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Maser optique.
La présente invention concerne les masers optiques,com- munémet appelle lasers et, plue spécialement, des lasers recevant leur énergie de pompage d'une source optique pouvant ètre modulée à haute fréquence.
On lait qu'un mater utilise un milieu actif, gaseux, liquide ou solide, dans lequel une "action de pompage au moins intermittente peut établir une répartition de population non équi- librée dans au moins une paire d'états d'énergie espacés de ses électrons Ce "pompage" est aussi appelé "préparation d'état".
Dans cet état de non-quilibre, on dit du milieu qu'il a une tempé- rature négative. Comme le système tend toujours à revenir à son état d'équilibre par un processus luttant contre l'action de pom-
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page et appela relaxation, l'état de température négative repré- sente une accumulation d'énergie potentielle.
Il 'ensuit qu'il est nécessaire de disposer de l'un ou l'autre moyen pour fournir de l'énergie à un tel système pour
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faire passer les électrons, par excitation* de leur état d' équili- bre à leur état de non-équilibre,
Dans un tel système, l'énergie potentielle accumulée est révélée par la température négative du milieu actif et, lorsque cette énergie est libérée, elle l'est sous la forme d'une
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énergie ondulatoire à une ou des fréquences déterminées, tes fré- quences sont déterminées par les états de température négative qui sati,sfont à la loi de Planck relativement A toute paire de ni- veaux d'énergie en non-équilibre représentée par l'équation
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oh E2 et E représentent respectivement les niveaux d'énergie supérieur et inférieur,
et h est la eonstente de Planck, S1 on applique, au milieu actif se trouvant à une température négative, une fréquence satisfaisant 1)équation (1), le signal appliqué
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stimule l'1181on de radiations & la fréquence de signal et l'énergie rayonna est en phase avec le signal appliqué et ampli- fie celui-ci.
Il peut s'agir d'un processus ininterrompu si de l'é- nergie est appliquée sans interruption au milieu sous la forme
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d'er1e de pompage de manière à exciter continuellement sous forme cyclique, des électrons du milieu actif de façon qu'ils pas- sent d'un ou plusieurs états d'énergie de niveau inférieur a leurs /tata d'énergie de niveau supérieur d'ott les électrons re- tombent à leurs états d'énergie de niveau inférieur lorsqu'ils Mettent desradiations de façon . compléter leur cycle de transmis- sion d'énergie.
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Dans les laser., la fréquence de pompage est habituelle-
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ment supérieure à la fréquence de laser ou fréquence d'ampl1f1oa- tion. En outre.* pour transformer une énergie des sources indus- trielles habituelles en énergie à la fréquence de pompage, il faut habituellement passer par deux ou trois stades de conversion de fréquence.
Le dernier stade implique habituellement aussi une trans-
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formation de radiation non cohérente en radiation aar4hranta. cor- me les moyens utilisas pour ces conversions n'atteignent pratique-
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ment jamais un rendement de 1(jO)e ces conversions s'accompagnent nécessairement de pertes d'énergie, D'autre part, dans certains lasers, particulièrement ceux utilisant un milieu actif à l'état solide, l'énergie fournie pour créer la température négative du milieu se trouveà des fréquences représentât des différences en- tre tats d'énergie notablement plus grandes que celles correspon-
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dant à la fréquence du signal à amplifier.
Cela signifie que l'éner- gie se trouvant à toute fréquence absorbée par le milieu actif mais non à une fréquence pouvant être utilisée dans le processus d'amplification des radintions par émission stimulée échauffe le milieu et entraîne donc une diminution du rendement général.
Il y a une grande probabilité qu'une partie des atonies
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des milieux actifs soient excitas plus que d'autre. A des états d'énergie de niveau supérieur par de ixrer3r ondulatoire dans certains bnndes de fréquence. Comme les atomes absorbent de l'énergie quand ils passent de leurs tats d'énergie de niveau
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ntr1eur à leurs états d'énergie de niveau supérieur, cette bande de fréquences constitue la bande d'absorption du milieu.
