Brevet FR2090296A1 — publié le 19720114

La présente invention concerne les systèmes de lasers à explosion de gaz, et plus particulièrement un système de laser chimique ou à explosion de gaz déclenché par un faisceau d'électrons. Bien que les systèmes de lasers chimiques ou à explosion de 5 gaz utilisant, par exemple,la réaction o"hydrogène moléculaire avec du fluor atomique soient déjà connus, les lasers chimiques puisés de grande puissance n'ont pas été considérés comme possibles pratiquement pour différentes raisons. Les principaux inconvénients des systèmes de lasers chimiques antérieurs sont en bref 1) la lenteur du temps de montée de l'impulsion, 2) la largeur 10 importante en temps de l'impulsion engendrée et 3) la non-uniformité des réactions chimiques exothermiques rapides se traduisant par des ondes de choc, La présente invention supprime au moins en partie las incon- * vénients précités des systèmes de lasers chimiques ou à l'explosion de gaz au moyen d'un système de laser à explosion chimique de gaz volumétrique 15 déclenchée par un faisceau d'électrons, caractérisé par une vitesse élevée du temps de montée de l'impulsion, l'allumag?- uniforme dans tout le volume du mélange gazeux explosif et une largeur d'impulsion en temps substantiellement plus faible que dans un dispositif extérieur pour amorcer l'explosion d'un gaz d'un grand volume. 20 La présente invention a par suite pour objet un système de laser chimique déclenché de façon volumétrique par un faisceau d'électrons. L'invention a aussi pour objet un système de laser chimique à allumage volumétrique déclenché par un faisceau d'électrons permettant l'allumage uniforme d'un volume d'un mélange gazeux explosif produisant 25 de l'acide chlorhydrique excité caractérisé par un effet laser à gain élevé,, L'invention a aussi pour objet un système de laser chimique allumé volumétriquement, déclencha par un faisceau d'électrons, caractérisé par une faible largeur en temps de l'impulsion engendrée. L'invention a aussi pour objet un système de laser ebi:--'que 30 allumé volumétriquement, déclenché par un faisceau d'électrons, caractérisé par un temps de montée faible de l'impulsion. Les caractéristiques de l'invention rassortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé dans lequel 35 - la figure unique est une vue schématique en perspective et partiellement en coupe d'un système de laser chimique déclenché par un faisceau d'électrons formant un. oscillateur selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. bad ORIGINAL t 71 tQC07 / 3 i G 1 L ! 1 2090296 Le système de Lisui- c'aiuiiqui ou à. gaz explosif allumé vo.umâ-triquement et déclenché par un faisceau d'électrons représenté sur la figure jï'iique esc un oscillateur ^0 qui comprend d'une fa,on générale an générateur de faisceau puisé 11, tel qu'ua ,:tcélé ateur - 5 une enveloppe ou caisse de conr^r,v.r.Ciir. ::.i. .oiitenant un mf.-sî;gc. ri . milieu gazeux explosif 13, et ur,~ .cr.-s iî .ïiiroirs 14. L'- 12 comporte une première paire de p..* 15 (dont u, est représentée) ces parois étant op eu t:. art parentes à I • 3 •j.itiè.-re par exemple en métal si les parc la ^r.at :-p^ques, ou en ch-cruïe de sodiun. 10 si les parois sont transparentes, (.aa s^cj^wê paire de par- . ;; latérales 1S transparentes à la lumière, par llrl; r... chlorure de sosl\u~., at une par'.ra de parois 17 aux extrémités (doul •>«£ e=jl'.- est indiquée) c:ar.sparentes aux électrons de grande énergie a'impoite quel métal ei. feuille minci ou clinquant tel que de i'alualU L',..:. roc-ai-e supporter le m:J.ir;u contenu 15 dans l'enveloppe 12. Le mélange- .a. lieu ^areux expos if le fet, par exemp : choisi parmi certaines famille:: . ' r-..g-. r.Limiques qui J si nàiéa ou "éclairés" par un faiscfc-.ï. i''1 . c.1 pro duisent par réaction exothermique des espèces chimiques excitS'ee c. j...c"4ris.r'£s par un effet i«c.er avec galr. Les r éactions de mélanges j^azeu.- c' =.s pè ces- chimiques produia^ni. de l'acioe 20 f luorhydrique excité sont un ;r l- d'uue famille de systèmes de réacticu gazeux de ce type. L'un des mircirs IV ç-ôï (.x&epie un pouvoir réflecteur ou rôf 1 aetance d'environ 10G», taise..;. i£ pouvoir réflecte." de l'autre miroir 14 est réglable pour obr. .'