Brevet FR2112134A1 — publié le 19720616

La présente invention concerne les générateurs lasers à gaz, et plus parti culièrement les générateurs lasers à gaz dont le milieu actif est formé d'un mélange de gaz et de vapeur d'un corps-qui à.la température ordinaire est à l'état solide. On cannait des générateurs lasers à gaz dont le milieu actif est constitué par un mélange d'hélium et de vapeur de cadmium. Les générateurs lasers de ce type sont généralement constitués d'une enceinte comprenant deux électrodes entre lesquelles s'effectue une décharge électrique gui donne naissance à un plasma à haute température. Lorsque le tube à décharge est alimente en courant continu, on observe un transfert par cataphorèse de particules de l'électrode positive vers l'elec- trode négative. Pour avoir une répartition uniforme de vapeur de cadmium le long de la décharge, on connaît deux solutions La première solution consiste à maintenir l'ensemble du laser à haute température, par exemple pour le cadmium à une température de l'ordre de 830tu, de fa çon que tout le cadmium reste constamment à l'étant de vapeur. Cette solution s'avère très complexe et très coûteuse, notamment dans le cas des tubes lasers de grande longueur, car il faut chauffer tout le tube et le protéger par différentes enceintes calorifugées et isolées thermiquement. La deuxième solution consiste à placer le cadmium solide dans un logement pra- tique dans le tube à décharge suffisamment près de la décharge électrique qui se produit dans ce tube, et à chauffer uniquement ce logement au moment du fonction nement du- laser. Le cadmium chauffé se transforme en vapeur qui, arrivée au niveau de la décharge électrique, est entraînée tout le long de celle-ci par cataphorèse tout en restant à l'état de vapeur, la température du plasma créé par cette décharge étant suffisante pour la maintenir en cet état. La vapeur de cadmium va ensuite se condenser sur les parties froides du tube laser.Dans cette deuxième solution se pose le problème de la régulation de la quantité de cadmium à évaporer, pour avoir dans le tube, mélangée avec de l'hélium, une densité de vapeur de cadmium telle que le générateur laser puisse émettre un faisceau de lumière stimulée à sa puissance maximum, et ce, de façon stable. Pour pouvoir obtenir cette régulation, on connaît un dispositif comportant des moyens permettant d'asservir les moyens de chauffage du logement dans lequel est disposé le cadmium solide, aux variations d'impédance de la décharge mesurées aux bornes des électrodes du tube laser. Cette solution présente des inconvénients.En effet, l'impédance de la décharge ne donne qu'une image de la densité moyenne de la vapeur du cadmium le long du tube, mais la répartition le long du tube peut être très inégale sans que l'impédance en soit affectée, ce qui fait que cette dernière solution n'est pas bonne car elle présente un temps de réponse très long. En effet, ce temps de réponse correspond au temps de réponse relatif au chauffage du cadmium disposé dans son logement augmenté du 'temps de transfert de la vapeur de cadmium dans la partie du tube dans laquelle se produit la décharge . avec une telle régulation, on constate que la puissance de sortie du laser subit des fluctuations pouvant, pour des générateurs lasers de longueur voisine du mètre, atteindre 20 % de la puissance moyenne émise. La présente invention a pour but de pallier en partie ces inconvénients, et de réaliser un générateur laser à gaz ayant une émission de sortie relativement stable, tout en ayant une structure extrêmement simple. La présente invention a pour objet un générateur laser à gaz comprenant un tube à décharge contenant un corps associé à des moyens de commande permettant de libérer dans ledit tube de la vapeur dudit corps, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de mesure de la valeur de l'intensité d'une raie d'émission de la vapeur dudit corps, et des moyens associés auxdits moyens de commande et auxdits moyens de mesure, pour asservir la quantité de vapeur libérée à la valeur de l'intensité de ladite raie. D'autres ceractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé, à titre illustratif mais nullement