « monocoups » pour caractériser une impulsion laser, c'est-à- dire se basant sur l'analyse d'une unique impulsion. En revanche, les dispositifs dits monocoups permettent une telle mesure en s'affranchissant de l'utilisation d'une ligne à délai. Dans ces dispositifs, l'analyse des caractéristiques temporelles de l'impulsion sont reportées dans le domaine spatial puis déduites à partir d'une mesure spatiale.
La mesure d'une durée d'impulsion nécessite généralement la création d'un effet non linéaire produisant des traces sur un détecteur pour en déduire les caractéristiques temporelles de l'impulsion.
En ce qui concerne la création d'un effet non linéaire pour en déduire une caractérisation d'une impulsion laser, il existe différentes méthodes. Une méthode répandue est l'utilisation d'un cristal non linéaire qui permet de générer un signal optique quadratique en intensité et donc de produire un effet optique non linéaire convertit ensuite en un signal électrique par un détecteur.
Cette méthode repose généralement sur la génération d'une harmonique du second ordre. Ce phénomène est également connu comme un phénomène d'émission de lumière à deux photons. Le principe d'une telle méthode pour générer une non-linéarité est de modifier la couleur d'un faisceau incident.
Cependant, l'utilisation d'un cristal non-linéaire reste néanmoins coûteuse. Le cristal non-linéaire est, par ailleurs, sujet facilement à des dommages. En outre, l'utilisation de cristaux non-linéaires réduit la gamme spectrale d'utilisation et complexifie les dispositifs à mettre en œuvre. Les dispositifs auto-corrélateurs donnent une caractérisation partielle d'une impulsion laser. Généralement, ils ne permettent pas d'estimer le spectre de l'impulsion et les phases temporelles et spectrales.
En conclusion, les dispositifs actuels sont souvent complexes et ils ne permettent pas d'extraire toutes les données permettant de caractériser une impulsion laser.
RESUME DE L'INVENTION
L'invention permet de résoudre les inconvénients précités. Un objet de l'invention comprend la production d'un effet non- linéaire par absorption de deux photons directement dans un détecteur à partir d'interférences de faisceaux séparés par un bi-prisme de Fresnel, le détecteur générant et détectant alors l'effet non-linéaire. Des fonctions mathématiques permettent alors de traiter l'image résultante de l'effet non linéaire dans le domaine fréquentiel.
Des opérations visant à filtrer le résultat de ces fonctions et à transposer les réponses ainsi filtrées dans le domaine temporel permettent d'établir un système d'équations aboutissant à la détermination d'une durée d'impulsion d'un laser Femtoseconde. La détermination du spectre et d'autres paramètres caractérisant l'impulsion peuvent être également déduits du système d'équations établi par l'invention.
Un objet de l'invention concerne un dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser. Le dispositif comprend :
■ Un bi-prisme de Fresnel séparant un faisceau laser incident ;
■ Un détecteur comprenant au moins un détecteur linéaire semiconducteur disposé dans une zone de recouvrement dans laquelle les faisceaux séparés interfèrent et génèrent une trace par absorption de deux photons d'au moins deux faisceaux séparés par le bi-prisme de Fresnel.
La trace générée comporte des informations caractérisant l'impulsion laser (Pu). Différentes méthodes permettent l'analyse de la trace générée pour en déduire des paramètres de l'impulsion laser. Avantageusement, un calculateur traite un signal issu du détecteur produit par la génération de la trace pour en déduire une durée d'impulsion laser.
Un avantage est d'offrir un dispositif ayant une grande compacité, et une simplicité de mise en œuvre. Le dispositif évite l'usage d'un cristal non linéaire coûteux et facilement endommageable.
Selon un mode de réalisation, le bi-prisme de Fresnel sépare l'impulsion incidente en deux sous-impulsions identiques se recombinant spatialement pour former une trace sur chaque pixel du détecteur, le signal détecté par chaque pixel étant dépendant du délai entre les deux impulsions interférant sur chacun des pixels.
Selon un mode de réalisation, une position optimisée du détecteur par rapport à la position du bi-prisme est calculée en fonction de l'Apex et de l'indice de réfraction du bi-prisme de Fresnel, l'optimisation de la position permettant de générer une trace sur le détecteur dont la plage temporelle accessible est optimisée. Un avantage de l'utilisation d'un bi-phsme de Fresnel est de diminuer le nombre de pièces mécaniques d'un autocorrélateur. En outre, il permet d'ajuster et de configurer sur le détecteur une plage temporelle donnée du retard des deux sous impulsions interférentes.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de l'invention comprend un système optique pour réaliser :
■ une fonction d'homogénéisation du faisceau selon une direction perpendiculaire à l'arête du bi-prisme de Fresnel et/ou ;
■ une fonction de focalisation du faisceau selon une direction parallèle à l'arête du bi-prisme de Fresnel.
Selon un mode de réalisation, la première fonction permet de générer un faisceau laser étendu au moins dans la direction transverse à l'arête du bi-prisme et homogène spatialement en entrée du bi-prisme de Fresnel à partir d'une source laser. Selon un mode de réalisation, le système optique comprend un télescope pour réaliser cette fonction d'homogénéisation.
Un avantage est d'obtenir un éclairement uniforme du faisceau incident sur la face amont du bi-prisme et homogène spatialement en entrée du bi-prisme de Fresnel.
Par exemple, le système optique TSP, tel qu'un télescope, comprend :
■ Soit un miroir cylindrique divergent et un miroir cylindrique convergent, par exemple en Ag ou Au ;
■ Soit une lentille cylindrique divergente et une lentille cylindrique convergente.
Un avantage est que le système optique TSP pour homogénéiser le faisceau permet notamment une utilisation optimale de la surface utile du bi-prisme.
Selon un mode de réalisation, pour réaliser la seconde fonction de focalisation, le dispositif de l'invention comprend également un système optique LC pour focaliser le faisceau selon une direction parallèle à l'arête du bi-prisme de Fresnel dans le plan du détecteur afin d'augmenter la sensibilité du dispositif. Un système optique permet de focaliser le faisceau selon une direction parallèle à l'arête du bi-prisme de Fresnel dans le plan du détecteur afin d'augmenter la sensibilité du dispositif.
Par exemple, le système optique pour focaliser LC comprend : soit une lentille cylindrique, soit un miroir cylindrique.
Le système optique pour harmoniser, tel qu'un télescope, peut être utilisé conjointement avec un système optique pour focaliser le faisceau dans une direction parallèle à l'arête du bi-prisme.