Les atomes amenas par excitation à leurs (tata d'énergie de niveau supérieur
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ne retombent pas dans leurs états d'n.r1. de niveau inférieur en suivant la même route cue celle qu'ils ont suivi en passant
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dans leurs t8t. à haut niveau, un grand nombre de ces atomes plus fortement excitas Mettent spontanément des radiations quand ils passent de leurs tats d'énergie de niveau supérieurs un état d'énergie de niveau inférieur, et s'il se produit alors une fac- tion entre l'énergie ondulatoire et une fréquence correspondant à
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la différence entre les états d'énergie dans lesquels ils ont Omis spontanément et leur état normal d'énergie de niveau inférieur,
ces atomes battent de l'énergie ondulatoire électro-magnétoique cohérente par fission de radiations stimulée. L'énerqie aux fréquences correspondant à la différence entre le niveau d'énergie auquel se produit l'émission stimulée etles autres états d'énergie dans la bande d'absorption, doit être absorbée par le milieu actif sous forme de chaleur. C'est pour cette raison qu'il est souhai- ta .le d'injecter ou de pomper de l'énergie dans un milieu à une fréquence aussi proche que possible de celle correspondant à l'é- mission de radiations stimulée, afin de réduire la quantité d'éner- gie qui est dissipée dans le réseau cristallin et afin de réduire ainsi la quantité de chaleur connuniquée au milieu.
L'échauffement du milieu non seulement fait baisser le rendement mais, en outre, influence défavorablement la fonction laser,
La présente invention a pour but principal de procurer, dans un maser optiaue, un moyen perfectionna pour transformer de l'énergie électrique en nergie optique en vue de la préparation d'état de milieux de maser actifs avec un meilleur rendement.
L'invention consiste en un appareil maser comprenant un milieu à température négative, un moyen fonctionnellement associa à ce milieu et ré[ondant à l'irradiation par des Electrons de manière à produire de l'énergie ondulatoire rayonnante pour aliman- ter par pompage le dit milieu afin d'y effectuer une préparation d'état ayant pour résultat une température négative, ce moyen ayant une surface dont la superficie est notablement plus grande que celle de la surface du dit milieu, et un moyen pour irradier d'électrons ce moyen producteur d'énergie,
Plus spécifiquement,
la bande d'absorption du milieu actif du maser est liée au spectre de fréquence de pompage de fa- çon qu'en substance tout le spectre de fréquence de sortie de la source de pompée tombe dans la bande d'absorption du milieu ac- tif tout en @tant simultanément voisin de la fréquendce à laquelle
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se produit une émission stimulée,ce qui augmente le rendement général,
Il est connu de dériver de l'énergie eux fréquences op- tiques d'une source de courant électrique continu ou aux fréquences de réseau industriel,pour alimenter par pompage des milieux actifs de maser afin d'effectuer une préparation d'état en vue d'une fonc. tion maser* on a tiré profit de ce que, dans certains milieux,
la bande d'absorption est plus large que le spectre en substance linéaire de la bande d'émission et, de cette manière, l'énergie d'une source lumineuse ayant une bande de fréquence relativement large est absorbéepar le milieu et ensuite remise dans le spectre linéaire étroit.
Selon la présente invention, un moyen est prévu dans l'appareil maser pour transformer efficacement de l'énergie électrique en énergie optique entièrement à l'intérieur de la bande d'absorption du milieu et très près de sa bande démission, ce qui permet d'obtenir une préonwation d'état de milieu actif dont le rendement est considérablement amlior,
L'invention procure un=essoures laminseuse à l'état so- lide pour alimenter par pompage un milieu de maser optique capable de fonctionner avec un bon rendement à des débits importants,
dans lequel l'énergle optioue cohérente de sortie peut être modulée fi- délestent eux très hautes fréquences et pouvant être agence par rap- port au milieu du maser de manière à produire une densité de flux très leve et un meilleur coefficient de couplage optique entre la source lumineuse et le milieu actif du maser, Le milieu aotif est alimenta par pompage optique grâce à l'émission de matières luminophores bion choisies et excitées par un courant d'électrons,
Cette construction permet d'obtenir une grande souplesse d'adap- . totion entre l'émission des matières luminophores excitées par des électrons à énergie élevée et la bande d'absorption du milieu actif.
