FR2860120A1 - Procede et dispositif d'analyse d'un signal optique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure d'un signal lumineux reçu quelconque.Le dispositif comporte un générateur d'un train d'impulsions brèves (11), à haute fréquence, la forme temporelle de chacune desdites impulsions ayant une relation déterministe connue avec la forme temporelle du signal lumineux reçu quelconque (13). Il comporte également un analyseur du train d'impulsions brèves (12) par un procédé d'analyse d'impulsion périodique ledit analyseur appliquant aux impulsions une relation inverse de ladite relation déterministe de façon à fournir la mesure de la forme temporelle du signal lumineux reçu (13).Ainsi le dispositif bénéficie des avantages et performances du dispositif d'analyse d'impulsions périodiques (22).

Description

L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de mesure de la forme

temporelle d'un signal lumineux limité dans le temps. Plus précisément, elle permet l'analyse de phénomènes optiques impulsionnels asynchrones ou épisodiques ou non récurrents ou à faible occurrence. A cet effet, elle exploite

les avantages et qualités d'un procédé et d'un équipement dédié à l'analyse de signaux "impulsionnels répétitifs".

Ces procédé et dispositif sont bien adaptés à la mesure de signaux lumineux dans le domaine spectral s'étendant de l'infrarouge au rayonnement X, lorsque des résolutions temporelles élevées, inférieures à la picoseconde et pouvant aller jusqu'à quelques dizaines de femtosecondes, sont recherchées. On peut obtenir une sensibilité de quelques photons et une dynamique comprise entre 104 et 106.

Jusqu'à présent les analyses de signaux lumineux brefs, dans ce domaine spectral sont réalisées par des caméras à balayage de fente. Dans les caméras à balayage de fente un évènement unique est directement imagé sur un écran au phosphore puis ensuite repris optiquement sur une caméra CCD. Il en résulte une relative simplicité d'exploitation, cependant, la reprise d'image par phosphore et par caméra CCD dégrade intrinsèquement la sensibilité et la dynamique du dispositif. Ce type d'équipement à des performances insuffisantes pour certaines applications.

Le but de la présente invention est un procédé et un dispositif d'analyse qui fonctionne aussi bien à faible qu'à fort signal et offre une excellente résolution, sensibilité et dynamique dans la détermination de la forme temporelle du signal.

Pour atteindre ce but, selon le procédé et le dispositif de l'invention, un train d'impulsions brèves, à haute fréquence est généré, la forme temporelle de chacune desdites impulsions ayant une relation déterministe connue avec la forme temporelle du signal lumineux reçu, - le train d'impulsions brèves est analysé par un procédé d'échantillonnage électro-optique ultra rapide d'impulsions périodiques, auquel est ajoutée, si nécessaire, une étape appliquant aux échantillons une relation inverse de ladite relation déterministe de façon à fournir la mesure de la forme temporelle du signal lumineux reçu.

Dans différents modes de réalisation particuliers, présentant chacun des 35 avantages spécifiques: - le train d'impulsions brèves est généré par prélèvements successifs d'énergie du signal lumineux reçu. Cela peut être réalisé en mettant en oeuvre un composant électro-optique, électro-acoustique, électro- mécanique ou un composant optique à réflexion totale réalisant les prélèvements successifs.

- le train d'impulsions brèves est généré par répartition. Cela peut être réalisé en mettant en oeuvre une succession d'interféromètres, une succession de miroirs faiblement réfléchissants ou une succession de diviseurs 1 vers N assurant ladite répartition, - le train d'impulsions brèves est généré par filtrage, io - l'analyseur de train d'impulsions comprend un analyseur d'impulsions brèves.

L'invention implique donc l'intégration d'un générateur de train d'impulsions à partir d'impulsion unique (ou faiblement récurrentes) à mesurer avec un analyseur haute cadence d'impulsions lumineuses périodiques.

On entend par - générateur de train d'impulsions à partir d'un impulsion unique -, un dispositif qui à partir d'une impulsion d'entrée génère en sortie une série d'impulsions avec une répartition temporelle connue.