Selon un mode de réalisation, les deux systèmes optiques TSP et LC peuvent être combinés en un seul système optique permettant à la fois de réaliser la fonction d'homogénéisation du faisceau selon une direction perpendiculaire à l'arête du bi-prisme de Fresnel et de réaliser une fonction de focalisation du faisceau selon une direction parallèle à l'arête du bi-prisme de Fresnel.
Un exemple est un système optique comprenant un miroir cylindrique divergent et un miroir sphérique convergent. Le miroir sphérique permettant la fonction du miroir cylindrique dans une dimension pour réaliser l'homogénéisation dans la direction perpendiculaire à l'arête du bi-prisme et la focalisation dans une direction parallèle à l'axe de l'arête du bi-prisme de Fresnel. Ce mode de réalisation permet d'obtenir un dispositif plus compact.
Selon un mode de réalisation, le détecteur comprend au moins : ■ Une ligne de pixels ;
■ Un matériau semi-conducteur ayant une gamme à deux photons.
Un avantage est de disposer d'un détecteur qui réalise les deux fonctions suivantes : la génération de l'effet non linéaire et de la détection de l'effet non linéaire ainsi généré.
Selon un mode de réalisation, le détecteur est une caméra CCD ou CMOS et que le matériau semi-conducteur est du silicium ou du InGaAs. Selon un mode de réalisation, un filtre est associé au détecteur de manière à filtrer les fréquences produisant un effet linéaire sur le détecteur. Un avantage est qu'un simple détecteur du commerce peut suffire pour réaliser le dispositif de l'invention. Le matériau du détecteur est simplement choisi en fonction de la gamme en fréquence du laser que l'on souhaite caractériser.
Selon un mode de réalisation, le calculateur effectue :
■ une quantification du photo-courant produit par la détection d'un signal sur chacun des pixels ;
■ une transformée de Fourier unidimensionnelle d'au moins une ligne d'une image résultante du signal détecté par le détecteur ;
■ un filtrage dans le domaine fréquentiel de la transformée de Fourier unidimensionnelle de manière à identifier des contributions d'au moins une fonction oscillante expérimentale à différentes fréquences et résultantes de l'effet à deux photons obtenues sur le détecteur ;
■ au moins une transformée inverse d'au moins une fonction oscillante expérimentale ;
■ un calcul d'au moins une fonction oscillante théorique à partir d'un modèle théorique ;
■ un ajustement entre au moins une fonction oscillante calculée par la transformée inverse de Fourier et au moins une fonction oscillante théorique calculée à partir du modèle théorique en faisant varier au moins un paramètre caractérisant l'impulsion laser Femtoseconde ;
■ Une déduction de la durée d'impulsion laser à partir d'au moins la fonction oscillante théorique déterminée par l'étape d'ajustement.
Selon un mode de réalisation, la composition spectrale de l'impulsion est déterminée à partir de la transformée de Fourier d'au moins une fonction oscillante expérimentale.
Un autre objet de l'invention concerne un procédé pour la caractérisation d'une impulsion laser Femtoseconde, caractérisé en ce qu'il comprend : ■ Une acquisition d'une image d'un détecteur produite par absorption de deux photons à partir d'interférences de faisceaux émis lors d'une impulsion laser Femtoseconde, lesdits faisceaux étant séparés par un bi-prisme de Fresnel ;
■ une transformée de Fourier unidimensionnelle de l'image formée;
■ un filtrage dans le domaine fréquentiel d'au moins une raie résultante de la transformée de Fourier de manière à identifier au moins une contribution d'au moins une fonction oscillante expérimentale de l'image formée résultante de l'effet à deux photons obtenu sur le détecteur;
■ au moins une transformée inverse d'au moins une transformée de Fourier filtrée d'au moins une fonction oscillante filtrée définissant au moins une fonction expérimentale ;
■ un calcul d'au moins une fonction oscillante théorique à partir d'un modèle théorique de l'impulsion laser ;
■ un ajustement entre au moins une fonction expérimentale et au moins une fonction oscillante calculée à partir du modèle théorique en faisant varier au moins un paramètre caractérisant l'impulsion laser Femtoseconde ;
■ Une déduction de la durée d'impulsion laser à partir d'au moins la fonction oscillante théorique optimum déterminée par l'étape d'ajustement.
Un avantage du procédé de l'invention est de permettre d'effectuer des opérations mathématiques à partir de l'image produite pour caractériser l'impulsion laser. Un autre avantage est le fait de nécessiter qu'un paramétrage simple. Notamment, le calcul de fonctions théoriques peut être réalisé avec des profils d'impulsion prédéfinis. Un autre avantage est que les étapes du procédé peuvent être générées automatiquement de sorte à fournir un résultat dès que l'image est produite sur le détecteur.
Selon un mode de réalisation, l'étape de filtrage est optimisée à partir de paramètres optiques comprenant au moins l'angle d'Apex du bi- prisme, la bande de sensibilité du détecteur, la bande d'absorption à deux photons du détecteur, la taille des pixels du détecteur. Avantageusement, ces paramètres peuvent être préconfigurés dans une interface de sorte à rendre le procédé totalement automatique et indépendant d'une intervention. Un autre avantage est de permettre une grande flexibilité de changement ou de modification du dispositif. Par exemple, lorsqu'un autre bi-prisme est choisi, seulement quelques paramètres peuvent être redéfinis.
Selon un mode de réalisation, le modèle théorique comprend la définition d'une hypothèse de la forme du profil du champ de l'impulsion laser.
Selon un mode de réalisation, l'étape d'ajustement comprend une détermination d'un couple de paramètres d'au moins deux fonctions oscillantes théoriques, ledit couple de paramètres déterminant un optimum de vraisemblance entre les fonctions théoriques et les fonctions expérimentales.
Un avantage est de calculer un optimum selon deux paramètres, ce qui rend l'étape d'ajustement particulièrement performante.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
■ figure 1 : un montage optique conforme à l'invention permettant de faire interférer des signaux séparés par un bi-prisme de Fresnel afin d'obtenir une trace sur un détecteur par absorption de deux photons ;
■ figure 2 : un système optique permettant d'obtenir un faisceau laser collimaté, étendu au moins dans la direction normale à l'arête du bi-prisme de Fresnel;
■ figures 3A, 3B : un détecteur optique linéaire comprenant un ensemble de pixels avant et après l'application du faisceau laser ;
■ figure 4 : un schéma de principe de l'absorption à deux photons ;
■ figure 5 : les principales étapes de traitements de l'invention permettant de déduire une durée d'impulsion à partir des traces obtenues sur le détecteur. DESCRIPTION
L'invention a pour objet un dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser Femtoseconde également dénommé « Autocorrélateur optique ».
