Brevet FR3070767A1 — publié le 20190308

I Système LIDAR amélioré DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine des systèmes LIDAR pour l'observation de 5 scènes éloignées sous illumination laser. Plus particulièrement l'invention concerne un système LIDAR fonctionnant dans l'Infrarouge dont la détection est améliorée. 10 ETAT DE LA TECHNIQUE Le principe général d'un LIDAR à détection directe (c'est à dire non cohérent) est bien connu de l'état de la technique et illustré figure 1. Une source laser impulsionnelle d'émission LSO émet un faisceau lumineux sous la forme 15 d'une impulsion d'illumination lin qui illumine un volume de l'espace grâce à un dispositif d'émission ED. Un dispositif de réception RD collecte une fraction de l'onde rétrodiffusée par une cible T présente dans le volume illuminé, dénommée impulsion signal, et un détecteur D transforme le signal lumineux détecté en un signal électrique qui est traité pour en extraire une 20 information de distance (télémétrie), de vitesse, de composition (spectroscopie)... Les pupilles d'émission et de réception peuvent être rassemblées en un seul dispositif d'émission/réception, on parle alors de LIDAR monostatique. 25 De nombreuses applications de détection LIDAR mettent à profit les propriétés optiques de l'atmosphère dans les fenêtres du proche infrarouge (1,5-2 pm) et de l'infrarouge (2-12 pm) qui offrent une transparence importante et des conditions de propagation compatibles avec la sécurité oculaire. D'importantes étapes ont été franchies depuis peu dans le domaine 30 des sources laser en termes de puissance et de longueurs d'onde accessibles, de sorte qu'une large gamme de techniques d'illumination est désormais disponible pour sonder de façon active une zone qui peut être très 2 éloignée de l'observateur. Toutefois, que ce soit pour la détection (télémétrie) ou l'identification de polluants ou d'objets à longue portée, l'analyse des signaux optiques reçus en retour souffre de façon générale de la sensibilité de la voie de réception. En effet il est bien connu que les performances des détecteurs infrarouges sont très inférieures à celles des détecteurs pour le proche infrarouge, et que ces derniers sont également moins performants que les détecteurs pour le spectre visible. C'est le cas en termes de sensibilité et de bande passante, sans compter la contrainte de fortement refroidir le détecteur pour ce qui concerne le spectre infrarouge. De ce fait il est intéressant de convertir en fréquence le signal reçu, c'est-à-dire d'augmenter sa fréquence (« upconversion ») pour bénéficier de détecteurs plus sensibles. Un convertisseur opérant par sommation de fréquences est illustré figure 2; Il utilise un cristal optique non-linéaire 20 possédant une susceptibilité non- linéaire d'ordre 2 et générant, à partir d'un faisceau signal (fréquence cos) et d'un faisceau pompe (fréquence (op), un faisceau converti (fréquence (0.) présentant une longueur d'onde diminuée (soit une fréquence augmentée) de sorte que : cos + cop = toc Pour que le processus de conversion soit efficace, ce mécanisme nécessite l'accord de phase entre le faisceau pompe de forte intensité, le faisceau signal à détecter et donc à convertir, et le faisceau converti lors de leur propagation dans le milieu non linéaire, qui s'exprime par la relation ci-dessous entre les vecteurs d'onde respectifs des 3 faisceaux : Cette condition peut être satisfaite avec certains cristaux non-linéaires biréfringents en jouant sur l'orientation cristallographique et la polarisation des ondes mises en jeu. Une autre approche consiste à utiliser des matériaux 30 à quasi-accord de phase (QAP) dont le signe du coefficient non linéaire d'ordre 2 x(2) est périodiquement alterné (période A selon z), afin de rétablir la bonne relation de phase, tel qu'illustré figure 3. La relation d'accord de phase devient : 3 Ak = -04 =Tc, - rc 5 - ic p - - -1 T2uf Cette dernière méthode est en général préférable car elle permet d'exploiter au mieux les propriétés non-linéaires du matériau et minimise la puissance de pompe nécessaire à l'obtention d'un bon rendement de conversion. 5 Parmi les matériaux à QAP usuels on peut distinguer les matériaux ferroélectriques comme le PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate) qui couvrent la gamme spectrale allant du visible jusqu'à environ 4 pm, et les matériaux semi-conducteurs comme l'OP-GaAs (Orientation Pattemed Gallium Arsenide) qui permettent de travailler plus loin dans l'infrarouge, par 10 exemple jusqu'à 16 pm. On peut par exemple utiliser du PPLN pour convertir un signal à 1,5 pm à l'aide d'un laser de pompe émettant vers 1 pm ou 2 pm. On obtient dans ce cas un signal converti à 0,60 pm ou 0,86 pm permettant l'utilisation d'un détecteur Silicium. 15 On peut utiliser un cristal d'OP-GaAs pour convertir un signal à 8-12 pm à l'aide d'un laser de pompe à 1,9 pm vers 1,5-1,6 pm et utiliser un détecteur InGaAs non refroidi au lieu d'un HgCdTe à 77°K. De même, on peut utiliser un cristal d'OP-GaP pour convertir un signal de longueur d'onde comprise entre 3 et 10 pm à l'aide d'un laser à 1 pm et 20 utiliser un détecteur Si. Le GaP est en effet transparent jusqu'à 0,6 pm, ce qui n'est pas le cas du GaAs. Un LIDAR 40 selon l'état de la technique utilisant un cristal non linéaire pour l'« up conversion », est illustré figure 4. Ce LIDAR nécessite deux sources 25 laser, une source laser pour l'émission LSO et une source laser de pompage LPO sur la voie de réception qui fournit le signal de pompe. Une limitation importante associée à ce principe de détecteur par « upconversion » est la nécessité de disposer d'une source de pompage puissante pour obtenir un bon rendement de conversion, une condition 30 nécessaire pour que cette approche soit avantageuse par rapport à une détection directe. En dépit des avantages apportés par les matériaux à quasi-accord de phase pour la conversion de fréquence, la puissance de pompe requise pour obtenir un bon rendement de conversion reste importante. 4 Par exemple, la puissance de pompe nécessaire à 1,0 pm pour convertir de façon significative un signal à 1,5 pm dans le visible à 0,6 pm à l'aide d'un cristal de PPLN de quelques centimètres est de plusieurs dizaines à quelques centaines de Watts. La nécessité de disposer d'un laser spécifique 5 et de forte puissance pour la réalisation du détecteur limite en pratique l'intérêt de cette approche, sachant que l'illumination de l'objet lointain à détecter suppose déjà de disposer d'un émetteur laser générant des impulsions courtes et de forte puissance crête. 