Préférentiellement, cette répartition est périodique. Dans tous les cas, il doit exister une relation déterministe entre la forme temporelle de chaque impulsion de sortie et la forme temporelle de l'impulsion d'entrée.

On entend par - analyseur haute cadence d'impulsions lumineuses brèves un dispositif électro-optique capable de mesurer l'enveloppe lumineuse d'une impulsion lumineuse périodique, par échantillonnage stroboscopique ultra-bref permettant de collecter un ou plusieurs échantillons temporels à l'intérieur de chaque impulsion.

On entend par - impulsion lumineuse brève- une impulsion lumineuse de durée inférieure à typiquement quelques centaines de picosecondes.

- Intégration -, signifie une mise en oeuvre d'éléments concernés avec des éléments connexes par exemple électroniques ajoutés.

Différents modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après en référence aux dessins sur lesquels: La figure 1 représente un dispositif d'analyse d'un train d'impulsions brèves périodiques de l'art antérieur.

La figure 2 représente le principe de démultiplication du signal lumineux 35 reçu quelconque, selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 3 représente un générateur d'un train d'impulsions brèves à partir d'élément électro-optique, selon un premier mode de réalisation de l'invention.

La figure 4 représente un générateur de train d'impulsions brèves à partir 5 d'élément acousto-optique, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

La figure 5 représente un générateur de train d'impulsions brèves à partir d'élément électro-mécanique, selon un troisième mode de réalisation de l'invention.

io La figure 6 représente un générateur de train d'impulsions brèves par réflexion totale, selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.

La figure 7 représente schématiquement le signal en sortie des moyens de traitement après application de la relation inverse sur des trames d'échantillonnages d'un train d'impulsions brèves.

La figure 8 représente un interféromètre pour la génération de 16 impulsions selon un cinquième mode de réalisation de l'invention.

La figure 9 représente un générateur d'un train d'impulsions brèves par répartition selon un sixième mode de réalisation de l'invention.

La figure 10 représente un générateur d'un train d'impulsions brèves en optique guidée selon un dixième mode de réalisation de l'invention.

La figure 11 représente une technique de prise de mesure de référence (dans ce cas, une par période optique).

La Figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif d'analyse d'un train d'impulsions brèves périodiques de l'art antérieur. Ce dispositif comprend deux parties, une section "imageur" 1 et une section "multiplicateur" 2 séparées par une fente étroite 3. La première section 1 comporte une photocathode 4 transformant un photon incident en électron, des électrodes de focalisation 5 et des plaques de déflection électrostatiques 6 situées entre la photocathode 4 et ladite fente 3. La section "multiplicateur" 2 comprend des moyens d'amplification électronique 7 à très fort gain (>106) et à très faible bruit de type dynode, par exemple. Elle comprend également une anode 8.

Ce dispositif permet une analyse très rapide et très fine d'un signal optique périodique de fréquence F. Son principe général qui est celui de l'oscilloscope électronique transposé au domaine optique, repose sur l'échantillonnage temporel à la fréquence F+dF du signal générant un effet de battement et permettant ainsi d'isoler un échantillon du signal par période d'analyse, encore appelé trame d'analyse. L'ensemble de la forme temporelle du signal périodique est reconstitué de manière stroboscopique. Le cas le plus favorable étant celui où dF est un sous multiple de F. Le dispositif d'analyse de train d'impulsions brèves périodiques connu, tel que décrit dans les articles de E. ZININ cités en référence (Nuclear Instrumentation Method 208 (1983) 439-441 et IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol NS 30 (1983) 2348, permet une analyse très rapide et très fine io d'un signal optique répétitif de fréquence F. On appellera par la suite un "analyseur d'impulsions brèves", par exemple, un tel dispositif d'analyse de train d'impulsions brèves périodiques, connu sous le nom de FEMSCAN, lequel permet à la fois de disposer: - d'un système extrêmement simple en matière de traitement de signal: chaque échantillon est traité à la fréquence d'analyse (très inférieure à la bande passante intrinsèque du dispositif) - d'un système extrêmement performant (excellente résolution temporelle puisque l'on utilise le système uniquement sur l'axe optique: résolution subpicoseconde (entre 10 Picosecondes et 100 Femtosecondes) d'un système extrêmement sensible car derrière l'échantillon unique (filtré par le filtre spatial) on profite d'une amplification électronique à très fort gain (>106) et à très faible bruit (de type dynode par exemple).

