Dispositivo de generación de fuente secundaria mediante la interacción láser-materia que comprende un dispositivo óptico de control de la posición y de la orientación de una superficie en movimiento.

Dispositivo de generación de una fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria (H1),

que emite unprimer haz óptico en una primera longitud de onda (λ1) focalizada en una superficie en movimiento (10), con la cual

dicho primer haz interactúa de tal modo que genera un haz secundario (H2) que comprende:

- un dispositivo óptico de control de la posición de dicha superficie en movimiento, que genera un haz decontrol de tal modo que determina la orientación y la posición del punto de emisión de dicha fuente secundariasobre dicha superficie, comprendiendo dicho dispositivo óptico de control de la posición de una superficie enmovimiento (10):

• un haz láser de control (11), reflejado por dicha superficie en movimiento;

1• unos medios (16) de tipo cámara para mostrar en imágenes la información de la posición de dichasuperficie;

• unos medios (18) para generar un bucle de retroalimentación de control de la orientación y de la posiciónde dicha superficie en movimiento a partir del análisis de dicha señal portadora de información,caracterizado porque:

- dicho haz de control está separado en dos brazos, uno de los cuales es un haz de referencia, fijo, y el otro esun haz de análisis (12) reflejado por la superficie en movimiento y móvil;

y porque dicho dispositivo comprende:

- unos medios para hacer que dichos haces de referencia y de análisis interfieran de tal modo que generenunas franjas de interferencias;

- unos medios de análisis (17) de dichas imágenes de interferencias;

- unos medios (18) para generar un bucle de retroalimentación que permite el control de la orientación y de laposición de dicha superficie en movimiento.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/066397.

Solicitante: Ecole Polytechnique.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: Etablissement Public Administratif 91128 Palaiseau Cedex FRANCIA.

Inventor/es: BOROT,ANTONIN, LOPEZ-MARTENS,RODRIGO, GEINDRE,JEAN-PAUL, DOUILLET,DENIS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01B11/26 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01B MEDIDA DE LA LONGITUD, ESPESOR O DIMENSIONES LINEALES ANALOGAS; MEDIDA DE ANGULOS; MEDIDA DE AREAS; MEDIDA DE IRREGULARIDADES DE SUPERFICIES O CONTORNOS.G01B 11/00 Disposiciones de medida caracterizadas por la utilización de medios ópticos (instrumentos de los tipos cubiertos por el grupo G01B 9/00 en sí G01B 9/00). › para la medida de ángulos o conicidades; para la comprobación de la alineación de ejes.
  • G01B9/02 G01B […] › G01B 9/00 Instrumentos según se especifica en los subgrupos y caracterizados por la utilización de medios de medida ópticos (disposiciones para la medida de parámetros particulares G01B 11/00). › Interferómetros.
  • G02F1/35 G […] › G02 OPTICA.G02F DISPOSITIVOS O SISTEMAS CUYO FUNCIONAMIENTO OPTICO SE MODIFICA POR EL CAMBIO DE LAS PROPIEDADES OPTICAS DEL MEDIO QUE CONSTITUYE A ESTOS DISPOSITIVOS O SISTEMAS Y DESTINADOS AL CONTROL DE LA INTENSIDAD, COLOR, FASE, POLARIZACION O DE LA DIRECCION DE LA LUZ, p. ej. CONMUTACION, APERTURA DE PUERTA, MODULACION O DEMODULACION; TECNICAS NECESARIAS PARA EL FUNCIONAMIENTO DE ESTOS DISPOSITIVOS O SISTEMAS; CAMBIO DE FRECUENCIA; OPTICA NO LINEAL; ELEMENTOS OPTICOS LOGICOS; CONVERTIDORES OPTICOS ANALOGICO/DIGITALES. › G02F 1/00 Dispositivos o sistemas para el control de la intensidad, color, fase, polarización o de la dirección de la luz que llega de una fuente de luz independiente, p. ej. conmutación, apertura de puerta o modulación; Optica no lineal. › Optica no lineal.
  • H01S4/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01S DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN LA EMISION ESTIMULADA.Dispositivos que utilizan la emisión estimulada de energía ondulatoria distinta a la prevista en los grupos H01S 1/00, H01S 3/00 ó H01S 5/00, p. ej. máser fonón, máser gamma.
  • H05G2/00 H […] › H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05G TECNICAS DE LOS RAYOS X (aparatos para diagnóstico radiológico A61B 6/00; radioterapia A61N; verificación (ensayos) por rayos X G01N; aparatos de radiofotografía G03B; filtros, pantallas de conversión G21K; tubos de rayos X H01J 35/00; sistemas de televisión con una señal de entrada constituida por rayos X H04N 5/321). › Aparatos o procedimientos especialmente adaptados a la producción de rayos X, sin utilizar tubos de rayos X, p. ej. utilizando la generación de un plasma (lásers de rayos X H01S 4/00; técnica del plasma en general H05H).

