Brevet FR2683400A1 — publié le 19930507

La présente invention concerne des lasers qui utilisent des halogénures de gaz rares comme milieu actif pour l'effet laser, c'est-à- dire ceux qui sont connus habituellement sous le nom des lasers à excimère. Les lasers à excimère sont du type à décharge dans un gaz et nécessitent une ionisation préalable afin que la décharge donnant lieu à l'effet laser se produise Dans les lasers à excimères existants, l'opération est réalisée à l'aide d'impulsions courtes et intenses de lumière ultra- violette ou de rayons X Cependant, les électrons libérés sont rapidement perdus dans l'halogénure gazeux qui donne l'halogène de l'halogénure du gaz rare Par exemple, si l'halogénure d'un gaz rare est le chlorure de xénon Xe Cl produit dans un milieu actif pour l'effet laser formé de xénon avec 0,2 % en volume d'acide chlorhydrique, comme la constante de vitesse de la réaction H Cl + e -> H + Cl dépasse 10 10 cm 3 S 1 environ, pour un mélange de gaz à une pression d'environ trois atmosphères, le temps de décrois- sance de la densité d'électrons libres est inférieur à 60 ns environ Comme la densité des électrons libres- nécessaire à l'ionisation préalable efficace est d'environ 106 électrons par centimètre cube, on note qu'il faut des sources d'énergie d'ionisation préalable de très grande intensité. La présente invention met en oeuvre une solution fondamentalement différente de l'ionisation préalable du milieu donnant l'effet laser à excimère, et réduisant considérablement l'intensité d'ionisation préalable qui est nécessaire. Selon la présente invention, un procédé de commande d'un laser à décharge dans un gaz, excitée électriquement, du type dans lequel le milieu actif pour l'effet laser contient un gaz rare et une molécule donnant l'halogène, comprend les opérations de création continue ou de manière quasi-continue, dans le milieu actif, d'une population d'ions négatifs de la molécule donnant l'halogène, puis d'extraction des électrons des molécules ionisées qui donnent l'halogène afin que l'établissement d'une décharge -électrique dans le milieu actif soit facilité. L'ionisation des molécules donnant l'halogène doit être obtenue par irradiation du milieu actif par des rayons X continus ou sous forme de longues impulsions, produits par une source convenable ou par un rayonnement analogue provenant d'un laser qui crée un rayonnement dans la région ultraviolette du spectre électromagnétique L'extraction des électrons des molécules ionisées qui donnent l'halogène peut être réalisée à l'aide d'un laser auxiliaire qui crée un rayonnement dans la région ultraviolette du spectre électromagnétique, ce laser pouvant être en pratique le laser déjà utilisé pour l'ionisation de la molécule qui donne l'halogène Le laser auxiliaire peut être un plus petit laser à halogénure d'un gaz rare ou un laser à azote. Le laser auxiliaire peut aussi être utilisé pour la créa- tion d'impulsions de sortie à la configuration voulue à partir du laser principal à halogénure d'un gaz rare. Des milieux actifs qui conviennent pour l'effet laser comprennent de l'hélium ou du néon, constituant un véhicule gazeux, avec du xénon, de l'argon ou du krypton constituant un gaz rare actif, et de l'acide chlorhydrique ou du fluor constituant une molécule donnant un halogène. Des exemples de proportions sont 1 à 10 bars pour He, Ne, 10 à 200 millibars pour le xénon, l'argon ou le krypton, et 1 à 10 millibars pour H Cl ou F 2. Un milieu préféré pour l'effet laser contient 3 bars de Ne, 40 millibars de Xe et 2 millibars de F 2. L'invention concerne aussi un laser à décharge dans un gaz à excitation électrique contenant un milieu actif qui contient un gaz rare actif et une molécule capable de donner un halogène, le laser comprenant un dispositif générateur continu ou quasi-continu d'une population d'ions négatifs de la molécule donnant l'halogène, et un dispo- sitif destiné à extraire ensuite les électrons des molé- cules ionisées qui donnent l'halogène. Le dispositif générateur des molécules ionisées qui donnent l'halogène peut être une source de rayons X ou un laser produisant un faisceau de sortie dans la région ultraviolette du spectre électromagnétique De préférence, le laser a une longueur d'onde de sortie inférieure à 360 nm Des lasers qui conviennent sont les lasers à halogénure d'un gaz rare et les lasers à azote. Un milieu gazeux préféré pour l'effet laser est un mélange d'hélium ou de néon constituant un véhicule gazeux, avec du xénon, de l'argon ou du krypton constituant un gaz rare actif, et de l'acide fluorhydrique ou du fluor consti- tuant une molécule qui donne un halogène. