CA2544061A1

CA2544061A1 - Mlaser

Info

Publication number: CA2544061A1
Application number: CA 2544061
Authority: CA
Inventors: Claude Levesque; Alyssa Levesque
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-10-25

Abstract

L'invention concerne un laser à tubes interchangeables, de puissance variabl e selon la puissance fournie par générateur(s) de pompage à ondes électromagnétiques RF , HF ou principalement les Micro-ondes (MO). Je nomme simplement cette invention par le pseudonyme : MLASER. Il s'agit simplement d'utiliser des ondes électromagnétiques dans un tube ou hors tube en cavité électromagnétique pour exciter les électrons, les ions, les atomes et/ou les molécules pour générer un plasma qui a son tour émet une lumière mono ou poly-chromatique laser, dépendamment du médium actif et de conditions spécifiques. La cavité électromagnétique entre en résonance à une certaine fréquence établissant de s ondes stationnaires en trois dimensions générant un pompage ou une excitation dans un ou plusieurs tubes pour créer un plasma qui se transforme en lumière. L'introduction des ondes RF, HF ou MO s'effectuant par antennes, par réflexion ou bien par réfraction. Les générateurs sont de type diodes émettrices d'ondes électromagnétiques reliée s par des intégrateurs en multiples couches en phase ou bien avec un ou plusieurs magnétrons. Les fréquences d'excitation se situant entre 454 MHz à 30 GHz pouvant être transportées par guides d'ondes ou bien par câbles coaxiaux. Ce brevet utilise différentes configurations tel que la cavité elliptique simple ou complexe pouvant être en Tandem permettant un pompage maximum par l'utilisation de la propriété géométrique et de réflexion des ondes à un ou plusieurs foyers d'u ne ellipse ou d'un ensemble d'ellipses intégrés avec une ou plusieurs antenne (s) dans un ou plusieurs tube (s). Ce brevet décrit également une configuration par pompage à l'une ou aux extrémités du tube afin de se servir des propriétés de réflexion des ondes électromagnétiques en guide d'ondes diélectriques sans confinement et/ou avec confinement magnétique pou r rechercher la condition de résonance cyclotronique électronique qui réduit l es amortissements avec ou sans collision "Landau" par l'utilisation des ondes hélicoïdales ou siffleurs. Un confinement magnétique plus puissant par des aimants permanents et/ou des électro-aimants de différents types ou électro-aimants quadripolaires po ur créer la condition d'optimisation pour éviter toutes pertes d'énergie aux parois tout en libérant le centre, région des transitions en lumière par le plasma généré et entretenu. Ce brevet établit également une configuration par pompage en bouts de tube tout en se servant des propriétés de réflexion des ondes et des particules chargées sur un plasma en utilisant les propriétés des ondes de surface générant un plasma plus intens e aux parois et permettant de ce fait un confinement que j'appellerai sous le pseudonyme "confinement électromagnétique plasmatique ou électro-plasmatique". Ce brevet établit également une méthode de conception simple des tubes et l'obtention de la vapeur d'un métal ou autres médiums actifs d'atteindre la condition requi se par induction. Puis finalement, ce brevet décrit le pompage en bout de tubes des ondes électromagnétiques de type RF, HF et MO en utilisant l'effet réflectif d'un miroir courbe créant un foyer positif ou négatif ou bien l'effet réfractif de certaines matières pour créer des lentilles générant un foyer négatif hors cavité ou positif à l'intérieur d'une cellule optique contenant le médium actif pour générer et entretenir un plasma qui s e transforme en lumière laser dans une cavité optique stabilisée. Ces cellules pouvant se relier ensemble en tandem. Toutes ces configurations peuvent utiliser un résonateur optique de stabilisation de type Fabry-Perot ou autres types.The invention relates to a laser with interchangeable tubes, of variable power according to the power supplied by pump generator (s) with electromagnetic waves RF, HF or mainly microwaves (MO). I simply name this invention by the pseudonym: MLASER. It is simply a matter of using electromagnetic waves in a tube or outside a tube in an electromagnetic cavity to excite electrons, ions, atoms and / or molecules to generate a plasma which in turn emits mono or poly light. laser chromatic, depending on the active medium and specific conditions. The electromagnetic cavity resonates at a certain frequency establishing three-dimensional standing waves generating pumping or excitation in one or more tubes to create a plasma which turns into light. The introduction of RF, HF or MO waves is carried out by antennas, by reflection or else by refraction. The generators are of the type emitting diodes of electromagnetic waves connected by integrators in multiple layers in phase or with one or more magnetrons. Excitation frequencies between 454 MHz to 30 GHz can be transported by waveguides or by coaxial cables. This patent uses different configurations such as the simple or complex elliptical cavity which can be in Tandem allowing a maximum pumping by the use of the geometrical property and of reflection of the waves at one or more foci of an ellipse or of a set of 'ellipses integrated with one or more antenna (s) in one or more tube (s). This patent also describes a pumping configuration at one or both ends of the tube in order to make use of the reflection properties of electromagnetic waves in a dielectric waveguide without confinement and / or with magnetic confinement to search for the condition of cyclotron resonance. electronic which reduces damping with or without "Landau" collision by the use of helical or whistling waves. A more powerful magnetic confinement by permanent magnets and / or electromagnets of different types or quadrupole electromagnets to create the optimization condition to avoid any energy losses to the walls while freeing the center, region of the transitions in light by the plasma generated and maintained. This patent also establishes a tube-end pumping configuration while making use of the reflective properties of waves and charged particles on a plasma by using the properties of surface waves generating a more intense plasma at the walls and thereby allowing a confinement that I will call under the pseudonym "electromagnetic plasma or electro-plasma confinement". This patent also establishes a method of simple design of tubes and obtaining the vapor of a metal or other active medium to reach the required condition by induction. Then finally, this patent describes the pumping at the end of tubes of electromagnetic waves of the RF, HF and MO type using the reflective effect of a curved mirror creating a positive or negative focus or the refractive effect of certain materials to create lenses generating a negative focus outside the cavity or a positive focus inside an optical cell containing the active medium to generate and maintain a plasma which is transformed into laser light in a stabilized optical cavity. These cells can link together in tandem. All these configurations can use an optical stabilization resonator of the Fabry-Perot type or other types.

Description

Mémoire Descriptif Historique La nécessité d'un laser pour l'enregistrement d'hologrammes sur gélatine sensibilisée au bichromate et le prix d'acquisition d'un laser à l'Argon ou Hélium Cadmium m'a conduit il y a 25 ans à imaginer un nouveau type de laser pouvant être pomper en haute fréquence (HF) ou plus particulièrement avec les micro-ondes accessibles et à bon marché. J'y voyais une plus grande simplicité de conception, mais la vie m'a conduit à
remettre cette recherche au début de l'an 2000.
Depuis lors, j'ai entrepris la mise à jour des connaissances sur ces sujets et étudié
les différentes configurations développées. Je me suis rendu compte que je n'étais pas le seul à avoir imaginer la chose en consultant le brevet US 3 493 845. Cette étude s'est orientée alors sur les brevets internationaux et principalement américains ainsi qu'au domaine holographique.
L'étude des différents types de lasers : solides, liquides, gazeux, moléculaires, semi-conducteurs et excimères m'a conduis aux lasers gazeux avec une puissance de sortie continue d'au moins 250 milli Watts CW pour permettre un ternps d'exposition raisonnable pour l'enregistrement d'hologrammes sur ces gélatines sensibilisées.

Le mot LASER est le diminutif pour "Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation". En 1954, Charles Townes et Arthur Schawlow ont inventé le MASER
pour "Microwave Amplification by Stimulated Émission of Radiation"et ont fait la théorie pour créer le laser. Theodore Maiman a inventé le laser à rubis considéré comme le premier laser dans le visible et Gordon Gould fut la première personne a utilisé le terme laser et serait également l'un des inventeurs du laser.

Les lasers dits gazeux se présentent comme l'une des possibilités offrants l'opportunité d'un tel pompage et cette grande famille de lasers se divise en plusieurs branches : les gaz rares tels que l'Hélium Néon ; les lasers ioniques tels que l'Argon, le Krypton voir même le Xénon et les mélanges de ces gaz ; les vapeurs métalliques telles que l'Hélium Cadmium, l'Hélium Sélénium, l'Hélium Zinc, les halogénures métalliques permettent à des métaux à haute température de vaporisation tel que le Cuivre ( 1650 C
+- 50 C) d'être réaliser à plus basse température 400 C par le biais de la molécule de CuCI pouvant émettre deux 1 soit 510.6 nm verte et 578.2 nm- jaune, les lasers chimiques, les moléculaires et, finalement, les excimères. Tous ces derniers offrant également la possibilité de permettre le pompage optique pour les lasers solides rubis ou verres dopés ainsi que les lasers liquides principalement à colorants et à
ions solubilisés.
La grande question était : Quelle était le lien commun ou le dénominateur commun entre tous ces types de lasers et toutes ces configurations pour en arriver à un laser monochromatique ou poly-chromatique que j'appellerais le laser blanc ou universel pour la réalisation d'hologrammes en couleurs réelles et peu dispendieux à
l'aide de miroirs bande large et avec des géométries particulières en accord avec la cohérence dans les modes transverses et longitudinaux requis ainsi que la géométrie en rapport avec les différentes longueurs d'onde et du médium d'enregistrement?

Une première hypothèse fût élaborée lors de l'étude des lasers à vapeur métallique tels que l'He-Cd, l'He-Se, l'He-Zn, les Halogénures métal comme Cu12 puis le laser He-Ne. Les lasers ioniques tels que l'Ar, le Kr et le Xe, et/ou les mélanges tels que l'Ar-Kr et les configurations tandem avec les zones d'excitation séparées et isolées ou non tout en utilisant des miroirs à bande étroite sélective ou monochromatique ou à large bande selon le besoin des longueurs d'onde requises pour l'obtention de longueurs d'onde spécifique telle qu'un Rouge, un Vert ou un bleu ou l'ensemble des trois pour générer une lumière dite blanche à nos yeux et du dosage de chacune des couleurs aux fins d'ajustements tout en maintenant la stabilisation des modes.

L'analyse de toutes ces configurations et types de lasers, conduit à ces dénominateurs communs :

1: Pour obtenir un effet laser efficace, on place le milieu donc les atomes qui subissent l'inversion de population et l'émission stimulée dans une cavité
entre deux miroirs (cavité Fabry-Perot) disposés face à face. Ainsi, chaque photon fait plusieurs allers et retours, d'où un nombre plus important d'émissions induites par lui.
Il reste à
aménager une (ouverture) pour qu'une partie du rayonnement s'échappe de la cavité, formant ainsi le rayon laser. Pour ce faire, il suffit qu'un des deux miroirs soit partiellement réfléchissant. Cette cavité, dite stable, n'est pas l'unique possible, mais ici seule, la cavité Fabry-Perot sera retenue pour fin d'allégement des textes. On peut se procurer de telles structures en utilisant de vieux lasers comme dans le cadre de l'élaboration de mes prototypes, mais aussi acheter ces résonateurs chez Combridge Lasers Laboratories inc ou bien chez Kentek (US 4 989 217et US 4 769 824).

Cette structure possède des tiges d'Invar ou autres matériaux de coefficient de dilatation pratiquement nul pour maintenir une longueur L fixe. L'utilisation de tiges de Quartz est décrite au brevet US 3 783 407. La longueur de la cavité est importante et joue un rôle de filtre optique très sélectif et de puissance. Les longueurs d'onde sont émises d'une façon régulière à l'intérieur de la largeur de raie par fluorescence.
L'écartement de deux fréquences successives sera inversement proportionnel à la longueur de la cavité L.
Si on désire obtenir peu ou un seul mode, il faudra prendre une cavité très courte ou bien sélectionner le mode transverse et un mode longitudinal particulier, mais je vais revenir sur cet aspect au chapitre sur la stabilisation.

La structure à tubes et la structure par les guides d'onde, guides diélectriques ou cavités micro-ondes ainsi que la structure d'onde lente ou structure périodique doivent également demeurer dans l'esprit de l'invention tout en maintenant les caractéristiques et les propriétés requises.

Voici différents types de cavités optiques à résonateur Fabry-Perot:

Le système cavité parallèle plane à deux miroirs plats Rl et R2 infini, ce système possède les avantages suivants : tout le volume du médium actif est utilisé, il n'y a pas de focalisation de la radiation laser à l'intérieur de la cavité, les désavantages sont : une grande perte en diffraction et une très grande sensibilité au dé-alignement rendant le système difficile d'opération.

Le système circulaire concentrique dont R1 = R2 = L/2 causant la focalisation au centre du tube. Cet arrangement génère une focalisation du faisceau au centre de la cavité et est tout à fait le contraire de la cavité parallèle. Les avantages sont : une très basse sensibilité
au dé-alignement et très facile d'alignement. Une faible perte en diffraction.
Les désavantages : une grande limite d'utilisation du volume du médium actif. Elle est utilisée principalement pour le pompage optique des lasers à colorant dans la région du foyer. Une focalisation maximale de la radiation laser à l'intérieur de la cavité pouvant causer une rupture électrique ou des dommages aux éléments optiques.

La cavité co-focale est le compromis entre la cavité parallèle et circulaire concentrique.
Nous avons à chaque extrémité deux miroirs sphériques avec des rayons de courbure semblable. La distance entre le centre des miroirs est égale au rayon de courbure de chacun d'eux. (R1=R2=L). Cet arrangement génère une focalisation réduite du faisceau au centre de la cavité. Les avantages : Une faible sensibilité au dé-alignement et facile à
aligner. De faibles pertes en diffraction. Pas de haut taux de focalisation à
l'intérieur de la cavité. Une utilisation moyenne du volume de médium actif. La différence entre cette cavité co-focale et sphérique est que le point focal de chaque miroir est au centre de la cavité. Cependant, dans la cavité sphérique, le centre de courbure des miroirs est le centre de la cavité. (Brevets US 3 055 257 et 3 369 192).