L'appareil maser suivant l'invention constitue aussi un ' maser optique dans lequel on peut effectuer la modulation linéaire de l'énergie optique cohérente de sortie au moyen d'un signal de commande Electrique et dans lequel en substance tout le débit
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optique d'une source de pompage optique l'état solide de grande superficie frappe, par réflexions multiples, un milieu actif à l'état solide d'une superficie notablement plus petite que celle de le source optique, et dans lequel une surface luminophore exci- tée par des Electrons et constituant aussi une source d'énergie de pompage optique, et un milieu actif à l'état solide alimenta par pompage par celle-ci peuvent êtrerefroidis indépendamment l'un de l'autre.
pour bien faire comprendre l'invention, on la décrira ci-après avec référence aux'dessins annexe, dans lesquels!
La figure 1 est une coupe longitudinale d'un appareil construit suivant la présente invention,
La figure 2 est une vue en bout de l'appareil de la figure 1.
La figure 3 est une représentation schématique de la façon dont l'énergie optique provenant de la matière luminophore est couplée au milieu du maser par réflexions multiples.
Les figures 4A et 45 sont dos graphiques ayant le même axe des abscisses et montrent respectivement (1) la partie de la radiation totale interceptée par le cristal pour différents pou- voirs réflecteursde la matière luminophore en fonction du rapport des diamètres effectifs D/d et (2) la radiation totale interceptée, c'est-à-dire S x D, en fonction du rapport des diamètres effectifs D/d. Sur les deux graphioues, les courbes correspondent à des pou- voirs réflecteurs exprimés en pour-cent du pouvoir réflecteur total.
La figure 5 est un graphique montrant la relation qui existe entre une matière luminophore sélectionnée et le tande d'ab- sorption d'un échantillon d'un milieu de maser # rubis, et
La figure 6 est un graphique semblable montrant la re- lation entre le spectre d'une autre matière luminophore sélection- ne et le bande d'absorption d'un échantillon d'un milieu actif - au fluorure de calcium doté au samarium.
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D'une façon générale, la présente invention comprend un . moyen pour produire un faisceau d'électrons à courant élevé, à forte densité et à haute tension que l'on dirige sur une louche de matière luminophore appliquée sur une surface de cavité cylindrique de grande dimension entourant un échantillon de milieu actif à l'état solide. La 'matière luminophore a un temps d'amortissement très court et est choisie de façon que la fréquence d'émission coin- cide en substance avec le spectre d'absorption de l'échantillon de milieu actif de maser.
Quoi qu'on ait représente un Milieu actif à l'état solide l'invention s'applique sussi à des milieux actifs liquides ou gazeux convenablement enfermas de manière à constituer un échantillon actif de dimensions bien délimitées. L'énergie électrique servant à produire le faisceau d'électrons est convertie en énergie optique à le fréquence de pompage désirée par la matiè- ro luminophore se trouvant sur la surface entourant le corps de milieu actif.
Si on choisit un milieu actif dont la bande d'absorp. tion optique est voisine de la bande d'émission de radiations du milieu actif, on obtient un rendement /levé et de ce fait) ungros pourcentage d'énergie optique est utilisable pour effectuer une préparation d'état dans les électrons du milieu actif de manière à obtenir les températures négatives nécessaires et la fonction maser dans le milieu. Ceci a pour effet de relever considérablement le rendement général du système comparativement aux systèmes con- nus jusqu'ici.
Une particularité importante de la présenteinvention con- siste à disposer une couche de matière luminophore sur un support réfléchissant enferma ayant une fort pouvoir réflecteur, le sup- port et la couche luminophore entourant le milieu du maser repré- sent? loi sous la forme d'une tige.