10 Il est possible de diminuer la puissance de pompe requise en insérant par exemple le cristal convertisseur de fréquence dans la cavité du laser de pompe. On bénéficie ainsi de l'effet de surtension de la cavité laser. Cette option n'élimine cependant pas la nécessité d'un deuxième laser pour le LIDAR. 15 On peut aussi diminuer la puissance de pompe nécessaire en utilisant un cristal convertisseur de fréquence en configuration guidée monomode. Le confinement de l'énergie et l'absence de diffraction en propagation guidée permettent de garantir une forte densité de puissance de pompe sur toute la 20 longueur d'interaction. Dans ce cas on peut fortement diminuer la puissance nécessaire, par exemple à -0,1 W, au prix d'une étape technologique supplémentaire (la fabrication du guide d'onde), mais un laser de pompe spécifique est toujours nécessaire. De plus, il est connu que le front d'onde rétrodiffusé par une cible lointaine n'est généralement pas monomode et 25 n'est donc pas adapté à un couplage dans un guide monomode. Sachant qu'on doit disposer d'un laser pour l'émission des impulsions, une autre possibilité est d'utiliser un même laser de pompage servant à la fois à l'émission des impulsions en direction de l'objet à détecter et à la conversion 30 en fréquence des impulsions rétrodiffusées par cet objet. Ce concept a été mis en oeuvre pour la détection à courte distance dans la référence Huot, L.; Moselund, P. M.; Tidemand-Lichtenberg, P.; Leick, L. & Pedersen, C. "Upconversion imaging using an all-fiber supercontinuum source" Optics Letters, 2016, 41, 2466-2469. 5 Dans cette expérience le faisceau d'un laser à fibre de pompe émettant des impulsions de 3,5 ns à 1,55 pm est séparé en deux parties. Une partie sert à générer un super continuum spectral compris entre 2,0 et 2,6 pm à l'aide d'une fibre non-linéaire, et l'autre partie sert à convertir en fréquence vers 5 0,8-0,9 pm les impulsions du supercontinuum rétrodiffusées par la cible pour être visualisées sur une caméra CCD en Silicium. Dans ce cas, c'est la même impulsion qui est utilisée pour les deux fonctions émission et réception et le principe est nécessairement limité à la détection ou l'imagerie d'objets à courtes distances. L'utilisation d'une impulsion ultérieure du train 10 d'impulsions pour réaliser la fonction de détection supposerait que l'on connaisse précisément la distance de l'objet, or c'est par exemple ce que l'on cherche à mesurer en télémétrie. Pour la détection ou l'imagerie d'objets lointains, les auteurs suggèrent en fait l'utilisation de deux lasers indépendants synchronisés, ce qui ramène à la problématique de disposer 15 d'un laser supplémentaire pour la conversion. Un but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités en proposant un système LIDAR utilisant une source unique pour l'émission et la pompe de l'« up conversion » compatible de la détection de cibles à 20 grande distance. DESCRIPTION DE L'INVENTION 25 La présente invention a pour objet un système LIDAR configuré pour illuminer une cible avec une impulsion d'illumination et pour récupérer une impulsion signal issue d'une réflexion de l'impulsion d'illumination sur la cible, les impulsions d'illumination et signal présentant une même fréquence signal, le système LIDAR comprenant : 30 - une source laser configurée pour générer un signal d'émission-détection avec une fréquence de répétition f, ledit signal d'émission-détection comprenant une première impulsion destinée à générer l'impulsion d'illumination et présentant une première fréquence puis une deuxième impulsion séparée temporellement de la première impulsion d'un temps de séparation et présentant une deuxième fréquence, 6 - un premier dispositif de conversion de fréquence configuré pour générer une impulsion convertie à partir de l'impulsion signal et de la deuxième impulsion par un procédé non linéaire de sommation de fréquence, l'impulsion convertie présentant une fréquence convertie égale à la somme 5 de la fréquence signal et de la deuxième fréquence. Préférentiellement la première impulsion présente une première durée et la deuxième impulsion présente une deuxième durée supérieure à la première durée, et dans lequel le temps de séparation est déterminé à partir d'une 10 distance minimale de détection de la cible souhaitée et la deuxième durée est déterminée à partir d'une distance maximale de détection de la cible souhaitée. Préférentiellement le premier dispositif de conversion de fréquence comprend un premier cristal non linéaire. 15 Selon un mode de réalisation le premier cristal non linéaire est disposé dans une cavité résonnant à la deuxième fréquence. Selon une première variante la source laser est configurée pour que la première fréquence et la deuxième fréquence présentent une même valeur 20 dénommée fréquence de pompe, le système LIDAR comprenant en outre un deuxième dispositif de conversion de fréquence configuré pour générer l'impulsion d'illumination à la fréquence signal à partir de la première impulsion à la fréquence de pompe par un procédé non linéaire de soustraction de fréquence, la fréquence signal 25 obtenue étant égale à la fréquence de pompe moins une fréquence intermédiaire. Préférentiellement le deuxième dispositif de conversion de fréquence comprend un deuxième cristal non linéaire. Selon un mode de réalisation le deuxième dispositif de conversion de 30 fréquence comprend en outre une diode laser signal configurée pour illuminer le deuxième cristal non linéaire avec un faisceau présentant la fréquence signal de sorte que ce faisceau soit amplifié dans le premier cristal non linéaire au fur et à mesure de sa propagation. 7 Selon un mode de réalisation le deuxième cristal non linéaire est disposé dans une cavité résonnant à la fréquence signal et/ou à la fréquence intermédiaire et forme un oscillateur paramétrique. 5 Selon une deuxième variante la source laser est configurée pour que la première fréquence et la deuxième fréquence présentent une valeur différente, et dans lequel la fréquence signal est égale à la première fréquence. 