FR2742867A1 - Procede et dispositif interferometrique de caracterisation d'un milieu - Google Patents
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
- H05G2/001—Production of X-ray radiation generated from plasma
-
- H—ELECTRICITY
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- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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Abstract
L'invention concerne un dispositif interférométrique de caractérisation d'un milieu (24), comportant - des moyens (2, 6, 8, 12, 14) pour engendrer un train d'impulsions d'un rayonnement, à un taux de répétition supérieur à 10**10 Hz, - des moyens pour diriger un faisceau pompe (28), sur le milieu à mesurer, ce dernier produisant, en réponse, un faisceau signal (32), - des moyens de détection (26), vers lesquels ce faisceau signal est dirigé, - des moyens (14) pour diriger un faisceau sonde (30), vers les moyens de détection (26), - des moyens (34) pour échantillonner un signal incident sur le détecteur (26), résultant de l'interférence entre le faisceau signal (32) émis par le milieu et le faisceau sonde (30),- des moyens (44-1, 44-2,...) pour faire varier un instant de déclenchement des moyens d'échantillonnage.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF INTERFEROMETRIQUES DE
CARACTERISATION D 'UN MILIEU
DESCRIPTION
Domaine technique et art antérieur
L'invention concerne le domaine de la caractérisation ou de la mesure de milieux à l'aide d'une technique interférométrique de type Martin
Puplett. Une telle technique est particulièrement bien adaptée à la caractérisation de milieux condensés, ou gazeux, ionisés, tels que des plasmas. De tels milieux ont des durées de vie parfois très brèves, et présentent alors un caractère fortement évolutif dans un état hors équilibre thermodynamique. I1 est donc particulièrement délicat d'acquérir une connaissance précise, de l'évolution spatio-temporelle des caractéristiques physiques de ces milieux.
CARACTERISATION D 'UN MILIEU
DESCRIPTION
Domaine technique et art antérieur
L'invention concerne le domaine de la caractérisation ou de la mesure de milieux à l'aide d'une technique interférométrique de type Martin
Puplett. Une telle technique est particulièrement bien adaptée à la caractérisation de milieux condensés, ou gazeux, ionisés, tels que des plasmas. De tels milieux ont des durées de vie parfois très brèves, et présentent alors un caractère fortement évolutif dans un état hors équilibre thermodynamique. I1 est donc particulièrement délicat d'acquérir une connaissance précise, de l'évolution spatio-temporelle des caractéristiques physiques de ces milieux.
L'invention s'applique non seulement à l'étude des plasmas, tels que les plasmas de soudure laser ou de soudure à l'arc, les plasmas de fusion magnétique, ou les plasmas de fusion par confinement inertiel, mais elle s'applique également à l'étude de la matière condensée, des gaz ionisés, des claquages dans les gaz (notamment pour l'étude du fonctionnement des bougies, des éclateurs, de la foudre) . Un autre domaine d'application est celui de l'étude de la combustion dans les tuyères de réacteurs (en aéronautique) ainsi que l'étude de l'ionosphère et de la magnétosphère en physique spatiale.
Pour mesurer et connaître les propriétés thermodynamiques, électroniques et physico-chimiques des milieux ionisés à durée de vie transitoire et à caractère évolutif tels que les plasmas laser, il est généralement mis en oeuvre des moyens de diagnostic et de spectroscopie faisant appel à l'éclairement de ce milieu par une source de rayonnement électromagnétique (du type radiation X), cette source ayant une intensité permettant d'illuminer le milieu étudié pendant sa phase évolutive transitoire. La source doit en outre permettre la génération d'un rayonnement tel que les mesures, soit de la partie réfléchie, soit de la partie transmise, de ces rayonnements puissent révéler les caractéristiques physiques temporelles spécifiques dudit milieu
Ainsi, on connaît un procédé mettant en oeuvre une source de rayonnements en impulsion, soit cohérent (laser), soit incohérent (rayons X).Dans le cas où le rayonnement source est un rayonnement laser cohérent, la caractérisation du rayonnement transmis par le milieu de plasma ionisé peut être réalisée par une mesure de polarisation rotatoire magnétique, à partir de laquelle il est possible de calculer le gradient spatial de densité et celui de température d'un milieu ionisé.
