FR2650898A1 - - Google Patents
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Abstract
Le dispositif est en particulier destiné à la mesure de rayonnement laser, par autocorrélation et ionisation multiphotoionique. Il comporte un dispositif séparateur de faisceau BS1, BS2, M1, M2 qui produit, à partir d'une impulsion de faisceaux lumineux d'entrée 10, deux impulsions partielles cohérentes 14, 16, un détecteur d'ionisation photonique contenant la zone de mesure 22, qui comprend un dispositif à électrode collectrices 36 et un dispositif à contre-électrode, un système de mesure raccordé aux dispositifs à électrodes 36. Le dispositif à électrodes collectrices 36 contient un certain nombre d'électrodes collectrices parallèles situées dans un plan sensiblement parallèle aux deux sections partielles de trajet de rayon 18a, 20a, dans la zone de mesure 22, et qui s'étendent en direction longitudinale, sensiblement en direction des sections partielles de trajet de rayon 18a, 22a passant par la zone de mesure 22.
Description
-- 1 2650898
DISPOSITIF DE MESURE DE LA DUREE D'IMPULSIONS OPTIQUES
RAYONNEES INDIVIDUELLES DE COURTE DUREE
La présente invention part d'un dispositif de mesure de la durée d'impulsions optiques rayonnées individuelles de courte durée, en particulier d'impulsions de rayonnement laser, par autocorrelation et ionisation multiphotoionique, en particulier ionisation biphotoionique, avec - un dispositif séparateur de faisceau - qui produit, à partir d'une impulsion de faisceaux lumineux d'entrée, deux impulsions partielles cohérentes qui se propagent le long de deux trajets partiels de rayon, qui passent tous les deux par une zone de mesure, - un détecteur d'ionisation photonique disposé dans la zone de mesure, qui comprend un dispositif
à électrode collectrice et un dispositif à contre-
électrode, auquel on applique un signal initial électrique qui dépend du nombre des porteurs de charge produits dans -la zone de mesure, et - un système de mesure raccordé aux
dispositifs à électrodes.
Un tel dispositif est connu par la publication de Bourne et al., Rev. Sci. Instrum. 57 (12), Décembre 1986, pages 2979 à 2982. Dans ce dispositif connu, les deux impulsions partielles sont dirigées colinéairement avec des directions opposées par un détecteur d'ionisation biphotoionique et produisent dans ce. détecteur une distribution de charge qui constitue une bonne représentation de la fonction d'autocorr9lation du profil d'intensité des deux -impulsions partielles. Le détecteur d'ionisation constitue un genre de tube ' transit, le long duquel est produit un champ électrique qui transporte les électrons provenant de la distribution de la charge vers une électrode collectrice sur laquelle apparaît de ce fait un signal électrique dont l'évolution en fonction d temps correspond à la distribution spatiale de la charge et ainsi de la fonction d'autocorrélation du profil d'intensité. La plage de mesure est limitée vers le haut 3 environ 600 ps par la longueur des tubes à transit et vers le bas à environ 25 ps par les réactions électriques effectives du
système de mesure.
Par la publication de Janszky et al, Optics S Communication, Band 23, n 3, pages 293 à 298, il est connu de mesurer la durée d'impulsions lumineuses individuelles d'une durée de l'ordre des picosecondes et des subpicosecondes par production de l'harmonique d'ordre deux au moyen de rayons non-colinéaires qui se coupent dans un cristal monoaxial non linéaire. Ce procédé de mesure ne peut pas s'appliquer pour un rayonnement s-itué dans la zone des UV, du fait qu'on ne dispose pour cela d'aucun matériau
optique non linéaire approprié.
Par la publication de Szatmari et al, Optics Communications, Volume 68, n 3, ler Octobre 1988, pages 196 à 202, on sait mesurer la durée d'impulsions de rayonnement laser de l'ordre des subpicosecondes, par autocorrelation et ionisation biphotoionique d!un gaz, à savoir le NO. A cet effet, on produit au moyen d'un interféromètre de Michelson deux versions de l'impulsion d'entrée qui sont ensuite superposées l'une à l'autre dans une cellule d'ionisation. En déplaçant un miroir de l'interféromètre, on peut modifier l'une par rapport à l'autre la position temporelle des deux impulsions et l'on
peut afficher de ce fait la fonction d'autocorrélation.
