Brevet FR2134527A1 — publié le 19721208

La présente invention concerne un laser à gaz à impulsions fonctionnant à haute pression, comportant un grand nombre de trajets de décharge dirigés transversalement par rapport à l'axe longitudinal du tube à décharge. 5 Dans les lasers conformés de cette façon, le milieu ga zeux actif, par exemple un mélange C02-U2-He, peut être à une pression élevée, par exemple à la pression atmosphérique. Cela offre l'avantage d'augmenter la puissance de sortie du laser pouvant être obtenue, par rapport aux lasers à basse pression. 10 La puissance par unité de volume augmente à peu près comme le carré de la pression, du fait que le contenu énergétique et la fréquence de répétition des impulsions maximale augmentent respectivement proportionnellement à la pression. Dans ces lasers à haute pression, il se pose cëpendant un 15 problème consistant en ce que l'on ne peut que diffi^Lement maintenir la décharge dans le gaz servant à exciter le milieu actif au voisinage de la densité de courant d'une décharge luminescente et répartie de façon aussi homogène que possible sur tout le volume actif. Au contraire, les décharges dans le gaz 20 ont tendance à cheminer sur un canal étroit de forte densité de courant, donc sous forme d'une décharge d'arc. Four remédier à cela, il est connu (par exemple, Appl. Phys. Lett. 15 (1970) 504-) d'intercaler en série avec chaque électrode (cathode) associée à un trajet de décharge, une ré-25 sistance ohmique. Ces résistances limitent le courant pouvant circuler suivant un seul trajet de décharge, et elle évitent donc que la décharge ne puisse s'écouler que sur une seule électrode. L'inconvénient de ce procédé réside cependant dans l'importance des pertes qui se produisent dans les résistances ohmi-30 ques, et également dans les frais élevés qui résultent de l'utilisation des résistances haute tension nécessaires. Pour supprimer ces inconvénients, on a fait connaître différents procédés, par exemple une double excitation de décharge (Rev. Sci. Instr. 4-1 (1970) 1578) ou la production de dé-35 charges en gerbes en utilisant des impulsions d'excitation à front très raide et très courtes (IEEE J. Quantum Electron. QE-6 (1970) 530). Cependant, tous ces procédés sont très coûteux ou ne permettent de faire fonctionner le laser que dans des conditions de fonctionnement bien déterminées. 72 14796 2 2134527 ^ L'invention se propose de perfectionner un laser à gaz du type précité à peu de frais, de façon qu'il se produise, même à des pressions de gaz élevées, une décharge dans le gaz diffuse répartie uniformément sur le volume actif, qui soit en outre 5 longtemps au voisinage de la densité de courant d'une effluve luminescente. Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, une inductance est montée séparément en série avec chacun des trajets de décharge du laser à gaz dirigés transversalement par rapport à 10 l'axe de ce laser. D'autres caractéristiques et avantages de l'invehtion res-sortiront de la description détaillée qui va suivre, en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, dont : 15 la figure 1 représente une section droite du tube à dé charge ainsi que, schématiquement, le montage du circuit de décharge ; et la figure 2 est une coupe longitudinale du tube à décharge. On a représenté, sur les figures, un tube à décharge 1 20 cylindrique, par exemple en plexiglas, dans lequel est dirigé longitudinalement, sur l'une des faces internes, la face inférieure, une électrode tubulaire 2, par exemple en laiton. En regard de cette électrode tubulaire 2, se trouvent des électrodes 3a, 3^, 3c»... en forme de disques annulaires qui peuvent 25 être aussi en laiton. Les électrodes annulaires 3a, 3b, 3c,.. sont montées en cathodes, et l'électrode tubulaire 2 en anode. On choisit la section droite circulaire de façon à éviter les pertes par effet de couronne aux bords. Les électrodes sont creuses, car, en raison de l'effet de peau, le courant de déchar-30 ge ne circule qu'au niveau de la surface, de toutes façons. Le diamètre extérieur du tube 2 et des disques annulaires 3a, 3b» 3c... est, par exemple de 10 mm, l'écartement entre le tube 2 et un disque annulaire 3a, 3b, 3c... est, par exemple, de 20 mm dans chaque cas. Les disques annulaires 3a, 3b» 3c... sont sépa-35 rés entre eux par des intervalles, par exemple, de 9 mm. La longueur du tube de décharge est, par exemple, de 135 cm. On prévoit, par exemple, 150 électrodes annulaires 3a-, 3b, 3c .... - L'énergie-de décharge est prélevée sur un condensateur 4-, par exemple d'une capacité de 0,015 microfarads, qui est chargé 72 14796 3 2134527 à partir d'une source de tension 6, de 20 à 35 &V par exemple, par l'intermédiaire d'une résistance, de 100 Kohms, par exemple. La décharge est amorcée par l'intermédiaire d'un éclateur à étincelle à déclenchement 7« 5 Entre les électrodes annulaires 3a, 3b, 3c... et l'élec trode 2 se trouvent les