10 Selon un premier mode de réalisation la source laser et le premier dispositif de conversion de fréquence sont deux éléments distincts, le système LIDAR comprenant en outre un séparateur configuré pour séparer spatialement la première impulsion de la deuxième impulsion, afin que la deuxième impulsion puisse être injectée dans le premier dispositif de conversion de 15 fréquence. Par exemple la source laser est un système comprenant un oscillateur et au moins un amplificateur à fibre. Selon un mode de mise en oeuvre au moins l'oscillateur comprend au moins une diode laser configurée pour réaliser un profil temporel de la première 20 et/ou de la deuxième impulsion par modulation directe du courant injecté dans ladite diode laser. Selon un deuxième mode de réalisation la source laser est un laser en anneau présentant une cavité laser et comprenant une cellule électro-optique 25 pour moduler l'intensité à l'intérieur de la cavité laser, et dans lequel le premier cristal non-linéaire est disposé dans la cavité laser dudit laser en anneau. Selon un mode de réalisation ladite cellule est en outre configurée de sorte que la première impulsion et la deuxième impulsion présentent deux 30 polarisations orthogonales, un miroir de la cavité laser étant un séparateur de polarisation configuré pour transmettre la polarisation correspondant à la première impulsion, permettant l'extraction de ladite première impulsion de la cavité laser. 8 Selon un autre aspect l'invention concerne un procédé de détection d'une cible de type LIDAR comprenant les étapes consistant à: -générer périodiquement à partir d'une source laser unique, un signal d'émission-détection, le signal d'émission-détection comprenant une 5 première impulsion présentant une première fréquence puis une deuxième impulsion présentant une deuxième fréquence et étant séparée de la première impulsion d'un temps de séparation et, - illuminer une cible avec une impulsion d'illumination obtenue à partir de la première impulsion, 10 -recevoir une impulsion signal issue d'une réflexion de l'impulsion d'illumination sur la cible, les impulsions d'illumination et signal présentant une même fréquence signal, -générer une impulsion convertie à partir de l'impulsion signal et de la deuxième impulsion par un procédé non linéaire de sommation de fréquence, 15 l'impulsion convertie présentant une fréquence convertie égale à la somme de la fréquence signal et de la deuxième fréquence, - détecter l'impulsion convertie. Selon un mode de réalisation la première fréquence et la deuxième 20 fréquence présentent une même valeur dénommée fréquence de pompe, le procédé comprenant en outre une étape consistant à générer l'impulsion d'illumination à la fréquence signal à partir de la première impulsion par un procédé non linéaire de conversion de fréquence, la fréquence signal obtenue étant égale à la fréquence de pompe moins une fréquence 25 intermédiaire. Selon un mode de réalisation l'étape de génération du signal d'émission-détection et l'étape de génération de l'impulsion convertie sont réalisées par une même source laser présentant une cavité laser en anneau, 30 l'étape de génération du signal d'émission-détection s'effectuant avec une cellule électro-optique modulant l'intensité à l'intérieur de la cavité et l'étape de génération de l'impulsion convertie s'effectuant dans la cavité laser avec un cristal non linéaire disposé intracavité, et dans lequel l'étape de génération du signal d'émission-détection comprend 35 les sous étapes consistant à: 9 - stocker de l'énergie dans la cavité, la cellule électro-optique étant configurée pour empêcher le laser de laser, - générer et extraire de la cavité la première impulsion, la cellule électrooptique étant configurée pour que le laser fonctionne en mode déclenché, 5 - générer la deuxième impulsion, la cellule électro-optique étant configurée pour que le laser fonctionne en mode continu ou quasi-continu pendant la durée souhaitée de la deuxième impulsion, - reboucler à l'étape de stockage, de manière à entamer un nouveau cycle de génération du signal d'émission. 10 Selon une variante le procédé selon l'invention comprend en outre, entre l'étape de génération et d'extraction de la première impulsion et l'étape de génération de la deuxième impulsion, une étape consistant à empêcher le laser de fonctionner pendant un temps correspondant au temps de 15 séparation. Par exemple l'étape de génération et d'extraction de la première impulsion s'effectue à l'aide d'un séparateur de polarisation constituant un des miroirs de la cavité laser, ladite étape comprenant une première sous étape de génération de l'impulsion 11 intracavité et une deuxième sous étape 20 d'extraction de l'impulsion 11. Selon un mode de mise en oeuvre l'étape de génération du signal d'émission réception consiste à générer périodiquement un ensemble de N signaux d'émission réception dont le temps de séparation varie de manière 25 incrémentale d'un signal d'émission réception au suivant. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard 30 des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : La figure 1 déjà citée décrit le principe général d'un LIDAR à détection directe (c'est à dire non cohérent). La figure 2 déjà citée illustre un convertisseur opérant par sommation de 35 fréquences à base d'un cristal optique non-linéaire « bulk ». 10 La figure 3 déjà citée illustre un convertisseur opérant par sommation de fréquences à base d'un cristal optique non-linéaire de type QAP. La figure 4 déjà citée illustre un LIDAR selon l'état de la technique utilisant un cristal non linéaire pour l'« up conversion ». 5 La figure 5 illustre un système LIDAR selon l'invention. La figure 6 illustre un exemple de signal d'émission détection Sed selon l'invention. La figure 7 illustre une première variante du système LIDAR selon l'invention dans laquelle la source laser LS est configurée pour que les première et 10 deuxième fréquences copi et 0)1,2 présentent une même valeur dénommée fréquence de pompe (op. La figure 8 illustre un deuxième dispositif de conversion comprenant une diode laser. La figure 9 illustre une deuxième variante du système LIDAR selon 15 l'invention dans laquelle la source laser est configurée pour que la première fréquence 41 et la deuxième fréquence c0p2 présentent une valeur différente. La figure 10 illustre un premier mode de réalisation, compatible de la première et de la deuxième variante dans lequel la source laser LS et le 20 premier dispositif de conversion de fréquence FC-up sont deux éléments distincts. La figure 11 illustre la première variante avec une source laser comprenant un oscillateur, typiquement une diode laser, et au moins un amplificateur à fibre. 