Brevet FR2667394A1 — publié le 19920403

DISPOSITIF POUR LE CALIBRAGE D'UN PHOTODETECTEUR RAPIDE Description La présente invention a pour objet un dispositif pour le calibrage d'un photodétecteur rapide. Elle s'applique notamment au calibrage d'une caméra à balayage. Par photodétecteur rapide, on entend les photodétecteurs aptes à déterminer des durées d'impulsions lumineuses de l'ordre de la centaine de picosecondes et moins Dans la suite du texte, parmi ces photodétecteurs, on prend comme exemple le cas de la caméra à balayage. On rappelle qu'une caméra à balayage est munie d'une fente d'entrée Cette fente, éclairée par une impulsion lumineuse à mesurer, illumine un photodétecteur, générateur d'un faisceau d'électrons dont l'intensité est proportionnelle à l'intensité de l'impulsion lumineuse La fente qui éclaire le générateur d'électrons produit un faisceau plat qui passe dans une optique électronique et est dévié entre deux plaques conductrices parallèles à la fente d'entrée subissant une différence de potentiels variable continuement au cours du temps Le faisceau d'électrons excite un écran fluorescent de visualisation sur lequel se forme l'image de la fente étalée sur une longueur proportionnelle à la durée de l'impulsion lumineuse suivant un axe perpendiculaire à l'image de la fente sur l'écran (axe temporel) La brillance de l'image de la fente est proportionnelle à l'intensité de l'impulsion lumineuse. Pour des impulsions lumineuses beaucoup plus courtes que la durée de balayage de l'écran fluorescent et se suivant à un taux de répétition élevé, on voit apparaître sur l'écran une série de taches allongées (images de la fente d'entrée aux instants d'apparition des impulsions) et étalées selon l'axe temporel proportionnellement à l'écart entre les impulsions incidentes. Pour être un instrument de mesure utile, on doit pouvoir relier de manière certaine des longueurs reperées sur l'écran fluorescent à des durées On doit donc calibrer la caméra à balayage Cette calibration doit aussi permettre de relier la brillance d'une image à une intensité d'une impulsion lumineuse. Usuellement, on mesure la différence de potentiels appliquée sur les plaques pour la déviation du faisceau d'électrons et l'on considère que le déplacement de l'image sur l'écran est proportionnel à cette différence de potentiels Mais cette mesure est approximative, car elle ne tient pas compte des réactions du tube cathodique, en particulier de la capacité parasite induite entre les plaques. De manière connue, on utilise aussi des impulsions lumineuses calibrées se succédant à une fréquence de répétition connue Ces impulsions lumineuses peuvent par exemple provenir d'une diode laser délivrant des impulsions lumineuses à des fréquences avoisinant le gigahertz Mais la fréquence de répétition, la durée des impulsions et leur intensité peuvent subir des variations notables que l'on peut difficilement mesurer. Ce phénomène rend peu fiable le calibrage effectué grâce à de telles diodes. De manière connue, pour produire des impulsions lumineuses calibrées en durée, intensité et fréquence de répétition, on utilise aussi un interféromètre du type Fabry-Pérot constitué par deux lames semi-réfléchissantes espacées d'une distance déterminée. Une impulsion lumineuse introduite dans le Fabry-Pérot produit en sortie une série d'impulsions d'intensité décroissante mais connue et espacée par le temps d'un aller et retour entre Les deux lames. Le problème posé par un tel dispositif est qu'il ne peut pas être intégré facilement à l'expérimentation utilisant la caméra à balayage. Lorsqu'une mesure précise doit être effectuée et qu'alors un calibrage s'avère nécessaire, la caméra à balayage doit être démontée, retirée de l'expérience en cours, et placée sur un banc de calibration séparé Des opérations longues et fastidieuses sont alors nécessaires pour aligner les composants optiques (laser, Fabry-Pérot,) et réaliser le calibrage La caméra doit ensuite être remise en place. La présente invention pallie ces divers inconvénients Elle permet un calibrage rapide et précis d'une caméra à balayage ou d'un autre photodétecteur rapide, sans qu'il soit nécessaire de placer le photodétecteur sur un banc de calibrage extérieur. La présente invention concerne donc un dispositif pour le calibrage d'un photodétecteur rapide comprenant: une fibre optique de longueur déterminée, et possédant des extrémités terminales polies, des moyens réfléchissants disposés à chaque extrémité terminale de la fibre optique. La longueur de la fibre est choisie de manière à obtenir, à partir d'une impulsion incidente introduite en entrée, une série d'impulsions délivrées en sortie et séparées par une durée déterminée par le temps d'un aller et retour dans la fibre. Les intensités des impulsions successives sont dans un rapport connu et déterminé par le choix des coefficients de réflexion des moyens réfléchissants. De manière avantageuse, les moyens réfléchissants possèdent des coefficients de réflexion R 1 et R 2 tels que le produit de R 1 par R 2 soit sensiblement égal à 0,5. Ainsi, deux impulsions succcessives présentent des intensités dans un rapport 1/2, ce qui facilite l'étalonnage de la réponse du photodétecteur à un phénomène de brillance donnée. Selon une variante préférée de réalisation, le coefficient de réflexion R 1 est sensiblement égal à R 2. Avantageusement, les moyens réfléchissants sont constitués par des dépôts multidiélectriques déposés sur chacune des extrémités terminales de la fibre optique. Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprend des connecteurs rattachés à chaque extrémité terminale de la fibre optique. Grâce à ces connecteurs, le dispositif peut facilement être inséré dans un parcours optique réalisé par des fibres optiques Le dispositif alors aligné par construction est d'un emploi pratique et aisé. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit donnée à titre explicatif et nullement limitatif Cette description se réfère à une figure annexée unique représentant schématiquement un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif selon l'invention comprend une fibre optique 10 de longueur déterminée, par exemple 32,5 mm, et polie à ses extrémités terminales 12, 14. Un dépôt multidiélectrique 16 est déposé sur chacune des extrémités terminales 12, 14 réalisant des moyens réfléchissants Ces dépôts 16 ont o respectivement un coefficient de réflexion R 1 et R 2, égal à environ 0,7 Chaque extrémité de la fibre optique est munie d'un connecteur 18, par exemple du type de celui commercialisé par la Société ATI sous la référence 512 F 280 VOO. Sur l'exemple représenté, on voit que le dispositif est utilisé pour le calibrage d'une caméra à balayage 20 Le dispositif est connecté à une première fibre optique 22 par un connecteur 24 et à une seconde fibre optique 26 par un connecteur 28 La première fibre optique 22 guide une impulsion lumineuse d'un laser 30 qui la délivre, jusqu'au dispositif; la seconde fibre optique 26 guide la série d'impulsions lumineuses délivrées par le dispositif jusqu'au photodétecteur à calibrer, ici une caméra à balayage. L'impulsion lumineuse délivrée par le laser présente une durée connue, par exemple 50 ps Après avoir parcouru la fibre 22, elle pénètre dans le dispositif Là, elle exécute des allers- retours dans la fibre 10; à chaque réflexion sur une des extrémités terminales 12 et 14, une impulsion lumineuse est délivrée par le dispositif. Les impulsions lumineuses délivrées par l'extrémité terminale 14 de la fibre 10 sont séparées par un intervalle temporel égal à 2 d/c o d est la longueur de la fibre et c la vitesse de la lumière dans la fibre 10 Par exemple, cet intervalle temporel est égal à 325 ps. Les coefficients de réflexion R 1 et R 2 étant égaux à environ 0,7, les intensités respectives des impulsions successives délivrées par l'extrémité terminale 14 varient d'un facteur sensiblement égal à 0,5 de l'une à la suivante. Les impulsions lumineuses successives délivrées par l'extrémité terminale 14 se propagent dans la fibre 26 et sont délivrées sur la fente 32 de la caméra à balayage 20 A chaque impulsion lumineuse reçue en entrée correspond une tache allongée 34, image de la fente illuminée, affichée sur un écran de visualisation 36 aisément photographiable de manière à fournir un document permanent correspondant à la mesure. Sur La figure, les taches successives 34 correspondent aux impulsions successives L'étalement d'une tache 34 selon l'axe temporel 38 de la figure est proportionnel à la durée de l'impulsion lumineuse correspondante; pour calibrer la caméra, on mesure la distance séparant les points présentant la brillance maximum de deux taches successives 34 (maximum d'intensité des impulsions) et on lui fait correspondre l'intervalle temporel connu séparant deux impulsions lumineuses successives. La dynamique et la sensibilité du photodétecteur 20 peuvent être contrôlées puisque les intensités des impulsions lumineuses sont connues. Le dispositif conforme à l'invention, de mise en oeuvre simple et rapide, permet donc bien de calibrer un photodétecteur rapide sans manipulations longues et délicates Le calibrage obtenu est précis et fiable. Revendications 1 Dispositif pour le calibrage d'un photodétecteur rapide, caractérisé en ce qu'il comprend: une fibre optique ( 10) de longueur déterminée, et possédant des extrémités terminales ( 12, 14) polies, des moyens réfléchissants ( 16) disposés à chaque extrémité terminale ( 12, 14) de la fibre optique ( 10). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réfléchissants ( 16) possèdent des coefficients de réflexion R 1 et R 2 tels que le produit de R 1 par R 2 soit sensiblement égal à 0,5. 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le coefficient de réflexion R 1 est sensiblement égal à R 2. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens réfléchissants ( 16) sont constitués par des dépôts multidiélectriques déposés sur chacune des extrémités terminales ( 12, 14) de la fibre optique ( 10). 5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des connecteurs ( 18) rattachés à chaque extrémité de la fibre optique ( 10).