La cavité avec rayon de courbure des miroirs plus long que la longueur de la cavité. (R1 L et R2 L). Cette cavité est un meilleur compromis que la cavité co-focale entre la cavité plane parallèle et la cavité circulaire optique. A chaque extrémité, il y a deux miroirs sphériques avec de grands rayons de courbure sans qu'ils soient nécessairement égaux. La distance entre les centres des miroirs est plus petite que les rayons de courbure de chacun d'eux (R1, R2 L). Cet arrangement génère moins de focalisation du faisceau au centre de la cavité. Les avantages sont : une sensibilité moyenne au dé-alignement.
Des pertes de diffraction moyennes. Pas de focalisation du faisceau à
l'intérieur de la cavité. Bonne utilisation du volume du médium actif. Brevet US 4 268 799.

La cavité hémisphérique (RI = L et R2 infini, plan) ou semi-sphérique. Cette cavité est construite avec un miroir plan et un miroir sphérique avec un rayon de courbure égal à la longueur de la cavité. Cette cavité est similaire en propriétés à la cavité
circulaire optique avec l'avantage d'avoir un miroir plat moins dispendieux. La plupart des lasers He-Ne utilisent cette configuration ayant peu de pertes en diffraction et facilement alignée. Les avantages sont : une faible sensibilité au dé-alignement et de faibles pertes en diffraction.
(US 3 137 827).

La cavité semi-concave à grand rayon ou demi-courbe avec un rayon de courbure plus long que la cavité. (R1>L et R2 infini plan). Cette cavité est créée avec un miroir plan et un miroir sphérique avec un rayon de courbure plus large que la longueur de la cavité.
Cette cavité est similaire en propriétés que la cavité co-focale avec l'avantage du miroir plan peu dispendieux.

La cavité concave-convexe, ou résonateur instable (R1 >L et R2 =(R1-L). Cette cavité
est construite d'un arrangement convexe concave avec des miroirs sphériques.
Le miroir concave est gros et son rayon de courbure est plus long que la longueur de la cavité. Le miroir convexe est petit et son rayon de courbure est petit. Dans ce type de cavité, aucun patron d'onde stationnaire n'est généré dans la cavité. La radiation ne se déplace pas dans le même passage entre les miroirs. Le rayon de courbure des deux miroirs se rencontre au même point. Les avantages seront : un grand volume de modes à l'intérieur du médium actif (Volume entier). Toute la puissance à l'intérieur de la cavité est émise en dehors de la cavité et non seulement une fraction. La radiation laser est émise en dehors du laser autour des arêtes du petit miroir. Cette cavité est utilisée dans les lasers de grande puissance, lesquels n'utilisent pas un couplage standard. Le désavantage est que le rayon a une forme avec un trou en son centre.

Les critères de stabilité d'une cavité.

Une cavité stable est une cavité dans laquelle la radiation est capturée à
l'intérieur de cette dernière, générant des ondes stationnaires suite à l'oscillation du faisceau se déplaçant entre les miroirs (US 3 564 452).
La géométrie de la cavité détermine si la cavité est stable ou non.
Il est possible d'utiliser un résonateur instable seulement si le médium actif a un gain élevé, puisque le faisceau passera moins de temps dans le médium actif que dans une cavité stable.

Les paramètres géométriques d'une cavité optique sont : le paramètre géométrique est défini pour chacun des miroirs Gl = 1-L/RI G2 = 1 -L/R2 et la cavité sera stable si 0<G1 *G2<1 Une cavité est stable si le centre de courbure de l'un des miroirs ou de sa propre position, est entre le second miroir et son centre de courbure. Cette condition n'est valable que pour l'un des miroirs Dans les régions des arrêtes du diagramme le produit gi *g2 est égal à 0 ou 1.
Exemples trouvons si cette cavité est stable :
Résonateur " unstable" cavité L = 1 m, le miroir concave a un rayon de courbure de 1.5 m, l'autre un miroir convexe avec un rayon de courbure de 10 cm.
Ri=1.5m et miroir convexe a un signe (-) R2 =- 0.1 m gi= 1-L/Ri = 1-1/1.5=0.333 g2= 1-L/R2 = 1+1/0.1=11 gi*g2 = 11 * 0.333 > 1 donc plus grand que 1, la cavité est instable.
Il y a deux paramètres déterminant la structure de la cavité optique : le volume du mode laser à l'intérieur du médium actif et la stabilité de la cavité optique.
La grandeur du capillaire en fonction de son rayon et la distance entre les miroirs agissent pour diminuer les pertes et à sélectionner la longueur d'onde (US 3 961 283). Memory Descriptive Historical The need for a laser for recording holograms on gelatin sensitized to bichromate and the purchase price of an Argon laser or Helium Cadmium pipe 25 years ago to imagine a new type of laser that can be pumped high frequency (HF) or more particularly with accessible microwaves and good walk. I
saw greater design simplicity, but life led me to give this research at the beginning of the year 2000.
Since then, I have undertaken the updating of knowledge on these topics and studied the different configurations developed. I realized that I
was not the only to have imagined the thing by consulting US Patent 3,493,845.
study oriented then on international and mainly American patents as well as holographic domain.
The study of different types of lasers: solid, liquid, gaseous, molecular, semiconductors and excimers led me to gas lasers with power of continuous output of at least 250 milli Watts CW to allow a time lapse exhibition reasonable for the recording of holograms on these gelatins sensitized.

The word LASER is the diminutive for "Light Amplification by the Stimulated Program of Radiation. "In 1954, Charles Townes and Arthur Schawlow invented MASER
for "Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation" and made the theory to create the laser. Theodore Maiman invented the ruby laser considered as the first laser in the visible and Gordon Gould was the first person to use it laser term and would also be one of the inventors of the laser.

Gaseous lasers are one of the possibilities the opportunity for such a pumping and this large family of lasers is divided into many branches: rare gases such as Helium Neon; ion lasers such as Argon, the Krypton see even Xenon and mixtures of these gases; the vapors metal like Helium Cadmium, Helium Selenium, Helium Zinc, Halides metal allow metals with high vaporization temperature such as copper (1650 C
+ - 50 C) to be made at lower temperature 400 C through the molecule of CuCI can emit two 1, ie 510.6 nm green and 578.2 nm-yellow, the lasers chemical, molecular and ultimately excimer All these bidder also the possibility to allow optical pumping for lasers solid rubies or doped glasses as well as liquid lasers mainly with dyes and solubilized ions.
The big question was: What was the common link or the denominator between all these types of lasers and all these configurations to arrive at a monochromatic or poly-chromatic laser that I would call the white laser or universal for the realization of real color holograms and inexpensive to help from mirrors wide band and with particular geometries in accordance with the coherence in the transverse and longitudinal modes required as well as the geometry in relationship with different wavelengths and the recording medium?

A first hypothesis was developed during the study of steam lasers metallic such as He-Cd, He-Se, He-Zn, Metal Halides like Cu12 then the He-laser Born. Ion lasers such as Ar, Kr and Xe, and / or mixtures such as that the Ar-Kr and tandem configurations with separate and isolated excitation zones or no while using selective narrow-band mirrors or monochromatic or wide-band mirrors band according the need for the wavelengths required to obtain wavelengths specific such as a red, a green or a blue or all three to generate a light so-called white to our eyes and the dosage of each of the colors for the purposes adjustments everything maintaining mode stabilization.

The analysis of all these configurations and types of lasers leads to these common denominators:

1: To obtain an effective laser effect, we place the medium and therefore the atoms who undergo population inversion and stimulated emission in a cavity between two mirrors (Fabry-Perot cavity) arranged face to face. So every photon does many back and forth, resulting in a greater number of emissions induced by him.
It remains to create an (opening) so that part of the radiation escapes from the cavity, thus forming the laser beam. To do this, just one of the two mirrors is partially reflective. This so-called stable cavity is not the only possible but here only the Fabry-Perot cavity will be retained for the purpose of text reduction. We can provide such structures using old lasers as in the frame of the development of my prototypes, but also buy these resonators at combridge Lasers Laboratories Inc. or Kentek (US 4,989,217 and US 4,769,824).

This structure has Invar rods or other coefficient materials of almost no expansion to maintain a fixed length L. Use of stems Quartz is described in US Pat. No. 3,783,407. The length of the cavity is important and plays a role of very selective optical filter and power. Wavelengths are issued in a regular way within the fluorescence linewidth.
The spacing of two successive frequencies will be inversely proportional to the length of the cavity L.
If you want to get little or only one mode, you will have to take a very small cavity short or well select the transverse mode and a particular longitudinal mode, but I
will come back on this aspect in the chapter on stabilization.

The tube structure and the structure by the waveguides, guides dielectrics or cavities microwave as well as the slow wave structure or periodic structure must also stay in the spirit of the invention while maintaining the characteristics and the required properties.

Here are different types of Fabry-Perot resonator optical cavities:

The flat parallel cavity system with two flat mirrors R1 and R2 infinite, this system owns the following advantages: the whole volume of the active medium is used, there is no focusing of the laser radiation inside the cavity, the disadvantages are: a high diffraction loss and high sensitivity to misalignment making the difficult system of operation.

The concentric circular system of which R1 = R2 = L / 2 causing the focusing In the center of the tube. This arrangement generates a focus of the beam in the center of the cavity and is quite the opposite of the parallel cavity. The advantages are: a very low sensitivity to misalignment and very easy alignment. Low diffraction loss The disadvantages: a large limit of use of the volume of the active medium. She is used primarily for the optical pumping of dye lasers in the region of home. A maximum focus of the laser radiation inside the cavity that can cause electrical breakage or damage to the optical elements.

The co-focal cavity is the compromise between the parallel and circular cavity concentric.
At each end we have two spherical mirrors with curvature similar. The distance between the center of the mirrors is equal to the radius of curvature of each of them. (R1 = R2 = L). This arrangement generates a reduced focus of the beam in the center of the cavity. Advantages: Low sensitivity to alignment and easy to align. Low diffraction losses. No high rate of focus at inside the cavity. An average use of the volume of active medium. The difference between this co-focal and spherical cavity is that the focal point of each mirror is at center of the cavity. However, in the spherical cavity, the center of curvature of the mirrors is the center of the cavity. (U.S. Patents 3,055,257 and 3,369,192).

The cavity with radius of curvature of the mirrors longer than the length of the cavity. (R1 L and R2 L). This cavity is a better compromise than the co-focal cavity enter here Parallel plane cavity and optical circular cavity. At each end, he there are two spherical mirrors with large radii of curvature without them being necessarily equal. The distance between the centers of the mirrors is smaller than the curvature radii of each of them (R1, R2 L). This arrangement generates less focus beam in the center of the cavity. The advantages are: a medium sensitivity to alignment.
Average diffraction losses. No focus of the beam to inside the cavity. Good use of the volume of the active medium. U.S. Patent 4,268,799.

The hemispherical cavity (RI = L and R2 infinite, plane) or semi-spherical. This cavity is built with a plane mirror and a spherical mirror with a radius of curvature equal to the length of the cavity. This cavity is similar in cavity properties optical circular with the advantage of having a less expensive flat mirror. Most of He-Ne lasers use this configuration having few diffraction losses and easily aligned. The advantages are: low sensitivity to misalignment and low losses in diffraction.
(US 3,137,827).

The semi-concave cavity with large radius or half-curve with a radius of curvature more long as the cavity. (R1> L and R2 infinite plane). This cavity is created with a plane mirror and a spherical mirror with a radius of curvature wider than the length of the cavity.
This cavity is similar in properties as the co-focal cavity with the advantage of the mirror inexpensive plan.

The concave-convex cavity, or unstable resonator (R1> L and R2 = (R1-L).
cavity is constructed of a convex concave arrangement with spherical mirrors.
The mirror concave is large and its radius of curvature is longer than the length of the cavity. The convex mirror is small and its radius of curvature is small. In this type of cavity, none stationary wave pattern is generated in the cavity. The radiation does not not move in the same passage between the mirrors. The radius of curvature of the two mirrors meeting at same point. The benefits will be: a large volume of modes inside the medium active (whole volume). All the power inside the cavity is emitted apart from the cavity and not just a fraction. Laser radiation is emitted in outside the laser around the edges of the little mirror. This cavity is used in lasers great power, which do not use a standard coupling. The disadvantage is that the radius has a shape with a hole in its center.

The stability criteria of a cavity.

A stable cavity is a cavity in which radiation is captured at the interior of the latter, generating stationary waves following the oscillation of the beam is moving between the mirrors (US 3,564,452).
The geometry of the cavity determines whether the cavity is stable or not.
It is possible to use an unstable resonator only if the active medium has a gain high, since the beam will spend less time in the active medium than in stable cavity.

The geometric parameters of an optical cavity are: the parameter geometric is defined for each of the mirrors Gl = 1-L / RI G2 = 1 -L / R2 and the cavity will be stable if 0 <G1 * G2 <1 A cavity is stable if the center of curvature of one of the mirrors or its own position, is between the second mirror and its center of curvature. This condition is not valid only for one of the mirrors In the regions of the edges of the diagram the product gi * g2 is equal to 0 or 1.
Examples find if this cavity is stable:
Resonator "unstable" cavity L = 1 m, the concave mirror has a radius of curvature of 1.5 m, the other a convex mirror with a radius of curvature of 10 cm.
Ri = 1.5m and convex mirror has a sign (-) R2 = - 0.1 m gi = 1-L / Ri = 1-1 / 1.5 = 0.333 g2 = 1-L / R2 = 1 + 1 / 0.1 = 11 gi * g2 = 11 * 0.333> 1 therefore larger than 1, the cavity is unstable.
There are two parameters determining the structure of the optical cavity: the mode volume laser inside the active medium and the stability of the optical cavity.
The size of the capillary as a function of its radius and the distance between mirrors act to decrease the losses and to select the wavelength (US 3 961 283).