Ainsi, on connaît un procédé mettant en oeuvre une source de rayonnements en impulsion, soit cohérent (laser), soit incohérent (rayons X).Dans le cas où le rayonnement source est un rayonnement laser cohérent, la caractérisation du rayonnement transmis par le milieu de plasma ionisé peut être réalisée par une mesure de polarisation rotatoire magnétique, à partir de laquelle il est possible de calculer le gradient spatial de densité et celui de température d'un milieu ionisé.
La durée de vie des milieux étudiés est en général telle qu'il n'est pas possible d'utiliser plusieurs impulsions successives de rayonnement pour "sonder" le milieu. L'étude ne peut donc avoir lieu qu'en monocoup. Une mesure résolue en temps est alors difficilement applicable, et doit mettre de toute manière en oeuvre une technique d'échantillonnage rapide. Même avec un tel échantillonnage temporel, la mesure ne délivre qu'une information globale sur le rayonnement électromagnétique émis par le milieu, information qui est moyennée spatialement. Une zone très localisée du milieu n'émet cependant pas systématiquement de rayonnement électromagnétique détectable, celui-ci pouvant être absorbé par le milieu ionisé environnant ou par une zone à forte instabilité thermodynamique.Donc, même s'il est possible de mettre en oeuvre une résolution temporelle élevée, les informations recueillies à l'aide de ce seul élément de diagnostic ne délivrent finalement que des données moyennes d'ensemble de l'état physique du milieu. Pour améliorer la compréhension des phénomènes physiques à l'intérieur du milieu, le système monocoup nécessite un élément de diagnostic complémentaire qui puisse restituer l'aspect cartographique de l'émission de rayonnement il il est nécessaire d'obtenir une résolution spatiale du milieu étudié, ce qui est d'autant plus délicat que ledit milieu peut avoir une épaisseur ou une extension spatiale très faible (de l'ordre de quelques dizaines de micromètres).
Une autre limitation importante des dispositifs de l'art antérieur est la suivante. Le signal à détecter par le dispositif à échantillonnage rapide ne peut pas être modulé temporellement, et un niveau de bruit important du système affecte la sensibilité de la mesure par échantillonnage et limite l'application à la détection et à la mesure de signaux d'amplitude élevée, ressortant nettement au-dessus du bruit du système électronique associé.
Exposé de l'invention
L'invention a donc pour objet un dispositif et un procédé interférométriques, pour la caractérisation d'un milieu, permettant d'obtenir à la fois une résolution temporelle et une résolution spatiale du milieu.
L'invention a donc pour objet un dispositif et un procédé interférométriques, pour la caractérisation d'un milieu, permettant d'obtenir à la fois une résolution temporelle et une résolution spatiale du milieu.
A cette fin, l'invention a d'abord pour objet un dispositif interférométrique de caractérisation d'un milieu comportant - des moyens pour engendrer un train d'impulsions d'un
rayonnement, à un taux de répétition supérieur à 1O1OHz, - des moyens pour diriger, à partir dudit train
d'impulsions, un faisceau, dit faisceau pompe, sur le
milieu à mesurer ou à caractériser, ce dernier
produisant, en réponse au train d'impulsions du
faisceau pompe, un faisceau signal, - des moyens de détection, vers lesquels ce faisceau
signal est dirigé, - des moyens pour diriger, à partir du train
d'impulsions, un faisceau, dit faisceau sonde, vers
les moyens de détection, - des moyens pour échantillonner un signal incident sur
le détecteur, résultant de l'interférence entre le
faisceau signal émis par le milieu et le faisceau
sonde, - des moyens pour faire varier un instant de
déclenchement des moyens d'échantillonnage.
rayonnement, à un taux de répétition supérieur à 1O1OHz, - des moyens pour diriger, à partir dudit train
d'impulsions, un faisceau, dit faisceau pompe, sur le
milieu à mesurer ou à caractériser, ce dernier
produisant, en réponse au train d'impulsions du
faisceau pompe, un faisceau signal, - des moyens de détection, vers lesquels ce faisceau
signal est dirigé, - des moyens pour diriger, à partir du train
d'impulsions, un faisceau, dit faisceau sonde, vers
les moyens de détection, - des moyens pour échantillonner un signal incident sur
le détecteur, résultant de l'interférence entre le
faisceau signal émis par le milieu et le faisceau
sonde, - des moyens pour faire varier un instant de
déclenchement des moyens d'échantillonnage.