PDF original: ES-2433075_T3.pdf

 

Dispositivo de generación de fuente secundaria mediante la interacción láser-materia que comprende un dispositivo óptico de control de la posición y de la orientación de una superficie en movimiento.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo de generación de fuente secundaria mediante la interacción láser-materia que comprende un dispositivo óptico de control de la posición y de la orientación de una superficie en movimiento El campo de la invención es el de los dispositivos de control de la orientación y de la posición de una superficie en movimiento y, en particular, de una superficie destinada a utilizarse como blanco para un haz láser primario con el fin de generar un haz secundario (X-UV, electrones, protones...) mediante la interacción con dicho blanco.

Este tipo de dispositivo encuentra en particular sus aplicaciones en el campo de la generación de armónicos de orden superior mediante la interacción láser-materia sobre un blanco sólido, que corresponde a la generación de un campo electromagnético con una longitud de onda extremadamente corta, del orden de algunas decenas de nanómetros, pudiendo ponerse en fase a estos armónicos con el fin de generar unos pulsos con una duración de attosegundos (en la práctica del orden de unos 10-17 o 10-16 segundos) , buscándose dichas fuentes de radiación, por ejemplo, en el análisis de fenómenos ultrarrápidos a escala subatómica.

En la actualidad, existen unas fuentes armónicas resultantes de la interacción de un láser de femtosegundo sobre un blanco sólido, sin embargo estas últimas se realizan con una baja, e incluso muy baja, cadencia de repetición (< 10 Hz) . El fenómeno de interacción láser-materia genera, en efecto, la emisión de un haz secundario que puede ser normalmente un haz armónico, es decir, un haz de luz con una longitud de onda más corta que la de la fuente primaria.

El problema con el que nos encontramos en este tipo de interacciones de láser ultra-intenso sobre un blanco sólido cuando se busca funcionar a una muy alta cadencia es el poder regenerar la superficie de interacción entre cada disparo, ya que cada interacción conlleva la destrucción de la superficie de interacción, y es necesario que el pulso luminoso de la fuente primaria interactúe con una zona virgen del blanco.

Es, por lo tanto, necesario prever unos medios que permitan desplazar el blanco entre cada disparo, de tal modo que la superficie presentada al siguiente pulso láser esté intacta. Sabiendo que el punto focal del láser es fijo en el espacio, una solución consiste en utilizar un blanco en forma de disco al cual se le imprime un movimiento de rotación, con el fin de que los impactos del láser sobre el blanco formen un círculo. Una vez se acaba este círculo, se traslada el blanco en paralelo a la superficie del blanco, a continuación se vuelve a comenzar el movimiento de rotación con el fin de obtener un círculo concéntrico al primero, y así sucesivamente. Este procedimiento permite la obtención de una fuente secundaria cuya frecuencia de repetición es igual a la de la fuente primaria.

Sin embargo y de manera inherente al procedimiento empleado, la puesta en movimiento del blanco crea unas inestabilidades al nivel de la emisión de la fuente secundaria, tanto en términos de posición de dicha fuente secundaria (lo que conlleva también una inestabilidad en la eficacia del proceso de generación) como en términos de orientación de dicha fuente, cuando es necesario poder disponer de una fuente secundaria de alta precisión en términos de posición y de orientación del haz.