La contrainte majeure de ce dispositif réside toutefois dans la synchronisation de chaque trame d'analyse 9 sur le signal de référence périodique de façon à échantillonner correctement le signal périodique 10 pour reconstituer le signal global échantillonné en cumulant les analyses des trames successives. Ce système ne fonctionne donc que sur un signal répétitif 10 et nécessite une horloge et une synchronisation externe. Celle-ci peut-être le cas échéant le signal lui-même, dans ce cas on prélève par traitement optoélectronique la fréquence du signal lumineux.

Par essence le signal reconstitué a un caractère statistique puisque il est issu de l'échantillonnage de phénomènes périodiques successifs. Les fréquences maximales d'utilisation de ce dispositif sont de l'ordre de plusieurs centaines de MHz.

On constate donc que ce dispositif d'analyse d'un train d'impulsions brèves périodiques n'est pas adapté aux signaux non récurrents ou à faible récurrence par rapport à F. Un objet de la présente invention est un dispositif de mesure de ces signaux.

La figure 2 représente schématiquement un tel dispositif de mesure dans un mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif comprend un générateur d'un train d'impulsions brèves 11 couplé à un analyseur 12 du train d'impulsions brèves par un procédé d'analyse d'impulsion périodique. Le signal lumineux reçu quelconque 13 par le dispositif de mesure est envoyé en premier lieu vers le générateur d'un train d'impulsions brèves 11 transformant le signal lumineux reçu 13 en un signal répétitif à haute fréquence 14. On entend ici par signal lumineux quelconque , par exemple un phénomène optique impulsionnel asynchrone ou épisodique ou à faible taux de répétition. De préférence, le signal 14 créé par le générateur d'un train d'impulsions brèves 11 est périodique avec une fréquence F. Une propriété indispensable de ce générateur de train d'impulsions brèves 11 est que le signal répétitif 14 est composé d'une série d'impulsions dont la forme temporelle est déterminée par la forme temporelle de l'évènement quelconque et la fonction de transfert du générateur lui-même. La forme temporelle de chacune desdites impulsions a donc une relation déterministe connue avec la forme temporelle du signal lumineux reçu quelconque 13.

La figure 2a) montre ce dispositif de mesure dans le cas où le train d'impulsions brèves 14 est généré par prélèvement de fractions du signal lumineux quelconque au sein du générateur 11. Le signal lumineux quelconque 13 reçu par le dispositif de mesure entre dans un piège à lumière au travers d'un coupleur actif 15 en position transmission . Une faible partie du signal lumineux quelconque 14 (typiquement 1%) est prélevé par une lame de prélèvement 16 en amont et envoyé vers un détecteur 17. Ce détecteur 17 est par exemple une photodiode rapide. Ce détecteur 17 génère alors un signal de commande 18 qui ferme le coupleur actif 15 (celui-ci passe en mode réfléchissant), après le passage du signal lumineux quelconque 13 dans le coupleur actif 15. Pendant ce temps le signal lumineux quelconque poursuit son parcours suivant un premier chemin optique 19 défini soit par une fibre, un espace libre, un milieu guidé ou autre, jusqu'à un dispositif optique semi réfléchissant 20 de coefficient de transmission T%. Ce dispositif optique 20 permet alors à T% d'énergie du signal lumineux quelconque 13 de sortir du générateur 11 suivant un deuxième chemin optique 21 et à (1-T)% de repartir en sens inverse à travers le premier chemin optique 19 vers le coupleur 15 qui est alors en position réfléchissante , ce rayonnement est de nouveau renvoyé vers le dispositif optique 20 semi réfléchissant suivant ledit premier chemin optique 19 générant à nouveau un rayonnement réfléchi et un signal transmis. De cette manière on est capable de générer un signal répétitif selon le deuxième chemin optique 21 dont la fréquence F est donnée par la dimension physique du piège à lumière . Puisque la lumière traversant le générateur de train Io d'impulsions brèves 11 ne rencontre pas de milieu amplificateur, il en résulte une répartition de l'énergie de l'impulsion d'entrée sur la série d'impulsions générées, le signal est donc d'intensité décroissante selon la loi exponentielle (1-T%) NT%.