Le fait de mettre en oeuvre un tel dispositif interférométrique permet d'obtenir une résolution temporelle suffisante. En outre, l'instant d'échantillonnage étant variable, le signal à détecter provient de profondeurs différentes à l'intérieur du milieu étudié, puisque la zone vue par le détecteur est celle atteinte par le rayonnement excitateur dans le milieu, à l'instant où l'échantillonnage commence.
Le train d'impulsions peut être obtenu par réflexion d'une seule impulsion sur un miroir interférentiel multicouche, chaque impulsion du train d'impulsions correspondant à la réflexion de l'impulsion initiale sur chaque couche du miroir.
Du fait de la mise en oeuvre d'un miroir réflecteur multicouche, la modulation des faisceaux de pompage et de sonde n'est pas de type actif, mais de type passif : le miroir joue le rôle de séquenceur, en délivrant un train d'impulsions à un taux de répétition supérieur à celui de tous les dispositifs modulateurs existants.
Les impulsions engendrées peuvent être du type rayon X. Dans ce cas, il est commode de mettre en oeuvre un laser émettant des impulsions laser en direction d'une cible d'un matériau solide, les rayons
X étant alors obtenus par impact du laser sur la cible solide.
X étant alors obtenus par impact du laser sur la cible solide.
De même, dans le cas où l'étude du milieu nécessite la mise en oeuvre d'un rayonnement ultraviolet, les moyens pour engendrer un train d'impulsions peuvent être des moyens pour produire des impulsions de rayonnement ultraviolet. Ceci peut être obtenu par multiplication, à l'aide de moyens non linéaires, de la fréquence d'un rayonnement impulsionnel ultraviolet, visible ou infrarouge émis par un laser impulsionnel.
Du fait des durées de vie en général très limitées des milieux à étudier, le laser peut être un laser du type "femtoseconde", les impulsions émises étant d'une largeur temporelle inférieure à 10-13 s.
Le détecteur choisi est de préférence un détecteur ultrarapide, de composition CdTe, GaAs,
SiO/saphir, ou diamant.
SiO/saphir, ou diamant.
Le choix du diamant est en général préférable, car ce matériau est le plus performant du point de vue de la résistance aux radiations. De toute façon, du fait des phénomènes très rapides mis en jeu, le matériau constitutif du détecteur est de préférence un matériau photoconducteur ultrarapide, la durée de vie des porteurs étant inférieure à la picoseconde.
L'invention concerne également un procédé interférométrique de caractérisation d'un milieu, comportant - la génération d'un train d'impulsions d'un
rayonnement, à une fréquence de répétition supérieure
à 1010 Hz, - l'émission à partir du train d'impulsions d'une part
d'un faisceau pompe en direction du milieu, et,
d'autre part, d'un faisceau sonde en direction de
moyens de détection, - la réception, par ces moyens de détection, d'une part
du faisceau sonde et, d'autre part, d'un faisceau
signal réémis par le milieu à mesurer en réponse à
l'excitation par le faisceau pompe, - l'échantillonnage du signal obtenu, au niveau du
détecteur, par interférence du faisceau signal émis
par le milieu et du faisceau sonde.
rayonnement, à une fréquence de répétition supérieure
à 1010 Hz, - l'émission à partir du train d'impulsions d'une part
d'un faisceau pompe en direction du milieu, et,
d'autre part, d'un faisceau sonde en direction de
moyens de détection, - la réception, par ces moyens de détection, d'une part
du faisceau sonde et, d'autre part, d'un faisceau
signal réémis par le milieu à mesurer en réponse à
l'excitation par le faisceau pompe, - l'échantillonnage du signal obtenu, au niveau du
détecteur, par interférence du faisceau signal émis
par le milieu et du faisceau sonde.
