Brevet FR2168970A1 — publié le 19730907

La présente invention concerne les générateurs laser à gaz et plus particulièrement les générateurs lasers à gaz moléculaires. On connaît des générateurs laser à gaz, comportant une cavité optique résonnante, des moyens pour faire circuler dans la cavité un milieu actif gazeux, et des moyens pour exciter ce milieu actif, ce dernier étant partiellement décomposé par cette excitation et rejeté dans l'atmosphère ambiante après passage dans la cavité. Avant la mise en marche de ces générateurs laser, il est donc nécessaire de faire circuler le milieu actif dans la cavité pendant un certain temps pour chasser l'air quelle contient. I1 en résulte que ces générateurs laser consomment une quantité très importante de milieu actif et que le prix de revient de l'énergie laser délivrée est élevee. Pour pallier cet inconvénient, on a proposé de réaliser des générateurs laser à gaz du type decrit ci-dessus, comprenant en outre un dispositif de traitement permettant de régénérer le milieu actif décomposé après passage dans la cavité. Dans ces conditions, le milieu actif est mis en circulation dans un circuit fermé étanche aux gaz, comprenant en série un réservoir du milieu actif, la cavité et le dispositif de traitement, reliés entre eux par des canalisations. Mais ces gé nérateurs laser à gaz sont très encombrants et d'un prix élevé. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients des générateurs laser à gaz connus cités ci-dessus et de réaliser un générateur laser a gaz de structure compacte, particulierement économique et adapté aux besoins industriels. La présente invention a pour objet un générateur laser à gaz comprenant un milieu actif gazeux, une cavité optique résonnante, deux électrodes disposées sensiblement parallèlement à l'axe de ladite cavité et de part et d'autre dudit axe, des moyens de traitement dudit milieu actif, et des moyens pour imprimer à au moins une partie dudit milieu actif un mouvement cyclique suivant un circuit traversant ladite cavité entre les électrodes, transversalement par rapport audit axe, caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte contenant ledit milieu actif, ladite cavité, lesdites électrodes, lesdits moyens de traitement et lesdits moyens pour imprimer au milieu actif un mouvement cyclique, que ledit circuit entoure une desdites électrodes, ladite électrode séparant deux parties dudit circuit dans lesquelles les mouvements dudit milieu actif s'effectuent respectivement suivant des sens opposés l'un par rapport à l'autre, et que lesdits moyens de traitement sont disposés sur ledit circuit en dehors de la cavité, pour traiter au moins une partie du milieu actif en mouvement dans ledit circuit. L'invention sera mieux comprise au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé, à titre illustratif et nullement limitatif, dans lequel la figure 1 représente en coupe longitudinale un exemple de réalisation du générateur laser selon l'invention, et la figure 2 représente, en coupe transversale, le générateur illustré par la figure 1. Sur la figure 1, est représentée une cavité optique résonnante composée de deux réflecteurs 1 et 2 dont l'un est semi-transparent, disposée dans une enceinte 3 entourant la cavité. Cette enceinte est par exemple cylindrique, les réflecteurs étant fixés respectivement sur les parois planes 4 et 5 de l'enceinte, l'axe de la cavité étant sensiblement parallèle avec l'axe de l'enceinte. L'enceinte 3 est remplie d'un milieu actif gazeux qui peut être un mélange dthélium, d'azote et de gaz carbonique. Le milieu actif compris dans la cavité est excité à l'aide de deux électrodes planes 6-et 7 placées dans l'enceinte 3. Les électrodes 6 et 7 sont disposées parallèlement à l'axe de la cavité, de part et d'autre de cet axe, les extrémités de ces électrodes étant par exemple fixées sur les parois 4 et 5.Ces deux électrodes sont reliées à une source électrique non représentée, extérieure à l'en- ceinte 3, par des connexions traversant ladite enceinte par des passages étanches. A l'intérieur de l'enceinte 3 sont disposés des moyens de traitement 8 du milieu actif, qui peuvent comporter, comme représenté sur la figure, un bottier 9 fixé sur la paroi interne de l'enceinte 3, disposé parallèlement aux électrodes 6 et 7, ce boîtier 9 étant rempli d'un métal absorbant l'oxygène. Le moyen de traitement 8 peut aussi être un dispositif absorbant l'oxygène pour former du gaz carbonique, constitue par exemple par des filaments de carbone actif parcourus par un courant fourni par une source électrique extérieure. Le