WO2005031293A1 - Method and device for analysing an optical signal - Google Patents

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WO2005031293A1
WO2005031293A1 PCT/FR2004/050459 FR2004050459W WO2005031293A1 WO 2005031293 A1 WO2005031293 A1 WO 2005031293A1 FR 2004050459 W FR2004050459 W FR 2004050459W WO 2005031293 A1 WO2005031293 A1 WO 2005031293A1
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light signal
pulse
short
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Inventor
Philippe Metivier
Philippe Yvernault
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Femlight
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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

Definitions

  • the subject of the invention is a method and a device for measuring the time form of a time-limited light signal. More precisely, it allows the analysis of asynchronous or episodic or non-recurring or low-occurrence optical pulse phenomena. To this end, it exploits the advantages and qualities of a process and equipment dedicated to the analysis of "repetitive pulse" signals. These methods and device are well suited to the measurement of light signals in the spectral range extending from infrared to X-radiation, when high temporal resolutions, lower than the picosecond and which can go up to a few tens of femtoseconds, are sought. We can obtain a sensitivity of a few photons and a dynamic range between 10 4 and 10 6 .
  • pulses are then generated on a principle of spatial distribution and then measured on the camera.
  • repetitive light (document JP 8062051) but which do not have means of measurement
  • Another document (“Single-Shot Optical Sampling Oscilloscope fo r Ultrafast Optical Waveforms »IEEE PTL, vol. 10, n ° 3, pages 397-399, March 1998) discloses a possible sampling mode based on an all-optical principle.
  • the object of the present invention is a method and an analysis device which works both at low and at strong signal and offers an excellent resolution, sensitivity and dynamics in the determination of the temporal form of the signal.
  • a train of short, high frequency pulses is generated, the time form of each of said pulses having a known deterministic relationship with the time form of the light signal received , - the train of short pulses is analyzed by an ultra-fast electro-optical sampling process of periodic pulses, to which is added, if necessary, a step applying to the samples an inverse relation of said deterministic relation so as to provide the measurement of the time form of the light signal received.
  • the short pulse train is generated by distribution.
  • This can be achieved by implementing a succession of i ⁇ terferometers, a succession of weakly reflecting mirrors or a succession of 1-to-N dividers ensuring said distribution, - the train of brief pulses is generated by filtering, - the train analyzer pulse generator includes a short pulse analyzer.
  • the invention therefore involves the integration of a pulse train generator from a single (or weakly recurrent) pulse to be measured with a high-frequency analyzer of periodic light pulses.
  • Pulse train generator from a single pulse means a device which from an input pulse generates a series of pulses at output with a known time distribution. Preferably, this distribution is periodic. In all cases, there must be a deterministic relationship between the time form of each output pulse and the time form of the input pulse.
  • - high-speed short light pulse analyzer is meant an electro-optical device capable of measuring the light envelope of a periodic light pulse, by ultra-short stroboscopic sampling allowing the collection of one or more time samples inside of each pulse.
  • the term "short light pulse” is understood to mean a light pulse of duration less than typically a few hundred picoseconds.
  • Integration - means an implementation of elements concerned with related elements, for example electronic elements added.
  • FIG. 1 represents a device for analyzing a train of short periodic pulses of the prior art.
  • FIG. 2 represents the principle of reduction of any light signal received, according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 represents a generator of a train of short pulses from an electro-optical element, according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 4 represents a short pulse train generator from an acousto-optical element, according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 represents a generator of short pulse train from electro-mechanical element, according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 6 represents a generator of train of short pulses by total reflection, according to a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 1 represents a device for analyzing a train of short periodic pulses of the prior art.
  • FIG. 2 represents the principle of reduction of any light signal received, according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 represents a generator of a train of short pulses from an electro-optical element, according to a first embodiment
  • FIG. 7 schematically represents the signal at the output of the processing means after application of the inverse relation on sampling frames of a train of short pulses.
  • FIG. 8 represents an interferometer for the generation of 16 pulses according to a fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 9 represents a generator of a train of short pulses by distribution according to a sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 10 represents a generator of a train of brief pulses in guided optics according to a tenth embodiment of the invention.
  • FIG. 11 represents a technique for taking reference measurements (in this case, one per optical period).
  • Figure 1 is a schematic representation of a device for analyzing a train of periodic short pulses of the prior art.
  • This device comprises two parts, an "imager” section 1 and a “multiplier” section 2 separated by a narrow slot 3.
  • the first section 1 comprises a photocathode 4 transforming an incident photon into an electron, focusing electrodes 5 and plates of electrostatic deflection 6 located between photocathode 4 and said slot 3.
  • the "multiplier” section 2 comprises electronic amplification means 7 with very high gain (> 10 6 ) and very low noise of the dynode type, for example. It also includes an anode 8. This device allows a very fast and very fine analysis of a periodic optical signal of frequency F.
  • short pulse analyzer such a device for analyzing the train of periodic short pulses, known as FEMSCAN, which allows both: - an extremely simple system for signal processing: each sample is processed at the analysis frequency (much lower than the device's intrinsic bandwidth) - an extremely efficient system (excellent time resolution since the system is only used on the optical axis: subpicosecond resolution (between 10 Picoseconds and 100 Femtoseconds) - of an extremely sensitive system because behind the single sample (filtered by the spatial filter) there is electronic amplification at very low rt gain (> 10 6 ) and very low noise (dynode type for example).
  • This device however resides in the synchronization of each analysis frame 9 on the periodic reference signal so as to correctly sample the periodic signal 10 to reconstruct the sampled overall signal by cumulating the analyzes of the successive frames.
  • This system therefore only works on a repetitive signal 10 and requires a clock and external synchronization. This may be the signal itself if necessary, in this case the frequency of the light signal is taken by optoelectronic processing. In essence, the reconstructed signal has a statistical character since it comes from the sampling of successive periodic phenomena.
  • the maximum frequencies of use of this device are of the order of several hundred MHz. It can therefore be seen that this device for analyzing a train of periodic short pulses is not suitable for non-signal recurrent or with low recurrence with respect to F.
  • FIG. 2 schematically represents such a measuring device in an embodiment of the invention.
  • This device comprises a generator of a short pulse train 11 coupled to an analyzer 12 of the short pulse train by a periodic pulse analysis method. Any light signal received 13 by the measuring device is first sent to the generator of a train of short pulses 11 transforming the received light signal 13 into a repetitive high frequency signal 14.
  • a repetitive high frequency signal 14
  • the signal 14 created by the generator of a short pulse train 11 is periodic with a frequency F.
  • FIG. 2a shows this measurement device in the case where the train of short pulses 14 is generated by sampling fractions any light signal within the generator 11. Any light signal 13 received by the measuring device enters a light trap through an active coupler 15 in the "transmission" position. A small part of any light signal 14 (typically 1%) is sampled by a sampling blade 16 upstream and sent to a detector 17. This detector 17 is for example a fast photodiode.
  • This detector 17 then generates a control signal 18 which "closes" the active coupler 15 (the latter goes into reflective mode), after the passage of any light signal 13 in the active coupler 15. During this time the any light signal continues its course along a first optical path 19 defined either by a fiber, a free space, a guided medium or the like, up to a semi-reflecting optical device 20 with a transmission coefficient T%.
  • This optical device 20 then allows T% of the energy of any light signal 13 to exit the generator 11 along a second optical path 21 and (1-T)% to start in the opposite direction through the first optical path 19 towards the coupler 15 which is then in the "reflecting" position, this radiation is again returned to the semi-reflecting optical device 20 along said first optical path 19 again generating reflected radiation and a transmitted signal.
  • this radiation is again returned to the semi-reflecting optical device 20 along said first optical path 19 again generating reflected radiation and a transmitted signal.
  • the train of short pulses 14 is sent to said analyzer 12 of the train of short pulses (FIG. 2 b).
  • This analyzer 12 applies to the pulses an inverse relationship to said deterministic relationship so as to provide the measurement of the time form of any light signal received at the input of the measurement device.
  • the analyzer 12 of a pulse train comprises a short pulse analyzer 22.
  • This synchronization signal is amplified via a resonant amplifier 24 and transformed into a high voltage, typically several KV, via a radio frequency power amplifier 25 which controls a ramp (periodic signal of which a part can reasonably be assimilated to a straight line) at the frequency Fi.
  • the analyzer 12 also includes a generator 26 which supplies the electronic amplification means 27 of the short pulse analyzer 22 serving for the amplification of the sampled signal.
  • the short pulse train 14 emitted by said generator 11 is measured by the short pulse analyzer 22, the output signal is sent to signal processing means 28.
  • the latter comprise, for example a digitization and processing card activated by means of the control signal 18 generated by the detector 17.
  • This digitization and processing card 28 makes it possible to reconstruct the overall sampled signal by combining the analyzes successive frames and applying "reverse processing" to find the envelope of the signal to be measured. A clock and an external synchronization 29 are then necessary.