.s signai sortant maximal du laser. 25 Les miroirs 14 sent disposés sti iv •_ --Otc-j -;-pj -o :és de l'enveloppe 12 et sont espacés des paio.is lar-v>. .:■ '16, en .Ils définisse; c une cavité optique à l'intérieur ds. 1 ' ter:■; r 12, Si d«siré, les miroirs 1~ peuvent être placés à l'intérieur -le 11 ar.vciepp-e pour faire partie intégrante des parois de l'enveloppe, ce i i "ei-L^ï5.^ur de l'enveloppa nuis en 30 c.-'P.toet avec celle'.-ci. L5cr»ir.jJ, est située sur le tit-jer. du faisceau d^lfeccrons de l'at-célaiaceur I.:. . = La zcçi.;. Indiquée par l«.-3 flèches 18. ÎJn dispositif classique lï., tel ;r. ' .r» if de manipulation ce disper sion. éu faisceau utilisai: d; ; --Z « .r c .;ues ou des i'ILus diffuseurs, est représenté encre 'a cc.ait r -, "• *. 1 '"..veloppe 12 pc-.T disposer le 33 faisc-aa-j d'électrons 13 -i BAD ORIGINAL 71 18927 3 2090296 dispersion du faisceau 18 jusqu'à la section transversale de l'enveloppe. Il doit être noté que le dispositif de manipulation du faisceau 19 peut être supprimé selon la configuration désirée pour le faisceau d'électrons, et/ou la direction de ce faisceau par rapport au faisceau de lumière. 5 Pendant le fonctionnement, l'accélérateur de faisceau d'électrons 11 dirige une impulsion d'électrons de grande énergie 18 à travers le mélange gazeux explosif 13 contenu dans la cavité optique de l'enveloppe définie par les miroirs 14. L'impulsion d'électrons 18 amorce le mélange gazeux explosif 13. Des espèces chimiques excitées sont créées 10 par l'explosion et elles émettent de la lumière par effet laser. La faible durée de l'impulsion d'électrons de déclenchement et l'uniformité de ce déclenchement provoquent une inversion des populations des états d'énergie des espèces chimiques à effet laser. En variante, un gaz inerte tel que de l'anhydride carbonique 15 peut être incorporé dans le mélange gazeux explosif afin que les espèces excitées existant pendant l'explosion transfèrent de l'énergie au gaz inerte pour provoquer une inversion des populations convenable pour l'effet laser. Il ressort de ce qui précède que la présente invention concerne 20 un système de laser chimique à explosion de gaz déclenchée par un faisceau d'électrons qui diffère nettement des systèmes de lasers à explosion de gaz antérieurs du fait que le faisceau d'électrons déclenche ou amorce uniformément un volume d'un mélange gazeux explosif, ce système étant caractérisé par une largeur en temps substantiellement plus courte, ce 25 qui représente un progrès technique substantiel pour les systèmes de lasers chimiques à explosion de gaz. Bien que l'invention soit décrite ci-dessus dans le cas d'un oscillateur, un système selon l'invention fonctionne également bien sous la forme d'un amplificateur en supprimant le miroir et en établissant un 30 trajet pour la lumière à travers des parois transparentes et le milieu â effet laser, de façon que,quand le gain apparaît, une impulsion d'un oscillateur extérieur puisse être amplifiée par passage à travers ce milieu à gain élevé. De même, bien que les dispositifs classiques pour l'extraction 35 de la lumière de l'oscillateur décrit ne soient pas représentés, il est possible de placer des diviseurs de faisceaux ou d'utiliser des miroirs à caractéristiques convenables de réflexion d'une façon connue. 71 18927 4 2090296 Bien que le faisceau d'électrons 18 soit représenté sensiblement perpendiculaire à la direction du faisceau de lumière entre les miroirs 14, la direction du faisceau d'électrons peut aussi ne pas être perpendiculaire à la direction du faisceau de lumière, selon la destination et la construc-5 tion de l'appareil. De même, bien que le mélange à effet laser 13 soit représenté contenu à l'intérieur d'une enveloppe 12, l'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'une enveloppe fermée de confinement, parce que l'enveloppe 12 peut être ouverte à une extrémité ou aux deux quand le milieu à effet laser 10 est à la pression ambiante, par exemple dans le cas du fonctionnement à haute altitude, le milieu à effet laser 13 passant à travers la cavité optique formée par l'enveloppe 12 et les miroirs 14. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans 15 que l'on sorte de son cadre. 71 '8927 5 2090296 R_E_V_E_^_D_X_Ç_A_T_X_0_N_S 1. Système de laser chimique à explosion de gaz amorcée volu-métriquement et déclenchée par un faisceau d'électrons dans lequel un faisceau d'électrons traverse un milieu gazeux explosif pour provoquer son 5 amorçage uniforme pour la production d'espèces chimiques excitées ayant-la capacité d'émission par effet laser par établissement d'une inversion importante des populations des états d'énergie des espèces chimiques à affet laser, caractérisé par un dispositif établissant une cavité optique, un milieu gazeux explosif à effet laser dans cette cavité optique et un dis-10 positif générateur de faisceau d'électrons couplé à la cavité optique pour diriger un faisceau d'impulsions brèves d'électrons de grande énergie à travers la cavité optique. 2. Système de laser chimique à explosion de gas amorcée volumé-triquement et déclenchée par un faisceau d'électrons, caractérisé par un 15 dispositif définissant une cavité optique, un milieu gazeux explosif à effet laser dans la cavité optique et un dispositif générateur de faisceau d'électrons couplé à la cavité optique pour diriger un faisceau d'impulsions brèves d'électrons de grande énergie à travers la cavité optique afin que le faisceau d'électrons du dispositif générateur traverse le milieu gazeux 20 explosif en provoquant l'amorçage uniforme du milieu gazeux explosif produisant des espèces chimiques excitées ayant la capacité d'émission par effet laser par établissement d'une inversion importante des populations des états d'énergie des espèces chimiques à affet laser. 3. Système de laser selon la revendication 2 caractérisé sa 25 ce que le dispositif définissant la cavité optique comprend une enveloppe ayant une première paire de parois latérales opposées^une seconde paire de parois latérales opposées transparentes à la lumière aux extrémit-Ss^une paire de parois opposées transparentes aux électrons de grande énergie, et un système réflecteur de lumière positionné à côté de chacune des parois 30 latérales formant la seconde paire. 4. Système de laser selon la revendication 3 caractérisé en ce que le système réflecteur de lumière comprend deux miroirss l'un des miroirs ayant un pouvoir réflecteur d'environ 100% et le pouvoir réflecteur de l'autre miroir étant réglable pour obtenir le signal sortant maximal 35 du laser. 5. Système de laser selon la revendication 3 caractérisé en ce que les parois latérales opposées formant la première paire sont transparentes à la lumière. BAD ORfGTNAL 71 18927 2090296 6. Système de laser selon la revendication 3 caractérisé en ce que les parois latérales opposé"! d» la pra*nière et de 1" seconde paire sont sa chlorure de sodium et la«? pï.-;cic ' : la paire des rcir des axtréalités sont en aluminium, 5 7, Système de laser c-•!•••••,« 1'■' 'i ndication 2 ct£rî *?é par un dispositif dispersant le tels-;--,' "r'- •• • - -.r. couplé au tif générateur de faisceau d'électrorc " ?• crv'.té optique di; verser les impulsions d'électrons du d;• • '. • « dateur d'élec" peu: que le faisceau d'électrons corresponds 1. ornent à la sectfor. f.ransversal.e 10 de la cavité. 8, Système de laser sf.lrn 1" r-" indication 7 es int^risé en ce que le dispositif dispersant 1r fal5f.?ï! H'électrons comprend un dispositif manipulateur de faiscea'! •••'•-•.r.p." électriques. 9, Système de laser splon la revendication 7' caractérisé en 15 ce -*;ve le dispositif dispersant 1 .e £ajrce--Vi d'électrons corser eod un dispositif manipulateur de faisceau * fila d?f fuf=eur. 10, Système Isse-. "»1r--n 1p rov^-idication 2 caractérisé en ce que le milieu gazeux fijr.pîani'F --.ni- formé essentiellement par un mélange chimique qui, lorsqu'il est irrrc'Ar rrnr i>n faisceau d'électrons, produit ?,0 une réaction iso thermique de fInorV'drique excité à itr effet laser à gain élevé. bad original