CA1052000A - Generateur laser a gaz - Google Patents

Abstract

Générateur laser à gaz comportant un milieu actif gazeux, au moins une ligne électrique d'excitation Formée d'une plaque isolante interposée entre une première et une seconde plaque métalliques, la première plaque présentant une Fente renfermant le milieu gazeux, un circuit de déclenchement d'une onde progressive de courant dans la ligne. Lesdites plaques sont découpées en forme de demiparaboles superposées. Une variante consiste à réaliser le générateur sous forme de deux demi-paraboles telles que ci-dessus mais isolées l'une de l'autre et portées à des potentiels différents. L'invention est mise en oeuvre dans les lasers à grande puissance.

Description

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La présente invention concerne des lasers à gaz dans lesquels une émission stimuléE est obtenue à la suite d'une décharge électrique dans un milieu actif gazeux.
On connaît des lasers à gaz, comportant une cavité longitudinale contenant le gaz actif, et où la décharge électrique est obtenue grace à
une onde progressive de courant, se propageant dans le milieu actif d'une -extrémité à l'autre de la cavité avec une vitesse égale à celle de la propagation d'une émission lumineuse stimulée dans cette cavLté, 0e tels lasers à gaz comprennent une ligne électrique plats, composée d'une plaque isolante interposée entre une première et une seconde plaque métalliques portées à des potentiels différsnts, et des moyens d'excitation ' pour engendrer une onde dE décharge dans cette liKne.
Le mllieu actif gazsux est dispos~ dans une Fente loneitudinale menagée dan5 l'une des plaques métalliques ds la ligne, sur le tra~et de l'onde ds décharge.
Avantageusement, les oords des plaques sont en forms de pararoles dont l'axe fait un angle ~ non nul avec l'axe de la fente, Par ailleurs, l'onde progressive de courant est engendrée par l'intermédiaire d'un circuit de déclenchement apts à crésr une décharge sensiblement ponctuelle entre lesdites plaquss métalliques au niveau des foyers des paraboles.
Cependant on constate que dans de tsls lasers l'ande progressive du courant peut présenter des irrégularités ds propagation dans ledit milieu actif, ce clui se tradùit par des perturbations de l'émission stimulée dans la cavité.
Un tel inconvénient qui apparait à l'issue d'un certain temps de fonctionnement résults notamment d'une variation des propriétés électriques entre les portions des plaques métalliques disposées de part et d'autre de , l'axe des paraboles~
La présente invention permet de remédier à un tel inconvénient et :: ' 1 ~

1 ' ' ,, ~

1'~152~
elle concerne une nouvell~ structure de générateur laser à gaz présentant un Ponctionnement rigoureusernent stablE tout en permettant d'obtenir une emission de lumièr-e cohérente de puissance élevée.
L'invention a donc pour objet un générateLIr laser cnmportant :
- un miliEu actif gazeux, - au moins une ligne électrique d'excitation formée d'une plaque isolante intErposée entre une première et une seconde plaque métalliques parallèles entrs elles, ladite première plaque métallique présentant au moins une fente la séparant sn deux parties distinctss, - des moyens pour maintenir un milieu actif gazeux dans ladite fente comportant une lame isolante longitudinale fermant la fente et fixée sur lesdit~s dsux parties de la premièrs plaqu~ m~tallique, - un clrcuit de clsclenchsment d'une dÉcharge sensiblemsnt ponctuelle entre lesdites pla~u~s mÉtalliques ap-te à engsndrer uns onde de courant progres-sive dans ladite ligne, caractérisé par 1B fait qu'au moins lesdites plaquss métalliques sont découpées chacune en forme d'au moins une demi-parabole, les pssudo-foyers ainsi que les pseudo-sommets de ces demi-paraboles étant respsctivement disposés sur une même droite perpendiculaire au plan des plaques, la partie rsctiligne de ladite demi parabole-faisant un angle 2n non nul avec ladite fente, ledit circuit de dclenchement engendrant ladits :;
. ~ .
onde de courant progressive au niveau des pseudo-foyers desdites demi-. paraboles.
. L'invention est décrite ci-dessous à titrs d'exempls purement ;( illustratif mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
La -figure 1 représente en perspective un premier mode de réali- .
sation d'un générateur laser sslon l'invsntion.
La figure Z représente également en perspective un deuxième mode de réalisation d'un génsrateur laser selon l'invention.
La figure 1 illustre donc selon un premisr mode de réalisation un : "
:~ - 2 - ~