25 La figure 12 illustre le principe de pré-compensation du profil temporel de l'impulsion issue de la diode laser de départ. La figure 12a illustre l'effet de distorsion de l'amplificateur A sur la forme temporelle de l'impulsion initiale délivrée par l'oscillateur. La figure 12b illustre la pré-compensation temporelle de l'impulsion initiale, pour tenir compte de la présence de 30 l'amplificateur. La figure 13 donne un exemple du montage optique d'un système lidar selon l'invention implémentant la première variante combinée au premier mode de réalisation. La figure 14 illustre une source laser LS comprenant un oscillateur constitué 35 de deux diodes laser DL1, DL2 et d'au moins un amplificateur à fibre. 11 La figure 15 illustre un deuxième mode de réalisation du système LIDAR selon l'invention, également compatible de la première et de la deuxième variante, dans lequel la source laser est un laser en anneau. La figure 16 illustre un exemple du LIDAR selon l'invention selon ce mode de 5 réalisation les deux impulsions présentant une même fréquence. La figure 17 illustre un exemple du LIDAR selon l'invention selon ce mode de réalisation les deux impulsions présentant des fréquences différentes. La figure 18 illustre un procédé de détection d'une cible de type LIDAR selon l'invention. 10 La figure 19 illustre une variante du procédé selon l'invention La figure 20 illustre un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans lequel l'étape de génération du signal Sed d'émission-détection s'effectue avec une cellule électro-optique IM qui module l'intensité à l'intérieur de la cavité en ajustant le niveau des pertes, permettant au laser 15 de fonctionner selon des modes différents. La figure 21 illustre une option d'implémentation du mode de mise en oeuvre de la figure 20 La figure 22 illustre un ensemble de signaux d'émission détection selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention permettant de réaliser un 20 balayage fin de l'espace entre une distance minimum et une distance maximum. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 25 Un système LIDAR 10 selon l'invention est illustré figure 5. Le système 10 est classiquement configuré pour illuminer une cible T avec une impulsion d'illumination lm et pour récupérer une impulsion signal Is issue d'une réflexion/rétrodiffusion de l'impulsion d'illumination sur la cible. L'impulsion 30 signal Is présente une fréquence signal cos, égale à la fréquence de l'impulsion d'illumination loi. Le système LIDAR 10 comprend une source laser LS configurée pour générer un signal d'émission-détection Sed avec une fréquence (ou cadence) de répétition f. 12 Le signal Sed comprend une première impulsion 11 destinée à générer l'impulsion d'illumination présentant une première fréquence copi, puis une deuxième impulsion 12 séparée temporellement de la première impulsion d'un temps de séparation AT et présentant une deuxième fréquence C0p2. 5 La première impulsion 11 à partir de laquelle est générée l'impulsion d'illumination, présente une première durée T1 durée courte, la résolution spatiale du LIDAR dépendant de sa largeur temporelle. L'impulsion 11 conditionne la durée de l'impulsion d'illumination et donc de l'impulsion signal qui est détectée, T1 est donc choisi pour garantir une bonne résolution en 10 distance tout en restant compatible avec la bande passante des détecteurs visibles et infrarouge. Compte tenu des sources laser et des détecteurs actuels, la première durée T1 est typiquement comprise entre 0.1 ns et 100 ns. Le LIDAR 10 comprend en outre un premier dispositif de conversion de 15 fréquence FC-up configuré pour générer une impulsion convertie 1c à partir de l'impulsion signal Is et de la deuxième impulsion 12 par un procédé non linéaire de sommation de fréquence : l'impulsion convertie présente une fréquence convertie coc égale à la somme de la fréquence signal cos et de la deuxième fréquence cop2. ee-)s + C° p2 = et)c 20 Selon une variante préférée le premier dispositif de conversion de fréquence FC-up comprend un premier cristal non linéaire NLCu, typiquement tel que décrit sur les figures 2 ou 3. 25 Dans le LIDAR 10 selon l'invention c'est la même source laser LS qui génère l'impulsion utilisée pour l'émission 11 et l'impulsion utilisée pour l'UP conversion 12 par le biais du signal Sed, de façon répétitive. L'impulsion 12 est dirigée et injectée dans le dispositif FC-up selon différentes variantes décrites plus loin. 30 Contrairement à la référence précitée dans l'état de la technique, ce n'est pas ici la même impulsion qui est utilisée pour les deux fonctions, mais deux impulsions différentes d'un même signal temporel Sed délivré par la source laser LS. 13 La fréquence de répétition f du signal dépend de la portée recherchée puisqu'on ne souhaite pas envoyer un nouveau doublet d'impulsions avant d'avoir reçu le précédent. Donc c'est A T + T2 qui fixe la fréquence haute. Par exemple si on veut aller jusqu'à 100 km, on aura par exemple une 5 fréquence maximum de l'ordre de 1 kHz (660 ps + le temps de recharge le laser avant le nouveau doublet). Si on veut 10 km on peut aller jusqu'à 10 kHz, etc. Typiquement la fréquence de répétition f est comprise entre quelques Hz à quelques kHz suivant la portée recherchée. 10 Pour un fonctionnement optimal du LIDAR la durée T2 de la deuxième impulsion est relativement longue comparée à ri, soit T2 supérieure à T1. Le temps de séparation AT est déterminé à partir de la distance minimale dmin de détection de la cible souhaitée et la deuxième durée r2 est déterminée à 15 partir de la distance maximale dmax de détection de la cible souhaitée. Un exemple de signal Sed est illustré figure 6. Plus particulièrement le délai AT entre les deux impulsions 11 et 12 correspond à un AR de la lumière illuminant la cible à la plus petite distance dmin que l'on cherche à sonder et peut être calculé comme : 20 AT = 2.d m in/C C vitesse de la lumière Le délai AT-FT2 correspond à un AR de la lumière illuminant la cible à la plus grande distance dmax que l'on cherche à sonder et peut être calculé comme : Aa-n2 = 2.dmax/C C vitesse de la lumière 25 Si on veut par exemple couvrir une distance allant de 1 km à 100 km de la source LS, la deuxième impulsion 12 est générée 6,6 ps après la première et a une durée de 653,4 ps. 30 Le LIDAR 10 selon l'invention est indépendant du montage pour l'émission/réception : il est compatible d'un montage mono-statique (émission et réception du signal à cos par la même pupille de sortie) ou bistatique (émission et détection du signal par deux pupilles différentes). 