L'échantillonnage peut avoir lieu selon la méthode d'échantillonnage par autocorrélation.
Le train d'impulsions peut être obtenu à partir d'une impulsion unique réfléchie sur un miroir interférentiel multicouche.
Les impulsions peuvent être des impulsions de rayonnement X, qui peuvent être obtenues par émission d'impulsions laser sur une cible d'un matériau solide, l'impact du laser sur la cible produisant les rayons X.
De même, les impulsions peuvent être des impulsions de rayonnement ultraviolet, obtenues par exemple par émission d'impulsions laser dans le domaine ultraviolet, visible ou infrarouge, et par multiplication de la fréquence du rayonnement laser par un cristal non linéaire.
Dans tous les cas, il est préférable, afin d'étudier des milieux de durée de vie très brève, d'utiliser un laser du type "femtoseconde", et de toute façon un laser émettant des impulsions de largeur temporelle inférieure à 10-13 s.
Brève description des figures
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels
- la-figure 1 représente un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention,
- les figures 2A à 2D représentent l'évolution temporelle de divers signaux ou faisceaux mis en oeuvre dans le cadre d'un procédé selon l'invention,
- la figure 3 est un schéma de principe d'un autocorrélateur à échantillonnage optoélectronique.
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels
- la-figure 1 représente un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention,
- les figures 2A à 2D représentent l'évolution temporelle de divers signaux ou faisceaux mis en oeuvre dans le cadre d'un procédé selon l'invention,
- la figure 3 est un schéma de principe d'un autocorrélateur à échantillonnage optoélectronique.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
La figure 1 représente un schéma de principe d'un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention.
La figure 1 représente un schéma de principe d'un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention.
Un laser, non représenté sur la figure, émet des impulsions d'un rayonnement référencé 2 sur la figure.
Ce rayonnement est focalisé par une lentille 4 à la surface d'une cible solide 6. Les impulsions émises par le laser sont de préférence des impulsions de type femtoseconde, avec une largeur temporelle de l'ordre de 10-14-10-13 s. La cible 6 est composée d'un matériau métallique de type titane, nickel, zinc ou tungstène.
Sous l'effet du faisceau laser focalisé 2, une émission radiative de la surface de cette cible à lieu, et il en résulte l'émission d'un rayonnement intense 8 de radiation X, dont les caractéristiques énergétiques et spectrales dépendent du matériau cible sélectionné.
Le faisceau de rayonnement X ainsi obtenu est réfléchi par un miroir 12, pour rayons X, en direction d'un miroir multicouche 14. Ce miroir comporte essentiellement une série de couches alternées 16, 18, 20, 22. Pour l'application au domaine de rayonnement X, ces couches peuvent être par exemple alternativement des couches de carbone et de tungstène, ou de tungstène et de molybdène.
Ce miroir multicouche permet de transformer une impulsion de rayonnement X unique, incidente, en une pluralité ou train d'impulsions. En effet, une impulsion unique de rayonnement X va subir une propagation et des réflexions successives sur les couches empilées. A partir des coefficients d'absorption et de réflexion des couches du miroir 14, il est possible de choisir l'espacement et le nombre des couches réflectrices du miroir en fonction de la plage temporelle sur laquelle le train d'impulsion doit être étalé.Si n est l'indice du matériau constitutif d'une couche du miroir, à la longueur d'onde moyenne des radiations X, et sachant qu'un retard de nxîOO femtosecondes supplémentaires correspond à une épaisseur de couche de 30 um (pour des directions d'incidence et de réflexion orthogonales), il est possible de sélectionner l'écart temporel entre les impulsions X du train d'impulsions.