Se conoce en particular de la patente US 20041195529 un dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria que emite un haz óptico en una primera longitud de onda sobre una superficie en movimiento con la cual el primer haz interactúa de tal modo que genera un haz secundario. Este dispositivo comprende, además, un dispositivo óptico de control de tal modo que determina la posición del punto de emisión de la fuente secundaria sobre dicha superficie, comprendiendo este dispositivo de control un haz de control, una cámara y unos medios para generar una bucle de retroalimentación.

En comparación con dicho dispositivo, el dispositivo de la presente invención permite controlar la posición así como la orientación de una superficie en movimiento utilizada para generar una radiación secundaria mediante la interacción materia-luz en el caso en el que la superficie en movimiento sea plana. La patente US 2004/195529 se refiere, por su parte, a la compensación del error de posición del lugar de emisión de la radiación secundaria en el caso de la interacción de un láser con un chorro de materia líquida o solida.

Por otra parte, se conocen en particular la patente US 2008/157011 o la patente JP 2007 103176 o incluso la publicación K. NISHIHARA que describen unas configuraciones en las cuales un láser interactúa con un blanco plano sólido o líquido, pero no sugieren ninguna solución de control de la orientación y de la posición de la interacción láser-materia cuando se utiliza una superficie plana en rotación como blanco para emitir una radiación.

En este contexto y de manera más precisa, la presente invención tiene por objeto un dispositivo de generación de una fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria (H1) que emite un primer haz óptico en una primera longitud de onda (!1) focalizada en una superficie en movimiento (10) , con la cual dicho primer haz interactúa de tal modo que genera un haz secundario (H2) que comprende:

-un dispositivo óptico de control de la posición de dicha superficie en movimiento que genera un haz de control de tal modo que determina la orientación y la posición del punto de emisión de dicha fuente secundaria sobre dicha superficie, comprendiendo dicho dispositivo óptico de control de la posición de una superficie en movimiento (10) :

∀ un haz láser de control (11) , reflejado por dicha superficie en movimiento; ∀ unos medios (16) de tipo cámara para mostrar en imágenes la información de la posición de dicha superficie; ∀ unos medios (18) para generar un bucle de retroalimentación de control de la orientación y de la posición de

dicha superficie en movimiento a partir del análisis de dicha señal portadora de información,

-dicho haz de control está separado en dos brazos, uno de los cuales es un haz de referencia, fijo, y el otro es un haz de análisis (12) reflejado por la superficie en movimiento y móvil;

y porque dicho dispositivo comprende:

-unos medios que hacen que dichos haces de referencia y de análisis interfieran de tal modo que generen unas

franjas de interferencias; -unos medios de análisis (17) de dichas imágenes de interferencias; -unos medios (18) para generar un bucle de retroalimentación que permite el control de la orientación y de la posición de dicha superficie en movimiento.

De acuerdo con una variante de la invención, los medios de análisis de dichas imágenes de interferencias 15 comprenden unos medios de análisis temporal de los siguientes parámetros:

-la variación del paso de la red de franjas que corresponde al número de franjas de interferencias visualizadas en la cámara; -el desplazamiento de la red de franjas en términos de posición de la red de franjas de interferencias con respecto al borde de la cámara; 20 -la inclinación de las franjas de interferencias que corresponde al ángulo de las franjas con respecto al eje vertical de la cámara definido en un plano sustancialmente paralelo al de la superficie en movimiento.

De acuerdo con una variante de la invención, los medios para generar un bucle de retroalimentación comprenden un conjunto de actuadores motorizados acoplados a dicha superficie en movimiento y dispuestos en « recta-puntoplano », en un plano sustancialmente paralelo al de la superficie en movimiento para regular la orientación y la posición de dicha superficie.

De acuerdo con una variante de la invención, el dispositivo comprende un láser de Helio-Neón que genera el haz láser de control estabilizado en frecuencia.

De acuerdo con una variante de la invención, la superficie en movimiento es un disco de vidrio o de metal o de plástico.

De acuerdo con una variante de la invención, los medios para hacer que dichos haces de referencia y de análisis interfieran de tal modo que se genere un haz de interferencias comprenden dos separadores de haces y un espejo .

De acuerdo con una variante de la invención, el dispositivo comprende, además, unos medios para ampliar el diámetro de dicho haz láser situados aguas arriba de la separación del haz de análisis, de tal modo que cubra la superficie de detección de la cámara.