Dans ce procédé, il n'existe il est vrai aucune limitation de principe pour ce qui concerne la longueur d'onde et la durée des impulsions; ce procédé ne convient cependant pas pour la mesure de la durée d'impulsions lumineuses individuelles, du fait' qu'un grand nombre d'impulsions lumineuses est nécessaires pour l'obtention de la fonction d'autocorrélation. On dispose comme gaz de mesure pour la photoionisation, en particulier l'ionisation biphotoionique (TPI) de différents gaz de mesure pour les différentes longueurs d'onde, par exemple d'une amine ternaire, telle que la trimêthylamine (Bourne et al.,l.c.) et de la
triethylamine, du NO (Szatmari et al.,l.c.), du 1,4-
diazabicyclo-E2.2.2] octane entre autres.
Le problème consiste à perfectionner un dispositif du type du préambule de façon que la durée et si on le souhaite le profil des impulsions lumineuses puissent être mesurés avec des restrictions moindres que précédemment pour ce qui concerne la durée et la longueur d'onde. Selon la présente invention, ce problème est résolu par le fait que le dispositif à électrodes collectrices contient un certain nombre d'électrodes collectrices parallèles, en forme de bandes, isolées électriquement les unes des autres, qui sont situées dans un plan sensiblement parallèle aux deux sections partielles de trajet de rayon, dans la zone de mesure, et qui s'étendent en direction longitudinale, sensiblement en direction des sections partielles de trajet de rayon
passant par la zone de mesure.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif séparateur de faisceau est réalisé de telle façon que les sections partielles de trajet de rayon se coupent dans la zone de mesure, en faisant un angle aigu et que la direction longitudinale des électrodes collectrices est sensiblement parallèle à la bissectrice de l'angle formé entre les deux sections se coupant des trajets
partiels de rayon.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif à contreélectrode contient au moins une électrode de champ qui s'étend dans la zone de mesure, à distance du dispositif.à électrodes collectrices et sensiblement parallèlement a celui-ci; Selon une autre caractéristique de l'invention,
l'électrode de champ est en forme de fil.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif à électrode d champ-contient au moins deux
électrodes de champ parallèles, en forme de fil.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif à contreélectrode contient une électrode de champ en forme de fil qui est disposée dans le plan d'intersection des deux sections des trajets partiels de
rayon, dans la zone de mesure.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif à contre-électrode contient au moins une électrode de champ en forme de fil, qui est disposée à distance du plan d'intersection des deux sections de faisceau partiel des trajets partiels de rayon. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, une lentille cylindrique focalise le rayonnement des impulsions partielles dans 1- -Ane de mesure, dans une direction perpendiculaire au p:an du
dispositif à électrodes collectrices.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la lentille cylindrique est disposée dans le trajet de rayonnement, devant le dispositif séparateur de faisceau. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif séparateur de faisceau est réalisé sous la forme d'un interféromètre de Mach-Zehnder à deux miroirs à réflection partielle et deux miroirs à réflection totale, les miroirs étant disposés de telle façon que les sections sortantes des trajets partiels de rayon se coupent dans la zone de mesure en faisant un angle aigu. Selon une autre caractéristique de l'invention, un miroir à réflection partielle et un miroir à réflection totale sont disposés sur un support commun monté à rotation. Selon une autre caractéristique de l'invention, le miroir à réflection partielle qui est le premier dans le sens de propagation de l'impulsion rayonnée et le miroir à réflection totale, qui est situé dans'le trajet partiel de rayon réfléchit par ce miroir à réflexion partielle, sont
disposés sur le support commun.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le système de mesure contient un multiplexeur; les électrodes collectrices du dispositif à électrodes collectrices sont couplées à des entrées correspondantes du multiplexeur et que la sortie du multiplexeur est couplé à
un appareil de restitution.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les électrodes collectrices sont couplées aux entrées du multiplexeur par l'intermédiaire d'un transformateur
d'adaptation d'impédance-
Selon une autre caractéristique de l'invention, le multiplexeur est commandé par un dispositif de commande qui est déclenché par un signal retardé d'une source
lumineuse émettant l'impulsion lumineuse.