A la sortie du générateur 11, le train d'impulsions brèves 14 est envoyé vers ledit analyseur 12 du train d'impulsions brèves (Figure 2 b). Cet analyseur 12 applique aux impulsions une relation inverse de ladite relation déterministe de façon à fournir la mesure de la forme temporelle du signal lumineux reçu quelconque à l'entrée du dispositif de mesure. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'analyseur 12 d'un train d'impulsions comprend un analyseur d'impulsions brèves 22. L'analyseur 12 comprend également un oscillateur interne 23 qui "pré synchronise" l'analyseur d'impulsions brèves sur lui-même via la fréquence F1 = N x F dF. Ce signal de synchronisation est amplifié via un ampli résonnant 24 et transformé en une haute tension, typiquement plusieurs KV, via un amplificateur radiofréquence de puissance 25 qui commande une rampe (signal périodique dont une partie peut raisonnablement être assimilée à une droite) à la fréquence F1. L'analyseur 12 comporte également un générateur 26 qui alimente les moyens d'amplification électronique 27 de l'analyseur d'impulsions brèves 22 servant à l'amplification du signal échantillonné.

Lorsque le train d'impulsions brèves 14 émis par ledit générateur 11 est mesuré par l'analyseur d'impulsions brèves 22, le signal de sortie est envoyé vers des moyens de traitement du signal 28. Dans un mode de réalisation particulier, ces derniers comprennent, par exemple une carte de numérisation et de traitement activée au moyen du signal de commande 18 généré par le détecteur 17. Cette carte de numérisation et de traitement 28 permet de reconstituer le signal global échantillonné en cumulant les analyses des trames successives et en appliquant "un traitement inverse" permettant de retrouver l'enveloppe du signal à mesurer. Une horloge et une synchronisation externe 29 sont alors nécessaires.

Ces moyens de traitement 28 du signal de sortie de l'analyseur 22 envoient un signal vers des moyens de visualisation 30, par exemple, un écran ou sur une liaison numérique.

La fréquence F 1 et la décroissance en intensité du train d'impulsions brèves 14 étant obtenues de construction grâce aux caractéristiques optogéométriques dudit générateur 11, il est aisé de calibrer le dispositif de mesure pour permettre une analyse extrêmement précise des signaux lumineux quelconques.

Plusieurs types de composants permettant la génération d'une série d'impulsions à partir d'une impulsion unique vont être maintenant décrits, des systèmes travaillant par prélèvement, d'autres par répartition, ou encore par filtrage.

Génération de train d'impulsions par prélèvement Dans ce premier cas, le signal pénètre dans une boucle optique et une 20 partie du signal est prélevé à chaque tour.

a) Prélèvement à partir d'élément électro-optique La figure 3 montre de manière schématique la génération d'un train d'impulsions à partir d'un signal lumineux quelconque 13 par prélèvement à partir d'un élément électro-optique 30. Trois cas peuvent se présenter: soit la lumière 13 est totalement, partiellement ou non polarisée. Dans le 1e" cas, une partie du signal lumineux quelconque 13 est extraite avec une lame 31 ne réfléchissant qu'un faible pourcentage dudit signal (1%). Dans les deux autres cas, un polariseur type Glan-Thomson permet de transmettre un état de polarisation et de réfléchir l'autre état de polarisation. Un dispositif amont sera alors mis en place afin d'ajuster les axes de polarisation de la lumière avec ceux du polariseur.