Le dispositif de l'invention permet de mesurer des impulsions laser ultra-courtes allant de quelques Femtosecondes à plusieurs centaines de Femtosecondes.
Le dispositif de l'invention permet d'une part de créer deux sous- impulsions identiques décalées dans le temps de manière variable à partir d'un bi-prisme de Fresnei et d'autre part d'observer un effet non linéaire induit par un effet d'absorption à deux photons par la combinaison de ces deux sous-impulsions sur un détecteur comprenant un semi-conducteur.
Bi-prisme de Fresnei
La figure 1 représente un bi-prisme de Fresnei, noté BPF, qui est agencé dans l'axe optique d'un faisceau laser pour séparer un faisceau incident Fsi en des faisceaux émergents Fse. Les faisceaux émergents interfèrent alors dans une zone d'interférence, notée Zi, également appelée zone de recouvrement des faisceaux émergents Fse.
Le bi-prisme de Fresnei BPF comporte une face amont Fam se présentant selon un plan perpendiculaire à l'axe optique, c'est-à-dire perpendiculaire au faisceau incident Fsi émis par le laser. En outre, le bi- prisme de Fresnei BPF comporte une face aval Fav comprenant différentes parties inclinées. Chaque partie inclinée de la face aval est orientée selon un angle défini par l'Apex A du bi-prisme de Fresnei BPF qui permet de modifier l'angle de sortie du faisceau émergent Fse. Dans la partie supérieure de la face aval Fav du bi-prisme de Fresnei BPF les faisceaux convergent selon un angle de -Θ par rapport à l'axe optique et dans la partie inférieure de la face aval Fav du bi-prisme de Fresnei BPF, les faisceaux convergent selon un angle de Θ par rapport à l'axe optique. Un exemple d'un bi-prisme de Fresnel BPF pouvant être utilisé est un bi-prisme en silice fondue ou NaCI, BaF2, CaF2.
Le bi-prisme de Fresnel BPF dans la configuration de l'invention est un élément optique permettant de générer deux sous-impulsions, c'est-à- dire deux répliques de l'impulsion dont on cherche à mesurer la durée, se croisant avec un angle 2Θ par rapport à l'axe de propagation initial du faisceau incident Fsi. En considérant un bi-prisme de Fresnel BPF avec un Apex, noté
A, on obtient l'expression analytique du demi-angle de croisement Θ des faisceaux émergents du bi-prisme de Fresnel par la relation suivante :
Θ = asin sin
(f - £)] " ( - )
Où « n » est l'indice de réfraction du bi-prisme de Fresnel BPF à la longueur d'onde considérée.
Dans la direction orthogonale à la direction de propagation et à l'arête du bi-prisme, ladite direction étant située dans la zone ZI de recouvrement de deux faisceaux émergents se croisant, à chaque hauteur x correspond alors un délai τ entre les deux sous-impulsions avec l'expression analytique du délai τ exprimée ainsi :
2xsin[0]
T =
c
Où « c » est la célérité de la lumière. En amont du bi-prisme de Fresnel BPF, le faisceau laser incident
Fsi est configuré pour présenter une homogénéité sur toute sa largeur. Un système optique de mise en forme spatial du faisceau en amont peut être utilisé à cet effet. Le faisceau incident Fsi se présente alors uniformément réparti sur la face amont Fam du bi-prisme de Fresnel BPF.
Dans ce cas, l'éclairement uniforme du faisceau incident Fsi se réparti sur la totalité de la face amont Fam du bi-prisme de Fresnel BPF. Le dispositif de l'invention comprend une configuration optimale pour laquelle la génération et la détection d'un effet linéaire sont maximales sur un détecteur disposé en aval du bi-prisme de Fresnel BPF.
La distance optimale « d » à laquelle un détecteur CA peut être placé pour générer un effet non-linéaire avec la plus grande amplitude par combinaison de deux faisceaux émergents peut s'exprimer selon la forme analytique suivante : avec H la demi-hauteur du bi-prisme de Fresnel BPF.
Cette distance permet d'optimiser la plage temporelle accessible à la mesure. On peut également déterminer, la plage temporelle totale Δτ associée l-tan(-- /2)tan(0)
à cette distance Δτ = H 2 ' sin(0). Cette plage temporelle est déterminée en intégrant, pour toutes les hauteurs x, la valeur du délai r entre les deux sous-impulsions. La taille d'un détecteur linéaire optimale est donc obtenue pour une longueur de Ldétecteur■
Ldétecteur =™ [l - tan (~ - A/2) tan(0)]
Un détecteur CAM est agencé dans la zone d'interférence Zi pour détecter les traces d'interférométrie des faisceaux se recombinant.
Avantageusement, le bi-prisme de Fresnel BPF permet, par la création de deux sous-impulsions, de transposer les propriétés temporelles des faisceaux émergents du bi-prisme de Fresnel BPF en informations spatiales par la génération de traces d'interférométrie sur les pixels d'un détecteur CAM.
Un intérêt de l'utilisation d'un bi-prisme de Fresnel BPF est d'obtenir un dispositif compact et peu encombrant. L'invention se rapporte toutefois à d'autres éléments ayant pour fonction de séparer un faisceau en deux faisceaux croisés voyageant en moyenne sur la même distance. A titre d'exemple, l'utilisation de deux miroirs orientés avec un angle équivalent à celui de l'angle Θ des faisceaux émergents du bi-prisme de Fresnel BPF et formant un système réflectif peut être utilisé pour réaliser les mêmes fonctions que le bi-prisme de Fresnel BPF.
Le bi-prisme de Fresnel BPF permet d'associer, à chaque pixel d'une ligne du détecteur CAM, un délai différent entre les deux faisceaux, l'incrément temporel entre deux pixels étant constant. Les deux faisceaux incidents sur le pixel produisent alors un effet non-linéaire par absorption à deux photons.
Un intérêt du dispositif et du procédé de l'invention est de créer une relation entre l'intensité spatiale générée sur chaque pixel relativement au retard de deux faisceaux interférant au niveau du détecteur CAM. Montage optique de mise en forme en amont
Un système optique agencé en amont du bi-prisme selon l'axe optique peut être associé à ce dernier. On nomme le système optique DO qui comprend les deux systèmes TSP et LC de mise en forme en amont, plus généralement le système optique qui comprend les fonctions d'harmonisation du faisceau et de focalisation du faisceau.
La figure 2 représente un cas d'exemple illustrant un tel montage visant à uniformiser I'éclairement la face amont Fam du bi-prisme de Fresnel BPF. Un tel montage peut être réalisé par un télescope optique TSP.
Selon un mode de réalisation, le télescope optique TSP comprend au moins deux miroirs ou lentilles sphériques ou cylindriques Md et Me dont le premier est divergent Md et le second est convergent Me. A titre d'exemple, la distance focale du miroir divergent Md peut être choisie sensiblement égale à 5cm et la distance focale du miroir convergent Mc peut être choisie sensiblement égale à 20cm.
La lentille LC optionnelle permet de focaliser le faisceau dans la direction parallèle à l'arête du bi-prisme afin d'augmenter localement sur quelques lignes l'intensité lumineuse. Un avantage est d'obtenir un signal non-linéaire enregistré sur le détecteur couvrant toute la dynamique de ce dernier et permet d'améliorer la sensibilité du dispositif. La figue 2 représente un faisceau Fsg provenant d'un laser dont on cherche à caractériser l'impulsion, le faisceau Fss sortant du télescope TSP traverse une lentille LC et intercepte la face amont Fam du bi-prisme de Fresnel BPF par un faisceau incident FSI.
