Dans le cas de l’´emission propre, un autre syst`eme d’imagerie `a trois lentilles a ´et´e mis en place pour collecter l’´emission visible de la face arri`ere de la cible `a 0◦ le long de l’axe du faisceau principal (figure 3.7). Comme le montre la figure 3.2, la
Caméra CCD 12bit 1024x1024
Lentille de champ
Filtres
spectraux Séparatrice 50/50 Caméra streak Hadland + caméra CCD 12 bit 512x512
Faisceau principal Cible
Déclenche Feuille de mylar
Fig. 3.7 –Sch´ema du diagnostic d’´emission propre. L’´emission de la face arri`ere de la cible est imag´ee sur une cam´era CCD et sur la fente d’entr´ee d’une cam´era streak coupl´ee `a une cam´era CCD. 0 0,05 0,1 0,15 0,2 350 400 450 500 550 600 650 700 750 Totale Totale + rouge Totale + bleu λ (nm) Transmission
Fig. 3.8 – Transmission spectrale du diagnostic d’´emission propre : sans filtres color´es, et avec filtre rouge et bleu respectivement. La transmission des densit´es neutres n’est pas incluse.
3.4 Diagnostic d’´emission propre
lentille de reprise ´etait dans ce cas un doublet achromatique `a tr`es forte ouverture f /2, f = 100mm. Cette lentille ´etait prot´eg´ee des projections de plasma provenant de la cible par une feuille mince de mylar transparent, chang´ee `a chaque s´erie de tirs (7 − 8 tirs) Apr`es la lentille de champ, le faisceau collect´e ´etait s´epar´e en deux parties par une lame s´eparatrice (50%). Une partie ´etait imag´ee sur la fente d’entr´ee d’une cam´era streak (Hadland Imacon S20 achromatique coupl´e `a une cam´era CCD 12 bit (512×512). Cette voie nous a permis d’obtenir l’´emission propre r´esolue temporellement, avec un grandissement de ≈ 14. L’autre voie ´etait focalis´ee directement sur une cam´era CCD 12bit (ARP 1024 × 1024), donnant des images bidimensionnelles int´egr´ees dans le temps.
L’utilisation d’une voie int´egr´ee dans le temps permet d’´etudier les d´etails g´eom´etriques de la r´egion d’´emission, par comparaison avec les images obtenues sur la streak. Les sources potentielles de lumi`ere parasite, ind´ependantes du transport ´electronique et du chauffage de la cible et pouvant ˆetre collect´ees par le syst`eme d’imagerie, ont ´et´e ´
elimin´ees grˆace `a des filtres spectraux. En particulier, la lumi`ere `a 2ω du faisceau sonde diffus´e ou g´en´er´ee en face avant ´etait coup´ee par un filtre ”rose” (Kodak Magenta), qui laisse passer les autres parties du spectre visible (en dessous de 480nm et au dessus de 560nm). La lumi`ere `a ω ´etait coup´ee par un filtre KG3, qui impose une fenˆetre de transmission centr´ee sur le visible (∼ 350 − 700nm). Pour une s´erie de tirs, nous avons utilis´e un syst`eme `a deux filtres rouge+bleu, positionn´e sur deux parties diff´erentes de l’image, pour mesurer la temp´erature ”de couleur” associ´ee au chauffage[Hall97]. La transmission spectrale du syst`eme optique est pr´esent´ee dans la figure 3.8. La cam´era streak a ´et´e utilis´ee `a diff´erentes vitesses de balayage correspondant `a des fenˆetres temporelles de 1ns jusqu’`a 10ns.
3.4.2
Calibration absolue du diagnostic d’´emission propre
Calibration absolue des d´etecteurs
Le syst`eme optique de reprise de l’´emission propre a ´et´e calibr´e en ´energie de mani`ere absolue. En particulier, le d´etecteur (streak + CCD) a ´et´e calibr´e avec un faisceau sonde `a 2ω, selon le sch´ema pr´esent´e dans la figure 3.9.
Le faisceau sonde ´etait inject´e par une lentille dans une fibre optique multimode de 900µm de diam`etre, ce qui permet d’uniformiser le profil spatial du faisceau. La lumi`ere sortant `a l’autre extr´emit´e de la fibre pr´esente alors un profil radial plat. Ce faisceau est alors imag´e par une deuxi`eme lentille sur la fente d’entr´ee de la streak, avec une att´enuation idoine afin de ne pas la saturer. La fraction de la surface du faisceau pouvant effectivement entrer dans la streak a ´et´e mesur´ee. L’´energie du faisceau ´etait mesur´ee en r´ecuperant une moiti´e du faisceau dans un calorim`etre absolu `a l’aide d’une lame s´eparatrice 50/50.
