Brevet FR2583228A1 — publié le 19861212

La présente invention concerne un tube laser à vapeurs métalliques. On connait des tubes laser qui comportent généralement un tube à plasma cylindrique disposé dans une enceinte étanche, - 5 une électrode à chaque extrémité du tube à plasma et un conducteur de retour cylindrique coaxial au tube à plasma, un isolant thermique étant en outre disposé entre le tube à plasma et le conducteur de retour. Dans ces tubes laser connus, la géométrie du conducteur coaxial de retour est davantage déterminée par la nature et l'épai- - seur de l'isolant thermique, plutôt que par le choix des constantes du circuit, en particulier l'inductance supplémentaire qui en résulte. Or, les inventeurs ont observé que pour les tubes laser de grande dimension, la contribution de l'inductance donnée par le plasma conducteur et l'enveloppe coaxiale qui assure le retour du courant peut avoir une valeur très élevée qui devient non négligeable par rapport à l'inductance des circuits d'alimentation, ou celle du plasma lui-même, et provoque donc des perturbations de la décharge d'excitation du tube laser. De plus, dans les tubes laser existants, la totalité de l'isolant thermique est contenue dans l'enceinte étanche à basse pression dans laquelle est disposé le tube à plasma et il est donc nécessaire de prévoir un matériau isolant ne contenant aucun composant susceptible de se vaporiser à basse pression à une tempé- rature élevée. Ces matériaux sont très onéreux et augmentent donc les coûts de réalisation du tube laser. Un but de la présente invention est de réaliser un tube laser dont l'impédance soit aussi proche que possible de l'impé- dance permettant une décharge idéale dans le tube laser. Un autre but de la présente invention est de proposer un - tube laser dont la fabrication soit moins onéreuse que les tubes laser existants. -2- En vue de la réalisation de ces buts, on prévoit, selon l'invention, un tube laser à vapeurs métalliques comportant un tube plasma cylindrique disposé dans une enceinte étanche et entouré d'un isolant thermique, une électrode à chaque extrémité du tube à plasma, et un conducteur de retour cylindrique coaxial au tube à plasma et relié à l'une des électrodes, caractérisé en ce que le conducteur de retour a un rayon R égal à: 107O dE ro 1i0 4 r2 dV k) e o e est la fonction exponentielle r est le rayon du tube à plasma, exprimé en centimètres dE est la densité d'énergie du plasma, exprimée en milli Joules/centimètres cubes. ro est la résistivité du plasma, exprimée en ohms x cm U est le champ électrique exprimé en volts/centimètres. Ainsi, 1 'impédance du tube laser est adaptée et la décharge électrique à travers le tube laser se produit pratiquement sans oscillation. Selon un autre aspect de 1 'invention, une partie au moins de l'isolant thermique est disposée à l'extérieur de l'enceinte étanche. Ainsi, la partie de l'isolant thermique qui est disposée à l'extérieur de l'enceinte étanche n'est pas soumaise à une basse pression et peut être réalisée avec des matériaux contenant des liants organiques de coût réduit, sans perturber le fonctionnement du tube laser. Selon une version avantageuse de l'invention, le conducteur de retour est disposé dans la partie d'isolant extérieure à l'en- ceinte étanche. Ainsi, on réalise une adaptation d'impédance tout en utilisant des matériaux isolants de coût réduit. Selon un autre aspect préféré de l'invention, le tube à plasma comportedes extrémités évasées d'un diamètre supérieur à une partie médiane de celui-ci et en ce que les extrémités éva- sées du tube à plasma sont reliées de façon étanche à des supports d'électrodes. Ainsi, l'enceinte étanche est réalisée par le tube à plasma lui-même et la totalité de l'isolant thermique est disposée à l'extérieur de l'enceinte étanche, les extrémités évasées du tube à plasma évitant, en outre, un échauffement trop important de celui-ci au voisinage des électrodes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention résul- teront encore de la description ci-après d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexes, parmi lesquels: - La figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un premier mode de réalisation de tube laser selon l'invention - La figure 2 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un second mode de réalisation de tube laser selon l'invention. En référence à la figure 1, le tube laser à vapeurs métal- liques, selon l'invention, comporte un tube à plasma cylindrique 1, par exemple un tube en céramique réfractaire, disposé dans une enceinte étanche 2. L'enceinte étanche 2 est délimitée, par exemple, par un tube en céramique réfractaire 3 dont les extrémités sont reliées à une extrémité de soufflets métalliques 4 dont l'autre extrémité est fixée, de façon étanche, à des supports d'électrodes 5 portant des électrodes 6. Les supports d'électrodes 5 comportent, d'une façon classique, des moyens de refroidissement non représen- tés, par exemple, un circuit d'eau. L'un des supports d'électrodes est relié par un càble 7 à un dispositif d'alimentation (non repré- senté) produisant des impulsions électriques destinées à