Brevet FR2321788A1 — publié le 19770318

La présente invention concerne un tube laser à gaz à rigime continu. Dans le domaine des tubes lasers à gaz opérant en régime continu, on sait depuis les travaux de KOBAYASHI (1964) obtenir l'effet laser à 1,13 m dans ltespace négatif d'une décharge à cathode creuse, et depuis les travaux de E.K. KARABUT, Y. ASAHI et Y. SUGAWARA (1969) appliquer le système de la cathode creuse à des tubes lasers du type He-Cd. Plus récemment, FUKUDA et NIYk (1973), dans un article intitulé "A Metal-Ceramic He-Cd II Laser with Sectioned Hollov Cathodes and Output Power Characteristics of Simultaneous Oscillations", Japanese Journal of Applied Physics, volume 13, N 4, avril 1974, ont décrit un tube laser du type précédents à cathode creuse segmentez et de structure céramique-métal. Mais, du fait précisément de la technique de scellement céramique-métal utilisée, un tel tube se prête mal à une réalisation industrielle et conduit à un pris de revient élevé. La pressente invention part donc d'un t'Ibe laser à gaz à regime continu, à hlium-cadmium ou hélium-sélénium, tube dit à cathode creuse segmentée comportant entre les deux tubes de verre portant les fenêtres de sortie un certain nombre de sections cathodes-anodes élémentaires, de dimensions uniformes prédéterminées, en alliage dit KOVAR, assemblées en ligne, et se propose de pallier les difficultés indiquées ci-dessus. On On rappelle en passant que alliage dit KOVAR se compose dten- viron 54 % de fer, 29 $ de nickel et 17 % de cobalt et qu'il a un coefficient de dilatation thermique voisin de celui du verre. A cette fin, un tube laser du type que l'on vient de définir se caractérise suivant l'invention en ce que chaque cathode élémen- taire est un tube de KOVÂR, muni à ses deux extrémités de deux cuvettes annulaires respectivement faisant corps extérieurement avec lui et de bords libres intérieur et extérieur sensiblement coplanaires, en ce que chaque anode élémentaire est une bague de KOVAR de mame diamètre extérieur que lesdites cuvettes, enfin en ce que lesdites cathodes et anodes sont assemblées alternativement de proche en proche au moyen de bagues de scellement en un verre soudable au métal, tel que celui dit MO 2 Â, et de même diamètre moyen que les anodes, en utilisant un tour de verrier, un chalumeau et une me cylindrique d'alignement en tungstène d'un diamètre correspondant à celui des tubes de cathodes. On rappelle que le verre dit M02 A -(référence 747.01) est un verre borosilicate soudable au SONAR et de composition approximative suivante en poids t SiO2 66,3 * Na2O 6,8. % PbO 0,4 % B202 24,9 % et A h 03 1,6%. Le rôle des cuvettes est de donner par leur pourtour exté- rieur un diamètre extérieur identique à celui des anodes en vue de permettre les scellements cathodes-anodes par de simples bagues de verre. Il est aussi, mais de façon moins impérative, de former par leur pourtour intérieur une "zone d'ombre" vis-à-vis des décharges1 en vue de mettre dans une certaine mesure les régions correspondantes à l'abri des dépôts de métal. entratnEs par la pulvérisation cathodique. Avantageusement, les cuvettes des cathodes font, avant leur assemblage avec les anodes, l'objet d'une vitrification de leur creux entre bords libres par le môme verre que celui utilisé aux scellements cathodes-anodes. Le but de cette vitrification est double. Elle a dtabord et avant tout pour effet d'obliger les décharges à s'implanter à lIin térieur des cathodes. Elle contribue d'autre part à créer une zone isolante entre cathode et anode pour réduire le risque de courtcircuit entratné par la pulvérisation cathodique précitée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'une forme préférée de réalisation et à ltexamen des dessins annexés correspondants, dans lesquels - la Fig. I est une vue schématique en coupe longitudinale partielle d'un tube laser He-Cd à cathode creuse segmentée suivant l'art