WO2010089511A1 - Double prism autocorrelation device for the time measurement of ultra-short light pulses - Google Patents

Double prism autocorrelation device for the time measurement of ultra-short light pulses Download PDF

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WO2010089511A1
WO2010089511A1 PCT/FR2010/050184 FR2010050184W WO2010089511A1 WO 2010089511 A1 WO2010089511 A1 WO 2010089511A1 FR 2010050184 W FR2010050184 W FR 2010050184W WO 2010089511 A1 WO2010089511 A1 WO 2010089511A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
light beam
beams
frequency
doubled
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/050184
Other languages
French (fr)
Inventor
François Etienne Louis SIMON
Ji-Ping Zou
Original Assignee
Ecole Polytechnique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ecole Polytechnique filed Critical Ecole Polytechnique
Publication of WO2010089511A1 publication Critical patent/WO2010089511A1/en

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J11/00Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains

Definitions

  • 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.
  • the temporal characterization of ultrashort light pulses, and in particular their shape and duration, is of increasing importance as 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. . It is therefore also essential to have simple devices to implement and effective to perform these measurements.
  • ultrashort light pulses light pulses whose temporal duration is of the order of one 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.
  • 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.
  • an optical delay line in a Michelson interferometer-type assembly, 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.
  • optical delay 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.
  • a matrix detector CCD, photodiode array, etc.
  • 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 nonlinear crystal is substantially the same as for multicouple autocorrelators because It is also necessary to separate and recombine two replicas of the light pulse.
  • Carter entitled “Optical autocorrelator” which is freed from conventional interferometric optical assembly by realizing the temporal splitting of the light pulse by generating two contrapropagating waves in a waveguide.
  • the non-linearity is introduced by a two-photon absorption phenomenon in the material constituting the waveguide.
  • the object of the present invention is instead to provide a device for measuring ultrashort light pulses for routine applications which is instantaneous, simple to implement, compact, robust and of moderate cost.
  • the present invention also provides a method for temporally measuring ultrashort light pulses meeting the same criteria
  • a one-shot optical autocorrelator device comprising: means for dividing an incident light beam at a fundamental optical frequency into two replicated beams.
  • a monobloc optical divider having a shape symmetry 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.
  • 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 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.
  • 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 nonlinear optical element is preferably of small thickness, for example a thickness between 1 mm and 50 ⁇ m, advantageously between 100 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • 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.
  • 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.
  • 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 to 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 blade having different transmission coefficients on either side of its median line
  • said attenuation blade being positioned in such a way that the doubled light beam, passing through it, is divided into two half-beams of different intensity.
  • 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 advantageously be implemented in all cases where signals with symmetry properties have to be detected. comparable.
  • 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 nonlinear optical element, and aligned with the optical axis.
  • the device may further comprise alignment means comprising at least two axis markers arranged 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 divider monobloc optics 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. 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 of: measuring the position, for example on the detection means, of the autocorrelation function in the presence and in the absence of the blade respectively, and
  • the present invention also relates to a method of single-shot measurement of an optical autocorrelation function according to which:
  • an incident light beam at a fundamental optical frequency is divided into two replicated beams, said two replicated beams are recombined so that they intersect at a non-zero angle with each other,
  • 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 intersection of said replicated beams, characterized in that the division and recombination of the beams is performed by a one-piece 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.
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 is an example of a measurement made with the device according to FIG. 1;
  • FIG. 3 illustrates the calibration procedure of the device according to FIG.
  • FIG. 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 in such a way as to present a variable attenuation as a function of the position, making it possible to extend the detection dynamic
  • FIG. 6 is an exemplary embodiment of a one-piece optical splitter other than a biprism.
  • 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 in 2. - -
  • the incident beam is divided into two replicas and these replicas are recombined by means of an interferometric type assembly based on separate beamsplitters and separate reflection means, which must be adjusted. position and alignment accurately.
  • the monobloc optical splitter 3 In the device according to the invention, these separation and recombination operations are performed 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.