Quelque soit l'état de polarisation de la lumière incidente 13, la lame 31 permet de transmettre une lumière totalement polarisée sur un Brewster 32 et une faible portion du signal lumineux quelconque 13 sur une photodiode de détection 33. On appelle ici - un Brewster 32 - un élément du type prisme de Glan qui réfléchi un premier état de polarisation et transmet l'autre état. Dans ce cas, suite à une première réflexion, la lumière passe à travers un élément électro-optique 34 qui à l'état ON transforme l'état de polarisation s en un état circulaire 35. Notons que l'élément électro-optique 34 qui se comporte comme une lame quart d'onde à l'état ON peut avantageusement être remplacé par un rotateur de Faraday à l'état ON.

L'état circulaire 35 ainsi généré est modifié en son état orthogonal par réflexion sur un miroir totalement réfléchissant 36 pour ensuite être transformé en polarisation p en retraversant l'élément électro-optique 34. L'état ON est déclenché par le signal de commande 37 émanant de la photodiode de détection 33. Cet état est valable pour un seul passage aller-retour dans la lame 31. A l'état OFF, l'élément électro-optique 34 est totalement transparent.

A l'état OFF, nous nous retrouvons avec un signal lumineux quelconque 13 dont l'état de polarisation lui permet d'effectuer des allers-retours dans la cavité oscillante formée par le miroir totalement réfléchissant 36 et un miroir semi-réfléchissant de sortie 38. Soit N, le nombre d'allers-retours dans la cavité, l'impulsion N émergeant de la cavité sort avec une énergie (1-T%)NT% en considérant que les autres éléments optiques ne présentent pas de perte.

Dans un mode de mise en oeuvre particulier, l'analyseur d'impulsions brèves fonctionne à une fréquence de 100 MHz. Le train d'impulsions brèves peut avoir une fréquence F proche d'où des allers-retours correspondant à un chemin optique de 3m. Selon les indices des différents éléments optiques composant la cavité, la distance séparant les miroirs totalement réfléchissant 36 et semi-réfléchissant 38 est comprise entre 1 à 1,5 m dans l'air (cette distance peut être réduite par repliements ou en utilisant d'autres milieux de propagation que l'air).

b) Prélèvement à partir d'élément Acousto-optique L'élément Brewster 32 est ici remplacé par un élément acousto-optique 39 (Figure 4). La propriété de cette élément acousto-optique 39 est de diffracter dans les ordres +/-1 la lumière, c'est-à-dire qu'il transmet la lumière avec un angle de déviation par rapport à l'angle incident. Les mêmes références qu'à la Figure 3 indiquent les mêmes éléments. L'état ON de ce dispositif est déclenché par la photodiode 33. L'élément acousto-optique 39 doit être revenu à l'état OFF avant le second passage du signal lumineux quelconque 13. Une fois à l'état OFF, l'élément acousto-optique 39 est transparent pour le signal lumineux quelconque qui se retrouve alors dans une cavité oscillante. On rentre alors dans les mêmes considérations énergétiques que précédemment.

c) Prélèvement à partir d'élément électro-mécanique Dans ce cas, il n'y a pas de considération de polarisation sauf application particulière. L'élément actif est un miroir mobile 40 ou un dispositif équivalent comme les éléments travaillant sur le principe de la réflexion totale (Figure 5) .

io Les technologies des micro miroirs mobiles ("Micro Electro Mechanical Systems" - MEMS) permettent de réaliser de tel dispositif avec les temps de réponse souhaités. La longueur de la cavité étant de dimension métrique, l'élément doit avoir un temps de réponse de l'ordre de la nanoseconde.

d) Prélèvement avec des éléments travaillant sur le principe de la réflexion totale Ce dispositif utilise les propriétés de réflexion totale et transmission par ondes évanescentes. Par exemple, la lumière visible se propageant dans le verre et incidente sur une interface verre-air avec une incidence supérieure à 45 est totalement réfléchie. Si toutefois, une autre interface air-verre est présente à proximité de la précédente, une partie non négligeable de la lumière peut-être transmise à travers cette deuxième interface. C'est le phénomène de couplage par onde évanescente ou effet tunnel. Si le gap d'air est totalement annulé ou rempli pour une matière de même indice que le verre, alors la lumière est totalement transmise.