En fait, le miroir multicouche 14 permet - d'une part de diriger deux faisceaux réfléchis,
comportant chacun un train d'impulsions X ayant les
mêmes caractéristiques temporelles, l'un des
faisceaux étant émis vers le milieu à étudier 24 et
l'autre (faisceau sonde 30 ou faisceau de référence)
étant émis en direction d'un détecteur 26, - à moduler et à distribuer temporellement une
impulsion unique de rayonnement X primaire en une
pluralité ou en un train d'impulsions X retardées
régulièrement dans le temps, remplaçant ainsi ou
jouant ainsi le rôle d'une pluralité de sources X
décalées dans le temps.
comportant chacun un train d'impulsions X ayant les
mêmes caractéristiques temporelles, l'un des
faisceaux étant émis vers le milieu à étudier 24 et
l'autre (faisceau sonde 30 ou faisceau de référence)
étant émis en direction d'un détecteur 26, - à moduler et à distribuer temporellement une
impulsion unique de rayonnement X primaire en une
pluralité ou en un train d'impulsions X retardées
régulièrement dans le temps, remplaçant ainsi ou
jouant ainsi le rôle d'une pluralité de sources X
décalées dans le temps.
Du fait de l'ouverture angulaire du faisceau de radiation X sur le miroir multicouches, l'angle solide du faisceau X réfléchi est suffisant pour séparer (par collimation) ce faisceau en deux branches distinctes selon deux directions différentes.
L'évolution temporelle de l'intensité du faisceau laser impulsionnel est représentée schématiquement en trait plein sur la figure 2A, tandis que la courbe en traits interrompus représente schématiquement l'évolution temporelle de l'impulsion de rayonnement X obtenue après claquage en surface de la cible 6. Cette deuxième impulsion est plus large que la première : pour une impulsion laser de l'ordre de 10-14 s, l'impulsion de rayonnement X a une largeur temporelle d'environ 10-12 s.
La figure 2B représente l'évolution temporelle du train d'impulsions obtenu après réflexion d'une impulsion unique de rayonnement X sur le miroir multicouche 14. Le train d'impulsions comporte autant de pics ou d'impulsions élémentaires, qu'il y a de réflexions sur le miroir 14. Chacun des deux faisceaux, le faisceau émis en direction du milieu 24 à étudier, et le faisceau de référence 30 émis en direction du détecteur 26, ont la même distribution temporelle que celle représentée sur la figure 2B.
L'interaction du train d'impulsions, c'est-àdire du faisceau 28 avec le milieu 24, provoque la réémission, par ce dernier, d'un faisceau signal 32 en direction du détecteur 26. L'évolution temporelle du signal 32 est schématiquement représentée sur la figure 2C.
Le détecteur est donc soumis à deux faisceaux le faisceau de référence 30 issu directement du miroir multicouche 14, et le faisceau signal 32, réémis par le milieu 24.
Ces deux faisceaux interfèrent au niveau du détecteur 26 : le champ à prendre en compte pour le déclenchement de ce dernier est le champ électrique
E = Eg+ E2, où EO est la contribution du faisceau 30 au champ électrique, au niveau du détecteur 26, et E2 est la contribution du faisceau 32 au champ électrique, au niveau du détecteur 26. Par conséquent, si les champs Eo et E2 sont, à un certain instant t, en phase, le détecteur est sensible au champ total et est déclenché. Par contre, si, à un instant t', les composantes EO et E2 sont en opposition de phase, le champ résultant est nul au niveau du détecteur 26 et ce dernier n'est pas déclenché. Ce principe permet de "marquer" le faisceau signal 32 avec une référence temporelle connue (le faisceau 30).
E = Eg+ E2, où EO est la contribution du faisceau 30 au champ électrique, au niveau du détecteur 26, et E2 est la contribution du faisceau 32 au champ électrique, au niveau du détecteur 26. Par conséquent, si les champs Eo et E2 sont, à un certain instant t, en phase, le détecteur est sensible au champ total et est déclenché. Par contre, si, à un instant t', les composantes EO et E2 sont en opposition de phase, le champ résultant est nul au niveau du détecteur 26 et ce dernier n'est pas déclenché. Ce principe permet de "marquer" le faisceau signal 32 avec une référence temporelle connue (le faisceau 30).
Le détecteur rapide ou ultrarapide 26 est sensible dans la gamme de rayonnements à étudier. Pour des rayons X, ce peut être par exemple un détecteur à base d'un matériau photoconducteur ultrarapide, la durée de vie des porteurs étant inférieure à la picoseconde. Un tel matériau peut être du CdTe, du
GaAs, du silicium dopé oxygène sur du saphir, du diamant, ou .... Le diamant le matériau le plus performant, car le plus résistant aux radiations.
