Le domaine de l'invention est celui des dispositifs électroniques de génération de signaux de synchronisation. Plus spécifiquement, le domaine technique est celui des signaux de synchronisation à très haute résolution, la précision temporelle des signaux étant inférieure à la nanoseconde. Ces dispositifs sont notamment utilisés dans les chaînes lasers délivrant des trains d'impulsions laser ultra-brèves à haute énergie, la durée des impulsions étant de l'ordre de quelques centaines de femtosecondes et leur énergie de l'ordre du térawatt. Ces chaînes comportent le plus souvent un grand nombre d'éléments optoélectroniques nécessaires à la génération, à l'amplification et à la mise en forme des impulsions laser ainsi que des éléments de commande, de contrôle et de mesure de ces impulsions. Or, les impulsions émises ayant une durée très brève, il est fondamental de synchroniser les différents éléments de la chaîne avec une grande précision temporelle de façon à garantir à la fois un fonctionnement optimal de la chaîne et la meilleure reproductibilité possible des impulsions émises. Lés dispositifs de synchronisation actuels présentent un certain nombre d'inconvénients. D'une part, l'horloge interne de ces différents dispositifs n'est pas nécessairement parfaitement synchronisée avec un signal externe issu d'un élément du système à synchroniser. D'autre part, lorsque le système comporte un grand nombre d'éléments à synchroniser, il devient impossible de tous les synchroniser avec un seul dispositif de synchronisation. Dans ce cas, on utilise plusieurs dispositifs de synchronisation qui sont synchronisés entre eux par des dispositifs de déclenchement encore appelés en terminologie anglo-saxonne «trigger ». Ces déclenchements sont réalisés à partir des signaux d'horloge interne des dispositifs de synchronisation. Ces signaux d'horloge sont périodiques. On démontre que la précision du déclenchement est égale à une période du signal d'horloge. Par exemple, pour un signal d'horloge émis à une fréquence de 100 mégaHertz, la précision de synchronisation est égale alors à une période, soit 10 nanosecondes. Cette précision n'est pas suffisante, pour certaines applications, pour permettre une synchronisation parfaite des différents éléments du système. Pour pallier ces inconvénients, le dispositif peut fonctionner non plus avec une horloge interne mais avec une horloge externe issue du dispositif à synchroniser. On évite ainsi toute dérive temporele et toute imprécision de déclenchement des signaux de synchronisation. Cependant, cette solution présente l'inconvénient, qu'en cas de disparition du signal externe, l'ensemble du dispositif de synchronisation ne peut plus fonctionner. La disparition des signaux de synchronisation peut alors avoir des conséquences graves. En effet, la rupture du signal d'horloge externe est la manifestation d'un dysfonctionnement du système à synchroniser. Pour certaines applications, en particulier dans les chaînes lasers impulsionnelles, il est important de prendre alors des dispositions permettant de protéger les éléments de la chaîne pouvant être endommagés par ce dysfonctionnement. C'est le cas notamment des amplificateurs de puissance qui ne doivent fonctionner qu'en présence du faisceau laser à amplifier. Le dispositif selon l'invention comporte un dispositif de sécurité permettant de suppléer aux dysfonctionnements de l'horloge externe par la mise en place d'une horloge interne qui prend le relais de l'horloge externe en cas de dysfonctionnement. Le dispositif comporte également des moyens de gestion électronique permettant de continuer de gérer le système à synchroniser et d'éviter ainsi que des éléments soient détériorés.

Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif électronique de génération de signaux de synchronisation à partir d'un premier signal d'horloge externe émis à une première fréquence d'oscillation, ledit signal étant fourni sur une entrée dite entrée horloge, caractérisé en ce qu'il comporte au moins : • une horloge interne émettant un signal d'horloge interne oscillant à une seconde fréquence sensiblement identique à la première fréquence ; • des premiers moyens électroniques de gestion de sécurité, agencés de façon que ledit signal d'horloge interne se substitue au signal d'horloge externe en cas de mauvais fonctionnement de celui-ci. Avantageusement, les premiers moyens électroniques de gestion de sécurité permettent la mise en œuvre ou l'arrêt pré-programmés de certains signaux de synchronisation en cas de perte du signal d'horloge externe. De plus, le dispositif comporte des seconds moyens électroniques de commande de dispositifs électroniques externes, de type dispositifs d'alimentations électriques ou de type dispositifs électromécaniques ou de type systèmes de sécurité, lesdits signaux étant délivrés sur des sorties électroniques de commande, lesdits seconds moyens étant commandés par les premiers moyens électroniques de gestion de sécurité. Avantageusement, les premiers moyens de gestion de sécurité comportent des moyens permettant de couper l'ensemble des dispositifs commandés par le dispositif de synchronisation à l'issue d'une durée pré¬ déterminée suivant la perte du signal d'horloge externe. Les premiers moyens électroniques comprennent essentiellement un composant numérique programmable, par exemple de type FPGA, acronyme anglo- saxon pour « Fast Programmable Gâte Array ». Le dispositif comporte des moyens d'interface électronique avec un micro-ordinateur, ledit micro-ordinateur permettant de commander et de programmer les fonctions du dispositif. Le dispositif selon l'invention comporte classiquement : • des moyens électroniques de mise en forme du signal d'horloge externe de façon à obtenir un signal sinusoïdal de fréquence identique à la première fréquence d'oscillation ; • des moyens électroniques de génération à partir dudit signal sinusoïdal : o d'un premier signal périodique So de synchronisation servant de référence de base de temps, ledit signal ayant une première fréquence de répétition, ledit signal étant fourni sur une sortie électronique dite sortie référence. o d'une pluralité de seconds signaux périodiques SSYNC de synchronisation, lesdits seconds signaux étant décalés d'une durée programmable par rapport au premier signal de synchronisation et ayant des secondes fréquences de répétition également programmables, lesdits seconds signaux étant fournis sur des sorties électroniques dites sorties signaux à délais programmés. o des moyens de génération d'un second signal d'horloge externe de synchronisation ayant une fréquence identique au premier signal d'horloge externe, ledit signal étant fourni sur une sortie électronique dite sortie horloge.

Le dispositif selon l'invention s'applique plus particulièrement à une chaîne laser comportant au moins les éléments optoélectroniques suivants : • un oscillateur local émettant un faisceau optique sous forme de trains d'impulsions laser ; • une chaîne d'amplification énergétique ; • des moyens de mises en forme spatiale et temporelle du faisceau optique ; • des moyens de commande, de contrôle et de mesure ; • un séparateur optique semi- réfléchissant disposé en sortie de l'oscillateur local ; • une photodiode disposée sur une des voies dudit séparateur de façon à recevoir une partie du faisceau optique, ladite photodiode délivrant un signal électrique représentatif dudit faisceau optique ; • un dispositif ou un système électronique de génération de signaux de synchronisation selon l'invention, le signal électrique issu de la photodiode servant de signal d'horloge pour ledit dispositif ou ledit système, les signaux de synchronisation SSYNC issus dudit dispositif ou dudit système étant utilisés pour synchroniser les différents éléments optoélectroniques de la chaîne.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : • la figure 1 représente le synoptique général du dispositif selon l'invention ; • la figure 2 représente le diagramme du protocole de fonctionnement du dispositif de sécurité selon l'invention ; « la figure 3 représente une chaîne laser incorporant un dispositif selon l'invention.

A titre d'exemple non limitatif, la figure 1 représente un dispositif électronique de génération de signaux de synchronisation 1 selon l'invention. II comprend essentiellement : • des moyens électroniques de filtrage 110, d'amplification 111 et de mise à niveau 112, permettant la mise en forme d'un signal d'horloge externe de façon à obtenir un signal sinusoïdal positif de fréquence identique à la première fréquence d'oscillation ; • des moyens électroniques 130, 131 et 132 de génération à partir dudit signal sinusoïdal : o d'un premier signal périodique de synchronisation servant de référence de base de temps, ledit signal ayant une première fréquence de répétition, ledit signal fourni sur une sortie électronique 142 dite sortie référence ; o d'une pluralité de seconds signaux périodiques de synchronisation, lesdits seconds signaux étant décalés d'une durée programmable par rapport au premier signal de synchronisation, lesdits seconds signaux étant fournis sur des sorties électroniques 143 dites sorties signaux à délais programmés ; • une horloge interne 133 émettant un signal d'horloge interne oscillant à une seconde fréquence sensiblement identique à la première fréquence ; • des moyens électroniques de gestion de sécurité 130, de façon que ledit signal interne se substitue au signal d'horloge externe en cas de perte de celui-ci. • des moyens de génération 120 d'un second signal d'horloge externe de synchronisation ayant une fréquence identique au premier signal d'horloge externe, ledit signal étant fourni sur une sortie électronique 141 dite sortie horloge. • des moyens d'interface électronique 31 avec un micro¬ ordinateur 3 de contrôle, ledit micro-ordinateur permettant de commander et de programmer tout ou partie des fonctions du dispositif. • des moyens électroniques de déclenchement permettant de synchroniser certaines fonctions du dispositif à partir d'au moins un signal externe, ledit signal étant fourni sur une entrée électronique 144 dite entrée « Trigger » . • des moyens de commande permettant de délivrer des signaux de commande pour des dispositifs électroniques ou pour des dispositifs électromécaniques 60 ou de recevoir des signaux de commande venant de systèmes de sécurité 61, lesdits signaux étant délivrés sur des sortie électroniques de commande 145.