  • These means 28 for processing the output signal from the analyzer 22 send a signal to display means 30, for example, a screen or on a digital link.
  • the frequency F ⁇ and the decrease in intensity of the train of short pulses 14 being obtained by construction thanks to the opto-geometrical characteristics of said generator 11, it is easy to calibrate the measuring device to allow an extremely precise analysis of any light signals.
  • FIG. 3 schematically shows the generation of a train of pulses from any light signal 13 by sampling from an electro-optical element 30.
  • Three cases may arise: either the light 13 is totally, partially or non-polarized. In Case 1, a portion of any light signal 13 is extracted with a blade 31 not reflecting a small percentage of said signal (1%).
  • a Glan- Thomson type polarizer makes it possible to transmit a state of polarization and to reflect the other state of polarization.
  • the blade 31 makes it possible to transmit a fully polarized light on a Brewster 32 and a small portion of the light signal whatsoever 13 on a detection photodiode 33.
  • a Brewster 32 an element of the Glan prism type which reflects a first state of polarization and transmits the other state.
  • the light passes through an electro-optical element 34 which in the ON state transforms the polarization state s into a circular state 35.
  • the electro-optical element 34 which behaves like a quarter wave blade in the ON state can advantageously be replaced by a Faraday rotator in the ON state.
  • the circular state 35 thus generated is modified to its orthogonal state by reflection on a totally reflecting mirror 36 to then be transformed into polarization p by crossing again the electro-optical element 34.
  • the ON state is triggered by the control signal 37 emanating from the detection photodiode 33. This state is valid for a single round trip in the blade 31.
  • the electro-optical element 34 is completely transparent.
  • the short pulse analyzer operates at a frequency of 100 MHz.
  • the train of short pulses can have a frequency F close to where back and forth corresponding to an optical path of 3m.
  • the distance between the totally reflecting 36 and semi-reflecting 38 mirrors is between 1 and 1.5 m in the air (this distance can be reduced by folding or using other propagation media than air).
  • b) Sampling from Acousto-optic element The Brewster element 32 is here replaced by an acousto-optic element 39 ( Figure 4).
  • the property of this acousto-optical element 39 is to diffract the light within +/- 1 orders, that is to say that it transmits light with an angle of deviation from the incident angle.
  • the same references as in Figure 3 indicate the same elements.
  • the ON state of this device is triggered by the photodiode 33.
  • the acousto-optical element 39 must have returned to the OFF state before the second passage of any light signal 13. Once in the OFF state, the element acousto-optics 39 is transparent to any light signal which is then found in an oscillating cavity. We then enter into the same energy considerations as above.
  • c) Sampling from an electro-mechanical element In this case, there is no consideration of polarization unless particular application.
  • the active element is a movable mirror 40 or an equivalent device like the elements working on the principle of total reflection ( Figure 5).
  • the technologies of mobile micro mirrors (“Micro Electro Mechanical Systems" - MEMS) make it possible to produce such a device with the desired response times.
  • the element must have a response time of the order of a nanosecond.
  • d) Sampling with elements working on the principle of total reflection This device uses the properties of total reflection and transmission by evanescent waves. For example, visible light propagating in glass and incident on a glass-air interface with an incidence greater than 45 ° is fully reflected. If, however, another air-glass interface is present near the previous one, a non-negligible part of the light may be transmitted through this second interface. It is the phenomenon of coupling by evanescent wave or tunnel effect. If the air gap is completely canceled or filled for a material with the same index as glass, then the light is completely transmitted.
  • first coupling Figure 6
  • the thickness e is adjusted and triggered by the control signal 37 emanating from the detection photodiode 33 so that any arbitrary light signal 13 is transmitted. Once any light signal 13 has been transmitted, e is returned to the OFF state. In the OFF state the distance e is large enough so that the prisms a and b are not coupled. Prisms b and c form a cavity. Any light signal 13 goes back and forth. The prism d is coupled with the prism c so that part of this signal 13 is taken at each round trip. Other embodiments exist. Indeed, if any light signal 13 is guided in an optical fiber or planar guide, the prism may have been omitted.
  • the termination of the fiber or guide is brought more or less close to the prism.
  • the prism d can be replaced by an optical guide or a semi-reflecting treatment.
  • the inverse relationship applied by the processing means 28 is 1 / (1-T%) N T%.
  • the processing means 28 make it possible to reconstruct the overall sampled signal by combining the analyzes of successive frames 9 and by applying "reverse processing" making it possible to find the envelope of the signal to be measured 13.
  • the reverse processing carried out by the processing means 28 consists first of all in compensating digitally for the loss in intensity of each pulse resulting from the exponential decrease in intensity, then in ordering the N measurements acquired by the analyzer short pulses 22.
  • the short pulse analyzer 22 operates by sampling. Let N be the number of points necessary to characterize any light signal 13, it is necessary to generate N pulses (or at least a sub-multiple of N pulses).
  • the device as described by Siders ⁇ Siders et al. ; Appl. Optics
  • the signals are then recombined in an N to 1 coupler 45.
  • Each of the loops 46 introduces a delay on the signal passing through it. So let n be the channel number, a delay n * is applied to the signal passing through it.
  • This device is easily achievable and compact in integrated and guided optics but finds equivalents in conventional optics.
  • Pulse train generation by filtering Short pulses have relatively wide spectra of the order of several nanometers. One can therefore envisage making frequency filters modulating the spectrum of any light signal 13. Phase and / or amplitude modulation thus makes it possible to generate pulse trains 14. This principle is used in telecommunications. In general, filters based on Bragg gratings are then used in the fibers.
  • any equivalent device in terms of transfer function is applicable: for example, acousto-optical, diffractive filters. Since the spectral response of a Bragg grating extends over several nanometers, it can therefore easily cover the spectrum of the incident pulse. In order to produce short pulse trains 14 at a frequency of several hundred MHz, the spectral response of the filter must have variations that can be controlled on the pm scale. This filter can either work in reflection or in transmission.
  • An example of an embodiment for high speed telecommunications can be found in Azana et al. ; IEEE Photonics Technology letters, 15 (2003) 413.
  • the generator of a short pulse train 11 obtained by the methods of generation of a pulse train described above is easily coupled with a short pulse analyzer 22
  • the invention cannot however be limited to these embodiments of generator of a short pulse train 11 since more complex generators can combine some of said methods of generating a train of short pulses.
  • a generator of a train of short pulses associating the sampling and interferometric filtering methods with the implementation of a Fabry-Pérot interferometer.
  • the active coupler 15 is controlled to allow the generation of only M pulses between 2 periods of the analyzed optical signal.
  • M 2 to 1000 depending on the case of flgures.
  • This case is generalized to M measurements within the same pulse.
  • the first curve 47 (in line full) shows any light signal 13 and the second curve 48 shows said duplicate light signal.
  • the principle is based on synchronization on the optical signal of frequency F and the generation of a sampling at a frequency 2 x F with the introduction of a progressive phase not by on each sample analysis but 1 in 2 (for example on even pulses). This then makes it possible both to carry out a reference measurement (on the odd pulses) always at the same time in the pulse and to also have access to the “stroboscopic” measurement (on the even pulses). This makes it possible to correct, depending on the applications, either variations in power or variations in noise levels from one optical period to the next.

Abstract

The invention relates to a method and device for measuring any received light signal. The inventive device comprises a short pulse train high frequency generator (11). The temporal shape of each of said pulses has a known deterministic relationship with a temporal shape of the received light signal (13). Said device also comprises the short pulse train analyser (12) operating according to a periodic pulse analysing method and applying to periodic pulses an inverse relationship with respect to said deterministic relationship in such a way that the measure of the temporal shape of the received light signal (13) is provided, where by enabling the device to use the advantages and performance of a periodic pulse analyser (22).