2: possède des systèmes d'ajustement de miroirs précis, différents dispositifs furent mis au point avec les années, mais ceux retenus sont les systèmes à vis avec ressorts ou soufflets avec les structures de miroirs interchangeables en exemples les brevets ( US 3 864 029, 4 638 486, 4 892 497). Monture de miroir laser à trois vis et soufflet structural (US 5 411 235).
Structure de miroir interchangeable pour He-Cd de la firme Liconix (US 3 953 113).
Monture de miroir à remplacement rapide (US 4 796 275). Miroir chauffé
électriquement pour éliminer le F centre créé par UV sur miroir diélectrique et accroître la durée de vie du laser (US 4 740 988). Tête de laser à multiples longueurs d'ondes par rotation des miroirs et utilisation d'un cristal KTP pour doubler ou diviser la longueur d'onde (US 4 852 115). Dispositif de changement de miroirs à bascule (US 5 426 662 et 6 058 130).
L'ajustement par des aimants et électro-aimants servant également de réduire les vibrations (US 5 276 545).
Le déplacement d'un miroir concave sur un axe a le même effet que de changer l'angle à moindre coût et offre une plus grande flexibilité d'ajustement (US 3 839 684).
La structure aux extrémités isolées afin de réduire les pertes aux extrémités du laser (US
6603794).
Modification de la courbure par une vis pour en contrôler le mode (US 4 951 285). 2: has precise mirror adjustment systems, different devices were developed with the years, but those retained are the screw systems with springs or bellows with interchangeable mirror structures in examples patents (US 3,864,029, 4,638,486, 4,892,497). Three-way laser mirror mount screw and structural bellows (US 5,411,235).
Interchangeable mirror structure for He-Cd from Liconix (US 3,953 113).
Quick-change mirror mount (US 4,796,275). Heated mirror electrically to eliminate the UV-created center F on dielectric mirror and increase the lifetime laser (US 4,740,988). Multi-wavelength laser head by rotation of mirrors and use a KTP crystal to double or divide the length wave (US 4 852 115). Toggle Mirror Switching Device (US 5,426,662 and 6,058 130).
The adjustment by magnets and electromagnets also serving to reduce the vibration (US 5,276,545).
Moving a concave mirror on an axis has the same effect as changing angle at a lower cost and offers greater flexibility of fit (US 3,839 684).
The structure at the ends isolated to reduce losses at the ends of laser (US
6603794).
Modification of the curvature by a screw to control the mode (US 4 951 285).

3 : possède des miroirs, il en existe plusieurs types en bandes étroites et en bandes larges pouvant réfléchir et laisser passer une ou plusieurs longueurs d'ondes.

Les miroirs de type métallique par vaporisation et diélectrique par couches successives de Zr02 et Si02 (US 4 848 909).
Les différents supports ou substrats des miroirs tel que sur Laiton (US 4 892 991, le brevet de référence US 5 565 052 et plusieurs autres sur composite genre graphite-verre, Carbure de Si, Silicium, céramiques, Béryllium et autres métaux et céramiques ou verres.
Les miroirs métalliques comme tels (US 4 876 690,). Ceci nous conduit aux miroirs à
couches déposées du métal agissant de médium actif recouvert d'un diélectrique de protection. En exemple : le Cadmium. Une onde électromagnétique frappant la surface d'un miroir excite les électrons du métal et par ré-émission du photon d'excitation.
Les miroirs liquides, alliages Hg et Gallium (US 3 371 287).
Les miroirs refroidis par liquide pour laser grande puissance (US 3 926 510, 3 942 880, 4 029 400, 4 110 013, 5 311 529).
Les miroirs électrochromiques ou miroirs électriques (US 4 465 339).
Les miroirs déformables par pression pour lasers puissants (US 4 190 327).
Les miroirs de type diélectrique à bande spectrale étroite (US 4 615 034).
Fenêtre de Brewster par couche diélectrique (US 4 800 568) et miroir polarisant dans un seul sens (US 4 201 954).
Les miroirs multiples facettes pour accroître la longueur L du laser sans l'augmenter physiquement (US 3 996 527, 4 221 468).
Ajustement de l'épaisseur du diélectrique par compression ou étirement (brevet 103). La technologie des miroirs diélectriques (US 4 147 409, et US 4 132 959, 099 840 et US 4 101 707, 5 513 039).
Les n-ùroirs de type diélectrique à bande large.
Les miroirs de type diélectrique à bande large pour lumière blanche.

Les miroirs semi-conducteurs tels que n-type Arséniure de Gallium, les miroirs semi-conducteurs de type radiant Sélénate d'Étain-Plomb, Sélénate et/ou tellurate d'Étain et de Plomb, Arséniure de Gallium Aluminium, Sélénates de sulfure de Cadmium, ainsi de suite tel que décrit au brevet US 4 196 402.
Les miroirs polarisants métalliques ou diélectriques.
Les miroirs super-conducteurs (US 5 015 619, US 5 036 042, US 5 110 792).

Les prismes. 100 % réflexion (brevet 3 478 277), les prismes Littrow (US 4 961 202).
Les prismes Rochon de Wollaston, Porro et de Roof. Les cellules de Pockels et de Kerr permettant une biréfringence lors de l'application d'un champ électrique et de nombreux autres pour la stabilisation du faisceau. Étalons... voir plus loin.

La conception du coupleur de sortie du laser Dans une cavité optique avec un miroir de sortie ayant un certain rayon de courbure, le rayon émis est émis du laser avec la même forme que le miroir.
Ainsi, le rayon de courbure du miroir de sortie déterminera la forme du faisceau émis.
Pour réduire la divergence du faisceau de sortie de la cavité optique, une lentille peut être combinée avec le coupleur de sortie. Lentille de focalisation avec un revêtement réflectif sur son côté intérieur du côté de la cavité.

Le contrôle du faisceau après émission de la cavité optique :

La divergence d'un faisceau laser est dans l'Ordre de 1 millième de radian soit à 1000 mètres le diamètre du faisceau aura 1 mètre. Pour réduire la divergence du faisceau, on utilise un élément d'optique extérieur à la cavité optique.
Une règle en optique est que le produit du diamètre du faisceau (d) et son angle de divergence (0) est une constante.
Lorsque l'on veut réduire la divergence du faisceau, le diamètre du faisceau doit être accru.

Élargisseur du faisceau :

Selon les équations de la divergence l'accroissement du diamètre (d) d'un faisceau réduit l'angle (() de divergence de ce dernier. L'élargisseur d'un faisceau est basé
sur le télescope (Kepler). La première lentille a une courte longueur focale et un petit diamètre et la seconde lentille une distance focale longue et un grand diamètre.
La distance entre les lentilles est exactement égale à la somme des longueurs focales des deux lentilles. Le rayon laser entrant dans la lentille à courte distance focale se focalise en une image réelle au point focal de l'autre lentille. Cette image sert de source ponctuelle pour l'autre lentille. A la sortie de la seconde lentille ayant un rayon plus grand et une divergence plus petite. La relation mathématique est :

Fi/f2 = di/d2= 01/02 Fi longueur focale (m) de la lentille d'entrée oculaire.

F2 longueur focale (m) de la lentille de sortie objectif Di le diamètre du faisceau d'entrée en (m) D2 le diamètre du faisceau de sortie en (m) 0i l'angle de divergence en (Rad) du faisceau à l'entrée du télescope 02 l'angle de divergence du faisceau en (Rad) à la sortie du télescope.

On se rend compte que le rapport entre les diamètres est directement relié au rapport des longueurs focales (foyers) des lentilles.
Exemple :
Le diamètre d'un faisceau laser He-Ne est de 1.2 mm et sa divergence 1mRad. On utilise un télescope Kepler avec deux lentilles positives de longueurs focales de 1 cm et de 6 cm.
Calculons le diamètre du faisceau à la sortie du télescope et l'angle de divergence.
Le diamètre de sortie est d2= di*(fi/fi) = 1.2*10-3m*6cm/lcm = 7.2* 10-3 m L'angle de divergence est= 1 mRad * 1/6 = 0.17 mRad.

L'utilisation de ce dispositif est utile pour réduire au maximum le diamètre du faisceau tel que dans les armes au laser et le transport d'énergie.

Type Galilée :

L'élargisseur de faisceau Kepler comporte des difficultés lorsque la puissance du laser s'accroît. De telles puissances peuvent produire une ionisation de l'air au point focal et peuvent générer un arc électrique dans la cavité. On pourrait faire le vide mais, le moyen le plus simple est le télescope Galilée ou la première lentille est divergente et petite avec une distance focale courte et la seconde lentille est une grande lentille convergente. Les deux lentilles sont positionnées de façon à ce que leurs points focaux sont au même point. Ainsi, il n'y a pas de focalisation à l'intérieur du télescope. Lorsque l'on veut réduire le diamètre du faisceau on peut utiliser l'inverse du télescope. En entrant le faisceau par le côté de la lentille convergente. La réduction du diamètre du faisceau est faite lorsqu'un accroissement de la densité de puissance du faisceau est requis.

Le filtre spatial Plus tard dans le chapitre de la stabilisation, nous verrons qu'utiliser un trou d'épingle permettait de réduire le nombre de modes transverse à l'intérieur de la cavité. Le télescope de Kepler en combinaison avec un trou d'épingle peut être utilisé
pour filtrer le faisceau des parties indésirables.
Le trou d'épingle est localisé sur l'axe optique au point focal des deux lentilles. Les rayons lesquels ne sont pas exactement parallèles à l'axe du laser ne seront pas focalisés par la première lentille à travers le trou d'épingle et seront arrêtes par les arêtes.
Il y a du bruit de fond dans tous les modes même le mode de base Gaussien. Ce bruit peut provenir des multiples réflexions sur les parois du médium actif, les ouvertures traversées par le faisceau laser causant de la diffraction (ouverture de sortie, largeur finie des miroirs, etc.), la diffraction du faisceau par des petits obstacles (poussières, défauts d'un cristal , etc.).

Lorsqu'un faisceau de laser éclaire un écran, l'image montre des surfaces éclairées et d'autres sombres. C'est un phénomène d'interférence entre différentes parties du faisceau arrivant à l'écran avec des chemins différents.
L'Holographie nécessite un faisceau nettoyé du bruit.
Vu que la différence entre le faisceau principal et le bruit est petit on peut voir le phénomène d'interférence seulement dans le champ éloigné. Le bruit est à
l'extérieur du faisceau principal. A l'instar d'être éloigné du laser, il est possible d'utiliser une lentille pour créer la condition du champ éloigné au point focal des lentilles.
Le mécanisme d'opération du filtre spatial est donc une structure avec un télescope de Kepler avec un trou d'épingle au point focal des deux lentilles.
Le faisceau est focalisé en un petit point par la première lentille et passe à
travers le trou d'épingle. Ce trou d'épingle est de 2 à 3 fois la grandeur du diamètre du spot au point focal. Le bruit n'étant pas en ligne avec l'axe optique et sera focalisé hors de l'axe et le bruit ne sera pas transmis hors du trou d'épingle. La seconde lentille est utilisée pour créer le faisceau parallèle.

Un revêtement sélectif aux miroirs : lorsque la différence entre les longueurs d'onde émises n'est pas grande, la meilleure façon de choisir la longueur d'onde est d'introduire un élément d'optique à l'intérieur de la cavité, le phénomène optique utilisé
pour séparer entre deux longueurs d'onde adjacentes est la dispersion : le prisme ou le réseau de diffraction.

L'utilisation d'un prisme à l'intérieur de la cavité crée une situation ou seulement une longueur d'onde est alignée entre les deux miroirs et les autres seront dispersés. La dispersion se produit par les différents indices de réfraction aux différentes longueurs d'onde. Dans le spectre visible, l'indice de réfraction des matériaux est plus grand que pour les longueurs d'onde plus courtes. Ainsi, les longueurs d'onde longues seront réfractées par un prisme moins que les longueurs d'onde courtes.

La polarisation et prismes :

Les lasers à l'Argon, Krypton ont des fenêtres de Brewster aux extrémités des tubes à
gaz.
La radiation à l'intérieur de la cavité avec des fenêtres de Brewster est polarisée. Il est donc préférable dans ces lasers à gaz d'installer un prisme à l'angle de Brewster au faisceau du laser. A cet angle de Brewster le faisceau polarisé ne souffrira pas de pertes par réflexions additionnelles.

Le prisme de Littrow :

Lorsque l'on veut sélectionner la sortie d'un laser, il suffit d'utiliser un prisme lequel possède une surface miroir. C'est le prisme de Littrow.
L'angle du prisme dans ce cas est la moitié de l'angle de Brewster. Dans de tels prismes, le faisceau laser réfracte seulement deux fois dans le parcours en comparaison à 4 fois dans les miroirs réguliers.

La limite du prisme Littrow est que la capacité d'ajustement en rapport aux prismes conventionnels ne sera que de moitié. On l'utilise pour sélectionner une longueur d'onde spécifique sur quelques-unes.