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin sur lequel: la figure 1 est un schéma représentant un mode de réalisation de l'invention; et la figure 2 est un schéma d'un autre mode de réali- sation de l'invention. On se réfère à la figure 1 des dessins; un laser à décharge dans un gaz, à halogénure d'un gaz rare et à excitation transversale, comporte une région active 1 pour l'effet laser, formée en boucle fermée par un conduit dont une partie 2 seulement est représentée, dans lequel peut circuler un mélange de gaz contenant un composé donneur d'halogène Le reste de la boucle formée par le conduit et les ventilateurs de circulation n'est pas représenté, car il peut correspondre à la technique bien connue et n'entre pas dans le cadre de l'invention sous forme indépendante. La région active 1 a deux fenêtres 3 et 4 de sortie respec- tivement et deux électrodes d'excitation 5 dont une seule est représentée car l'autre est placée juste au-dessous. Une cavité optique est formée par un miroir totalement réfléchissant 3 ' et un miroir semi-transparent de sortie 4 ' Le milieu actif est un mélange de He, Xe et F 2 dans les proportions 1500/20/1 qui circule entre les électrodes 5, dans le sens de la flèche 6. Une source continue 7 de rayons X, produisant environ 100 m W de rayons X de 50 ke V, est disposée afin qu'elle irradie le milieu laser à travers la fenêtre 8 juste avant l'entrée dans la région active 1 Pour une pression totale de travail de trois atmosphères, une telle source radiographique donne une densité d'ions d'environ 109 ions par centimètre cube, avec une durée de vie des ions à demi-densité d'environ 1 ms En pratique, la durée de vie des ions est inversement proportionnelle à la densité initiale des ions et est proportionnelle à la pression du gaz Des pressions de gaz comprises entre une et trois atmosphères conviennent. Un laser pulsé 9 qui crée un rayonnement ayant une longueur d'onde inférieure à 360 nm est disposé afin qu'il éclaire la région comprise entre les électrodes 5 par l'intermédiaire d'un miroir 10 qui replie le faisceau, d'un miroir dichroïque 11 et de la fenêtre de sortie 4, à partir de la région active 1 Le laser 9 a une puissance de sortie d'environ 100 k W/cm 2 qui suffit pour la libération d'envi- ron 10 électrons par centimètre cube à partir des 109 ions par centimètre cube Ceci suffit pour qu'une décharge dans un gaz puisse être entretenue dans le milieu actif Le laser 9 peut être un laser auxiliaire à halogénure d'un gaz rare, par exemple un laser à Xe Cl qui produit un rayon- nement à une longueur d'onde de 308 nm, ou un laser à azote. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, la source radiographique 7 a été remplacée par une autre source 21 de puissance équivalente qui émet des ultravio- lets Les autres éléments qui correspondent à ceux qu'on a décrit en référence à la figure 1 portent les mêmes réfé- rences numériques En pratique, les lasers 9 et 21 peuvent être constitués par un seul laser, les impulsions de libération d'électrons étant obtenues par des techniques connues de manipulation de faisceau. Un avantage de l'utilisation d'un laser auxiliaire pour la libération des électrons est que la configuration de l'impulsion de sortie du laser principal peut être modifiée par modification de la configuration des impul- sions de sortie du laser auxiliaire. REVENDICATIONS 1 Procédé de commande d'un laser à décharge dans un gaz à excitation électrique, dans lequel le milieu actif pour l'effet laser contient un gaz rare et une molécule capable de donner un halogène, caractérisé en ce qu'il comprend la production continue ou quasi-continue, dans le milieu actif, d'une population d'ions négatifs de la molécule capable de donner un halogène, puis l'extraction d'électrons des molécules ionisées capables de donner un halogène afin que l'établissement d'une décharge électrique dans le milieu actif soit facilité. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ionisation des molécules capables de donner un halogène est assurée par irradiation continue du milieu actif par un rayonnement électromagnétique ayant une énergie de photons telle qu'il permet l'ionisation des molécules capables de donner un halogène. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ionisation des molécules capables de donner un halogène est réalisée par irradiation de ces molécules par des impulsions d'un rayonnement électromagnétique ayant une énergie de photons telle qu'il peut ioniser ces molécules capables de donner un halogène, la longueur des impulsions étant supérieure à la durée de vie des molécules ionisées capables de donner un halogène. 4 Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le rayonnement électromagnétique est un rayonnement X. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la fréquence du rayonnement ionisant est comprise dans la région ultraviolette du spectre électromagnétique. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'extraction des électrons des molécules ionisées capables de donner un halogène est réalisée par irradiation de ces molécules ionisées par un rayonnement ayant une fréquence de la région ultraviolette du spectre électromagnétique. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les molécules ionisées capables de donner un halo- gène sont irradiées par de la lumière ultraviolette ayant une longueur d'onde inférieure à 360 nm. 8 Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le rayonnement ultraviolet provient d'un laser ( 7) à halogénure d'un gaz rare. 9 Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le rayonnement ultraviolet provient d'un laser ( 7) à azote. Laser à décharge dans un gaz et excitation électrique, contenant un milieu gazeux actif pour l'effet laser et qui contient un gaz rare et une molécule capable de donner un halogène, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif ( 7, 21) destiné à produire, de façon continue ou quasi-continue, une population d'ions négatifs de la molécule capable de donner un halogène, et un dispositif ( 5) destiné à extraire ensuite des électrons des molécules ionisées. 11 Laser selon la revendication 10, caractérisé en ce que le milieu actif contient de l'hélium ou du néon constituant un véhicule gazeux, du xénon, de l'argon ou du krypton constituant le gaz rare actif, et de l'acide chlorhydrique ou du fluor constituant la molécule capable de donner un halogène. 12 Laser selon la revendication 11, caractérisé en ce que le milieu actif pour l'effet laser contient de l'hélium ou du néon à une pression comprise entre 1 et bars, du xénon, de l'argon ou du krypton à une pression comprise entre 10 et 200 millibars, et de l'acide chlorhy- drique ou du fluor à une pression comprise entre 1 et millibars. 13 Laser selon l'une quelconque des revendications à 12, caractérisé en ce qu'il comporte une paire d'élec- trodes ( 5) permettant l'entretien d'une décharge électrique dans le milieu, une source ( 7, 21) d'un rayonnement ionisé destiné à irradier le milieu actif gazeux afin que les molécules capables de donner un halogène soient ionisées avant leur passage entre les électrodes, et un laser ( 9) destiné à irradier le milieu actif ionisé lors du passage entre les électrodes afin que des électrons des molécules ionisées capables de donner un halogène soient extraits et facilitent la création et l'entretien de la décharge électrique dans le milieu actif. 14 Laser selon la revendication 13, caractérisé en ce que la source du rayonnement ionisant est un laser auxiliaire ( 9) qui donne une longueur d'onde de sortie inférieure à 360 nm. Laser selon la revendication 14, caractérisé en ce que le laser auxiliaire ( 9) est un laser à halogénure d'un gaz rare. 16 Laser selon la revendication 14, caractérisé en ce que le laser auxiliaire ( 9) est un laser à azote. 17 Laser selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif ( 10, 11) destiné à diriger une partie du faisceau de sortie du laser auxiliaire dans le milieu actif ionisé lors du passage entre les électrodes ( 5) afin que des électrons des molécules ionisées capables de donner un halogène soient extraits et facilitent la création et l'entretien de la décharge électrique dans le milieu actif. 18 Laser selon la revendication 13, caractérisé en ce que la source d'un rayonnement ionisant est une source de rayons X.