Le dispositif selon l'invention permet la mesure de la durée d'impulsions optiques rayonnées, en particulier d'impulsions de rayon laser, dans une plage descendant jusqu'à la plage des -femtosecondes, et il convient également pour des longueurs d'ondes situées dans la plage des UV. Le dispositif est très sensible, de sorte que seule une fraction de l'énergie de' l'impulsion lumineuse doit être dérivée pour pouvoir effectuer la mesure. En modifiant l'angle entre les deux rayons partiels, on peut étendre la plage de temps au moins d'à peu près 50 fs à à peu près 50 ps. En utilisant des gaz de mesure appropriés, la présente invention convient par exemple pour des longueurs.d'ondes
situées dans la plage d'à peu près 200 nm à 500 nm.
D'autres buts, avantages et caractéristiques de
l'invention apparaîtront à la lecture de la description
suivante d'un mode de réalisation de l'invention,. faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, dans lequel: La figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation de.principe du dispositif selon l'invention; la figure 2 est une vue en perspective simplifiée d'un détecteur de photoionisati-on.selon l'invention; la figure 3 représente un schéma à blocs d'un circuit électronique pour le traitement des signaux de sortie du détecteur repr.ésenté sur la figure 2; la figure 4 - est une représentation schématique d'un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention; la figure 5 est une vue de dessus schématique d'un dispositif à électrodes collectrices d'un détecteur â photoionisation selon l'invention, qui peut
être utilisé dans le cas du dispositif selon la figure 4.
Un dispositif selon l'invention, pour mesurer la durée d'impulsions optiques- rayonnées de individuelles courte durée par autocorrélation et ionisation multiphotoionique, en particulier d'ionisation biphotoionique (TPI) se compose essentiellement d'un dispositif optique qui produit à partir d'un faisceau lumineux d'entrée sous forme d'impulsions, donc relativement étroit dans le sens de la propagation, deux faisceaux partiels cohérents qui se chevauchent dans le temps et dans l'espace dans une zone prédéterminée et d'un détecteur à photoionisation disposé sur le lieu du chevauchement. Dans le mode de réalisation du présent dispositif qui est représenté sur la figure 1, le dispositif optique produisant les deux faisceaux partiels se chevauchant est un interféromètre, à savoir spécialement un interféromètre de Mach-Zehnder "désajusté" qui comporte un premier miroir à réflexion partielle agissant comme. séparateur de faisceau, deux miroirs M1,M2 à réflexion totale aussi complète que possible et un second miroir 8S2 à réflexion partielle. Le faisceau lumineux d'entrée qui se compose d'une courte impulsion lumineuse 10 tombe le long d'un trajet d'entrée de rayon 12 sur le miroir BS1 à réflexion partielle, qui produit un premier faisceau partiel 14 et un deuxième faisceau partiel 16 qui se propagent le long de
trajets de faisceaux partiels 18 et 20 correspondants.
Comme on le voit sur la figure 1,- les miroirs BS1, M1, M2, BS2 sont disposés de telle façon que la partie 18a du trajet de rayon partiel 18 qui passe par le miroir BS2 à réflexion partielle et la partie 20a réfléchie du trajet de rayon partiel 20 réfléchie par le miroir BS2 à réflexion partielle se coupent dans une zone de mesure 22, en formant un faible anglec<. En particulier, le trajet de rayon d'entrée 12 forme avec le miroir BS1 un angle qui est un peu plus petit que 45 degrés, et il forme avec le miroir M2 un angle qui est un peu plus grand que 45 degrés. Les miroirs BS1 et M1 sont parallèles. Le miroir BS2 forme avec lasection incidente du trajet de rayon partiel 20 un angle qui est égal ou légèrement inférieur à 45 . La zone de mesure se trouve dans une chambred'un détecteur à photoionisation qui est remplie d'un gaz de mesure et qui contient un système d'électrodes avec un dispositif 3 électrode collectrice 26 qui est expliqué ci-dessous plus
en détail en référence à la figure 2.
