Dispositivo de generación de señales de sincronización con fluctuación de fase muy reducida,

particularmente para la sincronización de la activación de pulsos láser en un sistema de fusión termonuclear de confinamiento inercial, que comprende:

- un generador (310) de señal eléctrica maestra,

- una pluralidad de primeros retardos (DL) realizados en forma de elementos eléctricos pasivos, estando dichos primeros retardos organizados según una estructura de árbol, comprendiendo los nodos de dicho árbol divisores de señal, estando dicho árbol alimentado en su raíz por la señal eléctrica maestra y suministrando en sus extremos dichas señales de sincronización,

caracterizado porque comprende además:

- segundos retardos regulables (RDL), realizados en forma de elementos eléctricos activos, estando dichos segundos retardos dispuestos en serie con dichos primeros retardos y presentando una resolución temporal más fina que la resolución temporal de estos;

comprendiendo cada circuito activo (RDL) un detector de pulsos (400), un generador de rampa de tensión (410), un comparador de tensión (420) con respecto a una tensión umbral (Vth) y un generador de pulsos (430), dispuestos en serie.

Dispositivo de generación de señales de sincronización con fluctuación de fase muy reducida

5 Campo técnico

La invención se refiere a un dispositivo de generación de señales de sincronización con fluctuación de fase muy reducida.

La invención se aplica en particular a la sincronización de la activación de pulsos láser en un sistema de fusión termonuclear por confinamiento inercial.

Convencionalmente, en dicho sistema, una diana, en forma de microperla que comprende una mezcla de deuterio y de tritio, se somete a irradiación conjunta y simultánea de un número elevado de rayos láser durante un lapso de tiempo muy corto. Bajo el efecto de esta irradiación, las capas superficiales se consumen por ablación y el material de la perla se transforma en plasma a alta temperatura. La volatilización de las capas superficiales, genera según el principio de la conservación de la cantidad de movimiento, una onda de choque centrípeta que confinará violentamente el plasma. El proceso de fusión termonuclear se origina cuando el producto del tiempo de confinamiento por la temperatura alcanza un valor umbral (ley de Lawson) .

Estado de la técnica anterior

El proyecto estadounidense NIF (National Ignition Facility) , del que se encontrará una descripción en la revista ICF Quaterly report, Vol. 9, No. 1, oct. dic. 1998, así como el proyecto francés LMJ (Laser Méga Joule) prevén un gran número de rayos (192 en el sistema NIF, 240 en el sistema LMJ) convergentes hacia una diana D-T capaces de suministrar conjuntamente una potencia de casi 2 MJ durante un periodo de 10-20 ns.

Una condición crítica del confinamiento inercial es la llegada simultánea de los frentes de onda a la diana del láser. Esto es tanto más cierto que para obtener una ganancia energética elevada (proporción de energía termonuclear liberada respecto a energía luminosa inyectada) hay que iluminar solamente el centro de la microperla (principio de iluminación por punto caliente central) . La simultaneidad de llegada de los pulsos láser a la microperla también es necesaria para obtener un confinamiento isótropo, traduciéndose cualquier defecto de simultaneidad en una pérdida de esfericidad del punto caliente.

Para dar un orden de magnitud de la limitación de simultaneidad, el pliego de condiciones del sistema NIF indica una tolerancia máxima de 12 ps.

Esta limitación de simultaneidad supone que se sabe suministrar, a los láseres de inyección, señales de sincronización con una precisión y una estabilidad temporales elevadas.

Un dispositivo de generación de dichas señales de sincronización se conoce del documento mencionado anteriormente y se ilustra en la figura 1. Un generador de pulsos eléctricos 110 proporciona un pulso de 100 ps de duración a un modulador electro-óptico 120. El pulso óptico correspondiente es amplificado a continuación mediante el paso por un amplificador 130 constituido por una serie de fibras bombeadas antes de dividirlo por medio de un 45 divisor óptico 135 conectado a una pluralidad de fibras 1401, .., 140M, que desempeñan el papel de líneas de retardo. Los pulsos ópticos procedentes de estas fibras son transformados en pulsos eléctricos por fotodetectores 1501, .., 150M, controlando a continuación las señales de salida de estos fotodetectores los diferentes conjuntos de generación de pulsos láser 1601, .., 160M.

Este dispositivo presenta, sin embargo, cierto número de limitaciones debidas a las disparidades y a las fluctuaciones de los tiempos de respuesta de los fotodetectores PD.

Suponiendo incluso que se pudieran compensar, de media, las disparidades de tiempos de respuesta de estos fotodetectores, las fluctuaciones temporales introducen una fluctuación de fase relativa de las señales de 55 sincronización, perjudicial para la condición de simultaneidad mencionada anteriormente. Se denominará fluctuación de fase relativa de dos señales a la fluctuación de su separación temporal.