Description

Procédé et dispositif d'analyse d'un signal optique. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de mesure de la forme temporelle d'un signal lumineux limité dans le temps. Plus précisément, elle permet l'analyse de phénomènes optiques impulsionnels asynchrones ou épisodiques ou non récurrents ou à faible occurrence. A cet effet, elle exploite les avantages et qualités d'un procédé et d'un équipement dédié à l'analyse de signaux "impulsionnels répétitifs". Ces procédé et dispositif sont bien adaptés à la mesure de signaux lumineux dans le domaine spectral s' étendant de l'infrarouge au rayonnement X, lorsque des résolutions temporelles élevées, inférieures à la picoseconde et pouvant aller jusqu'à quelques dizaines de femtosecondes, sont recherchées. On peut obtenir une sensibilité de quelques photons et une dynamique comprise entre 104 et 106. Jusqu'à présent les analyses de signaux lumineux brefs, dans ce domaine spectral sont réalisées par des caméras à balayage de fente. Dans (es caméras à balayage de fente un événement unique est directement imagé sur un écran au phosphore puis ensuite repris optiquement sur une caméra CCD. Il en résulte une relative simplicité d'exploitation, cependant, la reprise d'image par phosphore et par caméra CCD dégrade intrinsèquement la sensibilité et la dynamique du dispositif. Ce type d'équipement à des performances insuffisantes pour certaines applications. Par exemple, le document (« Single-Shot Picosecond Optical Puise Waveform Measurements Based on a Spatial Sampling System » JJAP, vol. 29, n°10, pages 1956-1959, octobre 1990) correspond à cette technique. Des impulsions sont alors générées sur un principe de distribution spatiale puis mesurées sur la caméra. On connaît par ailleurs des dispositifs permettant de générer une forme d'onde lumineuse répétitive (document JP 8062051) mais qui ne disposent pas de moyen de mesure. Un autre document (« Single-Shot Optical Sampling Oscilloscope for Ultrafast Optical Waveforms » IEEE PTL, vol. 10, n°3, pages 397- 399, mars 1998) divulgue un mode d'échantillonnage possible basé sur un principe tout-optique. Le but de la présente invention est un procédé et un dispositif d'analyse qui fonctionne aussi bien à faible qu'à fort signal et offre une excellente résolution, sensibilité et dynamique dans la détermination de la forme temporelle du signal. Pour atteindre ce but, selon le procédé et le dispositif de l'invention, - un train d'impulsions brèves, à haute fréquence est généré, la forme temporelle de chacune desdites impulsions ayant une relation déterministe connue avec la forme temporelle du signal lumineux reçu, - le train d'impulsions brèves est analysé par un procédé d'échantillonnage électro-optique ultra rapide d'impulsions périodiques , auquel est ajoutée, si nécessaire, une étape appliquant aux échantillons une relation inverse de ladite relation déterministe de façon à fournir la mesure de la forme temporelle du signal lumineux reçu . Dans différents modes de réalisation particuliers, présentant chacun des avantages spécifiques : - le train d'impulsions brèves est généré par prélèvements successifs d'énergie du signal lumineux reçu. Cela peut être réalisé en mettant en oeuvre un composant électro-optique, électro-acoustique, électro-mécanique ou un composant optique à réflexion totale réalisant les prélèvements successifs. - le train d'impulsions brèves est généré par répartition. Cela peut être réalisé en mettant en oeuvre une succession d'iπterféromètres, une succession de miroirs faiblement réfléchissants ou une succession de diviseurs 1 vers N assurant ladite répartition, - le train d'impulsions brèves est généré par filtrage, - l'analyseur de train d'impulsions comprend un analyseur d'impulsions brèves. L'invention implique donc l'intégration d'un générateur de train d'impulsions à partir d'impulsion unique (ou faiblement récurrentes) à mesurer avec un analyseur haute cadence d'impulsions lumineuses périodiques. On entend par - générateur de train d'impulsions à partir d'un impulsion unique -, un dispositif qui à partir d'une impulsion d'entrée génère en sortie une série d'impulsions avec une répartition temporelle connue. Préférentiellement, cette répartition est périodique. Dans tous les cas, il doit exister une relation déterministe entre la forme temporelle de chaque impulsion de sortie et la forme temporelle de l'impulsion d'entrée. On entend par - analyseur haute cadence d'impulsions lumineuses brèves - un dispositif électro-optique capable de mesurer l'enveloppe lumineuse d'une impulsion lumineuse périodique, par échantillonnage stroboscopique ultra-bref permettant de collecter un ou plusieurs échantillons temporels à l'intérieur de chaque impulsion. On entend par - impulsion lumineuse brève- une impulsion lumineuse de durée inférieure à typiquement quelques centaines de picosecondes. - Intégration -, signifie une mise en œuvre d'éléments concernés avec des éléments connexes par exemple électroniques ajoutés. Différents modes de réalisation de l'invention seront décrits ci- après en référence aux dessins sur lesquels : La figure 1 représente un dispositif d'analyse d'un train d'impulsions brèves périodiques de l'art antérieur. La figure 2 représente le principe de démultiplication du signal lumineux reçu quelconque, selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 3 représente un générateur d'un train d'impulsions brèves à partir d'élément électro-optique, selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 4 représente un générateur de train d'impulsions brèves à partir d'élément acousto-optique, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 5 représente un générateur de train d'impulsions brèves à partir d'élément électro-mécanique, selon un troisième mode de réalisation de l'invention. La figure 6 représente un générateur de train d'impulsions brèves par réflexion totale, selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. La figure 7 représente schématiquement le signal en sortie des moyens de traitement après application de la relation inverse sur des trames d'échantillonnages d'un train d'impulsions brèves. La figure 8 représente un interféromètre pour la génération de 16 impulsions selon un cinquième mode de réalisation de l'invention. La figure 9 représente un générateur d'un train d'impulsions brèves par répartition selon un sixième mode de réalisation de l'invention. La figure 10 représente un générateur d'un train d'impulsions brèves en optique guidée selon un dixième mode de réalisation de l'invention. La figure 11 représente une technique de prise de mesure de référence (dans ce cas, une par période optique). La Figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif d'analyse d'un train d'impulsions brèves périodiques de l'art antérieur. Ce dispositif comprend deux parties, une section "imageur" 1 et une section "multiplicateur" 2 séparées par une fente étroite 3. La première section 1 comporte une photocathode 4 transformant un photon incident en électron, des électrodes de focalisation 5 et des plaques de déflection électrostatiques 6 situées entre la photocathode 4 et ladite fente 3. La section "multiplicateur" 2 comprend des moyens d'amplification électronique 7 à très fort gain (>106) et à très faible bruit de type dynode, par exemple. Elle comprend également une anode 8. Ce dispositif permet une analyse très rapide et très fine d'un signal optique périodique de fréquence F. Son principe général qui est celui de l'oscilloscope électronique transposé au domaine optique, repose sur l'échantillonnage temporel à la fréquence F+dF du signal générant un effet de battement et permettant ainsi « d'isoler » un échantillon du signal par période d'analyse, encore appelé trame d'analyse. L'ensemble de la forme temporelle du signal périodique est reconstitué de manière stroboscopique. Le cas le plus favorable étant celui où dF est un sous multiple de F. Le dispositif d'analyse de train d'impulsions brèves périodiques connu, tel que décrit dans les articles de E. ZININ cités en référence (Nuclear Instrumentation Method 208 (1983) 439-441 et IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol NS 30 (1983) 2348, permet une analyse très rapide et très fine d'un signal optique répétitif de fréquence F. On appellera par la suite un "analyseur d'impulsions brèves", par exemple, un tel dispositif d'analyse de train d'impulsions brèves périodiques, connu sous le nom de FEMSCAN, lequel permet à la fois de disposer : - d'un système extrêmement simple en matière de traitement de signal : chaque échantillon est traité à la fréquence d'analyse (très inférieure à la bande passante intrinsèque du dispositif) - d'un système extrêmement performant (excellente résolution temporelle puisque l'on utilise le système uniquement sur l'axe optique: résolution subpicoseconde (entre 10 Picosecondes et 100 Femtosecondes) - d'un système extrêmement sensible car derrière l'échantillon unique (filtré par le filtre spatial) on profite d'une amplification électronique à très fort gain (>106) et à très faible bruit (de type dynode par exemple). La contrainte majeure de ce dispositif réside toutefois dans la synchronisation de chaque trame d'analyse 9 sur le signal de référence périodique de façon à échantillonner correctement le signal périodique 10 pour reconstituer le signal global échantillonné en cumulant les analyses des trames successives. Ce système ne fonctionne donc que sur un signal répétitif 10 et nécessite une horloge et une synchronisation externe. Celle-ci peut-être le cas échéant le signal lui-même, dans ce cas on prélève par traitement optoélectronique la fréquence du signal lumineux. Par essence le signal reconstitué a un caractère statistique puisque il est issu de l'échantillonnage de phénomènes périodiques successifs. Les fréquences maximales d'utilisation de ce dispositif sont de l'ordre de plusieurs centaines de MHz. On constate donc que ce dispositif d'analyse d'un train d'impulsions brèves périodiques n'est pas adapté aux signaux non récurrents ou à faible récurrence par rapport