trajets de décharge a, h, c... Le résonateur optique est hémisphérique, et il est formé par le miroir creux sphérique 8 et le miroir plan 9. Dans le miroir 9» se trouve une fenêtre de ïïaCl (non représentée) dans un angle de 10 Brewster. Le mélange gazeux, comprenant 90 % HE, 5 % C02 et 5 % Nr, pénètre dans le tube à décharge 1 par le point 10 et en sort par le point 11. Sa pression est d'environ 1 bar. Une inductance 12a, 12b, 12c ... est respectivement montée séparément en série avec chacun des trajets de décharge a, b, 15 c... Ces inductances sont constituées par de petits tubes de ferrite par lesquels passent les conducteurs d'amenées 13a, 13b, 13c... des électrodes 3a, 3b, 3c... Ces inductances 12a, 12b, 12c... limitent l'augmentation de courant dans un trajet de décharge a, b, c... et assurent, par suite, l'occupation régu-20 lière souhaitée de tous les trajets de décharge a, b, c... par des décharges dans le gaz dans la zone de la densité de courant de l'effluve luminescente. Cet effet que l'on n'a obtenu jusqu'à présent, comme on l'a décrit ci-dessus, qu'au moyen de résistances chimiques en série, est obtenu, selon l'invention, 25 sans pertes, contrairement aux procédés connus. En outre, les petits tubes de ferrite sont bien meilleur marché que les résistances haute tension. En outre, les inductances 12a, 12b, 12c... ont également, en coopérant avec l'inductance inévitable 14 du circuit de dé-30 charge commun, l'effet très important que le maximum du champ électrique présent sur le parcours de décharge ne coïncide jamais dans le temps avec le maximum de courant de décharge. Cela est très important, car, comme il est connu (cf, par exemple, Ergbn.d.exact. Faturwissenschaften 3j5 (1961) 175) les densi-35 tés électroniques élevées accompagnées d'un champ électrique intense favorisent la formation du canal de décharge d'arc fâcheux. On maintient l'inductance 14 aussi faible que possible. Les inductances 12a, 12b, 12c... associées aux trajets de dé 72 14796 4 2134527 charge a, b, c... doivent alors avoir d'une part des valeurs suffisamment faibles pour qu'après le déclenchement de l'éclateur à étincelle 7» le courant s'établisse suffisamment vite pour qu'il ne puisse se former de décharge d'arc maùs aussi 5 suffisamment fortes pour que, lors du passage de la décharge, le maximum de courant apparaisse à la tension la plus faible possible sur le trajet de décharge. En conséquence, chacune des inductances 12a, 12b, 12c... peut avoir, par exemple, une inductance de 20 J4H . On y parvient, par exemple, au moyen de 10 petits tubes de ferrite de 20 mm de long chacun, de 9 mm de diamètre extérieur et de 2 mm d'alésage. Le condensateur 4 a des dimensions telles que la rupture de la décharge a lieu à un moment approprié, avant que la couche de charge d'espace qui se trouve avant la cathode 3 ne devienne 15 spatialement instable, ce qui est le cas pour une épaisseur critique, dépendant aussi de la géométrie des électrodes, de la couche qui s'accroît pendant la décharge» Il se produit alors une décharge d'arc que l'on ne peut plus éviter avec les moyens décrits. 30 Les intensités de décharge maximales qui apparaissent pen dant le fonctionnement sont de l'ordre de grandeur de 10 à 15 A. 72 14796 5 2134527 / REVENDICATIONS 1. Laser à gaz à impulsions fonctionnant à haute pression, comportant un grand nombre de trajets de décharge dirigés transversalement par rapport à l'axe longitudinal du tube de décharge, caractérisé en ce qu'une inductance (12a, 12b, 12c) 5 est montée séparément en série avec chacun des trajets de décharge (a, b, c,). 2. Laser à gaz selon la revendication 1 caractérisé en ce que son milieu gazeux comprend C02 et He. 3. Laser à gaz selon la revendication 2 caractérisé en ce 10 que son milieu gazeux comprend 90 % He, 5 % C02 et 5 % N2. 4-, Laser à gaz selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube à décharge (1) comprend, comme électrode, un tube métallique (2) dirigé longitudinalement, en regard duquel se trouvent, comme contre-électrodes pour constituer les trajets 15 de décharge (a, b, c) des disques annulaires métalliques respectifs (3a, 3b, 3c). 5. Laser à gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour constituer les inductances série, (12a, 12b, 12c) les conducteurs d'amenée (13a, 13b, 13c) aux 20 contre-électrodes sont entourés de petits tubes constitués par une matière fortement inductive. 6. Laser à gaz selon la revendication 5 caractérisé en ce que les petits tubes sont en ferrite. 7. Laser à gaz selon la revendication 1 caractérisé en ce 25 que l'inductance agissant sur le courant de décharge est suffisamment faible pour que le temps d'établissement du courant soit suffisamment court afin d'éviter la formation d'une décharge d'arc, et suffisamment forte afin que le maximum de la tension qui apparaît sur les chemins de décharge ne coïncide pas, 30 dans le temps, avec le maximum du courant de décharge.