  • 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 ⁇ between them.
  • the optical path made by the two half-beams is substantially identical.
  • optical path we mean the geometric distance multiplied by the refractive index of the materials crossed.
  • 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.
  • 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 achieved, for example, by second harmonic generation, autodiffraction, or polarization-enabled second harmonic generation.
  • the nonlinear optical element 5 may for example consist of one of the following materials: BBO, LJ03, KDP, KTP.
  • this non-linear optical element 5 is a BBO crystal making it possible to implement the second harmonic generation phenomenon, cut and positioned so as to obtain a phase matching at the double frequency of the optical frequency of the beam incident to 1057 nm.
  • Its dimensions are of the order of 15 mm x 15 mm with a thickness of 1 mm.
  • its dimensions are of the order of 5 mm ⁇ 5 mm with a thickness of 100 ⁇ m, or 500 ⁇ m, or 50 ⁇ m.
  • the angular tolerance allowed with this BBO crystal on the orientation of the polarization of the incident light beam is 22.8 degrees.
  • 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 propagation is 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.
  • the X axis 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 temporal shift 2 ⁇ , which is proportional to the distance x to l optical axis. This offset is illustrated by the representation of their respective wave fronts 6.
  • the spatial width of the autocorrelation function, and thus the resolution and measurement range of the device can be adjusted by varying the angle of incidence ⁇ of the replicated beams. And as this angle is entirely determined by the monobloc optical divider, just change the latter.
  • monobloc optical dividers 3 are mounted in a wheel, preferably motorized, which allows rotation to change that which is inserted into the beam.
  • These one-piece optical dividers are positioned in the wheel (not shown) so that each of them is placed at the correct distance from the 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.
  • 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.
  • the device further comprises:
  • optical filtering means 9 imaging means of the doubled beam 10
  • the optical filtering means are preferably constituted by an optical filtering blade comprising a surface treatment, so as to block the light at the fundamental frequency and let the light pass at the double frequency, said filtering blade being inserted after the nonlinear element.
  • 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 double frequency being separated spatially,
  • 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, x1 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.
  • 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 exit face of the nonlinear element 5.
  • the device according to the invention does not comprise means for imaging the doubled beam 10.
  • the filtering means 9 and the detection means 11 are directly contiguous to the exit face of the non-existent element. linear 5.
  • 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 plate 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 half-beams of different intensity which represent the same function of autocorrelation with different intensities. It is possible in this way to measure the shape of the light pulses with a dynamic intensity much higher than the intrinsic dynamics of the detector, for example to measure both the total height and the shape of the pulse foot of the pulse.
  • 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.
  • 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, for example:
  • the device according to the invention may comprise alignment means with the incident light beam: at least two diaphragms 15 are arranged on either side of the monobloc optical splitter , 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.
  • 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.
  • 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: the convergence angle ⁇ of the two replicas, determined by the one-piece optical divider inserted in the beam, which one-piece optical divider can be changed in the preferred embodiment;
  • magnifications of x1 and x2 are possible; - The size and number of points or pixels of the detector.
  • the calibration means are constituted by a plate 14 of known thickness e and of refractive index n e , as illustrated in FIG. 3. This slide is inserted in front of the monobloc optical splitter 3 so that only the light that constitutes one of the - - replicated half-beams 4a and 4b crosses. A delay is thus introduced between the replicas 20 and 21 of the initial light pulse,
  • Figure 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.
  • 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:

Abstract

The present invention relates to a single-shot optical autocorrelation device for the time measurement of ultra-short light pulses, including: 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 cross each other and define an angle other than zero therebetween; a nonlinear optical element placed substantially at the crossing of said replicated beams so as to generate a dual light beam with an optical frequency equal to the sum of the optical frequencies of the two replicated beams; characterised in that the device further comprises, as division means and recombination means, a unitary optical splitter having a shape which is symmetrical to that of the a plane.