à F. Un objet de la présente invention est un dispositif de mesure de ces signaux. La figure 2 représente schématiquement un tel dispositif de mesure dans un mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif comprend un générateur d'un train d'impulsions brèves 11 couplé à un analyseur 12 du train d'impulsions brèves par un procédé d'analyse d'impulsion périodique. Le signal lumineux reçu quelconque 13 par le dispositif de mesure est envoyé en premier lieu vers le générateur d'un train d'impulsions brèves 11 transformant le signal lumineux reçu 13 en un signal répétitif à haute fréquence 14. On entend ici par - signal lumineux quelconque -, par exemple un phénomène optique impulsionnel asynchrone ou épisodique ou à faible taux de répétition. De préférence, le signal 14 créé par le générateur d'un train d'impulsions brèves 11 est périodique avec une fréquence F. Une propriété indispensable de ce générateur de train d'impulsions brèves 11 est que le signal répétitif 14 est composé d'une série d'impulsions dont la forme temporelle est déterminée par la forme temporelle de l'événement quelconque et la fonction de transfert du générateur lui- même. La forme temporelle de chacune desdites impulsions a donc une relation déterministe connue avec la forme temporelle du signal lumineux reçu quelconque 13. La figure 2a) montre ce dispositif de mesure dans le cas où le train d'impulsions brèves 14 est généré par prélèvement de fractions du signal lumineux quelconque au sein du générateur 11. Le signal lumineux quelconque 13 reçu par le dispositif de mesure entre dans un piège à lumière au travers d'un coupleur actif 15 en position « transmission ». Une faible partie du signal lumineux quelconque 14 (typiquement 1%) est prélevé par une lame de prélèvement 16 en amont et envoyé vers un détecteur 17. Ce détecteur 17 est par exemple une photodiode rapide. Ce détecteur 17 génère alors un signal de commande 18 qui « ferme » le coupleur actif 15 (celui-ci passe en mode réfléchissant), après le passage du signal lumineux quelconque 13 dans le coupleur actif 15. Pendant ce temps le signal lumineux quelconque poursuit son parcours suivant un premier chemin optique 19 défini soit par une fibre, un espace libre, un milieu guidé ou autre, jusqu'à un dispositif optique semi réfléchissant 20 de coefficient de transmission T%. Ce dispositif optique 20 permet alors à T% d'énergie du signal lumineux quelconque 13 de sortir du générateur 11 suivant un deuxième chemin optique 21 et à (1-T)% de repartir en sens inverse à travers le premier chemin optique 19 vers le coupleur 15 qui est alors en position « réfléchissante », ce rayonnement est de nouveau renvoyé vers le dispositif optique 20 semi réfléchissant suivant ledit premier chemin optique 19 générant à nouveau un rayonnement réfléchi et un signal transmis. De cette manière on est capable de générer un signal répétitif selon le deuxième chemin optique 21 dont la fréquence F est donnée par la dimension physique du « piège à lumière ». Puisque la lumière traversant le générateur de train d'impulsions brèves 11 ne rencontre pas de milieu amplificateur, il en résulte une répartition de l'énergie de l'impulsion d'entrée sur la série d'impulsions générées, le signal est donc d'intensité décroissante selon la loi exponentielle (1-T%)NT%. A la sortie du générateur 11, le train d'impulsions brèves 14 est envoyé vers ledit analyseur 12 du train d'impulsions brèves (Figure 2 b). Cet analyseur 12 applique aux impulsions une relation inverse de ladite relation déterministe de façon à fournir la mesure de la forme temporelle du signal lumineux reçu quelconque à l'entrée du dispositif de mesure. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'analyseur 12 d'un train d'impulsions comprend un analyseur d'impulsions brèves 22. L'analyseur 12 comprend également un oscillateur interne 23 qui "pré synchronise" l'analyseur d'impulsions brèves sur lui-même via la fréquence Fi = N x F - dF. Ce signal de synchronisation est amplifié via un ampli résonnant 24 et transformé en une haute tension, typiquement plusieurs KV, via un amplificateur radiofréquence de puissance 25 qui commande une rampe (signal périodique dont une partie peut raisonnablement être assimilée à une droite) à la fréquence Fi. L'analyseur 12 comporte également un générateur 26 qui alimente les moyens d'amplification électronique 27 de l'analyseur d'impulsions brèves 22 servant à l'amplification du signal échantillonné. Lorsque le train d'impulsions brèves 14 émis par ledit générateur 11 est mesuré par l'analyseur d'impulsions brèves 22, le signal de sortie est envoyé vers des moyens de traitement du signal 28. Dans un mode de réalisation particulier, ces derniers comprennent, par exemple une carte de numérisation et de traitement activée au moyen du signal de commande 18 généré par le détecteur 17. Cette carte de numérisation et de traitement 28 permet de reconstituer le signal global échantillonné en cumulant les analyses des trames successives et en appliquant "un traitement inverse" permettant de retrouver l'enveloppe du signal à mesurer. Une horloge et une synchronisation externe 29 sont alors nécessaires. Ces moyens de traitement 28 du signal de sortie de l'analyseur 22 envoient un signal vers des moyens de visualisation 30, par exemple, un écran ou sur une liaison numérique. La fréquence F^ et la décroissance en intensité du train d'impulsions brèves 14 étant obtenues de construction grâce aux caractéristiques opto-géométriques dudit générateur 11 , il est aisé de calibrer le dispositif de mesure pour permettre une analyse extrêmement précise des signaux lumineux quelconques. Plusieurs types de composants permettant la génération d'une série d'impulsions à partir d'une impulsion unique vont être maintenant décrits, des systèmes travaillant par prélèvement, d'autres par répartition, ou encore par filtrage.Method and device for analyzing an optical signal. The subject of the invention is a method and a device for measuring the time form of a time-limited light signal. More precisely, it allows the analysis of asynchronous or episodic or non-recurring or low-occurrence optical pulse phenomena. To this end, it exploits the advantages and qualities of a process and equipment dedicated to the analysis of "repetitive pulse" signals. These methods and device are well suited to the measurement of light signals in the spectral range extending from infrared to X-radiation, when high temporal resolutions, lower than the picosecond and which can go up to a few tens of femtoseconds, are sought. We can obtain a sensitivity of a few photons and a dynamic range between 10 4 and 10 6 . Until now, analyzes of brief light signals in this spectral range have been carried out by slit-scanning cameras. In (slot scanning cameras) a single event is directly imaged on a phosphor screen and then optically resumed on a CCD camera. This results in relative ease of operation, however, the resumption of image by phosphor and by camera CCD intrinsically degrades the sensitivity and dynamics of the device. This type of equipment has insufficient performance for certain applications. For example, the document ("Single-Shot Picosecond Optical Puise Waveform Measurements Based on a Spatial Sampling System" JJAP, vol. 29, n ° 10, pages 1956-1959, October 1990) corresponds to this technique: pulses are then generated on a principle of spatial distribution and then measured on the camera. repetitive light (document JP 8062051) but which do not have means of measurement Another document (“Single-Shot Optical Sampling Oscilloscope fo r Ultrafast Optical Waveforms »IEEE PTL, vol. 10, n ° 3, pages 397-399, March 1998) discloses a possible sampling mode based on an all-optical principle. The object of the present invention is a method and an analysis device which works both at low and at strong signal and offers an excellent resolution, sensitivity and dynamics in the determination of the temporal form of the signal. To achieve this aim, according to the method and the device of the invention, - a train of short, high frequency pulses is generated, the time form of each of said pulses having a known deterministic relationship with the time form of the light signal received , - the train of short pulses is analyzed by an ultra-fast electro-optical sampling process of periodic pulses, to which is added, if necessary, a step applying to the samples an inverse relation of said deterministic relation so as to provide the measurement of the time form of the light signal received. In different particular embodiments, each presenting specific advantages: - the train of short pulses is generated by successive samples of energy from the light signal received. This can be achieved by using an electro-optical, electro-acoustic, electro-mechanical component or an optical component with total reflection performing the successive samplings. - the short pulse train is generated by distribution. This can be achieved by implementing a succession of iπterferometers, a succession of weakly reflecting mirrors or a succession of 1-to-N dividers ensuring said distribution, - the train of brief pulses is generated by filtering, - the train analyzer pulse generator includes a short pulse analyzer. The invention therefore involves the integration of a pulse train generator from a single (or weakly recurrent) pulse to be measured with a high-frequency analyzer of periodic light pulses. “Pulse train generator from a single pulse” means a device which from an input pulse generates a series of pulses at output with a known time distribution. Preferably, this distribution is periodic. In all cases, there must be a deterministic relationship between the time form of each output pulse and the time form of the input pulse. By - high-speed short light pulse analyzer is meant an electro-optical device capable of measuring the light envelope of a periodic light pulse, by ultra-short stroboscopic sampling allowing the collection of one or more time samples inside of each pulse. The term "short light pulse" is understood to