Brevet FR2497009A1 — publié le 19820625

- 1 - Dispositif laser à gaz La présente invention concerne un dispositif laser à gaz et plus particulièrement un dispositif laser à gaz du type guide d'onde. On sait qu'un laser à gaz comprend généralement une cavité optique résonnante disposée dans une enceinte remplie d'un gaz actif et des moyens d'excitation du gaz actif pour créer un rayonnement laser amplifié dans la cavité. L'enceinte comporte une face transparente disposée pour être traversée par le rayonnement sortant de la cavité. Dans un laser à gaz du type guide d'onde, l'enceinte est constituée essentiellement par un manchon entourant l'axe de la cavité; ce manchon est de faible section et de grande longueur, de sorte que le rayonnement oscillant dans la cavité subit de nombreuses réflexions sur la paroi interne du manchon. Ces lasers peuvent être réalisés sous une forme particulièrement compacte et rigide et présentent un rapport puissance/volume relativement élevé, ce qui les rend intéressants pour certaines applications militaires. Dans ce cas, ces appareils doivent répondre en outre à des exigences sévères. En particulier, ils doivent pouvoir supporter, sans influence sur leurs performances, un stockage prolongé dont la durée peut être de l'ordre de dix ans. Cette dernière exigence pose des problèmes technologiques délicats. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif laser à gaz du type guide d'onde, capable de résister, avant son fonctionnement, à un stockage prolongé, et de pouvoir ensuite fonctionner correctement pendant un intervalle de temps prédéterminé. La présente invention a pour objet un dispositif laser à gaz comprenant une cavité optique résonnante disposée suivant un axe, - une enceinte coaxiale entourant la cavité, - des moyens pour introduire un gaz actif dans l'enceinte - et des moyens d'excitation du gaz actif introduit, capables de créer dans la cavité un rayonnement laser se réfléchissant sur les parois de l'enceinte, celle-ci comportant des moyens pour laisser sortir une partie du rayonnement pour former un faisceau laser, -2caractérisé - en ce que lesdits moyens pour introduire le gaz actif dans l'enceinte comportent un réservoir contenant le gaz actif, ce réservoir étant relié à l'enceinte par une vanne d'alimentation, - et en ce qu'il comporte en outre une chambre reliée à l'enceinte, des moyens pour commander la formation du faisceau laser par déclenchement desdits moyens d'excitation et ouverture simultanée de la vanne d'alimentation, cette vanne étant maintenue fermée tant que la commande de formation du faisceau laser n'est pas actionnée et des moyens pour maintenir le vide dans la chambre tant que la commande de formation du faisceau laser n'est pas actionnée. Une forme particulière d'exécution de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé, dans lequel la figure unique représente un mode de réalisation du dispositif laser selon l'invention. Sur la figure, une cavité optique résonnante est formée par deux miroirs opposés 1 et 2, alignés suivant l'axe 3 de la cavité; le miroir 2 par exemple est partiellement transparent au rayonnement laser amplifié dans la cavité. Les miroirs 1 et 2 constituent les faces extrêmes d'une enceinte allongée 4. La paroi latérale de l'enceinte 4 est un manchon 5 entourant l'axe 3 de la cavité. Le manchon 5 est de faible section et de grande longueur. A titre d'exemple, la section du manchon peut être de trois millimètres carrés et sa longueur de vingt centimètres. Le manchon 5 est réalisé de préférence en une céramique telle que l'alumine. L'enceinte 4 comporte deux alvéoles débouchant sur la paroi latérale, ces alvéoles contenant respectivement deux électrodes 6 et 7 connectées électriquement aux deux bornes de sortie d'un générateur électrique 8 à travers un interrupteur commandable 22. L'enceinte 4 est en communication avec une chambre métallique 10 par une canalisation 9 comprenant en série un orifice calibré 15 et une vanne 16. Une ouverture 11 qui peut être reliée à une pompe à vide 12 par l'intermédiaire d'une vanne 13 est ménagée sur la paroi de la chambre 10. Sur