De acuerdo con una variante de la invención, los medios de análisis comprenden unos medios de tratamiento de la imagen para extraer la información... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de generación de una fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria (H1) , que emite un primer haz óptico en una primera longitud de onda (!1) focalizada en una superficie en movimiento (10) , con la cual dicho primer haz interactúa de tal modo que genera un haz secundario (H2) que comprende:

-un dispositivo óptico de control de la posición de dicha superficie en movimiento, que genera un haz de control de tal modo que determina la orientación y la posición del punto de emisión de dicha fuente secundaria sobre dicha superficie, comprendiendo dicho dispositivo óptico de control de la posición de una superficie en movimiento (10) :

∀ un haz láser de control (11) , reflejado por dicha superficie en movimiento; ∀ unos medios (16) de tipo cámara para mostrar en imágenes la información de la posición de dicha superficie; ∀ unos medios (18) para generar un bucle de retroalimentación de control de la orientación y de la posición de dicha superficie en movimiento a partir del análisis de dicha señal portadora de información,

caracterizado porque:

-dicho haz de control está separado en dos brazos, uno de los cuales es un haz de referencia, fijo, y el otro es un haz de análisis (12) reflejado por la superficie en movimiento y móvil;

y porque dicho dispositivo comprende:

- unos medios para hacer que dichos haces de referencia y de análisis interfieran de tal modo que generen unas franjas de interferencias; -unos medios de análisis (17) de dichas imágenes de interferencias; -unos medios (18) para generar un bucle de retroalimentación que permite el control de la orientación y de la posición de dicha superficie en movimiento.

2. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de análisis (17) de dichas imágenes de interferencias comprenden unos medios de análisis temporal de los siguientes parámetros:

- la variación del paso de la red de franjas que corresponde al número de franjas de interferencias visualizadas en la cámara; -el desplazamiento de la red de franjas en términos de posición de la red de franjas de interferencias con respecto al borde de la cámara; -la inclinación de las franjas de interferencias que corresponde al ángulo de las franjas con respecto al eje vertical de la cámara definido en un plano sustancialmente paralelo al de la superficie en movimiento.

3. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los medios para generar un bucle de retroalimentación (17) comprenden un conjunto de actuadores motorizados (51, 52, 53) acoplados a dicha superficie en movimiento (10) y dispuestos en « recta-punto-plano », en un plano sustancialmente paralelo al de la superficie en movimiento para regular la orientación y la posición de dicha superficie.

4. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende un láser de Helio-Neón que genera el haz láser de control estabilizado en frecuencia.

5. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la superficie en movimiento es un disco de vidrio o de metal o de plástico.

6. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los medios para hacer que dichos haces de referencia y de análisis interfieran de tal modo que se genere un haz de interferencias. comprenden dos separadores de haces (131, 133) y un espejo reflector (132) .

7. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende, además, unos medios para ampliar el diámetro de dicho haz láser situados aguas arriba de la separación del haz de análisis, de tal modo que cubra la superficie de detección de la cámara.

8. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los medios de análisis comprenden unos medios de tratamiento de la imagen para extraer la información de la variación de posición y de orientación de dicha superficie con respecto a

un plano de referencia.

9. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el haz de la fuente secundaria es de tipo X-UV, electrones, protones.

10. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la superficie en movimiento está montada sobre un porta-blancos, estando dicho porta-blancos equipado con unos medios de puesta en rotación de dicha superficie (51, 52, 53) y con unos medios de traslación (40) de dicha superficie.

11. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el porta-blancos y la superficie en movimiento están montados en un recinto de vacío.

12. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el haz láser de control es generado por una fuente láser continua que tiene una longitud de onda inferior o igual a la longitud de onda de la fuente óptica primaria para garantizar la máxima precisión de medición.

13. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la fuente óptica primaria es una fuente láser de pulsos de femtosegundo.

14. Dispositivo de generación de fuente secundaria resultante de una fuente óptica primaria de acuerdo con la

reivindicación 13, caracterizado porque la fuente secundaria es un haz láser armónico de la fuente primaria con una duración de entre unas decenas y unas centenas de attosegundos.


 

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