Brevet FR2609846A1 — publié le 19880722

Générateur d'impulsions électriques haute tension notamment pour Laser impulsionnel La présente invention concerne un générateur d'impulsions électriques haute tension, en particulier, mais non exclusivement, pour commander des dispositifs à décharge de cavité associés à des lasers impulsionnels. Des générateurs d'impulsions électriques pour commander de tels dispositifs à décharge de cavité, et plus particulièrement des dispositifs électro-optiques tels que des cellules de Pockels, ont déjà été proposés. On pourra par exemple se référer à un article de MM. P. Bado et M. Bouvier dans Rev. Sci. Instrum. 56(9), Septembre 1985. Toutefois, les générateurs connus ne donnent pas entière satisfaction en ce qu'ils ne permettent pas de produire des impulsions de niveau de tension élevé et à une fréquence de répétition élevée, avec une excellente stabilité en amplitude et en durée et avec de très faibles fluctuations temporelles. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de fournir un générateur d'impulsions satisfaisant aux conditions ci-dessus à un coût raisonnable. Ce but est atteint au moyen d'un générateur comportant : - un étage de sortie avec un tube à vide d'émission ayant une électrode de commande pour recevoir des impulsions de commande et un électrode de sortie reliée à une source de haute tension et à la sortie du générateur, et un circuit de mise en forme d'impulsions relié à L'anode du tube à vide pour mettre en forme les impulsions produites par celui-ci, et - un étage d'élaboration d'impulsions de commande ayant un circuit d'entrée recevant des signaux de déclenchement au rythme des impulsions à produire par le générateur et un circuit pour convertir les signaux de déclenchement en impulsions de commande ayant un niveau d tension suffisant pour déclencher l'émission d'impulsions par le tube à vide lorsqu'elles sont appliquées à L'électrode de commande de celui-ci. De préférence, le circuit de mise en forme est constitué par une ligne à constantes réparties, ce qui permet l'obtention d'impulsions de durée précise et stable. La production des impulsions de commande à partir des signaux de déclenchement au niveau logique est réalisée avantageusement au moyen d'un circuit comprenant des transistors branchés en série et fonctionnant en régime d'avalanche, de sorte que Les impulsions de commande et, par conséquent, les impulsions haute tension produites par le tube, présentent de très faibles fluctuations temporelles. Un tel générateur d'impulsions, fonctionnant à partir de signaux de déclenchement qui peuvent être à un niveau logique, est donc parfaitement adapté à la commande de dispositifs à décharge de cavité pour lasers impulsionnels, comme par exemple des cellules de Pockels. Un mode particulier de réalisation de l'invention sera maintenant décrit, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés qui illustrent : - figure 1 : un schéma d'un générateur d'impulsions électriques haute tension selon l'invention, et - figure 2 : un schéma synoptique succinct d'un laser impulsionnel dans lequel peut être incorporé le générateur selon l'invention. Le générateur d'impulsions représenté sur la figure 1 comprend un circuit d'entrée 10 recevant des signaux de déclenchement sur une entrée 11, un circuit 20 d'élaboration d'impulsions de commande et un étage de sortie 30 produisant les impulsions haute tension recherchées sur la sortie 39 du générateur. L'étage d'entrée 10 comprend un enroulement primaire 12 d'un transformateur d'impulsions 18 à noyau de ferrite qui est connecté en série avec une diode 13 entre l'entrée 11 et la masse. Une impédance d'adaptation 14 et une deuxième diode 15 sont branchées en parallèle sur le primaire 12. Le circuit 20 d'élaboration d'impulsions de commande comprend une pluralité de transistors 21a, 21b, 21c, 21d branchés en série avec deux résistances 22, 23 entre deux bornes d'alimentation 24, 25 portées à des potentiels par exemple respectivement égaux à -150 V et +1500 V. Les transistors sont par exemple des transistors NPN de type 2N5551. Des enroulements secondaires 26a, 26b, 26c, 26d du transformateur 18 sont branchés respectivement entre la base et L'émetteur des transistors 21a à 21d. Le circuit formé par les transistors 21a à 21d est chargé par un condensateur 27 branché entre le collecteur du transistor 21d situé du côté de la borne d'alimentation positive 25 et La masse. Le condensateur 27 est, dans L'exemple illustré, constitué par une Ligne coaxiale à constantes réparties. Des résistances 28a à 28d de va leur élevée, par exemple 10 Mohms sont branchées en série entre le collecteur du transistor 21d et l'émetteur du transistor 21a situé du côté de l'autre borne d'alimentation 24. Chaque résistance 28a à 28d est branchée en parallèle sur Le trajet émetteur-collecteur d'un transistor respectif 21a à 21d L'application d'un signal de déclenchement au primaire du transformateur 18 provoque la conduction des transistors 21a à 21d La décharge du condensateur 27 se traduit alors par une impulsion sur La sortie du circuit 20, sortie reliée à l'émetteur du transistor 21a. Les impulsions de commandes produites par le circuit 20 sont reçues sur la grille d'un tube à vide d'émission 31 à large bande passante dans l'étage de sortie 30. Le tube 31 est constitué par exemple par une triode commercialisée par la société des Etats-Unis d'Amérique EIMAC sous la référence 8941. Le tube 