Le réseau de diffraction :

L'utilisation d'un réseau à l'instar de miroir à l'extrémité d'une cavité
optique, crée une réflexion dans une longueur d'onde unique, en accord avec l'angle de son alignement à
l'axe optique. Un bon exemple pour démontrer cet aspect est US 4 241318.
Pour chacun des ordres de séparation du réseau, plus la longueur d'onde est longue plus elle sera dispersée de sa course.
On l'utilise principalement dans les lasers C02.
Le phénomène de diffraction permet une meilleure séparation entre les longueurs d'onde en comparaison aux prismes qui utilisent le principe de la dispersion par les indices de réfraction.
Le problème avec les réseaux de diffraction est la grande perte d'énergie dans les ordres de diffraction plus élevés ainsi on ne pourra utiliser les réseaux de diffraction que pour des lasers à gain élevé.
A chaque ordre de diffraction tout le spectre des longueurs d'onde est existant, l'onde désirée du laser a des pertes dans tous les autres ordres à l'exception de l'ordre utilisé
pour la condition laser.
La sélection d'une longueur d'onde par un réseau est réalisée par les lignes de forme triangulaire de la surface planaire de ce dernier.
Les réflexions se produisent en plusieurs ordres de diffraction ainsi l'énergie est réfléchie en plusieurs directions.
Chacun des ordres de diffraction contient tout le spectre de l'onde incidente.
Dans chacun des ordres de diffraction, la longueur d'onde la plus grande la dispersion est plus grande.
Il est possible de fabriquer des réseaux de diffraction pour une longueur d'onde spécifique de telle façon que la plus grande partie de l'énergie sera réfléchie dans le premier ordre. En regardant la réflexion sur un réseau de diffraction sur une surface en accord avec la loi de réflexion des miroirs on peut tirer que :

a est l'angle entre le faisceau incident et la verticale du réseau 0 est l'angle entre le faisceau réfléchie et la verticale du réseau 8 est l'angle des fentes du réseau.

L'équation de réflexion d'un réseau de diffraction est :
mX = d(sina+sinR) m est un nombre entier de l'ordre de diffraction -% est la longueur d'onde du faisceau laser d est la période du réseau.

Lorsque le faisceau est de l'autre côté en rapport à la verticale du réseau le signe (+) devient (-) et des niveaux angles entre la verticale à la surface des fentes et des faisceaux sont définis.

A= angle entre le faisceau incident et la verticale à la surface de l'arête du réseau a=6+A

B= angle entre le faisceau réfléchie et la verticale à la surface de l'arête du réseau a=0-B
Par la loi de réflexion A est égal à B. Ainsi, la plupart de l'énergie est réfléchie dans une direction préférentielle.
Ce phénomène se produit seulement lorsque l'ordre de réflexion de la surface d'une arête coïncide avec la direction de l'un des ordres de diffraction.
Lorsque l'on utilise un réseau par réflexion pour synchroniser une longueur d'onde particulière, la période (d) du réseau est conçue de façon à ce que le premier ordre de diffraction (m=1) sera en direction de l'axe optique.

En utilisant A= B = 0 et m = 1 on obtient :
,% = d.sin ~ 3: has mirrors, there are several types of narrow bands and bands wide that can reflect and let pass one or more wavelengths.

Mirrors of metal type by vaporization and dielectric layers successive ZrO 2 and SiO 2 (US 4,848,909).
Different substrates or substrates of mirrors such as Brass (US 4,892 991, the U.S. Patent No. 5,565,052 and several others on composite type graphite-glass, Si carbide, silicon, ceramics, beryllium and other metals and ceramics or glasses.
Metal mirrors as such (US 4,876,690,). This leads us to mirrors to deposited layers of active metal active medium covered with a dielectric of protection. For example: Cadmium. An electromagnetic wave striking the area of a mirror excites the electrons of the metal and by re-emission of the photon excitation.
Liquid mirrors, Hg and Gallium alloys (US 3,371,287).
Liquid Cooled Mirrors for High Power Laser (US 3,926,510, 3 942 880, 4 029,400, 4,110,013, 5,311,529).
Electrochromic mirrors or electric mirrors (US 4,465,339).
Pressure deformable mirrors for powerful lasers (US 4,190,327).
Narrow-band dielectric type mirrors (US 4,615,034).
Window of Brewster by dielectric layer (US 4,800,568) and polarizing mirror in a only sense (US 4,201,954).
The multifaceted mirrors to increase the length L of the laser without increase physically (US 3,996,527, 4,221,468).
Adjustment of dielectric thickness by compression or stretching (patent US 4,975 103). The technology of dielectric mirrors (US 4,147,409, and US 4,132,959, 099,840 and US 4,101,707, 5,513,039).
Wide-band dielectric type n-jars.
Broadband dielectric type mirrors for white light.

Semiconductor mirrors such as Gallium arsenide n-type, mirrors semi-radiant-type conductors Tin-Lead Selenate, Selenate and / or Tellurate Pewter and Lead, Aluminum Gallium Arsenide, Cadmium Sulphide Selenates, so continued as described in US Patent 4,196,402.
Polarizing metallic or dielectric mirrors.
Superconducting mirrors (US 5,015,619, US 5,036,042, US 5,110,792).

The prisms. 100% Reflection (Patent 3,478,277), Littrow Prisms (US 4,961 202).
The Rochon prisms of Wollaston, Porro and Roof. Pockels cells and from Kerr allowing a birefringence during the application of an electric field and numerous others for beam stabilization. Stallions ... see below.

The design of the laser output coupler In an optical cavity with an exit mirror having a certain radius of curvature, the emitted ray is emitted from the laser with the same shape as the mirror.
Thus, the radius of curvature of the exit mirror will determine the shape of the emitted beam.
To reduce the divergence of the output beam of the optical cavity, a lens can be combined with the output coupler. Focusing lens with a reflective coating on its inner side on the side of the cavity.

The control of the beam after emission of the optical cavity:

The divergence of a laser beam is in the order of 1 thousandth of a radian at 1000 meters the beam diameter will be 1 meter. To reduce the divergence beam, one uses an optical element outside the optical cavity.
A rule in optics is that the product of the beam diameter (d) and its angle of divergence (0) is a constant.
When we want to reduce the divergence of the beam, the diameter of the beam must be increased.

Beam extender:

According to the equations of divergence the increase of the diameter (d) of a reduced beam the angle (() of divergence of the latter.The expander of a beam is based on the telescope (Kepler). The first lens has a short focal length and a small diameter and the second lens has a long focal length and a large diameter.
The distance between the lenses is exactly equal to the sum of the lengths focal points two lenses. The laser beam entering the lens at short distance focale focuses on a real image at the focal point of the other lens. This image serves as point source for the other lens. At the exit of the second lens having a longer radius big and one smaller divergence. The mathematical relation is:

Fi / f2 = di / d2 = 01/02 Fi focal length (m) of the ocular input lens.

F2 focal length (m) of the lens output lens Di the diameter of the input beam in (m) D2 the diameter of the output beam in (m) 0i the angle of divergence (Rad) of the beam at the entrance of the telescope 02 the divergence angle of the beam at (Rad) at the exit of the telescope.

We realize that the ratio between the diameters is directly related to report of focal lengths (focal points) of the lenses.
Example:
The diameter of a He-Ne laser beam is 1.2 mm and its divergence 1mRad. We uses a Kepler telescope with two positive lenses of focal lengths of 1 cm and 6 cm.
Let's calculate the diameter of the beam at the exit of the telescope and the angle of divergence.
The output diameter is d2 = di * (fi / fi) = 1.2 * 10-3m * 6cm / lcm = 7.2 * 10-3m The divergence angle is = 1 mRad * 1/6 = 0.17 mRad.

The use of this device is useful to minimize the diameter beam such as in laser weapons and energy transport.

Galilee type:

The Kepler beam expander has difficulties when the power of laser increases. Such powers can produce ionization of the air at the focal point and can generate an electric arc in the cavity. We could empty but the simplest way is the Galilean telescope where the first lens is divergent and small with a short focal distance and the second lens is a great lens convergent. Both lenses are positioned so that their focal points are at the same point. So, there is no focus inside the telescope. When we want to reduce the diameter of the beam we can use the inverse of telescope. In entering the beam through the side of the converging lens. The reduction of diameter of the beam is made when an increase in the power density of the beam is required.

The spatial filter Later in the chapter on stabilization, we will see that using a pinhole allowed to reduce the number of transverse modes inside the cavity. The Kepler telescope in combination with a pinhole can be used to filter the beam of unwanted parts.
The pinhole is located on the optical axis at the focal point of the two lenses. The which are not exactly parallel to the laser axis will not be not focused by the first lens through the pinhole and will be stopped by the edges.
There is background noise in all modes even the basic Gaussian mode. This noise can come from multiple reflections on the walls of the active medium, openings crossed by the laser beam causing diffraction (exit aperture, width finished mirrors, etc.), beam diffraction by small obstacles (dust, defects of a crystal, etc.).

When a laser beam illuminates a screen, the image shows surfaces illuminated and others dark. It's a phenomenon of interference between different parts beam arriving at the screen with different paths.
Holography requires a cleaned sound beam.
Since the difference between the main beam and the noise is small we can To see the interference phenomenon only in the far field. The noise is at outside the main beam. Like being away from the laser, it is possible to use a lens to create the condition of the far field at the focal point of the lenses.
The mechanism of operation of the spatial filter is therefore a structure with a telescope Kepler with a pinhole at the focal point of both lenses.
The beam is focused at a small point by the first lens and goes to through the hole pin. This pinhole is 2 to 3 times the size of the spot diameter on point focal. The noise is not in line with the optical axis and will be focused out of the axis and the noise will not be transmitted out of the pinhole. The second lens is used for create the parallel beam.

A selective coating to mirrors: when the difference between the lengths emitted wave is not great, the best way to choose the length Wave is to introduce an optical element inside the cavity, the phenomenon optics used to separate between two adjacent wavelengths is dispersion: the prism or the diffraction grating.

The use of a prism inside the cavity creates a situation where only one wavelength is aligned between the two mirrors and the others will be scattered. The dispersion occurs by different refractive indices at different lengths wave. In the visible spectrum, the refractive index of materials is more great that for shorter wavelengths. So long wavelengths will refracted by a prism less than short wavelengths.

Polarization and prisms:

Argon lasers, Krypton have Brewster windows at the ends of the tubes to gas.
Radiation inside the cavity with Brewster windows is polarized. It is so better in these gas lasers to install a prism at the corner of Brewster at laser beam. At this angle of Brewster the polarized beam will not suffer no losses by additional reflections.

The prism of Littrow:

When you want to select the output of a laser, just use a prism which has a mirror surface. This is the prism of Littrow.
The angle of the prism in this case is half the Brewster angle. In such prisms, the laser beam refracts only twice in the course in comparison at 4 times in the regular mirrors.

The limit of the Littrow prism is that the adjustment capacity in relation to prisms Conventional will only be half. It is used to select a wave length specific on a few.

The diffraction grating:

Using a network like a mirror at the end of a cavity optical, creates a reflection in a single wavelength, in agreement with the angle of sound alignment to the optical axis. A good example to demonstrate this aspect is US 4 241318.
For each of the network separation orders, the longer the wavelength is long plus she will be scattered from her race.
It is mainly used in C02 lasers.
The phenomenon of diffraction allows a better separation between wavelengths compared to prisms that use the principle of dispersion by indices of refraction.
The problem with diffraction gratings is the great loss of energy in orders higher diffraction so we will not be able to use the networks of diffraction only for high gain lasers.
At each diffraction order the whole spectrum of wavelengths is existing, the wave desired laser has losses in all other orders with the exception of the order used for the laser condition.
The selection of a wavelength by a network is carried out by the lines of form triangular of the planar surface of the latter.
Reflections occur in several diffraction orders as well the energy is reflected in several directions.
Each of the diffraction orders contains the entire spectrum of the incident wave.
In each of the diffraction orders, the largest wavelength dispersion is bigger.
It is possible to make diffraction gratings for a length wave specific in such a way that most of the energy will be thoughtful in the first order. Looking at the reflection on a diffraction grating on a surface in agreement with the law of reflection of the mirrors we can draw that:

a is the angle between the incident beam and the vertical of the network 0 is the angle between the reflected beam and the vertical of the network 8 is the angle of the slits of the network.

The reflection equation of a diffraction grating is:
mX = d (sina + sinR) m is an integer of the diffraction order -% is the wavelength of the laser beam d is the period of the network.

When the beam is on the other side in relation to the vertical of the network the sign (+) becomes (-) and levels angles between the vertical to the surface of the slits and bundles are defined.

A = angle between the incident beam and the vertical at the surface of the edge of the network a = 6 + A

B = angle between the reflected beam and the vertical at the edge surface network a = 0-B
By the law of reflection A is equal to B. Thus, most of the energy is thoughtful in a preferential direction.
This phenomenon occurs only when the order of reflection of the surface a ridge coincides with the direction of one of the diffraction orders.
When using a reflection network to synchronize a length wave the period (d) of the network is designed so that the first order of diffraction (m = 1) will be towards the optical axis.

