Appareil électrique à décharge et laser à gaz pompé par une
décharge électrique dans le gaz.
La présente invention concerne un appareil électrique à décharge dans lequel une décharge luminescente
est produite dans un gaz entre deux électrodes. Elle a
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laser à gaz pompé ou excité au moyen d'une telle décharge.
Cet appareil peut être pourvu d'un système d'ionisation préalable pour produire une concentration de fond
élevée des électrons avant que la décharge principale soit
amorcée. Ceci facilite 1 '.amorçage de la décharge principale et permet d'introduire une quantité d'énergie plus
importante dans la décharge sans produire un arc entre
les électrodes de décharge. Un système d'ionisation préalable connu pour des lasers à gaz utilise un fil métalli-que de déclenchement qui entraîne une ionisation préalable par émission électrostatique. Dans un autre système connu de ce genre, de petites étincelles sont introduites dans le volume de gaz et des rayons ultraviolets provenant de ces étincelles produisent l'ionisation préalable. Chacun des systèmes connus précités a des inconvénients qui lui sont propres et qui peuvent être plus ou moins importants selon l'application choisie et l'invention a pour but de procurer une variante de système d'ionisation préalable pour un laser à gaz, qui puisse
être plus avantageuse que les systèmes connus pour certaines applications. L'invention a aussi pour but de procurer
un système d'ionisation préalable simple, robuste et peu onéreux pour un laser à gaz ou un autre dispositif à décharge dans un gaz en vue d'y améliorer l'efficacité de
la décharge.
Suivant un aspect de l'invention, il est prévu
un appareil de décharge électrique comprenant une première et une deuxième électrode pour faire passer une décharge électrique dans le gaz contenu dans un espace de décharge entre les électrodes et un élément d'ionisation préalable qui est fait d'une matière de résistivité intermédiaire et qui est placé au moins près du dit espace de telle sorte que l'application d'un potentiel de décharge entre les électrodes provoque un flux de courant dans l'élément et une ionisation préalable du gaz.
Suivant un second aspect de l'invention, il est prévu un appareil à laser à gaz comprenant une cavité optique, une première et une deuxième électrode pour produire une décharge électrique dans. le gaz dans un espace de décharge prévu entre les électrodes en vue d'exciter le laser et au moins un élément d'ionisation préalable qui est fait d'une matière de résistivité intermédiaire et qui est placé au moins près du dit espace de telle sorte que l'application d'un potentiel de décharge entre les électrodes provoque un flux de courant dans l'élément et une ionisation préalable du gaz.
L'appareil comprend avantageusement au moins
un autre élément d'ionisation préalable fait d'une matière . de résistivité intermédiaire, les éléments d'ionisation préalables s'étendant le long des côtés correspondants de l'espace.
Une partie de l'élément d'ionisation préalable ou de chacun d'eux est de préférence au moins en substance adjacente à la première électrode et cet élément s'étend le long de l'espace vers la seconde électrode. Il est encore davantage préférable que des parties respectives de l'élément d'ionisation préalable ou de chacun d'eux soient au moins en substance adjacentes aux deux électrodes ou, mieux encore, que l'élément d'ionisation préalable ou chacun d'eux soit en contact physique avec au moins une des électrodes. L'élément d'ionisation préalable ou chacun d'eux s'étend avantageusement dans le sens transversal à celui qui s'étend entre les électrodes, suivant au moins la majeure partie de l'étendue des électrodes, dans ce sens transversal.
Dans la totalité du présent mémoire, par l'expression "matière de résistivité intermédiaire", on entend une matière qui n'est ni un diélectrique ni un bon conducteur métallique et qui comprend, par exemple, des' matières telles que des semi-conducteurs cristallins et du carbone, ainsi que des compositions de carbone du genre utilisé pour fabriquer des résistances..11 est facile de déterminer si des matières particulières sont adéquates et si la gamme de résistivité est utilisable expérimentalement, car si la résistivité est trop faible ou trop élevée, l'effet d'ionisation préalable s'atténue ou disparaît. D'autres informations concernant le choix de matières adéquates sont données plus loin dans le présent mémoire.
La résistivité de la matière est de préférence d'au moins 50 ohms. cm. De plus, quoique, comme décrit plus haut, on puisse utiliser d'autres matières telles que du carbone et des compositions de carbone, on a obtenu jusqu'à présent les meilleurs résultats avec les matières semi-conductrices cristallines mentionnées plus haut,. par exemple le silicium et le germanium.