Un certain nombre d'instruments ou de systèmes électroniques ou optoélectroniques, tels les lasers impulsionnels, délivrent un signal d'horloge de très grande stabilité. On utilise ce signal d'horloge pour synchroniser les différentes composantes du dispositif à synchroniser. La fonction principale des moyens électroniques 130, 131 et 132 est de générer à partir du signal d'horloge les signaux de synchronisation SSYNC Le cœur de ces moyens électroniques est constitué par un composant numérique programmable 130 qui peut être de type FPGA, acronyme anglo- saxon pour « Fast Programmable Gâte Array». Ce composant numérique génère : • un premier signal périodique de synchronisation S0 servant de référence de base de temps, ledit signal ayant une première fréquence de répétition, ledit signal fourni sur une sortie électronique 142 dite sortie référence. • une pluralité de seconds signaux périodiques de synchronisation SSYNC, lesdits seconds signaux étant décalés d'une durée programmable ÔM par rapport au premier signal de synchronisation Sb, lesdits seconds signaux étant fournis sur des sorties électroniques 143 dites sorties signaux à délais programmés, lesdits seconds signaux ayant des secondes fréquences de répétition. Les signaux de synchronisation So et SSYNC ont la forme de trains d'impulsions temporelles identiques, chaque impulsion ayant la forme d'un créneau, le front de montée M et le front de descente D dudit créneau étant décalés d'une première durée 5M et d'une seconde durée ÔD programmables par rapport au front de montée du créneau correspondant du premier signal de synchronisation So pris comme référence. La durée TSYNC séparant deux impulsions est égale à l'inverse de la fréquence de répétition fsYNc du signal de synchronisation SSYNC- Cette fréquence de répétition fsγι\ιc est réglable en fonction de l'utilisation du signal de synchronisation. Le composant numérique programmable 130 fonctionne à la fréquence d'horloge et ne peut délivrer des signaux avec une résolution temporelle supérieure à la période de ladite fréquence d'horloge. Ainsi, si la fréquence d'horloge est de 100 mégaHertz, la résolution intrinsèque du composant numérique programmable est de 10 nanosecondes. Pour obtenir des résolutions temporelles inférieures, on dispose de lignes à retard 132 programmables en sortie du composant numérique programmable 130, chacun des seconds signaux de synchronisation SSYNC étant issus de ces lignes à retard. On obtient ainsi des précisions temporelles de front de montée et de front de descente des créneaux bien inférieures à la période temporelle de l'horloge externe. Avec l'exemple précédent, il est possible d'obtenir des résolutions temporelles de l'ordre de 250 picosecondes avec une incertitude moyenne encore appelé « jitter» de 50 picosecondes. Pour des raisons de confort d'utilisation et d'ergonomie, les différentes fonctions du dispositif peuvent être contrôlés par un micro- ordinateur 3 au moyen d'interfaces électroniques 31 représentées symboliquement par la .double flèche de la figure 1. Ces interfaces électroniques 31 peuvent être de simples liaisons électroniques ou être définies selon une norme électronique d'échange de données entre équipements électroniques comme, par exemple, la norme RS 232. Le logiciel de commande et de contrôle peut être développé à l'aide de logiciels spécifiques comme le logiciel de contrôle d'instruments de mesure connu sous la marque LABVIEW développé par la société National Instruments. Il est avantageux, lorsque le dispositif de synchronisation n'est plus sous le contrôle du micro-ordinateur 3, que l'ensemble des paramètres programmés, en particulier les différents délais régissant les signaux de synchronisation soient conservés de façon que le dispositif de synchronisation puisse fonctionner de façon autonome. A cette fin, le composant numérique programmable dispose d'une mémoire électronique 131.

