FR2942036A1 - AUTOCORRELATOR DEVICE WITH BIPRISM FOR THE TEMPORAL MEASUREMENT OF ULTRA - BRAKE LIGHT PULSES. - Google Patents
AUTOCORRELATOR DEVICE WITH BIPRISM FOR THE TEMPORAL MEASUREMENT OF ULTRA - BRAKE LIGHT PULSES. Download PDFInfo
- Publication number
- FR2942036A1 FR2942036A1 FR0950769A FR0950769A FR2942036A1 FR 2942036 A1 FR2942036 A1 FR 2942036A1 FR 0950769 A FR0950769 A FR 0950769A FR 0950769 A FR0950769 A FR 0950769A FR 2942036 A1 FR2942036 A1 FR 2942036A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- optical
- light beam
- beams
- frequency
- doubled
- 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- Withdrawn
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 135
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 26
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 claims description 18
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims 1
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 claims 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 8
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical group [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009532 heart rate measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
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
Abstract
La présente invention concerne un dispositif autocorrélateur optique monocoup pour la mesure temporelle d'impulsions de lumière ultrabrèves, comprenant : - Des moyens de division d'un faisceau de lumière incident à une fréquence optique fondamentale en deux faisceaux répliqués, - Des moyens de recombinaison desdits faisceaux répliqués, agencés de telle sorte que les faisceaux répliqués se croisent en formant un angle non nul entre eux, - Un élément optique non linéaire placé sensiblement au point de croisement desdits faisceaux répliqués, de telle sorte à générer un faisceau de lumière doublé, avec une fréquence optique égale à la somme des fréquences optiques des deux faisceaux répliqués, Caractérisé en ce qu'il comprend en outre, au titre des moyens de division et des moyens de recombinaison, un diviseur optique monobloc présentant une symétrie de forme par rapport à un plan.The present invention relates to a single-shot optical autocorrelator device for the temporal measurement of ultrashort light pulses, comprising: - means for dividing an incident light beam at a fundamental optical frequency into two replicated beams, - means for recombining said replicated beams, arranged so that the replicated beams intersect at a non-zero angle to each other; - a nonlinear optical element positioned substantially at the point of intersection of said replicated beams, so as to generate a doubled light beam, with an optical frequency equal to the sum of the optical frequencies of the two replicated beams, characterized in that it further comprises, as division means and recombination means, a one-piece optical divider having a shape symmetry with respect to a plan.
Description
-1- Dispositif autocorrélateur à biprisme pour la mesure temporelle d'impulsions de lumière ultrabrèves Domaine technique La présente invention concerne un dispositif autocorrélateur pour la mesure temporelle d'impulsions de lumière ultrabrèves. Elle concerne également un procédé de mesure temporelle d'impulsions de lumière ultrabrèves. Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui de la caractérisation temporelle des impulsions de lumière ultrabrèves, picosecondes, femtosecondes et attosecondes. Etat de la technique antérieure La caractérisation temporelle des impulsions de lumière ultrabrèves, et en particulier leur forme et leur durée, est d'importance croissante à mesure que les applications industrielles des lasers femtosecondes se développent. Dans certaines de ces applications, telles que par exemple la chirurgie oculaire, il est crucial de maîtriser à la fois la quantité d'énergie et la puissance instantanée délivrée par chaque impulsion de lumière, et donc de maîtriser à la fois leur forme et leur stabilité. The present invention relates to an autocorrelator device for the temporal measurement of ultrashort light pulses. It also relates to a method for temporally measuring ultrashort light pulses. The field of the invention is more particularly but in a nonlimiting manner that of the temporal characterization of ultrashort, picosecond, femtosecond and attosecond light pulses. STATE OF THE PRIOR ART The temporal characterization of ultrashort light pulses, and in particular their shape and duration, is of increasing importance as the industrial applications of femtosecond lasers develop. In some of these applications, such as, for example, eye surgery, it is crucial to control both the amount of energy and the instantaneous power delivered by each light pulse, and thus to control both their shape and their stability. .
Il devient donc également indispensable de pouvoir disposer d'appareils simples à mettre en oeuvre et efficaces pour effectuer ces mesures. Dans toute la suite, nous appelons impulsions de lumière ultrabrèves des impulsions de lumière dont la durée temporelle est de l'ordre de la picoseconde ou plus courte (femtoseconde voire attoseconde). Ce sont des impulsions dont les mesures de forme ne peuvent pas être effectuées directement avec des dispositifs optoélectroniques classiques tels que des photodétecteurs, caméras à fente, etc., du fait de la bande passante fréquentielle qui serait nécessaire. It also becomes essential to have simple devices to implement and effective to perform these measurements. In the rest of the sequence, we call pulses of light ultrashort light pulses whose temporal duration is of the order of the picosecond or shorter (femtosecond or even attosecond). These are pulses whose shape measurements can not be made directly with conventional optoelectronic devices such as photodetectors, slit cameras, etc., because of the frequency bandwidth that would be required.
On connaît de longue date les corrélateurs optiques, qui permettent de mesurer la fonction de corrélation en intensité de deux impulsions lumineuses en les combinant dans un milieu optique non linéaire de telle sorte à générer un signal dont la fréquence correspond à la somme des fréquences optiques des deux impulsions. Lorsque l'on combine une impulsion avec sa propre réplique, on aboutit à un autocorrélateur qui -2- permet justement de contrôler les caractéristiques de forme et de largeur temporelle de cette impulsion lumineuse. Comme la fréquence optique du signal généré dans le milieu optique non linéaire est égale au double de la fréquence optique de l'impulsion, les mécanismes non linéaires employés dans ces systèmes sont appelés génération de seconde harmonique ou en anglais second harmonic generation, SHG et ces systèmes sont appelés des autocorrélateurs en intensité du second ordre. Afin de pouvoir décrire la totalité de la fonction d'autocorrélation de l'impulsion, il est nécessaire d'introduire un retard variable entre cette impulsion lumineuse et sa réplique. Cela peut se réaliser de deux manières : - Avec une ligne à retard optique, dans un montage de type interféromètre de Michelson par exemple. On sépare les deux répliques de l'impulsion lumineuse incidente entre les deux bras de l'interféromètre, on fait varier leur retard relatif en faisant varier la longueur de l'un des bras de l'interféromètre, on recombine les deux impulsions en les faisant se croiser dans un cristal non-linéaire et on mesure la fonction d'autocorrélation avec un détecteur ponctuel situé dans l'axe du montage. De tels montages sont appelés autocorrélateurs multicoups parce qu'ils nécessitent une impulsion lumineuse par mesure de la fonction d'autocorrélation, pour chaque valeur de retard. Ils ont l'inconvénient notable d'être tributaires de la fréquence de répétition du laser ou de l'amplificateur. - Il est également possible de générer le retard optique en faisant se croiser dans le cristal non-linéaire deux faisceaux optiques