Description

- - - -
« Dispositif autocorrélateur à biprisme pour la mesure temporelle d'impulsions de lumière ultrabrèves »"Biprism autocorrelator device for the temporal measurement of ultrashort light pulses"
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.TECHNICAL FIELD 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.
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.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.
Etat de la technique antérieureState of the art
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. II devient donc également indispensable de pouvoir disposer d'appareils simples à mettre en œuvre et efficaces pour effectuer ces mesures.The temporal characterization of ultrashort light pulses, and in particular their shape and duration, is of increasing importance as 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. . It is therefore also essential to have simple devices to implement and effective to perform these measurements.
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. 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 - - 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 harmonie génération, SHG » et ces systèmes sont appelés des autocorrélateurs en intensité du second ordre.In the rest of the sequence, we call "ultrashort light pulses" light pulses whose temporal duration is of the order of one 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. 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 you combine an impulse with your own replica, you end up with an autocorrelator that - - makes it possible precisely to control the characteristics of shape and temporal width 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 "second generation harmony, SHG "and these systems are called second-order intensity autocorrelators.
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 :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:
- 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.With an optical delay line, in a Michelson interferometer-type assembly, 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.
- 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 - - faut également séparer et recombiner deux répliques de l'impulsion lumineuse.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 nonlinear crystal is substantially the same as for multicouple autocorrelators because It is also necessary to separate and recombine two replicas of the light pulse.
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 puise 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 »). On connaît le document WO 02 31456 de N. D. Whitbread et A.C.Document WO 02 091116 of Q. Fu, SP Nikitin and AV Masalov, entitled "Appartus et methode de computation intension et phase de une pression d'une interferometric asymmetric single-shot autocorrelator", describes a device based on an autocorrelator assembly. single shot. 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 in a conventional manner with a beam splitter. Document WO 02 31456 to N. D. Whitbread and 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.Carter, entitled "Optical autocorrelator" which is freed from conventional interferometric optical assembly by realizing the temporal splitting of the light pulse by generating two contrapropagating waves in a waveguide. In this case, the non-linearity is introduced by a two-photon absorption phenomenon in the material constituting the waveguide.
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 opération at the télécommunication 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.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 at the telecommunication wavelength" is known which uses a non-linearity of the third order in order 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.
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 œuvre de moyens optiques et algorithmiques complexes, donc potentiellement chers et délicates. - -These devices make it possible to perform very complete characterizations of ultrashort optical pulses, but they have the disadvantage of requiring the implementation of complex optical and algorithmic means, therefore potentially expensive and delicate. - -
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 œuvre, compact, robuste et d'un coût modéré. La présente invention propose aussi un procédé de mesure temporelle d'impulsions de lumière ultrabrèves satisfaisant aux mêmes critèresThe object of the present invention is instead to provide a device for measuring ultrashort light pulses for routine applications which is instantaneous, simple to implement, compact, robust and of moderate cost. The present invention also provides a method for temporally measuring ultrashort light pulses meeting the same criteria
Exposé de l'inventionPresentation of the 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,This object is achieved with a one-shot optical autocorrelator device comprising: means for dividing an incident light beam at a fundamental optical frequency into two replicated beams.
- 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,means for recombining said two replicated beams, arranged such that the two replicated beams intersect at a non-zero angle with each other; a nonlinear optical element placed substantially at the point of intersection of said replicated beams, so as to generating a doubled light beam, with an optical frequency equal to the sum of the optical frequencies of the two replicated beams,
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.Characterized in that it further comprises, as division means and recombination means, a monobloc optical divider having a shape symmetry with respect to a plane.
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.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.
De manière préférentielle, les deux faisceaux répliqués sont générés par division du front d'onde du faisceau incident.Preferably, the two replicated beams are generated by dividing the wavefront of the incident beam.
Le diviseur optique monobloc peut avantageusement comprendre un biprisme en matériau transparent à une longueur d'onde d'intérêt, de section triangulaire.The monobloc optical divider may advantageously comprise a biprism made of transparent material at a wavelength of interest, of triangular section.
