Brevet FR2512285A2 — publié le 19830304

FR 2512285 A2 19830304 FR 8116542 A 19810831 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 février 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 de façon à former deux condensateurs en parallèle, l'espace compris entre les pièces et les plaques constituant un canal disposé suivant un axe et contenant le 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 secondaire 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, la décharge électrique dans le milieu actif s'établit spontanément lorsque la tension de charge des condensateurs atteint la tension d'amorçage entre les électrodes. On constate que, dans certains cas, la décharge électrique du laser à gaz selon le brevet principal est instable et manque d'homogénéité. La présente invention a pour but d'apporter un perfectionnement au laser à gaz selon le brevet principal, de façon à stabiliser la décharge électrique et augmenter le rendement. La présente invention a pour objet un laser à gaz excité par décharge de condensateurs, selon la revendication 1 du brevet principal, comportant - deux plaques métalliques en regard de l'autre et sensiblement parallèles entre elles, - deux pièces diélectriques disposées côte à côte entre les deux plaques, ces pièces étant fixées sur les plaques de façon à 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 gazeux, 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 secondaire 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 qu'il comporte en outre - un conducteur isolé disposé dans le milieu actif gazeux parallèlement à l'axe, à proximité d'une électrode, - un générateur d'impulsions électriques à haute tension dont les deux bornes sont reliées respectivement au conducteur et à l'électrode située à proximité du conducteur - et un circuit de retard connecté d'une part à l'entrée du générateur et auxdits moyens pour commander la décharge de la capacité, le retard étant prédéterminé pour que le générateur délivre une impul sion avant que la tension de charge des condensateurs n'atteigne la tension d'amorçage entre les électrodes, cette impulsion créant, autour de l'isolant du conducteur, une effluve en couronne apte à déclencher ladite décharge électrique entre les électrodes. Une forme particulière d'exécution de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du laser selon l'invention, le corps du laser étant illustré en coupe transversale, et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du corps du laser suivant un plan II-II de la figure 1. Sur la figure 1, un corps de laser 1, représenté en coupe suivant un plan I-I de la figure 2, comporte deux plaques métalliques rectangulaires 2 et 3 en acier, sensiblement parallèles entre elles et en regard l'une de l'autre. Entre les plaques 2 et 3 sont fixées deux pièces diélectriques 4 et 5 de forme parallélépipédique. Les pièces 4 et 5 sont espacées l'une de l'autre de façon à ménager entre elles un canal longitudinal 6 d'axe 7 perpendiculaire au plan de la figure 1. Les pièces 4 et 5 sont de préférence constituées par une céramique ferroélectrique de constante diélectrique élevée, telle que le titanate de baryum. La surface extérieure des pièces 4 et 5 qui n'est pas en contact avec les plaques 2 et 3 peut être recouverte, comme représenté, par une couche de résine époxy 8. Les plaques 2 et 3 forment les armatures de deux condensateurs C1 et C2 branchés en parallèle, ces condensateurs ayant pour diélectriques les pièces 4 et 5. Les parties médianes des plaques 2 et 3 qui ne sont pas en contact avec les blocs 4 et 5 comportent chacune une proéminence arrondie telle que 9. Ces proéminences s'avancent dans le volume du canal 6 suivant des surfaces cylindriques dont les axes sont parallèles à l'axe 7, de façon à former les bords de deux électrodes en regard l'une de l'autre. Une de ces électrodes présente un évidement intérieur 22 et la proéminence 9 de cette électrode comporte une pluralité d'ouvertures telles que 23, 24, 25 sur toute sa surface. Ces ouvertures font communiquer le volume du canal 6 avec celui de l'évidement 22. A l'intérieur de l'évidement 22 est disposé un conducteur isolé constitué par un fil de nickel 26 disposé à l'intérieur d'un tube en verre 27 qui contient en outre une solution conductrice 28. Une cavité optique résonnante est disposée suivant l'axe 7. Cette cavité comporte deux miroirs 10 et 11 (figure 2) fixés par collage aux deux extrémités du canal 6 de façon à l'obturer. Le miroir 10 est totalement réfléchissant et le miroir 11 partiellement transparent au rayonnement laser. Les deux extrémités de l'enroulement secondaire 12 d'un transformateur 13 sont connectées respectivement aux deux plaques métalliques 2 et-3. Une extrémités 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. Le jonction entre le condensateur 15 et le thyristor 16 est connectée au pôle positif d'un générateur de courant électrique continu 17, à travers une résistance de charge 18 et un interrupteur 19. Le pôle négatif du générateur 17 est connecté à la cathode du tyhristor 16. Les deux sorties d'un circuit de commande 20 sont reliées, d'une part respectivement à l'électrode de commande du thyristor 16 et au pôle négatif du générateur 17, et d'autre part à l'entrée d'un circuit de retard 29. La sortie du circuit 29 est connectée à l'entrée d'un générateur 30 d'impulsions haute tension dont les sorties sont respectivement connectées au fil 26 et à la plaque 3. Le laser décrit ci-dessus et illustré par les figures 1 et 2 fonctionne de la manière suivante. Le volume interne du canal 6 est rempli d'un gaz actif laser qui peut être par exemple de l'azote. 