Brevet FR2029499A1 — publié le 19701023

La présente Invention concerne une construction nouvelle permettant d'éviter la contamination des éléments optiques montés à l'intérieur d'un tube à décharge gazeuse. Dans le domaine des lasers, la tendance est à la réalisation 5 de lasers à gaz à grande puissance, c'est-à-dire dont la puissance de sortie dépasse 10 watts. Les puissances élevées provoquent cependant certains phénomènes qui raccourcissent la durée utile du tube laser. L'un de ces phénomènes est la contamination des surfaces optiques par dépôt de particules au voisinage de l'anode. Dans les lasers à gaz classique, l'anode du tube ' 10 est située au voisinage de l'un des éléments optiques du laser, par exemple» une fenêtre à incidence de Brewster ou un réflecteur interne. Dans les deux cas, la surface de l'élément optique qui est voisine de l'anode se couvre de particules de contamination réduisant la durée de vie utile du laser. L'invention a donc pour objet un tube à décharge gazeuse dans 15 lequel l'anode, la cathode et les éléments optiques sont disposés de manière à éviter la contamination des surfaces optiques par l'anode. Un tube à décharge gazeuse selon.l'invention comporte une structure tubulaire dans lequel est enfermé un gaz qui émet de la lumière lorsqu'il est excité par une décharge. Des éléments optiques montés aux deux 20 extrémités du tube ont une réponse prédéterminée à la lumière incidente et sont en contact avec le gaz. Une structure d'anode est disposée entre les éléments optiques à une distance importante de chacun. Une structure de cathode est montée à l'intérieur du tube au voisinage d'au moins l'une de ses extrémités. L'excitation du tube est assurée par une alimentation reliée 25 aux structures d'anode et de cathodes Dans une première forme, la structure d'anode est montée sensiblement au milieu de la structure tubulaire. Dans une autre forme, la structure tubulaire est formée de trois sections tubulaires montées bout à bout. La section centrale peut être en une matière à bonne cohductivité 30 reliée électriquement à au moins une anode cylindrique montée à l'intérieur de la structure tubulaire au voisinage de lrélément central. Cette disposition permet aux particules indésirables de se déposer au voisinage de la structure d'anode sur les parois du tube et non plus sur les éléments optiques. La durée de vie utile du laser est donc 35 considérablement accrue. 70 02850 2 2029499 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée qui va suivre et des dessins annexés, sur lesquels : — la figure 1 est une représentation schématique d'une forme 5 de 1'invention; ~ la figure 2 est une vue en élévation latérale partiellement en coupe axiale d'un laser réalisé selon l'invention; - la figure 3 est une vue en élévation latérale partiellement en coupe.axiale du tronçon central d'une autre structure réalisée selon 10 1'invention. La figure 1 représente un tube à décharge 10 dont les deux extrémités sont équipées de fenêtres 12 et 14 à incidence de Brewster. Une structure de cathode 16 est montée à proximité de la fenêtre 12 et une structure de cathode 18 est montée au voisinage de la fenêtre 14. Ces 15 structures de cathode sont reliées l'une à l'autre et à la borne négative d'une alimentation continue 20. Une anode 17 est montée entre les deux fenêtres à une distance importante de l'une et de l'autre et elle est reliée à la borne positive de l'alimentation 20. La figure 2 représente plus en détail un tube à décharge 20 gazeuse 10 constitué par un tube 48 dont la longueur, mesurée de sa première extrémité 58 à sa seconde extrémité 60, peut être de l'ordre de 2. m 40. Les fenêtres à incidence de Brewster 12 et 14 sont montées respectivement aux extrémités 58 et 60 du tube pour constituer une enceinte étanche au gaz. Le tube 48 est entouré de deux chemises de refroidissement 25 à eau 36 et 40 elles-mêmes entourées de deux bobinages séparés 38 et 42. Ces bobinages créent des champs magnétiques axiaux à l'intérieur du tube pour favoriser l'effet laser. Le tube 48 contient des disques.de graphite 28 servant à confiner le plasma et à réduire le bombardement ionique des parois du tube dont la durée de vie est ainsi sensiblement accrue. 