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 - - simple variante mais introduit une simplification drastique de l'autocorrélateur optique monocoup. En effet :The use of this monobloc optical divider in place of interferometric assemblies based on cubes or blade separators, retroreflectors and mirrors described in the prior art does not constitute a - - simple variant but introduces a drastic simplification of the single-chip optical autocorrelator. Indeed :
- 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 ;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;
- 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.- 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.
Ces dispositions rendent la construction et le réglage du dispositif particulièrement aisés.These provisions make the construction and adjustment of the device particularly easy.
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.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.
L'élément optique non linéaire est de préférence de faible épaisseur, par exemple une épaisseur comprise entre lmm et 50μm, avantageusement entre lOOμm et 500μm. 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 nonlinear optical element is preferably of small thickness, for example a thickness between 1 mm and 50 μm, advantageously between 100 μm and 500 μm. 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.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.
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.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 to the doubled frequency.
Les moyens de détection peuvent être directement accolés à la face de sortie de l'élément non-linéaire. Le dispositif peut comprendre également des moyens optiques d'imagerie du faisceau de lumière doublé en fréquence, à grandissement fixe ou ajustable.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.
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.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.
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,The means for increasing the detection dynamic may comprise a variable attenuation plate inserted into the path of the frequency doubled light beam.
- ladite lame d'atténuation présentant des coefficients de transmission différents de part et d'autre de sa ligne médiane,said attenuation blade having different transmission coefficients on either side of its median line,
- 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.said attenuation blade being positioned in such a way that the doubled light beam, 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. II 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 œuvre 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 advantageously be implemented in all cases where signals with symmetry properties have to be detected. 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.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 nonlinear optical element, and aligned with the optical axis.
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 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. 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.The device may further comprise alignment means comprising at least two axis markers arranged 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 divider monobloc optics 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. 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.
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, etThe 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 of: measuring the position, for example on the detection means, of the autocorrelation function in the presence and in the absence of the blade respectively, and
- connaissant le retard introduit, calculer la fonction de transfert temporelle du dispositif à partir de cette différence de position de la fonction d'autocorrélation.- Knowing the delay introduced, calculate the time transfer function of the device from this position difference of the autocorrelation function.
La présente invention concerne également un procédé de mesure monocoup d'une fonction d'autocorrélation optique selon lequel :The present invention also relates to a method of single-shot measurement of an optical autocorrelation function according to which:
- 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,an incident light beam at a fundamental optical frequency is divided into two replicated beams, said two replicated beams are recombined so that they intersect at a non-zero angle with each other,
- 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.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 intersection of said replicated beams, characterized in that the division and recombination of the beams is performed by a one-piece optical splitter having shape symmetry with respect to a plane.
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 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.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.
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 œuvre simple.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 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 œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :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:
- la figure 1 illustre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention,FIG. 1 illustrates an embodiment of the device according to the 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 figureFIG. 2 is an example of a measurement made with the device according to FIG. 1; FIG. 3 illustrates the calibration procedure of the device according to FIG.
1,1
- la figure 4 est un exemple de mesures effectuées au cours de la procédure de calibrage du dispositif selon la figure 1,FIG. 4 is an example of measurements made during the calibration procedure of the device according to FIG. 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,FIG. 5 is a diagram of a blade treated in such a way as to present a variable attenuation as a function of the position, making it possible to extend the detection dynamic,
- la figure 6 est un exemple de réalisation d'un diviseur optique monobloc autre qu'un biprisme.FIG. 6 is an exemplary embodiment of a one-piece optical splitter other than a biprism.
On va décrire, en référence à la figure 1, un mode de réalisation préférentiel du dispositif selon l'invention.A preferred embodiment of the device according to the invention will be described with reference to FIG.
Le faisceau incident 1 à la longueur d'onde fondamentale est issu typiquement d'un laser puisé. 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. - -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 in 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.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 separate beamsplitters and separate reflection means, which must be adjusted. position and alignment accurately.
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 α 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.In the device according to the invention, these separation and recombination operations are performed 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.