Ces propriétés sont mises en ouvre pour d'une part injecter le signal lumineux quelconque 13 par un premier couplage (Figure 6). L'épaisseur e est ajustée et déclenchée par le signal de commande 37 émanant de la photodiode de détection 33 afin que tout le signal lumineux quelconque 13 soit transmis.

Une fois le signal lumineux quelconque 13 transmis, e est remis à l'état OFF. A l'état OFF la distance e est suffisamment grande pour que les prismes a et b ne soit pas couplés.

Les prismes b et c forment une cavité. Le signal lumineux quelconque 13 effectue des allers-retours. Le prisme d est couplé avec le prisme c afin qu'une 35 partie de ce signal 13 soit prélevé à chaque aller-retour. i0

D'autres modes de réalisation existent. En effet, si le signal lumineux quelconque 13 est guidé dans une fibre optique ou guide planaire, le prisme a peut-être omis. Dans ce cas, la terminaison de la fibre ou du guide est amenée plus ou moins près du prisme. De même le prisme d peutêtre remplacé par un guide optique ou un traitement semi réfléchissant.

Dans le cas simple où l'intensité des impulsions brèves produites vérifie la formule (1-T%)NT%, la relation inverse appliquée par les moyens de traitement 28 est 1 /(1-T%)NT%.

Lorsque le train d'impulsions brèves 14 émis par ledit générateur 11 est io mesuré par l'analyseur d'impulsions brèves 22, chaque impulsion est décomposée en trame d'analyse 9 dont la largeur est inversement proportionnelle à la fréquence F1. Chaque trame d'analyse 9 doit être synchronisée sur le signal de référence périodique de façon à échantillonner correctement le signal périodique 14 pour reconstituer le signal global échantillonné en cumulant les analyses des trames successives. Les moyens de traitement 28 permettent de reconstituer le signal global échantillonné en cumulant les analyses des trames 9 successives et en appliquant "un traitement inverse" permettant de retrouver l'enveloppe du signal à mesurer 13. La Figure 7 est un exemple de traitement inverse avec une fréquence d'échantillonnage F1= 4x F, où F est la fréquence du train d'impulsions brèves périodiques. Le traitement inverse effectué par les moyens de traitement 28 consiste tout d'abord à compenser numériquement la perte en intensité de chaque impulsion résultant de la décroissance exponentielle de l'intensité, puis à remettre dans l'ordre les N mesures acquises par l'analyseur d'impulsions brèves 22.

Génération d'un train d'impulsions par répartition a) Cascade d'interféromètres L'analyseur d'impulsions brèves 22 fonctionne par échantillonnage. Soit N le nombre de points nécessaire pour caractériser un signal lumineux quelconque 13, il faut générer N impulsions (ou au moins un sous-multiple de N impulsions).

Le dispositif tel que décrit par Siders {Siders et al. ; Appl. Optics 37 (1999) 5302} explique comment générer un train de 16 impulsions périodiques 35 ayant toute la même énergie. Le schéma de ce dispositif est présenté à la Figure 8. Il

Pour générer au minimum N impulsions, le nombre de lames séparatrices 41 est Int[Log2(N)]+1 avec Loge le logarithme en base 2 et Int la partie entière.