14 Ainsi le LIDAR 10 selon l'invention détecte des objets le cas échéant à grande distance en utilisant une même source laser de pompage pour générer le signal à l'émission et le convertir à la réception. Cette source laser émet des impulsions successives de durées différentes adaptées 5 respectivement à l'émission et la réception. L'up conversion du signal retour permet l'utilisation d'un détecteur de plus grande détectivité ou bande passante. Selon une première variante du système LIDAR 10 selon l'invention illustré 10 figure 7 la source laser LS est configurée pour que les première et deuxième fréquences copi et c0p2 présentent une même valeur dénommée fréquence de pompe co,. Dans ce cas où les impulsions 11 et 12 ont une fréquence identique, il 15 convient de modifier la fréquence de l'impulsion d'illumination/signal. En effet lors de l'up conversion, le cristal NLCu réglé pour doubler la fréquence cop, doublera indistinctement la fréquence signal à (op et la deuxième impulsion également de fréquence cop on ne saura pas séparer à la sortie le signal 1s d'intérêt du signal 12 de même fréquence. 20 Le système LIDAR selon cette première variante comprend donc en outre un deuxième dispositif de conversion de fréquence FC-down configuré pour générer une impulsion utilisée comme impulsion d'illumination Id, à la fréquence signal cos , à partir de la première impulsion 11 à la fréquence de pompe cop par un procédé non linéaire de soustraction de fréquence. La 25 fréquence signal est modifiée par rapport à cop. Ce procédé fait intervenir une fréquence intermédiaire coi de sorte que : cos + coi = coi, La fréquence signal cos obtenue est égale à la fréquence de pompe cop moins la fréquence intermédiaire coi. L'impulsion courte 11 de fréquence de pompe 30 est convertie en une fréquence plus faible pour former le signal émis en direction de l'objet à détecter. Ce procédé est dénommé « down conversion ». 15 Préférentiellement le deuxième dispositif de conversion de fréquence FCdown comprend un deuxième cristal non linéaire NLCd tel que décrit figure 2 ou 3. Selon un mode de réalisation le cristal NLCd est disposé dans une cavité 5 résonnant à la fréquence signal cos et/ou à la fréquence intermédiaire coi . Ce type de système est dénommé oscillateur paramétrique ou OPO pour « optical parametric oscillator ». Selon un autre mode de réalisation compatible avec le mode de réalisation précédent, le deuxième dispositif de conversion illustré figure 8 comprend en 10 outre une diode laser signal DLs configurée pour illuminer le deuxième cristal non linéaire NLCd avec un faisceau présentant la fréquence signal cos, de sorte que ce faisceau soit amplifié dans le deuxième cristal non linéaire NLCd au fur et à mesure de sa propagation. Ce type de système est dénommé amplificateur paramétrique ou OPA pour « optical parametric 15 amplifier ». Le gain paramétrique des matériaux à QAP peut être très élevé lorsque la puissance crête de pompe est importante (> 60 dB) et permet d'obtenir un bon rendement de conversion de fflp vers cos. Un exemple compatible des sources lasers et dispositifs convertisseurs de 20 fréquence actuellement disponibles est une fréquence de pompe correspondant à une longueur sensiblement égale à 1 len, une fréquence signal cos correspondant à une longueur d'onde sensiblement égale à 1.5 pm et une fréquence convertie correspondant une longueur d'onde sensiblement égale à 0.6 pm. 25 Selon une deuxième variante illustrée figure 9 la source laser LS est configurée pour que la première fréquence copi et la deuxième fréquence c0p2 présentent une valeur différente. Dans ce cas il n'y a pas lieu de modifier la première fréquence avant d'illuminer la cible. La première impulsion 11 est 30 alors utilisée directement pour illuminer la cible (11=1;11) et la fréquence signal cos est égale à la première fréquence ()pi. Un exemple compatible des sources lasers et d'un dispositif d'up conversion de fréquence actuellement disponibles est une première fréquence 35 correspondant à une longueur 41=1,53 pm pour l'émission et une deuxième 16 fréquence correspondant à 42=1,60 pm pour le pompage de l'étage de détection. Cet écart est suffisant pour séparer le signal converti à 0,782 pm du doublage de fréquence parasite de la pompe à Àp2/2=0,8 pm. Ces deux longueurs d'ondes de pompe 41 et 42 sont compatibles par 5 exemple d'un amplificateur à fibre dopé erbium dont la bande de gain est comprise entre 1,53 et 1,61 pm typiquement. Si on part de 2 diodes laser, celles-ci peuvent donc être amplifiées avec le même amplificateur Selon un premier mode de réalisation, compatible des première et deuxième 10 variantes décrites ci-dessus, la source laser LS et le premier dispositif de conversion de fréquence FC-up sont deux éléments distincts, tel qu'illustré figure 10. Le système LIDAR comprenant alors un séparateur S configuré pour séparer spatialement la première impulsion 11 de la deuxième impulsion 12, afin que la deuxième impulsion puisse être injectée dans le premier 15 dispositif de conversion de fréquence FC-up. Dans ce cas avantageusement pour la première variante (11 et 12 présentant une même fréquence de pompe cop) la source laser LS est un système comprenant un oscillateur, typiquement une diode laser DL, et au moins un 20 amplificateur à fibre A, tel qu'illustré figure 11. De par leur longueur et le fort confinement de l'énergie, les amplificateurs à fibre permettent d'obtenir un gain significatif en simple passage. En mettant en cascade plusieurs amplificateurs à fibres, il est par exemple possible d'amplifier des impulsions ns de 0,1 W crête issues d'une diode laser 25 monomode jusqu'à 10-100 kW crête. Ces performances peuvent être obtenues vers 1 pm, 1,5 pm, ou 2 pm en utilisant des fibres respectivement dopées avec des ions Yb, Er, ou Tm. L'intérêt de cette configuration oscillateur diode / amplificateurs à fibres est que le profil temporel de la première et de la deuxième impulsion est 30 facilement réalisé par modulation directe du courant injecté dans la diode laser DL. Cependant la saturation du gain de l'amplificateur peut sévèrement modifier le profil temporel d'une longue impulsion (12). Mais il est possible de pré-compenser cet effet avec le profil de l'impulsion issue de la diode laser de 35 départ, comme illustré figure 12. 