exciter le milieu laser contenu dans l'enceinte étanche 2. De façon clas- sique, les électrodes 6 sont des électrodes tubulaires, dont l'extrémité 4- externe est fermée par des fenêtres 8 permettant la transmission du faisceau laser. Un conducteur de retour 9 est disposé de façon coaxiale au tube à plasma i et a l'une de ses extrémités reliée à l'une des électrodes 8 par l'intermédiaire du support d'électrodes 5, tandis que l'autre extrémité est reliée à la masse par l'inter- médiaire d'un câble 10. Afin d'assurer une adaptation d'impédance propice à une décharge sans oscillation de l'impulsion d'alimentation, le rayon R du conducteur de retour 9 est, de préférence, environ égal à: 107 dE ro -e 4 r2 dV \ o: e est la fonction exponentielle r est le rayon du tube à plasma, exprimé en centimètres dE est la densité d'énergie du plasma, exprimée en dV milli Joules/centimètres cubes. ro est la résistivité du plasma, exprimée en ohms x cm U est le champ électrique exprimé en volts/centimètres. Selon une autre caractéristique de l'invention, le tube à plasma 1 est entouré par un isolant thermique dont une partie 11 est disposée à l'intérieur de l'enceinte étanche 2 entre le tube à plasma 1 et le tube 3 délimitant l'enceinte étanche, tandis qu'une seconde partie 12 de l'isolant thermique est-disposée à l'extérieur de l'enceinte étanche 2. La partie d'isolant thermique 11 disposée à l'intérieur de l'enceinte étanche 2 est formée, par exemple, d'oxyde d'aluminium en fibres bobinées afin d'assurer qu'aucune impureté ne se vaporise dans l'enceinte étanche 2. Au contraire, la partie d'isolant thermique 12 est formée avec un matériau pouvant contenir des liants organiques ne se vaporisant - 5 - pas à la pression atmosphérique. Selon le mode de réalisation illustré par la figure 1, le conducteur de retour 9 est disposé dans la partie d'isolant 12 extérieure à l'enceinte étanche. Ainsi, le conducteur de retour est séparé de l'électrode 8 à laquelle il n'est pas directement raccordé par un milieu à la pression atmosphérique et le risque de formation d'un arc électrique entre le conducteur de retour et les électrodes d'alimentation est donc minimisé. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, on a désigné par les mêmes références numériques les éléments sem- blables à ceux du mode de réalisation de la figure I. Dans ce mode de réalisation, le tube à plasma i comporte des extrémités évasées 101 d'un diamètre supérieur à la partie médiane et ces extrémités évasées 101 sont raccordées directement de façon étanche aux supports d'électrodes 5 par l'intermédiaire des soufflets métalliques 4. On obtient ainsi un tube laser de structure sim- plifiée dont le tube à plasma se confond avec la paroi de l'enceinte étanche. A ce propos, on notera que la partie évasée 101 du tube à plasma évite une surchauffe de celui-ci au voisinage des électro- des et évite donc de soumettre la liaison entre le tube 1 et les soufflets métal- liques à des contraintes trop importantes. Sa structure penret également de disposer 1 'ensemble de l'isolant thermique à l'extérieur de l'enceinte étanche. Il en résulte donc une pureté particulièrement élevée des vapeurs contenues dans 1 'enceinte étanche 2. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux-modes de réalisation décrits ci-dessus et on peut y apporter des variantes d'exécution. En particulier, on peut prévoir un dispositif de chauffage incorporé à l'isolant afin d'assurer un préchauffage des parois du tube à plasma et la vaporisation du métal. Bien que l'isolant thermique externe 12 ait été représenté sous forme d'une masse rigide, on peut prévoir une enveloppe externe dans laquelle un isolant de structure souple est disposé. -6- REVENDICATIONS 1. Tube laser à vapeurs métalliques comportant un tube à plasma cylindrique (1) disposé dans une enceinte étanche (2) et entouré d'un isolant thermique, une électrode (6) à chaque extrémité du tube à plasma, et un conducteur de retour cylindrique (9) coaxial au tube à plasma (1) et relié à l'une des électrodes, caractérisé en ce que le conducteur de retour (9) a un rayon R environ égal à 107 dE ro 4 Itr2 dV e4r2 dV o: e est la fonction exponentielle r est le rayon du tube à plasma, exprimé en centimètres dE est la densité d'énergie du plasma, exprimée en milli Joules/centimètres cubes ro est la résistivité du plasma exprimée en Ohms x centimètre U est le champ électrique exprimé en volts/centimètres. 2. Tube laser à vapeurs métalliques conforme à la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'une partie (12) au moins de l'isolant thermique est disposée à l'extérieur de l'enceinte étanche (2). 3. Tube laser à vapeurs métalliques conforme à la revendica- tion 2, caractérisé en ce que le conducteur de retour (9) est disposé dans la partie (12) d'isolant extérieure à l'enceinte étanche (2). 4. Tube laser à vapeurs métalliques conforme à la revendica- tion 3, caractérisé en ce que le tube à plasma comporte des extrê- mités évasées (101) d'un diamètre supérieur à une partie médiane de celuici, et en ce que les extrémités évasees (101) du tube à plasma sont reliees de façon étanche à des supports d'électrodes (5).