Brevet FR2622060A2 — publié le 19890421

FR 2622060 A2 19890421 FR 8714321 A 19871016 La présente invention concerne une amélioration au brevet n'd'enre- gistrement national 8702325 date 23 FEVRIER 1987.Le contenu dudit brevet a pour objet un dispositif laser à gaz à inversion de populations et à génération d'électrons par destruction des niveaux métastables, grâce à l'introduction dans le milieu gazeux d'un gaz auxiliaire remplissant la fonction de désexcitation desdits niveaux métastables par ionisation. Elle est rattachée à chacune des revendications (1) et (4) dudit brevet principal. Selon la revendication (1) du brevet principal, le milieu gazeux est composé de trois gaz (T,G,D) tels que: -G est le gaz principal tel que le gaz désigné par C des centres actifs t se définissant came étant les particules dont les niveaux d'énergie sont responsables de l'émission de rayonnement laser par transition) en est issu, et ceci sous trois formes possibles selon les cas pratiques, soit à l'état naturel c'est à dire G lui-même en tant que tel, soit sous la forme de G à l'état ionisé, soit enfin sous la forme d'un produit de réaction chimique ou de dissociation. - T est un gaz d'appoint qui sert à renforcer l'excitation de C par transfert d'énergie par collision ou par l'intermédiaire des photons. Il peut être constitué d'un seul élément ou d'un mélange de plusieurs éléments,atomes ou molécules. - D joue un rôle central primordial dans le dispositif, il sert à désexciter les centres actifs se trouvant à l'état métastable et à fournir simultanément les électrons par ionisation par collision avec C ou par 1' in- termédiaire des photons (dans le cas où le métastable est un faux métastable par emprisonnement des photons de résonnance). A cet effet, il est constitué soit d'un seul élément, soit d'un mélange de plusieurs éléments, atomes ou molécules, dont l'énergie de première ionisation est soit inférieure à 1' é- nergie du métastable,ou en. est assez proche(dans ce dernier cas le niveau métastable de C est situé dans l'intervalle entre le niveau d'ionisation et le niveau métastable de l'élément ou des éléments concernés). Selon la revendication (4) du brevet principal la pression partielle de T est nulle. Les travaux de recherches systématiques approfondies ont permis de renforcer la structure du dispositif selon chacune desdites revendications du brevet principal en vue d'en obtenir le maximum d'efficacité. A cette fin, selon la caractéristique fondamentale de la présente invention, la pression partielle PD de D, ramenée à la température de référence de zéro degré celsius, est de façon relativement suffisante supérieure à une pression minimales mesurée en millimètres de mercure) Po définie par: Po = (gj.ai.Aji.760.22400)/(gi.aj.s.w.N) - gj étant le poids statistique du niveau j dont la transition d'émission vers le niveau métast,able i est choisie comme transition laser afin de déclencher cette dernière et, si cela est désiré et si les caractéristiques spectroscopiques et d'excitation des niveaux de C sont favorables, de déclencher les transitions stimulées en cascade transitant par j. - ai étant le taux d'excitation (par centimètres cubes et par seconde) du niveau i, résultant à la fois de l'excitation électronique directe et par cascade. - Aji étant la vitesse d'émission spontanée (par seconde) de j vers i. - gi étant le poids statistique du niveau métastable i. - aj étant le taux d'excitation résultante du niveau j. - s étant la section efficace de destruction du métastable de C dans la collision avec D ( en centimètres carrés). - w étant la vitesse relative ( en centimètres par seconde) de D par rapport à C calculée d'après la théorie cinétique des gaz. - N étant le nombre d'AVOGADRO. - les points et la barre /symbolisent les multiplications et la division arithmétiques, respectivement. Dans le cas où D est un mélange, Po sera égale à la somme correspondant à chacun des éléments du mélange, chacun des termes de la somme étant affecté par son pourcentage respectif. La pression partielle de G ramenée à la même température de référence est choisie dans un intervalle de valeurs relativement large et en proportion convenable avec PD, selon les critères d'efficacité d'excitation de C, d'interdiffusion du mélange ( G,D),et de de gain d'amplification laser imposé par le type de résonnateur optique utilisé. En pratique et de façon générale, elle est de plusieurs fois supérieure à la valeur de PD. Dans des cas pratiques assez fréquents, la valeur adoptée pour PD pourrait être de beaucoup inférieure à Po, grâce à de nombreux facteurs physiques favorables tels que la diffusion des particules métastables vers les parois, la collision ionisante des particules métastables entre elles, et surtout grâce à des conditions extérieures en cas de fonctionnement en régime pulsé périodique. Selon une autre caractéristique possible de la présente invention, la valeur de PD peut être faible. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip tion qui suit d'un mode de réalisation donné à titre d'essai expérimental en relation avec les dessins annexés correspondants ,dans lesquels: - la figure 1 représente le schéma d'un résonnateur-télescope de configuration confocale dite instable, avec comme rapport des diamètres du grand miroir concave et du petit miroir convexe M=l,5. On y distingue : (1) le milieu gazeux. (2) les électrodes pour excitation transversale. (3) le grand miroir concave argenté (4) le petit miroir convexe argenté (5) le rayonnement laser sortant. - la figure 2 représente le diagramme des transitions laser entre les niveaux singulets 24P et 24S d'une part, et entre 34P et 24S d'autre part; les flèches représentent les transitions laser que la présente invention se propose de faire fonctionner en continu.e) sybolise la destruction du niveau 2S. Les longueurs d'onde des transitions sont les suivantes - 34P - 24S : 501,56799 nanomètres. - 24P - 24S : 2058,09 nanomètres. Le niveau 2S est métastable. Le niveau 1 S est le niveau fondamendal. Le milieu gazeux est un mélange d'hélium (He) et de xénon (Xe); He joue le rôle de C, Xe joue le rôle de D. Les pressions partielles Po sont estimées comme suit - 3P-2S : Po =42 millimètres de mercure. - 2P-2S : Po = 2 millimètres de mercure. La présente invention propose pour les pressions partielles PG de G et PD les valeurs suivantes - PG =200 millimètres de mercure. - PD =60 millimètres de mercure La présente invention propose, pour la valeur du paramètre X/p,où X est le champs électrique moyen en volt par centimètre et p est la pression totale du mélange (He,Xe), la valeur moyenne suivante - X/p = 15 volts par centimètre par millimètre de mercure. La présente invention permet de perfectionner a efficacité du dispo- sitif selon les revendications (1) ou ou(4) du brevet principal n-8702325 date 23 FEVRIER 1987. Elle permet de renforcer les applications scientifiques,industrielles et artisanales dudit dispositif. REVENDICATIONS 1) Dispositif laser à gaz à inversion de populations par destruction du niveau inférieur métastable, à génération d'électrons par asservissement dudit métastable selon les revendications (1) oA (4) du brevet n8702325 date 23 FEVRIER 1987, caractérisé en ce que la pression partielle PD de D,ramenée à la température de référence de zéro degré celsius, est de façon relativement suffisante supérieure à une pression minimale (en mm-Hg) de référence Po définie par Po = ( gj.ai.Aji.760.22400 )/( gi.aj.s.w.N) - gj étant le poids statistique du niveau j dont la transition d'émission vers le niveau métastable i est choisie comne transition laser afin de déclencher cette dernière et, si cela est désiré et si les caractéristiques spectroscopiques et d'excitation des niveaux de C y sont favorables,de déclencher les transitions stimulées en cascade transitant par le niveau j. - ai étant le taux d'excitation (par centimètres cubes et par seconde) du niveau i, résultant à la fois de a excitation électronique directe et par cascade. - Aji étant la vitesse d'émission spontanée (par seconde) de j vers i. - gi étant le poids statistique du niveau métastable i. - aj étant le taux d'excitation résultante du niveau j. - s étant la section efficace de destruction du métastable de C dans la collision avec D (en centimètres carrés). - w étant la vitesse relative (en centimètres par seconde ) de D par rapport à C, calculée d'après la théorie cinétique des gaz. - N étant le nombre d'AVOGADRO. - les points ( ) ) et la barre(/) représentent les multiplications et la division arithmétiques respectivement. et en ce que dans le cas où D est un mélange, Po est égale à la somme correspondant à chacun des éléments dudit mélange, chacun des termes de la somme étant affecté par son pourcentage respectif. et en ce que dans le cas où les conditions physiques sont favorables et aussi en cas de fonctionnement en régime pulsé périodique, la valeur de PD peut être beaucoup plus faible que Po. et enfin en ce que la pression partielle PG de G peut être choisie dans un intervalle de valeurs assez large.