Par rapport 3 un interféromètre de Michelson tel - qu'utilisé dans les dispositifs de l'art antérieur, l'utilisation d'un interféromètre de MachZehnder offre l'avantage de contenir moins de composants et que les conditions (nombres de réflexions, de réfractions, etc) peuvent être rendues facilement identiques pour les deux faisceaux partiels. D'autre part, dans le cas de l'utilisation d'un interféromètre de Mach-Zehnder pour des mesures d'autocorrélation, il n'est pas si simple que comme pour l'interféromètre de Michelson, de modifier la position - temporelle relative des deux faisceaux partiels, ce qui peut être effectué simplement dans le cas de l'interféromètre de Michelson par déplacement d'un miroir dans l'un des deux bras de l'interféromètre. Dans le cas de l'interféromètre de Mach-Zehnder, là position temporelle relative réciproque des deux faisceaux partiels peut être obtenue au moyen de déplacements synchronisés d'au moins deux miroirs. Le plus simple est de réaliser ceci en faisant tourner ensemble autour d'un axe prédéterminée un miroir à réflexioh partielle et un miroir 3 réflexion totale dans un bras de l'interféromètre, sans modifier la position relative de ces deux éléments l'un part rapport à l'autre, donc par exemple' BS2 et M2. Ceci peut être réalisé simplement, en montant BS1 et M1 sur un support commun 28, qui n'est représenté que schématiquement sur la figure 1, qui est mobile autour d'un axe 30 qui est situé symétriquement au centre entre les surfaces réfléchissantes de BS1 et M1. Une faible rotation du support 28 de 'la valeur d'un angle Q a pour conséquence une variation de la longueur de course de signe égal aux deux composants, alors que la direction de la section de sortie 18a du trajet partiel de faisceau 18 reste inchangé et que celui-ci n'est que faiblement décalé de la valeur d'une course As. La différence de longueur de trajet est donnée par l'expression D = Ad - As = L sin - (Ll- cosO) (1) dans laquelle L est la longueur de trajet entre le séparateur de faisceau BS1 et le miroir M1. A partir de l'égalité (1) il est visible que la différence de longueur de trajet D est une fonction de l'angle 0. Dans le cas d'impulsions lumineuses courtes, en particulier d'impulsions de rayonnement laser ultra-courte, pour lequel le présent dispositif est déterminé en première ligne, la modification de longueur de trajet D qui est nécessaire est petite en comparaison de L (par exemple D/L est à peu près égal à 3 x 10- 3, la valeur de ' étant de ce fait du même ordre de grandeur). On peut ensuite obtenir de la manière suivante une approximation de Ad et deAs: Ad = L O, (2)
A L 2 (3)
d'o D =Ad (4).
La signification pratique de l'égalité (4) réside dans le fait que la différence de longueur de trajet D, c'est-à-dire le retard temporel réciproque des deux faisceaux partiels est une fonction linéaire du réglage d'une vis micrométrique (non représentée) qui est disposée de manière appropriée, qui agit en particulier perpendiculairement à la direction longitudinale du support 28, vis au moyen de laquelle peut tourner le support 28 des
deux miroirs BS1, M1.
Un mode de réalisation préféré d'un détecteur d'ionisation photoionique 32, qui réagit principalement à l'ionisation biphotoionique, est représenté de façon quelque peu simplifiée sur la figure 2. Le détecteur d'ionisation photoionique 32 contient un piston transparent 34 qu'entoure la chambre 24 et qui est rempli d'un gaz de mesure quelconque approprié. Le type du gaz de mesure dépend de la longueur d'onde du rayonnement â mesurer et l'on peut utiliser l'un quelconque des gaz de mesure
connus, aux pressions et concentrations usuelles.
La partie essentielle du détecteur d'ionisation photoionique 32 est un système à électrodes qui contient un dispositif 3 électrodes collectrices 36 segmenté et un dispositif à contre-électrode 38. Le dispositif à électrodes collectrices contient une aire composée d'un nombre prédéterminée d'électrodes collectrices en forme de bandes, seize électrodes dans le cas présent, qui sont placées dans un plan parallèle à la direction de propagation des faisceaux partiels 18a,20a. Dans le présente exemple de réalisation, les électrodes collectrices ont chacune une dimension de 20 x 1 mm et sont isolées électriquement les unes des autres par des espaces intermédiaires de 0,25 mm. Le dispositif à électrodes collectrices 36 recouvre une surface d'à peu près 20 x 20 mm2, qui est entourée à distance d'une électrode de
protection 40 décrivant un rectangle, de 7 mm de large.
