Brevet FR2008129A1 — publié le 19700116

La présente invention concerne un dispositif -appelé iraser- destiné à engendrer une émission stimulée de rayonnement infrarouge de longueur d'onde égale à environ 10,6 p, à l'aide d'une décharge à densité de courant supérieure à 5 15 mA/cm dans un mélange gazeux formé par du gaz carbonique, de l'azote, de l'hélium et de la vapeur d'eau et contenu dans un tube à décharge de quelques mètres de longueur, une plaque de germanium à faces parallèles, de 2 mm environ d'épaisseur servant de réflecteur et de fenêtre d'émission 10 du rayonnement. L'invention concerne également un tube à décharge destiné à un tel dispositif. Par "quelques mètres de longueur", il y a lieu d'entendre ici une longueur au moins égale à environ 1,5 m. 15 Les dispositifs du genre décrit ci-dessus sont déjà connus (voir la publication "Philips Technisch Tijdschrift" 28, pages 193 à 302, parue en 1967). Par suite de l'émission d'énergie à travers la plaque de germanium à faces parallèles, il ne se produit qu'une seule raie infrarouge, déterminée par 20 les niveaux de rotation associés à la transition dans le mode de vibration dans la molécule de gaz carbonique. Par suite de l'emploi de la plaque de germanium qui ne sert pas uniquement de fenêtre, mais également de réflecteur, un écart de . 10 2.10 H7, environ sépare les fréquences pour lesquelles la 25 réflexion est maximale. Toutefois, les raies situées au voi-sinage de 10,6 p. , sont écartées d'environ 555 • 10 Hz. Il en résulte que, généralement, il est exclu que plusieurs raies se produisent simultanément. Une des applications les plus importantes de ces 30 irasers consiste dans la découpe de couches minces, par exemple des couches de carbone se trouvant sur des corps de résistances. Lors de cette opération, l'intensité du rayonnement concentré est insuffisante dans de nombreux cas. Ainsi, pour un iraser ayant une longueur de 1,5 m et un diamètre de 20 mm et capable de fournir à travers la fenêtre une puissance de 60 W en continu, l'aire du foyer obtenu après concentration du rayonnement à travers une lentille de distance focale 50 m, est de —2 2 2 6 x 10 mm / , la densité de rayonnement étant 0,1 MW/cm . La grande superficie du foyer résulte de ce que le fonctionnement de 1'iraser se fait selon plusieurs modes 14583 2 2008129 d'oscillation; outre le seul mode d'oscillation purement longitudinale possible, on obtient, simultanément ou alternativement, plusieurs modes d'oscillations transversales et radiales qui ont tous le même indice de mode longitudinal. On obtient alors au foyer une image de la configuration de modes caractérisant le fonctionnement de 1'iraser. L'invention améliore cet état de choses. Conformément à l'invention, dans un dispositif -appelé iraser- destiné à engendrer une émission stimulée de rayonnement infrarouge de longueur d'onde égale à environ 10,6 \i à l'aide d'une décharge à densité de courant supé-rieure à 15 mA./cm dans un mélange gazeux formé par du gaz carbonique, de l'azote, de l'hélium et de la vapeur d'eau et contenu dans un tube à décharge de quelques mètres de longueur, une plaque de germanium à faces parallèles de 2 mm environ d'épaisseur servant de réflecteur et de fenêtre d'émission d'énergie, le diamètre du tube à décharge est au maximum égal à 10 mm, la tension de la vapeur d'eau est comprise entre 0,3 et 0,4 torr, et les extrémités du tube communiquent par un tuyau de liaison étroit dans lequel il ne se produit aucune décharge. On a constaté que dans lin dispositif conçu conformément à l'invention, un seul des modes d'oscillations longitudinales, radiales et transversales se produit par suite de la compétition mutuelle intense de ces modes à la densité élevée du courant dans le mélange gazeux en question. Un iraser fonctionnant de la sorte fournit un faisceau qui, après sa concentration, passe par un foyer où est formée uniqûement l'image de ce seul mode, l'intensité de rayonnement au foyer étant de ce fait considérablement supérieure à celle atteinte dans les dispositifs connus. Il y a lieu de remarquer que pour engendrer un rayonnement de .longueur d'onde égale à -10,6 p, et d'énergie égale à 1 I environ en continu, on connaît un dispositif comportant un tube dont le diamètre est égal à 10 mm, l'intensité de courant n'y atteignant que 5 I&A-. .Le mélange gazeux est formé uniquement par du gaz carbonique et de l'azote. Cette faible intensité, est cause de ce que plusieurs modes d'oscillations radiales