[0001] L'invention se réfère à une caméra à balayage de lente ultrarapide (streak camera)
pour visualiser le profile d'intensité d'une impulsion laser.
[0002] Pour l'étude des phénomènes transitoires, on sait générer des impulsions laser d'une
durée très brève de l'ordre de 10⁻¹⁰ 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 lente 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.
[0003] L'invention a pour but de proposer une caméra permettant d'analyser des impulsions
d'une durée inférieure à 10⁻¹⁰sec, c'est-à-dire ayant une réponse temporelle d'une
picoseconde et même moins.
[0004] Ce but est atteint selon l'invention en remplaçant la photocathode de type semiconducteur
par au moins une pointe métallique et en envoyant l'impulsion laser dans une zone
située en face de cette pointe.
[0005] En ce qui concerne des exemples de mise en oeuvre de l'invention, référence est faite
aux revendications secondaires.
[0006] L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation
et des dessins annexes.
[0007] La figure 1 montre schématiquement et en coupe axiale une caméra selon l'invention.
[0008] La figure 2 représente une variante de l'émetteur d'électrons selon la figure 1.
[0009] Sur la figure 1, on voit une enceinte 1, qui est susceptible d'être mise sous vide
d'environ 10⁻⁸ 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 d'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 l'aiguille.
[0010] 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 puissances importantes
de l'ordre de 1,3.10¹¹W/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 de
10⁵W/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.
[0011] 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 atteindre 10⁴.
[0012] 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.
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.