Ceci a pour but de produire un champ électrique bien défini
dans la zone de mesure.
Le dispositif à contre-électrode 38 se compose dans l'exemple de réalisation de la figure 2 d'une électrode de champ unique en forme de fil, qui s'étend à distance, parallèlement au plan du dispositif à électrodes collectrices 36 et perpendiculairement 3 la direction longitudinale des électrodes collectrices en forme de bandes. L'écartement de l'électrode de champ formant le dispositif à contreélectroqde 38 par rapport au dispositif à électrodes collectrices 36 est de 2i5 mm. Le dispositif à électrodes collectrices et l'électrode de protection sont disposées sur une plaquette en céramique ou un autre support approprié et reliés électriquement par l'intermédiaire de fils conducteurs 44 présentant des broches 46, qui servent au raccordement d'une électronique
de traitement de signal représentée sur la figure 2.
Le piston 34 présente des appendices 34a,34b qui sont délimitées par des fenêtres 48a,48b. Le piston 34 peut en outre être pourvu de raccordements conducteurs non
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représentés ou d'une tubulure de pompe servant à
l'évacuation et au remplissage avec le gaz de travail.
Comme le montre schématiquement la figure 2, chaque électrode collectrice en forme de bande du dispositif à électrodes collectrices 36 est reliée à une résistance de travail 42 propre qui peut être d'une valeur de 44 megohm et est reliée 3 un préamplificateur 50 servant de transformateur d'adaptation d'impédance. L'électrode de champ 38 est maintenue en fonctionnement à une tension continue de -250 V. La direction longitudinale des électrodes collectrices en forme de bande du dispositif à électrodes collectrices 36 est parallèle au plan qui bissecte l'angle formé entre les deux faisceaux partiels 18a,20a. L'électrode de champ en forme de fil s'étend au centre du dispositif à électrodes collectrices 36, parallèlement au dispositif et perpendiculairement à la direction longitudinale des électrodes collectrices en forme de bandes. L'utilisation d'une électrode de champ en forme de fil présente l'avantage que dans ce cas l'intensité de champ présente un maximum justement au centre du dispositif à électrodes collectrices. C'est pourquoi on groupe principalement les électrodes qui, vu en direction longitudinales, sont produites au centre du dispositif à électrodes collectrices, donc dans la zone de mesure 22, ce qui limite la sensibilité de l'ajustement de la direction des électrodes collectrices par rapport au faisceau de rayonnement. Dans le cas d'une utilisation également possible d'une électrode de champ étendue à plat, l'ajustement du détecteur est critique, d'autre part, la sensibilité 'vis à vis des inhomogénéités spatiales du rayonnement est plus faible. Il sera traité plus en détail
de ce problème ci-dessous.
Le nombre des électrodes collectrices du dispositif à électrodes collectrices 36 est déterminé par le nombre des canaux d'un multiplexeur 54 qui est contenu dans l'électronique de traitement 52 (figure 3) et il est ici de 16. Le problème qui résulte du nombre limité à 16 des points de mesure pour les courbes d'autocorrélation peut être maîtrisé par une adaptation appropriée de la il -. 2650898 largeur de la courbe d'autocorrêlation à la fenêtre temporelle pour la mesure. La fenêtre temporelle T est l'intervalle de temps pendant lequel les deux impulsions lumineuses des traje-ts -partiels de rayons se- chevauchent dans la zone de mesure 22. Il peut être montré que la fenêtre temporelle est déterminée par l'égalité sin O = cT dans laquelle c est la vitesse de la lumière, est la largeur de la zone collectrice, mesurée en direction de la contre-électrode 38 en forme de-fil, et< est l'angle entre les deux trajets partiels de faisceau 18a,-20a. La fenêtre temporelle T peutégalement être modifiée de façon
continue par variation de l.'angleo(.