antérieur - la Fig. 2 est une vue analogue à celle de la Fig. 1 d'un tube laser He-Cd a cathode creuse segmentée suivant l'invention - la Fig. 3 est une vue schématique de l'extrémité d'un tube suivant l'invention cbté fenêtre de sortie. Tel qu'il est représenté à la Fig. 1, un tube laser He-Cd à cathode creuse segmentée de l'art antérieur (FUKUDA) comporte d'une part un certain nombre de cathodes creuses élémentaires 1 constituées chacune par un tube 11 en alliage dit KOVAR pourvu à sa partie centrale d'une collerette 12 et isolé dans toute sa partie extérieure par un revêtement de céramique 13, d'autre part un nombre double d'anodes élémentaires 2, constituées chacune par un tube - 21 en KOVAR pourvu de deux brides d'extrémités 22 de même diamètre extérieur que ladite collerette.L'assemblage, entre collerettes de cathodes et anodes encadrantes, se fait par une technique de scellement cramique-métal (dépôt métallique sur céramique, par exemple par enduction de molybdène et manganèse en suspension dans du collodion suivie d'un passage au four sous atmosphère réductrice à 135O-I525O puis brasure à l'eutectique Ag-Cutde point de ftsion i 790 C, sous atmosphère neutre). L'assemblage entre anodes elles-mêmes se rait par brasure sous hélium.En fonctionnement, toutes les anodes sont connectées entre elles et au pôle positif de la source de tension d'alimentation, alors que chaque cathode est connectée séparément au pôle négatif de la même source de tension par l'intermédiaire d'une résistance de charge de quelques milliers d'ohms. Comme on l'a déjà dit, cette technique de fabrication de tube laser est compliquée et onéreuse. On se reportera maintenant à la Fig. 2 représentant un tube laser He-Cd à cathode creuse segmentée suivant l'invention. Les cathodes creuses élémentaires 1 sont constituées chacune par un tube 10 en KOVAR présentant à.chacune de ses extrémités une cuvette annulaire 14 extérieure au tube et faisant corps avec lui. La paroi de chaque cuvette comprend un pourtour cylindrique intérieur 141 formé par le tube lui-même, un fond 142 orienté perpendiculairement au tube et un pourtour cylindrique extérieur 143 dont le bord libre est coplanaire à celui dudit pourtour intérieur 141. Chaque cathode élémentaire est fabriquée par décolletage et alésage de la parie creuse du tube lui donnant un certain degré de poli. Les arêtes de fond et des bords libres de chaque cuvette sont arrondiEs pour faciliter l'accrochage du verre dans les opérations, vues ci-après, de vitrification des cuvettes et de scellement cathodes-anodess La vitrification d'une cathode élémentaire dans les parties des cuvettes indiquées en trait gras à la Fig. 2 comporte les opérations successives suivantes : sablage fait en protégeant la surface intérieure du tube, projection au pistolet de poudre de verre de même composition, par exemple M02 A, que éltW utilisée ci-après aux scellements cathodes-anodes et en suspension dans un liquide neutre, passage au four vers 800-900iC pour ramollissement et accrochage du verre. Les anodes 2 sont constituées chacune par une simple bague cylindrique, également en KOYAR, de marne diamètre extérieur que celui desdites cuvettes des cathodes élémentaires. Ces bagues peuvent être obtenues par simple tronçonnage dtun tube, Leurs bords libres sont également de section arrondie, pour les mêmes raisons que colles déjà indiquées ci-dessus, c1 est-à-dire pour faciliter l'accrochage du verre dans- l'opération de scellement cathodesanodes que l'on se propose de décrire maintenant. L'assemblage des cathodes et des anodes se fait sur un tour de verrier, de proche en proche, à partir du tube de verre 4 (Fig. 3) supportant la fenêtre de sortie, les scellements étant réalisés au moyen de bagues de verre 3 de composition permettant les soudages verre-métal, par exemple de celui dit M02 A, et obtenues par tron çonnage d'une canne de verre.On ramollit ces bagues de verre à la