Brevet FR2519812A2 — publié le 19830718

FR 2519812 A2 19830718 FR 8200526 A 19820114 25198 1 2 Laser à gaz excité par décharge de condensateurs La présente invention concerne un laser à gaz excité par décharge de condensateurs, ayant fait l'objet d'un brevet principal déposé sous le numéro 81 02 974, le 16 janvier 1981. Selon la revendication 1 du brevet principal, ce laser à gaz comporte deux plaques métalliques en regard l'une de l'autre, sensiblement parallèles entre elles, deux pièces diélectriques disposées côte à côte entre les deux plaques, ces pièces étant fixées sur les plaques afin de former deux condensateurs en parallèle, l'espace compris entre les pièces et les plaques constituant un canal disposé suivant un axe et contenant un milieu actif, les parties médianes des deux plaques, en contact avec le milieu actif, formant respectivement deux électrodes, une cavité optique résonnante disposée suivant l'axe et contenant le milieu actif et un circuit de charge comprenant un transformateur dont l'enroulement primaire est connecté en série avec une capacité et dont les extrémités de l'enroulement secon- daire sont connectées respectivement aux deux plaques, une source de courant électrique capable de charger la capacité et des moyens pour commander la décharge de la capacité dans l'enroulement primaire, de façon à créer dans l'enroulement secondaire un courant induit capable de charger les condensateurs, afin d'établir une décharge électrique entre les électrodes, cette décharge excitant le milieu actif gazeux pour former un faisceau laser. Dans ce laser à gaz, les pièces diélectriques des condensateurs peuvent être constituées par des céramiques piézoélectriques. La présente invention a pour but d'apporter un perfectionnement au laser à gaz selon le brevet principal, afin d'augmenter sa fiabi- lité. Elle a pour objet Un laser à gaz excité par décharge de condensa- teurs comprenant: deux plaques métalliques en regard l'une de l'autre, chaque plaque comprenant une partie médiane située entre deux parties extrêmes 2- adjacentes, deux éléments diélectriques disposés entre les plaques, respecti- vement de part et d'autre des parties médianes et en contact avec les parties extrêmes, de façon à former avec les plaques deux condensa- teurs en parallèle, l'espace compris entre-les parties médianes et les éléments diélectriques constituant un canal disposé suivant un axe et contenant un milieu actif gazeux, les parties médianes en contact avec le milieu actif formant respectivement deux électrodes, une cavité optique résonnante disposée suivant ledit axe et contenant le milieu actif et un circuit de charge comportant un transformateur dont l'enroulement primaire est connecté en série avec une capacité et dont les extrémités de l'enroulement secon- daire sont connectées respectivement aux deux plaques, une source de courant électrique capable de charger la capacité et des moyens pour commander la décharge de la capacité dans l'enroulement primaire, de façon à créer dans l'enroulement secondaire un courant induit capable de charger les condensateurs afin d'établir une décharge électrique entre les électrodes, cette décharge excitant le milieu actif gazeux pour former un faisceau laser, caractérisé en ce que chaque élément diélectrique comporte une cloison isolante disposée perpendiculairement aux plaques et entourant l'espace compris entre les parties extrêmes en regard, de façon à former une chambre et de l'eau remplissant la chambre. Plusieurs formes particulières d'exécution de l'objet de la pré- sente invention sont décrites ci-dessous, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique représente schématiquement un mode de réalisation du laser à gaz selon 1 'inven- tion. Sur la figure 1, un corps de laser 1, représenté en coupe trans- versale, comporte deux plaques métalliques rectangulaires 2 et 3, en acier, en regard l'une de l'autre Les faces de ces plaques, disposées sur la surface extérieure du corps 1, sont sensiblement parallèles entre elles Chaque plaque comporte une partie médiane située entre 25198 1 2 -3- deux parties extrêmes adjacentes La plaque 2 comporte ainsi une partie médiane 31 située entre deux parties extrêmes 32 et 33, et la plaque 3 une partie médiane 34 située entre deux parties extrêmes 35 et 36 Une cloison