GaAs, du silicium dopé oxygène sur du saphir, du diamant, ou .... Le diamant le matériau le plus performant, car le plus résistant aux radiations.
Ce détecteur 26 peut être couplé à un dispositif autocorrélateur optoélectronique 34, à contact glissant. Cet échantillonneur est un microsystème capable d'analyser les impulsions jusqu'à 50 gigahertz. Schématiquement, un tel dispositif est représenté sur la figure 3. C'est un composant intégré, réalisé dans une technologie de type microélectronique.
Il comporte une ligne de propagation principale 36 sur laquelle est envoyé le signal unique S(t) à échantillonner, ainsi que n lignes d'échantillonnage 38-1, 38-2, 38-3,..., 38-n. Ces lignes d'échantillonnage 38-i (l < i < n) sont disposées en "peigne" le long de la ligne principale. Entre chacune des lignes d'échantillonnage 38-i et la ligne principale 36 se trouve un plot 40-i (ilion) de matériau photoconducteur. Chaque ligne d'échantillonnage est par ailleurs également reliée à une capacité de stockage 42-1, 42-2, . . . 42-n ainsi qu'à une électronique d'acquisition non représentée sur la figure 3.
Chaque élément photoconducteur 40-1, 40-2, ...
40-n est déclenché par une impulsion laser ultrarapide.
Un moyen commode d'obtenir, pour chaque élément photoconducteur une telle impulsion, consiste, comme illustré sur la figure 1, à prélever dans le faisceau 2 du laser femtoseconde un faisceau secondaire 44-1, à l'aide d'un miroir 46. Ce faisceau secondaire 44-1 peut être lui-même divisé en plusieurs sous-faisceaux 44-2, 44-n, à l'aide de miroirs 43-2, ..., 43-n partiellement transparents interposés sur son trajet.
Le sous-faisceau principal 44-1 vient déclencher l'élément photoconducteur 40-1. Un premier sousfaisceau secondaire 44-2 obtenu à l'aide du miroir 43-2 vient déclencher l'élément photoconducteur 40-2 à un instant déterminé par la longueur de la ligne à retard définie par le trajet du faisceau entre le miroir 43-2 et l'élément photoconducteur 40-2. De même, le troisième élément photoconducteur 40-3 est déclenché par un second sous-faisceau secondaire 44-3, à un instant lui-meme défini par la longueur d'une seconde ligne à retard. Ce principe de déclenchement est appliqué à tous les éléments photoconducteurs 40-i (1 < i < n), celui-ci étant déclenché à un instant ti défini par la longueur de la ième ligne à retard.L'impulsion laser ultrarapide incidente sur un photoconducteur 40-i ferme l'interrupteur constitué par ce photoconducteur.
Un signal est alors prélevé, qui correspond à l'intensité du signal S en regard de la ligne i à l'instant ti de fermeture du photoconducteur. D'autres détails concernant la réalisation de l'échantillonneur optoélectrique ainsi que le procédé de mesure correspondant peuvent être trouvés dans la publication de la demande européenne EP-327 420. En particulier, chaque matériau photoconducteur peut être par exemple de l'arséniure de gallium basse température, tandis que les lignes de transmission principale et secondaire peuvent être en aluminium.
Un circuit électronique de mesure, par exemple de type amplificateur de charge, et d'enregistrement des signaux délivrés par chaque ligne d'échantillonnage 38-i est également prévu, mais n' est pas représenté sur la figure 3.
