Mesure des puissances

a) Description de la mesure de puissance

Ce nouveau système permet de mesurer la puissance d’impulsions courtes en main-tenant la tension de sortie des photodiodes. L’impulsion Raman dans la configuration nominale dure 16µs, puis on tient la tension de sortie pendant 10ms pour pouvoir la mesurer avec suffisamment de signal, la cadence d’échantillonnage de notre carte d’acqui-sition étant de 500000échantillons/s. La durée de l’acquid’acqui-sition est cependant fixée à 20ms, ce qui permet de s’affranchir d’un éventuel signal parasite venant du 50Hz. On mesure

4.1 Nouvelle mesure des puissances Raman 89

Fig. 4.8 Chronogramme des différents signaux d’intérêt pour la mesure des puissances. En rouge les impulsions verticales qui sont détectées par les photodiodes. En noir, les fenêtres d’acquisition dont celle du fond tracé en vert. En bleu, le signal logique de l’EB qui tient la puissance à l’état haut. En orange, le signal logique du module d’extinction qui met à 0V la tension d’entrée des EB lors de l’impulsion de sélection et de détection.

en fait l’aire de l’impulsion puisque l’échantillonneur-bloqueur intègre la puissance sur la durée de l’impulsion.

Les trois impulsions Raman de puissance P₁, P₂ et P₃ et de durée 16, 32 et 16µs respectivement sont mesurées par cette méthode. Cependant, nous mesurons la puissance des deux lasers Raman, qui sont tous les deux présents pendant les impulsions de l’inter-féromètre, et nous ne pouvons pas les séparer. On ajoute alors en fin de cycle, à 350ms du début du cycle, une dernière impulsion de durée 16µs et de puissance P₄contenant unique-ment un des deux lasers (le laser refroidisseur = laser Raman 2) dans les mêmes conditions que les impulsions Raman. Entre la première et la deuxième impulsion Raman, on mesure le signal de fond sans lumière pendant 20ms pour le soustraire aux autres mesures. On a alors accès à des mesures indépendantes des deux puissances du laser repompeur et refroidisseur corrigées des fluctuations du fond (figure 4.8). Pour caractériser le système, on mesure quatre impulsions identiques, c’est à dire de même durée et contenant les deux lasers.

Fig. 4.9 Gauche : mesure des puissances sans lumière à cinq instants de la séquence. Le fond (mesurée en vert) est soustrait sur les courbes 1 2 3 et 4. La variance d’Allan de ces mesures est représentée sur le graphique de droite)

b) Effet de l’impulsion de sélection

On observe une différence entre la première impulsion Raman et les deux impulsions Raman suivantes de 2mV soit 0.5% du signal utile. Celle-ci s’explique par la présence de l’impulsion de sélection, qui a lieu seulement 4ms avant la première impulsion Raman. La différence de puissance mesurée avec les autres impulsions Raman est nulle lorsque la sélection n’est pas présente comme on peut le voir sur la figure4.10.

Fig. 4.10 Mesure de la différence de puissance entre la première et les autres impulsions Raman. La ligne verticale est le moment où la sélection est ajoutée, la différence devient alors non nulle et vaut ≈ 2mV (0.5% du signal mesuré).

Nous allons maintenant expliquer d’où vient cette différence. Pour réaliser les im-pulsions Raman, nous utilisons un AOM, que nous doublons d’un obturateur mécanique

4.1 Nouvelle mesure des puissances Raman 91

rapide (un scanner optique) pour couper le peu de lumière diffusée (typiquement < 1/1000 de la puissance utile) qui se couple dans la fibre Raman quand l’AOM est éteint.

Il est cependant nécessaire d’introduire un délai sur le scanner qui a un temps de réponse différent de l’AOM pour que ces deux éléments fonctionnent ensemble. Ce délai est fixé à 3.6ms pour toutes les impulsions Raman. La sélection étant proche temporellement de la première impulsion Raman de 4ms, on observe que le délai de coupure du scanner est trop long et qu’il n’a pas le temps de revenir à sa position initiale avant de se ré-ouvrir pour réaliser la première impulsion Raman (voir figure 4.11).

Fig. 4.11 Puissance Raman mesurée à l’aide d’un puissance-mètre placé après l’AOM et le scanner. Le signal rouge correspond à l’orientation du scanner au cours du temps. On mesure les deux impulsions de sélection suivi du 1^er Raman. Entre les deux, la puissance reste constante, ce plateau est lié à la puissance parasite diffusée par l’AOM dans la direction de l’ordre diffracté et qui n’est pas coupé par le scanner toujours ouvert. Le puissance-mètre est saturé car le gain est adapté pour observer le plateau, le contraste réel est de l’ordre de 99.5%.

Cette lumière diffusée parasite n’est pas coupée entre la sélection et la première im-pulsion Raman. Elle charge la capacité des échantillonneurs-bloqueurs et la quantité de fond mesurée est donc différente sur la première impulsion Raman et sur les deux autres impulsions Raman et cela introduit une différence de tension mesurée comme on peut le voir sur la figure 4.10. En changeant le délai entre le scanner optique et l’AOM on s’aperçoit sur la figure 4.12 que l’on peut modifier le fond. Pour que le fond mesuré soit identique sur l’impulsion Raman précédée de la sélection et les autres impulsions Raman, il faut diminuer le délai du scanner de 3.6ms à 2.7ms, commun à toutes les impulsions. En contre partie ce délai est inadéquat pour l’impulsion de sélection car elle est tronquée (en bleu ou en vert sur la figure4.12).

Finalement, on introduit un délai plus court de 2.7ms uniquement pour la première impulsion Raman et 3.3ms pour les autres afin de mesurer une puissance identique sur les trois impulsions Raman sans altérer l’impulsion de sélection. Les deux types de délai ont été caractérisés comme on peut le voir sur la figure 4.13 où l’on mesure la puissance sur la première impulsion Raman et sur la deuxième en modifiant le délai entre le scanner

Fig. 4.12 Effet de la modification du délai entre le scanner et l’AOM sur la puissance de l’impulsion de sélection et de la première impulsion Raman en relation avec la position du scanner.

Fig. 4.13 Gauche : étude de la puissance Raman en fonction du délai entre l’AOM et le scanner pour deux impulsions Raman. En noir la deuxième impulsion Raman qui n’est pas affectée par la sélection, en vert la première impulsion qui est précédée de l’impulsion de sélection. Droite : tension mesurée par une photodiode placée après le scanner et signal de position du scanner (en rouge). On introduit ici deux délais différents pour la sélection et le Raman afin d’obtenir le même type de fond pour les deux impulsions.

et l’AOM. Le délai de la première impulsion Raman est plus court pour tenir compte de la sélection.

c) Effet du saut de fréquence

Il reste tout de même une différence de puissance de quelques mV (soit 0.3%) avec la dernière impulsion réalisée en fin de cycle. Cette différence vient en fait du changement de point de fonctionnement des lasers, lorsqu’ils sont remis à résonance pour la détection. Lorsque ce saut de 1GHz n’est pas effectué, on mesure bien des puissances identiques