Comme la réflexion de la sur- face du luminophore est diffusée,ainsi que cela est exposé plus en détail ci-après, des réflexions multiples se produisent et ré- sultent en un couplage optique très efficace entre la Matière lumi- nophore et le milieu actif du maser',
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Comme le spectre des radiations de la matière luminophore
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' est déterminé par le niveau d'énergie des activateurs se trouvent dans le fuseau cristallin de la matière luminophore,
on peut adap- ter le spectre d'émission de la matière luminophore à la bande d'absorption du milieu actif d'une façon très simple en faisant un choix appropria des activateurs et du roseau cristallin afin d'ob- tenir le rendement de pompage le meilleur et un échauffèrent le plus petit possible du milieu du l&ser, La densité des radiations,
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ctest-à-dir4 amplitude de l'/nergie optique émise, est dtern1. net par la densité et la tension du faisceau électronique d'exei- tation et, par conséquent, la source des radiations /mises peut être facilement modulée en modulant le faisceau électronique de façon appropriée.
Le dispositif brièvement décrit ci-dessus peut être
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appela maser optique cathodolum1nescent . pompage. Une forme d'ex- oution perfectionnée d'un tel dispositif selon la présente inven- tion est représentée aux dessins annexas.
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La figure 1 représente 8ohJ.mat1quement un tube à rayons cathodiques spécial 10 se composent essentiellement de deux cylin- dr.8 concentriques loa a 10b réunis par deux parois d'extrémité 100 et lord. Une cathode annulaire 11 est disposée de façon que'son axe se confonde avec l'axe du tube à rayons cathodiques. La catho- de 11 est maintenue., de façon appropriée, entre les parties cylin- drioues intérieure et extérieure de l'enveloppe du tube' rayons
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cathodiques. La cathode 11 est pourvue d'une surface à m1881v:S.tC Electronique ,, ayant le. forme g4ne-rois d'un disque annulaire con- cave. La cathode est destinée a être chauffée par une résistance chauffante 16 se trouvant à l'arrière de la surface d'émission 14.
Un réflecteur de chaleur 17 formant écran, de tout type appropria,
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est placé à l'arrière de la résistance chauffante 16 de manière à concentrer la chaleur sur la surface à m1.s1v1t électronique U, Devant la surface à exiotivité électronique z4 se trouve une 1110. trode de commande appropriée la fixée de façon appropriée par rap- port à la cathode 11,
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Dans la représentation schématique, l'enveloppe du tube
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à rayon.
cathodiques 10 est en verre afin de résoudre tout pré*1 blente d'isolement mais, dans une forme d'exécution en court de construction, l'extrémité de droite, contenant l'anode et le on-
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formateur de champ, est faite en métal tandis que lîoxtrMit4 de gauche, contenant la cathode et 1 électrode le commande, est fuite en verre.
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La cathode 11 est associée à des Olootrodes de eonfor" Nation de champ et à un substrat 19 conducteur de l'électricité
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recouvrent la patati intérieure de l'extrémité de droite du cylin- dre extérieur 10a de manière à constituer l'anode recueillant les électrons ou collecteur, afin de produire un courant d'électrons uniformément reparti sur tout la couche luminophore du substrat,
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A cet effet, deux écrans conducteurs tronconieues sont plaçât devant la surface à émissivita électronique 14, à savoir à écran extérieur 26 et un écran intérieur p7. L'loran extérieur P6 est porté par la paroi 1nt(.r18UI. du tube à rayonaeathodiquea 10.
L'oran intérieur 7.1 a une parti* cylindrique ?7a et une partie bzz'b s'évasent vers l'extérieur, L'extrémité extérieure de la partie évasé* 27b a un diamètre légèrement plus petit que celui de l'ex-
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tr4mit4 intérieure de l'écran 26, fn outre, l'extrémité extérieure de la partie conique ?7b de l'écran intérieur se trouve à une distnrtae dAt.rm1n. de la surface à émis si vite électronique , plus grande que celle de l'extrémité intérieure de l'écran extérieur 26.
'Le vide entre les deux écrans constitue un espace annulaire ouvert 30.