générateur laser peut aussi comporter des moyens pour dissiper l'énergie thermique du milieu actif, constitués par exemple par un radiateur 10 fixé sur la paroi interne de 17enceinte 3 de l'autre côté des électrodes 6 et 7 par rapport au dispositif de traitement 8. La figure 2 est une vue du générateur laser illustré par la figure 1, coupé suivant un plan AB (Figure 1), les mêmes éléments de ce générateur étant repré sentés par les mêmes numéros de référence sur les figures 1 et 2. Sur la figure 2 est représenté notamment un dispositif de circulation permettant d'imprimer à une partie du milieu actif un mouvement cyclique suivant un circuit traversant la cavité résonnante entre les électrodes 6 et 7 dans une direction sensiblement normale à l'axe de la cavité. Ce circuit entoure l'électrode 6, le dispositif de traitement 8 étant disposé sur ce circuit en dehors de la cavité pour traiter une partie du milieu actif en mouvement dans le circuit. L'électrode 6 sépare deux parties de ce circuit, dans lesquelles les mouvements du milieu actif s'effectuent respectivement suivant des sens opposés indiqués par les flèches 17 et 18. Le dispositif de circulation comporte un ventilateur 11 disposé à l'intérieur de l'enceinte 3, dont l'axe est parallèle à celui de l'enceinte 3. Le ventilateur 11 peut être entraîné en rotation à l'aide d'un moteur non représenté. Le ventilateur 1 1 est avantageusement de forme allongee de manière à produire un flux de milieu actif-gazeux réparti de façon égale le long des électrodes 6 et 7. Ce venti-lateur 11 a une ouverture d'aspiration 12 et une ouverture de refoulement 13 en regard de l'espace compris entre les électrodes 6 et 7. Ce dispositif de circula tison comporte en outre un déflecteur 14 fixé sur les électrodes 6 et 7 parallèlement å l'axe de refoulement du ventilateur 11, de l'autre côté des électrodes 6 et 7 par rapport au ventilateur 11.Ce déflecteur 14 est orienté dans la direction d'une ouverture 15 du boltier 9, ce boîtier étant muni d'une autre ouverture 16 dirigée vers l'ouverture d'aspiration 12 du moteur 11. Ce générateur laser peut comporter, en outre, des moyens pour imprimer à une autre partie du milieu actif un mouvement cyclique suivant un autre circuit traversant la cavité entre les électrodes 6 et 7. Cet autre circuit entoure l1élec- trode 7, le radiateur 10 étant disposé sur cet autre circuit en dehors de la cavité. Les moyens pour imprimer à une autre partie du milieu actif un mouvement cyclique suivant un autre circuit comportent de préférence le même ventilateur 11, le déflecteur 14 étant alors orienté, comme indiqué sur la figure, pour diviser en deux parties le flux gazeux sortant de la cavité. Le générateur laser à gaz représenté sur les figures 1 et 2 fonctionne de la manière suivante Le vide étant fait préalablement dans l'enceinte 3, on la remplit du milieu actif gazeux, ces opérations étant effectuées à l'aide de dispositifs connus, non représentés sur les figures 1 et 2. Le laser est ensuite mis en marche en connectant les électrodes 6 et 7 à une source électrique extérieure qui peut par exemple délivrer des impulsions électriques, afin d'obtenir des impulsions lumineuses à la sortie du laser. Simultanément, le ventilateur 11 est entralné en rotation. Le milieu actif gazeux est refoulé par le ventilateur 11 à travers la cavité entre les électrodes 6 et 7.Le milieu actif sortant de la cavité est canalisé entre le déflecteur 14 et la paroi interne de l'enceinte 3, une partie de ce milieu actif étant dirigé vers l'ouverture 15 du dispositif de traitement 8 d > où il ressort par l'ouverture 16 pour être aspiré par le ventilateur 11 au niveau de l'ouverture 12. Comme représenté sur la figure 2, une autre partie du milieu actif gazeux sortant de la cavité peut être canalisée entre le déflecteur 14 et la paroi interne de enceinte 3 vers le radiateur 10 pour être également aspiré par le ventilateur 11, de manière à refroidir le milieu actif gazeux chauffé au niveau des électrodes 6 et 7. Le milieu actif gazeux subit, en passant entre les électrodes 6 et 7, une décomposition partielle qui, dans le cas où ce fluide est un mélange d'hélium, d'azote et de gaz carbonique, s'effectue suivant la réaction suivante Or, la présence d'oxygène dans le mélange gazeux est très nuisible au bon fonctionnement du laser. Le dispositif de traitement 8 absorbe l'oxygène créé et peut même, dans le cas où il est constitué par des filaments de carbone chauffés, reformer une partie du gaz carbonique décomposé à partir du carbone des filaments, suivant la réaction : Le générateur laser peut