et/ou transversales se produisent simultanément, (Voir la revue"Applied Physics Letters", 69 14583 ' 2008129 9, pages 174- à 176, éditée en 1966). Pour la présente invention, le mélange gazeux peut être additionné aussi de vapeur d'eau, toutefois sous une pression optimale qui est supérieure à celle qui est de 5 rigueur dans des tubes à décharge de grand diamètre, équipant les irasers dont le fonctionnement est caractérisé par plusieurs modes d'oscillations. Le tuyau par lequel communiquent les extrémités du tube à décharge forme l'objet de la demande de brevet 10 français P.V.N0 déposée le 23 avril 1969 au nom de la demanderesse pour "Dispositif destiné à engendrer une émission stimulée de rayonnement infrarouge". Ledit tuyau y sert à combattre la dissociation cataphorétique. La description qui va suivre en regard du dessin 15 annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une coupe longitudinale d'un iraser conforme à l'invention. La figure 2 est un graphique illustrant les résultats 20 obtenus avec cet iraser. Sur la figure 1, un tube en quartz d'une longueur de 1,52 m et d'un diamètre intérieur de 10 mm est entouré par une gaine de refroidissement contenant de l'eau. Le côté r droit de cet ensemble est obturé par un réflecteur concave 3 25 muni d'une couche superficielle d'or et présentant un rayon de courbure de 2,4 m, le côté gauche étant obturé par une plaque de germanium plane 4 d'épaisseur égale à 2 mm. Chacune des électrodes en platine 5 et 6 est placée dans une protubérance latérale. Un tuyau de liaison 7 de diamètre intérieur 30 égal à 3 » relie ces protubérances, tandis qu'une tige de zéolithe, saturée de vapeur d'eau, est indiquée par 8. Le mélange gazeux est constitué par du gaz carbonique sous une pression de 2 torrs, de l'azote sous une pression de 4 torrs, de l'hélium sous une pression de 8 torrs et de la vapeur 35 d'eau sous une pression de 0,4 torr . Pour une intensité de courant de décharge comprise entre 10 et 35 ^ pour laquelle la décharge est caractérisée par une tension variant de 19 à 18 kV, la plaque 4 laisse passer un faisceau rayonnant caractérisé par une longueur d'onde d'environ 10,6 p et une 40 énergie comprise entre plus de 30 W et 60 W, alors que dans 69 14583 4 2008129 le faisceau concentré, l'image du seul mode d'oscillation qui se produit, est représentée auprès des points de mesure sur la figure 2. Pour les intensités de courant de 10 et 15 mA. , 5 l'image est un point du mode TEMqq c'est-à-dire un mode purement axial; pour des intensités de courant plus élevées, l'image est formée par deux secteurs de cercle du mode TEMq^, c'est-à-dire le premier mode transversal. En concentrant ce faisceau de 60 W à l'aide d'une lentille de distance 10 focale égale à 50 mm, on obtient un foyer présentant une —^ 2 superficie de 7.10 ? mm , ce qui correspond à une intensité p de rayonnement de 0,8 MW par cm , c'est-à-dire huit fois plus élevée que celle caractérisant les dispositifs connus. 69 14583 5 2008129 REVENDICATIONS 1.- Dispositif destiné à engendrer une émission stimulée de rayonnement infrarouge de longueur d'onde égale à environ 10,6 u à l'aide d'une décharge à densité de courant 5 supérieure à 15 mA/cm dans un mélange gazeux formé par du gaz carbonique, de l'azote, de l'hélium et de la vapeur d'eau et contenu dans un tube à décharge de quelques mètres de longueur, une plaque de germanium à faces parallèles, de 2 mm environ d'épaisseur servant de réflecteur et de fenêtre 10 d'émission du rayonnement, caractérisé en ce que le diamètre du tube à décharge est au maximum égal à 10 mm, tandis que la tension de la vapeur d'eau est comprise entre 0,3 et 0,4 torr, et que les extrémités du tube communiquent par un tuyau de liaison étroit dans lequel il ne se produit aucune 15 décharge. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il ne se produit qu'un seul mode d'oscillation. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il ne se produit que le 20 mode d'oscillation purement axial. 4-.- Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il ne se produit que le premier mode d'oscillation transversal. 5.- Tube à décharge destiné à un dispositif suivant 25 l'une des revendications précédentes. 6.- Tube selon la revendication 5* caractérisé en ce que le mélange gazeux est constitué par du gaz carbonique sous une pression de 2 torrs, de l'azote sous une pression de 4 torrs, de l'hélium sous une pression de 8 torrs et de 30 l'eau sous une pression de 0,4 torr.