suffisamment larges et spatialement homogènes, et en enregistrant la fonction d'autocorrélation instantanément avec un détecteur matriciel (CCD, barrette de photodiodes etc.) placé dans le plan d'incidence des deux faisceaux. Dans ce cas, chaque pixel du détecteur enregistre la fonction d'autocorrélation de l'impulsion lumineuse correspondant à une valeur différente du retard optique. De tels montages sont appelés autocorrélateurs monocoups parce qu'ils permettent d'enregistrer la fonction d'autocorrélation avec une seule impulsion lumineuse. Il faut noter toutefois que le montage optique en amont du cristal non-linéaire est substantiellement le même que pour les autocorrélateurs multicoups car il -3- faut également séparer et recombiner deux répliques de l'impulsion lumineuse. On connaît le document WO 02 091116 de Q. Fu, S.P. Nikitin et A.V. Masalov, intitulé Appartus and method for measuring intensity and phase of a light pulse with an interferometric asymmetric single-shot autocorrelator qui décrit un dispositif basé sur un montage autocorrélateur monocoup. Ce dispositif permet en outre de lever l'ambiguïté de signe de l'axe des temps, et également de déterminer le signe de la modulation de phase. Ce résultat est obtenu en combinant tout ou partie des faisceaux issus du cristal non-linéaire et captés par le détecteur CCD, et en appliquant des algorithmes complexes pour en extraire le signal analytique. Au niveau optique, la séparation de l'impulsion lumineuse en deux répliques se fait toujours de manière classique avec un séparateur de faisceaux ( beam splitter ). Optical correlators have long been known, which make it possible to measure the intensity correlation function of two light pulses by combining them in a non-linear optical medium so as to generate a signal whose frequency corresponds to the sum of the optical frequencies of the two light pulses. two pulses. When we combine an impulse with its own replica, we end up with an autocorrelator that allows us to precisely control the shape and temporal width characteristics of this light pulse. Since the optical frequency of the signal generated in the non-linear optical medium is twice the optical frequency of the pulse, the non-linear mechanisms used in these systems are called second harmonic generation or SHG and these second harmonic generation. systems are called second-order intensity autocorrelators. In order to be able to describe the totality of the autocorrelation function of the pulse, it is necessary to introduce a variable delay between this light pulse and its replica. This can be done in two ways: - With an optical delay line, in a type Michelson interferometer mount for example. The two replicas of the incident light pulse are separated between the two arms of the interferometer, their relative delay is varied by varying the length of one of the arms of the interferometer, the two pulses are recombined by making them cross in a non-linear crystal and measure the autocorrelation function with a point detector located in the axis of the assembly. Such montages are called multicouple autocorrelators because they require a light pulse by measuring the autocorrelation function, for each delay value. They have the significant disadvantage of being dependent on the repetition frequency of the laser or the amplifier. It is also possible to generate the optical delay by making two sufficiently large and spatially homogeneous optical beams cross in the non-linear crystal, and recording the autocorrelation function instantaneously with a matrix detector (CCD, photodiode array, etc.). ) placed in the plane of incidence of the two beams. In this case, each pixel of the detector records the autocorrelation function of the light pulse corresponding to a different value of the optical delay. Such mounts are called one-shot autocorrelators because they allow the autocorrelation function to be recorded with a single light pulse. It should be noted, however, that the optical assembly upstream of the non-linear crystal is substantially the same as for multicouple autocorrelators since two replicas of the light pulse must also be separated and recombined. Document WO 02 091116 of Q. Fu, S.P. Nikitin and A.V. Masalov, entitled Appartus et methode de computation intemperme et phase de une light pulse avec une interferometric asymmetric single-shot autocorrelator, describes a device based on a single-shot autocorrelator mounting. This device also makes it possible to remove the ambiguity of sign from the time axis, and also to determine the sign of the phase modulation. This result is obtained by combining all or part of the beams from the nonlinear crystal and captured by the CCD detector, and by applying complex algorithms to extract the analytical signal. At the optical level, the separation of the light pulse into two replicas is always done conventionally with a beam splitter.
On connaît le document WO 02 31456 de N.D. Whitbread et A.C. Carter, intitulé Optical autocorrelator qui s'affranchi du montage optique interférométrique classique en réalisant le dédoublement temporel de l'impulsion lumineuse par génération de deux ondes contrapropagatives dans un guide d'onde. La non-linéarité est dans ce cas introduite par un phénomène d'absorption à deux photons dans le matériau constituant le guide d'onde. On connaît le document WO 04 109345 de G. Ramos-Or-Tiz, M. Cha, S.R. Marder, B. Kippelen intitulé Third order optical autocorrelator for time domain operation at the telecommunication wavelength qui utilise une non-linéarité du troisième ordre afin d'obtenir notamment une meilleure sensibilité. Cette technique nécessite l'introduction d'un retard variable entre les deux répliques de l'impulsion lumineuse, réalisé grâce à un montage interférométrique optique classique à deux bras avant l'élément non-linéaire. Elle fait également appel à une algorithmique assez complexe pour obtenir la forme de l'impulsion. Ces dispositifs permettent d'effectuer des caractérisations très complètes des impulsions optiques ultracourtes, mais ils ont par contre l'inconvénient de nécessiter la mise en oeuvre de moyens optiques et algorithmiques complexes, donc potentiellement chers et délicates. -4- Le but de la présente invention est au contraire de proposer un dispositif de mesure temporelle d'impulsions de lumière ultrabrèves adapté à des applications de routine qui soit instantané, simple à mettre en oeuvre, compact, robuste et d'un coût modéré. Document WO 02 31456 by N.D. Whitbread and A.C. Carter is known, called Optical autocorrelator, which frees itself from the conventional interferometric optical assembly by performing the temporal splitting of the light pulse by generating two counterpropagating waves in a waveguide. In this case, the non-linearity is introduced by a two-photon absorption phenomenon in the material constituting the waveguide. Document WO 04 109345 by G. Ramos-Or-Tiz, M. Cha, SR Marder and B. Kippelen entitled Third order optical autocorrelator for time domain operation and telecommunication wavelength is known which uses third-order nonlinearity in order to to obtain a better sensitivity. This technique requires the introduction of a variable delay between the two replicas of the light pulse, achieved through a conventional optical interferometric optical assembly with two arms before the non-linear element. It also uses an algorithmic complex enough to obtain the shape of the pulse. These devices make it possible to carry out very complete characterizations of ultrashort optical pulses, but they have the disadvantage of requiring the use of complex optical and algorithmic means, therefore potentially expensive and delicate. The object of the present invention is, on the contrary, to propose a device for the temporal measurement of ultrashort light pulses adapted to routine applications that is instantaneous, simple to implement, compact, robust and of moderate cost. .
