Brevet FR2112100A1 — publié le 19720616

La présente invention se rapporte au domaine des lasers à gaz et concerne plus particulièrement un système permettant la prolongation de la durée de vie de ce type de lasers. Un laser à gaz est habituellement constitué d'un tube, où se produisent des décharges électriques dans un mélange gazeux raréfié, se terminant à chacune de ses extrémités par une lame à faces parallèles, jouant le rdle de fenetre, inclinée à l'inci- dence brewstérienne de façon à éviter la réflexion parasite d'une onde convenablement polarisée. Ce tube est placé entre deux mi roirs, dont l'un seulement a un pouvoir de réflexion très élevé, définissant le résonateur de Pérot-Fabry. Ce type de laser fournit, en fonctionnement continu, un faisceau de forte cohésion spatiale et temporelle, et permet lsobtention de grandes puissances. Mais un bon rendement en puissance exige que le pouvoir de transmission des fenêtres soit maximal et que, par conséquent, aucune cause de pollution ne provoque de déport sur la face interne de ces fenêtres IO;rs du fonctionnement du laser. En fait, on constate que la puissance obtenue avec un tel laser ne reste pas constante et décroît dans le temps de façon très importante. Cette décroissance est due au dépôt de particules ae diverses provenances entraînées vers la cathode par le courant ionique, dépit observé sur la face interne de la fenêtre située près de la cathode, augmentant ainsi les pertes du résonateur de Pérot-Pabry. La présente invention permet d'éviter cet inconvénient par un dispositif, s'opposant à l'apparition desdits dépits néfastes, consistant essentiellement en une électrode supplémentaire destinée à provoquer une decharge auxiliaire, derrière la décharge principale, assurant ltentratnement des particules responsables de la pollution de la fenêtre du tube vers cette nouvelle électrode. Plus précisément, la présente invention consiste en un système de protection de fenêtre de laser à gaz comportant - une enveloppe tubulaire - deux fenêtres à incidence brewstérienne respectivement situées aux deux extrémités de ladite enveloppe - une première électrode connectée au pôle négatif d'un générateur de tension - une seconde électrode connectée au p8le positif dudit générateur de tension ; caractérisé par le fait qu'il comprend une troisième électrode, situee à la meme extrémité de ladite enveloppe tubulaire que ladite première électrode, et portée à un potentiel positif réglable par rapport à ladite première électrode. La description ci-après permettra de mieux comprendre l'in- vention en s'appuyant sur les figures annexées où - la figure 1 représente un laser à gaz muni d'un système de protection de fenêtre conforme à l'invention - la figure 2 représente une variante de réalisation du système de protection de fenêtre conforme à l'invention - la figure 3 représente une variante du dispositif d'alimenta- tion drun laser à gaz muni du système de l'invention - la figure 4 représente la variation avec le temps de la puissance fournie par un laser à gaz, suivant qu'il est muni ou non du système de l'invention. la figure 1 représente une vue schématique d'un laser à ga de type connu muni dXun système de protection de fenêtre conforme à l'invention. le laser est constitué d'une enveloppe tubulaire 9, réalisée par exemple en verre, contenant un mélange gazeux apte à manifester le phénomène laser sous faible pression, et fermé à ses ex extrémités par les lames à faces parallèles 4 et 5, ou fenêtres, inclinées à l'incidence dite brewstérienne. le tube 3 contient deux électrodes, 1 et 2, affectant par esemplewla forme d'un anneau, respectivement reliées à la borne positive et à la borne négative dgun générateur de haute tension 9, entre lesquelles se produit une décharge electrique 6. la partie centrale du tube 3 est entourée d'un circuit de refroidissement 7 puis d'un enroulement magnétique 8. Le laser à gaz ainsi décrit est placé entre deux miroirs, non représentés sur la figure en nue de simplification, définissant le résonateur optique connu sous le nom de résonateur de Pérot-Babry. Le système de protection de fenêtre conforme à l'invention consiste principalement en une troisième électrode 10, reliée extérieurement à la borne positive d'un générateur de tension 12 par l'intermédiaire d'un rhéostat 11, produisant, avec ltélec- trode 2, une décharge auxiliaire 13. Cette électrode, qui traverse 1! enveloppe du tube, peut être avantageusement réalisée en un matériau possédant le même coefficient de dilatation que le tube 7, par exemple en un métal connu sous le nom de Kovar dans le cas du verre. le fonctionnement d'un tel dispositif est le suivant Une décharge, en général continue, est établie entre les électrodes t et 2, portées à un potentiel convenable par le générateur 9 ; elle provoque ltapparition du phénomène laser connu. En l'absence de tout potentiel sur l'électrode 10, la pollution de la fenêtre 5, selon le mécanisme physique décrit plus haut, se manifeste par l'apparition d'un voile jaunâtre sur sa face interne. Un potentiel positif appliqué à l'électrode 10, par l'inter- médiaire du