Pour mieux comprendre l'invention ainsi que la manière de la mettre en oeuvre, on se référera à la description détaillée donnée ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés dans lesquels:
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matique de la cavité optique d'un laser à gaz excité transversalement,
la Pige 2 est une vue en coupe suivant la ligne AA. de la Fig. 1, et
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Comme le montrent les Fig. 1-et 2, le laser comprend une chambre comportant une entrée 8 destinée à recevoir le gaz du laser, par exemple un mélange de dioxyde de carbone, d'azote et d'hélium dans les proportions respectives de 10 : 10 : 80, et une sortie 9 pour le gaz. Dans la chambre sont prévues deux électrodes 1 et 2. Les électrodes peuvent être en laiton ou en un autre métal adéquat et elles comportent de préférence des bords profilés pour assurer une répartition uniforme du champ entre elles. Par exemple, les bords peuvent être arrondis
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connu sous le nom de profil de Bogowski ou une approximation de celui-ci. Un miroir concave 3 réfléchissant à
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aux extrémités respectives de la chambre pour délimiter une cavité optique entre eux. Pendant l'utilisation du laser, le mélange de gaz s'écoule dans la chambre 7 en substance sous la pression atmosphérique et des impulsions de décharge sont appliquées aux électrodes à partir d'un circuit de décharge classique (non représenté) en
vue de produire une décharge luminescente dans le gaz entre les électrodes. La décharge est donc transversale
à la direction (c'est-à-dire entre les miroirs) de l'axe du rayon du laser et c'est la raison pour laquelle l'appareil laser est décrit ici comme étant "excité transversalement". Aux côtés opposés de l'espace de décharge entre les électrodes sont prévus des éléments d'ionisation préalable 5 et 6 qui s'étendent entre les électrodes et qui sont en contact avec chacune d'elles. Les éléments d'ionisation préalable sont faits d'une matière présentant une résistivité intermédiaire, c'est-à-dire qu'ils
ne sont ni de bons conducteurs, ni de bons isolants. Lorsqu'une impulsion de tension est appliquée entre les
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production d'une concentration de fond d'électrons élevée dans l'espace entre les électrodes et cette ionisation préalable contribue à l'amorçcage d'une décharge luminescente entre les électrodes. L'effet semble être du à la formation de nombreux petits arcs électriques entre les électrodes et les éléments, ces arcs produisant un rayonnement ultraviolet qui,à son tour, produit l'effet d'ionisation préalable. La résistivité de la matière
dont les éléments 5 et 6 sont faits doit donc être suffisamment basse poux assurer que le courant formant l'arc puisse passer, mais insuffisamment basse pour que les arcs s'entretiennent d'eux-mêmes ou cessent d'être bien répartis sur toute la longueur de chaque zone de contact entre les électrodes et les éléments (c'est-à-dire que si la matière est un bon conducteur, les arcs peuvent se concentrer pour ne former que quelques arcs puissants largement espacés, ce qui a pour résultat de nuire à l'uniformité de l'effet d'ionisation préalable). Il est préférable que la. résistivité
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valeur, une proportion trop importante de l'énergie de
la décharge s'écoule à travers les éléments et est perdue. De plus, on estime que certaines matières ayant des résis-
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fester des faux effets non linéaires, par exemple un cheminement superficiel. Cependant, il est possible que certaines matières ayant des résistivités extérieures à
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à celle-ci, puissent être utilisées et puissent être avantageuses du point de vue économique, même si elles ne sont pas aussi efficaces.
A titre d'exemple uniquement, un laser construit comme indiqué aux dessins pourrait avoir des électrodes d'une surface d'environ 150 mm sur 10 mm et séparées d'une distance d'environ ? mm, une cavité optique d'une longueur d'environ 220 mm et des éléments d'ionisation préalable
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d'épaisseur. Un tel laser peut être alimenté d'une densité d'énergie d'entrée d'environ 90 joules/litre et peut avoir une efficacité d'environ 8%.
On peut utiliser d'autres semi-conducteurs cristallins pour les éléments 5 et 6, par exemple du germanium polycristallin de 50 ohms. en et du silicium de type p
de 100 ohms.cm ont été éprouvés avec succès. De plus, des matières autres que des semi-conducteurs cristallins de ce type peuvent être utilisées, par exemple du carbone et des compositions de carbone.
