Brevet FR2513824A1 — publié le 19830401

Laser au C 02 catalysé hermétiquement clos. Le domaine technique de la présente invention est celui d'un laser au CO, hermétiquement clos. Comme on le sait depuis longtemps dans la technique des lasers au C 02, un milieu d'amplifica- tion au C 02 excité électriquement se décompose partiel- lement en CO et en oxygène, et les produits résultant de cette décontamination ont tendance à supprimer l'ac- tion du laser L'oxygène en quantités aussi faibles que 1 % conduit à un amorçage d'arc entre les électro- des du laser avec, pour conséquence, une perte de puis- sance optique Une méthode adoptée antérieurement pour aborder ce problème a consisté à utiliser un fil de platine chauffé dans le but de favoriser la recombinai- son de CO et d'oxygène pour former du CO 2 Ce procédé présente les inconvénients évidents de nécessiter une source d'énergie supplémentaire pour chauffer le fil de platine et également d'accroître la quantité de cha- leur engendrée à l'intérieur du volume de décharge du laser. Plusieurs essais ont été entrepris dans le but d'expérimenter l'utilisation d'un catalyseur à la température ambiante, les matières utilisées compre- nant le cuivre activé, le platine activé et la hopca- lite (mélange commercial d'oxyde de magnésium, d'oxyde de cuivre et de traces d'autres oxydes) Cette matière est commercialisée par la "Mine Safety Appliances Company" Dans un article de C Willis et J G Purdon paru dans le "Journal of Applied Physics", volume 50, N O 4, avril 1979, on décrit l'utilisation de hopcalite dans une boucle extérieure à gaz reliée au volume actif d'un laser, mais sans que le catalyseur soit présent dans ce volume Dans un article de R I Rudko et J W Barnie publié en 1980 dans "Proceedings of the SPIE", volume 227 et intitulé "CO 2 Laser Devices and Applications" , il est fait rapport de l'application, couronnée de succès, d'un catalyseur solide à la tem- pérature ambiante à l'intérieur d'une cavité de laser, mais sans donner aucun détail concernant le type de catalyseur utilisé et sa disposition dans la cavité précitée Aux dires de cet article, ces détails sont couverts par des droits de propriété. La présente invention concerne un laser au Co 2 hermétiquement clos, dans lequel le CO 2 gazeux est maintenu en état de pureté par un catalyseur soli- de à température ambiante contenu dans une électrode poreuse. Dans les dessins annexés la figure 1 illustre une forme-de réalisation de l'invention dans laquelle on utilise un catalyseur sous forme de pastilles pleines; et la figure 2 est une coupe transversale d'une des électrodes illustrées en figure 1. La figure 1 illustre schématiquement un laser hermétiquement clos construit suivant l'invention Des plaques de recouvrement 102 et 104 forment deux côtés de la cavité de laser Des électrodes 106 et 108 sont profilées conformément à des éléments classiques pour permettre le passage d'une décharge électrique à travers du C 02 gazeux Ces électrodes sont réalisées selon une configuration connue illustrée dans la de- mande de brevet N O FR 82 06898 mentionnée ici à titre de référence et qui décrit un laser au C 02 hermétique- ment clos sans catalyseur. Lors de la mise en service, une décharge élec- trique pulsée est engendrée entre les électrodes 106 et 108, ce qui a pour effet d'exciter le milieu d'ampli- fication au C 02 et d'initialiser l'action du laser. La décharge électrique échauffe le C 02 gazeux à l'in- térieur d'un espace confiné en élevant ainsi la pres- 2513824- sion Une impulsion de pression est alors engendrée dans la zone centrale de la décharge et elle se pro- page rapidement vers l'extérieur pour égaliser la pression régnant dans le volume confiné Cette impul- sion de pression passe à travers les électrodes poreu- ses 106 et 108 en chassant une partie du milieu d'am- plification au C 02 à travers les trous ménagés dans les électrodes et en la faisant passer de-la cavité du laser à l'intérieur-des électrodes Ce mouvement sert à faire circuler le gaz et à amener ainsi le C 02 disso- cié, c'est-à-dire CO et 0, à l'intérieur des électro- des A l'intérieur des électrodes, le gaz entre en contact avec un catalyseur qui, dans la forme de réali- sation illustrée, se présente sous la forme de pastil- les pleines 120, encore que l'on puisse également uti- liser un catalyseur appliqué sur un substrat si cela s'avère commode. Un second mécanisme destiné à amener le gaz dissocié en contact avec le catalyseur est la diffu- sion, laquelle aura lieu même lorsque le laser