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 œuvre dans un dispositif suivant l'invention, les faces forment un angle de 24 degrés avec la base.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.
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. - -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 Anglais). L'élément optique non-linéaire 5 peut par exemple être constitué de l'un parmi les matériaux suivants : BBO, LJ03, KDP, KTP.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 achieved, for example, by second harmonic generation, autodiffraction, or polarization-enabled second harmonic generation. The nonlinear optical element 5 may for example consist of one of the following materials: BBO, LJ03, KDP, KTP.
Avantageusement, cet élément optique non linéaire 5 est un cristal de BBO permettant de mettre en œuvre le phénomène de génération de 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. Selon une autre réalisation, ses dimensions sont de l'ordre de 5 mm x 5 mm avec une épaisseur de 100 μm, ou 500 μm, ou 50 μm. La tolérance angulaire permise avec ce cristal de BBO sur l'orientation de la polarisation du faisceau de lumière incidente est de 22.8 degrés.Advantageously, this non-linear optical element 5 is a BBO crystal making it possible to implement the second harmonic generation phenomenon, cut and positioned so as to obtain a phase matching at the double frequency of the optical frequency of the beam incident to 1057 nm. Its dimensions are of the order of 15 mm x 15 mm with a thickness of 1 mm. According to another embodiment, its dimensions are of the order of 5 mm × 5 mm with a thickness of 100 μm, or 500 μm, or 50 μm. The angular tolerance allowed with this BBO crystal on the orientation of the polarization of the incident light beam is 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 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.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 propagation is 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.
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 2τ, qui est proportionnel à la 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 :
Figure imgf000012_0001
- -
The X axis 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 temporal shift 2τ, which is proportional to the distance x to l 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:
Figure imgf000012_0001
- -
Et en supposant une intensité de l'impulsion lumineuse I(t) identique dans les deux faisceaux répliqués,
Figure imgf000013_0001
And assuming an intensity of the identical light pulse I (t) in the two replicated beams,
Figure imgf000013_0001
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 l'angle d'incidence α des faisceaux répliqués. Et comme cet angle est entièrement déterminé par le diviseur optique monobloc, il suffit de changer ce dernier.The spatial width of the autocorrelation function, and thus the resolution and measurement range of the device can be adjusted by varying the angle of incidence α of the replicated beams. And as this angle is entirely determined by the monobloc optical divider, just change the latter.
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.According to a preferred embodiment of the device according to the invention, several monobloc optical dividers 3 are mounted in a wheel, preferably motorized, which allows rotation to change that which is inserted into the beam. These one-piece optical dividers are positioned in the wheel (not shown) so that each of them is placed at the correct distance from the 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.
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.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.
Selon le mode de réalisation préférentiel, le dispositif comprend en outre :According to the preferred embodiment, the device further comprises:
- des moyens de filtrage optique 9, - des moyens d'imagerie du faisceau doublé 10,optical filtering means 9, imaging means of the doubled beam 10,
- des moyens de détection 11.detection means 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.The optical filtering means are preferably constituted by an optical filtering blade comprising a surface treatment, so as to block the light at the fundamental frequency and let the light pass at the double frequency, said filtering blade being inserted after the nonlinear element.
Les moyens de filtrage optique 9 peuvent également, sans sortir du champ de l'invention, consister en : - -The optical filtering means 9 may also, without departing from the scope of the invention, consist of: - -
- 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,spatial filtering means such as, for example, a diaphragm or a slot, the light at the fundamental optical frequency and the light at the double frequency being separated spatially,
- 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,surface treatments applied to all or some of the following elements: exit face of the non-linear element, imaging means, detection means,
- 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, xl et x2, sélectionnâmes par l'opérateur.detection means sensitive to the doubled optical frequency 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, x1 and x2, selectable by the operator.
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.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.
