L’´ etalonnage in situ 57

La mesure pr´ecise de l’´energie des leptons ´emis permet de reconstruire l’impulsion transverse du Z⁰. L’´etalonnage est obtenu en demandant que l’impulsion du jet soit ´egale `a celle du Z⁰ dans le plan transverse.

p^jet_T = p^Z_T⁰

Une premi`ere information sur l’´echelle absolue des ´energies des jets peut ˆetre obte-nue grˆace `a un ´echantillon de 1000 jets dans le tonneau [5]. Pour une luminosit´e de 10³³cm⁻²s⁻¹ avec une efficacit´e de fonctionnement de 30 %, ces informations peuvent ˆetre obtenues en une journ´ee de prise de donn´ees. Une ´etude portant sur une lumino-sit´e int´egr´ee de 10 f b⁻¹ (un an de fonctionnement) permettra de d´eterminer l’´echelle absolue des ´energies des jets `a 1% pr`es [27].

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Chapitre 3

Le syst`eme laser au faisceau test

3.1 Production de la lumi`ere laser

La production de lumi`ere laser est fond´ee sur un ph´enom`ene physique ayant lieu au niveau atomique [24]: soit un atome poss´edant deux niveaux d’´energie E₁ et E₂ avec E₂ > E₁. L’´etat 1 d’´energie E₁ est appel´e niveau bas, sa population est not´ee N₁. L’´etat 2, d’´energie E₂ est appel´e niveau haut, sa population est not´ee N₂. Introduisons un photon de fr´equence ν_a = (E₂ − E₁)/h, o`u h est la constante de Plank. Par l’in-term´ediaire de ce photon, trois processus permettent `a l’atome de transiter entre les niveaux haut et bas:

– l’´emission spontan´ee : l’atome se d´esexcite et passe du niveau E₂ au niveau E₁ en ´emettant un photon de fr´equence ν_a

– l’absorption: l’atome absorbe un photon de fr´equence ν_a et passe du niveau d’´energie E₁ au niveau E₂

– l’´emission stimul´ee: un photon d’´energie ν_a, fait passer l’atome du niveau E₂ au niveau E₁, un second photon de mˆeme ´energie, et de mˆeme phase est produit. Ce type d’´emission permet de produire une lumi`ere coh´erente utilis´ee dans le cas du laser.

Les ´emissions de photon font passer les atomes du niveau 2, au niveau 1. Ainsi la popu-lation du niveau 1 (N₁) `a tendance `a augmenter et celle du niveau 2 (N₂) `a diminuer. Il est donc n´ecessaire d’introduire un m´ecanisme qui fait passer les atomes du niveau bas au niveau haut afin que ceux-ci puissent produire de la lumi`ere par ´emission stimul´ee. Ce processus est appel´e pompage. Celui-ci conduit `a l’inversement de la population, c’est-`a-dire N₂ > N₁.

Pour le laser utilis´e au faisceau test [49], le milieu actif est constitu´e d’oxyde de vanadium et d’Yttrium dop´es au n´eodyme (N d : Y V O₄). L’inversement de population dans ce milieu est cr´e´e `a l’aide de lumi`ere infrarouge. Cette lumi`ere est produite par des diodes lasers (GaAlAs), situ´ees dans une boˆıte s´epar´ee, nomm´ee pompe. La lumi`ere produite par les diodes lasers est transport´ee sur le milieu actif par une fibre optique.

60 Le syst`eme laser au faisceau test

Cette s´eparation permet d’´eviter toute influence parasite de la pompe sur le milieu actif: bruits ´electroniques, vibrations, hausses de temp´erature . . .

L’´emission stimul´ee est facilit´ee par une cavit´e optique qui contient le milieu actif. Cette cavit´e est constitu´ee de 2 miroirs. Un des miroirs est semi-r´efl´echissant, il permet la sortie de la lumi`ere laser. La cavit´e se comporte comme un filtre. Elle s´electionne la lumi`ere pour obtenir les propri´et´es de coh´erence du faisceau laser: directivit´e, fr´equence et polarisation. A la sortie de la cavit´e, la lumi`ere a une longueur d’onde de 1064 nm. Un cristal acousto-optique est plac´e entre les deux miroirs de la cavit´e. Les propri´et´es optiques de ce cristal varient en fonction de la diff´erence de potentiel V qui lui est appliqu´ee . Si V = 0, le cristal se comporte comme un r´eseau optique. Dans ce cas, la

diffraction d’ordre 0 est nulle, et les faisceaux issus des ordres sup´erieurs sont r´einject´es dans la cavit´e (figure 3.1). Pour V = 0 le cristal est transparent et le faisceau peut sortir de la cavit´e. Ce cristal acousto-optique est aliment´e par un g´en´erateur. Ceci permet d’obtenir des implusions lumineuses d’une dur´ee inf´erieure `a 12 ns. Ainsi, ces impulsions produites avec le laser ont une dur´ee comparable `a celles obtenues par le d´epˆot d’´energie des particules dans les tuiles scintillantes (15 ns).

A la sortie de la cavit´e, un appareil (doubleur) double la fr´equence de l’impulsion lumi-neuse. La longeur d’onde de la lum`ere passe donc de 1064 nm `a 532 nm. Cet appareil est constitu´e d’un mat´eriau en triborate de lithium (LBO). Son fonctionnement est non lin´eaire et n´ecessite une densit´e de puissance minimale en dessous de laquelle aucune lumi`ere visible n’est produite.

La lumi`ere laser est produite en deux ´etapes r´ealis´ees par deux instruments distincts: – La pompe contient les photodiodes laser infrarouge, elle produit la lumi`ere laser

infra-rouge n´ecessaire au pompage.

– La tˆete comporte le milieu actif et le cristal acousto-optique `a l’int´erieur de la mˆeme cavit´e. Le doubleur sera plac´e `a la sortie de la cavit´e.

Ces deux parties sont reli´ees par une fibre optique qui transporte la lumi`ere laser infra-rouge, produite par la pompe, jusqu’`a la tˆete. La quantit´e de lumi`ere ´emise par le laser est fonction de l’intensit´e de la lumi`ere ´emise par les photodiodes de pompage, qui sont elles-mˆeme contrˆol´ees en faisant varier l’intensit´e du courant qui les traverse. A ces fins, la pompe re¸coit une commande analogique (comprise entre 0 `a 4 volts) en fonction de laquelle elle ajuste l’intensit´e du courant traversant les photodiodes de pompage. La commande analogique est fournie par l’´electronique de contrˆole du laser, qui se charge de convertir la valeur num´erique (nomm´ee commande num´erique), entr´ee par l’utilisateur (et cod´ee en bits), en un signal analogique destin´e `a la pompe.

3.2 Configuration exp´erimentale

Depuis juin 2000, le syst`eme laser est situ´e dans une baie d´edi´ee dans la salle de comptage. La lumi`ere est transport´ee vers les modules grˆace `a des fibres optiques. On