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; générateUF laser comprenant une ligne électrique d'excitation constituée - par une plaque isolante 1 disposée entre une premiere plaque métallique 2 et une seconde plaqus métallique 3 portées à des potentiels différents, en l'occurrence V et O respectivement.
Ces plaques sont découpées en forme c!e demi-paraboles délimitées bien entendu par une oranche parabolique 25 et par l'axe 4 de la parabole entière dont la partie manquante est matérialisée par la ligne P. Les -Foyers et les sommets de la parabole supposée entière sont disposés respec-tivement sur des droites perpendiculaires au plan des plaques ~non repré-sentées~
On a représenté sur la figure en conséquence, les pseudo-foysrs et Sommsts des plaques métalliques 2 et 3 par F, F', S, S' respectlvement.
La plaque 2 possède une fente 6 la séparant en deux parties distinctes où est maintenu un milieu laser actif.
S'il s'agit de l'air 50US la pression atmosphériqus, il n'sst pas nécsssaire ds fermer le logement du gaz. Dans le cas contraire, le milieu gazeux peut être en-Fermé à l'aide d'une lame isolante 9 disposée en regard ds la fente 6 et fixée, par collage par exemple, sur les deux tords de cette -Fents. Les extrémités du logemsnt du gaz sont fsrmées par deux fenêtres ~ la manière connue tnon représentées).
L'angls ~ est choisi de manièrs que cos soit égal au rapport entre la vitesse de propagation d'une onde de décharge dans la ligne dans la direction définis par l'axe 4 et la vitesss de propagation d'une émission lumineuse dans la direction de la fsnte 6.
Un réflecteur 10, constitué par exemple d'une percée de la plaque

2, en forme d'arc ds cercle, centré sur le point F, est disposé du côté
pposé à S par rapport au foyer F. Ses dimensions transversales sont limitées sensiblemsnt par la droits 11 joignant le point F à l'une des extrémités da la fente 6, et par l'axe 4.
En outre on a schématisé en 12 un circuit de déclenchement apte à

.

-- 3 _ -. , , .. , :
~: . . . . . . .

2~

; engendrer une oncle prouressive de courant dans la ligne électrique plate.
Un tel ~énérateur laser fonctionne de la façon suivante :
A un instant donné le circuit de déclenchsment 12 émet une dé-charge entre les plaques 2 et 3 engendrant ainsi une onde de décharge au niveau des pseude~foysrs F et F' des demi-paraboles.
L'onde de décharge ainsi engendrée et comprise dans l'angle défini par la droite 11 et l'axe 4 est réfléchie par le réflecteur 10.
Toutes les ondes émises au niveau du pseudo-foyer F sont donc dirigées vers la demi-parabole et se réfléchissent sur sa périphérie J on sait que la parabole est parfaitement stigmatique pour deux point conjugués :
son foyer et l'infini. La surface d'onds issue ds F st réfléchie par la demi-parabole est donc une surface d'onde parfaitement plane perpendiculaire

3 l'axs 4 et représentée par sa trace 21.
L'onde progressive de dscharge 21 atteint donc successlvement dans le sens da la flèchs 22 les atamss ou les molécules du gaz acti-P. L'émission de lumière stimulés s'effectue donc d'un bout à l'autre ds la fente 6 dans le ssns de la flèche 22 à la même vitesse que l'onde progressive 21 dans l la dirsction de cette fente. Cette condition permet l'obtention d'un rayon-¦ nement laser cohérent tr~s puissant à la sortie de la fsnte 6.
3 20 Le temps de montés du front d'onde de déchargs est avantageusement inf~risur au doubls du temps de propagation d'une onde de décharge dans la ligne plats entre 1B pssudo-foyer F et le pseudo-sommet S de la parabole ~ce temps sst par sxemple ds l'ordre d'une nanoseconde).
La figurs 2 illustre selon un deuxième mode de réalisation un génsrateur laser comprenant deux demi-paraboles P1 et P2 sensiblement identiques entrs slles et telles que décrites en référence à la figure 1. ~i , Chacune d'entre elles constitue donc une ligne électrique d'exci-~! tation constituée par une plaqus isolante 31 disposée entre une première:i: . , ~ . : !
plaque métallique 32 st une deuxième plaque métallique 33.
`i 30 Cepsndant, css deux demi-paraboles P1 et P2 sont séparées l'une de .:

~ 4 ~
~ .