La présente invention propose aussi un procédé de mesure temporelle d'impulsions de lumière ultrabrèves satisfaisant aux mêmes critères Exposé de l'invention Cet objectif est atteint avec un dispositif autocorrélateur optique monocoup comprenant : - des moyens de division d'un faisceau de lumière incident à une fréquence optique fondamentale en deux faisceaux répliqués, - des moyens de recombinaison desdits deux faisceaux répliqués, agencés de telle sorte que les deux faisceaux répliqués se croisent en formant un angle non nul entre eux, - un élément optique non linéaire placé sensiblement au point de croisement desdits faisceaux répliqués, de telle sorte à générer un faisceau de lumière doublé, avec une fréquence optique égale à la somme des fréquences optiques des deux faisceaux répliqués, Caractérisé en ce qu'il comprend en outre, au titre des moyens de division et des moyens de recombinaison, un diviseur optique monobloc présentant une symétrie de forme par rapport à un plan. Par diviseur optique monobloc, on comprend un élément rigide, donc sans pièces mobiles ni ajustables, dans lequel le faisceau incident est séparé en deux faisceaux répliqués au moyen de réfractions et/ou de réflexions, lesquelles faisceaux répliqués étant orientés de telle sorte qu'ils se croisent avec un angle non nul. De manière préférentielle, les deux faisceaux répliqués sont générés par division du front d'onde du faisceau incident. Le diviseur optique monobloc peut avantageusement comprendre un biprisme en matériau transparent à une longueur d'onde d'intérêt, de section triangulaire. L'utilisation de ce diviseur optique monobloc en lieu et place des montages interférométriques à base de cubes ou lame séparatrices, rétroréflecteurs et miroirs décrits dans l'art antérieur ne constitue pas une -5- simple variante mais introduit une simplification drastique de l'autocorrélateur optique monocoup. En effet : - Les contraintes d'alignement et les besoins de stabilité mécanique du dispositif, qui peut être réalisé avec tous les composants simplement centrés sur l'axe optique du faisceau incident, sont considérablement réduits ; - La nécessité d'ajuster précisément par réglage les longueurs des trajets optiques des deux faisceaux répliqués disparaît. Dans la mesure où le diviseur optique monobloc est placé perpendiculairement au faisceau incident et centré sur son axe optique, il engendre deux répliques d'intensité sensiblement égale, lesquelles deux répliques se croisent sur l'axe optique du faisceau incident en ayant parcouru sensiblement la même distance optique. Ces dispositions rendent la construction et le réglage du dispositif particulièrement aisés. L'élément optique non linéaire peut comprendre un cristal non linéaire quadratique taillé de telle sorte à obtenir un accord de phase à la fréquence double de la fréquence optique du faisceau incident. Le cristal non linéaire peut être constitué de l'un parmi les matériaux suivants : BBO, LiO3, KDP, KTP, ou de tout autre matériau permettant d'obtenir l'effet voulu à la longueur d'onde d'intérêt. Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens de filtrage optique placés après l'élément optique non linéaire et bloquant la lumière à la fréquence optique fondamentale. The present invention also proposes a method for the temporal measurement of ultrashort light pulses satisfying the same criteria. SUMMARY OF THE INVENTION This object is achieved with a single-shot optical autocorrelator device comprising: means for dividing a light beam incident to a fundamental optical frequency in two replicated beams, - recombination means of said two replicated beams, arranged so that the two replicated beams cross at a non-zero angle between them, - a nonlinear optical element placed substantially at the point of crossing said replicated beams, so as to generate a doubled light beam, with an optical frequency equal to the sum of the optical frequencies of the two replicated beams, characterized in that it further comprises, as division means and recombination means, a monobloc optical divider having a symmetrical ie of shape with respect to a plane. One-piece optical splitter comprises a rigid element, therefore without moving or adjustable parts, in which the incident beam is separated into two replicated beams by means of refractions and / or reflections, which replicated beams are oriented so that they intersect with a non-zero angle. Preferably, the two replicated beams are generated by dividing the wavefront of the incident beam. The monobloc optical divider may advantageously comprise a biprism made of transparent material at a wavelength of interest, of triangular section. The use of this monobloc optical divider in place of interferometric assemblies based on cubes or separating plate, retroreflectors and mirrors described in the prior art is not a simple variant but introduces a drastic simplification of the autocorrelator single-shot optics. Indeed: - The alignment constraints and the mechanical stability requirements of the device, which can be achieved with all the components simply centered on the optical axis of the incident beam, are considerably reduced; - The need to precisely adjust by adjustment the lengths of the optical paths of the two replicated beams disappears. Insofar as the monobloc optical divider is placed perpendicularly to the incident beam and centered on its optical axis, it generates two replicas of substantially equal intensity, which two replicas cross on the optical axis of the incident beam having traveled substantially the same optical distance. These provisions make the construction and adjustment of the device particularly easy. The nonlinear optical element may comprise a quadratic nonlinear crystal cut so as to obtain a phase tuning at the double frequency of the optical frequency of the incident beam. The non-linear crystal may be one of the following materials: BBO, LiO3, KDP, KTP, or any other material to achieve the desired effect at the wavelength of interest. The device according to the invention may further comprise optical filtering means placed after the nonlinear optical element and blocking the light at the fundamental optical frequency.
Il peut également comprendre des moyens de détection permettant la mesure de l'intensité lumineuse du faisceau de lumière doublé en fréquence selon une ligne, une pluralité de lignes ou un plan. Ces moyens de détection peuvent avantageusement comprendre un détecteur matriciel CCD. Les moyens de filtrage optique peuvent être réalisés par une différence de sensibilité des moyens de détection aux fréquences optiques respectivement fondamentale et doublée, lesdits moyens de détection étant dans ce cas significativement moins sensibles à la fréquence optique fondamentale qu'à la fréquence doublée. Les moyens de détection peuvent être directement accolés à la face de sortie de l'élément non-linéaire. -6- Le dispositif peut comprendre également des moyens optiques d'imagerie du faisceau de lumière doublé en fréquence, à grandissement fixe ou ajustable. Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens d'accroissement de la dynamique de détection, insérés dans le trajet du faisceau de lumière doublée en fréquence. Les moyens d'accroissement de la dynamique de détection peuvent comprendre une lame d'atténuation variable insérée dans le trajet du faisceau de lumière doublée en fréquence, - ladite lame d'atténuation présentant des coefficients de transmission différents de part et d'autre de sa ligne médiane, - ladite lame d'atténuation étant positionnée de telle sorte que le faisceau de lumière doublé, en la traversant, est partagé en deux demi-faisceaux d'intensité différente. It may also include detection means for measuring the light intensity of the frequency-doubled light beam along a line, a plurality of lines, or a plane. These detection means may advantageously comprise a CCD matrix detector. The optical filtering means may be made by a difference in sensitivity of the detection means at respectively fundamental and doubled optical frequencies, said detection means being in this case significantly less sensitive to the fundamental optical frequency than the doubled frequency. The detection means may be directly contiguous to the output face of the non-linear element. The device may also comprise optical means for imaging the doubled frequency beam of light, with fixed or adjustable magnification. The device according to the invention may further comprise means for increasing the detection dynamic, inserted in the path of the frequency doubled light beam. The means for increasing the detection dynamic may comprise a variable attenuation plate inserted into the path of the frequency-doubled light beam, said attenuation plate having different transmission coefficients on either side of its beam. midline, - said attenuation blade being positioned so that the light beam doubled, passing through it, is divided into two half-beams of different intensity.
Les deux demi-faisceaux représentent la même fonction d'autocorrélation avec des intensités différentes. On tire ainsi profit des propriétés de symétrie du signal généré pour exploiter au mieux la dynamique de détection et en particulier pouvoir analyser en même temps la forme globale de l'impulsion et la forme des pieds de courbe qui serait sinon noyée dans le bruit. Il est important de noter que ce moyen d'accroissement de la dynamique de détection n'est nullement limité au dispositif selon l'invention mais peut être avantageusement mis en oeuvre dans tous les cas où on a à détecter des signaux présentant des propriétés de symétrie comparables. The two half-beams represent the same function of autocorrelation with different intensities. This takes advantage of the symmetry properties of the generated signal to make the best use of the detection dynamic and in particular to be able to analyze at the same time the overall shape of the pulse and the shape of the curve feet that would otherwise be embedded in the noise. It is important to note that this means of increasing the detection dynamic is not limited to the device according to the invention but can be advantageously used in all cases where it is necessary to detect signals having symmetry properties. comparable.
Le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre des moyens pour remplacer en cours d'opération le diviseur optique monobloc par un diaphragme. Plusieurs diviseurs optiques monoblocs et diaphragmes peuvent être montés dans une pièce mobile. Cette pièce peut être par exemple une tourelle, une roue, une platine de translation, motorisée ou manuelle, se déplaçant en rotation ou en translation, qui positionne les éléments à la demande dans le faisceau de lumière incident, à une distance correcte de l'élément optique non-linéaire, et alignés sur l'axe optique. Le dispositif peut en outre comprendre des moyens d'alignement comportant au moins deux repères d'axe disposés sensiblement le long de l'axe optique du faisceau de lumière incident de telle sorte à matérialiser le -7- trajet du faisceau de lumière dans ledit dispositif lorsque le diviseur optique monobloc est retiré. Les repères d'axe peuvent notamment comprendre au moins deux diaphragmes, ou au moins un diaphragme et un repère numérique sur la caméra. The device according to the invention may further comprise means for replacing during operation the monobloc optical splitter by a diaphragm. Several one-piece optical dividers and diaphragms can be mounted in a moving part. This piece can be for example a turret, a wheel, a translation plate, motorized or manual, moving in rotation or in translation, which positions the elements on demand in the incident light beam, at a correct distance from the non-linear optical element, and aligned on the optical axis. The device may further comprise alignment means comprising at least two axis markers disposed substantially along the optical axis of the incident light beam so as to materialize the path of the light beam in said device. when the monobloc optical splitter is removed. The axis markers may include in particular at least two diaphragms, or at least one diaphragm and a numerical mark on the camera.
