Brevet FR2216699A1 — publié le 19740830

La présente invention concerne les générateurs laser a flux gazeux et plus particulièrement les générateurs laser à flux gazeux aptes à délivrer une impulsion lumineuse. On connaît un générateur laser a flux gazeux apte a délivrer une impulsion lumineuse, ce générateur comportant une cavité optique résonnante suivant un axe d'émission, un milieu actif compose d'un mélange de gaz comprenant de l'hé- lium, de l'azote et du gaz carbonique, des moyens pour faire circuler ce mélange dans la cavité suivant une direction sensiblement perpendiculaire a l'axe d'émission, une tte laser disposée à l'intérieur de cette cavité pour recevoir le mélange de gaz en circulation, cette tte comprenant deux électrodes pour créer dans le mélange de gaz une décharge électrique dont l'axe est sensiblement perpendiculaire à l'axe d'émission. On connaît aussi un générateur laser a flux gazeux analogue au générateur cité ci-dessus mais comportant une pluralité de ttes laser alignées sur l'axe d'émission à l'intérieur de la cavité et aptes à créer dans le milieu actif une pluralité de décharges électriques simultanées. Ces générateurs lasers connus délivrent une impulsion lumineuse provoqueue par la décharge électrique ou par les décharges électriques simultanées. Mais cette impulsion lumineuse est relativement courte, de l'ordre d'une centaine de nanosecondes ; de plus l'amplitude de cette impulsion est très irrégulière, cette amplitude pouvant présenter une ou plusieurs crtes d'un niveau très supérieur au niveau moyen de l'impulsion. La faible durée de cette impulsion et sa forme irrégulière constituent pour ces générateurs lasers des inconvénients importants dans certaines applications. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et de reali- ser un générateur à flux gazeux apte a émettre des impulsions laser de plus longue durée et d'amplitude constante. La présente invention a pour objet un générateur laser à flux gazeux comportant : -une cavité optique résonnante suivant un axe d'émission, -un milieu actif composé d'un mélange de gaz comprenant de l'hélium, de l'azote, et du gaz carbonique, -des moyens pour faire circuler ledit mélange dans ladite cavité suivant une direction sensiblement perpendiculaire audit axe d'emission, -des moyens pour exciter ledit milieu actif, ces moyens comportant des moyens pour créer une pluralité de décharge électriques dans le milieu actif disposé dans ladite cavité, les axes respectifs de ces décharges étant situés dans des plans distincts, sensiblement perpendiculaire audit axe d'émission et s'eche- lonnant le Ion dudit axe d'émission, caracterisé par le fait que lesdits moyens pour créer lesdites décharges comportent des moyens pour établir un décalage temporel entre au moins deux desdites décharges. L'invention sera mieux comprise au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexe a titre illustratif mais nullement limitatif dans lequel : -la figure ! représente schmatiquement un mode de réalisation du générateur laser selon l'invention, -et la figure 2 est un schéma d'une partie du générateur laser représenté sur la figure 1. Sur la figure) est représenté schématiquement un générateur laser a flux gazeux apte à délivrer une impulsion de lumière infrarouge de longueur d'onde 10,6 microns. Ce générateur comporte un oscillateur laser 1 représenté en coupe longitu- dinale, cet oscillateur comprenant une cavité optique résonnante composée de deux réflecteurs 2 et 3 centrés sur un axe d'émission 4. Le réflecteur 2 peut tre un miroir sphérique concave ; le réflecteur 3 est semi transparent pour constituer une fentre de sortie de l'émission laser et peut tre constituée par une lame optique de germanium. A l'intérieur de cette cavité sont disposées plusieurs par exemple quatre ttes laser 5,6,7 et 8 alignées sur l'axe d'émission 4. Chacune de ces ttes laser peut comporter une enceinte dans laquelle sont disposées deux électrodes telles que 9 et 10 disposées en face l'une de l'autre et definissant un axe de décharge 11. Les axes de décharge relatifs aux diverses ttes laser sont situés dans des plans distincts perpendiculaires a l'axe 4 et s'échelonnant le long de l'axe 4. Ces axes de décharge peuvent tre parallèles comme représenté sur la figure, mais ils peuvent aussi faire entre eux un angle tel que 90 pour améliorer l'homogénéité de l'impulsion délivrée par le généra- teur laser. Chaque enceinte est munie d'une première percée telle que 12 disposée entre les électrodes 9 et 10 pour permettre l'entrée d'un milieu actif gazeux et d'une