Brevet FR2615051A1 — publié le 19881110

La présente invention concerne une alimenta- tion en courant pour laser à gaz à excitation à haute fréquence. Les lasers à gaz à excitation à haute fré- quence sont usuels, en particulier pour les lasers de puissance relativement faible. L'excitation de ses lasers est assurée par un champ électrique à haute fré- quence produit dans le milieu actif pour laser et qui provoque des inversions de population à l'intérieur du gaz. Le champ électrique est produit habituellement par des électrodes excitées par une alimentation en courant à haute fréquence. Le courant fourni au laser est suffi- sant pour provoquer la décharge initiale dans le gaz, et est habituellement maintenu à ce niveau pendant toute la période de fonctionnement du laser. Il est apparu qu'un laser à gaz à excitation à haute fréquence fonctionne à son rendement maximal lorsque le courant d'entrée est inférieur au courant qui provoque l'amorçage et/ou la sortie maximale. Il est donc plus économique de faire fonctionner un tel laser à son point de rendement maximal, particulière- ment du fait que l'on peut facilement faire produire au laser une sortie de puissance maximale lorsqu'il fonctionne dans ces conditions. Toutefois, les circuits existants d'alimentation en courant ne permettent pas de faire fonctionner un laser à son point de rendement maximal. Le but de la présente invention est de propo- ser une alimentation en courant pour laser à gaz à excitation à haute fréquence, qui permette l'amorçage de la décharge dans le gaz et qui fasse ensuite fonc- tionner le laser à son rendement maximal. Suivant la présente invention, on propose une alimentation pour laser à gaz à excitation à haute fré- quence, qui comprend un générateur de signaux utilisa- ble pour générer un signal à haute fréquence, des moyens d'amplification utilisables pour amplifier ledit signal et pour appliquer au laser une puissance suffi- sante pour amorcer une décharge dans le milieu gazeux actif du laser, et des moyens de commande de la puis- sance utilisables après amorçage de la décharge pour régler la puissance d'alimentation à la valeur néces- saire pour faire fonctionner le laser à son rendement maximal. On va maintenant décrire l'invention en réfé- rence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente les caractéristiques de puissance et de rendement d'un laser à gaz typique à excitation à haute fréquence de faible puissance; - la figure 2 est un schéma de principe représentant un premier mode de réalisation de l'inven- tion; et - la figure 3 est un schéma de principe illustrant un second mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente les courbes représen- tatives de la puissance et du rendement d'un laser typique. La courbe a montre que, lorsque la puissance d'entrée augmente, la puissance de sortie augmente alors que le taux d'augmentation diminue. Comme le montre la courbe b qui est la courbe de rendement, le 26 15051 rendement maximal de ce laser particulier correspond à une puissance d'entrée d'environ 40 watts, tandis que la sortie maximale en puissance correspond à une puissance d'entrée d'environ 70 watts. Il est, de façon claire, plus économique de faire fonctionner un laser à son rendement maximal, aussi longtemps que ceci entraîne une puissance de sortie suffisante, et l'ali- mentation selon la présente invention est destinée à permettre de réunir ces conditions. La figure 2 illustre la structure d'une ali- mentation qui remplit cette condition. Un oscillateur à haute fréquence 20 produit un signal de sortie à haute fréquence qui est appliqué à un amplificateur 21. Cet amplificateur est capable de fournir au laser 22 une puissance suffisante pour amorcer une décharge dans le gaz du laser. La puissance appliquée effective- ment au laser 22 est mesurée par un compteur de puis- sance 23. Dans ce mode de réalisation particulier, le signal engendré par l'oscillateur 20 peut prendre deux niveaux. Le niveau le plus élevé est celui qui est amplifié par- l'amplificateur 21 pour fournir au laser 22 la puissance d'alimentation maximale, tandis que le niveau inférieur est celui qui est amplifié pour faire fonctionner le laser à son rendement maximal. Dans ce mode de réalisation, on suppose que l'amorçage de la décharge dans le gaz du laser se produit lorsque la puissance a été appliquée au laser pendant un temps prédéterminé. Il est donc prévu un circuit de synchro- nisation 24 qui mesure le temps écoulé depuis l'appli- cation initiale de la puissance au laser, et qui réduit la sortie de l'oscillateur au bout de ce temps. La puissance nécessaire pour faire fonction- ner le laser à son