Brevet FR2652956A1 — publié le 19910412

La présente invention concerne un laser à gaz comportant au moins un tube laser sur lequel se trouve, pour l'excitation HF capacitive, au moins une paire d'électrodes à électrodes opposées. Les lasers à gaz à haute fréquence et à écoulement axial rapide, ont besoin d'une décharge de gaz homogène pour l'excitation du niveau laser correspondant. Dans le cas de l'excitation HF capacitive, on place des électrodes courbés sur l'enceinte de décharge cylindrique. La capacité de refroidissement du dispositif dépend, entre autres, de la longueur des électrodes, de l'épaisseur de paroi et de la caractéristique diélectrique du tube de décharge ainsi que des paramètres du gaz. On connaît un laser à gaz de ce type avec électrodes pour l'excitation HF capacitive, par exemple par les demandes de brevet européen EP 0183023 et 0215458. Pour empêcher une distribution non uniforme de l'énergie et pour obtenir une distribution de l'énergie qui augmente uniformément, depuis le centre du tube laser, il est proposé, dans ces documents, de décaler les paires d'électrodes ou leurs sections, dans la direction périphérique du tube. Dans ce cas, on place au moins une paire d'électrodes de manière qu'elle puisse tourner par rapport au courant de gaz ou au faisceau laser. Les dispositifs connus ont notamment cet inconvénient qu'ils sont relativement complexes du fait qu'il faut des électrodes de forme particulière et aussi des dispositifs de rotation. La présente invention se propose de perfectionner un laser au gaz du type précité de manière à obtenir une décharge homogène et efficace dans le tube laser, par des moyens simples et peu onéreux. Ce but est atteint grâce au laser à gaz suivant l'invention, en ce que qu'au moins l'une des électrodes est constituée, dans la direction périphérique du tube laser, d'au moins deux segments dont l'écartement est tel qu'il se produit une décharge, à peu près homogène, à l'intérieur du tube laser. L'idée de base de l'invention est donc de segmenter les électrodes périphériquement, pour produire un champ HF homogène et donc aussi une décharge de gaz homogène. Il est particulièrement avantageux que les électrodes soient constituées d'au moins trois segments, les segments de bordure étant disposés symétriquement autour d'un segment central et une couche diélectrique étant prévue entre le tube laser et les segments de bordure. Les exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-après plus en détail, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente de manière schématique la construction d'un laser à transport de gaz avec électrodes HF; la figure 2 montre la disposition des électrodes de type connu sur le tube laser; les figures 3 à 9 représentent différents modes de réalisation de l'agencement d'électrodes suivant l'invention et la figure 10 représente la disposition des segments centraux dans la direction longitudinale du tube laser. Sur la figure 1, la référence I désigne un dispositif à laser qui est connu, par exemple, par le document EP 0111045. Il est constitué pour l'essentiel de deux tubes longitudinaux 2 et 3 qui forment le tube laser ou le résonateur à laser. Les tubes longitudinaux sont fixés dans des supports d'optique 4 et 5 ainsi que dans un collecteur conique 6. A la sortie du collecteur conique 6 est placé un compresseur radial 7 qui, de son côté, est relié aux supports d'optique 4 et 5, par des conduits 8 et 9 dans lesquels le gaz est refroidi. Le gaz chauffé sort donc des tubes longitudinaux 2 et 3 pour parvenir dans le collecteur conique 6, puis dans le compresseur radial 7; apres quoi il est refroidi dans les conduits 8 et 9 et retourne aux tubes longitudinaux 2 et 3 par les supports d'optique. L'excitation du gaz laser dans les tubes longitudinaux s'effectue à l'aide d'énergie HF. A cet effet, des paires d'électrodes 10, Il ou 12, 13 se trouvent sur les tubes longitudinaux 2 et 3. Un générateur HF 18 est relié aux paires d'électrodes, par les lignes électriques 14, 15 ou 16, 17. La figure 2 représente, à titre d'exemple, le tube longitudinal 2 avec les électrodes 10 et 11 et les lignes électriques 14 et 15. Comme il a déjà été dit plus haut, cet agencement d'électrodes connu, tel qu'il est représenté sur la figure 2, a cet inconvénient de ne pas donner, en règle générale, un profil de décharge radial homogène, de sorte que la puissance du laser est inférieure à la puissance théorique. La figure 3 représente un exemple de réalisation simple de l'invention. Les électrodes sont désignées par les références 30 et 31. Tandis que l'électrode 30 n'est pas segmentée, l'électrode 31 comporte deux segments 31' et 31". Les deux segments d'électrodes 31' et 32" sont maintenus au même potentiel électrique et sont reliés par la ligne électrique 14 (voir figure 1). La taille des électrodes qui, dans l'exemple présent, est définie par les angles ai, a2, a3, ainsi que les écartements entre les électrodes qui sont caractérisés par les angles I1 et B2, doivent être déterminés dans chaque cas, pour un type de laser concret. Etant