Brevet FR2122526A1 — publié le 19720901

' 2122526 La présente invention concerne d'une manière générale l'excitation d'un laser et plus spécialement un ensemble très peu encombrant, destiné à la production et l'application d'impulsions de déclenchement au tube éclair - ou tube à éclats -5 de pompage d'un laser. Les ensembles de la technique antérieure destinés à déclencher les tubes éclairs des lasers comportaient des dispositifs de déclenchement série ou parallèle. Dans le cas du déclenchement série, l'impulsion de déclenchement (qui ionise le 10 gaz du tube éclair) est appliquée directement à une électrode du tube éclair, par exemple à l'aide d'un transformateur de déclenchement, dont l'enroulement secondaire est branché en série sur les électrodes de ce tube éclair. Etant donné que, avec un dispositif de déclenchement série, l'enroulement secondaire du 15 transformateur constitue un trajet de retour pour le courant de décharge du tube éclair, ce transformateur doit être réalisé de manière à laisser passer des courants relativement intenses, par exemple de quelques centaines d'ampères. Les transformateurs laissant passer de tels courants sont en général gros, lourds 20 et coûteux. De plus, étant donné que certains tubes éclairs nécessitent des tensions de déclenchement de 25 000 volts ou plus, les conducteurs électriques intercalés entre le secondaire du transformateur et les électrodes du tube éclair doivent être isolés de manière a résister à des tensions aussi élevées 25 afin qu'ils soient protégés contre tout jaillissement d'arc entre les conducteurs du tube éclair et la cavité de pompage du laser. Dans les dispositifs de déclenchement parallèle de la technique antérieure, le gaz du tube éclair est ionisé au dé-30 part par un champ électrique engendré par le passage d'un courant dans un fil de déclenchement enroulé autour de la surface extérieure du tube éclair. Ce fil de déclenchement est relié à l'enroulement secondaire d'un transformateur de déclenchement placé à l'extérieur de la cavité de pompage du laser. Etant 35 donné que le courant de décharge du tube éclair ne doit pas circuler à travers le transformateur de déclenchement dans un dispositif de déclenchement parallèle, on peut employer des transformateurs beaucoup plus légers et plus petits qu'avec les 72 01756 2122526 ensembles de déclenchement série. Néanmoins, étant donné que des tensions de déclenchement de 25 000 volts - ou plus - sont encore nécessaires pour certains tubes éclairs, les conducteurs qui introduisent la tension de déclenchement dans la cavité du 5 laser doivent être isolés de manière à résister à ces tensions élevées. Par conséquent, même avec des dispositifs de déclenchement parallèle, la réalisation de l'isolement nécessaire des conducteurs augmente considérablement les dimensions, le poids et le prix de l'ensemble du laser. 10 Par conséquent, l'invention a pour objet un dispositif de déclenchement d'un tube éclair de laser qui, pour des tensions de déclenchement comparables, est beaucoup plus petit, plus léger et moins coûteux que les dispositifs de déclenchement de la technique antérieure et, par ailleurs, est peu en-15 combrant et fiable et ne nécessite pas l'introduction de conducteurs haute tension à l'intérieur de la cavité du laser, supprimant ainsi les dispositifs d'isolement compliqués et coûteux à l'intérieur ou à proximité de la cavité du laser. L'ensemble selon l'invention comprend un transformateur 20 à carcasse en forme de bobine en une matière électriquement isolante, et dont la surface latérale intérieure délimite, le long de son axe, une cavité de laser allongée. Un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire sont enroulés coaxialement autour de la carcasse et l'enroulement secondaire 25 est placé entre l'axe et l'enroulement primaire. Un élément d'un matériau destiné à l'émission cohérente, ou "élément laser" et un tube éclair sont placés parallèlement l'un à l'autre à l'intérieur de la cavité du laser. Les circuits d'excitation électrique comprennent un circuit formateur d'impulsions couplé 30 au tube éclair et un circuit pour appliquer des impulsions de déclenchement à l'enroulement primaire du transformateur. D'autres objets et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en référence au dessin annexé 35 dans lequel : la figure unique est une coupe longitudinale partielle et un schéma partiel des circuits d'un dispositif selon l'invention. 