isolante 37, disposée perpendiculairement aux plaques, entouré l'espace compris entre les parties 32 et 35 des plaques 2 et 3, de façon à créer une chambre 38 De même une cloison isolante 39 disposée perpendiculairement aux plaques entoure l'espace compris entre les parties 33 et 36 des plaques 2 et 3, de façon à créer une chambre 40 Les cloisons 37 et 39 sont, par exemple, réalisées en matière plastique. Les parties extrêmes 32, 33, 35 et 36 des plaques 2 et 3 compor- tent de préférence des proéminences aplaties, par exemple la proéminence 55 de la partie 32, qui s'avancent dans le volume de la chambre suivant une surface plane parallèle aux faces extérieures des plaques, de façon que la distance moyenne entre les plaques soit plus faible dans les chambres 38 et 40 qu'entre les parties médianes. Entre les parties médianes 31 et 34 et les cloisons 37 et 39, est ménagé un canal longitudinal 51 dont l'axe 52 est perpendiculaire au plan de la figure Les parties médianes 31 et 34 des plaques 2 et 3 comportent chacune une proéminence arrondie telle que 53, suivant une surface cylindrique dont les génératrices sont parallèles à l'axe 52. Ces proéminences arrondies s'avancent dans le canal 51, de façon à -former deux électrodes en regard l'une de l'autre. Une cavité optique résonnante est disposée suivant l'axe 52. Cette cavité peut comporter deux miroirs, tels que 54, fixés par collage aux deux extrémités du canal 51 de façon à l'obturer Un de ces miroirs est totalement réfléchissant et l'autre partiellement trans- parent pour laisser passer le rayonnement laser. Les cloisons 37 et 39 comportent respectivement des ouvertures 41 et 42 d'une part, et 43 et 44 d'autre part, disposées sur la surface extérieure du corps de laser 1. Les ouvertures 41 et 43 sont raccordées par des canalisations 45 et 46, à l'amont d'un dispositif comprenant une pompe de circula- tion 47 en série avec un échangeur thermique 48 A l'aval de ce dispo- sitif, aboutissent deux canalisations 49 et 50 reliant le dispositif 25198 1 2 4- respectivement aux ouvertures 42 et 44. Les deux extrémités de l'enroulement secondaire 12 d'un transformateur 13 sont connectées respectivement aux deux plaques métalliques 2 et 3 Une extrémité de l'enroulement primaire 14 du transformateur 13 est connectée à une armature d'une capacité 15 dont l'autre armature est connectée à l'anode d'un thyristor 16, la cathode du thyristor 16 étant connectée à l'autre extrémité de l'enroulement 14 La jonction entre le condensateur 15 et le thyristor 16 est connectée au pôle positif d'un générateur de courant électrique 17, à travers une résistance de charge 18 et un interrupteur 19 Le pôle négatif du générateur 17 est connecté à la cathode du thyristor 16 Les deux sorties d'un circuit de commande 20 sont reliées respectivement à la cathode et à l'électrode de commande du thyristor 16. Le laser décrit ci-dessus et illustré par la figure fonctionne de la manière suivante. Le volume interne du canal 51 est rempli d'un gaz actif laser qui peut être par exemple un mélange d'azote et d'hexafluorure de soufre SF 6. Le volume interne des chambres 38 et 40, ainsi que celui du dispositif de circulation et de refroidissement 45 à 50, est rempli d'eau L'eau contenue dans les chambres 38 et 40 en contact avec les plaques 2 et 3 forme le diélectrique de deux condensateurs branchés en parallèle. Le thyristor 16 n'étant pas conducteur, on charge la capacité 15 par fermeture de l'interrupteur 19 Puis on déclenche la décharge de la capacité 15 dans l'enroulement 14, en rendant conducteur le thyristor 16 par commande du circuit 20 Cette décharge provoque la formation, dans l'enroulement secondaire 12 du transformateur 13, d'une tension induite qui charge les deux condensateurs à eau branchés en parallèle. Dès que la tension entre les plaques 2 et 3 atteint la tension d'amorçage entre les électrodes du laser, une décharge d'établit entre ces électrodes, de façon à provoquer la formation d'un rayonnement laser oscillant dans la cavité, ce rayonnement donnant naissance à une 1 9 8 1 2 impulsion laser sortant du miroir partiellement transparent de la cavité. On met en marche la pompe 47 de façon à faire circuler l'eau dans les chambres 38 et 40 L'échangeur thermique 48 permet de refroidir l'eau en circulation. Comme dans le laser