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.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 exit face of the nonlinear element 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.According to another embodiment, the device according to the invention does not comprise means for imaging the doubled beam 10. The filtering means 9 and the detection means 11 are directly contiguous to the exit face of the non-existent element. linear 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. II est possible de cette manière de mesurer la forme des impulsions lumineuses avec une dynamique en intensité très supérieure à la 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.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 plate 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 half-beams of different intensity which represent the same function of autocorrelation with different intensities. It is possible in this way to measure the shape of the light pulses with a dynamic intensity much higher than the intrinsic dynamics of the detector, for example to measure both the total height and the shape of the pulse foot of the pulse.
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.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.
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.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.
Selon un exemple typique mais non limitatif de mise en œuvre, 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 :According to a typical but non-limiting example of implementation, 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, for example:
- 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.a half-image where the body of the pulse is saturated but the foot of curve 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.It is possible by moving the attenuation blade, horizontally in the case shown, to adjust the attenuation to the needs. Since the attenuation ratio is known since it is a function of the position of the blade, a profile with a dynamic greater 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 10 6 with a CCD sensor whose dynamics is typically a few 10 3 .
Afin de constituer un appareil autonome, facile à mettre en œuvre, le dispositif selon l'invention peut comporter des moyens d'alignement avec le faisceau de lumière incident : au moins deux diaphragmes 15 sont disposés 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.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 on either side of the monobloc optical splitter , 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. 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 : - De l'angle de convergence α des deux répliques, déterminé par le diviseur optique monobloc inséré dans le faisceau, lequel diviseur optique monobloc pouvant être changé dans le mode de réalisation préférentiel ;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. 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: the convergence angle α of the two replicas, determined by the one-piece optical divider inserted in the beam, which one-piece optical divider can be changed in the preferred embodiment;
- Du grandissement des moyens d'imagerie. Selon le mode de réalisation préférentiel, des grandissements de xl et x2 sont possibles ; - De la taille et du nombre de points ou pixels du détecteur.- The growth of the imaging means. According to the preferred embodiment, magnifications of x1 and x2 are possible; - 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,According to the preferred embodiment, the calibration means are constituted by a plate 14 of known thickness e and of refractive index n e , as illustrated in FIG. 3. This slide is inserted in front of the monobloc optical splitter 3 so that only the light that constitutes one of the - - replicated half-beams 4a and 4b crosses. A delay is thus introduced between the replicas 20 and 21 of the initial light pulse,
'e = - c k -l) e, de valeur connue et qui permet d'étalonner la chaîne d'acquisition complète. e = - ck - l ) e , of known value and which makes it possible to calibrate the complete acquisition chain.
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 .Figure 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 t e = 1.66 ps generates a positional deviation on the detector of 465-188 = 277 pixels, which gives a transfer function of 1.66 ps / 277 = 6.01 fs per 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 :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:
- on détecte le niveau de la ligne de base Ymin = 55,6 et le sommet de l'impulsion Ymax = 111 ;the level of the baseline Ymin = 55.6 is detected and the peak of the pulse Ymax = 111;
