Brevet FR2108832A1 — publié le 19720526

• La présente invention concerne les tubes à décharge et plus particulièrement les tubes à décharge des générateurs lasers à gaz dans lesquels le milieu gazeux est excité par une décharge électrique. Un générateur laser à gaz comprend très schématiquement : 5 - une cavité résonnante formée de deux miroirs dont au moins un est semi- réfléchissant pour permettre à une partie de l'émission stimulée, obtenue dans la cavité, d'émerger, - et un tube à décharge disposé dans la cavité résonnante, le tube étant rempli d'un mélange gazeux apte à produire une émission stimulée, lorsqu'il se produit 10 une décharge dans le tube. Un tube à décharge laser du fait de sa fonction dans un générateur laser, a une structure particulière. Un tube à décharge laser comprend un corps généralement cylindrique fermé à ses deux extrémités par deux lames optiques. Ces lames optiques peuvent être, dans le cas d'une structure intégrée, les miroirs de la cavité réson-15 nante. Le tube comprend deux électrodes qui peuvent être disposées dans ce corps, ou, lorsque le corps a des dimensions relativement faibles, dans des enceintes extérieures ou bulbes d'électrodes qui sont mis en communication respectivement par un canal approprié, avec l'intérieur du corps à ses deux extrémités. Lorsqu'un des miroirs de la cavité résonnante fait partie intégrante du tube 20 à décharge et qu'il est formé par un support transparent sur lequel est disposée une pluralité de couches diélectriques, ces couches diélectriques étant en contact direct avec le milieu intérieur du tube à décharge, on constate que, lorsque le générateur laser a fonctionné pendant un certain temps, la puissance de l'émission laser diminue pour arriver quelquefois à une valeur nulle. 25 On a constaté, notamment dans le cas où l'empilement des couches diélectri ques est constitué alternativement de couches de bioxyde de silicium et de couches de bioxyde de titane, que le coefficient d'absorption du miroir, et plus particulièrement celui de la première couche en contact avec le milieu intérieur du tube à décharge, augmentait avec la durée totale de fonctionnement du générateur laser. 30 Ce phénomène a été constaté sur de nombreuses couches diélectriques de miroirs de sortie des générateurs laser à gaz. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et de réaliser des générateurs lasers dont les miroirs de sortie ont une durée de vie importante. La présente invention a pour objet un tube à décharge comportant une électro-35 de positive et une électrode négative, entre lesquelles peut être obtenue une décharge électrique constituée d'un plasma comportant au moins une particule chargée électriquement avec un signe déterminé, et dont une partie de la paroi est constituée au moins par une couche diélectrique partiellement réfléchissante pour une lumière de longueur d'onde donnée, caractérisé par le fait qu'il comporte des 40 moyens pour créer une barrière de potentiel entre ladite partie de la paroi cons 70 36591 2108832 tituée d'au moins une couche diélectrique et ledit plasma, pour repousser vers le plasma lesdites particules chargées. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre ® illustratif mais nullement limitatif dans lequel : - les figures 1, 2 et 3 représentent de façon schématique différentes formes de réalisation d'une partie de tube à décharge selon l'invention. Sur la figure 1 est représentée une forme préférée de réalisation d'un tube à décharge 101 comportant une enceinte cylindrique 102 mise en communication avec un bulbe 103 dans lequel est logée une électrode 104. L'extrémité de l'enceinte 102 est fermée par un miroir 105 constitué d'un support 106 sur lequel est déposée une pluralité de couches diélectriques 107, ce miroir étant disposé de façon que les couches diélectriques soient tournées vers l'intérieur du tube à décharge. On a représenté une extrémité du tube, mais on peut considérer que l'autre extré-^ mité comporte de même une autre électrode, ce qui permet entre ces deux électrodes d'obtenir une décharge électrique en continu dont le chemin préférentiel 108 est représenté en traits-points sur la figure. Sur le support 106 du miroir 105 est disposée une contre-électrode 109 qui est reliée électriquement par un conducteur 112, dans ce mode de réalisation, à l'électrode 104, pour que la contre-électrode soit au même potentiel électrique que cette électrode. Dans le cas où le tube à décharge est appliqué à un générateur laser et que le miroir 105 constitue le miroir de sortie de cette cavité, la contre-électrode 109 comporte une percée axiale 110 pour permettre au faisceau laser d'émerger de la cavité. La demanderesse pense que l'augmentation du coefficient d'absorption de la couche diélectrique qui se trouve en contact direct avec l'intérieur du tube à décharge est due au bombardement de cette couche par des particules chargées électriquement qui se trouvent dans le plasma créé par la décharge. Par exemple, si l'électrode 104 est une anode, elle émet des ions positifs dont un certain nombre arrive dans l'enceinte 102 au niveau du point 11 avec suffisamment d'énergie pour venir bombarder la couche diélectrique 107. Lorsque l'on place la contre-élec trode 109 et qu'elle est portée par exemple au potentiel de l'anode, elle crée une barrière de potentiel qui repousse les particules positives vers le chemin de décharge afin de les diriger vers la cathode du tube à décharge. Bien entendu, 35 puisque la contre-électrode est protégée par le support des couches diélectriques qui est en matériau diélectrique, la décharge ne s'amorce qu'entre les électrodes du tube à décharge. Le tube à décharge peut aussi comporter une seconde contre-électrode disposée sur le miroir qui est à proximité de la seconde électrode du tube à décharge, notamment lorsque.1'enceinte du tube à décharge est fermée par ^ deux miroirs à couches diélectriques. Bien entendu, cette