LU87882A1 - Camera ultrarapide pour visualiser le profil d'intensite d'une impulsion laser - Google Patents

Description

Caméra ultrarapide pour visualiser le profile d'intensité d'une impulsion laser L'invention se réfère à une caméra à balayage de fente ultra-rapide (streak caméra) pour visualiser le profile d'intensité d'une impulsion laser.

Pour l'étude des phénomènes transitoires, on sait générer des -10 impulsions laser d'une durée très brève de l'ordre de 10 sec. La connaissance exacte du profile d'intensité de cette impulsion y est très importante. On l'obtient jusqu'ici par une caméra à balayage de fente qui comporte dans une enceinte sous vide une photocathode, une grille d'extraction, des électrodes de focalisation, des plaques de déflection et un écran de visualisation. L'impulsion laser à analyser est appliquée à travers un substrat transparent de la photocathode, qui, en réponse, émet des électrons. Ceux-ci sont alors soumis au champ électrique appliqué entre la cathode et la grille d'extraction. Ils sont accélérés, passent à travers un trou dans une anode de focalisation et sont enfin défléchis par des plaques de déflection, qui reçoivent une tension en dent de scie. Sur l'écran, on peut alors visualiser la distribution temporelle des photons de l'impulsion laser qui frappent la photocathode. L'invention a pour but de proposer une caméra permettant -10 d'analyser des impulsions d'une durée inférieure a 10 sec, c'est-à-dire ayant une réponse temporelle d'une picoseconde et même moins.

Ce but est atteint selon l'invention en remplaçant la photocathode de type semiconducteur par au moins une pointe métalli- que et en envoyant l'impulsion laser dans une zone située en face de cette pointe.

En ce qui concerne des exemples de mise en oeuvre de l'invention, référence est faite aux revendications secondaires. L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation et des dessins annexés.

La figure 1 montre schématiquement et en coupe axiale une caméra selon l'invention.

La figure 2 représente une variante de l'émetteur d'électrons selon la figure 1.

Sur la figure 1, on voit une enceinte 1, qui est susceptible d'être mise sous vide d'environ 10 Torr et qui comporte, centrés sur un axe 2, une aiguille métallique 3, une grille d'extraction 4, une anode de focalisation 5 ayant un trou central, des plaques de déflection 6 et enfin un écran de visualisation 7, en phosphore, par exemple. Les différents organes sont reliés à des sources de tension électrique adéquats pour assurer leurs fonctions conventionelles respectives. En particulier, l'aiguille 3 est connectée à un générateur 8 et une impulsion électrique qui est synchronisée avec l'impulsion optique à analyser. Cette dernière provient d'un laser 9 placé hors de l'enceinte 1 et dirigeant son faisceau 13 à travers une fenêtre 10 vers une zone située en face de l'aiguille 3. L'amplitude de l'impulsion électrique fournie par le générateur 8 est choisie légèrement inférieure à un seuil auquel se produit une émission spontanée d'électrons de 1'aiguille.

Cette émission n'est enfin obtenue que par l'application simultanée de cette impulsion électrique et du faisceau optique provenant du laser 9, l'émission d'électrons correspondant alors assez fidèlement au profil temporel de l'impulsion optique. La réalisation directe, à partir d'un laser seul, d'un champ électrique, d'une intensité telle qu'il se produit un effet tunnel et une émission d'électrons, nécessiterait des 11 puissances importantes de l'ordre de 1,3.10 W/cm2 alors que l'action conjointe de l'impulsion électrique et de l'impulsion optique fait qu'une puissance optique du faisceau de l'ordre c, de lO^W/cm2 suffit pour déclencher l'effet tunnel. L'invention permet donc de réduire la puissance du faisceau laser à analyser et donc d'améliorer la résolution temporelle de l'analyse.

La figure 2 représente une variante par rapport à l'aiguille 3 de la figure 1. On y voit en effet un substrat 11 en métal bon conducteur qui est relié comme précédemment au générateur 8 à travers la paroi de l'enceinte 1. Ce substrat comporte une surface d'émission 12 ayant une certaine rugosité microscopique du substrat, de sorte qu'il y a une pluralité de pointes susceptibles d'émettre des électrons. On a observé que le seuil d'émission est bien plus bas lorsque la surface est rugueuse, car le champ électrique local au sommet d'une pointe aigue est d'un facteur B plus grande que le champ microscopique moyen autour de cette pointe, le facteur B pouvant at-A teindre 10". L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus. Ainsi, il n'est pas obligatoire que le faisceau laser intersecte l'axe 2 à 90°. En choisissant par exemple un angle de 45° avec la surface d'émission rugueuse, on obtient une émission de champ impulsionnel accompagnée d'une photoémission. On peut en outre remplacer le générateur d'impulsions 8 par une source de tension continue, mais dans ce cas il faut réduire cette tension pour éviter des décharges involontaires avant que l'impulsion laser soit déclenchée.

Claims (3)

1. Caméra ultrarapide pour visualiser le profile d'intensité d'une impulsion laser, comportant dans une enceinte sous vide une photocathode, une grille d'extraction, des électrodes de focalisation, des plaques de déflection et un écran de visualisation, caractérisée en ce que l'émetteur d'électrons est constitué d'au moins une pointe métallique (3, 12) et de moyens {9,10) pour envoyer ladite impulsion laser (13) dans une zone située en face de cette pointe.

2. Caméra selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'émetteur comporte une pluralité de pointes définissant une surface rugueuse (12) d'un support métallique (11) (figure 2).

3. Méthode de mise en oeuvre de la caméra selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tension électrique d'extraction appliquée entre la grille d'extraction et les pointes est une impulsion électrique qui définit une fenêtre autour de l'impulsion laser à visualiser, l'amplitude de cette impulsion électrique étant choisie légèrement inférieure à celle nécessaire pour causer toute seule une émission d'électrons.