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l'autre tout en étant reliées entre elles par l'intermédiaire de la seule - plaque isolante 31, cette dernière étant donc en -Forme de parabole de surface légèrement supérisurs au double cle la surface dss demi-paraooles.
Autrement dit, les plaques métalliques 3Z et 33 de chacune des demi-paraboles se trouvent séparées et isolées électriquement l'une de l'autre par un espace tel que l'espace 34 de la plaque 32J l'espace de la plaque inférieure 33 n'apparaissant pas sur la figure.
Par ailleurs on a désigné par F1, F'1, et F2, F'2 les foyers des demi-paraboles P1 et P2 et les sommets par S1, 5'1. et S2, S'2 respecti-vement, disposés dans chaque dsmi-parabole et respectlvement sur dss droites psrpendiculaires au plan des plaques.
~ .
La plaque 32 ds chaque deml-parabole possède une fente 36 la séparant en deux partles distinctes où est malntenu un mLlieu laser actLf.
Comme dans le Ca8 d~ la flgur~ 1, s'il s'aglt de l'alr snus la pression atmosphérique, il n'sst pas nécessalre de fBrmBr 1B logement du ! gaz. Dans le cas contraire, le milieu gazeux peut être enfermé à l'aide d'uns lame isolante 39 disposée en regard de la fente 36 et fixés, par collage par exemple, sur les deux bords de cette fente. LBS extrémités du logement du gaz sont fermées par deux Fenêtres à la manière connus ~non '' ~ rePrés~ntées). , L'angle ~ est de msme choisi de manière que cos soit égal au rapport entre la vitesse de propagation d'une onde de décharge dans les demi-paraboles dans la direction dsflnle par l'axe 35 et la vitesse de propagation d'une émlsslon lumlneuse dans la direction de la fente 36.
~hacune des demi-paraboles comporte comme dans le mode de réali-sation précédent un réflecteur 40 constltué par exemple d'une percée de la plaque 32 en forme d'arc dæ cercle centré sur les pseudo-foyers F1 ou F2 et disposé du côts opposé au pseudo-sommet par rapport audit pseudo-foyer.
Les dimensions transversales de chacun des réflecteurs 40 sont limitéss sensiblemsnt par les côtés rsctilignss dss dsmi-paraboles et la drolts 41 ~olgnant l B pssudo-foyer à l'uns des sxtrémités de la -fente 36.

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En outre on a schematise en ~2 un circuit de déclenchement apte à
engendrer une onde progressive de courant dans les deux demi-paraboles P1 et P2.
Par ailleurs la plaque métallique 32 de La demi-parabole P1 est portée à un potentiel V1 tandis que la plaque métallique 32 de la demi-parabole P2 est portée à un potentiel V2, les plaques 33 desdites demi-paraboles étant portées à un potentiel nul.
Le fonctionnemsnt d'un tel générateur laser est sensiblement similaire à celui décrit en référence à la figure 1.
; 10 A un instant donné le circuit de déclenchement ~2 émet une décharge entre les plaques 32 st 33 des deux demi-paraboles P1 et P2 simultanément au niveau de leurs pseudo-foyers F1 st F2 engendrant de la sorte une onde ds décharge dans lssdites derni-parabolss.
L'onde de décharge ainsi engendrée dans ohaque demi-parabols et comprise dans l'angle déPini par la droits 41 et la partie rsctiligne limitant l'espace 34 est réPléchie par le rsPlecteur 40.
Toutes les ondes émises au niveau des pesudo-~oyers sont donc dirigées vers la demi-parabole correspondante et se réfléchissent sur sa périphérie. La surface d'onde issue de F1 et F2 et réfléchie par la demi-parabole est donc une surface d'onde parfaitement plane perpendiculaire à
l'axe 35 et représentée par sa trace 51.
L'onds progressive de décharge atteint donc successivement dans le sens de la flèche 52 les atomes ou les molécules du gaz actif. L'émission de lumière 5timulée s'effectue donc d'un bout à l'autre de la fente 36 7 dans le sens de la ~lèche 52 à la meme vitesse que l'onde progressive 51 dans la direction de cette Pente. Cette condition permet l'obtention d'un rayonnement laser cohérent tr~s puissant à la sortie de la fente 36.
Le temps de montée du front de décharge est avantageusement ~ inférieur au double du temps de propagation d'uns onde oe décharge dans les -1 30 demi-paraboles entre les pseudo-foyers et les pseudo-sommets respectifs ~ce ~
temps e~t par exemple de l'ordre d'une nanossconde~. ;