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lieu écrans pub et 27 jouent un double rôle. Ils conforment le faisceau d'électrons lorsqu'on leur applique des potentiels approprieaet il* servent d'écran thermique pour empêcher que la chaleur de la cathode 11 atteigne la partie de droite de l'1nt.. rieur de l'enveloppe du tube à rayons cathodiques, là ob se trouve la Matière luminophore. lorsqu'on applique des potentiels appro- pria aux ?cran$ 26 et psi par rapport à la cathode 11, on orée un faisceau dci,tctra cylindrique creux entre les deux extrémités
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adjacentes des Ecrans 26 et p'.
es faisceau électronique cylindri- que se compose de plusieurs faisceaux électroniques différents dont le pourtour extérieur est représenté par les lignes en traita de chaînette 35a et 35b qui se croisent en rubis tance au centre de l'espace annulaire 30 compris entre les extrémités adjacentes des écrans 26 et 27.Les différents faisceaux d'électrons diver- gent. partir de l'espace annulaire 31 et s'épanouissent sous la forme d'une enveloppe ressemblant en substance à un pilon de mor- tier qui aboutit au substrat 19 et à la couche luminophore qui le recouvre.
Le faisceau Epanoui d'électrons ainsi formé est un résultat de l'action conjointe des champs électriques appliquas
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entre la cathode 11, les Ecrans 26, zei et le substrat conducteur l.
Comme précité, l'enveloppe du tube à rayons cathodiques de la forme d'exécution représentée est faite en verre et, par con- séquent, le substrat 19 peut consister en une mince pellicule d'a-
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lum1n1um déposée sur la paroi intérieure de la partie de droite du cylindre extérieur 10a Si cette partie de l'enveloppe était en métal, du cuivre par exemple, on donnerait à la paroi intérieure un poli se rapprochant le plus possible du poli optique et sur cette paroi on déposerait une mince couche d'argent,
Fn tout cas, on dépose sur. la substrat 19 une couche
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de mQt1.r.1u1nophor.
31 ayant des caractéristiques choisies en corrélation avec les propriétés d'un Echantillon du corps de mi-
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lieu de ,caser il formé d'une tige ayant une longueur correspondant à l'étendue du substrat 19 et de la couche luminophore 31,
La position de la tige de laser 33 peut être réglée à
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l'intérieur du cylindre lOb de toute manière appropriée ne sloop. posant pas au couplage optique entre l'énergie optique prévenant de la couche luminophore 11 excitée Il.otron1u.m.nt et la tige ' de laser z, par exemple, des pinces métalliques a friction peuvent être attachées à l'extrémité de la tige et peuvent venir en contaet de frottement avec l'intérieur du cylindre lOb.
S'autre part,une tige servant auxaanipulations peut être attachde à l'extréaité in-
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Prieuré de la tige de laser 33 et un moyen de réglage approprie
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peut être tonctionnellement associa à la tige de manipulait pour mener la tige de laser 33 dans la position voulue, Comme cela est habituel dans les masers optiques, les
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deux extr(1t1 33a et 33b de la tige de laser bzz sont optiquement parallèles, l'extrémité intérieure 33a tant pourvue d'un revête- ment à haut pouvoir de réflexion, comme de 1 aluminium, tondit que l'autre extrémité 33b est recouverte d'une couche à haut pouvoir
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de rtlex10nperce,
au centre, d'une petite ouverture 3,4 o=oti- tuant l'iris de sortie de l'énergie optique cohérente, par lequel le faisceau de lumière cohéreate 36 est t<Jh1..
Lorsque les électrons à haute tension provenant de la surface démission 14 de la cathode 11 sont dirige au travers de
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l'espace annulaire 30 compris entre les Ecrans P6,P7 et ont ré- partisde manière à bombarder en substance uniformément la surface cylindrique intérieure de la couche luminophore 31 l'énergie de radiation partant de tous les points de la matière luminophore est
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rfléch1e de façon diffuse vers la tige de laser z ainsi que d'autres parties à l'intérieur de l'enveloppe du tube a rayons cnthodioues.
