EP0678218A1 - Camera ultrarapide pour visualiser le profile d'intensite d'une impulsion laser - Google Patents

Camera ultrarapide pour visualiser le profile d'intensite d'une impulsion laser

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EP0678218A1
EP0678218A1 EP92902925A EP92902925A EP0678218A1 EP 0678218 A1 EP0678218 A1 EP 0678218A1 EP 92902925 A EP92902925 A EP 92902925A EP 92902925 A EP92902925 A EP 92902925A EP 0678218 A1 EP0678218 A1 EP 0678218A1
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EP
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laser pulse
pulse
intensity profile
camera
visualizing
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EP92902925A
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EP0678218B1 (fr
Inventor
Jean-Claude Grossetie
Joseph-Albert Miehe
Mustapha Boussoukaya
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COMMUNAUTE ECONOMIQUE EUROPEENNE (CEE)
Original Assignee
COMMUNAUTE ECONOMIQUE EUROPEENNE (CEE)
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/50—Image-conversion or image-amplification tubes, i.e. having optical, X-ray, or analogous input, and optical output
    • H01J31/501—Image-conversion or image-amplification tubes, i.e. having optical, X-ray, or analogous input, and optical output with an electrostatic electron optic system
    • H01J31/502—Image-conversion or image-amplification tubes, i.e. having optical, X-ray, or analogous input, and optical output with an electrostatic electron optic system with means to interrupt the beam, e.g. shutter for high speed photography

Definitions

  • the invention refers to a super-fast slit scan camera (strea camera) for viewing the intensity profile of a laser pulse.
  • strea camera super-fast slit scan camera
  • a slit-scanning camera which comprises in a vacuum enclosure a photocathode, an extraction grid, focusing electrodes, deflection plates and a display screen.
  • the laser pulse to be analyzed is applied through a transparent substrate of the photocathode, which, in response, emits electrons. These are then subjected to the electric field applied between the cathode and the extraction grid. They are accelerated, pass through a hole in a focusing anode and are finally deflected by deflection plates, which receive a sawtooth tension. On the screen, one can then visualize the temporal distribution of the photons of the laser pulse which strike the photocathode.
  • the invention aims to provide a camera for analyzing pulses of duration less than 10 " sec, that is to say having a temporal response of one picosecond and even less.
  • This object is achieved according to the invention by replacing the photocathode of the semiconductor type with at least one metallic tip. that and by sending the laser pulse in an area located opposite this point.
  • Figure 1 shows schematically and in axial section a camera according to the invention.
  • FIG. 2 represents a variant of the electron emitter according to FIG. 1.
  • an enclosure 1 which is capable of being evacuated by about 10 -8 Torr and which comprises, centered on an axis 2, a metal needle 3, an extraction grid 4, a focusing anode 5 having a central hole, deflection plates 6 and finally a display screen 7, made of phosphor, for example.
  • the various organs are connected to sources of electrical voltage suitable for performing their respective conventional functions.
  • the needle 3 is connected to a generator 8 of an electrical pulse which is synchronized with the optical pulse to be analyzed. The latter comes from a laser 9 placed outside the enclosure 1 and directing its beam 13 through a window 10 towards an area located opposite the needle 3.
  • the amplitude of the electric pulse supplied by the generator 8 is chosen slightly below a threshold at which spontaneous emission of electrons from the needle occurs.
  • the invention therefore makes it possible to reduce the power of the laser beam to be analyzed and therefore to improve the temporal resolution of the analysis.
  • FIG. 2 represents a variant with respect to needle 3 of FIG. 1.
  • a substrate 11 made of a good conductive metal which is connected as before to the generator 8 through the wall of the enclosure 1.
  • This substrate comprises an emission surface 12 having a certain microscopic roughness as the substrate, so that there is a plurality of spikes capable of emitting electrons. It has been observed that the emission threshold is much lower when the surface is rough, because the local electric field at the top of an acute point is a factor B greater than the microscopic field than around this point. , the factor B can reach 10.4 '
  • the invention is not limited to the embodiment described above.
  • the laser beam it is not compulsory for the laser beam to intersect the axis 2 to 90 e .

Landscapes

  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Common Detailed Techniques For Electron Tubes Or Discharge Tubes (AREA)

Description

Caméra ultrarapide pour visualiser le profile d'intensité d'une impulsion laser
'invention se réfère à une caméra à balayage de fente ultra¬ rapide (strea caméra) pour visualiser le profile d'intensité d'une impulsion laser.
Pour l'étude des phénomènes transitoires, on sait générer des 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 élec¬ trodes de focalisation, des plaques de deflection 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'ex¬ traction. Ils sont accélérés, passent à travers un trou dans une anode de focalisation et sont enfin défléchis par des plaques de deflection, qui reçoivent une tension en dent de scie. Sur l'écran, on peut alors visualiser la distribution temporelle des photons de 1'impulsion laser qui frappent la photocathode.
L'invention a pour but de proposer une caméra permettant d'analyser des impulsions d'une durée inférieure à 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 photoca- thode de type semiconducteur par au moins une pointe métalli- que et en envoyant 1'impulsion laser dans une zone située en face de cette pointe.
En ce qui concerne des exemples de mise en oeuvre de 1'inven- tion, référence est faite aux revendications secondaires.
L'invention sera décrite ci-après plus en détail à 1'aide d' 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 —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 deflection 6 et enfin un écran de visualisation 7, en phosphore, par exemple. Les différents organes sont reliés à des sources de tension électrique adé¬ quats pour assurer leurs fonctions conventionelles respec¬ tives. En particulier, l'aiguille 3 est connectée à un généra- teur 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.
Cette émission n'est enfin obtenue que par l'application si- multanée de cette impulsion électrique et du faisceau optique provenant du laser 9, 1'émission d'électrons correspondant alors assez fidèlement au profil temporel de 1'impulsion opti¬ que. 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 1,3.10 /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
5 de 10 W/cm2 suffit pour déclencher l'effet tunnel. L'invention permet donc de réduire la puissance du faisceau laser à analy¬ ser et donc d'améliorer la résolution temporelle de l'analyse.
La figure 2 représente une variante par rapport à 1'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 1'enceinte 1. Ce substrat comporte une surface d'émission 12 ayant une certaine rugosité microscopi¬ que 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 aiguë est d'un facteur B plus grande que le champ microscopi¬ que moyen autour de cette pointe, le facteur B pouvant at- teindre 10,4'
L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation dé¬ crit ci-dessus. Ainsi, il n'est pas obligatoire que le fais¬ ceau laser intersecte l'axe 2 à 90e. En choisissant par ex¬ emple 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'im¬ pulsions 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

REVENDICATIONS
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 deflection et un écran de visua¬ lisation, caractérisée en ce que l'émetteur d'électrons est constitué d'au moins une pointe métallique (3, 12) et de moy¬ ens (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 infé¬ rieure à celle nécessaire pour causer toute seule une émission d'électrons.
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