~05Z~
Il faut noter en outre que dans le cas où l'on constate une csrtaine perturbation dans l'émission stimulée, on peut remédier à un tel inconvénient en réglflnt la différence entre les potentiels V1 et V2 de sorte que dans les deux demi-paraboles P1 et P2 l'onde de courant se propage de façon rigoureusement identique, assurant de la sorte une émission de lumière cohérente parfaitement homogène, tout en présentant une puissance elevée.

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Claims (7)

Les formes de réalisation de l'invention pour laquelle une propriété ou un privilège exclusif est revendiqué sont définies comme suit :

1/ Générateur laser comportant :
- un milieu actif gazeux, - au moins une ligne électrique d'excitation formés d'une plaque isolante interposée entre uns première et une seconde plaque métalliques parallèles entre elles, ladite première plaque métallique présentant au moins une fente la séparant en deux parties distinctes, - des moyens pour maintenir un milieu actif gazeux dans ladite fente comportant une lame isolante longitudinale fermant la fente et Fixée sur lesdites deux parties de la première plaque métallique, - un circuit de déclenchement d'une décharge sensiblement ponctuel le entre lesdites plaques métalliques apte à engendrer une oncle de courant progres-sive dans ladite ligne, caractérisé par le fait qu'au moins lesdites plaques métalliques sont découpées chacune en forme d'au moins une demi-paraboles les pseudo-foyers ainsi que les pseudo-sommets de ces demi-paraboles étant respectivement disposés sur une même droite perpendiculaire au plan des plaquas, la partie rectiligne de ladite demi-parabole faisant un angle non nul avec ladite fente, ledit circuit de déclenchement engendrant ladite onde de courant progressive au niveau des pseudo-foyers desdites demi-paraboles.

2/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites plaques métalliques ainsi que ladite plaque isolante, sont découpées chacune en forme d'une seule demi-parabole, ladite première plaque métallique étant portée à un potentiel différent du potentiel de ladite deuxième plaque métallique.

3. Générateur selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que lesdites plaques métalliques sont découpées cha-cune en forme de deux demi-paraboles ladite plaque isolante étant en forme de parabole présentant une surface légèrement supérieure au double de la surface des demi-paraboles, de sorte que chaque plaque métallique d'une demi-parabole soit isolée électriquement de la plaque métallique voisine de l'autre demi-parabole la pre-mière plaque métallique de l'une des demi-paraboles pouvant être portée à un potentiel différent du potentiel auquel est portée la première plaque métallique de l'autre demi-parabole, tandis que la deuxième plaque métallique se trouve dans chaque demi-parabole portée à un potentiel nul ou sensiblement nul.

4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit circuit de déclenchement d'une décharge sensible-ment ponctuelle entre lesdites plaques métalliques est apte à
engendrer ladite onde de courant progressive de façon simultanée au niveau des pseudo-foyers de chaque demi-parabole.

5. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le logement défini par ladite fente et ladite lame isolante est fermé à ses extrémités par deux fenêtres isolantes transparentes à un rayonnement d'émission dudit gaz.

6. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit angle .alpha. est tel que cos .alpha. est égal au rapport de la vitesse de propagation de ladite onde de courant suivant l'axe desdites paraboles à la vitesse de propagation dudit rayonnement d'émission dudit gaz dans la direction de ladite fente.

7. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans chaque demi-parabole, au moins la première plaque métallique comporte en outre un réflecteur d'onde constitué d'une percée limitée par un arc de cercle sensiblement centré sur ledit pseudo-foyer, les pseudo-sommets de ladite demi-parabole et dudit arc de cercle étant disposes de part et d'autre dudit pseudo-foyer.