En d'autres mots, la forme d'exécution représentée et décrite comprend un maser optique dans lequel un corps de milieu de laser est complètement entoura par une source d'énergie rayon- nante multipliée par réflexion qui frappe en substance en totalité la même partie de la tige de laser 33, la seule limite de rende-
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ment 4tant constituée par les portes découlant de ce qu'aucune matière n'a un pouvoir de réflexion de 100% et par certaines autres pertes comme celles pouvant provenir de oe ou'une petite partie de lumière s'échappe au travers de l'espace annulaire Etroit 30 com- pris entre les écrans 26 et 27 dans le voisinage de la cathode 11,
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Il a 4te dit que la densité de radiation de l'/n.rg1.
optique provenant de la matière luminophore est d&t.m1nCe par la densité et la tension du faisceau électronique d'excitation. En
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substance, pour toutes les-matières luminophores et, en particulier, pour celles choisies pour être utilisées avec la présente invention, il y a une relation linéaire entre l'énergierayonnate faite par la matière luminophore et la densité du faisceau d'électrons d'ex- citation. par conséquent, l'énergie rayonnante provenant de la couche luminophore 31 peut être réglée de façon souple et peut être facilement modulée en règlent la densité du faisceau d'leo- trons.
Le faisceau d'électrons peut être entièrement interrompu ou légèrement module par une tension de connande appliquée à l'é- lectrode de commande 18.
En ce qui concerne le fonctionnement du maser optique suivant la présente invention, la résistance de chauffage 16 peut être alimentée par toute source appropriée (non reprisent*). Une source appropriée de tension de modulation 4! est connectée entre la surface à émissivité électronique 14 de la cathode et l'élec- trode de commande 18. Une source appropriée de tension continue élevée 42 est connectée entre la cathode 11 d'une part et l'écran extérieur 26, l'écran intérieur 27 et le substrat conducteur 19 d'autre part, ce dernier étant électriquement relié à l'écran ex- térieur 26. La densité du faisceau électronique est déterminée par la tension de la source 42 et par la tension de modulation de la source 41.
L1 source de modulation 41 peut être une source de ten- sion négative suffisante pour polariser le tube rayons cathodi- ques de manière à l'amener au delà de son point de coupure ou bien elle peut être une source de tension à variation régulière et con- tinue provoquant une variation régulière et continue de la quanti- té d'électrons circulant de la surface de la'cathode ll à l'anode ou substrat 19,
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Le spectre démission de la matière luminophore 31 peut être adapté à la bande d'absorption du milieu actif du maser en choisissant de façon appropriée la composition et les
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activateur,s ces,.La matière luminophore de manière à obtenir le meilleur rendement de pompage et un éehauffemont minimum du milieu de maser.
La banoe d'absorption d'un rubis doté au chrome va de 5.150 à 5.850 angstr'dma. La largeur de bande de spectre est d'environ 700 angotedant La bande d'absorption du fluorure de calcium dote au saaarium va de 3*950 à 6.450 Inls- tr8MI. La largeur de bande du milieunde maser au fluorure de calcium est d'environ 500 angstrma. La matière luainophort tn2S104" du misJ1v1t4 verte a un spectre d'émission allant de moins de µ000 angotrdme à un peu plus de 6.000 anlt1 comme . le montre le graphique o la figure 5# Ce graphique montre aussi qu'environ 75% de l'émission de cette matière luminophore tombe dans la bande d'absorption du rubis* Le rubis doté au chrome fonctionne à la température ambiante mais exige une irradiation
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de l'ordre de 500 watt. par cm et plus pour obtenir une fonttion muser.
Plusieurs matières luminophores vendues actuellement ont un spectre d'émission couvrant en substance la bande d'absorp-
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tion du fluorure ae calcium doté au on-iari=o L'une d'elles est le 3(P04)2IMn qui a un spectre d'émission représenté A la figure 6. Le fluorure de calcium doté au samarium exige une irra- diation de seuil de 20 watts par cm3 mais, pour une fonction laser, il colt être maintenu à la température de l'azote liquide* Dans le cas de la tome d'exécution représentée, si on désire utiliser un échantillon de fluorure de calcium comme milieu de laser, la tige 33 peut être faite creuse de manière à rece- voir l'azote liquide.