De cette manière, le dispositif peut être aisément aligné en le positionnant relativement au faisceau de lumière incident de telle sorte à optimiser le faisceau de lumière doublé. Le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre des moyens de calibration de la fonction de transfert temporelle. Ces moyens de calibration peuvent comprendre une lame introduisant un retard optique de valeur connue, pouvant être insérée dans le faisceau de lumière incident avant le diviseur optique monobloc, de telle sorte à retarder l'un des deux faisceaux répliqués par rapport à l'autre d'une quantité déterminée. Cette calibration consiste à : - relever la position, sur les moyens de détection par exemple, de la fonction d'autocorrélation en présence et en l'absence de la lame respectivement, et - connaissant le retard introduit, calculer la fonction de transfert temporelle du dispositif à partir de cette différence de position de la fonction d'autocorrélation. La présente invention concerne également un procédé de mesure monocoup d'une fonction d'autocorrélation optique selon lequel : - un faisceau de lumière incident à une fréquence optique fondamentale est divisé en deux faisceaux répliqués, - lesdits deux faisceaux répliqués sont recombinés de telle sorte qu'ils se croisent en formant un angle non nul entre eux, - un faisceau de lumière doublé, avec une fréquence optique sensiblement égale à la somme des fréquences optiques des deux faisceaux répliqués, est généré dans un élément optique non linéaire placé sensiblement au point de croisement desdits faisceaux répliqués, caractérisé en ce que la division et la recombinaison des faisceaux est effectuée par un diviseur optique monobloc présentant une symétrie de forme par rapport à un plan. La résolution temporelle de la mesure peut être modifiée en changeant l'angle d'intersection des deux faisceaux répliqués, et donc la taille de leur -8- zone d'interaction dans l'élément optique non linéaire. Ce changement d'angle d'intersection des deux faisceaux peut être effectué en changeant le diviseur optique monobloc inséré dans le faisceau incident. Ce procédé confère au dispositif selon l'invention une grande souplesse d'utilisation, en permettant la mesure de largeurs d'impulsions dans une gamme très large, allant des picosecondes aux attosecondes, tout en conservant une mise en oeuvre simple. Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la figure 1 illustre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est un exemple de mesure effectuée avec le dispositif selon la figure 1, - la figure 3 illustre la procédure de calibrage du dispositif selon la figure 1, - la figure 4 est un exemple de mesures effectuées au cours de la procédure de calibrage du dispositif selon la figure 1, - la figure 5 est un schéma d'une lame traitée de telle sorte à présenter une atténuation variable en fonction de la position, permettant d'étendre la dynamique de détection, - la figure 6 est un exemple de réalisation d'un diviseur optique monobloc autre qu'un biprisme. On va décrire, en référence à la figure 1, un mode de réalisation préférentiel du dispositif selon l'invention. Le faisceau incident 1 à la longueur d'onde fondamentale est issu typiquement d'un laser pulsé. On peut raisonnablement considérer ce faisceau comme sensiblement collimaté et spatialement homogène, ce qui correspond aux conditions optimales d'utilisation du dispositif selon l'invention. Un front d'onde de ce faisceau est représenté en 2. Dans un autocorrélateur optique monocoup de l'art antérieur, le faisceau incident est divisé en deux répliques et ces répliques sont recombinées au moyen d'un montage de type interférométrique à base de séparateurs de faisceaux et de moyens de réflexion séparés, dont il faut ajuster la position et l'alignement avec précision. -9- Dans le dispositif selon l'invention, ces opérations de séparation et de recombinaisons sont effectuées par une pièce unique, le diviseur optique monobloc 3. Ce diviseur optique monobloc présente une symétrie de forme par rapport à un plan. Il est placé perpendiculairement au faisceau de lumière incident 1, de telle sorte que l'axe optique dudit faisceau soit contenu dans son plan de symétrie. De cette manière, le diviseur optique monobloc 3 sépare le faisceau de lumière incident 1 en deux faisceaux répliqués 4a et 4b qui se croisent sur l'axe optique du faisceau incident en formant un angle non nul a entre eux. Selon une caractéristique avantageuse, le trajet optique effectué par les deux demi faisceaux est sensiblement identique. Par trajet optique nous entendons la distance géométrique multipliée par l'indice de réfraction des matériaux traversés. Selon un mode de réalisation préférentiel du dispositif selon l'invention, ce diviseur optique monobloc est un biprisme de section triangulaire 3 dont la base est de dimensions sensiblement supérieures au diamètre du faisceau de lumière incident. Ce biprisme est disposé de telle sorte que le faisceau de lumière incident pénètre par sa base perpendiculairement à cette dernière, et que l'axe optique dudit faisceau de lumière incidente passe par son sommet. Il est avantageusement réalisé par usinage d'un bloc de N-BK7, sa base a des dimensions de 15 mm x 15 mm et les faces forment un angle de 14 degrés avec la base. Selon une autre réalisation également mise en oeuvre dans un dispositif suivant l'invention, les faces forment un angle de 24 degrés avec la base. Il est à noter que d'autres modes de réalisation du diviseur optique monobloc sont possibles sans sortir du champ de l'invention. Un exemple en est montré à la figure 6, dans lequel le faisceau de lumière incident 1 est divisé en deux faisceaux répliqués 4a et 4b au moyen d'un élément prismatique 41 comportant des traitements réfléchissants 42 sur certaines parties de ses faces. In this way, the device can be easily aligned by positioning it relative to the incident light beam so as to optimize the doubled light beam. The device according to the invention may further comprise means for calibrating the time transfer function. These calibration means may comprise a blade introducing an optical delay of known value, which can be inserted into the incident light beam before the one-piece optical divider, so as to delay one of the two replicated beams with respect to the other one. a specific quantity. This calibration consists in: - finding the position, on the detection means for example, of the autocorrelation function in the presence and in the absence of the blade respectively, and - knowing the introduced delay, calculating the time transfer function of the device from this position difference of the autocorrelation function. The present invention also relates to a method of single-shot measurement of an optical autocorrelation function in which: a beam of light incident at a fundamental optical frequency is divided into two replicated beams, said two replicated beams are recombined so that they intersect by forming a non-zero angle between them, - a doubled light beam, with an optical frequency substantially equal to the sum of the optical frequencies of the two replicated beams, is generated in a nonlinear optical element placed substantially at the point of crossing said replicated beams, characterized in that the division and recombination