limitatif dans lequel la figure unique représente, sous forme schématique, un exemple de mise en oeuvre d'un générateur laser conforme à l'in9ention. Le générateur laser illustré sur la figure comprend - une cavité résonnante optique du type Fabry-Pérot constituée de deux miroirs 1 et 2 dont l'un peut être partiellement transparent pour permettre à une partie de l'émission laser d'émerger de 13 cavité - et un tube à décharge 3 disposé dans la cavité résonnante définie ci-dessus. Le tube à décharge 3 est constitué généralement d'une enceinte cylindrique 4 comprenant respectivement, à cacni de ses extrémités, deux électrodes 5 et 6 disposes, soit directement dans l'enceinte 4, soit comme représenté sur la figure, dans les bulbes 7 et 8 qui sont mis en communication avec l'intérieur de l'enceinte cylindrique 4. Dans ce mode de réalisation, l'électrode 6 est connectée à la borne positive d'tire source de ters-on 9 et c-nsvitue l'anode, tandis que l'électrode 5 est rectée à 1 Dorre régatîvo de cette > ^me or-e et constitue la cathode. gaz 1tube est connecté à la source d' alimentation 9, il s'établît une décharge électri- us, entre l'anode et la cathode, dont le trajet est représenté sur la figure n 10 par un trait discontinu. Le tube à décharge laser est remoli d'un milieu actif gazeux. Dans le cas d'un générateur laser hélium-cadmium, le tube est rempli avec de l'hélium et comporte par exemple dans un logement 11 aménagé dans l'enceinte 3, un morceau de cadmium 12 qui, à la température ordinaire, est à l'état solide. Ce logement 11 comporte des moyens de ch3u-rfags representes schématiquement par un cordon chauffent enroulé autour du logement 11, et par une enceinte calorifugée 14 entourant le cordon chauffant 13 et le logement 11. Ces moyens de chauffage sont conçus de façon que l'inerte thermique de l'ensemble soit très faible, et que le temps de réponse pour chauffer le cadmium contenu dans le logement 11 soit le plus court possible. Le tube à décharge comprend aussi un détecteur photosensible 15 dont la bande passante est centrée sur une raie d'émission, propre à la vapeur du corps solide 12, lorsqu'elle est excitée par une décharge électrique, c'est-à-dire une raie de la vapeur du corps isolée au milieu de l'ensemble des raies qui peuvent être émises quand la vapeur est mélangée avec d'autres composants , par exemple de la vapeur de cadmium dans de l'hélium. Ce détecteur 15 peut par exemple être constitué par une cellule photosensible à large bande passante 18 devant laquelle est disposé un filtre interférentiel 19 ne laissant passer que la lumière de la raie choisie. il pourrait être envisagé de disposer le détecteur 15 directement dans le tube à décharge, mais cette solution présente de grandes difficultés technologiques de réalisation , c'est pourquoi on le dispose à l'extérieur du tube, derrière une fenêtre 21, pratiquée dans la paroi du tube à décharge. Mais, en fait, la grande majorité des tubes à décharge étant réalisés en un matériau, par exemple en quartz ou en verre, qui est transparent pour de la lumière dont la longueur d'onde peut varier dans une large plage, on dispose simplement le détecteur 15 derrière la paroi du tube. Notamment, dans le cas du laser héliumvcadmium, la raie d'émission qui est spécifique au cadmium est une raie de 4 800 de longueur d'onde traverse avec un minimum d'absorption la paroi du tube à décharge lorsqu'il est par exemple réalisé en quartz. La sortie du détecteur 15 est reliée aux moyens de chauffage du logement 11 par l'intermédiaire d'une chaine d'asservissement représentée schématiquement en 16. Cette chaine d'asservissement 16 peut être constituée, comme représenté sur la figure, d'un circuit de contrôle 22 dont l'entrée est connectée à la sortie du détecteur 15, et dont la sortie est connectée à une première entrée d'un dispositif électronique commandable 23. Ce dispositif électronique 23 permet à partir, d'un courant délivré par une source 24 dont les sorties sont connectées à une deuxième entrée du dispositif 23, de délivrer à sa sortie 25 un courant dont la valeur est fonction du signal délivré par le circuit de contrôle 22. La sortie 25 du dispositif 23 est connectée