Si le cristal de rubis est utilisa il suffit d'avoir recours à un moyen pour refroidir le cristal à la température ambiante.
Il S'ajoute à la souplesse de commande et à la possi- bilité de modulation linéaire de la source maser à l'état solide
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par pompage optique obtenues avec la couche luminophore cylin- drique 31 à bombardement électronique, deux autres particulari- tés importantes de l'invention, notamment, en premier lieu, la facilita d'extraire la chaleur de la surface de matière lumi- nophore cylindrique agrandie et du milieu de maser de façon indépendante et, en second lieu, la multiplication de la densité de flux grâce à l'agencement représentât
Afin de pouvoir extraire la chaleur de la couche lumi- nophore 31,
la partie cylindrique de droite du tube A rayons catho- diques 10 peut être pourvue d'un échangeur de chaleur approprié (non représente.), Comme précité, une enveloppe en verre est re- présentée dans le cas de la l'orne d'exécution considérée et, de ce rait, un moyen pratique de refroidissement pourrait consister en un milieu gazeux d'échange, y compris l'air. Cependant, dans le cas d'une forxe d'exécution à très grande capacité utilisant une enveloppe métallique, un échangeur de chaleur utilisant un agent de refroidissement liquide est plus indiqua.
Un aspect important de l'invention retient en ce que la matière luminopho- re est disposée sur le grand cylindre entourant le milieu de maser, à une bonne distance de celui-ci de Maniera à produire un isolement thermique notable. Crâce aussi à la grande surface de matière luminophore, il est possible d'obtenir une énergie optique suffisante lorsqu'on fait fonctionner la matière lumi- nophore notablement au-dessous de sa valeur de saturation,, ce qui prolonge la durée (le vie.
Ceci est particulièrement vrai puisque la couche luminophore cylindrique 31 A bombardement élec- tronique constitue un muitiplicateur de la densité du flux pour toute l'énergie optique *aise par la matière luminophore
Il a t dit que le spectre démission de la matière luminophore tombe à l'intérieur de la bande d'absorption de l'échantillon de milieu de laser et qu'il y a Ainsi un couplage optique efficace entre l'énergie optique provenant de la matière luminophore et la matière du -,axer.
En outre, le spectre démis- sion de la matière luminophore est voisin du spectre linéaire
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de la sortie cohérente du milieu de mater* ce qui implique un minimum de reconversion et, par conséquent, une réduction des
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pertes par ahaut'eaenG dans le milieu de :gager$ La pellicule 19 en aluminium conducteur a un pouvoir de réflexion très élevé et, de raliae, la couche luminophore 31 dépo- tée sur la pellicule d'aluminium a un pouvoir de réflexion allant de 88;
4 à 99, atteignant X00?i dans certains case La pellicule conductrice et la couche luminophore sont, de préférence, éten-
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dues aux surfaces des électrodes ut conformation de champ 26# 27 et à la paroi d'extrémité de droite de l'enveloppe, afin qu'il y ait un Maximum de réflexion de l'énergie optique et un
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minimum de perte dnergie optique du cbté droit du tube.
Ino1- dénient, les écrans 26 et 27 servent d'écrans thermiques et réduisent au minimum le transfert de chaleur de la cathode vers la partie de droite de l'enveloppe contenant la matière luminophore, Le rayonnement de tout point de la surface de la
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couche luminophore est Lambertien, e'est-4-dire que l'1nten- sita de la radiation est fonction de cosinus ae l'angle de radiation. Ceci est reprisant*5 à la figura 3. Par conséquente la densité maximum de radiation est dirigde radiaiement sur la tige de milieu de laser 33 de n'importe quel point et de tout point de la pellicule luminophore 31.
Comme la figure 3 le
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montre, une partie considérable des radiations passe z est" de la tige ce laser 33 do part et d'autre ce celle-ci et frappe la
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paroi portant la noiiieuie luminophore 31 de part et d'autre de la tige 33, ou cette radiation est à nouveau rdtl4chie de façon diffuse. Cette réflexion est aussi Lambertienne. Pour chaque point de matière luminophore initialement excita, il se produit
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une $6rie ce réflexions multiples à brillance décroissante.