31 a une cathode reliée à la masse et associée à un circuit de chauffage 32, et une anode reliée par une résistance 33 à une berne d'alimentation 35 portée à un potentiel élevé par exemple 5í ) V à 10 kV. Un circuit 36 de mise en forme d'imputsions est reliée à L'anode du tube 31 pour mettre en forme L'impulsion anodique produite en réponse à la réception d'une impulsion de commande. Dans l'exemple illustré Le circuit de mise en forme est constitué par une ligne coaxiale à constantes réparties dont L'âme conductrice est reliée à l'anode du tube 31 et le conducteur extérieur est relié à la sortie 40 du générateur. Une résistance 37 de sortie et un ensemble de diodes 38 sont branchées en parallèle entre la sortie 40 et la masse. Le fonctionnement du générateur découle à l'évidence de ce qui précède. En réponse à des signaux de déclenchement dont l'amplitude peut être limitée au niveau logique, le circuit 20 produit des impulsions de commande ayant un niveau de tension suffisant pour déclencher le tube à vide 31. Le fonctionnement des transistors 21a à 21d en régime d'avalanche permet de réduire au minimum les fluctuations temporelles entre l'application des signaux de déclenchement et l'émission des impulsions de commande correspondantes. La réalisation de l'étage de sortie au moyen d'un tube à vide d'émission associé à une charge formée par une ligne à constantes réparties permet la production d'impulsions d'amplitude élevée et stable et de durée stable.A titre indicatif, un générateur tel que celui décrit ci-dessus permet de produire des impulsions haute tension de plusieurs kV, par exemple jusqu'à 5 kV, avec un taux de répétition élevé, par exemple plusieurs kHz et jusqu'a 10 kHz, une faible fluctuation temporelle de déclenchement, par exemple moins de 30 ps, et une durée bien définie, par exemple de 10 ns. Un tel générateur convient donc particulièrement pour commander un dispositif à décharge de cavité pour laser impulsionnel, du type par exemple de celui décrit dans un article de P. Geist et al, Proceed. Soc. Photo 491 (1985) 218 et illustré schématiquement par la figure 2. Le laser montré par la figure 2 est un laser à colorant activé par un laser 50 Nd : YAG continu à modes couplés et déclenché. Le faisceau produit par le laser 50 est partagé en deux au moyen d'un miroir semi-réfléchissant 52 après passage à travers un doubleur de fréquence 54. La partie réfléchie du faisceau est focalisée sur une photodiode 56. Un sélecteur d'impulsions 58 relié à une unité de controle 60 assurant le couplage des modes et le fonctionnement en régime déclenché du laser 50, reçoit Le signal issu de La photodiode 56 et fournit un signal de fréquence identique à celle du signal reçu mais en avance par rapport à l'impulsion d'intensité maximale du train d'impulsions fourni par le laser 50. Convenablement retardé par une ligne à retard 62, le signal électrique issu du sélecteur d'impulsions 58 est appliqué à un générateur d'impulsions 64 conforme à l'invention. Les impulsions produites par le générateur 64 sont appliquées à une cellule de Pockels 66 faisant partie d'un dispositif à décharge de cavité avec un polariseur 68, deux miroirs 70, 72, une lentilLe de focalisation 74 et une cellule de circulation de colorant 76. La partie du faisceau issu du doubleur de fréquence 54 qui est non réfléchie par-le miroir 52 est appliquée au dispositif à décharge de cavité par l'intermédiaire d'une lentiLle de focalisation 78 et d'un miroir 80. Bien entendu, le laser impulsionnel schématiquement illustré par la figure 2 ne constitue qu'une application particulière du générateur d'impulsions selon L'invention, celui-ci étant susceptible d'autres utilisations. REVENDICATIONS 1. Générateur d'impulsions électriques haut-e tension comportant - un étage de sortie (30) avec un tube à vide d'émission (31) ayant une électrode de commande pour recevoir des impulsions de commande et une électrode de sortie reliée à une source de haute tension et à la sortie du générateur, et un circuit(36) de mise en forme d'impulsions relié à l'anode du tube à vide pour mettre en forme les impulsions produites par celui-ci, et - un étage d'élaboration d'impulsions de commande ayant un circuit d'entrée (10) recevant des signaux de déclenchement au rythme des impulsions à produire par le générateur et un circuit (20) pour convertir les signaux de déclenchement en impulsions de commande ayant un niveau de tension suffisant pour déclencher l'émission d'impulsions par le tube à vide lorsqu'elles sont appliquées à l'électrode de commande de celui-ci. 2. Générateur d'impulsions haute tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit (36) de mise en forme d'impulsions est constitué par une ligne à constantes réparties. 3. Générateur d'impulsions haute tension selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit (20) convertissant les signaux de déclenchement en impulsions de commande comprend des transistors (21a, 21b, 21c, 21d) connectés en série entre deux bornes d'alimentation et fonctionnant en régime d'avalanche. 4. Générateur d'impulsions haute tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit circuit d'entrée comprend un- transformateur d'impulsions (18). Laser impulsionnel comprenant un dispositif à décharge de avité commandé par impulsions électriques halite tension, aractérisé en cvo que lesdites impulsions sont engendres par un générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes.