Brevet FR2662036A1 — publié le 19911115

CANERA A BALAYAGE DE FENTE La présente invention concerne une caméra à balayage de fente. Les caméras à balayage de fente ("steak camera") sont maintenant bien connues. Elles sont destinées à l'étude des phénomènes optiques rapides. Les caméras actuellement disponibles permettent de couvrir des domaines temporels allant de la picoseconde à la milli-seconde. Ces caméras comportent une enceinte sous vide ou tube ayant une fenêtre d'entrée et un écran fluorescent. Cette enceinte contient une photocathode, et des électrodes de déflexion. Un faisceau lumineux incident est transmis par la fenêtre d'entrée à la photocathode et génère l'émission d'un faisceau d'électrons qui, par l'effet des grilles de concentration et de focalisation et des électrodes de déflexion, est adressé sur l'écran fluorescent où il produit le signal recherché. Plus récemment, des intensificateurs à galettes de microcanaux ont été placés après l'écran fluorescent de manière à amplifier le signal lumineux produit par cet écran et donc à améliorer la sensibilité de la mesure. Des moyens électroniques de commande et de traitement assurent le maintien des différences de potentiel nécessaire entre les éléments contenus par l'enceinte sous vide et contiennent des circuits de balayage produisant la déflexion du faisceau d'électrons. Les caméras à balayage peuvent être utilisées pour analyser des impulsions lumineuses isolées ou également pour analyser des impulsions répétitives ce qui permet d'améliorer la sensibilité et la dynamique de la détection. I1 est ainsi par exemple possible d'enregistrer la fluorescence de molécules excitées par des impulsions laser récurrentes de très brève durée (inférieure ou égale à 10 10 secondes). (voir notamment CAMERA A BALAYAGE DE FENTE ET METROLOGIE PICOSECONDE DES IMPULSIONS DE LASERS FONCTIONNANT A DES TAUX DE REPETITION ELEVES - GEIST et al Revue de Phys. Appl. 19 - 1984 p.619 à 629). Les photocathodes utilisées jusqu'à présent sont généralement constituées par un film mince de semi-conducteur, le plus souvent de dérivé du césium. On utilise par exemple la photocathode "5-20" ou "S-25" tri-alcaline (Cs-Na-K-Sb). Ces photocathodes sont principalement sensibles dans le proche ultraviolet, le visible et l'infrarouge. Par ailleurs, ces composées utilisables pour la fabrication de photocathodes sont très oxydables et doivent donc être maintenues pendant leur fabrication, stockage ou déplacement et pendant leur utilisation dans une atmosphère très raréfiée pouvant aller jusqu'à l'ultra-vide. Le problème à la base de l'invention est la réalisation d'une caméra à balayage fonctionnant avec une photocathode ne présentant pas ces inconvénients et pouvant en particulier être manipulée et utilisée dans des conditions de vide beaucoup moins contraignantes que les conditions habituelles. On sait par ailleurs que la plupart des solides sont susceptibles de constituer des émetteurs photo-électriques. Le comportement de certains métaux lors de leur interaction avec un faisceau lumineux a été étudié (par exemple voir l'article THERMALLY ASSISTED MULTIPHOTON PHOTOELECTRIC EMISSION FROM TUNGSTEN de R. YEN et al dans OPTICS COMMUNICATIONS volume 35 nO 2 pages 177 à 282 novembre 1980). Il y est exposé que les phénomènes produits par des impulsions lasers brèves envoyés sur une surface de TUNGSTEN produisent les effets suivant : chauffage du métal produisant des électrons ayant des énergies supérieures au niveau de FERMI rupture de l'équilibre thermique entre les électrons et la matrice de telle sorte que les électrons peuvent être portés à une température supérieure à celle habituellement prévue. L'invention concerne une caméra à balayage de fente comportant une enceinte sous vide ayant une fenêtre d'entrée et un écran fluorescent et contenant une photocathode, une grille d'extraction, une grille de focalisation, des électrodes de déflexion, et des moyens électroniques de commande et de traitement. Selon l'invention la photocathode est constituée d'un métal simple. Ce métal est soit sous forme de couche mince déposée sur un support, soit sous forme massique. Selon un mode de réalisation préférée la couche mince constitutive de la cathode est une couche mince portée par une lame support transparente en quartz ou en verre dont la face porteuse de la couche mince est rugueuse et la face opposée porte un traitement anti-reflet. Dans le cas des photocathodes massiques, la face émettrice exposée à la lumière d'excitation est également rugueuse. L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins dans lesquels - La figure 1 est une représentation schématique de la caméra à fente selon l'invention. - La figure 2a représente la configuration d'une photocathode à excitation parallèle à l'axe du tube. Cette photocathode sera de type couche mince sur support transparent. - La figure 2b représente la configuration d'une photocathode à excitation perpendiculaire à l'axe du tube. Cette photocathode sera de type massique. - La figure 3a décrit en détail la structure d'une photocathode type couche mince, la figure 3b celle d'un type massique. La caméra à balayage de fente représentée sur la figure 1 comporte une enceinte sous vide 1 de forme allongée dont l'une des extrémités porte une fenêtre d'entrée frontale ou latérale et l'autre extrémité porte un écran fluorescent 3. A