mean a light pulse of duration less than typically a few hundred picoseconds. - Integration -, means an implementation of elements concerned with related elements, for example electronic elements added. Different embodiments of the invention will be described below with reference to the drawings in which: FIG. 1 represents a device for analyzing a train of short periodic pulses of the prior art. FIG. 2 represents the principle of reduction of any light signal received, according to an embodiment of the invention. FIG. 3 represents a generator of a train of short pulses from an electro-optical element, according to a first embodiment of the invention. FIG. 4 represents a short pulse train generator from an acousto-optical element, according to a second embodiment of the invention. FIG. 5 represents a generator of short pulse train from electro-mechanical element, according to a third embodiment of the invention. FIG. 6 represents a generator of train of short pulses by total reflection, according to a fourth embodiment of the invention. FIG. 7 schematically represents the signal at the output of the processing means after application of the inverse relation on sampling frames of a train of short pulses. FIG. 8 represents an interferometer for the generation of 16 pulses according to a fifth embodiment of the invention. FIG. 9 represents a generator of a train of short pulses by distribution according to a sixth embodiment of the invention. FIG. 10 represents a generator of a train of brief pulses in guided optics according to a tenth embodiment of the invention. FIG. 11 represents a technique for taking reference measurements (in this case, one per optical period). Figure 1 is a schematic representation of a device for analyzing a train of periodic short pulses of the prior art. This device comprises two parts, an "imager" section 1 and a "multiplier" section 2 separated by a narrow slot 3. The first section 1 comprises a photocathode 4 transforming an incident photon into an electron, focusing electrodes 5 and plates of electrostatic deflection 6 located between photocathode 4 and said slot 3. The "multiplier" section 2 comprises electronic amplification means 7 with very high gain (> 10 6 ) and very low noise of the dynode type, for example. It also includes an anode 8. This device allows a very fast and very fine analysis of a periodic optical signal of frequency F. Its general principle which is that of the electronic oscilloscope transposed to the optical domain, is based on time sampling at the frequency F + dF of the signal generating a beat effect and thus making it possible “to isolate” a sample of the signal by analysis period, also called analysis frame. The entire temporal form of the periodic signal is reconstructed stroboscopically. The most favorable case being that where dF is a sub-multiple of F. The known device for the analysis of short periodic pulses, as described in the articles by E. ZININ cited with reference (Nuclear Instrumentation Method 208 (1983) 439-441 and IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol NS 30 (1983) 2348, allows a very fast and very fine analysis of a repetitive optical signal of frequency F. We will call hereafter a "short pulse analyzer", for example, such a device for analyzing the train of periodic short pulses, known as FEMSCAN, which allows both: - an extremely simple system for signal processing: each sample is processed at the analysis frequency (much lower than the device's intrinsic bandwidth) - an extremely efficient system (excellent time resolution since the system is only used on the optical axis: subpicosecond resolution (between 10 Picoseconds and 100 Femtoseconds) - of an extremely sensitive system because behind the single sample (filtered by the spatial filter) there is electronic amplification at very low rt gain (> 10 6 ) and very low noise (dynode type for example). The major constraint of this device however resides in the synchronization of each analysis frame 9 on the periodic reference signal so as to correctly sample the periodic signal 10 to reconstruct the sampled overall signal by cumulating the analyzes of the successive frames. This system therefore only works on a repetitive signal 10 and requires a clock and external synchronization. This may be the signal itself if necessary, in this case the frequency of the light signal is taken by optoelectronic processing. In essence, the reconstructed signal has a statistical character since it comes from the sampling of successive periodic phenomena. The maximum frequencies of use of this device are of the order of several hundred MHz. It can therefore be seen that this device for analyzing a train of periodic short pulses is not suitable for non-signal recurrent or with low recurrence with respect to F. An object of the present invention is a device for measuring these signals. FIG. 2 schematically represents such a measuring device in an embodiment of the invention. This device comprises a generator of a short pulse train 11 coupled to an analyzer 12 of the short pulse train by a periodic pulse analysis method. Any light signal received 13 by the measuring device is first sent to the generator of a train of short pulses 11 transforming the received light signal 13 into a repetitive high frequency signal 14. Here we mean by - light signal any - for example an asynchronous or episodic impulse optical phenomenon or with a low repetition rate. Preferably, the signal 14 created by the generator of a short pulse train 11 is periodic with a frequency F. An essential property of this generator of short pulse train 11 is that the repetitive signal 14 is composed of a series of pulses whose temporal form is determined by the temporal form of the arbitrary event and the transfer function of the generator itself. The time form of each of said pulses therefore has a known deterministic relationship with the time form of any light signal received 13. FIG. 2a) shows this measurement device in the case where the train of short pulses 14 is generated by sampling fractions any light signal within the generator 11. Any light signal 13 received by the measuring device enters a light trap through an active coupler 15 in the "transmission" position. A small part of any light signal 14 (typically 1%) is sampled by a sampling blade 16 upstream and sent to a detector 17. This detector 17 is for example a fast photodiode. This detector 17 then generates a control signal 18 which "closes" the active coupler 15 (the latter goes into reflective mode), after the passage of any light signal 13 in the active coupler 15. During this time the any light signal continues its course along a first optical path 19 defined either by a fiber, a free space, a guided medium or the like, up to a semi-reflecting optical device 20 with a transmission coefficient T%. This optical device 20 then allows T% of the energy of any light signal 13 to exit the generator 11 along a second optical path 21 and (1-T)% to start in the opposite direction through the first optical path 19 towards the coupler 15 which is then in the "reflecting" position, this radiation is again returned to the semi-reflecting optical device 20 along said first optical path 19 again generating reflected radiation and a transmitted signal. In this way we are able to generate a repetitive signal along the second optical path 21 whose frequency F is given by the physical dimension of the "light trap". Since the light passing through the short pulse train generator 11 does not meet any amplifying medium, this results in a distribution of the energy of the input pulse over the series of pulses generated, the signal is therefore decreasing intensity according to the exponential law (1-T%) N T%. At the output of the generator 11, the train of short pulses 14 is sent to said analyzer 12 of the train of short pulses (FIG. 2 b). This analyzer 12 applies to the pulses an inverse relationship to said deterministic relationship so as to provide the measurement of the time form of any light signal received at the input of the measurement device. In a preferred embodiment, the analyzer 12 of a pulse train comprises a short pulse analyzer 22. The analyzer 12 also includes an internal oscillator 23 which "pre-synchronizes" the short pulse analyzer on itself via the frequency Fi = N x F - dF. This synchronization signal is amplified via a resonant amplifier 24 and transformed into a high voltage, typically several KV, via a radio frequency power amplifier 25 which controls a ramp (periodic signal of which a part can reasonably be assimilated to a straight line) at the frequency Fi. The analyzer 12 also includes a generator 26 which supplies the electronic amplification means 27 of the short pulse analyzer 22 serving for the amplification of the sampled signal. When the short pulse train 14 emitted by said generator 11 is measured by the short pulse analyzer 22, the output signal is sent to signal processing means 28. In a mode of particular embodiment, the latter comprise, for example a digitization and processing card activated by means of the control signal 18 generated by the detector 17. This digitization and processing card 28 makes it possible to reconstruct the overall sampled signal by combining the analyzes successive frames and applying "reverse processing" to find the envelope of the signal to be measured. A clock and an external synchronization 29 are then necessary. These means 28 for processing the output signal from the analyzer 22 send a signal to display means 30, for example, a screen or on a digital link. The frequency F ^ and the decrease in intensity of the train of short pulses 14 being obtained by construction thanks to the opto-geometrical characteristics of said generator 11, it is easy to calibrate the measuring device to allow an extremely precise analysis of any light signals. Several types of components allowing the generation of a series of pulses from a single pulse will now be described, systems working by sampling, others by distribution, or even by filtering.
Génération de train d'impulsions par prélèvement Dans ce premier cas, le signal pénètre dans une boucle optique et une partie du signal est prélevé à chaque tour. a) Prélèvement à partir d'élément électro-optique La figure 3 montre de manière schématique la génération d'un train d'impulsions à partir d'un signal lumineux quelconque 13 par prélèvement à partir d'un élément électro-optique 30. Trois cas peuvent se présenter : soit la lumière 13 est totalement, partiellement ou non polarisée. Dans le 1er cas, une partie du signal lumineux quelconque 13 est extraite avec une lame 31 ne réfléchissant qu'un faible pourcentage dudit signal (1%). Dans les deux autres cas, un polariseur type Glan- Thomson permet de transmettre un état de polarisation et de réfléchir l'autre état de polarisation. Un dispositif amont sera alors mis en place afin d'ajuster les axes de polarisation de la lumière avec ceux du polariseur. Quelque soit l'état de polarisation de la lumière incidente 13, la lame 31 permet de transmettre une lumière totalement polarisée sur un Brewster 32 et une faible portion du signal lumineux quelconque 13 sur une photodiode de détection 33. On appelle ici - un Brewster 32 - un élément du type prisme de Glan qui réfléchi un premier état de polarisation et transmet l'autre état. Dans ce cas, suite à une première réflexion, la lumière passe à travers un élément électro-optique 34 qui à l'état ON transforme l'état de polarisation s en un état circulaire 35. Notons que l'élément électro-optique 34 qui se comporte comme une lame quart d'onde à l'état ON peut avantageusement être remplacé par un rotateur de Faraday à l'état ON. L'état circulaire 35 ainsi généré est modifié en son état orthogonal par réflexion sur un miroir totalement réfléchissant 36 pour ensuite être transformé en polarisation p en retraversant l'élément électro-optique 34. L'état ON est déclenché par le signal de commande 37 émanant de la photodiode de détection 33. Cet état est valable pour un seul passage aller-retour dans la lame 31. A l'état OFF, l'élément électro-optique 34 est totalement transparent. A l'état OFF, nous nous retrouvons avec un signal lumineux quelconque 13 dont l'état de polarisation lui permet d'effectuer des allers-retours dans la cavité oscillante formée par le miroir totalement réfléchissant 36 et un miroir semi-réfléchissant de sortie 38. Soit N, le nombre d'allers-retours dans la cavité, l'impulsion N émergeant de la cavité sort avec une énergie (1 -T%)NT% en considérant que les autres éléments optiques ne présentent pas de perte. Dans un mode de mise en œuvre particulier, l'analyseur d'impulsions brèves fonctionne à une fréquence de 100 MHz. Le train d'impulsions brèves peut avoir une fréquence F proche d'où des allers- retours correspondant à un chemin optique de 3m. Selon les indices des différents éléments optiques composant la cavité, la distance séparant les miroirs totalement réfléchissant 36 et semi-réfléchissant 38 est comprise entre 1 à 1 ,5 m dans l'air (cette distance peut être réduite par repliements ou en utilisant d'autres milieux de propagation que l'air). b) Prélèvement à partir d'élément Acousto-optique L'élément Brewster 32 est ici remplacé par un élément acousto- optique 39 (Figure 4). La propriété de cette élément acousto-optique 39 est de diffracter dans les ordres +/-1 la lumière, c'est-à-dire qu'il transmet la lumière avec un angle de déviation par rapport à l'angle incident. Les mêmes références qu'à la Figure 3 indiquent les mêmes éléments. L'état ON de ce dispositif est déclenché par la photodiode 33. L'élément acousto-optique 39 doit être revenu à l'état OFF avant le second passage du signal lumineux quelconque 13. Une fois à l'état OFF, l'élément acousto-optique 39 est transparent pour le signal lumineux quelconque qui se retrouve alors dans une cavité oscillante. On rentre alors dans les mêmes considérations énergétiques que précédemment. c) Prélèvement à partir d'élément électro-mécanique Dans ce cas, il n'y a pas de considération de polarisation sauf application particulière. L'élément actif est un miroir mobile 40 ou un dispositif équivalent comme les éléments travaillant sur le principe de la réflexion totale (Figure 5). Les technologies des micro miroirs mobiles ("Micro Electro Mechanical Systems" - MEMS) permettent de réaliser de tel dispositif avec les temps de réponse souhaités. La longueur de la cavité étant de dimension métrique, l'élément doit avoir un temps de réponse de l'ordre de la nanoseconde. d) Prélèvement avec des éléments travaillant sur le principe de la réflexion totale Ce dispositif utilise les propriétés de réflexion totale et transmission par ondes évanescentes. Par exemple, la lumière visible se propageant dans le verre et incidente sur une interface verre-air avec une incidence supérieure à 45° est totalement réfléchie. Si toutefois, une autre interface air-verre est présente à proximité de la précédente, une partie non négligeable de la lumière peut-être transmise à travers cette deuxième interface. C'est le phénomène de couplage par onde évanescente ou effet tunnel. Si le gap d'air est totalement annulé ou rempli pour une matière de même indice que le verre, alors la lumière est totalement transmise. Ces propriétés sont mises en ouvre pour d'une part injecter le signal lumineux quelconque 13 par un premier couplage (Figure 6). L'épaisseur e est ajustée et déclenchée par le signal de commande 37 émanant de la photodiode de détection 33 afin que tout le signal lumineux quelconque 13 soit transmis. Une fois le signal lumineux quelconque 13 transmis, e est remis à l'état OFF. A l'état OFF la distance e est suffisamment grande pour que les prismes a et b ne soit pas couplés. Les prismes b et c forment une cavité. Le signal lumineux quelconque 13 effectue des allers-retours. Le prisme d est couplé avec le prisme c afin qu'une partie de ce signal 13 soit prélevé à chaque aller- retour. D'autres modes de réalisation existent. En effet, si le signal lumineux quelconque 13 est guidé dans une fibre optique ou guide planaire, le prisme a peut-être omis. Dans ce cas, la terminaison de la fibre ou du guide est amenée plus ou moins près du prisme. De même le prisme d peut-être remplacé par un guide optique ou un traitement semi réfléchissant. Dans le cas simple où l'intensité des impulsions brèves produites vérifie la formule (1-T%)NT%, la relation inverse appliquée par les moyens de traitement 28 est 1/(1-T%)NT%. Lorsque le train d'impulsions brèves 14 émis par ledit générateur 11 est mesuré par l'analyseur d'impulsions brèves 22, chaque impulsion est décomposée en trame d'analyse 9 dont la largeur est inversement proportionnelle à la fréquence Fi. Chaque trame d'analyse 9 doit être synchronisée sur le signal de référence périodique de façon à échantillonner correctement le signal périodique 14 pour reconstituer le signal global échantillonné en cumulant les analyses des trames successives. Les moyens de traitement 28 permettent de reconstituer le signal global échantillonné en cumulant les analyses des trames 9 successives et en appliquant "un traitement inverse" permettant de retrouver l'enveloppe du signal à mesurer 13. La Figure 7 est un exemple de traitement inverse avec une fréquence d'échantillonnage Fι= 4x F, où F est la fréquence du train d'impulsions brèves périodiques. Le traitement inverse effectué par les moyens de traitement 28 consiste tout d'abord à compenser numériquement la perte en intensité de chaque impulsion résultant de la décroissance exponentielle de l'intensité, puis à remettre dans l'ordre les N mesures acquises par l'analyseur d'impulsions brèves 22.Pulse train generation by sampling In this first case, the signal enters an optical loop and part of the signal is sampled each turn. a) Sampling from an electro-optical element FIG. 3 schematically shows the generation of a train of pulses from any light signal 13 by sampling from an electro-optical element 30. Three cases may arise: either the light 13 is totally, partially or non-polarized. In Case 1, a portion of any light signal 13 is extracted with a blade 31 not reflecting a small percentage of said signal (1%). In the other two cases, a Glan- Thomson type polarizer makes it possible to transmit a state of polarization and to reflect the other state of polarization. An upstream system will then be put in place in order to adjust the axes of polarization of the light with those of the polarizer. Whatever the polarization state of the incident light 13, the blade 31 makes it possible to transmit a fully polarized light on a Brewster 32 and a small portion of the light signal whatsoever 13 on a detection photodiode 33. Here we call - a Brewster 32 - an element of the Glan prism type which reflects a first state of polarization and transmits the other state. In this case, following a first reflection, the light passes through an electro-optical element 34 which in the ON state transforms the polarization state s into a circular state 35. Note that the electro-optical element 34 which behaves like a quarter wave blade in the ON state can advantageously be replaced by a Faraday rotator in the ON state. The circular state 35 thus generated is modified to its orthogonal state by reflection on a totally reflecting mirror 36 to then be transformed into polarization p by crossing again the electro-optical element 34. The ON state is triggered by the control signal 37 emanating from the detection photodiode 33. This state is valid for a single round trip in the blade 31. In the OFF state, the electro-optical element 34 is completely transparent. In the OFF state, we are left with any light signal 13 whose polarization state allows it to go back and forth in the oscillating cavity formed by the fully reflecting mirror 36 and a semi-reflecting output mirror 38 Let N be the number of round trips in the cavity, the pulse N emerging from the cavity leaves with an energy (1 -T%) N T% considering that the other optical elements do not exhibit any loss. In a particular implementation, the short pulse analyzer operates at a frequency of 100 MHz. The train of short pulses can have a frequency F close to where back and forth corresponding to an optical path of 3m. According to the indices of the various optical elements making up the cavity, the distance between the totally reflecting 36 and semi-reflecting 38 mirrors is between 1 and 1.5 m in the air (this distance can be reduced by folding or using other propagation media than air). b) Sampling from Acousto-optic element The Brewster element 32 is here replaced by an acousto-optic element 39 (Figure 4). The property of this acousto-optical element 39 is to diffract the light within +/- 1 orders, that is to say that it transmits light with an angle of deviation from the incident angle. The same references as in Figure 3 indicate the same elements. The ON state of this device is triggered by the photodiode 33. The acousto-optical element 39 must have returned to the OFF state before the second passage of any light signal 13. Once in the OFF state, the element acousto-optics 39 is transparent to any light signal which is then found in an oscillating cavity. We then enter into the same energy considerations as above. c) Sampling from an electro-mechanical element In this case, there is no consideration of polarization unless particular application. The active element is a movable mirror 40 or an equivalent device like the elements working on the principle of total reflection (Figure 5). The technologies of mobile micro mirrors ("Micro Electro Mechanical Systems" - MEMS) make it possible to produce such a device with the desired response times. The length of the cavity being of metric dimension, the element must have a response time of the order of a nanosecond. d) Sampling with elements working on the principle of total reflection This device uses the properties of total reflection and transmission by evanescent waves. For example, visible light propagating in glass and incident on a glass-air interface with an incidence greater than 45 ° is fully reflected. If, however, another air-glass interface is present near the previous one, a non-negligible part of the light may be transmitted through this second interface. It is the phenomenon of coupling by evanescent wave or tunnel effect. If the air gap is completely canceled or filled for a material with the same index as glass, then the light is completely transmitted. These properties are implemented to firstly inject any light signal 13 by a first coupling (Figure 6). The thickness e is adjusted and triggered by the control signal 37 emanating from the detection photodiode 33 so that any arbitrary light signal 13 is transmitted. Once any light signal 13 has been transmitted, e is returned to the OFF state. In the OFF state the distance e is large enough so that the prisms a and b are not coupled. Prisms b and c form a cavity. Any light signal 13 goes back and forth. The prism d is coupled with the prism c so that part of this signal 13 is taken at each round trip. Other embodiments exist. Indeed, if any light signal 13 is guided in an optical fiber or planar guide, the prism may have been omitted. In this case, the termination of the fiber or guide is brought more or less close to the prism. Similarly, the prism d can be replaced by an optical guide or a semi-reflecting treatment. In the simple case where the intensity of the brief pulses produced satisfies the formula (1-T%) N T%, the inverse relationship applied by the processing means 28 is 1 / (1-T%) N T%. When the train of short pulses 14 emitted by said generator 11 is measured by the short pulse analyzer 22, each pulse is broken down into analysis frame 9 whose width is inversely proportional to the frequency Fi. Each analysis frame 9 must be synchronized with the periodic reference signal so as to correctly sample the periodic signal 14 to reconstruct the overall sampled signal by combining the analyzes of the successive frames. The processing means 28 make it possible to reconstruct the overall sampled signal by combining the analyzes of successive frames 9 and by applying "reverse processing" making it possible to find the envelope of the signal to be measured 13. FIG. 7 is an example of reverse processing with a sampling frequency Fι = 4x F, where F is the frequency of the train of periodic short pulses. The reverse processing carried out by the processing means 28 consists first of all in compensating digitally for the loss in intensity of each pulse resulting from the exponential decrease in intensity, then in ordering the N measurements acquired by the analyzer short pulses 22.