seconde percée non représentée, disposée sensiblement en regard de la première percée pour laisser sortir ce milieu actif gazeux après circulation entre les électrodes dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe 4. Chaque enceinte comprend également deux fentres telles que 13 et 14 transparentes à la lumière émise par le générateur laser, disposées respectivement sur deux faces opposées de 1'enceinte et centrées sur l'axe d'émission 4. Ce milieu actif gazeux est un mélange comprenant de l'hélium, de l'azote et du gaz carbonique. La proportion de gaz carbonique dans ce mélange est infe- rieure à celle d'azote. Ce mélange est stocké par exemple dans un réservoir (non représenté) et canalisé vers les différentes ttes laser par des tubulures telles que 15. Le circuit d'amenée du mélange gazeux peut comprendre si neces- saire un ventilateur non représente pour accélérer le débit des gaz. Ce générateur laser comporte des moyens pour créer, entre les électrodes situées à l'intérieur de chaque tte, une décharge électrique suivant 1'axe de décharge de ces électrodes. Ces moyens peuvent comporter un générateur électrique haute tension 16 relie aux électrodes des diverses ttes a travers respectivement des circuits de déclenchement tels que 17, 18, 19 et 20, ces circuits de déclenchement étant reliés à un générateur d'impulsion 21. Ce générateur comporte enfin des moyens pour établir un décalage temporel entre au moins deux décharges électriques relatives respectivement à deux des ttes laser. Ces moyens peuvent comporter un circuit à retard 22 branché entre d'une part le generateur 16 et d'autre part chacun des circuits de déclenchement 17, 18, 19 et 20. Ce circuit à retard peut comprendre par exemple quatre bascules manostables comportant chacune un organe de réglage du temps de basculement Les entrées de ces bascules sont reliées a la sortie du générateur d'impulsion 21 et les sorties de ces bascules sont connectées respectivement aux entrées correspondantes de chaque circuit de déclenchement. Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 1 est le suivant. Le mélange de gaz étant en circulation dans les ttes laser 5, 6,7 et 8, on commande le générateur 21 pour envoyer une impulsion vers l'entrée du circuit a retard 22. Les temps de basculement des bascules sont règles de manière à obtenir à la sortie de ce circuit à retard des impulsions correspondant a l'impulsion d'entrée et présentant entre elles au moins un décalage temporel. Grâce aux circuits de déclenchements 17, 18,19 et 20, il apparaît alors entre les électrodes des quatre ttes laser respectivement quatre décharges électriques, deux au moins de ces décharges présentant entre elles ce mme décalage temporel. Ces décharges électriques provoquent une impulsion lumineuse délivrée par le générateur laser suivant l'axe 4. L'impulsion délivrée par le générateur laser est de durée plus grande que celle qui serait obtenue avec un générateur laser analogue dans lequel les décharges électriques seraient simultanées. La durée de l'impulsion laser dépend de la valeur du décalage temporel. La forme de cette impulsion dépend a la fois de ce décalage temporel et de la proportion en volume de gaz carbonique dans le mélange. Les crtes d'amplitude qu'on observe dans cette impulsion lorsque la pression de gaz carbonique est égale à celle d'azote disparaissent lorsque la pression de gaz carbonique est abaissée progressivement. L'amplitude de cette impulsion est d'autant plus régulière que la proportion de gaz carbonique est plus faible. La proportion optimale de gaz carbonique dans le mélange pour obtenir une impulsion quasi rectangulaire est inférieure a la proportion d'azote, mais, bien entendu n'est cependant pas nulle. Il est donné ci-dessous deux exemples précisant les décalages temporels et la proportion de gaz carbonique nécessaire pour obtenir une impulsion régulière de longueur donnée à l'aide d'un générateur laser du type décrit ci-dessus alimente par un mélange de gaz sensiblement a la pression atmosphérique. Exemple ?) : -proportions relatives de gaz carbonique, d'azote et d'hélium dans le mélange respectivement : 2,4,5 et 9, -decalage temporel entre les décharges délivrées dans les ttes 6 et : retard de 1, 2 microseconde de 6 par rapport à 5, -décalage temporel entre les décharges délivrées dans les ttes 7 et 5 : retard de 1, 2 microsecondes de 7 par rapport a 5, -decalage temporel entre les décharges délivrées dans les ttes 8 et 5 : retard de 1, 6 microsecondes de 8 par rapport a 5. On obtient une impulsion laser dont l'amplitude est