Un exemple de conditions de fonctionnement typiques est représenté sur l'a figure 1. Ici, la largeur d'autocorrélation L 1 est d'à peu près 1/3 de la fenêtre temporelle, ce qui peut être obtenue pour une Àdurée d'impulsion lumineuse-prédéterminée par un choix approprié
de la fenêtre temporelle T. Pour la proportion optimale T -
3ZA et une impulsion qui est caractérisée par une largeur d'autocorrélation At, la valeur optimale de < est: i 2 arcsir 3cA- (6) Le circuit électronique servant au traitement des signaux provenant du dispositif â électrodes collectrices 36 est représenté sur la figure 3. Il a déjà été mentionné que chacune des seize électrodes collectrices du dispositif 36 était reliée à une résistance de travail 42 et à - l'entrée d'un préamplificateur 50. Les préamplificateurs sont des amplificateurs opérationnels à entree. JFET, ils travaillent à la manière de transformateur d'adaptation d'impédance non inversibles, avec un facteur d'amplification de 1. Les préamplificateurs se composent ici de quatre circuits de commutation intégrés TL084 qui contiennent chacun quatre amplificateurs et qui sont disposés aussi près que possible sur le dispositif à électrodes collectrices 36 (donc sur la face inférieure du substrat du dispositif à électrodes collectrices 36), afin de maintenir aussi faible que possible les capacités parasites ainsi que la sensibilité. aux parasites
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électromagnétiques. Les sorties des amplificateurs sont reliées à l'électronique de traitement 52 à 1l'aide d'un câble d'une longueur d'à peu prés 2 m qui contient également les conducteurs d'alimentation. Le dispositif détecteur à ionisation photoionique peut de ce fait être déplacé indépendamment de l'électronique de traitement et il assure un niveau de parasite très faible. Les sorties des amplificateurs 50 sont reliées par le câble 56 aux entrées du multiplexeur 54 à 16 canaux (multiplexeur analogique CMOS ADG 506 AKN). Les autres entrées d'adresse du multiplexeur sont couplées à un compteur binaire 58. Le compteur binaire 58 est démarré par une impulsion de déclenchement qui lui a été envoyée, par l'intermédiaire d'un organe de retardement 60, de la source d'impulsion lumineuse qui se compose dans le cas présente d'un laser KrFExcimer. L'impulsion de déclenchement retardée et le signal de sortie intercalé temporellement qui provient du multiplexeur sont envoyés à un dispositif d'affichage ayant
la forme d'un oscillographe à mémoire 62.
Avant de commencer les mesures d'autocorrélation, on ajuste le dispositif de façon que les deux faisceaux partiels se chevauchent temporellement complètement dans la zone de mesure. Ceci est contrôlé avec un collimateur à trou, dont le trou est de 0,8 mm et qui est disposé au centre du faisceau de rayonnement d'entrée, directement
devant l'interféromètre.
Des essais précis montrent que le pouvoir de résolution spatial du détecteur à photoionisation, pour la distance usuelle d = 2,5 mm entre l'électrode de champ 38 et le dispositif à électrodes collectrices 36 ne varie pas sensiblement si l'on utilise une tension d'électrode de champ qui est un peu inférieure à U = - 25.0 V. Le pouvoir de résolution dépend un peu plus de la distance entre le faisceau de mesure limité par le collimateur à trou et l'électrode de champ 38. La résolution décroît si le
faisceau de mesure est approché de l'électrode de champ.
Ceci est particulièrement marqué dans le cas de distances importantes entre l'électrode de champ et le dispositif à électrodes collectrices 36. Une distance entre électrode de
* * ' '13 2650898
d = 2,5 mm s'est révélée appropriée, du fait qu'ici cet
effet est le moindre.
Un problème qui survient dans le cas du mode de réalisation simple de la figure i est la dépendance de la forme de la courbe d'autocorrélation de la distribution de l'intensité dans le faisceau rayonné, Deux mesures qui contribuent à réduire cette dépendance sont représentés sur
les figures 4 et 5.