Más exactamente, si las dos señales de sincronización se expresan en forma de funciones aleatorias:

S1 (t) = S (t0+t-τ1-g1 (τ1) )

S2 (t) = S (t0+t-τ2-g2 (τ2) )

donde t0 es un instante de referencia, S (t) una señal determinista que ha servido para generar las señales de 65 sincronización, τ1, τ2 son los retardos que afectan respectivamente a las dos señales con respecto al instante de referencia y g1 (τ1) , g2 (τ2) variables aleatorias que representan las fluctuaciones de fase respectivas de las dos señales. Se denominará fluctuación de fase relativa de las señales de sincronización, a la variable aleatoria g21=g2 (τ2) -g1 (τ1) . Esta variable aleatoria g21 es de media nula como g1 (τ1) y g2 (τ2) y de varianza σ12 . El valor σ12 da una medida del valor cuadrático medio de la fluctuación de fase y también se denomina fluctuación de fase RMS (root-mean-square) . Por comodidad de lenguaje la llamaremos también "fluctuación de fase", quedando la ambigüedad eliminada por el contexto.

Generalmente la densidad de probabilidad de la variable aleatoria g21 es gausiana y se expresa entonces de la forma:

Un objetivo de la presente invención es prever un dispositivo de generación de señales de sincronización con fluctuación de fase muy reducida, en el sentido definido anteriormente, particularmente para la sincronización de la activación de pulsos láser en un sistema de fusión termonuclear por confinamiento inercial.

Exposición de la invención

Con este fin, la invención se define mediante un dispositivo de generación de señales de sincronización con fluctuación de fase muy reducida según la reivindicación 1.

Ventajosamente, los elementos eléctricos pasivos son líneas coaxiales adaptadas.

Breve descripción de los dibujos

La invención se entenderá mejor mediante la descripción de realizaciones con ayuda de las siguientes figuras:

- la figura 1 ilustra un sistema de generación de señales de sincronización conocido del estado de la técnica;

- la figura 2 ilustra un sistema de generación de señales de sincronización conocido del estado de la técnica; 30

- la figura 3 ilustra un sistema de generación de señales de sincronización según una primera realización de la invención;

- la figura 4 ilustra un elemento eléctrico activo que permite generar un retardo de gran precisión. 35

Exposición detallada de realizaciones particulares

La idea en la base de la invención es librarse de las conversiones electro-óptica y opto-eléctrica perjudiciales en términos de fluctuación de fase. Para ello, se propone generar las señales de sincronización a partir de una señal eléctrica única o señal maestra, retardada a través de un conjunto de retardos distribuidos de manera arborescente, estando los retardos constituidos por elementos eléctricos pasivos.

La figura 2 ilustra dicho sistema. El generador 210 produce una señal eléctrica maestra de la que se obtendrán las señales de sincronización. Esta señal es, preferentemente, un pulso de gran amplitud pero también puede, por 45 ejemplo, asumir la forma de un escalón ascendente. De manera general, bastará con que esta señal contenga un motivo susceptible, directa o indirectamente por medio de un tratamiento apropiado, lineal (por ejemplo derivación) o no lineal (por ejemplo umbralado) , de definir de forma precisa un tiempo de referencia.

Esta señal eléctrica, después de la eventual amplificación, es retardada a continuación por una serie de retardos El árbol puede ser de orden 2 (cada nodo alimentando entonces a dos ramas) , en cuyo caso los divisores pueden estar constituidos por acopladores 6 dB, o de orden superior. El número de ramas alimentadas por un nodo puede variar de un nodo a otro. Los divisores no presentan, necesariamente, una ganancia idéntica en los diferentes puertos de salida, esto para tener en cuenta, por ejemplo, los diferentes tamaños de los sub-árboles conectados a estos puertos, o para equilibrar las ganancias de las señales de sincronización.

Los retardos están constituidos por elementos eléctricos pasivos, es decir no alimentados por una fuente de energía eléctrica y que, por consiguiente, poseen características no dependientes de variaciones de tensión o de corriente de dicha fuente.

Los retardos pasivos estarán constituidos, por ejemplo, por líneas... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de generación de señales de sincronización con fluctuación de fase muy reducida, particularmente para la sincronización de la activación de pulsos láser en un sistema de fusión termonuclear de confinamiento 5 inercial, que comprende:

- un generador (310) de señal eléctrica maestra,

- una pluralidad de primeros retardos (DL) realizados en forma de elementos eléctricos pasivos, estando dichos

primeros retardos organizados según una estructura de árbol, comprendiendo los nodos de dicho árbol divisores de señal, estando dicho árbol alimentado en su raíz por la señal eléctrica maestra y suministrando en sus extremos dichas señales de sincronización, caracterizado porque comprende además: 15

- segundos retardos regulables (RDL) , realizados en forma de elementos eléctricos activos, estando dichos segundos retardos dispuestos en serie con dichos primeros retardos y presentando una resolución temporal más fina que la resolución temporal de estos;

comprendiendo cada circuito activo (RDL) un detector de pulsos (400) , un generador de rampa de tensión (410) , un comparador de tensión (420) con respecto a una tensión umbral (Vth) y un generador de pulsos (430) , dispuestos en serie.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos eléctricos pasivos (DL) son líneas 25 coaxiales adaptadas.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los valores de dichos primeros retardos (DL) pertenecen a una serie geométrica de razón 2.

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos segundos retardos (RDL) están colocados en las ramas extremas del árbol.