Le dispositif de synchronisation comporte également une horloge interne 133 émettant un signal d'horloge interne oscillant à une seconde fréquence sensiblement identique à la première fréquence et des premiers moyens électroniques de gestion de sécurité intégrés au composant numérique programmable 130, de façon que ledit signal interne se substitue au signal d'horloge externe en cas de disparition de celui-ci. Cette horloge interne est issue d'un oscillateur accordable qui peut être, par exemple, un oscillateur à quartz. Le protocole de fonctionnement du dispositif de sécurité selon l'invention est décrit sur le diagramme de la figure 2. Les différentes étapes du protocole sont les suivantes : • Le dispositif de synchronisation délivre, un signal d'horloge externe mis en forme et issu du dispositif électronique 1 12. Ce signal est examiné par des moyens électroniques. L'examen du signal est symbolisé par le losange intitulé « SIGNAL ». Si le signal est correct, bien entendu, le dispositif continue de fonctionner sur l'horloge externe, symbolisée par la sortie « OUI » du losange « SIGNAL », si le signal n'est pas conforme symbolisé par la sortie « NON » du losange « SIGNAL », on passe à l'étape suivante. • Le dispositif de sécurité active alors trois fonctions symbolisées par les rectangles intitulés : « ARRET PARTIEL », « ACTIVATION HORLOGE » et « AFFICHAGE » qui correspondent aux tâches suivantes : o « ARRET PARTIEL » : les dispositifs présentant un danger ou susceptible d'être endommagés par un arrêt prolongé sont éteints ; o « ACTIVATION HORLOGE » : l'horloge interne est activée et se substitue à l'horloge externe de façon que les signaux de synchronisation indispensables à la bonne marche du système soient encore activés correctement ; o « AFFICHAGE » : des messages de panne sont affichés soit sur le dispositif de synchronisation lui- même par l'intermédiaires de diodes de signalisation, soit sur le micro-ordinateur de contrôle. • L'étape suivante intitulée « BOUCLE » termine l'étape de sécurisation du système ; • L'étape suivante intitulée « HORLEXT. CORRECTE » vérifie que le signal externe est rétabli. Si c'est le cas, le dispositif se remet à fonctionner sur le signal d'horloge externe, symbolisé par la sortie « OUI » du losange « HORLEXT. CORRECTE » vers le rectangle intitulé « RETOUR HORLOGE EXTERNE », si ce n'est pas le cas, on passe à l'étape suivante ; • L'étape suivante intitulée « TEMPS LIMITE » vérifie que le temps de panne du signal d'horloge externe est inférieur à une valeur pré-déterminée. Dans le cas où le temps de panne est supérieur ou égal à cette valeur symbolisé par la sortie « OUI » du losange «TEMPS LIMITE », l'ensemble des composants du système est arrêté, symbolisé par le rectangle intitulé « ARRET TOTAL ». Dans le cas contraire, on teste de nouveau le signal d'horloge, externe au bout d'un temps d'incrémentation, symbole « INCREMENTATION » sur le diagramme jusqu'à ce que, soit le signal d'horloge soit rétabli, soit la durée maximale du temps de panne soit écoulée.