By using A = B = 0 and m = 1 we obtain:
,% = d.sin ~

4: possède un tube permettant à une décharge électromagnétique DC, AC (BF, RF, HF), et Micro-ondes (MO) d'exciter un médium actif d'une façon axiale, transversale ou longitudinale pour favoriser la génération d'un plasma ayant des électrons libres, des ions ou molécules.
Ce tube ou capillaire peut être en verre borosilicate ou en verre de silicate alcalin de calcium ou un verre d'alumino-silicate de calcium offrant une diffusion réduite à
l'Hélium ( US 4 853 938), en céramique d'alumine ou d'oxyde de Béryllium, en métal, en quartz , en graphite, en carbone pyrolytique utilisant la conductivité
électrique et thermique dans un axe pour en réduire le bombardement ionique. En verre Zblan ou verre de fluorure résistant aux MO, HF et RF et compatible aux halogènes (Brevet US 4: has a tube allowing an electromagnetic discharge DC, AC (BF, RF, HF), and Microwaves (MO) to excite an axially active medium, transversal or longitudinal to promote the generation of a plasma having electrons free, ions or molecules.
This tube or capillary may be borosilicate glass or silicate glass alkaline calcium or a calcium aluminosilicate glass providing diffusion reduced to Helium (US Pat. No. 4,853,938), made of alumina or Beryllium oxide ceramics, metal, quartz, graphite, pyrolytic carbon using conductivity electric and thermal in an axis to reduce ion bombardment. Zblan glass or glass of fluoride resistant to MO, HF and RF and compatible with halogens (US patent

5 062 116) ou bien en Titanate de Baryum plus résistant aux ondes électromagnétiques (US 4 359 777). L'ajustement des dimensions du tube par électromagnétique, magnétostriction et électrostriction (US 3 035 492) électrothermique, piézoélectrique (US 5 828 687 et US 5 084 898) et par genre constriction. Les lasers à Ions composés de disques permettant le refroidissement (US 4 553 241). La compensation thermique peut être réalisée sur un tube d'Invar par un fil soudé enroulé d'acier au Nickel ou par des anneaux (US 3 528 206). Laser à tube composé par tube hydraulique et quartz (US 4 878 227). Le tube peut être rugueux pour éliminer les anneaux de diffraction (US 4 827 484).
Le tube peut être fabriqué en pâte de cérarnique contenant le médium actif et lors de l'activation des MO ou décharges vaporisera le médium sous forme vapeur pour permettre l'effet laser, des métaux poreux et des graphites pourraient être utilisés dans ce même ordre d'idée ( US 4 696 011).
Le tube sert à maintenir la pression de gaz lors de sa purification, lors de sa fabrication et lors de l'opération dans le tube. Plusieurs systèmes furent développés tel que le système d'absorption par le zéolithe et de cuivre ( brevet US 4 229 709), un alliage à
base de Titane ( US 4 670 691), avec une pompe cryogénique, par chauffage ou refroidissement d'un réservoir contenant du charbon actif et/ou tamis moléculaire, l'absorption de l'oxygène par la phosphine PH3 ( US 4 727 286), par dépôt de Zirconium sur l'anode et du carbonate sur la cathode ( US 2 493 659 et US 5 017 831, Tantale US 2 794 932 et Zirconium et Titane US 2 926 981 ), par un dispositif de contrôle avec une valve micro solénoïde ( US 3 566 304 et US 5 117 435), par matière poreuse variant avec la température tel que le platine, palladium, platine iridium , nickel ou fer ( US 1 010 670), fabrication des tubes avec vapeur de K ( US 1 618 767, US 1 680 272 et US 3 860 310 ), par interrupteur magnétique permettant le chauffage d'agir sur un agent libérateur de gaz ( US 2 009 201), par recouvrement du tube par des couches d'oxyde de Mg, Sn, Zr, A1203 et Be02 permettant la réduction de la diffusion de l'Hélium (US 3 516 010).
Ainsi que de nombreux absorbants "Getter" ou absorbeur pour capter les impuretés pendant sa fabrication tant que dans son opération.

5: possède un processus d'excitation soit DC, AC (BF, RF, HF et MO), par diodes LED ou MO, par lampes excimères (US 5 659 567) ou autres, par lasers de toutes sortes voir même semi-conducteur et autres hors du contexte pour générer un plasma. Ces domaines seront discutés plus longuement dans les chapitres suivants. 5,062 116) or Barium Titanate more resistant to electromagnetic waves (US 4 359,777). Adjustment of the tube dimensions by electromagnetic, magnetostrictive and electrostriction (US 3,035,492) electrothermal, piezoelectric (US 5,828 687 and US 5,084,898) and by constriction genus. Compound Ion lasers allowing cooling (US 4,553,241). Thermal compensation can to be made on a Invar tube by a welded wire wound with nickel steel or by rings (US 3,528,206). Tube and hydraulic tube composite laser (US 4,878 227). The tube can be rough to eliminate diffraction rings (US 4,827 484).
The tube may be made of ceramics paste containing the active medium and during activation of MO or discharges will vaporize the medium in vapor form for allow the laser effect, porous metals and graphites could be used in this same idea (US 4,696,011).
The tube serves to maintain the gas pressure during its purification, when its manufacture and during the operation in the tube. Several systems were developed as the system absorption by zeolite and copper (US Pat. No. 4,229,709), an alloy with base of Titanium (US 4,670,691), with a cryogenic pump, by heating or cooling a tank containing activated carbon and / or molecular sieve, absorption of oxygen by phosphine PH3 (US 4,727,286), by depositing Zirconium on the anode and carbonate on the cathode (US 2 493 659 and US 5 017 831, Tantalum US 2 794 932 and Zirconium and Titanium US 2 926 981), by a control device with a micro valve solenoid (US 3,566,304 and US 5,117,435), porous material varying with temperature such as platinum, palladium, platinum iridium, nickel or iron ( US 1,010,670), manufacture of tubes with steam of K (US 1,618,767, US 1,680,272 and US 3 860-310), by magnetic switch for heating to act on an agent gas liberator (US 2,009,201), by coating the tube with Mg, Sn oxide layers, Zr, A1203 and Be02 allowing the reduction of Helium diffusion (US 3,516 010).
As well as many absorbents "Getter" or absorber to capture the impurities during its manufacture as well as in its operation.

5: has an excitation process of DC, AC (BF, RF, HF and MO), by LEDs or MO, by excimer lamps (US 5,659,567) or the like, by lasers of all sorts even see semiconductor and others out of context to generate a plasma. These areas will be discussed further in the following chapters.

6: possède des fenêtres de Brewster ou autres. Ces fenêtres sont les pièces généralement de verre, en Vycor, en Pyrex, de quartz, de saphir et d'autres matériaux selon la radiation du laser et permettant de maintenir la pression et le médium actif à
l'intérieur de la cavité. Dans les lasers, il est d'usage pratique et commun de positionner ces fenêtres à l'angle de Brewster par rapport à l'axe optique. Le faisceau électromagnétique voyage entre les miroirs du laser plusieurs fois. Cet angle autour de 55 21'et 56 pour le verre et d'autres angles dépendamment de la matière utilisée selon le besoin permet une réflexion totale et polarise perpendiculairement toute la radiation interne et externe. L'avantage de cet arrangement est que le faisceau n'accuse aucune perte par réflexion et seulement un type polarisé du faisceau est transmis. Il s'agit d'une façon simple de polariser la lumière. La relation mathématique se définie comme :

tan~p =n2/nl ou ~p =tant n et en appliquant la Loi de Snell Sin~p = n Sin 0 r.

Les fenêtres peuvent être conçues dans une orientation moléculaire spécifique et par exemple les cristaux de quartz seront taillés selon une orientation particulière (brevets US
2 674 520, US 3 993 965). La façon pour les construire et installer (US 3 183 937, US 3 390 351, US 3 420 603, US 3 555 450 traitant du joint Kovar et époxy et de fusion verre-autre matériel US 3 656 067 et US 3 717 823, à plaquettes mobiles US 4 063 803, US 4 240 046, US 4 340 969, US 4 426 708, US 4 649 546, US 4 677 640, le traitement des composantes optiques de laser par couches d'A1203 pour éviter la photo-réduction de la fenêtre de Si02 en Si qui réduirait la puissance US 4 809 293, la protection des optiques aux ultraviolets US 5 124 998).

Les verres de quartz commerciaux contiennent des impuretés en PPM pouvant nuire au bon fonctionnement de ces fenêtres (Voir tableau au brevet US 4 501 993).
L'utilisation de cristaux purs par clivage ou fonte apporte une dimension additionnelle.
La protection des fenêtres telles que démontrée antérieurement relative aux lasers métalliques et le brevet US 4 720 832 indiquant la protection par un dispositif magnétique et chicanes pour éviter la contamination. Une approche de protection des miroirs est un élargissement du tube aux extrémités, un bouclier de céramique pour réduire les atomes oxydants d'agir directement sur les miroirs (US 5 216 689). 6: has Brewster windows or others. These windows are the parts usually made of glass, Vycor, Pyrex, quartz, sapphire and others materials according to the laser radiation and to maintain the pressure and the active medium to inside the cavity. In lasers, it is of practical and common use to position these windows at Brewster's angle to the optical axis. The beam Electromagnetic travel between the mirrors of the laser several times. This angle around 55 21'and 56 for glass and other angles depending on the material used according to the need allows a total reflection and polarizes perpendicularly the whole radiation internal and external. The advantage of this arrangement is that the beam does not any loss by reflection and only a polarized type of beam is transmitted. he this is a simple way to polarize the light. The mathematical relation is defined as :

tan ~ p = n2 / nl or ~ p = both n and by applying the law of Snell Sin ~ p = n Sin 0 r.

Windows can be designed in a specific molecular orientation and by example the quartz crystals will be cut in an orientation particular (US patents 2,674,520, US 3,993,965). The way to build and install them (US 3,183 937, US 3 390,351, US 3,420,603, US 3,555,450 dealing with the Kovar and epoxy seal and fusion glass-other equipment US 3,656,067 and US 3,717,823 with movable pads US 4,063 803, US 4 240,046, US 4,340,969, US 4,426,708, US 4,649,546, US 4,677,640, the treatment of the A1203 layer laser optical components to avoid photo-reduction of window of Si02 in Si that would reduce the power US 4,809,293, the protection optics ultraviolet US 5,124,998).

Commercial quartz glasses contain PPM impurities that can harm smooth operation of these windows (See table in US Patent 4,501,993).
Use pure crystals by cleavage or melting provides an additional dimension.
Window protection as previously demonstrated in relation to lasers metal and US Patent 4,720,832 indicating protection by a device magnetic and baffles to prevent contamination. An approach of protection of mirrors is an enlargement of the tube at the ends, a ceramic shield for reduce the oxidizing atoms to act directly on the mirrors (US 5,216,689).

7: possède généralement un système de refroidissement gazeux ou liquide pour les lasers plus puissants et pour les applications requérant peu de vibrations telles que l'holographie ou l'interférométrie. 7: generally has a gaseous or liquid cooling system for more powerful lasers and for applications requiring little vibration as holography or interferometry.

8: possède un médium actif mono-atomique ou poly-atomique tel que l'hélium avec autres permettant une inversion de population des électrons d'atomes, d'ions ou de molécules présents dans le plasma permettant une émission stimulée d'une radiation électromagnétique visible ou non à l'oeil humain.

Cette idée du pompage aux Micro-ondes m'est venue du fait que l'on pouvait exciter une lampe au Néon, un petit fluorescent ou une petite lampe plongée dans un verre d'huile ou d'un liquide absorbant peu les MO installé dans un four MO.
Cette étude sur les brevets, a confirmé la chose au-delà de toutes espérances, principalement les brevets de lampes à grandes puissances lumineuses incohérentes utilisées dans l'industrie de l'imprimerie. Puis, les brevets aux lampes de lumière cohérente dans une cavité optique pompés par MO et le développement suit son cours pour l'augmentation de l'efficacité du couplage MO et cavité optique principalement dans les lasers excimères.

Ce lien entre la cavité optique et la cavité électromagnétique, la stabilité
mécanique et l'homogénéité du pompage tout au long d'un tube, le transfert maximum de puissance MO vers le médium actif sont des champs d'étude des brevets actuels et à
venir. Ce brevet n'y échappe pas et il s'y inscrit dans son entièreté pour en augmenter les performances à meilleur coût.

Le gain d'un laser La puissance de sortie d'un laser à un moment spécifique est déterminée par deux facteurs conflictuels.
Le gain du milieu actif qui dépendra de l'inversion de population et de la forme de la ligne de fluorescence de l'émission spontanée.

Les pertes du laser, incluant : les réflexions des miroirs, le dé-alignement des miroirs (lorsque les miroirs ne sont pas alignés perpendiculairement à l'axe du laser et parallèle l'un de l'autre (symétrie)) ainsi que la radiation à l'intérieur de la cavité seront plus ou moins confinées dans le vas et vient entre les miroirs.
L'absorption, les multiples réflexions et les pertes dans les éléments d'optique, les éléments d'optique ne sont pas parfaits et chaque interaction avec l'élément d'optique dans la cavité génère des pertes.
Les pertes par diffraction, à chaque fois qu'un faisceau laser passe à travers une ouverture limitée il y a diffraction. Il n'est pas toujours faisable d'agrandir l'ouverture pour réduire la diffraction, car dans ce cas le mode transverse augmentera. On installe un trou d'épingle dans les lasers pour fonctionner en mode TEMoo. Ce dernier peut se s'accomplir avec un iris ou diaphragme dans le genre des caméras photographiques.

La condition limite pour l'effet laser est que le gain doit dépasser ou au-moins être égales aux pertes.

