Brevet FR2263622A1 — publié le 19751003

la présente invention concerne un système d'électrodes pour les processus de décharge des lasers à gaz, comprenant au moins deux groupes d'électrodes parallèles l'un à l'autre, encastrés en ordre alterné dans un isolateur et électriçuement connectés ensemble. L'invention concerne également un dispositif de connexions pour un tel système d'électrodes. L'article "Gas Lasers Àt Room Pressure" de Colin S Willett et Thomas J. Gleason, paru dans la Revue "Laser Focus" de janvier 1971, pages 30 à 34, décrit un système du genre défini au début. Dans ce système, une catégorie d'électrodes se compose de plaques métalliques rectangulaires partiellement encastrées dans un isolateur et présentant une conformation arrondie dans leurs zones terminales faisant saillie au-dessus de l'isolateur. L'autre catégorie d'électrodes se compose de baguettes de verre parallèles aux électrodes planes, dont seu les les parties extremes, soudées à angle droit, pénètrent dans l'isolateur et le traversent.Dans ces baguettes de verre BoxLt noyés des fils sortant des baguettes par leurs extrémités traversant ltisolateur et prenant contact ensemble. À ce systète, composé d'au moins deux catégories d'électrodes alternées, fait lace une autre électrode ou une pluralité d'électrodes. Entre ces diverses électrodes se trouve le gaz à exciter. Â l'aide des électrodes isolées, il se produit une première décharge gazeuse engendrant dans le gaz des porteurs de charge. Ces derniers ont pour but d'assurer qu'une seconde décharge gazeuse survenant ensuite, de préférence entre la seconde ca- tégorie d'électrodes et l'électrode opposée, puisee se dérouler de façon très homogène en vue de l'excitation du gaz. Plus; il est produit d'électrons dans la première décharge gazeuse, plus la seconde décharge gazeuse pourra se dérouler de façon homogène et plus grand sera le rendement de ltexcitation Laproduction des électrons dans la première décharge gazeuse peut avoir lieu, en principe, directement dans le premier espace de décharge gazeuse. Ils diffusent ensuite dans le reste de l'espace gazeux.Nais il peut apparaître également, dans l'espace de décharge de la première décharge gazeuse, des quantums qui ioniseront ensuite le reste de l'espace ga zeux. Une bonne ionisation exige une croissance rapide de l'impulssion électrique amorçant la première décharge gazeuse. L'inconvénient est que les électrodes planes ne sont pas suffisamment anticapacitives; mais l'effet d'une capacité élevée est que les impulsions ne se produisent pas assez rapidement et n'ont pas une pente assez raide. À côté d'une résistivité assez faible lors de la fabrication et du prix élevé qui en résultes ces électrodes en verre-.présentent en outre l'inconvénient d'une absorption d'énergie limitée meme avec des impulsions croissant rapidement et longtemps soutenues, car il apparat rapidement dans le gaz, du fait de l'ionisation, une polarisation électrique engendrant un champ antagoniste qui s'opposera à une autre décharge électrique et à la production de porteurs de charges pour la seconde décharge gazeuse. Les travaux de Laslamme et Beaulieu nous font connaître une autre disposition dans laquelle la décharge gazeuse se produit entre une électrode grillagée ou en tôle perforée et des électrodes en forme de broches disposées derrière cellessci. Les électrodes-broches forment, avec l'électrode grillagée ou en tôle perforée, des éclateurs engendrant des porteurs de charges ainsi que des quantums ionisants. La seconde décharge gazeuse, dont le roule est d'exciter le gaz, se produit entre l'électrode grillagée ou en tôle perforée et une électrode, ou un système d'électrodes lui faisant face.L'inconvénient de cette disposition est que les électrons, aussi bien que les quantums ionisants, doivent franchir les mailles du grillage ou les perforations de la tôle pour parvenir à l'espace gazeux de la seconde décharge gazeuse. Une fraction. importante des porteurs de charges ou des quantums ionisants est donc perdue du fait du masquage se produisant sur les barreaux du grillage ou sur les arties pleines de l'électrode en tôle perforée. En outre, une autre fraction assez importante de quantum ionisants se perd du fait du rayonnement presque radialement symétrique et de la distance assez grande séparant les éclateurs de l'espace gazeux.De plus, les barreaux des grillages métalliques ont, le plus souvent, une section circulaire ayant également-tendance, lors de la seconde décharge gazeuse, à produire une décharge non homogène, donc une moins bonne excitation du gaz. Cette