contre-électrode est 70 36591 2108832 portée à un potentiel déterminé, par exemple, au potentiel de la cathode et peut ainsi repousser les électrons qui sont émis par cette cathode. On donne au tube à décharge une configuration géométrique telle que la distance entre l'anode et la partie du plasma la plus près du miroir soit inférieure 5 à la distance entre le miroir et cette même partie du plasma. Ces deux distances définies ci-dessus sont représentées par les distances comprises respectivement entre la tête de l'électrode 104 et le point 111 et entre le miroir 105 et le point 111. La contre-électrode, dans ce cas, est portée au potentiel de l'électrode 104 mais peut être portée à un potentiel qui soit suffisant pour pouvoir repous-10 Ser les particules qui sont susceptibles de venir bombarder la couche diélectrique du miroir qu'elle doit protéger. Ce potentiel est très difficile à déterminer car il dépend de nombreux paramètres ; il est déterminé de préférence expérimentalement dans chaque cas de configuration géométrique du tube à décharge. Bien entendu on a représenté sur cette figure 1 une forme de réalisation mais 15 on peut par exemple remplacer la contre-électrode annulaire 109 protégée par le miroir, par un anneau disposé directement autour ou dans la paroi de l'enceinte 102 du tube à décharge 101, de préférence dans la partie de l'enceinte 102 qui est comprise entre celle qui est en regard de la décharge et le miroir à couches multidiélectriques. 20 Sur la figure 2 est représenté une autre forme de réalisation, un tube à décharge 201 formé d'une enceinte 202 mise en communication avec un bulbe 203 dans lequel est disposée une électrode 204. L'extrémité de l'enceinte 202 est fermée par un miroir à couches diélectriques 205. Le bulbe 203 et l'électrode 204 ont une configuration telle que une partie 209 de l'électrode 204 se trouve au niveau du 25 miroir 205 et une autre partie par exemple 213, soit de préférence très proche de l'intérieur de l'enceinte 202, c'est-à-dire que la distance entre le point 211 de la décharge et le miroir 205 soit supérieur à la longueur de chemin électrique 208 compris entre la partie 213 de l'électrode 204 et la partie de la décharge qui se trouve au niveau du point 211. En effet dans une telle configuration : la partie 30 209 de l'électrode 204 protège le miroir 205 des particules émises par cette même électrode et sa partie 213 attire plus facilement à elles la majorité des particules émises par la seconde électrode du tube décharge [non représentée sur la figure) Sur les deux figures précédentes on a représenté des tubes à décharge comprenant une enceinte et des électrodes dans des bulbes mis en communication avec l'in-35 térieur de l'enceinte, mais il existe des tubes à décharge notamment dans le cas des générateurs lasers où les électrodes sont directement disposées dans l'enceinte, tel que celui qui est représenté sur la figure 3. Le tube 301 comprend une enceinte 302 dans laquelle est disposée une électrode 304 formée par une pièce métallique comportant une percée axiale 304 centrée sur l'axe de l'enceinte 302. L'enceinte 40 302 est formée à son extrémité par un miroir 305 à couches multidiélectriques. 70 36591 2108832 • Il se peut que certaines électrodes chauffées émettent des particules qui possèdent suffisamment d'énergie pour bombarder les couches diélectriques du miroir 305. Pour éviter ce bombardement, on dispose entre la partie du tube à décharge 5 en regard de l'électrode 304, et l'extrémité où se trouve le miroir 305, une contre-électrode 309 protégée par un diélectrique, ce diélectrique pouvant être avantageusement la paroi de l'enceinte 302, cette contre-électrode étant portée à un potentiel au moins égal à celui auquel est portée l'électrode 304, et de préférence légèrement supérieur; ce potentiel peut être obtenu en connectant cette contre-électrode 309 à une source de tension 314. 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. 70 36591 2108832 REVENDICATIONS 1/ - Tube à décharge comportant une électrode positive et une électrode négative entre lesquelles peut être obtenue une décharge électrique constituée d'un plasma, comportant au moins une particule chargée électriquement avec un signe déterminé 5 et dont une partie de la paroi est constituée au moins par une couche diélectrique partiellement réfléchissante pour une lumière de longueur donnée, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour créer une barrière de potentiel entre ladite partie de la paroi constituée d'au moins une couche diélectrique et ledit plasma pour repousser vers le plasma ladite particule chargée. 10 2/ - Tube à décharge selon la revendication 1 caractérisé par le fait que lesdits moyens pour créer une barrière de potentiel sont constitués par une contre-électrode protégée de la décharge par une diélectrique, ladite contre-électrode étant disposée au voisinage de la couche diélectrique partiellement réfléchissante et portée à un potentiel permettant de repousser ladite particule chargée. •J5 3/ - Tube à décharge selon la revendication 2 caractérisé par le fait que ledit diélectrique est constitué par la paroi dudit tube à décharge. 4/ - Tube à décharge selon la revendication 2 caractérisé par le fait que la contre-électrode est portée au potentiel de l'électrode d'où est émise ladite particule chargée. 20 5/ - Tube à décharge selon la revendication 1 caractérisé par le fait que lesdits moyens pour créer une barrière de potentiel sont constitués par une des deux dites électrodes disposées dans un bulbe débouchant dans une enceinte dans laquelle est disposée ladite couche diélectrique semi-réfléchissante, ledit bulbe et ladite électrode ayant une configuration géométrique telle qu'une partie de ladite 25 électrode soit disposée au voisinage de ladite couche diélectrique et qu'une autre partie de ladite électrode soit au voisinage de l'endroit de ladite enceinte où débouche ledit bulbe. 0