aux deux bornes du cordon chauffant 13. Le logement 11 est réalisé avantageusement dans la paroi du tube à décharge 3. Ses dimensions sont juste suffisantes pour contenir un morceau de cadmium solide. Ce logement débouche dans le tube à décharge le plus près possible de la partie de la décharge qui a lieu dans le cylindre 4, mais aussi le plus près possible de l'anode 6, Cie plus près en suivant le chemin de décharge 10t, par exemple en 17. En plus de ces conditions, il est préférable de placer le détecteur photosensible 15 le plus près de ce point 17. Le fonctionnement du tube à décharge selon l'invention est expliqué ci-dessous dans le cas d'un laser hélium-cadmium En premier, on commence par allumer la décharge dans l'hélium entre les deux électrodes 6 et 5. Lorsqu'aucune vapeur de cadmium ne se trouve dans le trajet de la décharge, le détecteur 15 ne reçoit aucune lumière à la longueur d'onde de la raie du cadmium sélectionnée, c'estvà-dire à 4 800 A. Le logement dans lequel est placé le cadmium commence à chauffer ainsi que le cadmium qui commence à donner de la vapeur. Lorsque les vapeurs de cadmium arrivent dans la décharge, les molécules de cette vapeur sont excitées par l'effet de la décharge électr-ique et émettent dans tout l'espace une lumière dont la longueur d'onde est de 4 800 A. Comme le détecteur photosensible 14 a une bande passante centrée sur cette raie d'émission, il délivre un signal proportionnel à l'intensité lumineuse de la raie sélectionnée. Le signal est traité dans la chaîne d'asservissement 16 et commande la valeur du courant qui traverse le cordon chauffant 13. En réglant ainsi l'asservissement, on peut obtenir un réglage de l'échauffement de la chambre dans laquelle est disposé le cadmium, de façon que la quantité de cadmium évaporé soit par exemple sensiblement constante à la sortie de la chambre 11. Comme la température de la décharge est très supérieure à la température d'évaporation du cadmium, la vapeur de cadmium reste le long de la décharge à l'état de vapeur et par effet de cataphorèse est transportée à l'autre extrémité du tube, où elle se condense sur ses parties froides, par exemple sur les parois d'un deuxième logement 20 disposé à l'extrémité du tube à décharge 3. Avec un tel dispositif, on a ainsi réduit le temps de réponse du dispositif en éliminant celui du au transfert de la vapeur de cadmium le long de la décharge, temps de transfert qui est d'ailleurs très supérieur au temps de réponse de celui des moyens de chauffage de la chambre. Avec un tel tube à laser selon l'invention, on réduit les fluctuations de la puissance de sortie du laser et on constate que celles-ci sont inférieures à un pour cent. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/- Générateur laser à gaz comprenant un tube à decharge contenant un corps associé à des moyens de commande permettant de libérer dans ledit tube de la vapeur dudit corps, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de mesure de la valeur de l'intensité d'une raie d'émission propre à la vapeur dudit corps, et des moyens associés auxdits moyens de commande et auxdits moyens de mesure, pour asservir la quantité de vapeur libérée à la valeur de l'intensité de ladite raie. 2/- Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de mesure sont constitués par une cellule photosensible dont la bande passante est centrée sur ladite raie d'émission du corps solide. 3/ Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de mesure sont constitués par une cellule photosensible à large bande passante disposée derrière un filtre interférentiel centré -sur ladite raie d'émission. 4/- Générateur laser selon les revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que ladite cellule photosensible est disposée à l'extérieur du tube derrière une fenêtre réalisée dans un matériau transparent à la lumière correspondant à ladite raie d'émission et pratiquée dans la paroi de ladite enceinte. 5/- Générateur laser selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la fenêtre est constituée par la paroi de ladite enceinte. 6/- Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite raie d'émission est la raie du cadmium à 4 800 A.