17 La figure 12a illustre l'effet de distorsion de l'amplificateur A sur la forme temporelle de l'impulsion initiale délivrée par l'oscillateur DL. La figure 12b illustre la pré-compensation temporelle de l'impulsion initiale, pour tenir compte de la présence de l'amplificateur. 5 La configuration oscillateur DL/amplificateur fibré est donc intéressante pour la génération d'un doublet d'impulsions avec des caractéristiques temporelles très différentes. L'amplification de la première impulsion 11 va dépleter l'inversion de population dans la fibre amplificatrice. Le taux d'inversion et donc le gain disponible pour la deuxième impulsion dépendra 10 du délai AT entre la première impulsion et le début de la deuxième impulsion. Le temps de pompage nécessaire pour saturer l'inversion de population est inférieur à la durée de vie du niveau laser excité. En réalité, et c'est particulièrement vrai pour les fibres compte tenu du confinement de l'énergie, ce temps peut être fortement réduit lorsque l'intensité de pompage excède 15 l'intensité de saturation de l'absorption. Par exemple, pour l'ion Yb, le temps de vie vaut environ 800 ps, mais le temps nécessaire pour obtenir une inversion de population maximum peut être diminué d'un facteur supérieur à 10 avec une puissance de pompage typique de quelques dizaines de Watts. L'énergie extractible sera néanmoins diminuée lorsqu'on cherche à observer 20 une région de l'espace proche (-km) avec une deuxième impulsion séparée d'une dizaine de ps de la première, et elle sera maximale si on souhaite par contre sonder une région éloignée correspondant à un délai AT > 100 ps. Cependant, on notera que le signal rétrodiffusé est d'autant plus faible que la distance d est grande (-d-4 lorsque l'éclairement est plus grand que la cible) 25 et qu'une puissance disponible plus importante pour les grandes distances tendra donc à minimiser la dynamique requise pour le détecteur. La technologie actuelle des lasers à fibre est compatible d'un système émettant à 1 pm (Yb), 1,5 pm (Er), ou 2 pm (Tm) avec 600 pJ/6 ns pour la 30 première impulsion 11 , soit 100 kW crête, et jusqu'à quelques dizaines de Watts crête pour la deuxième impulsion 12. La séparation spatiale des deux impulsions 11 et 12 peut être réalisée de différentes manières. 18 Selon une première option le séparateur S est un modulateur acoustooptique qui défléchit la deuxième impulsion. Selon une deuxième option la source laser LS est un système à fibres à maintien de polarisation, et le séparateur S est constitué d'un modulateur 5 électro-optique qui tourne de 900 la polarisation d'une impulsion par rapport à l'autre, et d'un cube polariseur en sortie. Une troisième option est d'utiliser deux diodes laser émettant sur des polarisations orthogonales pour chacune des impulsions du doublet constituant Sed, avec un système amplificateur à maintien de polarisation 10 (on utilise les axes lents et rapides des fibres) et de disposer un cube polariseur en sortie. La figure 13 donne un exemple du montage optique d'un système lidar 10 selon l'invention, implémentant la première variante combinée au premier 15 mode de réalisation (11 et 12 de même fréquence, source LS et dispositif FCup distincts), dans le cas d'un montage mono-statique (l'émission, et la réception du signal à oh se fait par la même pupille de sortie). Un montage bistatique est aussi possible. La première impulsion 11 du signal Sed émis par la source laser LS à la 20 fréquence (op, est focalisée dans un deuxième cristal non linéaire NLCd à quasi-accord de phase QAP dont la période Adown est adaptée à la génération d'un signal de fréquence inférieure cos. Ce convertisseur de fréquence est ici un oscillateur paramétrique ou OPO dans lequel le cristal est alors inséré dans une cavité résonante à cos. L'impulsion générée lin à (os 25 est ensuite dirigée vers la cible à l'aide d'un dispositif d'émission réception DER comprenant une optique adaptée. La séparation des signaux émis et reçus à cos se fait simplement et classiquement à l'aide d'une lame quart d'onde LÀ/4 et d'un polariseur PBS (le signal émis à cos est polarisé de façon rectiligne). 30 La deuxième impulsion 12 du doublet périodique à (op et le signal 1s à cos rétrodiffusé par la cible sont alignés et focalisés dans le premier cristal à QAP NLCu dont la période Aup est adaptée à la sommation de fréquence (oc= (Op + (Os. Le signal à (oc est ensuite extrait, filtré (filtre BPF) , et focalisé sur le détecteur D. Les détecteurs utilisés peuvent être des mono-détecteurs (APD, 35 compteurs de photons, ...) ou des caméras (CCD, CMOS...). 19 Pour la deuxième variante combinée au premier mode de réalisation (11 et 12 présentant deux fréquences différentes c)pi et cop2), avantageusement la source laser LS est un système comprenant un oscillateur constitué de deux 5 diodes laser DL1, DL2 et d'au moins un amplificateur à fibre A, tel qu'illustré figure 14. Les deux diodes laser émettent respectivement selon deux longueurs d'onde distinctes 41 et 42 correspondant respectivement à la première et à la deuxième fréquence, choisies de sorte qu'elles soient contenues dans la bande de gain de l'amplificateur (ion laser correctement 10 choisi). La diode laser DL1 est configurée pour réaliser le profil temporel de la première impulsion 11 et la diode laser DL2 est configurée pour réaliser le profil temporel de la deuxième impulsion 12 par modulation directe du courant injecté. Il est également possible de pré-compenser les signaux issus de DL1 et DL2. 15 Les faisceaux issus des deux diodes lasers sont injectés dans l'amplificateur à l'aide d'un mixeur Mix. La séparation spatiale de 11 et 12 à la sortie de LS peut être faite avec un séparateur S sous la forme d'un démultiplexeur de longueur d'onde, tel un 20 réseau de diffraction ou un miroir dichroïque. Concernant le dispositif d' « upconversion » FC-up, une puissance de pompe du laser LS de quelques dizaines de Watts peut constituer une limitation pour le rendement de l'opération de sommation de fréquence suivant les 25 longueurs d'ondes envisagées, la nature et les dimensions des cristaux non-linéaires. On augmente considérablement le rendement de conversion en insérant le cristal non-linéaire NLCu dans une cavité résonnante à (Op. Suivant le niveau de pertes optiques des cristaux on peut obtenir une augmentation de la puissance intra-cavité d'un facteur 10 à 100. Une 30 condition nécessaire est que la fréquence (op soit accordée sur une des fréquences de résonance de la cavité. Dans le cas d'une source laser LS de type oscillateur DL/amplificateur fibré, cette condition est simplement réalisée en contrôlant le courant et/ou la température de la diode laser DL au coeur du système de pompage fibré LS. 35 Une telle diode DL doit émettre un spectre suffisamment fin (- tc) il convient de commuter à nouveau les pertes pour empêcher le laser de fonctionner et emmagasiner de l'énergie pendant un temps proche de AT avant de commuter les pertes pour l'émission de l'impulsion 12 pendant le temps T2. Le procédé 60 selon l'invention comprend alors une 30 étape additionnelle 103 entre l'étape 102 de génération de 11 et l'étape 104 de génération de 12 consistant à empêcher le laser de fonctionner pendant Ar tel qu'illustré figure 21. 