30 Une cathode annulaire 16 est montée à l'extrémité 58 au voisinage de la fenêtre 12. Cette cathode est entourée d'un filament de chauffage 50 alimenté par un fil 46. La cathode est reliée à un fil 44, assurant avec le fil 46,1e support structurel de l'ensemble. Une cathode annulaire 18 est de même montée à l'extrémité 35 opposée 60 du tube, près de la fenêtre 14, et comprend un filament de chauffage 22 alimenté par un fil 24. La cathode est reliée à un fil 26, assurant avec le fil 24, le support structurel de l'ensemble. 70 02850 3 2029499 Une structure d'anode 34 est montée sensiblement à mi-chemin entre les extrémités 58 et 60, c'est-à-dire à une distance considérable des éléments optiques tels que les fenêtres 12 et 14. Les éléments optiques, tels que les fenêtres à incidence de Brewster ou les réflecteurs internes, 5 ont une réponse donnée à la lumière incidente, c'est-à-dire une caractéristique de transmission et de réflexion prédéterminée. Lorsque des particules se déposent sur la surface de ces éléments, leur réponse à la lumière incidente se détériore par absorption ou dispersion lumineuse. C'est cette détérioriation des caractéristiques optiques qui réduit la durée de vie 10 utile des lasers à gaz à haute puissance. On vot donc qu'en éloignant l'anode des éléments optiques, ces inconvénients sont éliminés. Par exemple, dans la forme décrite, l'anode est à environ 1 m 20 des éléments optiques, de sorte que les particules de contamination se déposent au voisinage de 1'anode,sans danger pour les éléments optiques. 15 Dans l'exemple de la figure 2, l'anode est un cylindre de graphite allongé percé d'un trou axial 31, mais il va dé soi que cet élément peut être en d'autres matières conductrices de l'électricité. Le trou 31 se prolonge sur toute la longueur de 1*anode 34 et complète le chemin optique entre les fenêtres 12 et 14. L'anode 34 est reliée par un fil 32 à la 20 source d'alimentation 20. Uh orifice 30 permet de relier le tube 48 à un réservoir de gaz Cnon représenté). Ce gaz est généralement un gaz rare tel que l'argon. Des réflecteurs externes 52 et 54jmontés au voisinage des extrémités 58 et 60 de la structure 10, forment la cavité optique résonnante 25 du laser. En variante, des réflecteurs internes peuvent remplacer les miroirs extérieurs et les fenêtres à incidence de Brewster. Les fils 26 et 44 des deux cathodes sont reliés à la source de potentiel continu 20. Une variante de lrlnvention est partiellement représentée à la figure 3 et diffère de la forme de la figure 2 par son tronçon central. 30 Le reste de la structure du tube a été omis sur la figure 3 car il est identique à celui représenté à la figure 2. La figure 3 montre les trois éléments tubulaires qui constituent la structure 10. L'élément tubulaire 45 peut être similaire à l'élément tubulaire 47. Le troisième élément est représenté sous la forme d'un 35 tube métallique annelé 37 présentant une certaine flexibilité axiale,. "L'élément tubulaire 37 peut être sensiblement plus court que les éléments 45 et 47. Par exemple, les éléments 45 et 47 peuvent être longs de 1 m 20 70 02850 4 2029499 chacun alors que la longueur de l'élément 37 est de l'ordre de la dizaine de centimètres. Les trois éléments peuvent avoir des diamètres identiques., mais ceci n'est pas obligatoire. Les deux extrémités de l'élément 37 sont fixées de manière hermétique,, l'une au tube 45, et l'autre au tube 47. 5 Les éléments 45, 37 et 47 constituent donc une structure tubulaire continue. Les autres extrémités des éléments tabulaires 45 et 47 se terminent respectivement par des fenêtres 12 et 14, comme illustré à la figure 2. La flexibilité de l'élément 37 permet l'alignement axial des éléments, ou sections 45 et 47, On peut ainsi aligner de manière précise le chemin optique entre ■ 10 les autres extrémités des tubes 45 et 47 (58 et 60 sur la figure 2). Les tubes utilisés pour les lasers à gaz à grande puissance étant longs, il est avantageux de les fabriquer par éléments et de rectifier l'alignement après assemblage.. L'élément 37 est disposé sensiblement à mi-chemin entre les 15 extrémités (non représentées) des tubes 45 et 47 correspondant aux extrémités 58 et 60 de la figure 2. La structure d'anode comprend un cylindre allongé 35 monté dans l'élément tubulaire 45 et un cylindre similaire 39 monté dans l'élément tubulaire 47, les deux cylindres étant à proximité de l'élément central 37. Les deux cylindres d'anode sont ainsi éloignés 20 des fenêtres 12 et 14. A titre d'exemple, dans la forme de réalisation décrite, les anodes sont à environ 1 m 20 de chacune des fenêtres à incidence de Brewster. La disposition de l'anode, de la cathode et des éléments optiques est semblable à celle représentée à la figure 2. Les cylindres d'anode 35 et 39, de préférence réalisés en 25 graphite, sont percés de part en part de trous axiaux. L'élément 37 porte l'orifice 29 d'alimentation en gaz. Les éléments tubulaires 45 et 47 de la figure 3 peuvent être réalisés en quartz comme le tube 48 de la figure 2. Chacun des cylindres d'anode 35 et 39 est relié par un conducteur 43 à l'élément central 37 qui est bon conducteur de l'électricité. 