tendance négative est encore accentuée aux endroits où les barreaux longitudinaux et transversaux, en se croisant, produisent des enåambements. Les bords des perforations des électrodes en .ole perforée ont également une influence néfaste semblable. La présente invention a donc pour objet d'éviter les incon vénients ci-dessus et de réaliser un système d'électrodes proche de la perfection. Ce but est atteint, conformément à l'invention, par un dispositif dans lequel une catégorie d'électrodes est constituée par un chevalet comportant au moins un évidement, l'autre catégorie d'électrodes étant constituée par une rangée de broches encastrées dans la masse de l'isolateur perpendiculairement à l'orientation du chevalet, la mise en contact des électrodes s'effectuant à l'intérieur de la masse de l'isolateur. Du fait que les évidements sont de forme allongée et comportent des arrondis sur leurs petits côtés, le profil est anticapacitif et permet donc des impulsions électriques rapidement croissantes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les broches forment, avec les barres voisines constituant 1' autre électrode, des éclateurs dans lesquels les porteurs de charges et les quantums qui en sortent ne sont plus genés lorsqu'ils pénètrent dans l'espace gazeux de la seconde décharge gazeuse. En outre, la distance les séparant de cet espace gazeux est aussi réduite que possible, de sorte que la plus grande fraction possible de quantums ionisants peut pénétrer dans cet espace gazeux. Il y a avantage, à ce propos, que les chevalets aient une forme favorisant llhomogénéité de la décharge gazeuse. De préSé- rence, ce profil aura la forme d'un profil rogowski. Une variante avantageuse de l'invention prévoit que les rangées de broches peuvent entre remplacées par des fils d'amorçage et/ou des barres en matériau résistes disposés dans le sens du chevalet et encastrés, par leurs extrémités, dans l'isolateur. Il pourra y avoir avantage, dans ce cas, à ce que les fils de connexions soient fixés par une de leurs extrémités aux parties des barres dirigées parallèlement à l'isolateur et par leur autre extrémité dans l'isolateur lui-mëme. Mais on pourra parfaitement imaginer qu'en ce gui concerne les fils d'amor çage, les barres de résistance, et les rangées de broches, les parties des fils de contact situées à l'intérieur de l'isolateur conduisent par des organes de découplage électriques ou que les fils de mise en contact et les organes de découplage soient remplacés par des fils matériau résistif, ou bien encore soient constitués par des conducteurs de faible résistance ou des condensateurs.En particulier, lsencastrage des éléments électroniques et de fractions importantes du système filaire assure à l'ensemble une conformation compacte et peu susceptible de dérangements. D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, concernant le montage électrique du système d'électrodes, prévoient que l'enroulement primaire d'un transformateur décharge un premier condensateur par l'intermédiaire d 'un générateur d'impulsions, d'une unité de déphasage d'impulsions, d'une pre-mière unité de commande et d'un premier commutateur, que 1' im- pulsion de décharge, élevée dans l'enroulement secondaire du transformateur, provoque un début de décharge entre les électrodes, et qu'immédiatement après un second condensateur produisant une décharge principale partant des électrodes de décharge par l'intermédiaire du générateur d'impulsions, de l'unité de déphasage d 'impulsions, d'une seconde unité de commande et d'un second commutateur.Les appareils appropriés à la transformation de tension pourront être aussi bien des transformateurs à noyau que des transformateurs dans l'air ayant une faible inductivité de fuite, tels que ceux comportant un enroulement secondaire encastré entre deux enroulements primaires parallèles. Le système électronique pourra être conformé de fa çon à ne donner naissance ni à une impulsion électrique de pente raide et prolongée, ni à un train d'oscillations de haute fréquence. En ce qui concerne le transformateur, il conviendra qu'il soit conformé de façon à produire des oscillations de haute fréquence avec les capacités des électrodes. Une variante avantageuse prévoit que le transformateur sera conformé de maçon à produire, avec les capacités des électrodes, des impulsions de pente raide et prolongées. L'invention est décrite ci-après en détail en se référant essentiellement à trois exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés où les mêmes pièces portent les mêmes chiffres, et dans lesquels : - la