of the beams is performed by a monobloc optical splitter having shape symmetry with respect to a plane. The temporal resolution of the measurement can be modified by changing the angle of intersection of the two replicated beams, and therefore the size of their interaction zone in the nonlinear optical element. This change of intersection angle of the two beams can be done by changing the monobloc optical divider inserted into the incident beam. This method gives the device according to the invention a great flexibility of use, allowing the measurement of pulse widths in a very wide range, ranging from picoseconds to attoseconds, while maintaining a simple implementation. DESCRIPTION OF THE FIGURES AND EMBODIMENTS Other advantages and particularities of the invention will appear on reading the detailed description of implementations and non-limiting embodiments, and the following appended drawings: FIG. embodiment of the device according to the invention, - Figure 2 is an example of a measurement made with the device according to Figure 1 - Figure 3 illustrates the calibration procedure of the device according to Figure 1 - Figure 4 is an example of measurements made during the calibration procedure of the device according to FIG. 1, - FIG. 5 is a diagram of a blade treated so as to have a variable attenuation as a function of the position, making it possible to extend the dynamic of detection, - Figure 6 is an embodiment of a one-piece optical splitter other than a biprism. A preferred embodiment of the device according to the invention will be described with reference to FIG. The incident beam 1 at the fundamental wavelength is typically derived from a pulsed laser. It is reasonable to consider this beam as substantially collimated and spatially homogeneous, which corresponds to the optimal conditions of use of the device according to the invention. A wavefront of this beam is represented at 2. In a prior art optical autocorrelator of the prior art, the incident beam is divided into two replicas and these replicas are recombined by means of an interferometric type assembly based on separators. beams and separate reflection means, the position and alignment of which must be adjusted accurately. In the device according to the invention, these separation and recombination operations are carried out by a single piece, the monobloc optical splitter 3. This one-piece optical splitter has a shape symmetry with respect to a plane. It is placed perpendicular to the incident light beam 1, so that the optical axis of said beam is contained in its plane of symmetry. In this way, the monobloc optical divider 3 separates the incident light beam 1 into two replicated beams 4a and 4b which intersect on the optical axis of the incident beam by forming a non-zero angle α between them. According to an advantageous characteristic, the optical path made by the two half-beams is substantially identical. By optical path we mean the geometric distance multiplied by the refractive index of the materials crossed. According to a preferred embodiment of the device according to the invention, this monobloc optical divider is a biprism of triangular section 3 whose base is of dimensions substantially greater than the diameter of the incident light beam. This biprism is arranged such that the incident light beam penetrates its base perpendicular to the latter, and that the optical axis of said incident light beam passes through its apex. It is advantageously made by machining a block of N-BK7, its base has dimensions of 15 mm x 15 mm and the faces form an angle of 14 degrees with the base. According to another embodiment also implemented in a device according to the invention, the faces form an angle of 24 degrees with the base. It should be noted that other embodiments of the monobloc optical splitter are possible without departing from the scope of the invention. An example is shown in Figure 6, wherein the incident light beam 1 is divided into two replicated beams 4a and 4b by means of a prismatic element 41 having reflective treatments 42 on parts of its faces.
Un élément optique non linéaire 5 est placé à l'intersection des deux faisceaux répliqués, de telle sorte à engendrer une interaction non linéaire entre ces deux faisceaux. Cette interaction peut être obtenue, par exemple, par génération de seconde harmonique, autodiffraction, ou génération de seconde harmonique activée par polarisation ( polarization gating en 2942036 -10- A nonlinear optical element 5 is placed at the intersection of the two replicated beams, so as to generate a nonlinear interaction between these two beams. This interaction can be obtained, for example, by second harmonic generation, autodiffraction, or polarization-activated second-harmonic generation (polarization gating).
Anglais). L'élément optique non-linéaire 5 peut par exemple être constitué de l'un parmi les matériaux suivants : BBO, LiO3, KDP, KTP. English). The nonlinear optical element 5 may for example consist of one of the following materials: BBO, LiO3, KDP, KTP.
Avantageusement, cet élément optique non linéaire 5 est un cristal de BBO permettant de mettre en oeuvre le phénomène de génération de Advantageously, this nonlinear optical element 5 is a BBO crystal making it possible to implement the phenomenon of generation of
5 seconde harmonique, taillé et positionné de telle sorte à obtenir un accord de phase à la fréquence double de la fréquence optique du faisceau incident à 1057 nm. Ses dimensions sont de l'ordre de 15 mm x 15 mm avec une épaisseur de 1 mm. La tolérance angulaire permise avec ce cristal de BBO sur l'orientation de la polarisation du faisceau de lumière incidente est de 5 harmonic second, cut and positioned so as to obtain a phase tuning at the double frequency of the optical frequency of the incident beam at 1057 nm. Its dimensions are of the order of 15 mm x 15 mm with a thickness of 1 mm. The angular tolerance allowed with this BBO crystal on the orientation of the polarization of the incident light beam is
10 22.8 degrés. 22.8 degrees.
Les deux répliques du faisceau incident, en se croisant dans le cristal non linéaire, donnent naissance en chaque point de leur zone de recouvrement à un faisceau somme 7, de fréquence optique égale au double de la fréquence optique du faisceau incident, dont le vecteur de The two replicas of the incident beam, crossing each other in the non-linear crystal, give rise, at each point in their overlap zone, to a sum beam 7 of optical frequency equal to twice the optical frequency of the incident beam, whose vector of
15 propagation correspond à la somme vectorielle des vecteurs de propagation des répliques du faisceau incident. Ce faisceau somme est appelé dans la suite le faisceau de lumière doublé. Ce faisceau doublé 7 se propage donc parallèlement à l'axe optique du dispositif, qui peut être assimilé dans le mode de réalisation préférentiel à l'axe optique du faisceau incident. Propagation corresponds to the vector sum of propagation vectors of the replicas of the incident beam. This sum beam is called in the following the doubled light beam. This doubled beam 7 is therefore propagated parallel to the optical axis of the device, which can be assimilated in the preferred embodiment to the optical axis of the incident beam.