Avec ce dispositif, le pas temporel d'échantillonnage du signal délivré par le photodétecteur 26 est défini par la distance spatiale entre deux lignes 38-i voisines, ainsi qu'expliqué dans la publication mentionnée ci-dessus. De même, le faisceau principal de déclenchement 44-1, prélevé dans le faisceau laser femtoseconde 2, déterminant l'instant auquel le premier photoconducteur 40-1 est fermé, détermine l'instant auquel l'échantillonnage va commencer. Suivant la longueur du trajet parcouru par ce faisceau 44-1, cet instant de déclenchement définira la portion du plasma ou du milieu 24 étudié en provenance de laquelle les signaux analysés seront réémis. Ceci signifie qu'il est possible de choisir d'échantillonner des signaux provenant d'une zone 50 périphérique du milieu étudié 24 ou d'une zone 52 se trouvant en profondeur dans le milieu étudié 24.Ainsi, en faisant varier l'instant de déclenchement du dispositif d'échantillonnage, on obtient une image d'une "tranche", ou d'une zone, plus ou moins profonde du milieu étudié 24. En fait d'image, il s'agit plutôt de l'analyse temporelle du signal réémis par ladite zone ou ladite tranche. Par conséquent, on obtient une résolution à la fois temporelle et spatiale du comportement-du plasma.
Le fait de disposer d'un processus répétitif permet d'appliquer la technique de modulationdémodulation du signal à détecter (suivant une fréquence fixe). Cela permet par traitement du signal a posteriori, d'augmenter le rapport signal/bruit du continuum.
Le dispositif décrit ci-dessus correspond à une analyse du milieu effectuée à l'aide de rayons X. En fait, le principe de l'invention n'est pas limité à la mise en oeuvre de rayons X, mais peut s'appliquer également, par exemple, à la mise en oeuvre de rayons ultraviolets. A cette fin, on utilise un dispositif laser femtoseconde émettant dans l'infrarouge, ou le visible ou dans l'ultraviolet, et dont le rayonnement traverse ensuite une cellule d'un matériau non linéaire, par exemple un doubleur ou un tripleur de fréquence (matériau de type KDP ou KTP), adapté d'une part à la fréquence du rayonnement laser et d'autre part à la fréquence d'investigation souhaitée. La formation d'un train d'impulsions à partir d'une impulsions unique est réalisée alors de la même manière que décrite ci-dessus : un miroir multicouche, dont les couches sont adaptées à la longueur d'onde du faisceau à réfléchir, permet d'obtenir de train d'impulsions, et le faisceau est ensuite dirigé vers le milieu à analyser. Par exemple, pour l'ultraviolet, le miroir multicouches peut comporter un empilement de couches, en silice fondue, dont les transparences aux rayonnement ultraviolet sont élevées, mais dont les sauts d'indice au niveau des dioptres entre chaque couche (de nuance de silices différentes) sont suffisants pour renvoyer une composante réfléchie distincte. De même, un faisceau sonde ou de référence est émis directement en direction du détecteur destiné à recevoir les faisceaux réémis par le milieu à étudier. Le même principe d'analyse spatio-temporelle est ensuite applicable. Le détecteur est choisi en fonction du domaine spectral du faisceau de référence et du faisceau réémis par le milieu à étudier. De manière identique à celle décrite ci-dessus, un faisceau de déclenchement est prélevé dans le faisceau laser, et une pluralité de lignes à retard sont formées à l'aide ce faisceau, afin de déclencher les différents éléments photoconducteurs d'un autocorrélateur à échantillonnage optoélectronique.
Claims (21)
1. Dispositif interférométrique de caractérisation d'un milieu (24), comportant - des moyens (2, 6, 8, 12, 14) pour engendrer un train
d'impulsions d'un rayonnement, à un taux de
répétition supérieur à 1010Hz, - des moyens pour diriger, à partir dudit train
d'impulsions, un faisceau, dit faisceau pompe (28),
sur le milieu à mesurer ou à caractériser, ce dernier
produisant, en réponse au train d'impulsions du
faisceau pompe, un faisceau signal (32), - des moyens de détection (26), vers lesquels ce
faisceau signal est dirigé, - des moyens (14) pour diriger, à partir du train
d'impulsions, un faisceau (30), dit faisceau sonde,
vers les moyens de détection (26), - des moyens (34) pour échantillonner un signal
incident sur le détecteur (26), résultant de
l'interférence entre le faisceau signal (32) émis par
le milieu et le faisceau sonde (30), - des moyens (44-l, 44-2, ...) pour faire varier un
instant de déclenchement des moyens
d'échantillonnage.
