Brevet FR2147973A1 — publié le 19730311

La. présente invention concerne un dispositif destiné à mesurer directement la longueur d'impulsions lumineuses ultracourtes et qui permet d'indiquer directement la durée d'impulsiens lumineuses de l'ordre de picosecondes. On connaît des dispositions pour mesurer des impulsions lumineuses ultra-courtes qui sont fondés sur l'application d'effets de l'optique non linéaire. Dans ces procédés, le rayon lumineux à exaiiner est divisé en deux rayons partiels qui se superposent de manière appropriée. Dans la zone de superposition se trouve un détecteur non linéaire. Jusqu'ici, on utilisait å cette fin des détecteurs dont le fonctionnement est basé sur les effets de la fluorescence à photons multiples, sur la production d'harmoniques ou sur l'effet photoélectrique externe i photons multiplets. D'autres effets de l'optique non linéaire sont cependant sans doute également applicables.Dans la zone où les deux impulsions partielles se chevauchent, ces détecteurs délivrent un signal plus fort qu'à l'extérieur de cette zone. La longueur des impulsions peut être déduite de 1'étendue géométrique de la zonê de chevauchement. Jusqu'ici, on connaît trois procédés pour enregistrer et exploiter les signaux. Dans l'un de ces procédés, des traces de fluorescence à photons Multiples sont enregistrées par voie photographique et les enregistrements sont ensuite exploitées par voie photomé- trique. Dn deuxième procédé opère par enregistrement photo-électronique de signal en un point déterminé et par exploration ponctuelle de la zone de superposition au moyen de plusieurs impul- siens successives. Dans le troisième procédé connu, on produit sur la cathode d'un tube récepteur de télévision, par effet photoélectrique à photons multiples, une trace de superposition et l'exploration de cette trace est enregistrée par voie oscillographique. "e premier procédé cité nécessite une exploitation photométrique de plus longue durée de sorte que le résultat ne devient disponible qu'au bout d'un certain temps. Le deuxième procédé nécessite une exploration ponctuelle ainsi qu'un traitement des valeurs mesurées pour tenir compte de variations d'intensité. Par conséquent, ici aussi, le résultat ne devient disponible qu'au bout d'un certain temps. le dernier procédé cité permet certes un affichage direct mais entraîne une dépense technique très considérable. La présente invention a pour objet de permettre, sans une très forte dépense technique, de disposer aussitôt d'un résultat de mesure concernant la longueur d'impulsions lumineuses ultracourtes. L'invention crée un dispositif au moyen duquel les signaux de détecteurs non linéaires placés dans la zone de superposition de deux rayons partiels peuvent être mesurés de façon à permettre une indication immédiate de la longueur des impulsions. Ce résultat est obtenu par le fait qu'un dispositif destiné à mesurer directement la longueur d'impulsions lumineuses ultracourtes et composé d'un moyen optique dans lequel le rayon lumineux à examiner est décomposé en rayons partiels dont chaque fois au moins deux présentant une différence de parcours optique déterminée se superposent, de dispositifs indicateurs qui, par un processus non linéaire, produisent dans des échantillons appropriés soit directement un signal électrique, soit un rayonnement secondaire qui est converti en un signal électrique au moyen de détecteurs photoélectriques appropriés, et d'un dispositif de mesure électrique, est réalisé suivant la présente invention de la manière décrite ci-dessous. L'un des échantillons mentionnés est disposé de telle façon dans la zone de superposition de deux rayons partiels que la différence de parcours optique entre les deux rayons partiels soit, au niveau de l'échantillon, de l'ordre de grandeur de la largeur de valeur moyenne de la zone à effet non linéaire accru. Un deuxième des échantillons cités est disposé à l1exté- rieur de la zone de superposition sur le trajet des rayons ou à l'intérieur de la zone de superposition des deux mêmes rayons partiels ou de deux autres rayons partiels de façon que la différence de parcours optique entre les deux rayons partiels, au niveau de cet échantillon, disparaisse ou soit importante par rapport à la largeur de valeur moyenne de la zone à effet non linéaire accru. Les sorties de signaux des échantillons ou des détecteurs photoélectriques mentionnés sont chaque fois connectées à un circuit électronique de mise en mémoire de signaux. Chacun de ces circuits de mise en mémoire de signaux est relié, en permanence ou de façon à pouvoir être connecté séparément, à un appareil de mesure permettant de mesurer le rapport entre les signaux mis en mémoire. Chacun des deux circuits de mise en mémoire de signaux est avantageusement constitué essentiellement par un condensateur présentant des dimensions appropriées et devant lequel il est monté une diode & haute résistance de blocage et par une résistance par l'intersédiaire de laquelle les sorties de signaux des échantillons ou des détecteurs photoélectriques cités sont reliées à la terre. les condensateurs sont reliés à un voltmètre de sensibilité réglable et ce de préférence de façon à pouvoir être connectés séparément. Le dispositif de mesure suivant l'invention présente en outre des caractéristiques opérationnelles. Après mise en mémoire des signaux, les tensions sont mesurées sur les deux condensateurs. Pour cela, le voltmètre est d'abord commuté sur le condensateur associé au deuxième échantillon et est ensuite réglé sur une déviation prédéterminée par réglage de la sensibilité. Puis, la tension appliquée sur le condensateur associé au premier échantillon est indiquée. La déviation du voltmètre renseigne alors directement sur le rapport entre les signaux mis en mémoire. Lorsque la forme des impulsions est connue, ce rapport fournit une indication directe de la longueur des impulsions sous forme de multiples de l'unité déterminée par la différence de parcours optique des rayons partiels au