Un autre système optique plus compact permettant de réaliser la fonction d'harmonisation du faisceau et la fonction de focalisation peut être proposé en utilisant une miroir sphérique ou une lentille sphérique du télescope évitant d'utiliser la lentille cylindrique LC.
Détecteur
Le dispositif de l'invention est un autocorrélateur dans la mesure où l'autocorrélation produite est dite « interférométrique ». Les traces produites sur le détecteur CAM de l'invention forment un interférogramme enregistré par autocorrélation interférométrique. Cette autocorrélation interférométrique est basée sur l'absorption à deux photons.
Le phénomène d'absorption à deux photons est un phénomène différent de celui d'émission de lumière à deux photons qui est, par exemple, produit avec un cristal non linéaire.
La figure 4 représente un schéma de principe du mécanisme de l'absorption à deux photons dans laquelle les bandes d'énergie du matériau semi-conducteur sont représentées en fonction du vecteur d'onde de l'électron k. La bande de conduction Bc et la bande de valence Bv sont séparées par un Gap noté G.
A titre d'exemple en considérant un matériau semi-conducteur de type silicium, le Gap du silicium est d'environ 1 120 nm. On considère, pour mettre en œuvre l'invention, que le détecteur ne soit pas soumis à des radiations dont la longueur d'onde appartient à sa gamme de sensibilité, par exemple soit en effectuant le procédé dans le noir, c'est-à-dire sans lumière visible, soit par l'utilisation d'un filtre. Dans ce contexte, dans la bande connexe et supérieure à la bande de sensibilité du détecteur, c'est-à-dire pour le silicium, la bande de [1200-2200 nm], le détecteur produit alors un photo-courant uniquement dû au phénomène non linéaire d'absorption à deux photons. On distingue ici la bande de sensibilité d'un détecteur correspondant à la détection d'effets linéaires et la bande à deux photons d'un détecteur correspondant à la détection d'effets non-linéaires.
Le photo-courant enregistré est alors uniquement dû dans cette zone à de l'absorption à 2 photons, c'est à dire l'absorption simultanée de 2 photons. Lorsque le détecteur est soumis à un champ E, le photo-courant lph est alors proportionnel à :
Dans le cadre de l'invention, un avantage est de pouvoir générer le phénomène non-linéaire directement sur le détecteur puisque c'est par le phénomène d'absorption à deux photons que le détecteur crée lui-même la non-linéarité qui est exploitée ensuite par les étapes du procédé de l'invention.
Le dispositif de l'invention comprend avantageusement un détecteur au moins linéaire, c'est-à-dire au moins formé d'une ligne de pixels. Un détecteur linéaire comprend une ligne de pixels, notés pxi, sur lesquelles les traces d'interférométrie se forment à partir de la combinaison des deux impulsions créées par le bi-prisme de Fresnel BPF.
Selon un autre mode de réalisation, le détecteur est une matrice de pixels. Dans les deux cas, linéaire ou matriciel, le signal délivré par le détecteur est désigné par le terme « image » dans la suite, image unidimensionnelle dans le premier cas et bidimensionnelle dans le second.
La taille des pixels est définie de manière à permettre une résolution suffisante pour échantillonner les différentes intensités de signaux en fonction du délai τ.
Une propriété intéressante du dispositif de l'invention est la génération d'un effet non linéaire créé par le phénomène d'absorption à deux photons. Ce phénomène permet de générer une non-linéarité ayant pour résultat une intensité lumineuse créée sur chaque pixel pxi du détecteur CAM lors de la combinaison des deux sous-impulsions.
Le matériau utilisé comme semi-conducteur du détecteur optique
CAM peut être du Silicium ou encore de l'InGaAs. Le matériau du semiconducteur est choisi et adapté selon la gamme spectrale du laser que l'on souhaite caractériser. Chaque matériau semi-conducteur comprend une gamme d'absorption à deux photons. Le dispositif et le procédé de l'invention permettent donc de déterminer un matériau du semi-conducteur du détecteur qui soit dans la gamme à deux photons selon la gamme en fréquences du laser à caractériser. Le dispositif de l'invention comprend un détecteur réalisant deux fonctions. La première fonction est la génération d'un effet non linéaire et la seconde fonction est la détection de cet effet.
Afin de réaliser la première fonction, afin d'éviter la détection d'effets linéaires produits dans la gamme de sensibilité du détecteur, le détecteur optique peut être configuré pour ne pas détecter les ondes dans sa gamme de sensibilité linéaire. A cet effet, le procédé de l'invention peut être mis en œuvre sans source lumineuse parasite, par exemple dans une chambre noire dans laquelle la seule source lumineuse est le laser.
Selon un autre mode d'implémentation de l'invention, le détecteur peut être couplé à un filtre lumineux pour filtrer et donc écarter la capture d'ondes lumineuses dans sa gamme de sensibilité linéaire. Le filtrage peut être sélectif est ne laisser passer que les ondes correspondantes aux longueurs d'onde des ondes émises par le laser.
Un intérêt du filtrage des ondes lumineuses, est de s'affranchir d'une perturbation des mesures par la capture d'effets linéaires résultant de la détection des ondes dans le domaine visible.
Dans le cas du silicium, le filtre peut avantageusement être configuré pour filtrer les ondes ayant une longueur d'onde inférieure de 1 ,2 pm de sorte à protéger le capteur de toute radiation visible qui perturberait les mesures.
L'objectif d'un tel filtrage est de supprimer la contribution du signal linéaire sur le détecteur CAM qui perturberait les mesures de l'effet non linéaire permettant de caractériser l'impulsion du laser.
Le dispositif de l'invention est configuré, selon un exemple, pour mesurer la durée d'impulsion infrarouge du laser dans la gamme de longueur d'onde d'absorption à deux photons du détecteur comprise dans la bande [1 .3 pm ; 2.4 pmj . Cette gamme correspond à la zone d'absorption à deux photons du Silicium. Dans ce cas, la gamme de sensibilité du détecteur est d'environ [400 nm ; 1200 nm]
Le procédé de l'invention permet à partir du phénomène d'absorption à deux photons, de mesurer l'effet produit par le détecteur lors de la capture de photons du laser Femtoseconde.
Selon un autre exemple, lorsque le matériau semi-conducteur du détecteur est de I'InGaAs, la gamme de sensibilité du détecteur est comprise entre 0, 9 pm et 1 , 7 pm. Dans ce cas la gamme d'absorption à deux photons du détecteur est de 1 ,8 pm jusqu'à 3,4 pm.