- on en déduit la largeur à mi-hauteur de la fonction d'autocorrélation Δτc de l'impulsion : X2-X1 = 64 pixels ce qui correspond à Δτc = 384,64 fs ; - la relation entre la largeur à mi-hauteur de la fonction d'autocorrélation Δτc et celle de l'impulsion Δτp 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 Δτp ≈ Δτc / 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. - We deduce the width at half height of the autocorrelation function Δτ c of the pulse: X2-X1 = 64 pixels which corresponds to Δτ c = 384.64 fs; the relationship between the half-height width of the autocorrelation function Δτ c and that of the pulse Δτ p depends on its shape, which is known for a given laser. For a gaussian-shaped pulse, as shown in the example of FIG. 2, Δτ p ≈ Δτ c / 1.55 = 248.15 fs. 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

- -REVENDICATIONS - -REVENDICATIONS
1. Dispositif autocorrélateur optique monocoup comprenant :1. A one-shot optical autocorrelator device comprising:
- Des moyens de division d'un faisceau de lumière incident (1) à une fréquence optique fondamentale en deux faisceaux répliqués (4a) et (4b),Means for dividing an incident light beam (1) at a fundamental optical frequency into two replicated beams (4a) and (4b),
- 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,Means for recombining said replicated beams arranged in such a way that the replicated beams intersect at a non-zero angle with each other,
- Un élément optique non linéaire (5) placé sensiblement au point de croisement desdits faisceaux répliqués, de telle sorte à générer un faisceau de lumière doublé (7), avec une fréquence optique égale à la somme des fréquences optiques des deux faisceaux répliqués,A nonlinear optical element (5) placed substantially at the point of intersection of said replicated beams, so as to generate a doubled light beam (7), with an optical frequency equal to the sum of the optical frequencies of the two replicated beams,
Caractérisé en ce qu'il comprend en outre, au titre des moyens de division et des moyens de recombinaison, un diviseur optique monobloc (3) présentant une symétrie de forme par rapport à un plan.Characterized in that it further comprises, as division means and recombination means, a monobloc optical divider (3) having a shape symmetry with respect to a plane.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diviseur optique monobloc (3) comprend un biprisme en matériau transparent à une longueur d'onde d'intérêt, de section triangulaire.2. Device according to claim 1, characterized in that the monobloc optical divider (3) comprises a biprism in transparent material at a wavelength of interest, of triangular section.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément optique non linéaire (5) comprend 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.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the nonlinear optical element (5) comprises a quadratic nonlinear crystal cut so as to obtain a phase tuning at the double frequency of the optical frequency of the incident beam. .
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le cristal non linéaire (5) est constitué de l'un parmi les matériaux suivants : BBO, LJ03, KDP, KTP.4. Device according to claim 3, characterized in that the nonlinear crystal (5) consists of one of the following materials: BBO, LJ03, KDP, KTP.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de filtrage optique placés après l'élément optique non linéaire (5) et bloquant la lumière à la fréquence optique fondamentale. - -5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises optical filtering means placed after the nonlinear optical element (5) and blocking the light at the fundamental optical frequency. - -
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de détection (11) permettant la mesure de l'intensité lumineuse du faisceau de lumière doublé en fréquence (7) selon une ligne, une pluralité de lignes ou un plan.6. Device according to claim 5, characterized in that it further comprises detection means (11) for measuring the light intensity of the frequency doubled light beam (7) along a line, a plurality of lines. or a plan.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de filtrage optique sont réalisés par une différence de sensibilité des moyens de détection (11) aux fréquences optiques respectivement fondamentale et doublée, lesdits moyens de détection (11) étant significativement moins sensibles à la fréquence optique fondamentale qu'à la fréquence doublée.7. Device according to claim 6, characterized in that the optical filtering means are made by a difference in sensitivity of the detection means (11) at respectively fundamental and doubled optical frequencies, said detection means (11) being significantly less sensitive at the fundamental optical frequency than at the doubled frequency.
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens de détection (11) comprennent un détecteur matriciel CCD.8. Device according to claim 6 or 7, characterized in that the detection means (11) comprise a CCD matrix detector.
