Brevet FR2064221A1 — publié le 19710716

2C6/,,!12"; L'invention concerne un dispositif pour stabiliser l'intensité d'un laser à gaz, dans lequel un tube à décharge (tube laser) est disposé entre deux réflecteurs, dont l'un au moins est monté sur un dispositif de réglage de façon à pouvoir avoir un 5 déplacement axial et/ou basculer. Pour obtenir constamment la puissance de sortie maximale d'un laser à gaz, il est nécessaire non seulement de maintenir constants les paramètres de décharge réglés sur des valeurs optimales, mais aussi d'assurer des conditions de fonctionnement 10 stables du résonateur, ce qui ne peut être en général résolu que par le post-réglage continu du résonateur en fonction de variations du rayonnement sortant. Pour cela, l'un des deux réflecteurs, entre lesquels est placé le tube à décharge, est monté par exemple, de façon à pouvoir avoir un déplacement axial et/ou 15 basculer, sur un dispositif de réglage qui est réglé à l'aide d'une grandeur de réglage constituée par la puissance de sortie du laser pour obtenir des conditions optimales de fonctionnement du résonateur. Un transducteur piézoélectrique peut par exemple servir de dispositif de réglage. 20 La difficulté de ce type de réglage réside dans le fait qu'on doit pour déterminer la grandeur de réglage , agir sur le rayonnement laser de sortie soit en interrompant complètement l'émission du rayonnement pendant cet intervalle de temps soit en prélevant simplement une partie de la puissance de sortie du 25 laser. Ces actions sur la puissance de sortie sont extrêmement préjudiciables pour de nombreuses utilisations et c'est pourquoi la présente invention a pour but de fournir un dispositif permettant un réglage sans inertie du résonateur,sans utiliser l'énergie 30 de sortie du laser. Pour résoudre ce problème, on propose conformément à l'invention dans le cas d'un dispositif du type indiqué ci-dessus, de prévoir, sur le côté du tube laser et notamment au voisinage de la cathode, un dispositif photosensible, relié au dispositif 35 de réglage et soumis à la lumière latérale de la décharge du laser; mais à la place de ce dispositif de commande par l'intensité de la lumière latérale, on peut également prévoir, dans le circuit de décharge, un dispositif relié électriquement au dispositif de réglage et destiné à prélever un signal proportionnel 40 à l'intensité du courant de décharge. 70 36144 2 2064221 L'invention est basée sur le fait que dans les lasers à gaz, il existe une réaction du rayon laser sur le milieu actif, cette réaction étant particulièrement marquée dans les lasers au C02. Dans les conditions usuelles de fonctionnement, on constate en 5 effet qu'une modification du courant de décharge I ainsi qu'une modification de l'intensité de l'émission spontanée L (lumière latérale) se produisent lors d'une diminution ou d'une interrupr tion de l'émission du rayonnement laser (par exemple par suite d'un déréglage des miroirs du résonateur). 10 Indépendamment des Variations de la tension du réseau, on a les relations suivantes : I - I0 + krp C1) et L = LQ + k2.P (2) 15 dans lesquelles P désigne la puissance du laser. Dans les mélanges gazeux normaux, k^ et k2 sont des valeurs négatives de sorte qu'une diminution de la puissance du laser a pour conséquence un accroissement aussi bien du courant de décharge que de l'intensité de la lumière latérale. 20 Dans une autre forme de réalisation du dispositif conforme à l'invention, un dispositif particulièrement Avantageux est réalisé par association des deux systèmes de commande, c'est-à-dire par utilisation simultanée de la commande par le courant de décharge et de la commande par la lumière latérale. Pour ce cas, 25 il est prévu notamment, que le signal proportionnel à l'intensité du courant de décharge (signal du courant de décharge) et le signal de sortie du dispositif photosensible (signal S2 de la lumière latérale) sont appliqués aux entrées d'un étage différentiel, dont la sortie est reliée au dispositif de réglage du 30 réflecteur pouvant être déplacé et/ou basculé. Le dispositif est choisi de manière que les facteurs de proportionnalité entre et I ainsi qu'entre S2 et L sont fixés de façon que la tension de sortie Sj = - S2 de l'étage différentiel s'annule lorsque le laser est complètement déréglé (puissance du laser nulle). 