Bien que l'on parle d'interféromètre, ce dispositif est très robuste puisqu'il ne fait pas intervenir de phénomènes d'interférences. La fréquence du train d'impulsions est déterminée et ajustable par les retards appliqués entre les miroirs 42. De la même façon que précédemment, pour une fréquence de 100Mhz, des retards optiques de l'ordre du mètre sont à prévoir. L'énergie de chaque impulsion du train est 2"n pour une impulsion incidente polarisée et T (n+l) pour une lumière non polarisée.

b) Cascade de miroirs faiblement réfléchissants Un autre dispositif consiste à cascader des miroirs partiellement réfléchissants 43 (Figure 9) . Pour des miroirs 43 placés en espace libre, le système est très encombrant avec des chemins optiques de 1,5 mètre entre miroir. Si la lumière est guidée dans les fibres optiques, l'encombrement est alors fortement réduit du fait des propriétés de lovage' de la fibre. Les miroirs peuvent être des couches minces ou des réseaux de Bragg ou défauts' répartis entraînant une faible réflexion.

Ce dispositif assez simple peut être bas coût dans la mesure où pour 20 générer plusieurs impulsions, le coefficient de réflexion de chaque miroir 43 doit être faible ce qui est réalisable par une élévation locale d'indice.

c) Les diviseurs 1 vers N La Figure 10 représente un générateur d'impulsions en optique guidée. Le signal lumineux quelconque 13 entre dans un diviseur 1 vers N 44. Les signaux sont ensuite recombinés dans un coupleur N vers 1 45. Chacune des boucles 46 introduit un retard ti sur le signal le traversant. Ainsi soit n le numéro de la voie, un retard n*i est appliqué au signal le traversant.

Ce dispositif est facilement réalisable et peu encombrant en optique intégré et guidé mais trouve des équivalents en optique classiques.

Génération de train d'impulsions par filtrage Les impulsions brèves ont des spectres relativement étendus de l'ordre de plusieurs nanomètres. On peut donc envisager de réaliser des filtres fréquentielles modulant le spectre du signal lumineux quelconque 13. La modulation de phase et/ou d'amplitude permet ainsi de générer des trains d'impulsions 14. Ce principe est utilisé en télécommunication. En général des filtres à base de réseaux de Bragg sont alors utilisés dans les fibres. Mais bien entendu tout dispositif équivalent en terme de fonction de transfert est applicable: par exemple, les filtres acousto-optiques, diffractifs.

Puisque la réponse spectrale d'un réseau de Bragg s'étend sur plusieurs nanomètres, elle peut donc aisément couvrir le spectre de l'impulsion incidente. Pour réaliser des trains d'impulsions brèves 14 à une fréquence de plusieurs centaines de MHz, il faut que la réponse spectrale du filtre ait des variations contrôlables à l'échelle du pm. Ce filtre peut soit travailler en réflexion soit en transmission.

On trouvera un exemple de réalisation pour les télécommunications haut débit in Azana et al. ; IEEE Photonics Technology letters, 15 (2003) 413.

Le générateur d'un train d'impulsions brèves 11 obtenu par les méthodes de génération d'un train d'impulsions décrites ci-dessus se couple aisément avec un analyseur d'impulsions brèves 22. L'invention ne saurait cependant être limitée à ces modes de réalisation de générateur d'un train d'impulsions brèves 1 l puisque des générateurs plus complexes peuvent combiner certaines desdites méthodes de génération d'un train d'impulsions brèves. On citera à titre d'exemple non limitatif un générateur d'un train d'impulsions brèves associant les méthodes de prélèvement et de filtrageinterférométrique avec la mise en oeuvre d'un interféromètre de Fabry-Pérot.

Par ailleurs il est possible de généraliser ce principe à la caractérisation de phénomènes faiblement répétitifs (de fréquence F1) pour permettre 25 l'analyse d'évènements périodiques avec plusieurs points d'analyses par évènement.

Il suffit dans ce cas d'avoir une configuration opto-géométrique du dispositif de mémorisation qui permet de créer un peigne à une fréquence multiple M* F1 (inférieure à la fréquence de l'analyseur d'impulsions brèves 22) de la fréquence du signal optique.