L'invention se rapporte à tout type de matériaux semi-conducteur d'un détecteur. Les propriétés du détecteur CAM sont choisies de sorte à caractériser une impulsion laser émise dans une gamme donnée de longueurs d'ondes.
En outre, les plages de fonctionnement, comprenant les plages spectrales du laser, les fenêtres temporelles d'acquisition du détecteur, la résolution temporelle du détecteur, la sensibilité du détecteur et la plage temporelle du laser à caractériser, peuvent être adaptées en modifiant l'angle d'Apex du bi-prisme de Fresnel BPF et le type de détecteur CAM.
Fonctions oscillantes
Les traces formées sur le détecteur CAM de l'invention produite par autocorrélation interférométrique comprennent au moins trois informations différentes, nommées par la suite G2, F-i et F2, résultantes des non linéarités générées sur le détecteur. Ces informations peuvent être décrites sous forme de fonctions oscillantes.
Les fonctions oscillantes G2, Fi et F2 peuvent être extraites indépendamment car elles oscillent à des fréquences différentes dont respectivement à w=0, w = w0 et w =2-w0, où w0 est la pulsation centrale du laser à caractériser.
Les fonctions oscillantes sont exprimées par la forme analytique suivante : G2 (T) = J l(t)I(t + T) dt (1)
» Ρ (τ) = J E t E* t + x)dt (2) ■ F2 (T) = j E2 (t)E*2 (t + T)dt (3)
E est l'enveloppe complexe du champ à caractériser et I = |E|2
En supposant une forme d'impulsion ad hoc, c'est-à-dire un profil d'impulsion laser générée, il est possible à partir du procédé de l'invention de déterminer la durée réelle de l'impulsion du laser à partir d'un rapprochement entre au moins une fonction oscillante théorique, dont fi et/ou f2, et une fonction oscillante expérimentale Fi et/ou F2. Un profil d'impulsion supposée peut être, à titre d'exemple, un profil gaussien. Ce profil supposé est alors utilisé pour calculer une fonction oscillante théorique.
Les fonctions oscillantes permettent également de déduire le spectre de l'impulsion. Le procédé de l'invention permet également de déduire la durée minimale de l'impulsion pouvant être obtenue à partir de ce spectre. En outre, le procédé de l'invention permet donc de déterminer un paramètre de glissement de fréquence, au signe près du spectre de l'impulsion laser à caractériser.
La fonction oscillante G2 peut également être utilisée indépendamment des fonctions Fi et/ou F2 pour déterminer la durée d'impulsion du laser. La fonction oscillante G2 peut donc être utilisée pour obtenir une second valeur de l'impulsion. Celle-ci peut être utilisée pour vérifier la valeur obtenue avec les fonctions Fi et F2. Elle peut également être utilisée pour établir une valeur moyenne de la durée d'impulsion. Toutefois, la fonction G2 est plus sensible que les fonctions Fi et F2 aux artéfacts de mesures liées aux inhomogénéités spatiales du laser à caractériser. De ce fait, la valeur calculée par la fonction oscillante G2 peut être obtenue dans une gamme d'incertitude plus importante que les valeurs obtenues par les fonctions F-i ou F2. Si on considère un champ complexe E compressé en limite de
Fourier de la forme :
Dans cet exemple, la forme du champ est considérée gaussienne.
Le champ spectral E s'écrit alors :
Ε(ω) = exp [—
En imposant un glissement de fréquence linéaire K à E :
Ë(Ù)) = Ë (Û)) exp [iKû)2],
Le champ « non compressé » Ec s'écrit alors
Ec = exp exp [—Îat2],
Les expressions de G2, F1 et F2 peuvent alors être exprimées ainsi :
G2 (T) = exp ^-™-) ,
( I ( 2Κτ2 \ \ Γ (3σ( 4+ 16λ'2)τ2 1
F2 (T) = exp (- ^) (4) . Selon la position du pixel vis-à-vis des faisceaux émergents Fse et interférant, le signal acquis est une fonction du délai τ. En conséquence, le délai τ est défini pour chaque pixel du détecteur CAM. L'intensité du signal de chaque pixel est une combinaison des trois fonctions pour un délai τ donné.
Les fonctions F-i , F2 et G2 sont reliées à des modulations temporelles et donc spatiales qui sont liées à des fréquences différentes.
Pour analyser la contribution de chacune des fonctions oscillantes dans l'image, la méthode de l'invention permet d'appliquer une transformée de Fourier unidimensionnelle d'au moins une ligne de l'image. Simulation du dispositif complet
Le procédé de l'invention permet de définir le champ électrique après la traversée du bi-prisme de Fresnel BPF. On considère un champ électrique de la forme :
E(x, t) = exp exp [— iat2] ¥[x] où F[x] est la distribution spatiale de E.
Après traversée dans le bi-prisme de Fresnel BPF, le champ spectral E(x, ω) associé à E s'écrit :
Après propagation sur une distance Z, le champ spectral /T(kv, o)) dans le référentiel voyageant à la vitesse— -— vaut :
3 a cos(0)
Ë (kx, a), Z) = Ë (kx, ω) exp (i \ jk 2 (a)) - kx ' - ω€0*(θ)] z) , avec k (( )) = -.
c
A partir àe E(kx, ω, Z), on retrouve alors E(x, t) puis l'autocorrélation S par :
S(x) = j E(x, t)]4dt
En posant = 2Ά"(Θ), on obtient alors le signal d'autocorrélation S(x).
Procédé de traitement
Chaque étape du procédé de l'invention peut être réalisée au moyen d'un calculateur pour effectuer les opérations nécessaires pour réaliser chaque fonction qu'elle soit relative à des opérations de traitement du signal, de traitement d'image ou des algorithmes permettant de déduire une ou plusieurs valeurs. Les transformées directes et inverses de Fourier peuvent être réalisées par un calculateur. En outre, une ou plusieurs mémoires peuvent être utilisée(s) pour sauvegarder des données lors des calculs, ou encore enregistrer des valeurs obtenues par le procédé. Des moyens d'affichages peuvent être utilisés également pour observer des résultats intermédiaires du procédé, les raies obtenues ou les valeurs calculées par le procédé. a)Acquisition et traitement des signaux
Suite à l'acquisition, étape notée ACQ sur la figure 5, par le détecteur CAM de traces ayant différentes intensités sur chaque pixel, le procédé comprend une étape de génération d'une image, notée T1JMG, qui vise à quantifier l'intensité lumineuse acquise sur chaque pixel.
L'image obtenue représente une répartition d'intensités d'un signal à deux photons sur chacun des pixels.
La figure 3A représente un détecteur linéaire comprenant une ligne de pixels pxi avant que l'impulsion laser ne soit émise.
La figure 3B représente le même détecteur linéaire après l'acquisition des signaux à deux photons par chaque pixel pxi. Chaque pixel Pxi reçoit une intensité de signal correspondant à un délai τ variant sur la ligne du détecteur selon les recombinaisons des faisceaux émergents Fse du bi-prisme de Fresnel BPF. On comprend, à la lumière de la figure 3B, que chaque pixel pxi reçoit un signal dont l'intensité varie en fonction des nuances de gris représentées. Le cas de la figure 3B est représenté sans tenir compte d'une configuration particulière du dispositif. b)Transformée de Fourier
Le procédé ou le dispositif de l'invention permet alors la réalisation d'une transformée de Fourier (FFT) unidimensionnelle pour l'ensemble des lignes de pixels du détecteur CAM. La transformée de Fourier permet de passer dans l'espace fréquentiel et d'obtenir des raies en fréquences. Cette étape est représentée par l'étape FFT 1 D de la figure 5.