La figure 4 montre en vue de côté un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention, qui correspond dans son principe au mode de réalisation de la figure 1, tout en s'en distinguant par deux caractéristiques. En premier, il est prévu dans le trajet du rayon d'entrée 12 une lentille cylindrique 70 qui focalise le faisceau rayonné en direction verticale, donc perpendiculairement au plan du dispositif 3 électrodes collectrices 36, de telle façon que la totalité du rayonnement passe par l'espace intermédiaire situé entre le dispositif 3 électrode collectrices 36 et le dispositif 3 contre-électrodes 38 qui est disposé 3 distance su-dessus de celui-ci. Les électrodes collectrices individuelles intègrent de ce fait l'intensité sur toute la hauteur du faisceau rayonné, tandis que dans le mode de réalisation selon la figure 1, on mesurait seulem'ent'une zone de 2,5 mm de hauteur du faisceau rayonné- qui a au total une hauteur d'a peu près 8 mn,. On rend de ce fait ainsi largement inoffensives les irrégularités de l'intensité rayonnée en
direction verticale.
En direction horizontale, on peut largement réduire l'influence indésirable des irrégula&ités de l'intensité rayonnée par la variante représentée s.ur la
figure 5 pour la géométrie du dispositif détecteur.
Supposons que la surface qui est captée par le dispositif à électrodes collectrices 36 soit située totalement dans la zone de chevauchement des deux faisceaux partiels 18a,20a et que la relation temporelle des deux imp'ulsions lumineuses soit telle que l'on obtienne le maximum de la fonction d'autocorrélation au centre du dispositif à électrodes collectrices. Supposons en outre que le faisceau lumineux entrant contienne en un point une intensité accrue ("point chaud"), dont la position est représentée en pointillés dans les deux faisceaux partiels, il en résulte un maximum correspondant du signal électrique donné par l'électrode collectrice désignée par X, si le groupage des électrodes a lieu dans un plan A, donc là o est disposé
une unique électrode de champ en forme de fil.
Si d'autre part on groupe les électrodes dans un plan B, c'est-à-dire qu'on y dispose une électrode de champ en forme de fil, il y a variation de la position des points auxquels survient un signal électrique augmenté suite aux "points chauds" se trouvant dans les faisceaux partiels, alors que le maximum de la fonction d'autocorrélation est inchangé et reste au centre du dispositif à électrodes collectrices. Si l'on prévoit ainsi plusieurs électrodes de champ séparées 38a,38b,38c (figure 4), qui peuvent être mises en circuit indépendamment les unes des autres, on peut attendre une intégration spatiale de la distribution de l'intensité,transversalement sur le faisceau rayonné, sans perturber.la résolution temporelle. En utilisant cette mesure on doit être assuré que la direction longitudinale des électrodes collectrices du dispositif à électrodes collectrices 36 soit exactement parallèle aux bissectrices situés entre les faisceaux partiels 18a,20a. la distance maximale entre les électrodes de champ supplémentaires et le plan A est déterminée par la cohérence spatiale limitée
du rayonnement.
Dans le cas d'un mode de réalisation pratique pour mesurer la durée des impulsions ultra-courtes de rayon laser, il a été utilisé' une longueur d'ondes de 248 nm et une durée d'à peu près 450 fs a été trouvée avec NO comme gaz de mesure pour une pression d'à peu près 1,33. 105 Pa
(100 Torr). L'angle ' était à peu près de 5 degrés.
La précision du présent dispositif a été testée par comparaison avec des mesures de longueur d'onde à passages multiples et elle s'est révélée satisfaisante. Des mesures faites dans la plage de longueur d'ondes située entre 200 nm et 500 nm furent effectuées avec succès avec des gaz connus appropriés. En modifiant l'angle entre les
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deux faisceaux partiels, on a pu mesurer la durée d'impulsions de rayons laser dans la plage de 50 fs à 50 ps. La résolution peut être augmentée en utilisant plus de seize électrodes collectrices et un multiplexeur
comportant plus de seize canaux.