* Ici, j'invite le lecteur à consulter les différents ouvrages relatifs à la physique des lasers :

L'action laser est possible seulement pour les longueurs d'onde par laquelle le médium actif a une émission spontanée.
La ligne de fluorescence décrit l'intensité de fluorescence en fonction de la fréquence.
La largeur de ligne de fluorescence est mesurée par la largeur de la ligne de fluorescence à mi hauteur maximum.
La courbe du gain du médium actif dépendra de la largeur de ligne de l'émission spontanée de la transition laser spécifique.
La largeur de ligne peut contenir plusieurs modes laser longitudinaux et sera déterminé
par la partie haute de la courbe du gain du laser au-dessus de la valeur de seuil ( Gr.)=1.
La condition pour laser est que le gain total sera un peu plus grand que les pertes totales.
Le gain en boucle (GL) est le gain net (gain moins les pertes) de la radiation voyageant dans la cavité :
GL = Ri*R2*Ga?*M

M est le facteur d'absorption des pertes décrivant la partie relative de la radiation qui demeure dans la cavité après que toutes les pertes voyagent en boucle dans la cavité. Toutes les pertes voyageant en boucle dans la cavité sont 1-M
(toujours moins que 1).
M = exp (-2aL) a est le coefficient de perte (en unité de 1 au-dessus de la longueur) 2L = Longueur de parcours est deux fois la longueur de la cavité.
Pour les lasers continus, la condition du gain en boucle de seuil est :

(GL) s.ùi = 1 = Ri R2Ga2M =Ri*R2* EXP (2(p-(x) L) Les différents types de laser et leurs caractéristiques Aujourd'hui, deux branches d'études et de commercialisation de lasers sont à
l'étude : les lasers semi-conducteurs me permettant l'analogie de la lampe versus le transistor et les lasers à gaz pompés HF ou par MO pour des raies fines d'émission électromagnétique visible et non visible telle que les R-X, HF, IR, Visible, UV, MO, et ainsi de suite... Les lasers excimères en sont un bon exemple pour des raies dans l'Ultraviolet avec l'utilisation des optiques non linéaires ; pour les semi-conducteurs l' Infrarouge sans oublier les lasers sans médium actifs par les mouvements des électrons tels que les lasers à électrons libres pouvant émettre dans tous le spectre électromagnétique avec des puissances énormes (US 4 189 686). Le magnétron est en quelque sorte une approche non cohérente de ces derniers et émettent des MO.
Pour mon option holographique, j'oriente ce brevet aux lasers à gaz pompés par HF et MO en non confinement magnétique et/ou électromagnétique et en confinement magnétique et/ou électromagnétique afin de concentrer le plasma vers le centre du tube par la géométrie des cavités.

Mais avant toutes choses, certains chapitres théoriques devront s'inscrire ici pour en accroître la compréhension sans se perdre dans des relations mathématiques et s'inscrivent dans les règles de l'art. Pour cette fin, j'invite le lecteur à
différentes références traitant de la physique du laser, des lampes, les guides d'ondes, les guides diélectriques, les cavités électromagnétiques et optiques, la physique des ondes et de leurs transports et des dispositifs de traitement des ondes et les brevets relatifs dans ces domaines dont quelques uns seront inscrits en référence.

Le médium actif Le matériel utilisé déterminera la longueur d'onde, la méthode de pompage préférée, l'ordre de magnitude de la sortie du laser, l'efficacité du système L'inversion de population entre les niveaux hauts et bas d'énergie et le médium actif doit être transparent à la longueur d'onde de sortie.
Le médium actif déterminera la plupart des propriétés, c'est pourquoi le nom du laser est dérivé par son médium actif.

Mécanismes de fonctionnement d'un laser à gaz Hélium-néon Vapeurs métalliques Hélium-Cadmium et Hélium -Sélénium Argon Krypton Mélanges Moléculaires Excimères Lasers multiples fréquences ou blanc tandem et autres.

1: Les générateurs principaux et accessibles de micro-ondes.

a : Les diodes b : Les Masers c : Le Magnétron d Par diodes LED ou lasers semi-conducteurs.
2 Le transport et la transmission des micro-ondes.

a: Guides diélectriques et équipements connexes b : Antennes 3 : La cavité électromagnétique.

a: Formes et ondes stationnaires 4 Le couplage inter-cavités optiques-électromagnétiques.
a : Fentes b : couplage interne c : Polarisation d : Absorption e : Changement de phases f: retour des ondes au magnétron : Les mécanismes d'excitation.

a: sans confinement électromagnétique et magnétique b : avec confinement électromagnétique et magnétique 6 : La stabilisation.

7 : Le refroidissement Mécanisme de fonctionnement d'un laser Généralités sur les lasers à gaz :

Plusieurs éléments (atomes) peuvent provoquer l'effet laser lorsqu'ils sont dans l'état gazeux.
Plusieurs molécules (composées de plusieurs atomes) peuvent provoquer l'effet laser.
Le médium actif est un gaz à basse pression (quelques millièmes de torr). Les raisons principales d'utiliser une pression basse sont :
Une décharge électrique sur un long parcours nécessite une basse pression et plus particulièrement dans ce brevet la profondeur de pénétration en utilisant différents stratagèmes.
Pour obtenir une bande étroite spectrale, on ne doit pas l'étendre par les collisions entre atomes.
Certains types de lasers spéciaux à gaz utilisent des gaz à haute pression.
L'excitation par décharge électrique en appliquant un haut voltage entre les électrodes à
chaque extrémité du tube génère un claquage électrique à travers le gaz. Les électrons sont éjectés de la cathode et sont accélérés vers l'anode et heurtent les molécules de gaz le long du parcours. Durant ces collisions, l'énergie cinétique mécanique des électrons est transférée aux molécules de gaz et les excitent (la même méthode que pour les fluorescents).
L'excitation par pompage optique requiert que le spectre d'absorption du médium sera semblable au spectre d'émission de la source de pompage ainsi une grande quantité
d'énergie sera absorbée. Les sources conventionnelles de lumière pour le pompage optique ont un spectre d'émission large ainsi une petite partie seule de la lumière sera utilisée dans le processus d'excitation. Vu que les atomes de gaz absorbent seulement une petite portion du spectre, le pompage optique pour les lasers à gaz n'est pas très efficace.
Si on veut exciter un laser à gaz avec un pompage optique, nous devrons utiliser une source optique avec une bande très étroite correspondante à la bande spectrale étroite du gaz. Une bonne source de pompage optique pour un laser à gaz serait un autre laser. C'est ici que l'on doit insérer le concept de la cellule et du pompage par micro-ondes qui sont des ondes électromagnétiques de même type que les ondes lumineuses nous conduisant à
la définition de photon.

La théorie suit la règle de monsieur Niels Bohr qui avait modélisé les processus d'absorption et d'émission de photons par les atomes puis monsieur Albert Einstein qui dégagea l'existence du photon et la faisabilité de créer une émission stimulée ou induite dès 1917. Depuis cette époque, plusieurs savants n'ont pas cessé d'innover différents types et différentes configurations de maser et de laser de puissance variable continue et/ou pulsée.
Les atomes sont constitués d'un noyau et d'un ou plusieurs électrons qui gravitent sur des disons orbites stables. Ces atomes sont pompés (excités) dans une cavité
scellée par différentes méthodes passant du pompage optique, électromagnétique, par réactions chimiques voir même nucléaires, par différentes configurations des décharges avec ou sans pré-ionisation, par pompage inter-cavités avec deux zones et de nombreux autres types. Ici dans ce brevet : par pompage micro-ondes (MO).

Toutes ces excitations se décrivent par le passage d'un électron disons d'un orbite A vers un orbite d'énergie supérieure B et se fait par absorption d'une quantité
d'énergie parfaitement quantifiée et définie.
La radiation électromagnétique a en plus de sa nature ondulatoire l'aspect de particule.
Cette radiation électromagnétique a un ensemble d'unités discrètes d'énergie avec un moment et se nomment Photons.
La relation entre le montant d'énergie transporter par le photon et sa fréquence (v) est déterminé selon l'équation d'Einstein E = hv ou h * c/?,, d'ou h est la constante de Planck's = 6.626 * 10-34 Joule -seconde. Quelquefois on utilise la fréquence angulaire (w) au lieu de la fréquence v ainsi :
H(bar) = h / 27t = 1.054 * 10-34 Joule-sec En bref, cela indique que l'énergie de chaque photon est inversement proportionnelle à sa longueur d'onde. Ainsi, un photon bleu de plus petite longueur d'onde transportera plus d'énergie que les photons de longueur plus longue tel que le rouge.

Le spectre visible se situe entre 0.4-0.7 micron ou 400 à 700 nm.
Pour la lumière violet la fréquence sera v1= c/ Xi 3.108 m/sec/ 0.4 .10-6 m 7.5. 1014.1/sec Pour le rouge= 4.3. 1014.1/sec. La différence entre le violet et le rouge sera donc 3.2. 1014.
1/ seconde. L'énergie d'un photon violet = Ei= h.vi= 6.626. 10-34 J. seconde *
7.5. 1014 1/ sec = 5.10-19 Joules et le rouge = 2.85. 10"19 Joule et la différence sera donc : 2.15 * 10-t9 Joule.

L'absorption de la radiation électromagnétique ou d'un photon dans un système microscopique est qu'un photon réagit avec un atome. Dans un système macroscopique, la radiation électromagnétique passant à travers la matière, une partie sera transmise et l'autre sera absorbée. L'intensité de la radiation transmise à travers une épaisseur (x) d'un matériel homogène se décrit par la loi de Lambert: I= Io -01' ou Io est l'intensité de la radiation émise et a le coefficient d'absorption du matériel. Plus le matériel sera épais moins l'intensité transmise sera grande. Chaque matériel est transparent différemment selon la longueur d'onde ainsi le coefficient d'absorption a sera fonction de la longueur d'onde a7, de ce phénomène de pompage deux types d'émissions peuvent se produire :
L'émission spontanée qui provient d'un électron sur un niveau excité et revient naturellement à son état fondamental stable en libérant un photon d'énergie.

L'émission spontanée de la radiation électromagnétique.

Tout système naturel préfère être au niveau bas d'énergie ou état fondamental.
Lorsqu'une énergie est appliquée. Les atomes du système sont excités et grimpent à un niveau plus élevé. Cet électron en état excité s'y retrouvera pour une certaine période de temps et retournera à son état fondamental et émettra une énergie quantifiée exacte à la différence entre les deux niveaux d'énergie (DE). L'émission est aléatoire et lorsque des photons sont émis aléatoirement de chaque atome en temps différents et on appelle ceci l'émission spontanée. Il n'y a pas de direction préférée pour les photons de type différents et pas de relation de phase entre les photons émis par les différents atomes.

Le processus de rela.xation : l'émission spontanée est l'un des processus de relaxation dans lequel l'atome excité retourne à l'équilibre ou à l'état fondamental. Le spectre d'émission est identique au spectre d'absorption. Cette explication classique ne définit pas la fluorescence et la phosphorescence. La fluorescence est l'émission de longueurs d'onde de l'atome plus longue que la longueur d'onde absorbée. L'émission arrête le moment de l'arrêt d'excitation La phosphorescence est le procédé dans lequel l'émission est beaucoup plus long que le processus d'absorption. L'émission de fluorescence est le processus du laser.

Le taux de décadence ou la perte d'énergie d'un atome excité peut se produire de deux façons. La décadence non-radiative en transférant l'énergie en vibrations mécaniques aux atomes voisins. Le taux de décadence est ynr. C'est la chaleur en macroscopique ou accroissement de température. La décadence radiative par l'émission spontanée au taux de yrad. En exemples pour un matériel phosphorescent, les atomes sont excités par radiation à une longueur d'onde, et une fois l'excitation arrêtée, on peut voir une lueur lors du retour à l'état fondamental. L'émission spontanée dans les enseignes Néon, lorsqu'une décharge électrique excite les atomes du gaz et lors du retour à
l'état fondamental, il y a émission de photons dans le spectre visible. Le néon absorbe dans l'UV et ré-émet dans le rouge-orangé.
Le taux de décadence d'un certain niveau est la somme des décadences.
y=> +1lad L'ordre de magnitude de temps de certains atomes pour une décadence non radiative picoseconde - microsecondes (10"12 -10 ~ sec) est très rapide.
La décadence radiative est dans l'ordre de microseconde - milliseconde (10-6 -10-3 sec).
L'équilibre thermodynamique indique qu'un groupe d'atomes, à une température T( K) est distribué à un point pour chaque niveau d'énergie il y a une moyenne de certains atomes . Le nombre d'atomes (Ni) à un niveau d'énergie (Ei) est appelé le nombre de population. L'équation de Boltzman détermine la relation entre le nombre de population d'un niveau spécifique d'énergie et de la température :

Ni = co.exp (-EvkT) Ni est le nombre d'atomes par unité de volume à un certain niveau d'énergie Ei.
K est la constante de Boltzman = 1.38 * 10"23 Joule / K.
Ei est l'énergie du niveau i. Assumons que E; > E,-i.
Co = constante de proportionnalité. Il n'est pas important lorsque l'on considère la population d'un niveau comparé à un autre niveau sera vu comme plus petite.
T est la température absolue en degrés Kelvin ( K).
Plus la température est élevée, plus le nombre de population sera élevé.
Plus le niveau d'énergie est élevé plus le nombre de population sera bas.

La population relative N2/Ni de deux niveaux d'énergie E2 comparée à Ei est :
N2/Ni= const* exp (-E2kT)/ const*exp (-Ei/kT) = exp (-(E2-Ei)/kT).

La constante de proportionnalité se simplifie par la division.
Cette relation entre deux nombres de population (N2 i Ni) ne dépendra pas des valeurs de l'énergie Etet E2, mais de la différence entre les deux.
Pour une différence d'énergie, plus la température est élevée plus la population relative est grosse.
La population relative peut se situer entre 0 et 1.