L’´energie associ´ee `a un pixel correspond `a un signal Spx sur la cam´era streak et est donn´ee par le produit de l’irradiance spectrale Eλ0 de la source multipli´ee par sa
Calorimètre absolu Laser Quanta-Ray 530nm, 7.5ns Fibre multimode Caméra streak + CCD Diode rapide Injecteur Densité neutre
5ns
3.9mm
Fig. 3.9 – Sch´ema de la proc´edure utilis´ee pour la calibration absolue en ´energie de la cam´era streak Hadland S20, utilis´ee pour d´etecter l’´emission propre dans l’exp´erience. Le signal produit par un faisceau sonde uniformis´e par le passage dans une fibre optique est compar´e `a l’´energie correspondante, mesur´ee avec un calorim`etre absolu.
largeur spectrale ∆λ, la transmission du syst`eme optiqueTλ0, l’angle solide d’ouverture Ω (fix´e par la lentille de reprise), la surface de la source correspondant `a un pixel Apx (fix´ee par le grandissement) et le temps d’exposition d’un pixel ∆tpx(fix´e par la vitesse de balayage et la largeur de la fente d’entr´ee). On peut ´ecrire donc la formule suivante, qui suppose une irradiance constante et uniforme `a la longueur d’onde du faisceau sonde λ0 :
Eλ0(W cm−2nm−1srad−1)∆λTλ0ΩApx∆tpx= kλ0Spx (3.5) o`u kλ0 (en J/counts) est la constante de calibration. Connaissant la fraction d’´energie du faisceau qui rentre effectivement dans la streak et le produit du signal total Σ, somme de tous les coups dans l’image, on peut r´e´ecrire la formule 3.5 :
= kλ0Σ (3.6)
Cette relation permet de calculer la constante de calibration kλ0(2−3×10−12µJ/counts), qui permet alors de remonter `a partir du nombre de coups `a l’irradiance de la cible
3.4 Diagnostic d’´emission propre 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 300 400 500 600 700 800 Reponse spectrale caméra streak Hadland S20
normalisée à 532 nm
λ (nm)
Fig. 3.10 – R´eponse spectrale de la cam´era streak normalis´ee pour 1 `a λ0= 532nm
(int´egr´ee sur le spectre) lors d’un tir, en utilisant la formule suivante :
Z +∞
0
EλrλTλdλΩApx∆tpx= kλ0Spx (3.7)
ou rλ est la r´eponse spectrale de la cam´era streak normalis´ee `a 1 `a λ0 (figure 3.10).
Calibration absolue du syst`eme optique
La transmission, int´egr´ee spectralement, de la reprise d’image `a 3 lentilles a ´et´e me- sur´ee `a l’aide d’une lampe spectrale absolue et d’un tube photomultiplicateur (PMT). Dans la figure 3.11, nous pr´esentons le sch´ema du banc optique que nous avons mis en place pour cette mesure. Nous avons imag´e le trou de sortie de la lampe spectrale calibr´ee (Optics Lab. OL 5500) sur sur la photocathode d’un PMT, connect´e `a un oscilloscope. La lampe spectrale ´emet un rayonnement planckien `a une temp´erature fix´ee, isotrope, dont la puissance spectrale (en W cm−2sterad−1nm−1) est fournie par le constructeur. La surface du trou de sortie a ´et´e mesur´ee au microscope et son ou- verture angulaire ´etait sup´erieure `a celle de la lentille de reprise, qui fixait donc l’ou- verture du syst`eme optique. Le faisceau lumineux passait ensuite par un chopper, qui le d´ecoupait en un train d’impulsions, afin de permettre un fonctionnement en r´egime puls´e n´ecessaire au PMT. Nous avons effectu´e les mesures avec les diff´erents filtres utilis´es lors de l’exp´erience (rouge, rose, bleu) et pour diff´erentes valeurs de la tension de polarisation du PMT (entre −1.5 et −2kV ), afin de nous assurer de la lin´earit´e de la r´eponse. Dans chaque mesure, nous avons vari´e la luminance de la lampe (propor- tionnelle `a sa puissance spectrale) entre 0 et 35000f L. Nous avons donc enregistr´e le signal en tension correspondant du PMT, dont la r´eponse a ´et´e calibr´ee en envoyant
Lampe calibrée (I=5541 A) Filtres Lentille de champ Chopper PMT Oscillo scope Cavité
Fig. 3.11 – Sch´ema de la proc´edure utilis´ee pour la calibration absolue du syst`eme op- tique utilis´e pour le diagnostic d’´emission propre. L’´emission d’une lampe spectrale absolue (temp´erature de corps noir 2920K) a ´et´e imag´ee, par le syst`eme optique `a mesurer, sur un tube photomultiplicateur (PMT) connect´e `a un’oscilloscope. Un chopper a ´et´e utilis´e pour ga- rantir le fonctionnement impuls´e du PMT. Celui-ci a ´et´e pr´ecalibr´e en envoyant directement l’´emission de la lampe.
directement la lumi`ere de la lampe avec une ouverture fix´ee. La r´eponse spectrale de la photocathode (du type S20) est fournie par le constructeur (Hamamatsu).
Le r´esultat a confirm´e que notre syst`eme de reprise `a 3 lentilles, avec lentille de champ, ne produit pas de perte significative de rayons et transmet toute la lumi`ere collect´ee dans l’angle solide soustendu par la premi`ere lentille. La transmission est donc d´etermin´ee principalement par les filtres utilis´es.