25 Selon une deuxième option le mode déclenché est un « cavity dumping » tel que défini plus haut. Le polariseur est ici un séparateur de polarisation PBS qui constitue un des miroirs de la cavité laser. A l'étape 101 la polarisation imposée par la cellule de Pockels est parallèle à 5 la polarisation transmise par le PBS. Les pertes sont maximales, le laser ne peut pas fonctionner, et le cristal laser pompé stocke de l'énergie. Dans cette deuxième option l'étape 102 comprend deux sous étapes, une première sous étape 102a de génération de l'impulsion 11 intracavité et une deuxième sous étape 102b d'extraction de l'impulsion 11. 10 Dans la première sous étape 102a la cellule de Pockels est subitement commutée pour minimiser les pertes en alignant la polarisation parallèlement à celle pour laquelle le PBS est fortement réfléchissant, ce qui permet la création par émission stimulée d'une impulsion géante intra cavité, correspondant à 11. 15 Lorsque la puissance crête de l'impulsion atteint son maximum, dans une deuxième sous étape 102b la polarisation est tournée de 90° à l'aide de la cellule de Pockels, cette polarisation étant transmise par le PBS, et l'impulsion est extraite de la cavité via le PBS. 20 A l'étape 104, la cellule de Pockels est alors de nouveau activée pour minimiser les pertes et un signal laser continu s'établit intra cavité et forme la deuxième impulsion, pendant un temps T2. De même que précédemment une variante consiste à, préalablement à la génération de 12, maximiser les pertes pendant un temps AT (étape 103) si 25 celui-ci est grand devant le temps tc d'établissement de l'oscillation continue. Puis les pertes sont de nouveau maximisées pour re-pomper le cristal laser et un nouveau cycle peut commencer. Selon un mode de réalisation, le procédé 60 réalise un balayage fin de 30 l'espace entre une distance minimum dmin et une distance maximum dmax avec une série de N signaux Sed présentant une deuxième impulsion 12' plus courte que l'impulsion 12 permettant de couvrir par sa durée l'espace entre dmin et dmax. Dans ce mode de réalisation la deuxième impulsion 12' est plus courte et est séparée d'un temps de séparation variable, de manière à 35 simuler une impulsion 12 plus longue sur un cycle de N signaux Sed. 26 Pour cela l'étape 100 de génération du signal d'émission réception consiste à générer périodiquement un ensemble de N signaux d'émission réception Sed(i) , i indice variant de 0 à N-1, dont le temps de séparation At(i) varie de manière incrémentale d'un signal d'émission réception au suivant, tel 5 qu'illustré figure 22. Soit AT2' la durée de 12' pour ce mode de réalisation. Soit AT2 la durée de l'impulsion 12 permettant de couvrir par sa durée l'espace entre dmin et dmax. On a AT2' REVENDICATIONS1. Système LIDAR (10) configuré pour illuminer une cible avec une impulsion d'illumination et pour récupérer une impulsion signal (1s) issue d'une réflexion de l'impulsion d'illumination sur la cible, les impulsions d'illumination 5 et signal présentant une même fréquence signal (os), le système LIDAR comprenant : - une source laser (LS) configurée pour générer un signal d'émission-détection (Sed) avec une fréquence de répétition f, ledit signal d'émission-détection comprenant une première impulsion (11) destinée à générer 10 l'impulsion d'illumination et présentant une première fréquence (cop1) puis une deuxième impulsion (12) séparée temporellement de la première impulsion d'un temps de séparation (Ar) et présentant une deuxième fréquence (cop2), - un premier dispositif de conversion de fréquence (FC-up) configuré pour 15 générer une impulsion convertie (Ic) à partir de l'impulsion signal (1s) et de la deuxième impulsion (12) par un procédé non linéaire de sommation de fréquence, l'impulsion convertie présentant une fréquence convertie (coc) égale à la somme de la fréquence signal (cos) et de la deuxième fréquence (E)p2). 20 2. Système LIDAR selon la revendication 1 dans lequel la première impulsion présente une première durée (T1) et la deuxième impulsion présente une deuxième durée (r2) supérieure à la première durée (T1), et dans lequel le temps de séparation (Ar) est déterminé à partir d'une distance minimale 25 (dmin) de détection de la cible souhaitée et la deuxième durée (T2) est déterminée à partir d'une distance maximale (dmax) de détection de la cible souhaitée. 3. Système LIDAR selon les revendications 1 ou 2 dans lequel le premier 30 dispositif de conversion de fréquence (FC-up) comprend un premier cristal non linéaire (NLCu). 28 4. Système LIDAR selon la revendication 3 dans lequel le premier cristal non linéaire (NLCu) est disposé dans une cavité résonnant à la deuxième fréquence (00p2). 5. Système LIDAR selon les revendications précédentes dans lequel la source laser (LS) est configurée pour que la première fréquence (wri) et la deuxième fréquence (0)p2) présentent une même valeur dénommée fréquence de pompe (cop), le système LIDAR comprenant en outre un deuxième dispositif de conversion de fréquence (FC-down) configuré pour générer l'impulsion d'illumination (1;11) à la fréquence signal (cos) à partir de la première impulsion (11) à la fréquence de pompe (cor) par un procédé non linéaire de soustraction de fréquence, la fréquence signal (cos) obtenue étant égale à la fréquence de pompe (cor) moins une fréquence intermédiaire (coi). 6. Système LIDAR selon la revendication 5 dans lequel le deuxième dispositif de conversion de fréquence (FC-down) comprend un deuxième cristal non linéaire (NLCd). 