générateur 12 et du rhéostat 11, provoque la création d'une décharge auxiliaire 13 entre les électrodes 2 et 10, décharge modifiant, mr répulsion, les trajectoires des ions positifs, ainsi que celles des particules de diverses provenan- ces entratnées par chocs par lesdits ions, et évitant ainsi le dépit de ces particules sur la fenêtre 5. La figure 2 représente une variante de réalisation du système de protection de fendre conforme à l'invention dans laquelle la troisième électrode 10 est située dans l'enceinte meme du t-è 7 et affecte de préférence la forme d'un anneau. Cette électrode 10, reliée comme précédemment à la borne positive d'un générateur de tension 12 par l'intermédiaire dtun rhéostat 11, produit avec l'électrode 2 une décharge auxiliaire 13 modifiant, comme il a été montré plus haut, les trajectoires des particules susceptibles de se déposer sur la fenêtre 5 et évitant ainsi leur dépit sur celle-ci. La figure 3 représente une variante du dispositif dsalimen- tation où les tensions provenant des générateurs 9 et 12 de la figure 1 sont fournies par un même générateur de haute tension 39,- le rhéostat 1 1 étant placé aux bornes du générateur 39. Le réglage de ltintensité de la décharge auxiliaire s'effectue ainsi aisément à l'aide du rhéostat Il en fonction de la densité des particules susceptibles de se déposer sur la fent- tre 5. D'autre part, l'interruption, accidentelle par exemple, de l'alimentation du tube interrompt également celle de l'électrode auxiliaire, évitant ainsi de maintenir la décharge correspondante qui risquerait d'épuiser la cathode par un courant excessif r La figure 4 représente la courbe de variation avec le temps de la puissance fournie par un laser à gaz, suivant quil est muni ou non du système de protection de entre conforme à l'in- vention. Les échelles indiquées sur la figure, à titre indicatif, sont exprimées en milliwatts pour la puissance P, et en heures pour le temps oe. Le premier tronçon 41 de la courbe représente la décroissance habituelle dans le temps, due à la pollution décrite plus haut, de la puissance P fournie par un laser à gaz. le deuxième tronçon 42, par son horizontalité, traduit la stabilisation de la puissance fournie par le laser après mise en service de la décharge auxiliaire, ce qui montre bien son rôle de suppression du phénomène de pollution de la entre 5. La partie 43 de la courbe correspond à l'arrêt de la décharge ge auxiliaire, mettant en évidence une nouvelle décroissance de la puissance. Cette décroissance peut entre à nouveau stoppée, comme le montre la partie 44 de la courbe, par le rétablissement de la décharge auxiliaire. Ia puissance P fournie par le laser n' est donc constante dans le temps, et cela aussi longtemps qu'il peut entre désiré, dans les limites de la durée de vie du laser lui-même, que si la décharge auxiliaire est maintenue de façon permanente. Btappareil réalisé selon l'invention a fourni, à titre d'exemple, une décharge auxiliaire comprise entre 20 et 100 mA, 1' électrode 10 étant une tige de govar , de diamètre 1 mm et de longueur active 5 mm. C système de protection de entre peut être utilisé pour tous les lasers à gaz, notamment les lasers à argon ionisé de grande puissance, mais il est plus particulièrement destiné aux lasers mettant en jeu une vapeur métallique, tel que le laser à hélium-cadmium. La description faite ci-dessus , et en particulier en ce qui concerne la forme et ltemplacement de l'électrode auxiliaire, ne l'est bien entendu qu'à titre d'exemple non limitatif. REYENDICA2IONS 1. Système de protection de fenêtre de laser à gaz com portant - une enveloppe tubulaire - deux fenetres à Incidence brewstérienne respectivement situées aux deux extrémités de ladite enveloppe - une première électrode connectée au p3le négatif d'un générateur de tension - une seconde électrode connectée au p81e positif dudit générateur de tension caractérisé par le fait qu'il comprend u n e troisième électrode, située à la même extrdmité de ladite enveloppe tubulaire que ladite première électrode, et portée à un potentiel positif réglable par rapport à ladite première électrode. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite troisième électrode est située entre ladite première électrode et ladite fen8tre. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite troisième électrode est directement située dans ladite enveloppe. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite troisième électrode est située dans une enceinte en communication avec ladite enveloppe. 5. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite troisième électrode est constituée par une tige métallique traversant ladite enveloppe. 6. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite troisième électrode est constituée par une tige métallique traversant ladite enceinte. 7. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite troisième électrode comporte un anneau dont le plan est sensiblement perpendiculaire à llaxe de ladite enveloppe. 8. Laser b gaz comportant un système de protection de fenêtre selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, et 7.