Caractérisation du système de mesure des puissances

a) Temps de tenue

Il est important d’évaluer la capacité du système à maintenir la tension. Pour cela on charge l’échantillonneur bloqueur avec une impulsion longue de 10ms puis on tient la puissance pendant une durée de 35ms. On mesure une perte de tension, liée à une décharge résiduelle de la capacité, inférieure à 0.1% pour 35ms sur la figure 4.4.

Fig. 4.4 Temps de tenue de 35ms de la puissance mesurée à l’échantillonneur bloqueur (bleu) contrôlé par un signal logique (orange).

b) Temps de réponse et temps de décharge

Pour mesurer le temps de réponse, on utilise des impulsions de 16µs et 32µs similaires à celles utilisées dans l’interféromètre. On mesure l’amplitude du signal de sortie en fonction

du délai d’application du signal logique, et dont la durée est fixée à 10ms. Le résultat de la mesure est présenté sur la figure 4.5. Un délai de 0 correspond à une commande de contrôle de tenue qui coïncide avec le début de l’impulsion Raman.

Fig. 4.5 Temps de réponse de l’échantillonneur-bloqueur pour des impulsions de 16 et 32µs.

Sur la figure 4.5 on obtient une puissance maximale mesurée pour un délai de 20µs pour une impulsion de 16µs et 36µs pour une impulsion de 32µs, soit 4µs de plus que la durée de l’impulsion. On fixera par la suite les délais à 16µs et 32µs respectivement pour obtenir une mesure fidèle de la puissance de l’impulsion considérée.

Le désavantage majeur de ce système est son temps de décharge relativement long, mesuré sur la figure4.6. En effet, avant la dernière impulsion de mesure contenant le laser refroidisseur uniquement, l’état logique de contrôle est à l’état bas et il y a donc de la lumière parasite venant des impulsions verticales de détection sur le détecteur.

Fig. 4.6 Temps de décharge de l’échantillonneur-bloqueur sur les deux voies (violet et vert) suite à une impulsion en bleu.

4.1 Nouvelle mesure des puissances Raman 87

Ces impulsions sont longues et donc la tension se décharge lentement avec la constante de temps de la capacité du circuit intégrateur.

La figure4.6montre une impulsion qui est vue sur les deux voies des deux échantillonneurs-bloqueurs. Le signal de contrôle ne change pas d’état et donc la tension de sortie se charge puis se décharge. La constante de temps de la décharge est évaluée par un ajustement avec une courbe de décroissance exponentielle à τ ≈ 2ms. Cela nous a poussé à ajouter en amont un système de coupure du signal, afin de s’affranchir de ces transitoires, qui, sinon, parasiteraient toute mesure de puissance effectuée peu après la détection.

Notons que les paramètres du circuit de mesure sont adaptés pour mesurer des im-pulsions courtes et de faible puissance correspondant à nos conditions expérimentales.

c) Effet du système d’extinction

Le module d’extinction met la tension d’entrée de l’échantillonneur-bloqueur à 0V et est contrôlé par un signal logique. Lorsqu’on désire être insensible à une variation du signal détecté par les photodiodes, on coupe la tension d’entrée de l’EB qui est alors à 0V . Cependant, sans le module d’extinction et sans lumière incidente, la tension d’entrée de l’échantillonneur-bloqueur (pour un signal de contrôle logique à l’état bas) n’est pas parfaitement nulle car le système électronique en amont (le circuit de transimpédance) présente un léger décalage en tension. Il y a donc un décalage sur la tension de sortie de l’EB lié au fait que le zéro à l’entrée n’est pas le même que la zéro induit par le module d’extinction. On introduit finalement une décharge parasite avec le système de coupure car la tension de sortie de l’EB relaxe de 0V vers sa tension de décalage naturelle une fois la coupure achevée.

Fig. 4.7 Rapport de la deuxième impulsion Raman servant de référence sur la première impulsion Raman mesurée en fonction du délai entre l’impulsion Raman mesurée et la fin de la coupure. La droite rouge représente le délai minimum à respecter entre la fin de la coupure et la mesure de la première impulsion Raman pour ne pas mesurer la décharge parasite due à la coupure.

Cette décharge parasite est toutefois bien moins importante qu’avec une impulsion de longue durée comme celle introduite par les impulsions de détections On va donc caractériser le temps nécessaire entre la fin de la coupure et une impulsion qu’on désire mesurer pour ne pas être sensible à cette décharge parasite.

Pour cela on met la tension de sortie de l’EB à 0V avec le module d’extinction juste avant la première impulsion Raman que l’on mesure par ailleurs avec le système. L’impul-sion est située à 0ms sur la figure4.7. On modifie la date de fin de coupure en l’éloignant de cette impulsion Raman (fixe) jusqu’à ne plus être sensible à la décharge parasite du système d’extinction. On trace, sur la figure 4.7, le rapport de puissances de la première impulsion Raman avec une puissance de référence (ici la puissance de l’impulsion π dont la puissance est double) afin de rendre cet effet plus prononcé.

Pour des délais supérieurs à 1.1ms, la valeur du rapport semble ne pas changer à 0.05% près, alors que pour des délais inférieurs à 1.1ms on observe une augmentation résolue du rapport entre l’impulsion de référence et l’impulsion mesurée. On conclut qu’il faut un délai minimum de 1.1ms d’intervalle entre la fin de la coupure et une impulsion que l’on souhaite mesurer pour être insensible à la décharge parasite introduite par le module d’extinction.

d) Caractérisation sans lumière incidente

On mesure la puissance à cinq instants différents représentés par les fenêtres d’acqui-sition sur la figure4.8. Les mesures P₁, P₂, P₃ et P₄ sont les quatre mesures de puissance que l’on voudra effectuer par la suite correspondant aux trois impulsions de l’interféro-mètre Raman ainsi qu’une mesure complémentaire. Nous reviendrons sur la mesure des puissances qu’on souhaite réaliser dans la section suivante en s’appuyant sur le même chronogramme.

Ici, on bloque la lumière laser incidente, mais il reste tout de même un fond sur la mesure. On vérifie alors que la mesure de puissance sans lumière est identique à différents moments de la séquence mais aussi qu’on rejette effectivement les variations du fond. Pour cela, une de ces cinq mesures (la mesure du fond) est soustraite aux autres et on trace les écarts-type d’Allan associés sur la figure 4.9.

L’écart type d’Allan nous montre une stabilité long terme inférieure à 0.01mV (soit 0.0025% du signal typique mesuré) en 1000s pour les mesures soustraites du fond, qui semblent atteindre des plateaux, à 0.01mV pour P₃ et P₄ et inférieur à 0.002mV pour

P₁ et P₂. Le fond est mieux rejeté sur ces dernières probablement parce qu’elles sont plus proches temporellement de la mesure de fond.