figure 1 est une vue perspectivs d'un système d'électrodes en chevalets et d'électrodes en broches - la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 est un\ -ave wue perspective d'un système d'élec- trodes en chevalets et d'électrodes en fils d'amorçage - la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3 - la figure 5 W e vue perspective, à plus grande échelle, d'un système composé d'une électrode en chevalet et d'une barre de résistance - la figure 6 montre les connexions électriques de deux catégories différentes d'électrodes à l'intérieur d'un isolateur; et - la figure 7 représente le schéma de montage du système d'électrodes. La figure 1 représente eseentiellement deux catégories d'électrodes 1 et 2 destinées aux processus de décharge en volume gazeux à l'intérieur d'une enceinte lasers représentée, encastrées, par leurs parties inférieures Cen direction du re gard), dans un isolateur 3. Les électrodes 1 sont orientées pa rallèlement ensemble et comportent des évidements 5 et ó pré- sentant des parties arrondies à leurs extrémités.Dans l'exemple représenté, les arrondis 6 situés aux extrémités des chevalets ont un rayon plus grand que tous les autres arrondis 5 situés vers le centre des chevalets mais l'invention n'est pas limitée à cette forme de réalisation et pourrait comporter d'autres modes de réalisation de proportions inverses ou de rayons égaux. Les évidements 4 déterminent la forme en chevalet, caractéristique de cette catégorie d'électrodes. Des rangées de broches 2 encastrées dans l'isolateur 3 sont disposées, parallèlement elles aussi, et de façon à alterner avec les chevalets 1. Comme la première et la dernière électrodes sont constituées par une rangée de broches 2, tous les chevalets 1 sont flanqués de broches dont les pointes, dans l'exemple représenté, coïncident avec la hauteur des chevalets. Mais dans un autre exemple de réalisation, non représenté, les deux catégories d'électrodes peuvent avoir des hauteurs différentes.De plus, la figure 2 montre en outre la connexion électrique des chevalets I dans un bloc isolateur supérieur 3' et des broches 3", cette dernière partie comportant des organes de découplage 7 conformés en résistances, capacités ou inductivités. Dans les exemples de réalisation représentés aux figures 3 à 5, les broches sont remplacées par des fils d'amorçage 8 constitués, dans le cas de la figure 5, par un matériau résistft. Ces fils épousent essentiellement le tracé des chevalets et (comme on le voit sur la figure 5) sont encastrés par leurs deux ex trémités dans l'isolateur 3. Comme on l'a déjà décrit dans l'exemple précédent, le découplage peut s'effectuer par l'intermédiaire d'organes de découplage 7 (figure 5) ou bien également, sans de tels organes, par l'intermédiaire d'un matériau résistif approprié 9'. Les deux variantes prévoient plusieurs connexions 9 ou 9' fixées, à des intervalles réguliers, à une extrémité dans l'isolateur 3 et, à l'autre extrémité, dans les parties des barres de résistance 8' dirigées parallèlement à l'isolateur 3 et auxquelles elles sont perpendiculaires. Dans une autre exemple de réalisation non représenté sur les dessins, les connexions sont orientées selon un angle aigu ou obtus, leurs écartements mutuels étant, dans ce cas, différents. La figure 6 indique que certaines extrémités des électrodes 1, 8 ou 8' sont reliées électriquement ensemble à l'intérieur de l'isolateur 3, tandis que les extrémités opposées sont encastrées dans l'isolateur sans liaison de ce genre. On voit en Il les bornes de sortie électriques. L'ionisation ou, si l'on préfère, la décharge préparatoire entre les électrodes 1 et 8 ou 8', ainsi que la décharge principale qui lui succède entre celles-ci et ltélectrode 10 (figures 3 et 7) s'obtient à l'aide de deux tensions différentes U1 et U2 provenant d'une source principale de tension 12. Un commutateur 17, constitué par un thyratron, est actionné par l'intermédiaire d'un générateur d'impulsions 13, d'une unité de déphasage d'impulsions 14, 15 et d'une première unité de commande 16. Ceci provoque la décharge d'uh condensateur 21 par l'intermédiaire de l'enroulement primaire bipartie 18 d'un transformateur 20. L'impulsion de décharge est élevée dans le secondaire 19 du transformateur 20 et provoque l'ionisation déjà mentionnée, entre les électrodes I et 8 ou 8'. Un autre commutateur 23, également constitué par un thyratron, est actionné avec un retard chronologique par l'intermédiaire du meA me générateur d'impulsions 13, de la meme unité de déphasage d'impulsions 14, 15 et d'une autre unité de commande 