20 On définit l'axe X comme étant lequel l'axe est situé dans le plan d'incidence des répliques, perpendiculairement à l'axe optique du système. L'intensité 8 S(x) de ce faisceau doublé 7 le long de l'axe X est proportionnelle à la valeur de la fonction de corrélation en intensité des deux répliques pour un décalage temporel 2i, qui est proportionnel à la The axis X is defined as being the axis in the plane of incidence of the replicas, perpendicular to the optical axis of the system. The intensity 8 S (x) of this doubled beam 7 along the X axis is proportional to the value of the intensity correlation function of the two replicas for a time shift 2i, which is proportional to the
25 distance x à l'axe optique. Ce décalage est illustré par la représentation de leurs fronts d'ondes respectifs 6. Avec c la vitesse de la lumière dans le vide et n l'indice de réfraction du matériau non-linéaire on a : 1 (a t =ùnxsin ù , c 2 Et en supposant une intensité de l'impulsion lumineuse I(t) identique 30 dans les deux faisceaux répliqués, +00 S(x)= fI(t+t)I(t-'G)dt. On peut ajuster la largeur spatiale de la fonction d'autocorrélation, et donc la résolution et l'étendue de mesure du dispositif en faisant varier -11- l'angle d'incidence a des faisceaux répliqués. Et comme cet angle est entièrement déterminé par le diviseur optique monobloc, il suffit de changer ce dernier. Selon un mode de réalisation préférentiel du dispositif selon l'invention, plusieurs diviseurs optiques monoblocs 3 sont montés dans une roue, de préférence motorisée, qui permet par rotation de changer celui qui est inséré dans le faisceau. Ces diviseurs optiques monoblocs sont positionnés dans la roue (non représentée) de telle sorte que chacun d'entre eux soit placé à la distance correcte de d'élément non linéaire afin que les faisceaux répliqués se croisent dans ce dernier. Tout autre moyen de remplacement des diviseurs optiques monoblocs, motorisé ou non, peut bien entendu être envisagé sans sortir du champ de l'invention. De cette manière, le dispositif selon l'invention offre une grande souplesse d'adaptation de la résolution et de l'étendue de mesure, de telle sorte à pouvoir mesurer des impulsions picosecondes, femtosecondes voire attosecondes dans des conditions optimales. Selon le mode de réalisation préférentiel, le dispositif comprend en outre : - des moyens de filtrage optique 9, - des moyens d'imagerie du faisceau doublé 10, - des moyens de détection 11. Les moyens de filtrage optique sont de préférence constitués par une lame optique de filtrage comportant un traitement de surface, de telle sorte à bloquer la lumière à la fréquence fondamentale et laisser passer la lumière à la fréquence double, ladite lame de filtrage étant insérée après l'élément non-linéaire. Les moyens de filtrage optique 9 peuvent également, sans sortir du champ de l'invention, consister en : - des moyens de filtrage spatial tels que par exemple un diaphragme ou une fente, la lumière à la fréquence optique fondamentale et la lumière à la fréquence double étant séparées spatialement, - des traitements de surface appliqués sur tout ou partie des éléments suivants : face de sortie de l'élément non-linéaire, moyens d'imagerie, moyens de détection, -12- - des moyens de détection sensibles à la fréquence optique doublée mais significativement moins sensibles à la fréquence optique fondamentale. Les moyens d'imagerie 10 sont préférentiellement mais de manière non limitative constitués d'une ou plusieurs lentilles en LASN9 notamment avec des distances focales de l'ordre de 25 mm. Ils permettent d'imager avec un grandissement fixe ou variable la fonction d'autocorrélation de l'impulsion 12 sur les moyens de détection 11. Dans le mode de réalisation préférentiel, ces moyens d'imagerie permettent deux grandissements fixes, xi et x2, sélectionnables par l'opérateur. Les moyens de détection consistent de préférence en une matrice CCD, avantageusement intégrée dans une caméra numérique à 12 bits. Mais ce peut être aussi de manière non limitative une ou plusieurs barrettes CCD ou de photodiodes, voire un dispositif de balayage devant un photodétecteur ponctuel. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif selon l'invention ne comporte pas de moyens de filtrage 9, d'imagerie du faisceau doublé 10 et de détection 11. Le faisceau doublé comportant la fonction d'autocorrélation de l'impulsion lumineuse est directement visible sur la face de sortie de l'élément non linéaire 5. Selon un autre mode de réalisation enfin, le dispositif selon l'invention ne comporte pas de moyens d'imagerie du faisceau doublé 10. Les moyens de filtrage 9 et de détection 11 sont directement accolés à la face de sortie de l'élément non-linéaire 5. 25 x distance to the optical axis. This offset is illustrated by the representation of their respective wave fronts 6. With c the speed of light in the vacuum and n the refractive index of the non-linear material we have: 1 (a t = ùnxsin ù, c 2 Assuming an identical intensity of the light pulse I (t) in the two replicated beams, +00 S (x) = fI (t + t) I (t -G) dt. of the autocorrelation function, and thus the resolution and measurement range of the device by varying the angle of incidence to replicated beams, and since this angle is entirely determined by the one-piece optical divider, It is sufficient to change the latter According to a preferred embodiment of the device according to the invention, several one-piece optical dividers 3 are mounted in a wheel, preferably motorized, which allows rotation to change that which is inserted into the beam. monobloc optical dividers are positioned in the wheel (no shown) so that each of them is placed at the correct distance of non-linear element so that the replicated beams intersect in the latter. Any other means of replacing monobloc optical dividers, motorized or not, can of course be considered without departing from the scope of the invention. In this way, the device according to the invention offers a great flexibility of adaptation of the resolution and the measurement range, so that picosecond, femtosecond or even attosecond pulses can be measured under optimal conditions. According to the preferred embodiment, the device further comprises: optical filtering means 9, doubled-beam imaging means 10, detection means 11. The optical filtering means preferably consist of optical filtering blade having a surface treatment, so as to block the light at the fundamental frequency and let the light at the double frequency, said filtering blade being inserted after the non-linear element. The optical filtering means 9 may also, without departing from the scope of the invention, consist of: spatial filtering means such as for example a diaphragm or a slot, the light at the fundamental optical frequency and the light at the frequency double being spatially separated, - surface treatments applied to all or some of the following elements: exit face of the non-linear element, imaging means, detection means, detection means sensitive to the optical frequency doubled but significantly less sensitive to the fundamental optical frequency. The imaging means 10 are preferentially but without limitation consisting of one or more LASN9 lenses in particular with focal lengths of the order of 25 mm. They make it possible to image with a fixed or variable magnification the autocorrelation function of the pulse 12 on the detection means 11. In the preferred embodiment, these imaging means allow two fixed magnifications, xi and x2, selectable by the operator. The detection means preferably consist of a CCD matrix, advantageously integrated in a 12-bit digital camera. But it may also be non-limiting manner one or more CCD strips or photodiodes, or even a scanning device in front of a photodetector point. According to another embodiment, the device according to the invention does not comprise filtering means 9, doubled beam imaging 10 and detection 11. The doubled beam comprising the autocorrelation function of the light pulse is directly visible on the output face of the nonlinear element 5. According to another embodiment finally, the device according to the invention does not include imaging means of the doubled beam 10. The filtering means 9 and detection 11 are directly contiguous to the exit face of the nonlinear element 5.
Le dispositif selon l'invention peut comporter en outre des moyens d'accroissement de la dynamique de détection consistant en une lame d'atténuation variable 13 insérée dans le trajet du faisceau de lumière doublée. Cette lame d'atténuation 13 présente des coefficients de transmission différents de part et d'autre de sa ligne médiane, et elle est positionnée dans le dispositif de telle sorte que le faisceau de lumière doublé, en la traversant, est partagé en deux demi-faisceaux d'intensité différente qui représentent la même fonction d'autocorrélation avec des intensités différentes. Il est possible de cette manière de mesurer la forme des impulsions lumineuses avec une dynamique en intensité très supérieure à la -13- dynamique intrinsèque du détecteur, afin par exemple de mesurer à la fois la hauteur totale et la forme du pied de courbe de l'impulsion. On tire parti de la propriété remarquable du dispositif selon laquelle, comme illustré dans les figures 2 et 4, l'image de la fonction d'autocorrélation est visible sur une grande partie de la hauteur du faisceau. Ainsi, les profils affichés dans les figures 2 et 4 ne sont qu'une ligne horizontale prise dans l'image du capteur CCD. La figure 5 montre un exemple, non limitatif, de réalisation d'une lame d'atténuation 13. Cette lame, en N-BK7, de forme rectangulaire, est séparée dans le sens de sa largeur en deux parties 30 et 31. La partie 31 ne comporte aucun traitement de surface tandis que la partie 30 comporte un échelon de densités optiques obtenu, selon un mode de réalisation préférentiel, par un dépôt métallique de chrome. Cet échelon de densités optiques est constitué de plages rectangulaires de densité optique uniforme, de dimensions supérieures au diamètre du faisceau doublé 7, et dont les valeurs de densité sont croissantes selon la direction 32. Selon un exemple typique mais non limitatif de mise en oeuvre, on place la lame d'atténuation 13 devant le détecteur 11 en positionnant dans l'axe du faisceau une densité 30 adaptée. On obtient ainsi simultanément sur le détecteur deux demi-images de la fonction d'autocorrélation avec des amplitudes très différentes, dont par exemple : - une demi-image où le corps de l'impulsion est saturé mais le pied de courbe bien représenté, - et une autre demi-image où l'impulsion est complète et pas saturée. The device according to the invention may further comprise means for increasing the detection dynamic consisting of a variable attenuation plate 13 inserted in the path of the doubled light beam. This attenuation blade 13 has different transmission coefficients on either side of its median line, and it is positioned in the device so that the doubled light beam, passing through it, is divided into two halves. beams of different intensity that represent the same autocorrelation function with different intensities. In this way it is possible to measure the shape of the light pulses with a dynamic intensity much higher than the intrinsic dynamic of the detector, for example to measure both the total height and the shape of the foot of the curve of the light. 'impulse. We take advantage of the remarkable property of the device according to which, as illustrated in Figures 2 and 4, the image of the autocorrelation function is visible over a large part of the beam height. Thus, the profiles shown in FIGS. 2 and 4 are only a horizontal line taken in the image of the CCD sensor. FIG. 5 shows a nonlimiting example of embodiment of an attenuation blade 13. This blade, of N-BK7, of rectangular shape, is separated in the direction of its width into two parts 30 and 31. 31 does not include any surface treatment while the portion 30 comprises an optical density step obtained, according to a preferred embodiment, by a metal deposition of chromium. This optical density step consists of rectangular ranges of uniform optical density, of dimensions greater than the diameter of the doubled beam 7, and whose density values are increasing in the direction 32. According to a typical but nonlimiting embodiment, the attenuation blade 13 is placed in front of the detector 11 by positioning a suitable density in the beam axis. Two half-images of the autocorrelation function with very different amplitudes are thus obtained simultaneously on the detector, of which for example: a half-image in which the body of the pulse is saturated but the curve foot is well represented; and another half-image where the pulse is complete and not saturated.