A titre d'exemple non limitatif, la figure 3 illustre un système comportant un dispositif de synchronisation 1 selon l'invention. Le dispositif nécessitant des signaux de synchronisation est une chaîne laser émettant des impulsions ultra-brèves. Le faisceau laser émis 50 est symbolisé sur la figure 3 par une flèche double. La chaîne comprend successivement : • un oscillateur optique 40 délivrant des trains d'impulsions laser. Généralement, la durée des impulsions est de l'ordre de quelques centaines de femtosecondes et elles sont émises à haute fréquence de répétition, l'ordre de grandeur de cette première fréquence est de quelques dizaines de mégaHertz. Cette fréquence de répétition est d'une très grande stabilité ; • un premier dispositif optique 41 à réseau de diffraction encore appelé en terminologie anglo-saxonne « Stretcher » permettant l'élargissement temporelle des impulsions femtosecondes. La durée des impulsions est ainsi multipliée d'un facteur compris entre 1000 et 10 000. En élargissant ainsi l'impulsion, on diminue d'autant sa puissance crête qui est considérable en sortie de chaîne. Elle pourra alors être amplifiée de façon importante en toute sécurité pour les différents éléments optiques de la chaîne ; • un premier amplificateur 42 dit de régénération permettant de fournir à partir des impulsions issues du « stretcher » des impulsions dans un mode optique déterminé ayant une énergie plus importante. Ces impulsions sont délivrées à basse fréquence de répétition, comprise entre 1 Hertz et 500 kilohertz ; • un dispositif à cellule de Pockels 43 permettant de limiter le • bruit des impulsions en limitant strictement leur durée temporelle ; • un ensemble de pré-amplification 44 et d'amplification 45 de l'impulsion laser ; • enfin, un second dispositif 46 à réseau de diffraction encore appelé en terminologie anglo-saxonne « compressor » permettant la compression temporelle de l'impulsion de façon à lui rendre sa durée temporelle d'origine et à augmenter ainsi sa puissance crête. Bien entendu, selon les besoins, cette chaîne peut contenir moins d'éléments optiques, le dispositif à cellule de Pockels n'est pas, par exemple, obligatoirement nécessaire. La chaîne peut également comporter d'autres éléments optiques, elle peut en outre posséder une voie d'amplification ou plusieurs voies disposées en parallèle. Afin de disposer de données et de caractéristiques géométriques, photométriques et spectroscopiques sur les impulsions émises, des prélèvements sont effectués à différents endroits de la chaîne laser. Ces prélèvements sont effectués au moyen de lames semi-réfléchissantes 47 disposées le long du faisceau optique 50, les faisceaux lumineux ainsi prélevés sont envoyés, par exemple, sur des photodiodes de mesure 2, 22 et 24, des caméras ultra-rapides dites à balayage de fente 21 et 23, encore appelées en terminologie anglo-saxonne « streak caméra », des oscilloscopes,... Ainsi, il est possible d'envoyer sur la photodiode 2 une partie du train d'impulsions laser issu de l'oscillateur optique 40. Le signal électrique issu de la dite photodiode est alors fourni sur l'entrée horloge 140 du dispositif de synchronisation 1 selon l'invention. A partir de ce signal, le dispositif de synchronisation 1 délivre : • un premier signal périodique de synchronisation So servant de référence de base de temps, ledit signal ayant une fréquence de répétition propre. Ledit signal est fourni sur une sortie électronique 142 dite sortie référence et commande le ., déclenchement du premier amplificateur 42 dit de régénération au moyen d'un dispositif de déclenchement 25 ; • une pluralité de seconds signaux périodiques de synchronisation SSYNC, lesdits seconds signaux étant décalés d'une durée programmable par rapport au premier signal de synchronisation et ayant également des fréquences de répétition programmables, lesdits seconds signaux étant . fournis sur des sorties électroniques 143 dites sorties signaux à délais programmés et commandant les différents éléments optiques de la chaîne au moyen de dispositifs de déclenchement 26 et 27 . Le dispositif de synchronisation 1 possède également des moyens de commande permettant de délivrer des signaux de commande pour des dispositifs électroniques ou pour des dispositifs électromécaniques 60 ou de recevoir des signaux de commande venant de systèmes de sécurité 61 , lesdits signaux étant délivrés sur des sortie électroniques de commande 145. L'ensemble des paramètres du dispositif de synchronisation est géré au moyen d'un micro-ordinateur 3 par l'intermédiaire d'une interface 31 représentée par une flèche double sur la figure 3. En cas de panne de l'oscillateur, le signal ce l'horloge externe disparaît. Dans ce cas, le dispositif de sécurité est activé. L'horloge interne se substitue à l'horloge externe pour continuer d'activer certains composants. On les maintient ainsi en température. D'autres composants comme certains amplificateurs sont déconnectés pour éviter un échauffement anormal de leur barreau d'amplification.