Brevet FR2513029A1 — publié le 19830318

La présente invention concerne les lasers à circulation de gaz, c'est-à- dire ceux dans lesquels un milieu gazeux, capable de présenter une activité laser, cir- cule dans une boucle formée par un conduit qui comprend une région active faisant partie d'une cavité optique dans la- quelle peut avoir lieu l'activité laser, un dispositif d'excitation du gaz actif dans la région active du conduit qui fait partie de la cavité optique, et d'autres régions dans lesquelles le milieu actif est traité d'une manière ou d'une autre, car il peut être refroidi par exemple ou sa composition peut être rétablie d'une certaine manière. Un exemple particulier de laser à circulation de gaz est celui dans lequel le gaz s'écoule transversale- ment Dans ce type, la direction d'écoulement du gaz actif est transversale à l'axe optique de la cavité optique Par exemple, le conduit a une section rectangulaire avec un rap- port d'allongement d'environ 20/1 dans la région active qui fait partie de la cavité optique, et l'axe optique de cette cavité est aligné sur le grand axe de la région active du conduit rectangulaire. Le fonctionnement satisfaisant d'un tel laser nécessite la circulation du gaz actif dans la région active avec un profil constant de vitesse Les lasers à circula- tion transversale de gaz fonctionnent habituellement à des vitesses de circulation de l'ordre de 0,1 Mach et nécessitent un faible rapport de pression (habituellement 1,1/1) de part et d'autre du compresseur utilisé pour la circulation du gaz Les rapports de pression de cette valeur peuvent être facilement obtenus avec des ventilateurs axiaux à grande vitesse Cependant, ces ventilateurs comprennent des conduits qui ont des sections circulaires et la transformation de la section circulaire du ou des conduits, selon qu'un seul ou plusieurs ventilateurs sont utilisés, à la section rectangu- laire de la région active du reste de la boucle du conduit, sans établissement d'irrégularités et d'instabilité dans le courant de fluide actif, est difficile et co Oteuse. L'invention concerne un laser à circulation de gaz du type décrit qui comporte un dispositif destiné à ex- traire une partie du milieu gazeux actif d'une région du con- duit autre que la région active, cette partie du milieu actif étant réinjectée dans le reste du milieu actif afin qu'elle provoque la circulation du milieu actif dans la région ac- tive du conduit. Le laser peut aussi comporter un dispositif de refroidissement de ladite partie de gaz actif et/ou un dispositif lui donnant une constitution voulue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va sui- vre, faite en référence au dessin annexé sur lequel la fi- gure unique représente schématiquement un laser à circulation. de gaz selon l'invention. Le laser à circulation de gaz représenté sur la figure comprend une boucle fermée formée par un conduit 1 et ayant une section rectangulaire Une région 2 du conduit 1 est destinée à former une cavité optique 3 dans laquelle peut avoir lieu un effet laser dans un milieu gazeux actif qui circule autour de la boucle du conduit 1, dans le sens des flèches Le constituant actif du milieu actif est l'anhydride carbonique L'axe optique de la cavité 3 est perpendiculaire au plan de la figure En conséquence, celle- ci ne représente ni les fenêtres placées dans la paroi du conduit 1 ni le miroir extérieur qui délimite la cavité op- tique 3 Une anode 4 et une cathode 5 sont montées dans les parois opposées de la région active 2 du conduit 1 et elles permettent la stimulation du milieu gazeux afin qu'il devien- ne actif Ces électrodes 4 et 5 sont parallèles à l'axe opti- que de la cavité 3 En outre, la boucle du conduit 1 comporte un échangeur 6 de chaleur permettant le refroidissement du milieu actif après qu'il a subi l'effet laser Les dimensions transversales de la région active 2 de la boucle du conduit 1 sont 1 x 0,05 m, le rapport d'allongement étant alors de 20/1. Un point 7 de prélèvement d'une boucle 8 de dérivation est placé en amont de la région active 2 du con- duit 1 Cette boucle 8 contient un compresseur ou pompe 9, un échangeur de chaleur 10, un ensemble catalytique 11, un sécheur 12, un distributeur 13 et une série de buses 14 d'injecteurs Lors du fonctionnement, une proportion du mi- lieu actif d'environ 25 ç est retirée par le compresseur 9, comprimée d'un facteur égal à 2 environ, transmise dans l'échangeur de chaleur 10 dans lequel il est refroidi, puis dans l'ensemble catalytique 11 dans lequel l'anhydride car- bonique qui peut être dissocié en oxyde de carbone, se reforme, et le sécheur 12 Il est alors à nouveau injecté dans la masse du milieu actif par l'intermédiaire du distri- buteur 13 et des buses 14, à une vitesse d'environ 1 Mach. Le milieu injecté entraîne le milieu actif dans la couche limite qui l'entoure et induit ainsi la formation d'un courant turbulent dans le milieu actif Au moment o celui- ci a atteint la région 2 du conduit 1, il a pris un profil régulier de vitesse. Un type convenable de compresseur ou de pompe est une soufflerie de Roots Ces dispositifs sont facilement disponibles dans le commerce avec des débits compris dans une large plage Un compresseur ou pompe peut donc être adap- té facilement à une plage de dimensions de laser ayant une largeur analogue. Dans le laser décrit précédemment, la région active 2 se trouve dans la région très turbulente qui se trouve juste en aval des uses 14 Dans un tel arrangement, les buses 14 peuvent être utilisées comme électrodes qui excitent le milieu actif Cet arrangement présente l'avantage de faciliter la dissipation de l'énergie électrique qui se dépose sur les électrodes, dans la partie injectée du milieu gazeux actif Dans une variante, la région active 2 peut se trouver à une distance importante des buses 14, à un endroit o l'écoulement du milieu actif est régulier. REVENDICATIONS 1 Laser à circulation transversale de gaz, du type qui comprend une boucle formée par un conduit ayant une région active qui fait partie d'une cavité optique dans laquelle l'effet laser a lieu, un dispositif de circulation d'un milieu gazeux actif dans la boucle, et un dispositif d'excitation du milieu gazeux actif dans la région active du conduit afin que l'effet laser se manifeste, ledit laser étant caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif( 8, 9, 13, 14) destiné à extraire une partie du milieu gazeux actif d'une région du conduit ( 1) autre que la région active *( 2), à comprimer cette partie du milieu actif, et à le réinjec- ter dans le reste du milieu actif afin qu'une circulation du milieu gazeux soit provoquée dans la région active ( 2) du conduit ( 1). 2 Laser selon la revendication 1, caractérisé en-ce que la partie extraite du milieu gazeux actif est réin- jectée dans le reste du milieu actif par au moins une buse ( 14) destinée à jouer le rôle d'une électrode d'excitation d'une décharge électrique dans le milieu gazeux actif. 3 Laser selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif ( 10, 11, 12) de refroidissement du milieu actif, un dispositif donnant à ladite partie du milieu actif une composition voulue, ou ces deux dispositifs. 4 Laser selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que ladite partie du milieu actif est réinjectée dans le reste du milieu actif à une vitesse proche de 1 Mach. 5 Laser selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le dispositif ( 8, 9, 13, 14) destiné à extraire une partie du milieu gazeux actif de la région du conduit est destiné à extraire à peu près le quart du milieu gazeux actif circulant dans cette région du conduit.