Il est possible en déplaçant la lame d'atténuation, horizontalement dans le cas représenté, d'ajuster l'atténuation 30 aux besoins. Le ratio des atténuations étant connu puisqu'il est fonction de la position de la lame, un profil avec une dynamique supérieure à celle du détecteur peut être obtenu numériquement en combinant les profils d'impulsions extraits des deux demi-images. Il est par exemple possible d'obtenir avec ce procédé des profils d'impulsion avec une dynamique totale de 106 avec un capteur CCD dont la dynamique est typiquement de quelques 103. Afin de constituer un appareil autonome, facile à mettre en oeuvre, le dispositif selon l'invention peut comporter des moyens d'alignement avec le faisceau de lumière incident : au moins deux diaphragmes 15 sont disposés -14- It is possible by moving the attenuation blade, horizontally in the case shown, to adjust the attenuation to the needs. The ratio of attenuations being known since it is a function of the position of the blade, a profile with a higher dynamics than that of the detector can be obtained numerically by combining the pulse profiles extracted from the two half-images. It is for example possible to obtain with this method pulse profiles with a total dynamic of 106 with a CCD sensor whose dynamics is typically of a few 103. In order to constitute an autonomous device, easy to implement, the device according to the invention may comprise alignment means with the incident light beam: at least two diaphragms 15 are arranged -14-
de part et d'autre du diviseur optique monobloc, de telle sorte à matérialiser le trajet du faisceau de lumière dans le dispositif. Selon le mode de réalisation préférentiel, ces diaphragmes sont largement ouverts lors des mesures d'impulsions pour ne pas perturber le faisceau et peuvent être resserrés lors de la procédure d'alignement. on both sides of the monobloc optical divider, so as to materialize the path of the light beam in the device. According to the preferred embodiment, these diaphragms are largely open during pulse measurements so as not to disturb the beam and can be tightened during the alignment procedure.
Lors de l'alignement, le diviseur optique monobloc 3 est retiré du trajet du faisceau de lumière incident. Selon le mode de réalisation préférentiel, cela se fait en faisant tourner la roue portant les diviseurs optiques monoblocs de sorte à placer un emplacement vide devant le faisceau. Il est également possible de placer l'un des diaphragmes 15 en position resserrée dans l'un des emplacements de cette roue. Le dispositif ou le faisceau de lumière incident sont alors positionnés de telle sorte à optimiser le faisceau de lumière doublé sur le détecteur. During the alignment, the monobloc optical divider 3 is removed from the path of the incident light beam. According to the preferred embodiment, this is done by rotating the wheel carrying the one-piece optical dividers so as to place an empty location in front of the beam. It is also possible to place one of the diaphragms 15 in the constricted position in one of the locations of this wheel. The incident light device or beam is then positioned to optimize the doubled light beam on the detector.
De même, le dispositif selon l'invention peut comporter des moyens de calibration. Cette calibration consiste à calculer la fonction de transfert du dispositif, ou en d'autres termes, à faire correspondre une échelle de temps (la durée de l'impulsion) à la surface du détecteur (le nombre de pixels dans le cas d'un CCD). Cette fonction de transfert dépend : Similarly, the device according to the invention may comprise calibration means. This calibration consists in calculating the transfer function of the device, or in other words, in matching a time scale (the duration of the pulse) to the surface of the detector (the number of pixels in the case of a sensor). CCD). This transfer function depends on:
- De l'angle de convergence a des deux répliques, déterminé par le diviseur optique monobloc inséré dans le faisceau, lequel diviseur optique - From the convergence angle α of the two replicas, determined by the monobloc optical divider inserted in the beam, which optical divider
monobloc pouvant être changé dans le mode de réalisation préférentiel ; monoblock that can be changed in the preferred embodiment;
- Du grandissement des moyens d'imagerie. Selon le mode de - The growth of the imaging means. According to the mode of
réalisation préférentiel, des grandissements de xi et x2 sont possibles ; preferential embodiment, magnifications of xi and x2 are possible;
- De la taille et du nombre de points ou pixels du détecteur. - The size and number of points or pixels of the detector.
Selon le mode de réalisation préférentiel, les moyens de calibration sont constitués par une lame 14 d'épaisseur e et d'indice de réfraction ne connus, tel qu'illustré à la figure 3. On insère cette lame devant le diviseur optique monobloc 3 de telle sorte que seule la lumière qui constitue un des demi-faisceaux répliqués 4a et 4b la traverse. On introduit ainsi un retard entre les répliques 20 et 21 de l'impulsion de lumière initiale, te = 1 ('7e -1) e, C According to the preferred embodiment, the calibration means are constituted by a blade 14 of known thickness e and refractive index, as illustrated in FIG. 3. This blade is inserted in front of the monobloc optical splitter 3 of FIG. such that only the light which constitutes one of the replicated half-beams 4a and 4b passes through it. A delay is thus introduced between the replicas 20 and 21 of the initial light pulse, te = 1 ('7e -1) e, C
de valeur connue et qui permet d'étalonner la chaîne d'acquisition complète. -15 La figure 4 est un exemple de signaux obtenus lors de la calibration. La figure 4b est une mesure sans la lame 14 tandis que la figure 4a est une mesure avec la lame 14 insérée dans le faisceau incident. Dans l'exemple de la figure 4, la lame introduisant un retard te = 1,66 ps engendre un écart en position sur le détecteur de 465-188 = 277 pixels, ce qui donne une fonction de transfert de 1,66 ps / 277 = 6,01 fs par pixel. La figure 2 est un exemple de mesure de la largeur d'une impulsion lumineuse avec un dispositif selon l'invention. L'algorithme utilisé n'est bien entendu qu'un exemple non limitatif pour en illustrer le fonctionnement, mais bien que très simple il n'en reste pas moins tout à fait exploitable : - on détecte le niveau de la ligne de base Ymin = 55,6 et le sommet de l'impulsion Ymax = 111 ; - on en déduit la largeur à mi-hauteur de la fonction d'autocorrélation Dic de l'impulsion : X2-X1 = 64 pixels ce qui correspond à Dic = 384,64 fs ; - la relation entre la largeur à mi-hauteur de la fonction d'autocorrélation Dic et celle de l'impulsion Dip dépend de sa forme, qui est connue pour un laser donné. Pour une impulsion de forme gaussienne, telle que présentée dans l'exemple de la figure 2, on a Dip Dic / 1,55 = 248,15 fs. of known value and which allows to calibrate the complete acquisition chain. FIG. 4 is an example of signals obtained during calibration. Figure 4b is a measurement without the blade 14 while Figure 4a is a measurement with the blade 14 inserted into the incident beam. In the example of FIG. 4, the blade introducing a delay θ = 1.66 ps causes a positional shift on the detector of 465-188 = 277 pixels, giving a transfer function of 1.66 ps / 277. = 6.01 fs per pixel. FIG. 2 is an example of measuring the width of a light pulse with a device according to the invention. The algorithm used is of course only a non-limiting example to illustrate the operation, but although very simple it remains nonetheless quite exploitable: - we detect the level of the baseline Ymin = 55.6 and the peak of the pulse Ymax = 111; - We deduce the width at half height of the autocorrelation function Dic of the pulse: X2-X1 = 64 pixels which corresponds to Dic = 384.64 fs; the relation between the half-height width of the autocorrelation function Dic and that of the pulse Dip depends on its shape, which is known for a given laser. For a gaussian-shaped pulse, as shown in the example of FIG. 2, Dip Dic / 1.55 = 248.15 fs.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Of course, the invention is not limited to the examples that have just been described and many adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention.