72 01756 2122526 Sur la figure, un dispositif de déclenchement d'un tube éclair pour laser selon l'invention comprend un transformateur 10 bobiné sur une carcasse 12 électriquement isolante, en forme de bobine. La carcasse 12 du transformateur est de préférence 5 en une matière céramique telle que la glucine ou l'alumine, bien que d'autres matières électriquement isolantes conviennent aussi. La carcasse 12 comprend à ses extrémités deux surfaces annulaires orientées radialement vers 1'extérieur,13 et 14, et sa surface latérale intérieure délimite une cavité axiale al-10 longée 15 qui constitue la cavité du laser. La cavité 15 peut avoir, par exemple, la forme d'un cylindre circulaire, elliptique ou quasi elliptique. Si on le désire^ un revêtement en une matière fortement réfléchissante^ telle que l'or ou l'argent, 15 peut être déposé sur la paroi de la cavité 15. Un élément laser 16 allongé et un tube éclair de pompage 18 sont fixés (par des moyens non représentés) parallèlement entre eux à l'intérieur de la cavité 15 du laser. Bien que l'élément laser 16 soit de préférence une tige d'une matière soli-20 de telle que.le grenat Ï-Al dopé au néodyme, un verre dopé au néodyme, un rubis, etc.,on peut employer tout matériau laser susceptible d'être pompé optiquement. Le tube éclair 18 est choisi en fonction du mode d'excitation choisi du laser et contient en général du krypton ou du xénon gazeux. A titre d'exem-25 pie particulier, quand le matériau laser 16 est du néodyme, on peut employer, comme tube éclair 18, une lampe éclair au xénon modèle L 909-001 fabriquée par la firme ILC de Sunnyvale (Californie, Etats-Unis d'Amérique). Une électrode du tube éclair 18 est reliée à un circuit 30 formateur d'impulsions 20ytandis que l'autre électrodêj^tube éclair 18 est reliée à un potentiel de référence, la masse sur la figure. Le réseau 20 formateur d'impulsions comprend une inductance 22 branchée entre l'électrode voisine du tube éclair 18 et une borne 24 d'un bloc d'alimentation fournissant une 35 tension continue +V^, ainsi qu'un condensateur 26 branché entre la borne 24 et la masse. A titre d'exemple particulier, quand on emploie la lampe éclair au xénon L 909-001 susmentionnée,; la bobine 22 peut avoir une inductance voisine de 50 micro- 72 01756 2122526 henrys, le condensateur 26 peut avoir une capacité d'environ 20 microfarads et peut être voisin de 1000 volts. Le transformateur 10 comprend un enroulement primaire 30 et au moins un enroulemeni/4econdaire 32 dont l'axe coïncide 5 avec celui de l'enroulement primaire 30 et placé, radialement, à l'intérieur de celui-ci. Pour obtenir une tension élevée au secondaire et réduire en même temps au minimum le champ électrique à l'extérieur du transformateur 10, il est préférable d'employer plusieurs enroulements secondaires 32 branchés en 10 série. Les enroulements 32 sont bobinés coaxialement autour de la carcasse 12 à des distances différentes de l'axe et les extrémités opposées, dans le sens de la longueur, de chaque paire d'enroulements secondaires successifs 32 sont interconnectées par un conducteur 34. Il va de soi que, bien que trois enrou-15 lements secondaires 32 soient représentés, on peut en employer un nombre quelconque suivant les conditions particulières de réalisation. A titre d'exemple, un enroulement primaire 30 de 50 spires et trois enroulements secondaires 32 de 1000 spires chacun conviendraient pour un transformateur 10 destiné à éle-20 ver une tension d'entrée puisée de 500 volts jusqu'à 30 000 volts7à l'extrémité éloignée 36 de l'enroulement