Brevet FR2050258A1 — publié le 19710402

La présente invention concerne un dispositif de mesure de la durée des impulsions lumineuses tres courtes et plus particulièrement de la durée des impulsions lumineuses émises par un laser déclenché. On connait déjà un dispositif permettant de mesurer la durée d'une impulsion lumineuse très courte faisant application d'un procédé de corrélation consistant à comparer deux demi-impulsions de polarisation orthogonale. Ce dispositif comporte un moyen pour obtenir à partir d'une impulsion initiale deux demi-impulsions de meme durée que l'impulsion initiale. Ces deux demi-impulsions sont ensuite envoyées respectivement sur deux lignes provoquant chacune un retard optique différent et délivrant à leur sortie deux séries d'impulsions secondaires de même durée que les demi-impulsions. Chaque demi-impulsion secondaire de l'une des deux séries étant décalée par rapport aux demi-impulsions secondaires correspondantes de l'autre série, d'une quantité proportionnelle à la différence des retards optiques provoqués par les deux lignes. Ces deux séries de demiimpulsions secondaires sont ensuite recombinées et envoyées sur un détecteur photo-sensible particulier. Le détecteur considéré est généralement constitué par un cristal de K D P 2tK H2 P 04) qui peut délivrer un signal harmonique dont la fréquence est double de celle de la lumière incidente et dont l'amplitude est proportionnelle au produit du champ électrique des parties communes aux deux demi-impulsions électriques. Dans ce dispositif, on a vu qu'il était nécessaire d'obtenir des séries de demi-impulsions à partir d'une impulsion unique initiale et de faire pénétrer ces demi-impulsions dans les lignes à retard optique. Ces demi-impulsions subissant des réflections multiples perdaient une partie de leur énergie, ce qui avait pour conséquence de réduire sensiblement leur durée et ainsi d'entrainer une erreur sur le temps de mesure de la durée de l'impulsion initiale. De plus, l'introduction de ces demi-impulsions dans chaque ligne à retard optique posait des problèmes technologiques difficiles à résoudre. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. La présente invention a aussi pour but de réaliser un dispositif très simple à mettre en oeuvre, permettant d'effectuer une mesure très précise de la durée d'une impulsion lumineuse très courte. La présente invention a pour objet un dispositif de mesure de la durée d'une impulsion lumineuse par un procédé de corrélation remarquable, notamment par le fait qu'il comporte une lame prismatique en matériau biréfringent taillée de façon que l'axe optique dudit matériau biréfringent soit parallèle à sa face d'entrée et un détecteur pouvant délivrer un signal proportionnel au produit du champ électrique des parties communes de deux impulsions lumineuses de direction de polarisation orthogonale, ledit détecteur étant disposé en regard de la face de sortie de ladite lame prismatique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif dans lequel La figure 1 représente le schéma de principe d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 représente un diagramme illustrant le procédé de mesure par corrélation mis en oeuvre selon le dispositif de la figure 1. Sur la figure 1 représentant le schéma de principe selon l'invention, 1 est une impulsion lumineuse polarisée rectilignement tombant de préférence perpendiculairement sur la face d'entrée 6 d'une lame prismatique 2 qui permet d'introduire une différence de marche entre deux ondes de polarisation orthogonale proportionnellement à son épaisseur traversée. Cette lame prismatique 2 est par exemple réalisée dans un matériau biréfringent tel que du quartz, de façon que l'axe optique du matériau soit parallèle à la face d'entrée de la lame 2 et choisit de préférence perpendiculaire à l'a rête-A de la lame. Cette lame est positionnée de façon que son axe optique fasse avec la direction de polarisation de la lumière incidente 1 un angle de 450. Derrière la face de sortie 7 de cette lame prismatique 2 est disposé un détecteur 3 qui peut être par exemple un cristal de K D P associé à un élément photo-sensible 5, telle que par exemple une plaque photographique placée en regard de la face de sortie du cristal 4. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant Dans ce qui suit on désignera par eh l'épaisseur de la lampe 2 prise à une distance h de l'arête A du prisme formé par la lame 2. La directionde la polarisation de l'impulsion lumineuse 1 tombant sur la face d'entrée 6 faisant un angle de 450 avec la direction de l'axe optique de la lame prismatique 2, l'impulsion lumineuse se décompose en deux vibrations polarisées perpendiculaires se propageant dans le cristal avec des vitesses de groupe C ayant respectivement pour valeur Vge = - pour l'indice ordinaire dn 1 - ne d# C du matériau biréfringent et Vg0 = - pour l'indice extraordinaire dn 1 - n0 dn/d# du matériau biréfringent, c étant la vitesse de la lumière dans le vide ou dans l'air, dn étant donné par les tables de constantes pour le matériau considéré. L'impulsion lumineuse 1 qui traverse la .lame prismatique 2 donne naissance à la sortie de celle-ci à deux impulsions lumineuses de même durée que l'impulsion incidente 1. Pour un rayon tombant sur la face d'entrée 6 de la lame prismatique 2 a une distance h de l'arête A, le calcul montre que la différence de marche AT introduite par la lame 2 entre les deux ondes de polarisation orthogonale est alors égal à e e VgO + Vge ; mais pour ces deux impulsions la variation d'épaisseur de tVg - Vg ) e la lame vue par les demi-impulsions est donnée par la formule Qeh = e o h Pour eh = c'est-à-dire au niveau de l'arête A de la lame prismatique 2, les deux impulsions orthogonales vont sortir ensemble, c'est-à-dire qu'elles sont confondues.Plus les rayons incidents sur la face d'entrée 8 de la lame 2 sont éloignés de l'arête A, plus l'écart temporel entre les deux impulsions de sortie augmente. Cet écart temporel passe alors par -une valeur égale à la durée de l'impulsion initiale 10. Le détecteur 3 délivrant un signal proportionnel au produit du champ électrique des parties communes des deux impulsions de sortie à direction de polarisation orthogonale, ce signal va passer progressivement d'une valeur maximale, pour les deux impulsions sortant de la lame prismatique en coincidence, à une valeur nulle lorsque l'écart temporel entre les deux impulsions de sortie est égal à la durée de l'impulsion lumineuse incidente. Ceci est illustré par la figure 2 qui compare le signaI sortant de détecteur 3 en fonction de l'épaisseur e h de la lame prismatique et en fonction de l'écart temporel entre les impulsions obtenues à la sortie de la lame prismatique 2. Pour évaluer la durée de l'impulsion lumineuse incidente 1 on détermine l'en- droit de la lame prismatique 2 qui a donné naissance à deux impulsions de sortie qui, tombant sur le détecteur, fait passer son signal de sortie d'une valeur non nulle à une valeur nulle. Connaissant l'épaisseur eh de la lame 2 à cet endroit, la durée de l'impulsion est alors donnée par la formule : 2(Vge - Vg0) ##0 = . eho Vge (Vge + Vg0) e e c Le procédé selon l'invention peut s'appliquer à la mesure des impulsions lumineuses très courtes mais il est plus particulièrement adapté pour la mesure des impulsions obtenues avec des lasers déclenchés par dispositif passif comme par exemple des matériaux "absorbants saturables". Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode d'exécution décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut sans sortir du cadre de l'invention apporter des modifications de détail, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICP TIONS 1/ Dispositif de mesure de la durée d'une impulsion lumineuse par un procédé de corrélation caractérisé par le fait qu'il comporte une lame prismatique en maté riau biréfringent taillée de façon que l'axe optique soit parallèle à sa place d'entrée et un détecteur pouvant délivrer un signal proportionnel au produit du champ électrique des parties communes de deux impulsions lumineuses de direction de polarisation orthogonale, ledit détecteur étant disposé en regard de la face de sortie de ladite lame prismatique. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite lame est taillée de façon que l'axe optique soit perpendiculaire à son arête. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite lame prismatique est en quartz. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit détecteur est constitué par un cristal K D P à la sortie duquel est disposé un élément photo-sensible. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit élément photo-sensible est une plaque photographique.