2. Dispositif interférométrique selon la revendication 1, les moyens pour engendrer un train d'impulsions comportant des moyens (2, 4, 6) pour engendrer une seule impulsion (8), et un miroir interférentiel multicouche (14), pour obtenir un train d'impulsions par suite de la réflexion de l'impulsion (8) sur chaque couche (16, 18, 20, 22) du miroir.
3. Dispositif interférométrique selon la revendication 1 ou 2, les moyens (2, 4, 6) pour engendrer un train d'impulsions permettant d'engendrer des impulsions de rayons X.
4. Dispositif selon la revendication 3, comoportant un laser émettent des impulsions laser (2) sur une cible (6) d'un matériau solide, les rayons X étant obtenus par impact du laser sur la cible.
5. Dispositif selon les revendications 2 et 4, le miroir (14) comportant des couches alternées (16, 18, 20, 22) de carbone et de tungstène.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, les moyens pour engendrer un train d'impulsions permettant d'engendrer des impulsions de rayonnement ultraviolet.
7. Dispositif selon la revendication 6, comportant un laser impulsionnel émettant des impulsions de rayonnement ultraviolet, visible ou infrarouge et des moyens non-linéaires permettant de multiplier la fréquence du rayonnement produit par le laser.
8. Dispositif selon les revendications 2 et 7, le miroir comportant des couches alternées de silice fondue.
9. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 7, le laser émettant des impulsions de largeur temporelle inférieure à 10-13 s.
10. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, le détecteur étant un détecteur ultrarapide, de composition CdTe, GaAs, SiO sur saphir, ou diamant.
11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, les moyens d'échantillonnage (34) comportant un dispositif optoélectronique.
12. Dispositif selon la revendication 11 et l'une des revendications 4 ou 7, le dispositif optoélectronique comportant une ligne de propagation principale (36) et une pluralité de lignes d'échantillonnage (38-1, 38-2, 38-3,...), chaque ligne d'échantillonnage étant reliée à la ligne de propagation par un élément de déclenchement (40-1, 40-2, 40-3,...).
13. Dispositif selon la revendication 12, l'élément de déclenchement étant un élément photoconducteur.
14. Procédé interférométrique de caractérisation d'un milieu (24), comportant - la génération d'un train d'impulsions d'un
rayonnement, à une fréquence de répétition supérieure
à 1010 Hz, - l'émission à partir du train d'impulsions d'une part
d'un faisceau pompe (28) en direction du milieu, et,
d'autre part, d'un faisceau sonde (30) en direction
de moyens de détection (26), - la réception, par ces moyens de détection, d'une part
du faisceau sonde (30) et, d'autre part, d'un
faisceau signal (32) réémis par le milieu (24) à
mesurer ou à caractériser, en réponse à l'excitation
de ce dernier par le faisceau pompe (28), - l'échantillonnage du signal obtenu, au niveau du
détecteur (26), par interférence du faisceau signal
(32) émis par le milieu et du faisceau sonde (30).
15. Procédé selon la revendication 14, chaque train d'impulsions étant obtenu à partir d'une impulsion unique réfléchie sur un miroir interférentiel multicouches (14).
16. Procédé selon la revendication 14 ou 15, les impulsions étant des impulsions de rayonnement X.
17. Procédé selon la revendication 16, comportant l'émission d'impulsions laser (2) vers une cible de matériau solide (6), les rayons X étant produits par impact du laser sur la cible.
18. Procédé selon les revendications 15 et 17, le miroir comportant des couches alternées (16, 18, 20, 22) de carbone et de tungstène.
19. Procédé selon la revendications 14 ou 15, les impulsions étant des impulsions de rayonnement ultraviolet.
20. Procédé selon la revendication 19, comportant l'émission d'impulsions laser dans le domaine de rayonnement ultraviolet, visible ou infrarouge et la multiplication de la fréquence du rayonnement par un cristal non linéaire.
21. Procédé selon l'une des revendications 17 ou 20, le laser émettant des impulsions de largeur temporelle inférieure à 10-13 s.
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| FR9515393A FR2742867B1 (fr) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | Procede et dispositif interferometrique de caracterisation d'un milieu |
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Citations (3)
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Patent Citations (3)
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| DATABASE WPI Section Ch Week 9003, Derwent World Patents Index; Class K08, AN 90-020040 * |
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