secondaire 32 le plus proche de l'axe. Une couche 38 d'une matière électriquement isolante, par exemple une matière plastique, est intercalée entre chaque enroulement secondaire 32 et le con— 25 ducteur 34 voisin d'interconnexion, ainsi qu'entre l'enroulement secondaire 32 et l'enroulement primaire 30 et à l'extérieur de l'enroulement primaire 30. L'intervalle restant entre les parois d'about de la carcasse du transformateur 13 et 14 est rempli d'un produit de remplissage 40 convenable pour hau-30 tes tensions, par exemple une résine époxyde, afin d'améliorer l'isolement des enroulements 30 et 32 et des conducteurs électriques 34. Une extrémité de l'enroulement 32 secondaire le plus éloigné de l'axe et l'extrémité voisine de l'enroulement pri-35 maire 30 sont reliées électriquement entre elles et à la masse. L'autre extrémité de l'enroulement primaire 30 est reliée à un circuit de déclenchement 42. Le circuit 42 comprend une résistance 44 limitant le courant et le trajet anode-cathode 72 01756 5 2122526 d'un redresseur commandé au silicium 46, branchés en série entre une borne 48 d'un bloc d'alimentation et la masse. La bornées du bloc d'alimentation fournit une tension continue +V^ qui, pour les valeurs susmentionnées des paramètres du trans-5 formateur;peut être voisine de 500 volts, par exemple. La gâchette du redresseur commandé au silicium 46 est reliée à une borne 50 à laquelle les impulsions de déclenchement d'entrée sont appliquées. Un condensateur 52 qui, pour les valeurs susmentionnées des paramètres du transformateur, peut avoir une 10 capacité d'environ 1 ,0 microfarad, est branché entre l'extrémité adjacente de l'enroulement primaire 30 et le noeud entre la résistance 44 et le redresseur 46 commandé au silicium. Quand le dispositif de déclenchement décrit ci-dessus du tube éclair fonctionne, le redresseur 46 commandé au silicium 15 ne conduit aucun courant au départ etyle condensateur 52 est chargé à la tension V^. Quand une impulsion de déclenchement est appliquée à la borne d'entrée 50, le redresseur 46 commandé au silicium s'amorce et le condensateur 52 se décharge à travers le trajet anode-cathode du redresseur 46 et l'enroule-20 ment primaire 30 du transformateur 10. Une tension est induite dans les enroulements secondaires 32 du transformateur et crée un champ électrique à l'intérieur de la cavité 15 du laser. Ce champ électrique ionise suffisamment' le gaz à l'intérieur du tube éclair 18 pour provoquer dans ledit tube éclair une dé-25 charge électrique, qui dure pendant l'intervalle de temps déterminé par la constante de temps du circuit 20 formateur d'impulsions. Lorsque la décharge progresse, le tube éclair 18 émet un rayonnement de pompage qui excite l'élément laser 16 de manière à provoquer l'émission cohérente ou émission laser. 30 On voit que lorsque les valeurs particulières des para mètres indiquées ci-dessus caractérisent un dispositif selon l'invention, une impulsion de déclenchement d'environ 30 000 volts apparaît à l'extrémité 36 de l'enroulement secondaire 32 du transformateur. Cependant, cette tension élevée est isolée 35 de la cavité du laser 15 non seulement par la carcasse 12 du transformateur,mais aussi par le produit de remplissage 40. De plus, on peuii&e passer de conducteurs isolés spéciaux ou d'autres agencements destinés à introduire une tension de déclen- 72 01756 2122526 chement dans la cavité 15 du laser. On a ainsi réalisé un dispositif de déclenchement d'un tube éclair pour laser qui est peu encombrant, léger et peu coûteux et dans lequel le déclenchement à coup sûr du tube éclair est assuré sans risque de jaillissement d'arc à l'intérieur de la cavité du laser. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre indicatif mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 72 01756 2122526 REVENDICATIONS 1. Ensemble de laser qui comprend : un élément laser et un tube éclair placés parallèlement entre eux dan§4ne cavité allongée de laser, un circuit de déclenchement du tube éclair 5 et un circuit formateur d'impulsions reliés audit tube éclair, caractérisé en ce que ledit élément laser et ledit tube éclair sont placés à l'intérieur d'un transformateur qui comprend un organe en forme de bobine en une matière électriquement isolante, délimitant la cavité dudit laser parallèlement à l'axe du- 10 dit organe en forme de bobine, un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire bobinés coaxialement autour dudit organe en forme de bobine, l'enroulement secondaire étant plus proche de l'axe que l'enroulement primaire, et le circuit de déclenchement est branché de manière à appliquer des impul- 15 sions de déclenchement à l'enroulement primaire dudit transformateur.- 2. Ensemble de laser selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit transformateur comprend plusieurs enroulements secondaires branchés mutuellement en série et enroulés 20 coaxialement autour dudit organe en forme de bobine à des distances différentes de l'axe, à l'intérieur de l'enroulement primaire. 3. Ensemble de laser selon l'une ue^ revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit formateur d'impulsions com- 25 prend un condensateur branché entre deux bornes d'un bloc d'alimentation et une inductance couplée entre une des deux bornes d'un bloc d'alimentation et une électrode du tube éclair, l'autre électrode dudit tube éclair étant reliée à l'autre des deux bornes du bloc d'alimentation. 30 4. Ensemble de laser selon l'une quelconque des reven dications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de déclenchement comprend un redresseur commandé comportant un trajet pour le courant et une électrode de commande, ledit trajet du courant et une résistance étant branchés en série entre deux 35 bornes d'un bloc d'alimentation, un condensateur étant branché entre une borne de l'enroulement primaire et la jonction entre la résistance et le redresseur commandé, une autre borne de l'enroulement primaire étant reliée à l'une des deux bornes 72 01756 2122526 du bloc d1 alimentation,et un circuit d'entrée étant destiné à appliquer des impulsions d'entrée à l'électrode de commande du redresseur commandé. quelconque 5. Ensemble de laser selon l'une/des revendications 1 à 5 4, caractérisé en ce qu'une extrémité de l'enroulement primaire est reliée électriquement à une extrémité de l'enroulement secondaire du groupe le plus éloigné de l'axe, des conducteurs électriquesjinterconnectent les extrémités opposées de chaque paire d'enroulements secondaires successifs, une couche élec— 10 triquement isolante est intercalée entre chaque enroulement secondaire et le conducteur d'interconnexion adjacent et entre l'enroulement secondaire le plus éloigné de l'axe et l'enroulement primaire^et les enroulements primaire et secondaires et les conducteurs d'interconnexion sont enrobés, sur l'organe en for-15 me de bobine, dans une matière plastique de remplissage électriquement isolante. 6. Ensemble de laser selon-la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une première, une seconde et une troisième borne d'un bloc d'alimentation, une inductance est bran- 20 chée entre ladite première borne et une électrode du tube éclair, l'autre électrode du tube éclair est raccordée à ladite troisième borne, un premier condensateur est branché entre lesdites première et troisième borne , un redresseur commandé comporte un trajet pour le courant et une électrode de commande, une ré-25 sistance et ledit trajet du courant sont branchés en série entre la deuxième et la troisième borne , la troisième borne est reliée à ladite extrémité de l'enroulement primaire, un deuxième condensateur est branché entre l'autre extrémité de l'enroulement primaire et le noeud entre la résistance et le redres-30 seur commandé, et un circuit d'entrée est destiné à appliquer des impulsions d'entrée à l'électrode de commande du redresseur commandé. 7. Ensemble de laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite matière électrique- 35 ment isolante est une matière céramique.