30 Un fil de connexion 33 permet de relier l'élément 37 et les cylindres d'anode à la souce de potentiel continu 20. Les cylindres d'anode 35 et 39 peuvent évidemment être reliés à la source 20 par d'autres moyens. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, lorsque les éléments 45 et 47 ont des longueurs importantes, par exemple 1 m 20, comparées à 35 la dizaine de centimètres de l'élément 37, ou 2 m 40 dans le cas du tube 48, les fenêtres 12 et 14,montées aux deux extrémités de la structure 70 02850 5 2029499 tubulaire 10, sont situées à une grande distance de l'anode centrale. Dans ce casj la distance des éléments optiques à l'anode est de plus de 1 m, t alors qu'elle n'est que de quelques centimètres dans les dispositions classiques. Grâce à ceci3 les particules de contamination se déposent au 5 voisinage de la structure d'anode sur le tube froid et non pas sur les éléments optiques} tels que les fenêtres 12 et 14. Cette construction nouvelle permet d'assurer aux fenêtres une durée de vie beaucoup plus longue que dans les tubes à décharge classiques. 10 L'invention décrite est évidemment susceptible de nombreuses modifications ou applications' sans sortir de son cadre. 70 02850 6 2029499 REVENDICATIONS 1. Tube à décharge gazeuse» notamment utilisable dans un laser, constitué par une structure tubulaire contenant un gaz qui, lorsqu'il est traversé par une décharge électrique, émet une énergie lumineuse, des éléments optiques disposés à chaque extrémité de ladite structure en 5 contact avec le gaz, lesdits éléments ayant une caractéristique prédéterminée de réponse à la lumière incidente, une structure de cathode montée à l'intérieur de ladite structure tubulaire au voisinage d'au moins l'une de ses extrémités, et une structure d'anode, ledit tube à décharge étant caractérisé ën ce que la structure d'anode est placée entre lesdits 10 éléments optiques à une distance importante de chacun d'eux. 2. Tube à décharge selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure d'anode est disposée sensiblement à mi-chemin entre les deux extrémités de ladite structure tubulaire. 3. Tube à décharge selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que ladite structure d'anode est un cylindre percé de part en part d'un trou longitudinal dont au moins la surface interne est en matière conductrice de l'électricité ainsi qu'au moins l'une des extrémités dudit cylindre, la structure d'anode étant montée à l'intérieur de ladite structure tubulaire. 20 4. Tube à décharge selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que ladite structure tubulaire comprend un premier, un second et un troisième éléments tubulaires, l'une des extrémités des premier et troisième éléments étant respectivement reliée à 25 une extrémité différente du second élément pour constituer un tube continu entre les autres extrémités des premier et troisième éléments, le second élément étant flexible. 5. Tube à décharge selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure d'anode est constituée par un cylindre traversé par un 30 trou dont la surface interne est en matière conductrice de l'électricité ainsi qu'au moins l'une des extrémités dudit cylindre, la structure d'anode étant placée au voisinage dudit second élément tubulaire. 70 02850 7 2029499 6. Tube à décharge selon la revendication 5S caractérisé en ce que ledit cylindre est électriquement relié au second élément tubulaire qui est en matière à bonne conductivité électrique. 7. Tube à décharge selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes^ caractérisé en ce que lesdits éléments optiques sont deux fenêtres permettant la transmission de l'énergie lumineuse émise de l'intérieur vers l'extérieur de ladite structure tubulaire. 8. Tube à décharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de cathode comprend au 10 moins deux électrodes de cathode reliées électriquement l'une à l'autre. 9. Tube à décharge selon la revendication 8, caractérisé en ce que chacune des cathodes est placée au voisinage de l'une des extrémités de la structure tubulaire.