rendement maximal va être connue. Un circuit 25 de commande automatique du gain peut donc utiliser la sortie du compteur de puissance 23 pour commander le gain de l'amplificateur 21 afin de fournir la puissance nécessaire. Une telle structure va également permettre de compenser des modifications de la tension d'alimentation qui peuvent faire varier la puissance fournie par l'amplificateur 21. Le circuit de synchronisation 24 est conçu pour empêcher le fonctionnement du circuit 25 de commande automatique du gain jusqu'à l'amorçage de la décharge dans le gaz. Le mode de réalisation décrit ci-dessus fonctionne sur la base de l'hypothèse que la décharge dans le gaz du laser s'amorce à l'intérieur d'un intervalle de temps connu après la première applica- tion du courant au laser. Il est bien sûr toujours possible que ceci ne se produise pas. La structure représentée à la figure 3 tient compte de cette possi- bilité. Le circuit de synchronisation de la figure 2 est remplacé par un détecteur d'amorçage 30 qui utilise la sortie d'un compteur 31 de puissance réfléchie. Pendant toute la durée de la décharge dans le gaz du laser, ce dernier est adapté à l'alimentation, et le compteur 30 mesure une puissance réfléchie faible ou nulle. Toutefois, lorsqu'il n'y a pas de décharge, il y a désadaptationet une proportion considérable de la - puissance appliquée est réfléchie. Ainsi, la présence d'un signal de sortie émis par le compteur 31 de puissance réfléchie indique que la décharge n'est pas amorcée. Le détecteur de décharge garantit donc que la puissance maximale est appliquée au laser jusqu'à l'amorçage de la décharge, indépendamment du temps nécessaire pour obtenir cet amorçage. Comme ci- dessus, la sortie de l'oscillateur est diminuée dès l'amorçage de la décharge, et la commande automatique du gain est autorisée à fonctionner comme dans le mode de réalisa- tion précédent. Il n'est pas nécessaire de faire varier la sortie de l'oscillateur dans l'un ou l'autre des modes de réalisation précédents, étant donné que l'amplifi- cateur 21 peut assurer une commande complète de la diminution de la puissance dès l'amorçage de la décharge. La puissance de sortie et le rendement des lasers à gaz à excitation à haute fréquence varient avec la température. Le circuit 25 de commande automa- tique du gain peut donc être muni d'une entrée venant d'un détecteur de température pour tenir compte des changements de la température. Les alimentations décrites ci-dessus sont particulièrement adaptées aux lasers à gaz utilisant des mélanges gazeux hélium-néon ou dioxyde de carbone- azote-hélium. REVENDICATIONS 1. Alimentation pour laser à gaz à excitation à haute fréquence, caractérisée par un générateur de signaux utilisable pour générer un signal à haute fré- quence, des moyens d'amplification utilisables pour amplifier ledit signal et pour appliquer au laser une puissance suffisante pour amorcer une décharge dans le milieu gazeux actif du laser, et des moyens de commande de la puissance utilisables après amorçage de la décharge pour régler la puissance d'alimentation à la valeur nécessaire pour faire fonctionner le laser à son rendement maximal. 2. Alimentation conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de commande de la puissance comprennent un circuit de synchronisation utilisable pour diminuer la puissance d'alimentation du laser après application de la puissance maximale pendant un intervalle de temps prédéterminé. 3. Alimentation conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de commande de la puissance comprennent des moyens de détection d'amorçage destinés à détecter le commencement de la charge et sensibles à cet amorçage pour diminuer la puissance fournie au laser. 4. Alimentation conforme à la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens de détection d'amorçage compren- nent des moyens pour mesurer la puissance réfléchie par le laser. 5. Alimentation conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le réglage de la puissance fournie au laser s'effectue en diminuant la sortie du générateur de signaux à haute fréquence. 6. Alimentation conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par un compteur de puissance utilisable pour mesurer la puis- sance appliquée au laser, et par un circuit de commande automatique du gain utilisable, après l'amorçage de la décharge, pour maintenir la puissance appliquée au laser à la valeur nécessaire pour faire fonctionner le laser à son rendement maximal. 7. Alimentation conforme à la revendication 6, caractérisée en ce que le fonctionnement de la commande automatique du gain est empêché jusqu'à l'amorçage de la décharge.