35 De cette façon, on.peut éliminer en outre des perturbations dues par exemple à des'variations de la tension du réseau et à des variations de pression, étant donné que les facteurs de proportionnalité et k2 sont pratiquement toujours différents, ce qui revient à dire que les variations du courant de décharge et 40 de l'intensité de la lumière latérale en fonction de la puissance 70 36144 3 2064221 Ai laser sont différentes l'une de l'autre. Pour tenir compte des perturbations supplémentaires indiquées plus haut, on doit introduire dans les relations déjà mentionnées (1) et (2) les termes additionnels : 5 I0. f(t) et l0. f(t) où la grandeur sans dimension f(t) tient compte de la variation de la perturbation en fonction du temps. Le fait que f(t) Le signal d'intensité du courant est obtenu de la façon 10 la plus simple en introduisant une résistance fixe R dans le circuit de décharge, d'où est prélevée une tension représentant le signal Sj d'intensité du courant; on a donc : Sx - RI0 (1 ♦ f(t)) + R kj P (î) * e Le dispositif photosensible, par exemple une cellule photo sensible, un phototransistor ou une photorésistance, permet de pré lever une tension : S2 • f Lo ( 1 ♦ f(t) ) + e lc2 P (4) où p représente un facteur de proportionnalité dépendant du dispositif photosensible utilisé. Les valeurs de 0 et R sont choisies de sorte que le signal différentiel Sj ■ - S2 s'annule également lorsque la puissance-du laser est égale â PQ. Il en résulte que : 25 R - B.L0 (5) condition qu'on satisfait le plus simplement possible en choisissant la résistance R suivant la formule R - 6 .Lq so t; étant donné qu'un choix convenable de 8 , nécessaire pour une valeur fixe de R, est sensiblement plus difficile. Le^signal différentiel Sj servant de signal de réglage est obtenu en effectuant la différence S^-S2 et en remplaçant R par 35 sa valeur fournie par la relation (6). L k, Sj - B ( 0 1 - k2) P (7) ro 70 36144 2064221 Il est toutefois possible de ne pas se servir comme cela vient d'être indiqué, des composantes continues ou des valeurs moyennes du courant et de la lumière latérale, mais de travailler avec des grandeurs alternatives, ce qui lest plus avantageux, 5 comme on le sait. Pour cela, on ne fait pas fonctionner le laser avec une tension continue pure, mais on superpose encore à cette dernière une tension alternative; Dans ce cas, le courant de décharge ainsi que l'intensité de la lumière latérale présentent alors une composante alternative. Etant donné qu'il existe entre 10 ces composantes alternatives et les composantes continues (valeurs moyennes) une corrélation utaivoque, une relation semblable à celle existant pour les composantes continues est" également valable pour les composantes alternatives qui sont d'un emploi plus facile du point de vue de la technique des mesures. Dans les appareils 15 d'alimentation en courant, utilisés habituellement, il n'est pas nécessaire de superposer en supplément la tension alternative mentionnée. A cause du filtrage incomplet de l'appareil d*-alimentation la tension appliquée au laser présente une composante alternative à 50 Hz ou 100 Hz, dénommée tension de ronflement. 20 A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré sché- matiquement au dessin annexé une forme de réalisation du dispositif conforme à l'invention. La figure 1 montre un diagramme représentant les variations de l'intensité I du courant de décharge et de l'intensité L de la 25 lumière latérale en fonction de la puissance de sortie P du laser en pourcentages de la puissance maximale. La figure 2 montre un schéma constitutif d'un dispositif conforme à l'invention, comportant un organe différentiel de mesure. 30 La figure 2 montre un tube à décharge 1, fermé par des pla ques de Brewster et dans lequel une décharge à courant continu est produite entre l'anode 3 et la cathode 4. Ce tube à décharge est placé entre un miroir fixe 5 du résonateur, et un miroir du résonateur, qui est monté sur le dispositif de réglage 7 de façon 35 à pouvoir être déplacé axialement. Outre une résistance 8 et la source de haute tension 9, le circuit de décharge comprend une résistance R, sur laquelle peut être prélevée une tension proportionnelle au courant de décharge. De préférence îprès de la cathode, sur laquelle arrive la 40 plus forte intensité de lumière latérale, est disposé un transduc 70 36144 5 2064221 teur photoélectrique 10 qui délivre un signal S2 qui est fonction de la lumière latérale captée. Les tensions et S2 sont envoyées à un étage différentiel 11, dont la tension de sortie commande le dispositif de réglage 7, la résistance R étant choisie 5 de manière que, lorsque la puissance P du laser est nulle, le signal de sortie de l'organe différentiel 11, constitué de préférence par un amplificateur différentiel, est également nul. L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation 10 représenté. Dans le cas de perturbations négligeables dues à des variations de la tension d'alimentation, on pourrait également se contenter simplement d'une commande à l'aide du signal ou S2. En outre, le signal d'intensité du courant n'a pas besoin d'être obtenu à l'aide d'une résistance à point de dérivation 15 mais pourrait également être dérivé de l'intensité I d'une tout autre façon. S'il devait se produire des variations de la puissance de sortie du laser principalement par suite de variations de la pression du gaz, il serait également possible d'utiliser le 20 signal S3 pour commander la pression du gaz - dans le cas d'un dispositif de résonateur fixe. Enfin, on pourrait effectuer l'égalisation des signaux et S2, destinée à déterminer des perturbations statistiques, de telle manière par un accord approprié des deux canaux d'entrée 25 de l'amplificateur différentiel 11 que le signal différentiel soit nul, lorsque la puissance du laser est nulle. 70 36144 6 2064221 REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour stabiliser l'intensité d'un laser à gaz, dans lequel un tube à décharge (tube laser) est disposé entre deux réflecteurs, dont l'un au moins est monté sur un dispositif 5 de réglage de façon à pouvoir avoir un déplacement axial et/ou basculer, caractérisé par le fait qu'on prévoit sur le côté du tube laser et notamment au voisinage de la cathode, un dispositif photosensible, relié au dispositif de réglage et soumis à la lumière latérale de la décharge du laser. 10 3 - Dispositif pour stabiliser l'intensité d'un laser à gaz, dans lequel un tube à décharge (tube laser) est disposé entre deux réflecteurs, dont l'un au moins est monté sur un dispositif de réglage, de façon à pouvoir avoir un déplacement axial et/ou basculer , caractérisé par le fait qu'on prévoit dans le circuit 15 de décharge un dispositif relié électriquement au dispositif de réglage et destiné à prélever un signal proportionnel à l'intensité du courant de décharge. 3 - Dispositif pour stabiliser l'intensité d'un laser à gaz, dans lequel un tube à décharge (tube laser) est disposé entre deux 20 réflecteurs, dont l'un au moins est monté sur un dispositif de réglage, de façon à pouvoir avoir un déplacement axial et/ou basculer, caractérisé par le fait qu'on prévoit sur le côté du tube laser et notamment au voisinage de la cathode, un dispositif photosensible, relié au dispositif de réglage et soumis à la 25 lumière latérale de la décharge du laser, en combinaison avec, dans le circuit de décharge, un dispositif relié électriquement au dispositif de réglage et destiné à prélever un signal proportionnel à l'intensité du courant de décharge. 4 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par 30 le fait que le signal proportionnel à l'intensité du courant de décharge (signal S^ du courant de décharge) et le signal de sortie du dispositif photosensible (signal S2 de la lumière latérale) sont appliqués aux entrées d'un étage différentiel dont la sortie est reliée au dispositif de réglage du réflecteur 35 pouvant être déplacé et/ou basculé. 5 - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le dispositif est choisi de manière que les facteurs de proportionnalité entre S^ et .1 ainsi qu'entre S2 et L sont fixés de façon que la tension de sortie S^ = Sj- S2 de l'étage 40 différentiel s'annule lorsque le laser est complètement déréglé 70 36144 7 2064221 (puissance du laser nulle). 6 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1,2,3,4 et 5, caractérisé par le fait que, dans le cas de l'utilisation d'une décharge à courant continu, une tension alternative est superposée à la tension continue de décharge et qu'au dispositif photosensible et/ou au dispositif prévu pour le prélèvement du signal Sj d'intensité du courant est branché en série et en aval un amplificateur en courant alternatif.