22. Ce commutateur 23 provoque la décharge d'un autre condensateur 24, produisant ainsi la décharge principale avec l'électrode 10. Le transformateur 20 peut être à noyau ou dans l'air et se compose essentiellement d'un enroulement secondaire 19 encastré entre deux enroulements primaires parallèles 18. En résumé, on peut dire que le système constitué, confor- mément à l'invention, d'une façon aussi proche que possible de la perfection tant au point de vue géométrique qu'au point de vue électrique permet une décharge concentrée sur les estrémi- tés pour les électrodes en forme de broches ainsi qu'une commande de la capacité pour les électrodes en forme de chevalets et que ces caractéristiques permettent d'influencer, dans une mesure notable, la pente et la vitesse des impulsions. R E V E N D I C A T I O N S - =========== == == 1.- Système dlélectrodes pour les processus de décharge des lasers à gaz, comprenant au moins deux groupes d'électrodes parallèles l'un à l'autres encastres en ordre alterné dans un isolateur et électriquement connectés ensemble, caractérisé en ce qu'une catégorie d'électrodes est constituée par un chevalet comportant au moins un évidement, l'autre catégorie d'électrodes étant constituée par une rangée de broches encastrées dans l'isolateur perpendiculairement à l'orientation du chevalet, la mise en contact des électrodes s'effectuant à l'intérieur de l'isolateur. 2.- Système d'électrodes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les évidements sont de forme allongée et comportent des arrondis dans la zone de leurs petits cotés. 3.- Système d'électrodes selon une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les broches, avec les chevalets voisins, sont conformées en contre-électrodes formant des éclateurs. 4.- Système d'électrodes selon une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les chevalets ont une forme favorisant l'homogénéi;té de la décharge gazeuse. 5.- Système dlélectrodes selon une quelconque des revendications n à 4, caractérisé en ce que les chevalets ont une section transversale correspondant à un profil Rogowski. 6.- Système d'électrodes selon une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que les rangées de broches peuvent être remplacées par des fils d'amorçage et/ou des barres en matériau résistif disposés dans le sens du chevalet et encastrés, par leurs extrémités, dans l'isolateur. 7.- Système d'électrodes selon la revendication 6, carac térisé en ce que les fils de connexion sont fixés par une de leurs extrémités aux parties des barres dirigées parallèlement à l'isolateur et par leur autre extrémité dans l'isolateur lui même. 8.- Système d'électrodes selon une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que les parties des.fils de contact situées à l'intérieur de l'isolateur conduisent par des organes de découplage électriques. 9.- Système d'électrodes selon la revendication 8, caractérisé en ce que les fils de contact et les organes de découplage sont remplacés par des fils en matériau résistif. 10.- Montage électrique pour système d'électrodes selon une quelconque des revendications 1, ê, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, utilisant deux tensions différentes provenant d'une source de haute tension, caractérisé en ce que l'enroulement primaire d'un transformateur décharge un premier condensateur par 1' intermé- diaire d'un générateur d'impulsions, d'une unité de déphasage d'impulsions, d'une première unité de commande et d'un premier commutateur, que l'impulsion de décharge, élevée dans l'enrou- lement secondaire du transformateur, provoque un début de décharge entre les électrodes, et qu'immédiatement après un second condensateur se décharge par l'intermédiaire du générateur d'impulsions, de l'unité de déphasage d'impulsions, d'une seconde unité de commande et d'un second commutateur, de façon à provoquer une décharge principale entre lesdites électrodes et une contre-électrode qui leur est opposée. 11.- Montage électrique selon la revendication 10, caracté- risé en ce qu'il utilise un transformateur ans l'air composé d'un enroulement secondaire encastré dans deux enroulements primaires parallèles. 12.- Montage électrique selon une des revendications 10 ou 11, caractérisé an ce qu'il utilise un transformateur pro duisant, avec les capacités des électrodes, des oscillations de haute fréquence. 13.- Montage électrique selon une des revendications 10, Il ou 12, caractérisé en ce qu'il utilise un transformateur produisant, avec les capacités des électrodes, des impulsions de pente raide et de longue durée.