Claims (22)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0950769A FR2942036A1 (en) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | AUTOCORRELATOR DEVICE WITH BIPRISM FOR THE TEMPORAL MEASUREMENT OF ULTRA - BRAKE LIGHT PULSES. |
| PCT/FR2010/050184 WO2010089511A1 (en) | 2009-02-06 | 2010-02-04 | Double prism autocorrelation device for the time measurement of ultra-short light pulses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0950769A FR2942036A1 (en) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | AUTOCORRELATOR DEVICE WITH BIPRISM FOR THE TEMPORAL MEASUREMENT OF ULTRA - BRAKE LIGHT PULSES. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2942036A1 true FR2942036A1 (en) | 2010-08-13 |
Family
ID=41066513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0950769A Withdrawn FR2942036A1 (en) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | AUTOCORRELATOR DEVICE WITH BIPRISM FOR THE TEMPORAL MEASUREMENT OF ULTRA - BRAKE LIGHT PULSES. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2942036A1 (en) |
| WO (1) | WO2010089511A1 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102419214B (en) * | 2011-08-15 | 2013-06-12 | 西北核技术研究所 | Photo-thermal/photo-electrical composite high-energy laser parameter measurement device |
| CN103389163A (en) * | 2013-07-19 | 2013-11-13 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Spatially discriminated two-dimensional single auto-correlator |
| CN103900724B (en) * | 2014-03-27 | 2017-02-01 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Precise calibrating method used for time resolution of single correlation measuring instrument |
| FR3040828B1 (en) * | 2015-09-04 | 2018-11-02 | Universite de Bordeaux | ULTRABRED LASER IMPULSE TIME OR TEMPERATURE MEASUREMENT SYSTEM |
| CN110231099B (en) * | 2019-06-27 | 2020-06-26 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | Quasi-real-time attosecond pulse measuring method and system |
| FR3117206B1 (en) * | 2020-12-03 | 2022-11-11 | Univ Bourgogne | CHARACTERIZATION OF A RADIATION PULSE BY TIME RESOLVED OPTICAL WINDOWING |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020057435A1 (en) * | 2000-11-14 | 2002-05-16 | Georgia Tech Research Corporation | Electromagnetic wave analyzer |
| US20040141180A1 (en) * | 2003-01-21 | 2004-07-22 | Chaozhi Wan | Autocorrelator based on triangle delay line and grating delay line |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2367932B (en) | 2000-10-12 | 2002-12-04 | Marconi Caswell Ltd | Optical autocorrelator |
| AU2002340711A1 (en) | 2001-05-04 | 2002-11-18 | Quantronix Corporation | Apparatus and method for measuring intensity and phase of a light pulse with an interferometric asymmetric single-shot autocorrelator |
| AU2003294380A1 (en) | 2003-05-30 | 2005-01-04 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Third-order optical autocorrelator for time-domain opertion at the telecommunication wavelenghts |
-
2009
- 2009-02-06 FR FR0950769A patent/FR2942036A1/en not_active Withdrawn
-
2010
- 2010-02-04 WO PCT/FR2010/050184 patent/WO2010089511A1/en active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020057435A1 (en) * | 2000-11-14 | 2002-05-16 | Georgia Tech Research Corporation | Electromagnetic wave analyzer |
| US20040141180A1 (en) * | 2003-01-21 | 2004-07-22 | Chaozhi Wan | Autocorrelator based on triangle delay line and grating delay line |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010089511A1 (en) | 2010-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3100095B1 (en) | Device for processing light/optical radiation, method and system for designing such a device | |
| EP3155385B1 (en) | Device and method for characterization of a light beam | |
| FR2956929A1 (en) | LASER OUTPUT HANDLING SYSTEM | |
| EP1974194B1 (en) | Achromatic and compact optical interferometer of the trilateral shift type | |
| FR2942036A1 (en) | AUTOCORRELATOR DEVICE WITH BIPRISM FOR THE TEMPORAL MEASUREMENT OF ULTRA - BRAKE LIGHT PULSES. | |
| EP3345264B1 (en) | System for measuring the duration, time profile and spectrum of an ultra-fast laser pulse | |
| EP3644032A1 (en) | Imaging spectrometer and single-pulse optical autocorrelator device comprising such an imaging spectrometer | |
| FR2976663A1 (en) | DEVICE AND METHOD FOR CHARACTERIZING A LIGHT BEAM. | |
| FR2925956A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE SPECTRAL PHASE OR COMBINED SPECTRA AND SPACE PHASES OF ULTRA BRIEF LUMINOUS PULSES. | |
| FR3064760B1 (en) | DIGITAL HOLOGRAPHIC INTERFEROMETER HAVING TWO REFERENCE BEAMS FOR ANALYZING A TRANSPARENT ENVIRONMENT | |
| EP2614561A1 (en) | Method and device for amplifying an optical signal | |
| FR3034577A1 (en) | DEVICE AND METHOD FOR CHARACTERIZING A FEMTOSECOND LASER PULSE | |
| FR3069333A1 (en) | SYSTEM FOR CAPTURING PICTURE VALUES TO CONSTITUTE AN IMAGE WITH TERAHERTZ RADIATION | |
| FR3072168B1 (en) | METHOD AND OPTICAL ANALYSIS ASSEMBLY OF ULTRA-BRIEF LASER PULSE | |
| EP2520916A1 (en) | Multispectral scanning telescope comprising wavefront analysis means | |
| EP3615902B1 (en) | Method for spatio-spectral characterization of a polychromatic pulsed laser source | |
| WO2021152161A4 (en) | Device and method for diagnosing the compressibility at the centre of an ultra-short pulse based on spatio-spectral data of the pulse having undergone a non-linear effect | |
| FR3004253A1 (en) | HIGH SENSITIVITY WAVEFRONT MEASUREMENT METHOD AND CORRESPONDING MEASURER | |
| FR3059156B1 (en) | OPTICAL DETECTION MODULE | |
| EP3043166A1 (en) | Optical focusing device | |
| EP4256293A1 (en) | Characterisation of a radiation pulse by time-resolved optical windowing | |
| FR3095514A1 (en) | RETRO-REFLECTED LIGHT MEASUREMENT BY AN OPTICAL INSTRUMENT | |
| FR2945341A1 (en) | HOLOGRAPHIC INTERFEROMETER FOR ANALYZING VARIATIONS IN A TRANSPARENT ENVIRONMENT |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20131031 |