n'est pas en service Etant donné que les produits de dis- sociation que constituent 02 et CO, se concentrent ini- tialement entre les électrodes, ils auront tendance à se diffuser vers l'extérieur à partir de leur emplace- ment initial, c'est-à-dire qu'ils se diffuseront à l'intérieur des électrodes 106 et 108 en entrant ainsi en contact avec le catalyseur. Le catalyseur peut être n'importe quel cataly- seur bien connu tel que le platine, le cuivre activé ou la hopcalite, qui a tendance à favoriser la recombinai- son de CO et O en C 02. Dans l'illustration, les parois latérales, les miroirs, les raccords de décharge électrique et autres composants du laser sont omis pour des raisons de sim- plicité et de clarté. Les électrodes illustrées dans le dessin sont constituées d'une toile métallique comportant des ouvertures sous forme de trous rectangulaires; toutefois, la dimension et la configuration de ces ouvertures ne sont pas critiques pour l'invention. On peut adopter n'importe quelle forme appropriée d'ouverture, par exemple, des trous circulaires, hexa- gonaux ou rectangulaires Les trous ne doivent pas nécessairement être répartis uniformément sur la sur- face de l'électrode et ils peuvent être formés par n'importe quel moyen approprié, mécanique ou chimique. La dimension des trous dépendra évidemment de la di- mension des pastilles de catalyseur, étant donné qu'il est souhaitable de maintenir les particules de cataly- seur en dehors de la zone de décharge du laser La dimension exacte des trous et des particules de cata- lyseur dépendra de l'application particulière envisa- gée, spécialement, de la quantité d'énergie conte- nue dans la décharge du laser et, partant, de l'ampli- tude de l'impulsion de pression engendrée Si les par- ticules de catalyseur sont suffisamment légères pour être mises en mouvement au cours de-l'impulsion de pression, l'invention offre un avantage supplémentaire du fait que la surface du catalyseur est soumise à une rotation constante, ce qui permet de l'exposer unifor- mément. Bien que l'invention ait pour objet un laser hermétiquement clos, elle peut également s'appliquer à un laser à gaz en circulation Par exemple, un venti- lateur pourrait être utilisé pour faire circuler un gaz à travers l'électrode 106 et le faire passer par une bou- cle extérieure, avec retour à travers l'électrode 108, exposant ainsi efficacement le gaz au catalyseur, tout en conservant un des avantages principaux de l'inven- tion, à savoir l'obtention d'un laser ayant un volume actif compact grâce à l'utilisation des électrodes contenant le catalyseur. La possibilité de réalisation d'électrodes en toile métallique (sans catalyseur) a été antérieurement démontrée dans un rapport de L J Denes, intitulé "Ultraviolet Initiated Co 2 Laser Research, Phase II", Rapport No AFWL-TR-76-136, janvier 1977. Dans cette forme de réalisation, on utilise un laser "TEA", comme décrit dans la demande de brevet précitée No FR 82 06898, mais le type d'excitation, le type d'ionisation et la pression du laser ne se rappor- tent pas à la présente invention qui concerne l'utili- sation de catalyseurs à la température ambiante à l'in- térieur d'une électrode poreuse. REVENDICATIONS 1 Laser au C 02 comprenant: une première et une seconde électrode disposées dans une zone de décharge contenant un milieu d'ampli- fication; un élément destiné à exciter ce milieu d'amplifi- cation avec une décharge électrique; et une élément destiné à faire résonner le rayonne- ment laser dans la zone de décharge, caractérisé en ce qu'au moins une des première et seconde électrodes com- prend une partie intérieure renfermant une matière ca- talytique, cette partie intérieure communiquant avec la zone de décharge au moyen de plusieurs ouvertures définies entre la partie intérieure précitée et la zone de décharge. 2 Laser suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la matière catalytique est sous forme de particules granulaires pleines disposées librement dans la partie intérieure. 3 Laser suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la matière catalytique est disposée le long de plusieurs substrats placés dans la partie inté- rieure. 4 Laser suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que les ouvertures pré- citées sont définies par les interstices d'une toile métallique faisant partie de l'électrode précitée. Laser suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que les ouvertures sont formées mécaniquement dans une partie prédétermi- née de l'électrode précitée.