sensiblement constante et dont la durée å mi-hauteur est de une microseconde. Exemple N 2 : -proportions relatives de gaz carbonique, d'azote et d'hélium dans le mélange respectivement : 1, 2 ; 4, 5 et 9, -decalage temporel entre les décharges délivrées dans les ttes 6 et 5 : retard de 4, 2 microsecondes de 6 par rapport à 5, -décalage temporel entre les décharges délivrées dans les ttes 7 et 5 : retard de 4,4 microsecondes de 7 par rapport a 5, -décalage temporel entre les décharges électriques dans les ttes 8 et : retard de 5,6 microsecondes de 8 par rapport à 5. Sur la figure 2 est représenté un schéma d'un mode de réalisation d'une partie du générateur illustre par la figure 1, cette partie comprenant notamment un circuit de déclenchement (19). Le circuit de declenchement 19 comporte un thyratron 23 et une branche disposée aux bornes des électrodes principales de ce thyratron, cette branche comprenant en série un condensateur 24 et 1'enroulement primaire 25 d'un transformateur 26. Cet enroulement 25 peut tre connecte par une liaison réunie à la masse, à l'enroulement secondaire 27 de ce transformateur dont les bornes sont reliées respectivement aux électrodes 9 et 10 de la tte laser 6 (figure 1). Ce circuit comporte aussi, de maniere connue, un dispositif de déclenchement non représenté et une capacité branchée aux bornes des électrodes 9 et 10, également non représentée. La grille et la cathode du thyratron 23 sont reliées a une sortie 28 du circuit a retard 22, cette sortie étant reliée å la sortie d'une bascule monostable 31 du circuit a retard 22, ce circuit comprenant en outre trois bascules monostables 29, 30 et 32. Les entrées de ces quatres bascules sont reliées à l'entrée 33 du circuit à retard, cette entrée étant connectée au générateur d'impulsion 21. L'anode et la cathode du thyratron 23 sont reliées a travers une résistance 34 à une sortie 35 du générateur) 16. Lorsque le circuit de déclenchement ! 9 est connectée au generateur 16, le condensateur 24 est chargé a travers la résistance 34 et leprimaire 25 du transformateur 26. Grâce au générateur 21 une impulsion est alors envoyée a l'entrée 33 du circuit à retard 22. Il apparaît à la sortie 28 de ce circuit a retard une impulsion de sortie présentant par rapport à l'impulsion d'entrée un certain décalage temporel. Cette impulsion de sortie est envoyée entre la grille et la cathode du thyristor 23 qui est ainsi amorce. Le condensateur 24 se décharge alors a travers le primaire 25 du transformateur 26 et le circuit principal du thyratron 23. Une impulsion haute tension apparaît alors aux bornes du secondaire 27 du transformateur 26 ce qui engendre une décharge électrique entre les elec- trodes 9 et 10. Les diverses bascules 29,30,31 et 32 étant pourvues d'un organe de régla- ge de leur temps de basculement, il est clair qu'on peut obtenir aux bornes des électrodes des quatres ttes laser 5,6,7 et 8 (figure 1) des décharges electri- ques présentant entre elles des décalages temporels dont la valeur dépend du réglage de ces organes. La présente invention peut tre appliquée aux générateurs à flux gazeux fonctionnant en régime d'impulsion, notamment lorsqu'on désire obtenir une impulsion rectangulaire de durée supérieure à environ cent nanosecondes. 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 et remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS )/Générateur laser à flux gazeux : -une cavité optique résonnante suivant un axe d'émission, -un milieu actif compose d'un mélange de gaz comprenant de l'hélium, de l'azote et du gaz carbonique, -des moyens pour faire circuler ledit mélange dans ladite cavité suivant une direction sensiblement perpendiculaire audit axe d'émission, -des moyens pour exciter ledit milieu actif, ces moyens comportant des moyens pour créer une pluralité de décharges électriques dans le milieu actif dispose dans ladite cavité, les axes respectifs de ces décharges étant situés dans des plans distincts, sensiblement perpendiculaire audit axe d'émission et s'échelonnant le long dudit axe d'émission, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour créer lesdites décharges com- portent des moyens pour établir un décalage temporel au moins deux desdites décharges. 2/Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans ledit mélange, la proportion, en volume, de gaz carbonique est inférieure a celle d'azote, cette proportion de gaz carbonique étant suffisamment faible pour que l'impulsion laser délivrée par ledit générateur provoquée par lesdices décharges soit d'amplitude sensiblement constante.