à gaz selon le brevet principal, la décharge entre les électrodes est commandée par un circuit qui ne comporte pas d'éclateur Grâce à la faible impédance de décharge des condensateurs intégrés dans le corps du laser, on obtient une décharge électrique homogène entre les électrodes, bien que le temps de montée de la tension aux bornes des électrodes soit relativement long Ce résultat a un caractère surprenant compte tenu de l'opinion généralement admise suivant laquelle il est nécessaire que le temps de montée de la tension aux bornes des électrodes soit extrêmement court pour obtenir une décharge homogène dans des lasers à azote ou à excimères Cette opinion est illustrée par exemple par l'article américain "Necessary condi- tions for the homogeneous formation of pulsed avalanche discharges at high gas pressures" (J I Levatter et al) extrait de "Journal of applied physics" 51 ( 1), Janvier 1980, pages 210 à 222. L'utilisation de l'eau comme diélectrique dans les condensateurs du laser selon l'invention offre plusieurs avantages. Elle permet d'améliorer la fiabilité du laser car le diélec- trique constitué par l'eau peut supporter sans dommage d'éventuels claquages. De plus le fonctionnement du laser à haute cadence de répétition est amélioré lorsque l'eau des condensateurs jouant le rôle de radiateurs est refroidie. Enfin les condensateurs à eau sont particulièrement adaptés à une charge en impulsion d'une durée de 1 à 10 microsecondes qu'il est très facile de réaliser à l'aide du circuit électrique décrit ci- dessus. La présente invention peut être appliquée notamment à la réali- sation de lasers dont le gaz actif comporte de l'azote ou un mélange d'halogènes et de gaz rares. 25198 12 6 - REVENDICATIONS 1/ Laser à gaz excité par décharge de condensateurs, selon la revendi- cation 1, du brevet principal, comprenant: _'deux plaques métalliques en regard l'une de l'autre, chaque plaque comprenant une partie médiane située entre deux parties extrêmes adjacentes, deux éléments diélectriques disposés entre les plaques, respecti- vement de part et d'autre des parties médianes et en contact avec les parties extrêmes, de façon à former avec les plaques deux condensa- teurs en parallèle, l'espace compris entre les parties médianes et les éléments diélectriques constituant un canal disposé suivant un axe et contenant un milieu actif gazeux, les parties médianes en contact avec le milieu actif formant respectivement deux électrodes, - une cavité optique résonnante disposée suivant ledit axe et contenant le milieu actif et un circuit de charge comportant un transformateur dont l'enroulement primaire est connecté en série avec une capacité et dont les extrémités de l'enroulement secon- daire sont connectées respectivement aux deux plaques, une source de courant électrique capable de charger la capacité et des moyens pour commander la décharge de la capacité dans l'enroulement primaire, de façon à créer dans l'enroulement secondaire un courant induit capable de charger les condensateurs afin d'établir une décharge électrique entre les électrodes, cette décharge excitant Le milieu actif gazeux pour former un faisceau laser, caractérisé en ce que chaque élément diélectrique comporte une cloison isolante ( 37) disposée perpendiculairement aux plaques ( 2, 3) et entourant l'espace compris entre les parties extrêmes ( 32, 35) en regard, de façon à former une chambre ( 38) et de l'eau remplissant la chambre ( 38). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties extrêmes ( 32, 33, 35, 36) en contact avec l'eau comportent des proéminences aplaties ( 55) s'avançant dans le volume de la chambre ( 38) de façon que la distance moyenne entre les plaques ( 2, 3) 2 5 1 9 8 1 2 7 - soit plus faible dans les chambres ( 38, 40) que dans le canal ( 51). 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins une électrode comporte une proéminence arrondie ( 53) s'avançant dans le volume du canal ( 51). 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de circulation ( 45 à 47, 49, 50) de l'eau contenue dans les chambres ( 39, 40), ce circuit étant relié aux chambres par des ouvertures ( 41 à 44) pratiquées dans les cloisons isolantes ( 37, 39). / Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit comporte des moyens ( 48) pour refroidir l'eau en circulation.