On peut facilement se rendre compte que, lorsque la surface entière de la couche luminophore 31 est excitée simultanément par le faisceau d'électrons, l'énergie optique part simultanément de n'importe quel point et de tout point de la pellicule luminophore et elle est réfléchie de façon diffuse simultanément de telle manière qu'une partie des radiations frappe la tige de laser
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33 dont l'axe se confond avec l'axe de la surface cylindrique intérieure 31 Plus spécifiquement, une partit a de radiation partant d'un point de la matière luminophore et incluse dans l'angle % (voir figure 3)
est interceptée par la tige de laser 33 chaque fois qu'il y a réflexion. Une fraction r de ce qui reste
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est r4tléch1., désignant le pouvoir réflecteur optique de la matière luminophore. Les radiations interceptées par la tige
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de laser J3 à la suite de la série de réflexions peuvent fctre exprimées mathématiquement de la façon suivantes S a + a r (1-aJ # a :2 (1-a)2 4. a r3 (i-a)3 + ,) 4uat;
Si on utilise cette formule d'addition pour une progression géc- métrique infinie, les radiations interceptées par le cristal sont données par :
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(Equation 2)
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Comme les radiations de la surfaoo luminophore 31 sont ùl}nb.rt1enn.., Ls facteur d'1nttro.ptlon a est plus grand que l'angle périphérique sous-tendu par le diamètre effectif de la tige do laser 33. di on néglige Ion effet* d' extrémité, l'ona éra- ble des radiations suivant la loi du cosinus donne un feeteur dointerceptton a t
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2 B c08adc 2 B/ cosacta a- 11 ;
'0 r .. "'/2' r h -s1n G . ! (lcu"t10n 3) 8,,, couada
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où si est le diantre effectif de la tige de laser 33 (oe dam'. tre effeotif et légèroment inférieur au diamètre ?del) et D est le diamètre de la cavité, o-.at-à-01r, le d1amt. de la couche -Luminophore 31 à surface cylindrique, Si on combine
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les équations (2) et (3J, on obtient):
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(Equation 4) ceci donnant la fraction des radiations totales intercepta par la tige de laser 33. La variation de cette fraction en fonction du rapport des diamètres effectifsD:d est donnée à la figure 4A.
Comme cela ressort de l'équation (4), le facteur d'in- terception ± diminue lorsque le rapport D:d augmente. Le flux total mis par la matière luminophore dans la cavité forage par la couche luminophore 31 augmente* au contraire, avec le diamè- tre de la cavité à cause de l'accroissement de la surface missi- ve de la matière luminophore. Le produit 8 x D est donc une mesure de la quantité de radiations frappant la tige de laser 33.
Ce produit est port'} sur la figure 4b en fonction du rapport des diamètres effectifs D/d.
Il ressort de ce qui procède que le dispositif conforme à la présente invention procur une densité de flux optique . considérablement plus élevée sur une tige de laser 33 se trouvant au centre de la cavité formée par la couche luminophore 31 que dans le cas où une couche luminophore serait directement déposée sur la tige de laser 33. La présente invention n'est pas limitée a la forme d'exécution déterminée représentée. Par exemple, la couche luminophore 31 et le milieu de laser 33 pourraient avoir .La forme de deux sphères concentriques.
Il est clair que le phé- nomène de réflexions multiples résultant de la construction sui- vant la présente invention est capable de produire une densité de flux de nombreuses fois supérieure & ce qui est directement dis- ponible sur la surface de la matière luminophore.
Le dispositif de la présente invention est capable de fonctionner soit en con- tinu soit par impuisions de très grande puissance, du fait que la phénomène de réflexions multiples augmente la densité de flux et que toute perte d'énergie dans la matière luminophore elle- . même peut être facilement dissipée puisque cette matière lumino- phore est physiquement entièrement séparée de la tige ou autre corps de milieu de laser qui peut aussi être refroidi de façon entièrement indépendante,