niveau du premier échantillon. L'échelle au voltmètre peut, par conséquent, être étalonnée en longueurs itinpulsion. Si la forme des impulsions n'est pas connue, alors les longueurs d'impulsions ainsi mesurés présentent un facteur d'incertitude qui peut, cependant, être maintenu faible en choisissant la différence de parcours optique au voisInage de la largeur de valeur moyenne de la zone d'effet non linéaire accru. Lorsque la différence de parcours optique est choisi. de cette façon, même de faibles variations de la longueur d'impulsion sont indiquées de manière très sensible. Le dispositif de mesure suivant l'invention présente des avantages notables par rapport aux dispositifs connus. Il permet de mesurer la longueur d'impulsions lumineuses ultra-courtes de façon que le résultat des mesures soit aussitôt disponible. Cette possibilité est d'un intérêt capital pour des travaux de recherche et de développement dans le domaine d'impulsions lumineuses ultra-courtes ainsi que pour de nombreuses applications. Le dispositif proposé se caractérise en outre par le fait qu'il permet, par rapport aux procédés à enregistrement photographique, de mesurer des impulsions d'intensité encore plus faible. La présente invention est expliquée plus en détail cidey 'aide d'un exemple de réalisation illustré au dessin annexé. La figure représente schématiquement la partie optique et la partie électronique du dispositif de mesure. Le rayon lumi neax à examiner 1 est décomposé par le diviseur 2 en deux rayons partiels de même intensité. Les miroirs 3 et 4 permettent aux rayons partiels de se superposer en sens opposé. Les cuvettes 5 et 6 sont placées dans la zone de superposition. Ces cuvettes sont remplies des échantillons qui produisent l'effet non linéaire servant au décèlement. Ces cuvettes peuvent, par exemple contenir la solution d'un colorant qui peut entre excité de façon à produire une fluorescence à deux photons. La cuvette 5 est placée au centre de la zone de superposition. La cuvette 6 est montée sur un chariot au moyen duquel sa distance par rapport à la première cuvette peut Ztre modifiée de façon mesurable. Entre les cuvettes 5 et 6 se trouve un filtre 7 qui est tran- parent pour le rayonnement à examiner mais ne laisse pas passer la lumière fluorescente. La lumière fluorescente est mesurée par les photomultiplicateurs 8 et 9. Les anodes des photomultiplicateurs 8 et 9 sont reliées à la terre par l'intermédiaire des résistances 10 et Il. Les signaux produits au niveau de ces résistances chargent les condensateurs 14 et 15 par l'intermd- diaire des diodes 12 et 13. La tension au niveau de ces condensateurs 14 et 15 est mesurée, par l'intermédiaire des commutateurs 16 et 17, au moyen du voltmètre 18 à haute valeur ohmique et à sensibilité réglable.Avant d'effectuer la mesure, le parcours des rayons derrière le diviseur 2 est recouvert dans un des deux rayons partiels de façon qu'un rayon partiel seulement traverse les cuvettes 5 et 6. En même temps, les amplific fionÇ des photomultiplicateurs 8 et 9 sont réglées de façon qu produise des signaux de mme grandeur aux condensateurs 1G 15. Pour effectuer la mesure, on élimine le recouvrement Irévu d'un côté et le voltmètre 18 est commuté sur le condensateur 15 associé à la cuvette 5. Après mise en mémoire des s gnaux, le voltmètre 18 est réglé de façon à présenter une déviation com piète. Puis on effectue une commutation sur le condensateur 14 associé à la cuvette 6 et le voltmètre 18 indique la longueur d'impulsion mesurée. REVENDICÂTIONS 1. Dispositif destiné à mesurer directement la longueur d'impulsions lumineuses ultra-courtes et composé d'un moyen optique dans lequel le rayon lumineux à examiner est décomposé en rayons partiels dont chaque fois deux présentant une diffé- rence de parcours optique déterminée se superposent, de dispositifs indicateurs qui, par un processus non linéaire, produisent dans des échantillons appropriés soit directement un signal électrique, soit un rayonnement secondaire qui est converti en un signal électrique au moyen de détecteurs photoélectriques appropriés, et d'un dispositif de mesure électrique, caractérisé en ce qu'un échantillon est disposé de telle façon dans la zone de superposition de deux rayons partiels que la diffé- rence de parcours optique entre ces rayons partiels, au niveau de 1 'échantillon, soit de l'ordre de grandeur de la largeur de valeur moyenne de la zone à effet non linéaire accru et en ce qu'un deuxième échantillon est disposé à l'extérieur de la zone dé superposition sur le trajet des rayons ou est disposé de telle façon dans la zone de superposition des deux mêmes rayons partiels ou de deux autres rayons partiels qu'au niveau de cet échantillon la différence de parcours optique entre les deux rayons partiels disparaisse ou soit importante par rapport à la largeur de valeur moyenne de la zone à effet non linéaire accru, en ce qu'en outre les sorties de signaux des échantillôns ou des détecteurs photoélectriques cités sont chaque fois connectées à un circuit électronique de mise en mémoire de signaux et en ce que ces circuits de mise en mémoire de signaux sont reliés, en permanence ou de façon à pouvoir être connectés séparément, à un appareil de mesure qui indique le rapport entre les signaux mis en mémoire. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des deux circuits de mise en mémoire de signaux est constitué essentiellement par un condensateur devant lequel il est monté une diode à haute résistance de blocage et par ene résistance par l'intermédiaire de laquelle les sorties de signaux des échantillons ou des détecteurs photoélectriques sont reliées à la terre. 3. Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tensions appliquées aux deux condensateurs sont mesurées au moyen d'un voltmètre, lequel est d'abord conté sur le condensateur associé au deuxième échantillon et est réglé suivant une déviation prédéterminée, la tension produite au condensateur associé au premier échantillon étant ensuite indiquée.