La transformée de Fourier des traces acquises sur chaque pixel peut être visualisée au moyen d'un afficheur sous forme de raies spectrales.
Au moins trois raies principales sont obtenues et correspondent aux contributions des fonctions oscillantes F-i , F2 et G2. Les trois raies sont obtenues pour chacune des pulsations suivantes :
■ w=0 ; ■ w = w0 et ;
■ w = 2 ■ w0
où w0 est la pulsation centrale du laser à caractériser. Les pulsations correspondent aux pulsations des fonctions oscillantes définies précédemment. c)Filtrage
Le procédé de l'invention comprend une étape de filtrage de chacune des raies obtenues par les transformées de Fourier.
Un avantage de l'étape de filtrage permet d'isoler la contribution de chacune des fonctions oscillantes dans le signal acquis par chaque pixel.
Le filtrage peut être par exemple un filtrage sélectif autour de chaque raie de sorte à obtenir la contribution principale de chaque fonction
Cette étape est représentée à la figure 5 par l'étape F.
L'étape de Filtrage est F est configurée en fonction des paramètres optiques du dispositif de l'invention. Notamment, parmi ces paramètres on trouve : le type de détecteur, ses gammes de sensibilité et d'absorption à deux photons, l'angle d'Apex et la taille des pixels. Ces paramètres sont des données qui permettent de configurer un filtrage optimisé des raies obtenues. d) transformée inverse
Le procédé de l'invention comprend une étape visant à calculer la transformée de Fourier inverse des trois réponses fréquentielles filtrées à l'étape de filtrage. Cette étape comprend donc au moins une opération qui comprend au moins une transformée inverse (FFT1) d'une raie précédemment filtrée. La fonction de transformée inverse permet de rebasculer dans le domaine temporel.
Selon un mode de réalisation, l'invention permet de déterminer la transformée de Fourier inverse d'une, deux ou trois raies correspondantes aux fonctions oscillantes F-,, F2 et G2. Cette étape comprend donc les sous étapes notées sur la figure 5 : FFT"1(Fi), FFT"1(F2), FFT"1(G2).
On obtient alors le tracé expérimental dans le domaine temporel des fonctions oscillantes expérimentales FI (T) , F2(T) , G2(T) qui sont des fonctions du délai τ. e) Ajustement
Le procédé de l'invention comprend une étape d'ajustement, notée COMP (τ, σΤ). Cette étape vise à ajuster les courbes expérimentales obtenues par la transformée de Fourier inverse avec les fonctions fi , f2 et g2 théoriques.
La fonction d'ajustement du procédé correspond à une comparaison par exemple d'une fonction F1 expérimentale et d'une fonction f1 théorique pour laquelle certains paramètres varient pour déterminer un optimum de vraisemblance des deux fonctions.
Les fonctions théoriques f1 , f2, g2 sont déterminées mathématiquement en supposant une forme temporelle théorique de l'impulsion laser. A titre d'exemple plusieurs formes d'impulsions peuvent être utilisées comme par exemple une forme gaussienne ou hyperbolique. Cette forme est déterminée soit parce qu'elle est connue, soit par ce qu'elle est supposée. La forme de l'impulsion peut être définie également par une autre fonction mathématique.
Le procédé de l'invention comprend donc la définition d'une hypothèse de la forme de l'impulsion.
L'étape d'ajustement permet de déterminer la fonction théorique la plus vraisemblable à la fonction expérimentale obtenue après les étapes de transformées inverses. Cette étape permet de déduire la durée d'impulsion et la largeur spectrale.
L'étape d'ajustement comprend une variation de paramètres définissant l'impulsion laser théorique qui peut être réalisée par un algorithme d'ajustement. Un tel algorithme est connu est peut être choisi en fonction d'une configuration donnée du dispositif. L'étape d'ajustement permet de déterminer les paramètres K et στ qui sont des paramètres de la forme analytique des fonctions f-i , f2 et g2 théoriques. L'étape d'ajustement permet de déduire le meilleur couple {K, στ} pour lesquels les fonctions théoriques et les fonctions expérimentales sont les plus proches entre elles.
Selon un mode de réalisation, l'étape d'ajustement du procédé de l'invention permet d'ajuster les fonctions expérimentales Fi et F2 en même temps. Lorsque l'étape d'ajustement est réalisée en même temps, on cherche le meilleur compromis pour que les fonctions théoriques f1 et f2 soient les plus proches possibles des fonctions expérimentales F1 et F2. Ce mode est particulièrement avantageux pour obtenir de manière précise une bonne estimation de la durée de l'impulsion.
La détermination du couple {K, στ}, solution de la fonction d'ajustement, permet d'aboutir à la forme du champ, c'est-à-dire à la durée d'impulsion et son spectre qui sont également des paramètres des fonctions théoriques f1 , 12, g2.
Par ailleurs, la transformée de Fourier d'au moins une fonction oscillante, telle que F2, permet de déduire le spectre du laser.
Le procédé de l'invention comprend également optionnellement des moyens permettant de mémoriser et d'afficher les résultats du traitement des fonctions oscillantes. Les résultats obtenus, dont la durée actuelle du laser, les paramètres de glissement de fréquences et la durée minimale de l'impulsion si le glissement de fréquence est compensé, peuvent également être mémorisés et affichés au moyen d'une mémoire et d'un afficheur.
Un avantage de l'invention est qu'il est applicable à des lasers faibles cadence et haute énergie et à des lasers haute cadence et faible énergie.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu), caractérisé en ce qu'il comprend :
■ Un bi-prisme de Fresnel (BPF) séparant un faisceau laser incident ;
■ Un détecteur (CAM) comprenant au moins un détecteur semiconducteur comprenant au moins une ligne de pixels disposé dans une zone de recouvrement dans laquelle les faisceaux séparés interfèrent et génèrent une trace par absorption de deux photons d'au moins deux faisceaux séparés par le bi- prisme de Fresnel, la dite trace générée comportant des informations caractérisant l'impulsion laser (Pu).
Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
■ un calculateur (K) traitant un signal issu du détecteur (CAM) produit par la génération de la trace pour en déduire une durée d'impulsion laser.
Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le bi- prisme de Fresnel (BPF) sépare l'impulsion incidente en deux sous- impulsions identiques se recombinant spatialement pour former une trace sur chaque pixel du détecteur, le signal détecté par chaque pixel étant dépendant du délai (τ) entre les deux impulsions interférant sur chacun des pixels.
Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une position optimisée du détecteur (CAM) par rapport à la position du bi- prisme (BPF) est calculée en fonction de l'Apex (A) et de l'indice de réfraction (n) du bi-prisme de Fresnel (BPF), l'optimisation de la position permettant de générer une trace sur le détecteur (CAM) dont la plage temporelle accessible est optimisée.
Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un système optique (DO) génère un faisceau laser étendu au moins dans la direction transverse à l'arête du bi-prisme et homogène spatialement (FSj) en entrée du bi-prisme de Fresnel (BPF) à partir d'une source laser.
Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système optique (DO) comprend un télescope (TSP).
Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un système optique (DO) permet de focaliser le faisceau selon une direction parallèle à l'arête du bi-prisme de Fresnel (BPF) dans le plan du détecteur afin d'augmenter la sensibilité du dispositif.
Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le système optique (DO) pour harmoniser le faisceau dans une direction perpendiculaire à l'arête du bi-prisme de Fresnel (BPF) comprend :
■ Soit un miroir cylindrique divergent (Md) et un miroir cylindrique convergent (Me) ;
■ Soit une lentille cylindrique divergente (Md) et une lentille cylindrique convergente (Me) ;
Et pour focaliser le faisceau dans une direction parallèle à l'arête du bi-prisme de Fresnel (BPF) comprend :
■ Une lentille cylindrique convergente (LC).
9. Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le système optique (DO) pour harmoniser le faisceau dans une direction perpendiculaire à l'arête et pour focaliser le faisceau dans une direction parallèle à l'arête du bi-prisme de Fresnel (BPF) comprend :
■ un miroir cylindrique divergent et un miroir sphérique convergent.
10. Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le détecteur (CAM) comprend au moins :
■ Une ligne de pixels ;
■ Un matériau semi-conducteur ayant une gamme à deux photons.
1 1 . Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le détecteur est une caméra CCD ou CMOS et que le matériau semi-conducteur est du silicium ou du InGaAs.
12. Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon l'une quelconque des revendications 10 à 1 1 , caractérisé en ce qu'un filtre est associé au détecteur de manière à filtrer les fréquences produisant un effet linéaire sur le détecteur (CAM).
13. Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que le calculateur effectue :
■ une quantification du photo-courant produit par la détection d'un signal sur chacun des pixels ;
■ une transformée de Fourier unidimensionnelle (FFT_1 D) d'au moins une ligne d'une image résultante du signal détecté par le détecteur (CAM) ;
■ un filtrage (F) dans le domaine fréquentiel de la transformée de Fourier unidimensionnelle (FFT_1 D) de manière à identifier des contributions d'au moins une fonction oscillante expérimentale (F-, , F 2, G2) à différentes fréquences et résultantes de l'effet à deux photons obtenues sur le détecteur (CAM) ; ■ au moins une transformée inverse (FFT1) d'au moins une fonction oscillante expérimentale (F-i , F2, G2) ;
■ un calcul (FPT) d'au moins une fonction oscillante théorique (fi , h, 92) à partir d'un modèle théorique (MT) ;
■ un ajustement (COMP) entre au moins une fonction oscillante expérimentale (F-i , F2, G2) calculée par la transformée inverse de Fourier (FFT1) et au moins une fonction oscillante théorique (f-i , f2, g2) calculée à partir du modèle théorique (MT) en faisant varier au moins un paramètre caractérisant l'impulsion laser (Pu) Femtoseconde ;
■ Une déduction de la durée d'impulsion laser (ΔΡυ) à partir d'au moins la fonction oscillante théorique (f-i , f2, g2) déterminée par l'étape d'ajustement (COMP).
14. Dispositif pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) selon la revendication 13, caractérisé en ce que la composition spectrale de l'impulsion est déterminée à partir de la transformée de Fourier d'au moins une fonction oscillante expérimentale (F2).
15. Procédé pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) Femtoseconde, caractérisé en ce qu'il comprend :
■ Une acquisition (ACQ) d'une image d'un détecteur (CAM) produite par absorption de deux photons à partir d'interférences de faisceaux émis lors d'une impulsion laser Femtoseconde, lesdits faisceaux étant séparés par un bi-prisme de Fresnel ;
■ une transformée de Fourier unidimensionnelle (FFT_1 D) de l'image formée ;
■ un filtrage (F) dans le domaine fréquentiel d'au moins une raie résultante de la transformée de Fourier (FFT_1 D) de manière à identifier au moins une contribution d'au moins une fonction oscillante expérimentale (F-i , F2, G ) de l'image formée résultante de l'effet à deux photons obtenu sur le détecteur (CAM) ;
■ au moins une transformée inverse (FFT1) d'au moins une transformée de Fourier filtrée d'au moins une fonction oscillante filtrée (Fi , F2, G2) définissant au moins une fonction expérimentale
■ un calcul (FPT) d'au moins une fonction oscillante théorique (fi, f2, g2) à partir d'un modèle théorique (MT) de l'impulsion laser ;
■ un ajustement (COMP) entre au moins une fonction expérimentale (FI (T), F2(T), G2(T)) et au moins une fonction oscillante (fi, f2, g2) calculée à partir du modèle théorique (MT) en faisant varier au moins un paramètre caractérisant l'impulsion laser (Pu) Femtoseconde ;
■ Une déduction de la durée d'impulsion laser (ΔΡυ) à partir d'au moins la fonction oscillante théorique (f-i, f2, g2) optimum déterminée par l'étape d'ajustement (COMP).
16. Procédé pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) Femtoseconde selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'étape de filtrage est optimisée à partir de paramètres optiques comprenant au moins l'angle d'Apex (A)du bi-prisme (BPF), la bande de sensibilité du détecteur (CAM), la bande d'absorption à deux photons du détecteur (CAM), la taille des pixels du détecteur (CAM).
17. Procédé pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) Femtoseconde selon la revendication 15, caractérisé en ce que le modèle théorique (MT) comprend la définition d'une hypothèse de la forme du profil du champ de l'impulsion laser (Pu).
18. Procédé pour la caractérisation d'une impulsion laser (Pu) Femtoseconde selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'étape d'ajustement comprend une détermination d'un couple de paramètres ({K, στ}) d'au moins deux fonctions oscillantes théoriques (f-i , f2), ledit couple de paramètres ({K, στ}) déterminant un optimum de vraisemblance entre les fonctions théoriques et les fonctions expérimentales (FI (T), F2(T)).
EP16713865.0A 2015-03-31 2016-03-30 Dispositif et procede de caracterisation d'une impulsion laser femtoseconde Withdrawn EP3278407A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1552704A FR3034577B1 (fr) 2015-03-31 2015-03-31 Dispositif et procede de caracterisation d’une impulsion laser femtoseconde
PCT/EP2016/056913 WO2016156391A1 (fr) 2015-03-31 2016-03-30 Dispositif et procede de caracterisation d'une impulsion laser femtoseconde