donné que l'écoulement du gaz à l'intérieur des tubes laser est fréquemment non homogène, les valeurs de a et B peuvent être différentes pour différents types de laser. La figure 4 représente un exemple de réalisation dans lequel deux électrodes 40 et 41 sont segmentées et présentent les segments 40', 40" ou 41', 41". Les figures 5, 6 et 7 représentent des agencements d'électrodes dans lesquels les électrodes 50, 51; 60, 61; 70, 71 d'une paire d'électrodes sont constituées chacune de trois segments. Les segments de bordure 50"1 51'''; 61" - 61'''; 70" - 71''' sont disposés chacun symétriquement autour d'un segment central 50', 51'; 60', 61'; 70', 71'. Pour uniformiser le champ HF ou pour la décharge du gaz, les segments de bordure ne reposent pas directement sur le tube laser 2, mais une couche diélectrique 54, 55, 56, 57 ou 64, 65, 66, 67 se trouve, dans les exemples de réalisation des figures 5 et 6, entre le tube laser 2 et les segments de bordure 50"- 51'''; 60" - 61'''. L'épaisseur de cette couche doit être déterminée expérimentalement. Dans un exemple de réalisation pratique elle était de 0,6 mm pour un couplage de puissance spécifique (rapport entre la puissance introduite dans le volume de décharge et la longueur de l'électrode) d'environ 15 kW/m. Dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 7, une couche d'air se trouve entre les électrodes de bordure 70", 70''', 71", 71''' et le tube laser 2. La figure 8 représente un exemple de réalisation dans lequel les paires d'électrodes sont constituées chacune de cinq segments. En revanche, la figure 9 montre un autre exemple de réalisation dans lequel les électrodes se composent de sept segments. Pour uniformiser le profil de décharge axial, il s'est avéré intéressant que les électrodes présentent, à leurs extrémités dans le sens d'écoulement du gaz, un espace conique rempli d'un diélectrique. On obtient ainsi que la valeur E/n (E: intensité de champ électrique, n: densité de particules) critique pour une décharge homogène, n'est pas dépassée. En effet, la décharge donne lieu, dans l'enceinte de décharge, à un gradient de température, c'est-à-dire que la température du gaz augmente avec la longueur de l'électrode. Or une augmentation de la température entraîne une diminution de la densité des particules, de sorte qu'à intensité de champ électrique constante, on a une augmentation du quotient E/n. Cette augmentation doit rester au-dessous d'une valeur critique donnée. Suivant l'invention, on y parvient en réduisant l'intensité de champ électrique à l'extrémité des électrodes, par la fente et le diélectrique qui y est introduit. La figure 10 représente, à titre d'exemple, un moyen de ce type pour les segments centraux 50' et 51' des électrodes 50 et 51 représentées sur la figure 5 (la figure est une vue en coupe transversale le long de la ligne V- V). Comme le montre la figure 10, les segments centraux 50' et 51' présentent, à leurs extrémités dans le sens d'écoulement du gaz 53, un espace conique dans lequel est placé un diélectrique 52. Il en va de même aussi pour les segments de bordure 50" à 51''' (non représentés). En d'autres termes, les segments (51' à 51''') présentent, en plus des couches diélectriques 54 à 57 décrites plus haut, un diélectrique placé dans un espace en fente, à leurs extrémités dans le sens d'écoulement du gaz 53. REVENDICATIONS 1. Laser à gaz (1) comportant au moins un tube laser (2, 3) sur lequel se trouve, pour l'excitation HF capacitive, au moins une paire d'électrodes (10, il; 12, 13) à électrodes opposées, caractérisé en ce qu'au moins l'une des électrodes (30, 31, 40, 41; 50, 51; 60, 61; , 71; 80, 81) est constituée, dans la direction périphérique du tube laser (2), d'au moins deux segments (31', 31"; 40', 40", 41', 41"; jusqu'à 80' - 81V) dont l'écartement est tel qu'il se produit une décharge, à peu près homogène, à l'intérieur du tube laser (2). 2. Laser à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux électrodes (40, 41) d'une paire d'électrodes se composent chacune de deux segments (40', 40"; 41', 41"). 3. Laser à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux électrodes (50, 51; 60, 61; 70, 71) d'une paire d'électrodes se composent chacune d'au moins trois segments (50' - 50"', 51' - 51"'; 60'- 60"', 61' - 61"'; 70' - 70"', 71' - 71"'), chacun des segments de bordure (50", 50"', à 71", 71"') étant disposé symétriquement par rapport à un segment central (50', 51'; ', 61'; 70, 71'). 4. Laser à gaz selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on place entre le tube laser (2) et les segments de bordure (50", 50"'; 51", 51"'; 60", "'; 61", 61"') une couche diélectrique (54 - 57; 64- 67). 5. Laser à gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une couche d'air se trouve entre le tube laser (2) et les segments de bordure (70", 70"', 71", 71"'). 6. Laser à gaz selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les électrodes 30 à 81 présentent, à leurs extrémités dans le sens d'écoulement du gaz 53, une fente conique qui est remplie d'un diélectrique (52).