viscosité voulue, par exemple au,moyen d'un chalumeau gaz de ville-oxygène, pour effectuer le scellement à chaque pièce à scellere Ltalignement parfait des éléments et en particulier des cathodes lors de cette réalisation des scellements verre-métal est assuré par une ame cylindrique rigide en tungstène de même diamètre que le diamètre intérieur des cathodes. EXEMPLE Le tube est constitué par un assemblage de 10 éléments cathodes creuses et de 11 éléments anodes annulaires. Chaque cathode a une longueur de 50 mm et un diamètre antérieur de 4,2 mm, ses cuvettes d'extrémité ont un diamètre extérieur de 50 mm. Chaque anode a une longueur de 10 mm et un diamètre extérieur de 20 mm. La longueur totale de l'ensemble est de 1050 mm, la longueur utile de 50 x 10 = 500 nin. Le cadmium utilisé est du cadmium naturel de haute pureté à 99,9999. Il est réparti à raison d'un petit cylindre de 200 mg au niveau de chaque anode. L'alimentation électrique utilisée est à 500 volts-2 ampères et elle est stabilisée en tension et courant. En fonctionnement normal, la tension entre cathode et anode de chaque section est de 280 volts et le courant de80 milliampères. La puissance laser obtenue globalement est de quelques dizaines de milliwatts correspondant à neuf longueurs d'onde qui s'échelonnent du bleu au proche infrarouge, suivant les puissances suivantes Longueurs d'ondes (anangstr5ms) Puissances (en milliwatts) 8878 . . . . . . . . . . 4,6 8531 e e e . e e . . . 1 1,4 8067 . . . . . . . . . + 4 7284 q e . . . . . e . 5,6 6360 . . . . . . . .- . 0 5 6355 . . . . . . . . . . . . . 0,5 5378 . . . . . . . . . . 24 5337 . . . . . . . . . . 1 4416 . . .. . . . . . . 24 On dispose donc par le tube suivant l'invention d'un outil commode et peu onéreux ayant une utilité marquée dans les deux domaines suivants : - la multiplicité des longueurs d'onde obtenues avec un seul tube, dont la gamme s'étend de l'ultra-violet au proche infrarouge sur une dizaine de transitions est très pratique pour des travaux photométriques de laboratoire; on observera en particulier que l'on dispose par les radiations 6360 t (rouge), 5378 t (vert et 4416 I (bleu) d'excellentes composantes de la lumière blanche (triangle des couleurs); - les radiations du domaine 8000 t - 9000 I (proche infrarouge) conviennent particulièrement bien aux mesures d'atténuation dans les fibres optiques. Bien que la description qui précède se voit cantonnée au cas d'un laser He-Cd, la m8me structure peu creuse de tube laser est également applicable à d'autres milieux amplificateurs tels que hélium-sélénium. REVENDICATIONS 1 - Tube laser à gaz à régime continu, à hélium-cadmium ou hélium-sélénium, tube du type dit à cathode creuse segmentée comportant, entre les deux tubes de verre portant les fenêtres de sortie, un certain nombre de sections cathodes-anodes élémentaires, de dimensions uniformes prédéterminées, en alliage dit KOVAR, assemblées en ligne, caractérisé en ce que chaque cathode élémentaire est un tube de KOVAR muni à ses deux extrémités de deux cuvettes anulafres respectivement faisant corps extérieurement avec lui et de bords libres intérieur et extérieur sensiblement coplanaires, en ce que chaque anode élémentaire est une bague de KOVAR de même diamètre extérieur que lesdites cuvettes, enfin en ce que lesdites cathodes et anodes sont assemblées alternativement de proche en proche au moyen des bagues de scellement en un verre soudable au métal, tel que celui dit M02A, et de même diamètre moyen que les anodes, en utilisant un tour de verrier, un chalumeau et une & e cylindrique d'alignement en tungstène d'un diamètre correspondant à celui des tubes des cathodes. 2 - Tube laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant assemblage des cathodes et des anodes, les cuvettes des cathodes font l'objet d'une vitrification de leur creux entre bords libres par le même verre que celui utilisé aux scellements cathodesanodes.