l'intérieur de cette enceinte sous vide se trouve une photocathode 4, une grille d'extraction 5, une grille de focalisation 6, et des électrodes de déflexion 7. Des moyens électroniques 8 de commande et de traitement maintiennent les différences de potentiel entre les différents éléments contenus dans le tube à vide et commandent leur fonctionnement. Un faisceau lumineux incident 9 atteint la photocathode 4 après avoir traversé la fenêtre d'entrée 2. Il produit l'émission d'un faisceau électronique 10 qui est concentré puis focalisé par la grille 6 et dévié par les électrodes 7. Le signal 11, produit par l'écran fluorescent 3 qui reçoit le faisceau électronique 10 après déviation, est représentatif de la répartition lumineuse incidente 9 dans le temps. Deux modes de réalisation de l'invention sont possibles. Dans le premier mode de réalisation la cathode es frontale. Elle est constituée d'une couche métallique mince portée par un support. Le support est transparent, la couche métallique est sensiblement perpendiculaire au faisceau incident. La cathode en couche mince est représentée en détail sur la figure 3a. Elle est de préférence portée par une lame support transparente 12 par exemple en quartz. La face 13 de la lame 12 opposée à la photocathode 4 porte de préférence des couches anti-reflets qui limitent le flux du faisceau incident 9 réfléchi par cette face. La face 14 du support 12 portant la photocathode 4 est de préférence rugueuse. Dans le deuxième mode de réalisation la cathode est latérale. Elle est constituée d'un métal massif 15 dont la face active 4 est orientée à 450 de l'axe du faisceau incident et de l'axe de l'enceinte 1. Selon une caractéristique particulièrement importante de l'invention, la photocathode 4 est constituée d'une couche d'un métal simple est tel que par exemple le cuivre, l'aluminium, la baryum, le samarium, le calcium, le gadolinium ou tout métal alcalin et alcalino-terreux. On peut également réaliser des photocathodes massiques à partir de ces mêmes métaux. De manière surprenante il a été montré que ces métaux simples produisent en réponse à des impulsions brèves d'une durée inférieure à la nano-seconde un effet photo-électrique important permettant d'analyser la répartition de l'énergie de ces impulsions dans le temps. Ces photocathodes sont particulièrement bien adaptées pour l'analyse d'impulsions ayant une forte densité d'énergie surfacique (de l'ordre du MW par cm2). La longueur d'onde du faisceau analysé 9 est de préférence comprise entre 200 et 1600 nanomètres (nm). L'épaisseur de la photocathode 4 déposée sur le support 12 est de préférence comprise entre 20 et 200nm. L'utilisation de métaux simples pour la réalisation de la photocathode permet de diminuer l'exigence de la qualité de vide nécessaire dans l'enceinte à vide 2. Par exemple une pression comprise entre 10-1 et 10 3 Pa donne de très bons résultats. La différence de potentiel établit entre la cathode et l'anode sera par exemple de l'ordre de 15 KV. On a obtenu de bons résultats en analysant des impulsions émises par un laser argon ionisé en mode bloqué qu'une puissance moyenne de 1W, émet des impulsions d'une durée de l'ordre de 100 à 30 picosecondes à une fréquence de 80 MHz. De manière connue on étudie la forme de ces impulsions périodiques en appliquant une tension sinusoïdale synchronisée avec les pulses lumineux. REVENDICATIONS 1. Caméra à balayage de fente comportant - une enceinte sous vide (1) ayant une fenêtre d'entrée (2) et un écran fluorescent (3) et contenant - une photocathode (4), - une grille d'extraction (5), - une grille de focalisation (6), - des électrodes de déflexion (7), - des moyens électroniques de commande et de traitement (8), caractérisée en ce que la photocathode est constituée d'un métal simple. 2. Caméra à balayage de fente selon la revendication 1, caractérisée en ce que le métal simple constituant la photocathode est un métal alcalin ou alcalino-terreux. 3. Caméra à balayage de fente selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le métal simple constituant la photocathode est du Calcium, du Baryum ou du Samarium. 4. Caméra à balayage de fente selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la photocathode est une couche mince déposée sur une lame support (12) transparente. 5. Caméra à balayage de fente selon la revendication 4, caractérisée en ce que la lame support (12) porte sur sa face opposée à la couche métallique un traitement antireflet (13). 6. Caméra à balayage de fente selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la face (14) de la lame support (12) portant la couche métallique est rugueuse. 7. Caméra à balayage de fente selon la revendication 6, caractérisée en ce que les rugosités de la lame sera comprise entre 0,2 et 1,6 micromètres. 8. Caméra à balayage de fente selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que la lame support (12) est en quartz. 9. Caméra à balayage de fente selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que la couche mince métallique a une épaisseur comprise entre 20 et 200nm. 10. Caméra à balayage de fente selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la photocathode est constituée d'un métal massif. 11. Caméra à balayage de fente selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le vide maintenu dans l'enceinte sous vide est compris entre 10 et 10-3 Pa.