Génération d'un train d'impulsions par répartition a) Cascade d'interféromètres L'analyseur d'impulsions brèves 22 fonctionne par échantillonnage. Soit N le nombre de points nécessaire pour caractériser un signal lumineux quelconque 13, il faut générer N impulsions (ou au moins un sous-multiple de N impulsions). Le dispositif tel que décrit par Siders {Siders et al. ; Appl. OpticsGeneration of a pulse train by distribution a) Interferometer cascade The short pulse analyzer 22 operates by sampling. Let N be the number of points necessary to characterize any light signal 13, it is necessary to generate N pulses (or at least a sub-multiple of N pulses). The device as described by Siders {Siders et al. ; Appl. Optics
37 (1999) 5302} explique comment générer un train de 16 impulsions périodiques ayant toute la même énergie. Le schéma de ce dispositif est présenté à la Figure 8. Pour générer au minimum N impulsions, le nombre de lames séparatrices 41 est lnt[Log2(N)]+1 avec Log2 le logarithme en base 2 et Int la partie entière. Bien que l'on parle d'interféromètre, ce dispositif est très robuste puisqu'il ne fait pas intervenir de phénomènes d'interférences. La fréquence du train d'impulsions est déterminée et ajustable par les retards appliqués entre les miroirs 42. De la même façon que précédemment, pour une fréquence de 100Mhz, des retards optiques de l'ordre du mètre sont à prévoir. L'énergie de chaque impulsion du train est 2"n pour une impulsion incidente polarisée et 2"(π+1) pour une lumière non polarisée. b) Cascade de miroirs faiblement réfléchissants Un autre dispositif consiste à cascader des miroirs partiellement réfléchissants 43 (Figure 9). Pour des miroirs 43 placés en espace libre, le système est très encombrant avec des chemins optiques de 1 ,5 mètre entre miroir. Si la lumière est guidée dans les fibres optiques, l'encombrement est alors fortement réduit du fait des propriétés de 'lovage' de la fibre. Les miroirs peuvent être des couches minces ou des réseaux de Bragg ou 'défauts' répartis entraînant une faible réflexion. Ce dispositif assez simple peut être bas coût dans la mesure où pour générer plusieurs impulsions, le coefficient de réflexion de chaque miroir 43 doit être faible ce qui est réalisable par une élévation locale d'indice. c) Les diviseurs 1 vers N La Figure 10 représente un générateur d'impulsions en optique guidée. Le signal lumineux quelconque 13 entre dans un diviseur 1 vers N 44. Les signaux sont ensuite recombinés dans un coupleur N vers 1 45. Chacune des boucles 46 introduit un retard sur le signal le traversant. Ainsi soit n le numéro de la voie, un retard n* est appliqué au signal le traversant. Ce dispositif est facilement réalisable et peu encombrant en optique intégré et guidé mais trouve des équivalents en optique classiques. Génération de train d'impulsions par filtrage Les impulsions brèves ont des spectres relativement étendus de l'ordre de plusieurs nanomètres. On peut donc envisager de réaliser des filtres fréquentielles modulant le spectre du signal lumineux quelconque 13. La modulation de phase et/ou d'amplitude permet ainsi de générer des trains d'impulsions 14. Ce principe est utilisé en télécommunication. En général des filtres à base de réseaux de Bragg sont alors utilisés dans les fibres. Mais bien entendu tout dispositif équivalent en terme de fonction de transfert est applicable : par exemple, les filtres acousto- optiques, diffractifs. Puisque la réponse spectrale d'un réseau de Bragg s'étend sur plusieurs nanomètres, elle peut donc aisément couvrir le spectre de l'impulsion incidente. Pour réaliser des trains d'impulsions brèves 14 à une fréquence de plusieurs centaines de MHz, il faut que la réponse spectrale du filtre ait des variations contrôlables à l'échelle du pm. Ce filtre peut soit travailler en réflexion soit en transmission. On trouvera un exemple de réalisation pour les télécommunications haut débit in Azana et al. ; IEEE Photonics Technology letters, 15 (2003) 413. Le générateur d'un train d'impulsions brèves 11 obtenu par les méthodes de génération d'un train d'impulsions décrites ci-dessus se couple aisément avec un analyseur d'impulsions brèves 22. L'invention ne saurait cependant être limitée à ces modes de réalisation de générateur d'un train d'impulsions brèves 11 puisque des générateurs plus complexes peuvent combiner certaines desdites méthodes de génération d'un train d'impulsions brèves. On citera à titre d'exemple non limitatif un générateur d'un train d'impulsions brèves associant les méthodes de prélèvement et de filtrage interférométrique avec la mise en œuvre d'un interféromètre de Fabry-Pérot. Par ailleurs il est possible de généraliser ce principe à la caractérisation de phénomènes « faiblement répétitifs » (de fréquence Fi) pour permettre l'analyse d'événements périodiques avec plusieurs points d'analyses par événement. Il suffit dans ce cas d'avoir une configuration opto-géométrique du dispositif de mémorisation qui permet de créer un peigne à une fréquence multiple M* Fi (inférieure à la fréquence de l'analyseur d'impulsions brèves 22) de la fréquence du signal optique. Dans ce cas, le coupleur actif 15 est commandé pour ne permettre la génération que de M impulsions entre 2 périodes du signal optique analysé. On peut envisager d'avoir M= 2 à 1000 selon les cas de flgures. Ainsi lorsque M=2, on peut obtenir une mesure différentielle entre 2 éléments d'une même impulsion. Ce cas se généralise à M mesures à l'intérieur d'une même impulsion. Par ailleurs on peut aménager la synchronisation de l'échantillonnage de l'analyseur d'un train d'impulsions brèves 12 de manière à avoir une analyse « asynchrone » des impulsions telle qu'expliquée en figure 11. La première courbe 47 (en trait plein) montre le signal lumineux quelconque 13 et la deuxième courbe 48 montre ledit signal lumineux dupliqué. La duplication est ici faite pour M=2. Le principe repose sur une synchronisation sur le signal optique de fréquence F et la génération d'un échantillonnage à une fréquence 2 x F avec l'introduction d'un déphase progressif non par sur chaque analyse d'échantillon mais 1 sur 2 (par exemple sur les impulsions paires). Ceci permet alors de à la fois de procéder à une mesure de référence (sur les impulsions impaires) toujours au même moment dans l'impulsion et d'avoir aussi accès à la mesure « stroboscopique » (sur les impulsions paires). Ceci permet de corriger selon les applications soit des variations de puissance soit des variations de niveaux de bruit d'une période optique sur l'autre. Les modes de réalisation décrits jusqu'à présent l'ont été pour des générateurs d'un train d'impulsions brèves 12 générant préférentiellement des trains avec une répartition périodique. L'invention ne saurait cependant être limitée à de tels modes de réalisation et peut s'étendre aisément à des générateurs apériodiques ou semi- périodiques. L'intégration et les multiples façons de la contrôler font également partie de l'invention. 37 (1999) 5302} explains how to generate a train of 16 periodic pulses all having the same energy. The diagram of this device is presented in Figure 8. To generate at least N pulses, the number of separating plates 41 is lnt [Log 2 (N)] + 1 with Log 2 the logarithm to base 2 and Int the whole part. Although we speak of an interferometer, this device is very robust since it does not involve interference phenomena. The frequency of the pulse train is determined and adjustable by the delays applied between the mirrors 42. In the same way as above, for a frequency of 100 MHz, optical delays of the order of one meter are to be expected. The energy of each train pulse is 2 "n for a polarized incident pulse and 2 " (π + 1) for unpolarized light. b) Cascade of weakly reflecting mirrors Another device consists in cascading partially reflecting mirrors 43 (FIG. 9). For mirrors 43 placed in free space, the system is very bulky with optical paths of 1.5 meters between mirrors. If the light is guided in the optical fibers, the size is then greatly reduced due to the properties of "coiling" of the fiber. The mirrors can be thin layers or Bragg gratings or distributed 'defects' resulting in low reflection. This fairly simple device can be low cost insofar as to generate several pulses, the reflection coefficient of each mirror 43 must be low, which is achievable by a local index elevation. c) Divisors 1 to N Figure 10 represents a pulse generator in guided optics. Any light signal 13 enters a divider 1 to N 44. The signals are then recombined in an N to 1 coupler 45. Each of the loops 46 introduces a delay on the signal passing through it. So let n be the channel number, a delay n * is applied to the signal passing through it. This device is easily achievable and compact in integrated and guided optics but finds equivalents in conventional optics. Pulse train generation by filtering Short pulses have relatively wide spectra of the order of several nanometers. One can therefore envisage making frequency