les parois internes de la chambre 10, peut être disposée une couche 14 d'un matériau fixateur de gaz, -3- tel que le baryum, le strontium ou le cérium. L'enceinte 4 est également reliée à un réservoir 17 par une canalisation 18 comprenant en série un trou sonique 19 et une vanne 20. Le réservoir 17, de préférence métallique, contient un gaz actif laser. Le laser comporte enfin un circuit de commande 21 permettant de commander simultanément l'ouverture des vannes 20 et 16 et, éventuellement après un certain retard temporel, la fermeture de l'interrupteur 22. Le laser représenté sur la figure fonctionne de la manière suivante. Lavanne 20 étant fermée, le réservoir 17 est préalablement rempli d'un gaz actif laser, par des moyens connus non représentés, à une pression comprise entre 1 et 10 bars. Ce gaz actif est par exemple un mélange de gaz carbonique, d'hélium et d'azote. La vanne 16 étant fermée, on ouvre la vanne 13 et on met en route la pompe à vide 12, de façon à faire le vide dans la chambre 10. On ferme alors la vanne 13. On peut alors déposer la couche 14 en vaporisant un échantillon d'un matériau fixateur de gaz qui est d'un type connu dans la technique sous le nom de "getter flashé", la vapeur ainsi créée se condensant sur les parois internes de la chambre 10. La vaporisation peut être réalisée, par exemple à l'aide d'une résistance électrique enrobée d'une gaine composée de ce matériau et placée à l'intérieur de la chambre 10; cette résistance est alimentée par un générateur électrique placé à l'extérieur de la chambre à travers des connexions traversant de façon étanche les parois de la chambre. La couche 14 a la propriété d'absorber les gaz qui pourraient résulter du dégazage du métal constituant la chambre ou ceux qui pourraient s'infiltrer dans la chambre à travers la vanne 16. Dans l'exemple représenté sur la figure, l'enceinte 4 reste remplie d'air pendant toute la durée du stockage. Il est possible aussi de remplir l'enceinte 4 d'un gaz inerte à la pression atmosphérique. A la fin de la période de stockage (qui peut être très longue, de l'ordre de 10 ans), le vide règne toujours dans le volume interne de la chambre 10 et la réserve de gaz est intacte. _4 - Pour déclencher le fonctionnement du laser, on commande d'abord l'ouverture rapide des vannes 16 et 20 à l'aide du circuit 21. L'air ou le gaz inerte remplissant l'enceinte 4 est aspiré dans la chambre à vide 10 à travers l'orifice 15 et la vanne 16 ouverte. Le gaz actif contenu dans le réservoir 17 s'écoule à travers le trou sonique 19 à la vitesse du son et circule dans le sens de la flèche 23 de façon à traverser la cavité 1-2 et la canalisation 9 vers la chambre à vide 10. L'orifice calibré 15 imprime à l'air ou au gaz inerte remplissant l'enceinte 4 un débit d'évacuation compatible avec la vitesse d'entrée du gaz actif, de façon à régulariser la progression du gaz actif dans l'enceinte. Le volume de la chambre 10 est beaucoup plus important que celui de l'enceinte 4, de façon que le gaz remplissant initialement l'enceinte 4 soit évacué rapidement et qu'une circulation de gaz actif s'établisse le long de la cavité 1-2 pendant la durée de fonctionnement du laser. A titre indicatif, pour une durée de fonctionnement de 10 secondes, le volume de la chambre 10 peut être de 100 cm3 et celui de l'enceinte 4 de 0,5 cm3. Le volume du réservoir 17 peut être alors de 10 Om3 pour une pression de gaz actif de quelques bars, la pression du gaz actif circulant dans la cavité étant de l'ordre de 20 torrs. La commande du circuit 21 provoque, sensiblement en même temps que l'ouverture des vannes 20 et 16, la fermeture de l'inter- rupteur 22, de façon à polariser les électrodes 6 et 7. On obtient alors un rayonnement lumineux qui oscille dans la cavité en se réfléchissant sur les parois internes de l'enceinte 4. Une partie du rayonnement amplifié dans la cavité sort du miroir 2 pour former un faisceau laser 24 dont la longueur d'onde et de 10,6 microns. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus et représenté, qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que le dispositif laser à gaz peut être non seulement du type à excitation longitudinale représenté sur la figure, mais peut aussi être excité transversalement par rapport à l'axe de la cavité. On peut fixer préalablement sur la paroi interne de la chambre 10 un revêtement massif d'un matériau fixateur de gaz tel que le tantale -5- ou le zirconium, au lieu de déposer la couche 14 par vaporisation et condensation. Dans une variante de réalisation, l'orifice calibré 15 et la vanne 16 sont supprimés et la chambre 10 est en communication avec l'enceinte 4 pendant le stockage, le reste du dispositif étant conforme au schéma de la figure. La pompe 12 permet alors de faire le vide à la fois dans l'enceinte 4 et la chambre 10: l'enceinte 4 est donc maintenue sous vide pendant toute la durée du stockage. Il est alors particulièrement utile d'appliquer sur les parois internes de la chambre 10 une couche 14 d'un matériau fixateur de gaz afin d'absorber, pendant toute la durée du stockage, les gaz qui pourraient résulter du dégazage des parois de l'enceinte 4 ou ceux pouvant s'infiltrer dans les pores de ces parois. Dans une autre variante de réalisation, le trou sonique 19 est remplacé par une ouverture calibrée, de façon que le gaz contenu dans le réservoir 17 s'écoule rapidement dans l'enceinte 4 et la chambre 10 dès l'ouverture de la vanne 20. La pression d'équilibre finale du gaz actif étant compatible avec le fonctionnement du laser. Le dispositif laser selon l'invention peut être appliqué par exemple au guidage des missiles. - 6- REVENDICATIONS 1/ Dispositif laser à gaz du type guide d'onde, comprenant - une cavité optique résonnante disposée suivant un axe, - une enceinte coaxiale entourant la cavité, - des moyens pour introduire un gaz actif dans l'enceinte - et des moyens d'excitation du gaz actif introduit, capables de créer dans la cavité un rayonnement laser se réfléchissant sur les parois de l'enceinte, celle-ci comportant des moyens pour laisser sortir une partie du rayonnement pour former un faisceau laser, caractérisé - en ce que lesdits moyens pour introduire le gaz actif dans l'enceinte comportent un réservoir contenant le gaz actif, ce réservoir étant relié à l'enceinte par une vanne d'alimentation, - et en ce qu'il comporte en outre une chambre reliée à l'enceinte, des moyens pour commander la formation du faisceau laser par déclenchement desdits moyens d'excitation et ouverture simultanée de la vanne d'alimentation, cette vanne étant maintenue fermée tant que la commande de formation du faisceau laser n'est pas actionnée 20. et des moyens pour maintenir le vide dans la chambre tant que la commande de formation du faisceau laser n'est pas actionnée. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison entre le réservoir et l'enceinte comporte un trou sonique disposé entre la vanne d'alimentation et l'enceinte pour provoquer, à l'ouverture de la vanne d'alimentation, un écoulement dans l'enceinte, du gaz contenu dans le réservoir, à la vitesse du son. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison entre la chambre et l'enceinte met en communication les volumes internes de la chambre et de l'enceinte. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison entre la chambre et l'enceinte comporte une vanne d'évacuation de l'enceinte et qu'il comporte des moyens pour maintenir fermée la vanne d'évacuation tant que la commande de formation du faisceau laser n'est pas actionnée et des moyens pour ouvrir la vanne d'évacua- tion au moment o la commande de formation du faisceau laser est actionnée. - 7- / Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour maintenir le vide dans la chambre comportent des moyens pour recouvrir la paroi interne de la chambre d'un matériau fixateur du gaz. 6/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la liaison entre la chambre et l'enceinte comporte un orifice calibré pour régulariser la progression du gaz actif dans l'enceinte après l'ouverture de la vanne d'alimentation. - 7/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour remplir l'enceinte d'un gaz inerte avant la commande de formation du faisceau laser.