ainsi fonctionner un certain temps avec le mélange gazeux circulant en circuit fermé. Il peut aussi fonctionner avec une alimentation continue en milieu actif gazeux, l'enceinte 3 étant alors pourvue d'une percée calibrée non représentée, laissant fuir une faible partie du gaz décomposé au niveau des électrodes. Mais il est bien évident que dans tous les cas le dispositif de traitement 8 est saturé au bout d'un certain temps de fonctionnement.La proportion des différents gaz dans le mélange contenu dans l'enceinte peut aussi s'écarter des conditions requises. Il est donc nécessaire périodiquement de remplacer le dispositif de traitement, de refaire le vide dans enceinte et la remplir de nouveau de fluide gazeux. Le générateur laser selon l'invention présente par rapport aux générateurs laser connus cités plus haut, des avantages importants. En effet, le volume de fluide gazeux utilisé pour une même durée de fonctionnement peut être réduit dans un rapport de l'ordre de 20 à 50. D'autre part, la pression du milieu actif gazeux contenu dans l'enceinte peut être supérieure à une atmosphère, par exemple de l'or- dre de deux atmosphères : cela permet, dans le cas d'un laser fonctionnant en régime pulsé, de diminuer la durée des impulsions, ce qui peut ête utile dans certaines applications. De plus, ce générateur laser a une structure compacte permettant une réalisation industrielle peu onéreuse. Enfin les divers éléments tels que le ventilateur, les électrodes et le dispositif de traitement du milieu actif peuvent être réalisés de façon modulaire pour favoriser l'échange standard de ces élé- mentis, si nécessaire. La présente invention peut être appliquée aux générateurs laser à gaz et notamment aux générateurs laser à gaz moléculaires destinés à délivrer leur energie sous forme d'impulsions brèves. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu a titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions et remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Générateur laser à gaz comprenant un milieu actif gazeux, une cavité optique résonnante, deux électrodes disposées sensiblement parallèlement à l'axe de ladite cavité et de part et d'autre dudit axe, des moyens de traitement dudit milieu actif et des moyens pour imprimer à au moins une partie dudit milieu actif un mouvement cyclique suivant un circuit traversant ladite cavité entre les électrodes, transversalement par rapport audit axe, caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte contenant ledit milieu actif, ladite cavité, lesdites électrodes, lesdits moyens de traitement et lesdits moyens pour imprimer au milieu actif un mouvement acyclique, que ledit circuit entoure une desdites électrodes, ladite électrode séparant deux parties dudit circuit dans lesquelles les mouvements dudit milieu actif s'effectuent respectivement suivant des sens opposés l'un par rapport à l'autre, et que lesdits moyens de traitement sont disposés sur ledit circuit en dehors de la cavité pour traiter au moins mie partie du milieu actif en mouvement dans ledit circuit. 2/ Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour dissiper l'énergie calorifique dudit milieu actif et des moyens pour imprimer à une autre partie dudit milieu actif un mouvement cyclique suivant un autre circuit traversant ladite cavité entre les électrodes, transversalement par rapport audit axe, ledit autre circuit entourant l'autre desdites électrodes, lesdits moyens pour dissiper l'énergie calorifique dudit milieu actif étant disposés sur ledit autre circuit en dehors de la cavité. 3/ Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite enceinte est cylindrique, l'axe de ladite cavité résonnante étant sensiblement parallèle à la direction des génératrices du cylindre correspondant a ladite enceinte. 4/ Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit milieu actif est un mélange dlhélium d'azote et de gaz carbonique. 5/ Générateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour imprimer à au moins une partie dudit milieu actif gazeux un mouvement cyclique comportent un ventilateur dont l'axe est sensiblement parallèle à l'axe de ladite cavité et des moyens pour entraîner ledit ventilateur. 6/ Générateur laser selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour imprimer a une autre partie dudit milieu actif un mouvement cyclique comporte le même dit ventilateur. 7/ Générateur laser selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour dissiper l'énergie calorifique dudit milieu actif sont constitués par un radiateur fixé sur la paroi interne de ladite enceinte.