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3278407A1 true EP3278407A1 (fr) 2018-02-07

Family

ID=53776722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16713865.0A Withdrawn EP3278407A1 (fr) 2015-03-31 2016-03-30 Dispositif et procede de caracterisation d'une impulsion laser femtoseconde

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3278407A1 (fr)
FR (1) FR3034577B1 (fr)
WO (1) WO2016156391A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3117206B1 (fr) 2020-12-03 2022-11-11 Univ Bourgogne Caracterisation d’une impulsion de rayonnement par fenetrage optique resolu en temps
CN117168632B (zh) * 2023-07-07 2024-02-27 北京大学 一种激光脉冲脉宽单发自相关测量装置及其标定方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9614363D0 (en) * 1996-07-09 1996-09-04 Council Cent Lab Res Councils Optical pulse autocorrelator
US6504612B2 (en) * 2000-11-14 2003-01-07 Georgia Tech Research Corporation Electromagnetic wave analyzer
CN103389163A (zh) * 2013-07-19 2013-11-13 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间分辨二维单次自相关仪

Also Published As

Publication number Publication date
FR3034577B1 (fr) 2018-05-25
WO2016156391A1 (fr) 2016-10-06
FR3034577A1 (fr) 2016-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6053523B2 (ja) ファブリーペローフーリエ変換分光計
EP3155386B1 (fr) Dispositif et procede de caracterisation d'un faisceau de lumiere
FR2541447A1 (fr) Procede de mesure de chemin optique et interferometre laser pour sa realisation
CA2641943C (fr) Procede d'analyse de surface d'onde par interferometrie multilaterale a difference de frequence
US20230063843A1 (en) Method and apparatus for high performance wide field photothermal imaging and spectroscopy
WO2021069199A1 (fr) Dispositif et procede de mesures d'imagerie et d'interferometrie
EP2947433A1 (fr) Système et procédé d'acquisition d'images hyperspectrales
EP3345264B1 (fr) Système de mesure de durée, de profil temporel et de spectre d'impulsion laser ultrabrève
WO2010089511A1 (fr) Dispositif autocorrelateur a biprisme pour la mesure temporelle d'impulsions de lumiere ultrabreves
EP3278407A1 (fr) Dispositif et procede de caracterisation d'une impulsion laser femtoseconde
CA2617959C (fr) Spectrographe a onde contra-propagative
WO2017033037A1 (fr) Système et procédé de mesure de front d'onde térahertz
AU2015261653B2 (en) Fabry-Perot Fourier transform spectrometer
EP2078184B1 (fr) Procédé de correction d'un analyseur de front d'onde, et analyseur implémentant ce procédé
EP2520916A1 (fr) Télescope multispectral à balayage comportant des moyens d'analyse de front d'onde
EP3615902B1 (fr) Procede de caracterisation spatio-spectrale d'une source laser impulsionnelle polychromatique
RU2396547C1 (ru) Способ измерения распределения величины комплексного показателя преломления сильно поглощающих образцов
WO2018011063A1 (fr) Procédé et dispositif de caractérisation d'une source optique
FR3072168A1 (fr) Procede et ensemble d'analyse optique d'une impulsion laser ultra-breve
Machikhin et al. Full-field optical coherence microscopy based on acousto-optic filtration of interference images
FR3004253A1 (fr) Procede de mesure de front d'onde a grande sensibilite et mesureur correspondant
EP2839254B1 (fr) Procédé et dispositif pour l'imagerie multi-spectrale par reconstruction.
FR3064058A1 (fr) Systeme optique et spectrometre miniature equipe d'un tel systeme ainsi que procede d'analyse d'objets a l'aide d'un tel systeme optique
FR2991046A1 (fr) Spectrophotometre hyperspectral large bande
FR2974898A1 (fr) Dispositif d'analyse d'image actif pour telescope a balayage et telescope associe

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

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

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20171005

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
111L Licence recorded

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

Free format text: EXCLUSIVE LICENSE

Name of requester: FEMTO EASY, FR

Effective date: 20181226

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

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

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: H01S 3/00 20060101AFI20201020BHEP

Ipc: G01J 11/00 20060101ALI20201020BHEP

Ipc: H01L 27/14 20060101ALI20201020BHEP

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20201117

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: 20210330