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 actionnant le circuit 20 qui rend conducteur le thyristor 16. Cette décharge provoque la formation, dans l'enroulement secondaire 12 du trans formateur 13, d'une tension induite qui charge progressivement les deux condensateurs en parallèle C1 et C2. La commande du circuit 20 déclenche aussi une impulsion haute tension délivrée par le générateur 30, au bout d'un intervalle de temps déterminé par le circuit de retard 29. On règle le retard du circuit 29 de façon que l'impulsion haute tension soit délivrée avant que la tension de charge des condensateurs C1 et C2 n'atteigne la tension d'amorçage entre les électrodes du laser. Dès que l'impulsion haute tension est délivrée, une effluve en couronne se forme autour du tube isolant 27 entourant le conducteur 26. Cette effluve provoque immédiatement, par ionisation du gaz actif, une décharge électrique entre les deux électrodes du laser. Sous l'effet de cette décharge, un rayonnement laser oscille entre les deux miroirs 10 et 11 de la cavité, ce rayonnement donnant naissance à une impulsion laser 21 sortant du miroir 11. En pratique on règle le retard du circuit 29 de façon que l'effluve en couronne se produise pour une tension prédéterminée de charge des condensateurs, un peu inférieure à la tension d'amorçage. Mais il y a lieu de noter que cette tension prédéterminée n'est pas critique, et que la décharge électrique déclenchée par l'effluve peut être obtenue pour une tension prédéterminée cinq fois plus faible que la tension d'amorçage. Cette décharge électrique est particulièrement stable et homogène et s'effectue à tension constante. Par rapport aux lasers ne comportant pas d'ionisation par effluve en couronne, le laser selon l'invention présente l'avantage d'avoir un rendement énergétique augmenté dans une rapport qui peut être de l'ordre de 5 à 10. De plus, on observe une meilleure stabilité de l'énergie laser, une meilleure précision temporelle de déclenchement des impulsions laser et une réduction importante du niveau des parasites radioélectriques émis. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier on peut, sans sortir du cadre de l'invention, remplacer certains moyens techniques par des moyens équivalents. C'est ainsi que le fil conducteur isolé peut non seulement être disposé à l'intérieur d'une électrode creuse en forme de grille comme c'est le cas dans l'exemple décrit, mais peut aussi être disposé plus simplement dans le canal laser à proximité d'une électrode, parallèlement à l'axe du canal. De plus le gaz actif laser peut être constitué d'un mélange d'halogènes et de gaz rares, afin de réaliser des lasers à eximères. Enfin, il est possible de prévoir une circulation du gaz actif dans le canal à l'aide d'un système connu, principalement dans le cas où on désire obtenir des impulsions laser à une cadence de répétition élevée. Le laser selon l'invention peut etre utilisé pour exciter des lasers à colorants. REVENDICATIONS 1/ Laser à gaz excité par décharge de condensateurs, selon la revendication 1 du brevet principal, comportant - deux plaques métalliques en regard de l'autre et sensiblement parallèles entre elles, - deux pièces diélectriques disposées côte à côte entre les deux plaques, ces pièces étant fixées sur les plaques de façon à 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 gazeux, 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 secondaire 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 qu'il comporte en outre - un conducteur isolé (26, 27, 28) disposé dans le milieu actif gazeux parallèlement à l'axe (7), à proximité d'une électrode, - un générateur (30) d'impulsions électriques à haute tension dont les deux bornes sont reliées respectivement au conducteur (26) et à l'électrode située à proximité du conducteur - et un circuit de retard (29) connecté d'une part à l'entrée du générateur (30) et auxdits moyens (20) pour commander la décharge de la capacité, le retard étant prédéterminé pour que le générateur délivre une impulsion avant que la tension de charge des condensateurs (C1, c2) n'atteigne la tension d'amorçage entre les électrodes, cette impulsion créant, autour de l'isolant (27) du conducteur, une effluve en couronne apte à déclencher ladite décharge électrique entre les électrodes. 2/ Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins une électrode comporte une proéminence arrondie (9) s'avancant dans le volume du canal (6). 3/ Laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que - l'électrode comportant une proéminence (9) présente un évidement intérieur (22), - la proéminence comporte une pluralité d'ouvertures (23, 24, 25) mettant en communication le volume du canal (6) et celui de l'évidement (22) - et que le conducteur isolé (26 à 28) est logé dans l'évidement.