9. Dispositif selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens de détection (11) sont directement accolés à la face de sortie de l'élément non-linéaire (5).9. Device according to claim 6, 7 or 8, characterized in that the detection means (11) are directly contiguous to the output face of the non-linear element (5).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens optiques d'imagerie (10) du faisceau de lumière doublé en fréquence.10. Device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it further comprises optical imaging means (10) of the doubled frequency beam of light.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'accroissement de la dynamique de détection, insérés dans le trajet du faisceau de lumière doublée en fréquence.11. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises means for increasing the detection dynamic, inserted into the path of the frequency doubled light beam.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens d'accroissement de la dynamique de détection comprennent une lame d'atténuation variable (13) insérée dans le trajet du faisceau de lumière doublée en fréquence,12. Device according to claim 11, characterized in that the means of increasing the detection dynamic comprise a variable attenuation plate (13) inserted into the path of the frequency doubled light beam,
- ladite lame d'atténuation présentant des coefficients de transmission différents de part et d'autre de sa ligne médiane, etsaid attenuation blade having different transmission coefficients on either side of its median line, and
- étant positionnée de telle sorte que le faisceau de lumière doublé, en la traversant, est partagé en deux demi-faisceaux d'intensité différente. - -being positioned in such a way that the doubled light beam, when passing through it, is divided into two half-beams of different intensity. - -
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour remplacer en cours d'opération le diviseur optique monobloc (3) par un diaphragme.13. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises means for replacing during operation the one-piece optical divider (3) by a diaphragm.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre plusieurs diviseurs optiques monoblocs et diaphragmes pouvant être montés dans une pièce mobile.14. Device according to claim 13, characterized in that it further comprises several one-piece optical dividers and diaphragms that can be mounted in a moving part.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'alignement comportant au moins deux repères d'axes (15) disposés sensiblement le long de l'axe optique du faisceau de lumière incident de telle sorte à matérialiser le trajet du faisceau de lumière dans ledit dispositif lorsque le diviseur optique monobloc (3) est retiré.15. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises alignment means comprising at least two axis markers (15) arranged substantially along the optical axis of the light beam. incident so as to materialize the path of the light beam in said device when the monobloc optical divider (3) is removed.
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les repères d'axes (15) comprennent au moins deux diaphragmes.Device according to claim 15, characterized in that the axis markings (15) comprise at least two diaphragms.
17. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les repères d'axes (15) comprennent au moins un diaphragme et un repère numérique sur la caméra.Device according to claim 15, characterized in that the axis markings (15) comprise at least one diaphragm and a numerical marker on the camera.
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de calibration de la fonction de transfert temporelle.18. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises means for calibrating the time transfer function.
19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que les moyens de calibration comprennent une lame (14) introduisant un retard optique de valeur connue, pouvant être insérée dans le faisceau de lumière incident avant le diviseur optique monobloc (3), de telle sorte à retarder l'un des deux faisceaux répliqués (4a) par rapport à l'autre (4b) d'une quantité déterminée. - -19. Device according to claim 18, characterized in that the calibration means comprise a blade (14) introducing an optical delay of known value, which can be inserted in the incident light beam before the monobloc optical splitter (3), such so as to delay one of the two replicated beams (4a) relative to the other (4b) by a predetermined amount. - -
20. Procédé de mesure monocoup d'une fonction d'autocorrélation optique selon lequel :20. A method of single-shot measurement of an optical autocorrelation function according to which:
- un faisceau de lumière incident à une fréquence optique fondamentale est divisé en deux faisceaux répliqués (4a) et (4b), - lesdits deux faisceaux répliqués sont recombinés de telle sorte qu'ils se croisent en formant un angle non nul entre eux,an incident light beam at a fundamental optical frequency is divided into two replicated beams (4a) and (4b), said two replicated beams are recombined so that they intersect at a non-zero angle with each other,
- un faisceau de lumière doublé (7), avec une fréquence optique sensiblement égale à la somme des fréquences optiques des deux faisceaux répliqués, est généré dans un élément optique non linéaire (5) 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 (3) présentant une symétrie de forme par rapport à un plan.a doubled light beam (7), 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 (5) placed substantially at the point of intersection of said replicated beams, characterized in the division and recombination of the beams is effected by a one-piece optical divider (3) having shape symmetry with respect to a plane.
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que la résolution temporelle de la mesure est modifiée en changeant l'angle d'intersection des deux faisceaux répliqués (4a) et (4b).21. The method of claim 20, characterized in that the temporal resolution of the measurement is changed by changing the intersection angle of the two replicated beams (4a) and (4b).
22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que le changement d'angle d'intersection des deux faisceaux est effectué en changeant le diviseur optique monobloc (3) inséré dans le faisceau incident. 22. The method of claim 21, characterized in that the change of intersection angle of the two beams is performed by changing the monobloc optical divider (3) inserted into the incident beam.
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