Le laser décrit et représenté ne comprend pas
de fil métallique de déclenchement électrostatique ni
de système à décharge double pour introduire des étincelles dans le volume de gaz.
Un élément d'ionisation préalable à semi-conducteur seulement doit être utilisé et il peut être plus
court que les électrodes, mais la décharge est d'autant
plus courte que la longueur est plus petite. Dans certaines conditions, il peut être possible de tirer profit
de cet effet de la manière suivante. Il est préférable
que les bords des parties des électrodes entre lesquels
une décharge se produit et entre lesquels, par conséquent,
un effet laser se produit soient profilés comme décrit plus haut. Si une décharge se produit sur toute la longueur
des électrodes, leurs extrémités doivent être profilées
de mime que les cotes et ceci peut influencer le coût
de l'usinage des électrodes* en particulier dans les coins
où les profils latéraux et d'extrémité se rejoignent.
Si le ou les éléments d'ionisation préalable est ou
sont un peu plus courts que les électrodes, une décharge
ne peut pas se produire à leurs extrémités, auquel cas
ces extrémités ne doivent pas être profilées, c'est-à-dire
<EMI ID=11.1> versale sur toute leur longueur. Ceci permet de réduire le cotit de la fabrication du laser:
La Fig. 3 illustre, à titre d'exemple, des positions possibles d'un élément d'ionisation préalable M par rapport aux électrodes. Comme indiqué en (a) et (b) sur la Fig.3, l'élément d'ionisation préalable M peut être en contact avec les deux électrodes 1, 2. En (c) sur la Fig. 3, l'élément d'ionisation préalable M est représenté espacé des deux électrodes, l'espacement pour un laser tel que décrit plus haut devant être au maximum d'environ 1 mm,
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illustre l'élément d'ionisation préalable M en contact
avec l'électrode inférieure 2, mais séparé de l'électrode supérieure 1 par un intervalle. Cet intervalle peut être d'environ 2 à 3 mm.
L'élément d'ionisation préalable peut être couplé par voie capacitive à une des électrodes, par exemple une feuille ou une couche de matière diélectrique 10 peut
être intercalée entre l'élément M et l'électrode 1, comme indiqué en (e) sur la Fig. 3.
En (f) sur la Fig. 3, l'élément M est disposé dans le même plan que l'électrode 2 et un. bout de fil métallique 11 ou un autre conducteur métallique est connecté entre l'élément M et l'électrode 1. L'électrode 2,
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fication possible qui est facilitée par le fait que l'élément M se trouve dans ce cas dans le même plan que l'électrode 2 et n'obstrue par conséquent pas le côté de l'espace entre les électrodes. Selon cette autre modification possible le laser est disposé de telle façon que le gaz du laser traverse l'espace de décharge transversalement à l'axe du laser. Ceci peut aboutir à un meilleur effet de refroidissement et peut, par conséquent, permettre une augmentation de la fréquence de répétition des impulsions de décharge appliquées aux électrodes.
En (a), (b), (c), (d), (e) sur la Fig. 3, deux éléments d'ionisation préalable pourraient évidemment
être placés respectivement de chaque c8té des électrodes.
En (f) sur la Fig. 3, quatre éléments M au maximum pourraient être prévus, un à chaque bord latéral de chaque électrode.
Les éléments d'ionisation préalable conformes
à l'invention sont destinés à un laser à gaz, mais ils peuvent, bien entendu, être utilisés dans d'autres appareils électriques à décharge, par exemple dans des lampes à décharge et dans des dispositifs à décharge dans un gaz utilisés comme interrupteurs.
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1 - Appareil électrique à décharge, caractérisé en ce qu'il comprend une première et une seconde électrode servant à faire passer une décharge électrique dans un gaz dans un espace de décharge prévu entre les électrodes et un élément d'ionisation préalable qui est fait d'une matière de résistivité intermédiaire et qui est placé au moins près de l'espace, de telle façon que l'application d'un potentiel de décharge entre les électrodes provoque un flux de courant dans l'élément et une ionisation préalable du gaz.
2 - Appareil à laser à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend une cavité optique, une première et une seconde électrode pour produire une décharge électrique dans le gaz dans un espace de décharge entre les électrodes pour exciter le laser et au moins un élément d'ionisation préalable qui est fait d'une matière de résistivité intermédiaire et qui est placé au moins près de l'espace, de telle façon que l'application d'un potentiel de décharge entre les électrodes provoque un flux de courant dans l'élément et une ionisation préalable du gaz.