La différence entre les nombres de population (Ni - N2) entre deux niveaux d'énergie E2 et Ei est donnée par :

N i-N2 = N i*(1-exp (-hv/kT) ou v= V2- vi est la fréquence correspondant à la différence d'énergie entre les deux niveaux E2-Ei.
A l'équilibre thermodynamique, le nombre de population de niveau d'énergie haute est toujours moindre que le nombre de population de niveau d'énergie basse.
Plus basse est la différence d'énergie entre les niveaux d'énergie, plus basse est la différence entre les nombres de population de ces deux niveaux. Physiquement, les électrons préfèrent l'état fondamental, ainsi au niveau d'énergie le plus bas possible et une fois excités retourneront, après un certain temps, au niveau fondamental.
En exemple : calculons le rapport des nombres de population pour deux niveaux d'énergie E2 et El lorsque le matériel est à température pièce (3000 K) et la différence entre les niveaux d'énergie est de 0.5 (eV) et quel est la longueur d'onde 1 du photon émis de la transition de E2 à El.
En substituant N2/Nl = exp (E2-El/Kb.T) = 0.5 eV * 1.6 * 10-19 J/eV / 1.38. 10-23 J/K.
300 K= 4 * 10"9.
Pour calculer la longueur d'onde X= h.c/ AE = 6.626. 10-34 J. sec. 3. 108 m/sec / 0.5 eV. 1.6. 10-19 J/ eV = 2.48 m L'inversion de population à l'équilibre thermodynamique Ni>N2>N3 ainsi le nombre de population aux niveaux élevés est plus petit que le nombre de population à bas niveau d'énergie. Cet état est la population normale et dans cette condition un photon qui frappe le matériel sera absorbé
et grimpera l'atome à un niveau élevé. Exemple si 20 atomes au niveau N1 il y en a 10 en N2 et 2 en N3 tandis qu'en inversion de population il pourrait y en avoir plus au niveau N3 qu'en N2. Ainsi l'un des niveaux d'énergie ayant plus d'atomes qu'en un niveau à
basse énergie.

L'émission stimulée :

L'émission stimulée qui plus particulièrement provient d'un électron sur un niveau excité et reçoit un photon, il y a alors libération d'un second photon de même énergie, de même direction et en phase avec le photon incident.
L'émission stimulée, les atomes restant dans le niveau d'énergie excité n'y seront qu'un temps très court (10-8seconde) et retourneront à un niveau d'énergie bas par émission spontanée. Chaque niveau d'énergie a un temps de vie moyen caractéristique, lequel est le temps après seulement 1/e (environ 37 %) des atomes excités resteront dans l'état excité. C'est le temps par lequel z67 % des atomes excités retourneront au niveau bas d'énergie.
En accord avec la théorie des quantum, la transition d'un niveau d'énergie vers un autre est décrite statistiquement. La probabilité de transition d'un niveau d'énergie élevé à un bas niveau d'énergie est inversement proportionnelle au temps de durée de vie du niveau élevé. La probabilité pour chaque transition est caractéristique à chaque transition en accord avec certaines règles.
Lorsque la probabilité de transition est basse pour une transition spécifique, la durée de vie de ce niveau d'énergie est plus longue (environ 10'3 sec) et ce niveau devient métastable. Dans ce niveau métastable, une grande population d'atomes peut s'assembler et ce niveau peut être un candidat pour l'émission laser.
Lorsque le nombre de population, d'un niveau d'énergie élevé, est plus grand que le nombre de population de niveau bas d'énergie, la condition d'inversion de population est établie. Lorsque l'inversion de population existe entre deux niveaux d'énergie, la probabilité est élevée qu'un photon stimulera un atome excité de retourner à
un niveau bas en émettant un autre photon de lumière. La probabilité pour ce procédé
dépendra de la correspondance entre l'énergie du photon émis et la différence entre ces deux niveaux.
Les propriétés de la radiation laser :

Le photon émis par émission stimulée est identique au photon produit. Ainsi, on a deux photons identiques et une amplification. Il a la même longueur d'onde et par conséquence la fréquence et est monoch.rome. Il est identique dans l'espace par sa direction. Il est identique en phase donc cohérent.
Les processus entre les photons et les atomes sont l'absorption, l'émission spontanée et l'émission stimulée.
Les équations qui régissent l'émission spontanée :
Assumons que les atomes soient identiques Chaque atome a seulement deux niveaux d'énergie El et E2 Le seul mécanisme d'émission de l'énergie E2 est spontané
Au temps t N1 atomes sont au niveau El et N2 atomes sont au niveau E2.
Le taux par lequel la population d'atomes excités N2 (t) décroît du niveau d'énergie E2 au niveau bas El par émission stimulée est donner par le coefficient de décroissance g21 multiplié par le nombre de population instantané du niveau N2 (t) tel que démontré dans l'équation différentielle du premier ordre DN2 (t) /dt = -g2l N2 (t) = - N2 (t) 2. Ce qui définit la durée de temps ti2 de l'énergie au niveau E2 :

-t2=1/g21 La solution pour le taux de l'équation différentielle est :

N2 (t) = N2 (0) exp (-g2 1 t) = N2 (0) exp (-t/,c2) En bref, à un moment spécifique (t=O) le nombre d'atomes dans l'état excité E2 est N2 (0), et lorsqu'il quitte le système sans intervention extérieure, le nombre d'atomes à l'état excité décroît exponentiellement tel qu'indiqué dans les équations précédentes.
N.B en émission spontané, le nombre de population (N1) du niveau d'énergie basse (El) n'est pas important.

La force d'un signal optique (le nombre de photons) se définit :
Intensité (I) est la puissance sur une surface et la puissance est un taux d'énergie sur le temps et ainsi l'intensité devient une mesure d'énergie sur le temps et sur la surface.
La densité d'énergie (n (t)) est le nombre de photons par unité de volume.
Elle s'exprime en unité de radiation électromagnétique hv ou h(bar)t,).
Le signal optique est un champ d'oscillation électromagnétique, et un atome peut être décrit comme un dipôle électrique.
Lorsqu'un signal optique de la bonne fréquence (hv est égal à la différence d'énergie entre les niveaux d'énergie E2-El) s'approche d'un atome, les atomes aux niveaux bas (El) et haut (E2) se mettront à osciller.

Les équations du taux d'absorption :

DN2(t)/dt = Kn(t) N 1(t). Chaque photon excite un atome à un niveau supérieur K est la constante de proportionnalité. Mesure relative de la réponse de l'atome à la radiation d'excitation dans une transition spécifique.

L'équation du taux d'émission stimulée : Le signal optique (photons) fait que les atomes au niveau supérieur (E2) à osciller (oscillations forcées) et fait une transition au niveau d'énergie bas (El). On a alors deux photons émis. Le photon d'excitation et le photon de la transition hv = E2-E 1.
Le taux d'émission stimulée est proportionnel au produit de la densité
d'énergie n(t) des photons incidents (le nombre de photons dans une unité de volume) avec le nombre d'atomes (N2(t) dans le niveau d'énergie haut (E2).

D N2 (t) / dt = K n (t) N2 (t).
La constante de proportionnalité K
De la théorie des quantum, on peut prédire que la constante de proportionnalité pour l'émission stimulée et absorption (stimulée) est identique.
Cette constante dépendra de la fréquence (v) du photon incident.
La valeur de K est maximale lorsque la fréquence du photon incident est égale à la fréquence de transition v21 Plus on s'éloignera de la valeur de la fréquence de transition, moins la valeur de K sera plus grande que zéro.
Chaque transition a une largeur de bande (Av) autour de la fréquence de transition.
Si la fréquence du photon d'excitation n'est pas dans la valeur de v21 +(Ov), la valeur de K =0.

En utilisant le diagramme des niveaux d'énergie et le nombre de population on peut tirer qu'au niveau E2 pour un système à deux niveaux :

DN2 (t)/ dt tot = dN2 (t) / dt absorp + dN2 (t) / dt stimul +dN2 (t)/ dt sPontan =
= + Kn (t) [ N 1(t) -N2(t)] -g2 1 N2(t) = dN 1(t) / dt totat On doit se rappeler que l'émission spontanée et l'émission stimulée se produit en même temps et sont indépendant l'un de l'autre ainsi les taux d'émission peuvent s'additionner.
Le processus d'émission stimulée est le résultat de la réponse de résonance de l'atome au signal forcé, ainsi il oscillera à la même fréquence et sera cohérent en espace et en temps (avec la même phase et la même amplitude).

Le milieu actif occupe un volume dans un résonateur constitué de deux miroirs l'un étant complètement réfléchissant et l'autre partiellement transparent à cette ou ces longueurs d'onde. Le va et vient disons de ce photon génère une amplification puisque ce photon a une probabilité non nulle de rencontrer sur son chemin un atome dans un état excité et induire ainsi l'émission d'un deuxième photon, et ainsi de suite. Le niveau d'énergie supérieur devient plus peuplé que le niveau inférieur d'énergie, il y a alors inversion de population des électrons et une émission spontanée dans toutes les directions provenant du phénomène de l'émission stimulée. Un faisceau de lumière sort du miroir semi-transparent et ainsi naît la lumière laser.
La théorie quantique indique que les électrons sont disposés à des endroits précis autour du noyau et suivent des trajectoires très précises, régies par l'énergie électronique en rapport avec la nature du milieu et des atomes respectifs. Ces trajectoires possibles sont les niveaux d'énergie. Cette énergie doit dépasser un certain seuil et si l'atome reçoit un rayonnement à une ~, correspondant à une transition possible ou à un champ électromagnétique ou autre, ce rayonnement est alors absorbé. Plus la trajectoire est éloignée du noyau, plus l'énergie correspondante sera importante et plus l'énergie d'excitation requise sera grande. Le différentiel d'énergie en rapport au niveau fondamental peut s'exprimer simplement par une équation bien que la réalité
soit plus complexe en rapport aux sous-niveaux générer soit par l'effet Doppler, les différents types de collisions, la pression du milieu, la température du milieu et des électrons, le champ ambiant, le champ induit, le champ cristallin, le champ magnétique, l'effet Zeeman, les interactions du milieu et entre les atomes de même type ou de types différents et ne font pas partie prenante dans le descriptif de ce brevet.
Comme le gaz est en principe isolant, il faut d'abord envoyer une décharge d'ionisation pour le rendre conducteur ou chauffer le gaz de façon à ce que les atomes passent majoritairement dans un état excité. La méthode utilisée pour maintenir suffisamment longtemps les atomes dans un état excité réside dans le choix d'un gaz présentant des niveaux d'énergie très particulier. Les atomes sélectionnés possèdent un groupe d'états excités à des niveaux d'énergie très proches ou compatibles et des niveaux intermédiaires entre ce groupe d'états et l'état fondamental. Le champ électromagnétique entre les électrodes , bobinages d'induction ou l'injection de MO procure un courant d'électrons qui cèdent leur énergie cinétique aux atomes du milieu actif et provoquent l'inversion de population. Le groupe d'états proches agit comme un réservoir d'énergie avant de passer à un état intermédiaire, les transitions entre les niveaux d'énergie du groupe d'états maintiennent l'atome excité suffisamment longtemps. Une certaine transition permet à
une énergie faible de se dissiper en chaleur pour y maintenir l'état excité le plus longtemps possible. Certains mélanges de gaz ou de gaz et vapeurs métalliques ont cette caractéristique que les niveaux E2 et E3 étant voisins, sont pompés de la même manière.
Si le niveau E3 est métastable, il agira de réservoir d'énergie et sera transféré au deuxième gaz ou métal sous forme vapeur lors des collisions entre les électrons, les atomes ou les molécules des deux gaz. Le rendement peut donc être très grand et le seuil bas, puisque le niveau El est en perrnanence dépeuplé de façon non radiative.
C'est ce que l'on nomme la caractéristique de pompage du laser nous conduisant aux types à trois et quatre niveaux, mais avant on se doit de définir l'amplification :

Deux processus décroissent le nombre de population d'un niveau excité :
L'émission spontanée et l'émission stimulée.
Un processus accroissant le nombre de population de l'état excité est l'absorption.
Vu que seul le montant d'énergie hv se produit dans chaque transition haute et basse, tel que le taux d'absorption d'énergie par unité de volume est donné par le taux de transition et le l'unité d'énergie DUa dt = Kn (t) [N 1(t) -N2 (t)] * hv Ua est la densité d'énergie des transitions stimulées.
L'énergie d'excitation est :

Usignal (t) = n (t) * hv L'énergie absorbée est prise du signal ainsi le taux de perte d'énergie provenant du signal est :
DUsignai(t)/dt =-K* n(t) [ N1(t) -N2(t)] hv = -K [ N 1(t)-N2(t)] *Ustgnal(t) La même équation peut être écrite pour la densité de photon :

Dn (t) / dt = -K * [ N 1(t) N2(t) ] * n(t) L'absorption ou amplification De l'équation des pertes d'énergies du signal d'entrée, l'équation de différence du nombre de population indique (0 N = N1 (t) -N2 (t)) si la densité d'énergie du signal d'entrée augmentera ou diminuera en fonction du temps.
Il y a deux cas possibles :
Lorsque la population est normale ou à l'équilibre thermique. Le nombre de population du niveau bas d'énergie (El) est plus grand que le nombre de population du niveau d'énergie élevé (E2) : N1 (t) > N2 (t). Dans ce cas seul, l'absorption est possible et le résultat est que les atomes recevant l'énergie du signal d'entrée décroîtront en magnitude.
Lorsque les atomes sont en état d'inversion de population, le signe en face des parenthèses est moins (-) et le signal s'accroîtra faisant une amplification.
Alors, l'énergie aux atomes sera transférée au signal d'entrée et une amplification à un taux proportionnel à la différence des nombres de population et à l'intensité du signal se produira.
En conclusion : Si le matériel est en équilibre thermique seulement l'absorption se produira et il n'y aura pas d'amplification. Ainsi, pour produire une amplification, le matériel devra être en inversion de population dans laquelle on retrouvera plus d'atomes dans l'état excité que dans l'état fondamental.
Dans le processus d'absorption d'un médium actif laser, le coefficient d'absorption ( a) dépendra du matériel et de la différence des nombres de population ( delta N =
N1(t) -N2(t)) entre les niveaux E 1 et E2 tel que :
a=K(N1-N2) La constante de proportionnalité K dépendra du matériel et de la longueur d'onde de la radiation.
Aussi longtemps que N1 (t) > N2 (t), a est positif et le processus sera de type absorption.
Dans le cas d'inversion de population N1 (t) - N2 (t) < 0 ainsi N2 (t) > N1 (t) et a est négatif. En accord avec la Loi de Lambert I= Io é Cc , le facteur (-aX) est positif ainsi l'intensité à la sortie I est plus grande que l'intensité (Io) et il y a gain d'énergie donc amplification.
Dans le cas d'une amplification a est appelé le Coefficient de gain.
La dépendance de l'amplification en fonction de la longueur du tube :
Si on a un laser de 15 cm de long pour une longueur d'onde et que l'amplification est de 1.5 quelle sera l'amplification si le tube est de 30 cm?
Amplification = I/ I o= é 'x ainsi 1.5 = e- l5 a = -0.027 (crrm 1) Et Ampli = I/Io = é 0C1C - e(-0.027 cm-1.30 cm)- 2.25.
En général : Lorsque la longueur du médium s'accroît, l'amplification s'accroît.
L'absorption dans le médium actif n'a pas été considérée.