filters modulating the spectrum of any light signal 13. Phase and / or amplitude modulation thus makes it possible to generate pulse trains 14. This principle is used in telecommunications. In general, filters based on Bragg gratings are then used in the fibers. But of course any equivalent device in terms of transfer function is applicable: for example, acousto-optical, diffractive filters. Since the spectral response of a Bragg grating extends over several nanometers, it can therefore easily cover the spectrum of the incident pulse. In order to produce short pulse trains 14 at a frequency of several hundred MHz, the spectral response of the filter must have variations that can be controlled on the pm scale. This filter can either work in reflection or in transmission. An example of an embodiment for high speed telecommunications can be found in Azana et al. ; IEEE Photonics Technology letters, 15 (2003) 413. The generator of a short pulse train 11 obtained by the methods of generation of a pulse train described above is easily coupled with a short pulse analyzer 22 The invention cannot however be limited to these embodiments of generator of a short pulse train 11 since more complex generators can combine some of said methods of generating a train of short pulses. By way of nonlimiting example, there will be cited a generator of a train of short pulses associating the sampling and interferometric filtering methods with the implementation of a Fabry-Pérot interferometer. Furthermore, it is possible to generalize this principle to the characterization of “weakly repetitive” phenomena (of frequency Fi) to allow the analysis of periodic events with several analysis points per event. In this case, it suffices to have an opto-geometric configuration of the storage device which makes it possible to create a comb at a multiple frequency M * Fi (lower than the frequency of the short pulse analyzer 22) of the signal frequency optical. In this case, the active coupler 15 is controlled to allow the generation of only M pulses between 2 periods of the analyzed optical signal. We can consider having M = 2 to 1000 depending on the case of flgures. Thus when M = 2, one can obtain a differential measurement between 2 elements of the same impulse. This case is generalized to M measurements within the same pulse. Furthermore, it is possible to arrange the synchronization of the sampling of the analyzer of a train of short pulses 12 so as to have an “asynchronous” analysis of the pulses as explained in FIG. 11. The first curve 47 (in line full) shows any light signal 13 and the second curve 48 shows said duplicate light signal. The duplication is here made for M = 2. The principle is based on synchronization on the optical signal of frequency F and the generation of a sampling at a frequency 2 x F with the introduction of a progressive phase not by on each sample analysis but 1 in 2 (for example on even pulses). This then makes it possible both to carry out a reference measurement (on the odd pulses) always at the same time in the pulse and to also have access to the “stroboscopic” measurement (on the even pulses). This makes it possible to correct, depending on the applications, either variations in power or variations in noise levels from one optical period to the next. The embodiments described so far have been for generators of a train of short pulses 12 preferably generating trains with a periodic distribution. The invention cannot however be limited to such embodiments and can easily be extended to aperiodic or semi-periodic generators. Integration and the multiple ways of controlling it are also part of the invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de mesure d'un signal lumineux reçu quelconque, caractérisé en ce que - un train d'impulsions brèves (14), à haute fréquence est généré, la forme temporelle de chacune desdites impulsions ayant une relation déterministe connue avec la forme temporelle du signal lumineux reçu - le train d'impulsions brèves (14) est analysé par un procédé d'échantillonnage électro-optique ultra rapide d'impulsion périodique auquel est ajouté une étape appliquant aux échantillons une relation inverse de ladite relation déterministe de façon à fournir la mesure de la forme temporelle du signal lumineux reçu (13). 1. Method for measuring any received light signal, characterized in that - a train of short pulses (14), at high frequency is generated, the time form of each of said pulses having a known deterministic relationship with the time form of the received light signal - the train of short pulses (14) is analyzed by an ultra-fast electro-optical sampling process of periodic pulse to which is added a step applying to the samples an inverse relation of said deterministic relation so as to provide measuring the time form of the received light signal (13).
2. Procédé de mesure selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le train d'impulsions brèves (14) est généré par prélèvements successifs d'énergie du signal lumineux reçu. 2. Measuring method according to claim 1, characterized in that the train of short pulses (14) is generated by successive samples of energy from the received light signal.
3. Procédé de mesure selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le train d'impulsions brèves (14) est généré par répartition. 3. Measuring method according to claim 1, characterized in that the short pulse train (14) is generated by distribution.
4. Procédé de mesure selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le train d'impulsions brèves (14) est généré par filtrage. 4. Measuring method according to claim 1, characterized in that the train of short pulses (14) is generated by filtering.
5. Dispositif de mesure d'un signal lumineux reçu quelconque, caractérisé en ce que il comporte : - un générateur d'un train d'impulsions brèves (11), à haute fréquence, la forme temporelle de chacune desdites impulsions ayant une relation déterministe connue avec la forme temporelle du signal lumineux reçu, - un analyseur du train d'impulsions brèves (12) par un procédé d'échantillonnage électro-optique ultra rapide d'impulsion périodique, ledit analyseur appliquant aux échantillons une relation inverse de ladite relation déterministe de façon à fournir la mesure de la forme temporelle du signal lumineux reçu. 5. Device for measuring any received light signal, characterized in that it comprises: - a generator of a train of short pulses (11), at high frequency, the time form of each of said pulses having a deterministic relationship known with the temporal form of the received light signal, - an analyzer of the train of short pulses (12) by an electro-optical sampling method of ultra-rapid periodic pulse, said analyzer applying to the samples an inverse relation of said deterministic relation so as to provide the measurement of the time form of the received light signal.
6. Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que le train d'impulsions brèves est généré par prélèvements successifs d'énergie du signal lumineux reçu. 6. Measuring device according to claim 5, characterized in that the train of short pulses is generated by successive samples of energy from the received light signal.
7. Dispositif de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un composant électro-optique (32), électroacoustique (39), électro-mécanique (40) ou un composant optique à réflexion totale réalisant les prélèvement successifs. 7. Measuring device according to claim 6, characterized in that it comprises an electro-optical component (32), electroacoustic (39), electro-mechanical (40) or an optical component with total reflection performing the successive sampling.
8. Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que le train d'impulsions brèves (14) est généré par répartition. 8. Measuring device according to claim 5, characterized in that the train of short pulses (14) is generated by distribution.
9. Dispositif de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une succession d'interféromètres, une succession de miroirs faiblement réfléchissants (43) ou une succession de diviseurs 1 vers N (44) assurant ladite répartition. 9. Measuring device according to claim 8, characterized in that it comprises a succession of interferometers, a succession of weakly reflecting mirrors (43) or a succession of 1-to-N dividers (44) ensuring said distribution.
10. Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que le train d'impulsions brèves (14) est généré par filtrage. 10. Measuring device according to claim 5, characterized in that the train of short pulses (14) is generated by filtering.
11. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que l'analyseur de train d'impulsions (12) comprend un analyseur d'impulsions brèves (22). 11. Measuring device according to any one of claims 5 to 10, characterized in that the pulse train analyzer (12) comprises a short pulse analyzer (22).
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