Claims (15)
1. Dispositif de mesure de la durée d'impulsions optiques rayonnées individuelles de courte durée, en particulier d'impulsions de rayonnement laser, par autocorrélation et ionisation multiphotoionique, comprenant un dispositif séparateur de faisceau (BS1, BS2, M1, M2) qui produit, à partir d'une impulsion de faisceaux lumineux d'entrée (10), deux impulsions partielles cohérentes (14,16) qui se propagent le long de deux trajets partiels de rayon (18,20), qui contiennent chacun une section (18a,20a) passant par une - mesure
(22),
- un détecteur d'ionisation photonique contenant la zone de mesure (22), qui comprend un dispositif à électrodes collectrices (36) et un dispositif 3 contre-électrode (38), auxquels on applique un signal initial électrique qui dépend du nombre des porteurs de charge produits dans la zone de mesure, et - -un système de mesure (42,50,52,62) raccordé aux dispositifs à électrodes (36,38), caractérisé en ce que le dispositif Us-trodes collectrices (36) contient un certain nombre c'é ectrodes collectrices parallèles, en forme de bandes, isolées électriquement les unes des autres, qui sont situées dans un plan sensiblement parallèle aux deux sections partielles de trajet de rayon (18a,20a), dans la zone de mesure (22), et qui s'étendent en direction longitudinale, sensiblement en direction des sections partielles de trajet de rayon (18a,22a) passant par la zone de mesure (22).' 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif séparateur de faisceau est réalisé de telle façon que les sections partielles de trajet de rayon (18a,20a) se coupent dans la zone de mesure (22), en faisant un angle aigu et que la direction longitudinale des électrodes collectrices est sensiblement
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parallèle à la bissectrice de l'angle formé entre-les deux
sections se coupant des trajets partiels de rayon.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif à contre-électrode (38) contient au moins une électrode de champ qui s'étend dans la zone de mesure (22), à distance du dispositif à électrodes collectrices (36) et sensiblement parallèlement
à celui-ci.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'électrode de champ est en forme de fil. 5. Dispositif selon la revendication 3, car térisé en ce que le dispositif à électrode de champ (38) contient au moins deux électrodes de champ (38a,38b)
parallèles, en forme de fil.
6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif à contre-1électrode contient une électrode de champ (38b) en forme de fil qui est disposée dans le plan d'intersection (A, fig.5) des deux sections (18a,20a) des trajets partiels de rayQn, dans
la zone de mesure.
7. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le dispositif à
contre-électrode contient au moins une électrode de champ (38a,38c) en forme de fil, qui est disposée à distance du plan d'intersection (A, fig. 5) des deux sections de
faisceau partiel (18a,20a) des trajets partiels de rayon.
8. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé par une lentille
cylindrique (70) qui focalise le rayonnement des impulsions partielles dans la zone de mesure (22), dans une direction perpendiculaire au plan du dispositif à électrodes
collectrices (36).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la lentille cylindrique (70) est
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disposée dans le trajet de rayonnement (12), devant le
dispositif séparateur de faisceau.
10. Dispositif selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que le
dispositif séparateur de faisceau est réalisé sous la forme d'un interféromètre de Mach-Zehnder à deux miroirs à réflection partielle (BS1, BS2) et deux miroirs 3-réflection totale (M1,M2), les miroirs étant disposés de telle façon que les sections (18a,20a) sortantes des trajets partiels de rayon (18,20) se coupent dans la zone de mesure (22) en
faisant un angle aigu.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un miroir à réflection partielle et un miroir à réflection totale sont disposés sur un support
commun (28) monté à rotation.
12. Dispositi.f selon la revendication 11, caractérisé en ce que le miroir à réflection partielle (BS1) qui est le premier dans le sens de propagation de l'impulsion rayonnée et le miroir a réflection totale (M1), qui est situé dans le trajet partiel de rayon (18) réfléchi par ce miroir à réflexion partielle, sont disposés sur le
support commun (28).
13. Dispositif selon l'une quelconque.des
revendications précédentes, caractérisé en ce que le
système de mesure contient un multiplexeur (54); que les électrodes collectrices du dispositif à électrodes collectrices (36) sont couplées à des entrées correspondantes du multiplexeur (54) et que la sortie du
multiplexeur est couplé à un appareil de restitution (62).
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les électrodes collectrices sont couplées aux entrées du multiplexeur par l'intermédiaire
d'un transformateur d'adaptation d'impédance (50).
15. Dispositif selon la revendication 13 ou 1, caractérisé en ce que le multiplexeur est commandé par
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un dispositif de commande (58) qui est déclenché par un signal retardé d'une source lumineuse émettant l'impulsion lumineuse.
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