7. Système LIDAR selon la revendication 6 dans lequel le deuxième dispositif de conversion de fréquence comprend en outre une diode laser signal (DLs) configurée pour illuminer le deuxième cristal non linéaire (NLCd) avec un faisceau présentant la fréquence signal de sorte que ce faisceau soit amplifié dans le premier cristal non linéaire au fur et à mesure de sa propagation. 8. Système LIDAR selon l'une des revendications 6 ou 7 dans lequel le deuxième cristal non linéaire (NLCd) est disposé dans une cavité résonnant à la fréquence signal (cos) et/ou à la fréquence intermédiaire (0);) et forme un oscillateurparamétrique (0P0). 9. Système LIDAR selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel la source laser (LS) est configurée pour que la première fréquence (cop1) et la deuxième fréquence (wp2) présentent une valeur différente, et dans lequel la fréquence signal (cos) est égale à la première fréquence. 29 10. Système LIDAR selon l'une des revendications précédentes dans lequel la source laser (LS) et le premier dispositif de conversion de fréquence (FCup) sont deux éléments distincts, le système LIDAR comprenant en outre un séparateur (S) configuré pour séparer spatialement la première impulsion de 5 la deuxième impulsion, afin que la deuxième impulsion puisse être injectée dans le premier dispositif de conversion de fréquence (FC-up). 11. Système LIDAR selon la revendication précédente dans lequel la source laser (LS) est un système comprenant un oscillateur et au moins un 10 amplificateur à fibre. 12. Système LIDAR selon la revendication précédente dans lequel l'oscillateur comprend au moins une diode laser (DL, DL1, DL2) configurée pour réaliser un profil temporel de la première et/ou de la deuxième 15 impulsion par modulation directe du courant injecté dans ladite diode laser. 13. Système LIDAR selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel la source laser (LS) est un laser en anneau (RG) présentant une cavité laser et comprenant une cellule électro-optique (IM) pour moduler l'intensité à 20 l'intérieur de la cavité laser, et dans lequel le premier cristal non-linéaire (NLCu) est disposé dans la cavité laser dudit laser en anneau. 14. Système LIDAR selon la revendication précédente dans lequel ladite 25 cellule (IM) est en outre configurée de sorte que la première impulsion (11) et la deuxième impulsion (12) présentent deux polarisations orthogonales, un miroir de la cavité laser étant un séparateur de polarisation (PBS) configuré pour transmettre la polarisation correspondant à la première impulsion, permettant l'extraction de ladite première impulsion de la cavité laser. 30 15. Procédé (60) de détection d'une cible de type LIDAR comprenant les étapes consistant à: -générer (100) périodiquement à partir d'une source laser unique, un signal d'émission-détection (Sed), le signal d'émission-détection comprenant une 35 première impulsion (11) présentant une première fréquence (41) puis une 30 deuxième impulsion (12) présentant une deuxième fréquence (cop2) et étant séparée de la première impulsion d'un temps de séparation (AT) et, - illuminer (110) une cible avec une impulsion d'illumination (lm) obtenue à partir de la première impulsion (11), 5 -recevoir (120) une impulsion signal (ls) issue d'une réflexion de l'impulsion d'illumination sur la cible, les impulsions d'illumination et signal présentant une même fréquence signal (ws), -générer (130) une impulsion convertie (1c) à partir de l'impulsion signal (ls) et de la deuxième impulsion (12) par un procédé non linéaire de sommation 10 de fréquence, l'impulsion convertie présentant une fréquence convertie (coc) égale à la somme de la fréquence signal (cos) et de la deuxième fréquence (E0p2), - détecter (140) l'impulsion convertie. 15 16. Procédé (60) selon la revendication précédente dans lequel la première fréquence (41) et la deuxième fréquence (o1) présentent une même valeur dénommée fréquence de pompe (0op2), le procédé comprenant en outre une étape (106) consistant à générer l'impulsion d'illumination (1;11) à la fréquence signal (cos) à partir de la première impulsion (11) par un procédé non linéaire 20 de conversion de fréquence, la fréquence signal (cos) obtenue étant égale à la fréquence de pompe (cop) moins une fréquence intermédiaire (coi). 17. Procédé selon l'une des revendications 15 ou 16 dans lequel l'étape de génération du signal d'émission-détection et l'étape de génération de 25 l'impulsion convertie sont réalisées par une même source laser présentant une cavité laser en anneau, l'étape de génération du signal d'émission-détection (100) s'effectuant avec une cellule électro-optique (IM) modulant l'intensité à l'intérieur de la cavité et l'étape de génération de l'impulsion convertie (130) s'effectuant dans la 30 cavité laser avec un cristal non linéaire (NLCu) disposé intracavité, et dans lequel l'étape (100) de génération du signal d'émission-détection comprend les sous étapes consistant à: - stocker (101) de l'énergie dans la cavité, la cellule électro-optique étant configurée pour empêcher le laser de laser, 31 - générer et extraire de la cavité (102) la première impulsion (11), la cellule électro-optique étant configurée pour que le laser fonctionne en mode déclenché, - générer (104) la deuxième impulsion (12), la cellule électro-optique étant 5 configurée pour que le laser fonctionne en mode continu ou quasi-continu pendant la durée souhaitée de la deuxième impulsion, - reboucler à l'étape de stockage, de manière à entamer un nouveau cycle de génération du signal d'émission. 10 18. Procédé selon la revendication 17 comprenant en outre, entre l'étape (102) de génération et d'extraction de la première impulsion et l'étape (104) de génération de la deuxième impulsion, une étape (103) consistant à empêcher le laser de fonctionner pendant un temps correspondant au temps de séparation. 15 19. Procédé selon l'une des revendications 17 ou 18 dans lequel l'étape (102) de génération et d'extraction de la première impulsion (11) s'effectue à l'aide d'un séparateur de polarisation (PBS) constituant un des miroirs de la cavité laser, ladite étape comprenant une première sous étape (102a ) de 20 génération de l'impulsion 11 intracavité et une deuxième sous étape (102b) d'extraction de l'impulsion 11. 20. Procédé selon l'une des revendications 15 à 17 dans lequel l'étape de génération du signal d'émission réception consiste à générer périodiquement 25 un ensemble de N signaux d'émission réception dont le temps de séparation (Ati) varie de manière incrémentale d'un signal d'émission réception au suivant. 30