Dans ce cas, le coupleur actif 15 est commandé pour ne permettre la génération que de M impulsions entre 2 périodes du signal optique analysé. On peut envisager d'avoir M= 2 à 1000 selon les cas de figures. Ainsi lorsque M=2, on peut obtenir une mesure différentielle entre 2 éléments d'une même impulsion. Ce cas se généralise à m mesures à l'intérieur d'une même impulsion.

Par ailleurs on peut aménager la synchronisation de l'échantillonnage de l'analyseur d'un train d'impulsions brèves 12 de manière à avoir une analyse asynchrone des impulsions telle qu'expliquée en figure 11. La première courbe 47 (en trait plein) montre le signal lumineux quelconque 13 et la deuxième courbe 48 montre ledit signal lumineux dupliqué. La duplication est ici faite pour M=2. Le principe repose sur une synchronisation sur le signal optique de fréquence F et la génération d'un échantillonnage à une fréquence 2 x F avec l'introduction d'un déphase progressif non par sur chaque analyse d'échantillon mais 1 sur 2 (par exemple sur les impulsions paires). Ceci permet alors de à la fois de procéder à une mesure de référence (sur les impulsions impaires) toujours au même moment dans l'impulsion et d'avoir aussi accès à la mesure stroboscopique (sur les impulsions paires). Ceci permet de corriger selon les applications soit des variations de puissance soit des variations de niveaux de bruit d'une période optique sur l'autre.

Les modes de réalisation décrits jusqu'à présent l'ont été pour des générateurs d'un train d'impulsions brèves 12 générant préférentiellement des trains avec une répartition périodique. L'invention ne saurait cependant être limitée à de tels modes de réalisation et peut s'étendre aisément à des générateurs apériodiques ou semi-périodiques.

L'intégration et les multiples façons de la contrôler font également partie de l'invention.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Procédé de mesure d'un signal lumineux reçu quelconque, caractérisé en ce que - un train d'impulsions brèves (14), à haute fréquence est généré, la forme temporelle de chacune desdites impulsions ayant une relation déterministe connue avec la forme temporelle du signal lumineux reçu - le train d'impulsions brèves (14) est analysé par un procédé d'échantillonnage électro-optique ultra rapide d'impulsion périodique auquel est ajouté une étape appliquant aux échantillons une relation inverse de ladite relation déterministe de façon à fournir la mesure de la forme temporelle du signal lumineux reçu (13).

2. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 le train d'impulsions brèves (14) est généré par prélèvements successifs d'énergie du signal lumineux reçu.

3. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le train d'impulsions brèves (14) est généré par répartition.

4. Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que 20 le train d'impulsions brèves (14) est généré par filtrage.

5. Dispositif de mesure d'un signal lumineux reçu quelconque, caractérisé en ce que il comporte: - un générateur d'un train d'impulsions brèves (11), à haute fréquence, la forme temporelle de chacune desdites impulsions ayant une relation déterministe connue avec la forme temporelle du signal lumineux reçu, - un analyseur du train d'impulsions brèves (12) par un procédé d'échantillonnage électro-optique ultra rapide d'impulsion périodique, ledit analyseur appliquant aux échantillons une relation inverse de ladite relation déterministe de façon à fournir la mesure de la forme temporelle du signal lumineux reçu.

6. Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que le train d'impulsions brèves est généré par prélèvements successifs 35 d'énergie du signal lumineux reçu.

7. Dispositif de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un composant électro-optique (32), électro-acoustique (39), électro-mécanique (40) ou un composant optique à réflexion totale réalisant les prélèvement successifs.

8. Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que le train d'impulsions brèves (14) est généré par répartition.

9. Dispositif de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une succession d'interféromètres, une succession de miroirs faiblement réfléchissants (43) ou une succession de diviseurs 1 vers N (44) assurant ladite répartition.

10. Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que le train d'impulsions brèves (14) est généré par filtrage.

11. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que l'analyseur de train d'impulsions (12) comprend 15 un analyseur d'impulsions brèves (22).