Le laser à trois niveaux :

Le laser à trois niveaux : En prenant le diagramme d'énergie versus le nombre de population, ici pour simplifier on néglige l'émission spontanée (nb) et pour que l'effet laser se produise, il faut que l'émission stimulée soit prépondérante. Cet effet laser requiert, l'énergie doit être pompé dans le système pour créer l'inversion de population.
Ainsi, plus d'atomes doivent se retrouver au niveau E2 qu'au niveau E1. Les atomes sont pompés de l'état fondamental El au niveau d'énergie E3. Ils y restent un certain temps soit environ 10-8 seconde et décroissent sans transition radiative à l'état métastable du niveau E2. Le fait que la durée de vie de l'état métastable est relativement longue (dans l'ordre de 10-3seconde) plusieurs atomes s'y positionnent. Si le pompage est adéquat (assez fort) suite à un pompage de 50% des atomes seront à ce niveau E2, une inversion de population est créée et un laser est né. Ce type à trois niveaux n'est pas bon pour l'opération continue CW.

Le laser à quatre niveaux :

En prenant le diagramme d'énergie versus le nombre de population, dans ce cas nous avons un niveau additionnel d'énergie qui possède la caractéristique principale d'une durée de vie très courte. L'opération de pompage est similaire à celui de trois niveaux en créant une population rapide au niveau E3 par le niveau d'énergie E4.
L'avantage du quatre niveaux est une population faible du niveau E2.Pour créer l'inversion de population, il n'est pas requis de pomper 50% des atomes au niveau supérieur. La population au niveau (N2 (t)) se décroît rapidement à l'état fondamental, le laissant pratiquement vide. Ce laser permet une opération continue si 99 % des atomes reviennent à l'état fondamental. Les avantages du laser à quatre niveaux en rapport au laser à trois niveaux sont : le seuil du quatre niveaux est bas, l'efficacité
est plus grande, le besoin en pompage requis est moins grand et l'opération continue est possible. Dans le trois niveaux, le niveau bas du laser est l'état fondamental. Dans le quatre niveaux, le niveau bas du laser est au-dessus de l'état fondamental.

(nb) Au départ, l'émission spontanée produit les premiers photons, qui peuvent se diriger dans n'importe quelle direction. Seuls ceux qui sont émis suivant l'axe normal aux deux miroirs rencontreront un grand nombre d'atomes excités. A la fin des premiers passages, les photons en phase sont déjà très nombreux. Ils se réfléchissent sur les miroirs et viennent encore entraîner d'autres photons, par émission stimulée. Un gain important est alors créé, si ce dernier suite à un aller retour est supérieur aux pertes rencontrées, le seuil sera franchi et un faisceau laser sera émis, ce phénomène se produit à la vitesse lumière et l'émission spontanée ne joue donc qu'un rôle d'initiation du phénomène et contribuera à
un certain bruit de fond s'il n'est pas totalement absorbé lors du pompage.

Les lasers à gaz se divisent en trois groupes :

Atomiques- Le médium actif est composé d'atomes de gaz neutre tel que l'Hélium- Néon et la vapeur de Cuivre.
Ioniques- Le médium actif est composé d'un gaz ionisé tel que l'argon gazeux ionisé ou Hélium avec du Cadmium gazeux.
Moléculaires- Le médium actif est composé de molécules gazeuses tel que le C02, L'N2, Laser excimère, laser chimique (HF,DF), FIR laser.

Les lasers à gaz neutre (atomique) Le médium actif dans ces lasers est un gaz noble dans son état neutre ou une vapeur ou un autre gaz ou une matière soit un métal ou un métalloïde.
Leurs caractéristiques sont : le gaz actif est utilisé avec un autre gaz mélangé. Des gaz complémentaires peuvent aider l'efficacité d'excitation. Le gain maximum est obtenu lorsque le diamètre du tube est très petit.
Ces lasers à gaz sont généralement opérés en mode continu.

Le laser Hélium-Néon inventé par Ali Javan en 1966 est un laser atomique à
quatre niveaux et peut produire plusieurs ~, soit 0.6328 m, 1.152 m, 3.3913 m et 0.5435 m.
Les atomes d'hélium excité se heurtent avec les atomes de Néon et transfert l'énergie pour l'exciter. L'hélium ne participe pas au processus laser, mais accroît l'efficacité
d'excitation d'environ 200 fois car l'excitation directe du gaz Néon est peu efficace. On peut y produire de l'orangé, du jaune, du vert, mais l'efficacité est très faible. Ce médium actif possède un gain faible mais peut permettre une puissance de 100 m-Watt avec une efficacité de 0,01%. Le Néon peut être absorbé par la cathode et l'hélium peut diffuser à
travers le verre. Ce laser est généralement opéré en continu. Son gain maximum est obtenu lorsque le diamètre du tube est très petit.
Un état d'excitation de l'atome d'hélium (E5) a un niveau d'énergie similaire à un état d'excitation du Néon (aussi dénommé E5).
Le processus d'excitation des atomes du néon est un processus en deux étapes :
le haut voltage accélère de la cathode vers l'anode les électrons. Ces électrons heurtent les atomes d'hélium et leur transfert l'énergie cinétique. Ces atomes d'hélium heurtent les atomes de néon et leur transfert l'énergie d'excitation. L'émission de la raie rouge est émise lorsque le néon passe du niveau Es à E2, une différence d'énergie plus grande que les autres transitions. Un problème est qu'en même temps il y a émission de la raie 3.3913 m. Cette émission décroît la population en Es sans produire d'émission visible.
La solution à ce problème est d'utiliser un revêtement spécial sur les miroirs ne réfléchissant que la lumière rouge et transmet les autres pour en éviter l'amplification. On peut ainsi utiliser des revêtements pour sélectionner d'autres transitions.
Ainsi, on peut faire des lasers He-Ne émettant dans l'orange, le jaune et le vert, mais l'efficacité est beaucoup plus faible que la transition rouge.
Lorsque la lumière se déplace à travers le médium actif, deux processus différents agissent sur la radiation : absorption et l'amplification. Dans un laser He-Ne standard, l'amplification par le médium actif est environ 2%. Durant une passe, le médium actif (d'un miroir à l'autre) le montant de radiation à l'intérieur s'accroît de 1.02. Mais pour avoir une amplification de la lumière, toutes les pertes incluant les collisions des atomes excités avec les mûrs du tube, l'absorption avec les autres molécules ...
devra être moins que 2%.
Le laser He-Ne est un laser à 4 niveaux ainsi la durée de vie du niveau le plus bas devra être très court. Dans le gaz néon lequel est le gaz actif, la transition ( déclin) du niveau bas n'est pas suffisamment rapide, mais sera accélérée par les collisions sur les parois du tube. Parce que le nombre de collisions avec les parois s'accroît lorsque le tube devient étroit, le gain du laser est inversement proportionnel au rayon du tube.
Ainsi, le diamètre du tube pour le laser He-Ne devra être le plus petit possible.
Le gain faible du médium actif He-Ne limite la puissance de sortie en laboratoire 100 mW et les commerciaux 0.5 à 50 mW. Le coupleur de sortie est un miroir avec un revêtement permettant une transmission de 1% de la radiation. Ce qui indique que la puissance dans la cavité est 100 fois plus forte.
La structure est en général un capillaire de 2mm ceinturé d'un tube de 2.5 cm pour stabiliser les mouvements et de réservoir, le mélange de gaz est 85-90% Hélium et 10-15% Néon dans un rapport de 1 :6 à 1:10.La pression est de 0.01 Atm (10 torr).La cavité
est de type semi-cofocal avec un miroir plan de 98% et d'un miroir concave 100%. Le miroir concave a une longueur focale égale à la longueur de la cavité avec des fenêtres de Brewster. Le bloc d'alimentation génère un courant DC pour 1mW de 2000 Volts avec un courant stable. Le diamètre du faisceau 0.5 -2.0 mm, la divergence du faisceau 0.5-3 mRad, la longueur de cohérence est 0.1-2m, la stabilité de puissance 5% Hr, sa durée de vie > 2000 heures.
Pour initier l'action laser, le gaz doit être ionisé. Pour ce faire, un pulse de voltage maximum, c'est le voltage d'ignition. Au début du claquage, la résistance électrique du tube tombe soudainement à une faible valeur. Ce qui veut dire que le voltage descend soudainement alors que le courant augmente. Par la loi d'Ohms, c'est une résistance négative électrique afin de contre-carré ce problème une résistance "ballast"
de délestage (60 -90 KS2) est relié très près de l'anode en série avec l'alimentation. Son rôle est de limiter le courant à travers le tube lorsque la résistance du tube tombe.

Le laser Hélium Cadmium est un laser vapeur de métal ionisé et possède deux raies principales 0.4416 m - bleu généralement à 150 m-Watt avec une efficacité de 0.02%
et 0.3250 m - ultraviolet à 50 m-Watt avec une efficacité de 0,01% et son gain et sa sortie en puissance de ces deux lignes sont plus grand que l'Hélium -Néon, mais plus faible que le laser à l'argon.
Le cadmium est chauffé à 250 C, cette vapeur ajoute quelques millièmes de torr de pression à une pression d'Hélium de l'ordre de 3 à 7 Torrs. L'énergie d'excitation du Cadmium est de l'ordre de 8.96 eV et celle de l'Hélium 24,46 eV. (leV est égal à 1.6 *
10-19 Joule).
Les lasers Hélium Cadmium et Hélium Sélénium peuvent émettre en continu une radiation laser de plusieurs longueurs d'onde dans le spectre visible. Les éléments ( même les métaux) peuvent exister sous la forme solide, liquide et gazeuse dépendamment de la température et de la pression du milieu. Le générique vapeur peut aussi signifier que l'état gazeux peut exister en présence de son liquide ou de son solide tel qu'une marmite sous pression peut générer de la vapeur et être en présence avec son liquide.
Le développement du laser He-Cd a pris beaucoup de noblesse puisqu'il peut générer une lumière continue dans l'ultraviolet (Brevets US 5 012 479 et 5 257 278). Ces lasers sont relativement simples de construction et offrent une gamme de fréquence très large de l'ultraviolet, violet, bleu, vert, jaune, orangé, rouge, l'infrarouge et d'autres configurations permettant les lasers multicolores dits : blancs.
La clef de ces lasers réside dans l'emmagasinage d'énergie par l'hélium provenant de l'excitation électromagnétique et du maintien de cette excitation dans le médium actif contenant de l'hélium et de la vapeur métallique.
Les électrons provenant de l'excitation donnent une certaine énergie à
l'hélium et cette énergie est par la suite transmise à la vapeur du métal par collisions hasardeuses. L'atome métallique peut être ionisé en perdant un ou plusieurs électrons dans le processus de collision et plusieurs sont laissés dans un état excité permettant le processus laser.
Chaque atome a sa propre énergie d'ionisation dépendamment du nombre de protons, de neutrons et d'électrons. C'est pourquoi les isotopes peuvent être mis à
contribution. Cette énergie est mesurée en terme d'électronvolts (eV) : un eV est l'énergie atteinte par un électron soumis à un potentiel de 1 volt. L'hélium possède l'énergie d'ionisation la plus grande de tous les éléments soit 24,6 eV et le césium l'un des plus petits soit 3,9 eV. La différence entre deux niveaux d'énergie est correspondante à l'émission induite ainsi un photon rouge a une énergie d'environ 2 eV et un photon bleu une énergie d'environ 3 eV.
Le temps requis pour une émission est variable selon le niveau d'énergie et le temps moyen pour ce phénomène est de l'ordre de 10-8seconde. Il existe des états et des niveaux d'énergie dans tous les atomes qui ne peuvent donner leur énergie aussi facilement en photon et seront plus lent et doivent utiliser d'autres stratagèmes tels que la collision avec d'autres atomes et avec les mûrs de la cavité. Le temps moyen pour ce stratagème est d'environ 0.00 1 seconde ou plus et, est par définition, dans un état métastable et joue un rôle essentiel dans le pompage des lasers à vapeur métalliques. L'un des moyens les plus judicieux pour alimenter en énergie un gaz pour obtenir une inversion de population est la décharge électromagnétique. Cette décharge est créée lorsqu'un haut voltage est établi entre deux électrodes à l'intérieur de la cavité à basse pression, mais sujet à la cataphorèse : phénomène d'entraînement des ions + vers la cathode et agissant de trappe pour le gaz vecteur également. L'autre façon est par bobinage créant un champ électromagnétique en fréquence RF, HF ou directement par les MO.
Les électrons beaucoup moins lourds que les ions sont accélérés à très grande vitesse, soit environ 108 centimètres par seconde, et perdent une bonne partie de leur énergie par collisions avec les atomes du milieu. Plusieurs de ces électrons gagnent suffisamment d'énergie pour ioniser d'autres atomes créant de ce fait plusieurs électrons libres aidant à
maintenir la décharge. Il y a deux types de collisions en présence entre les électrons et les ions. L'une est élastique semblable aux boules de billard : cet électron léger en rapport à
la masse de l'atome donnera qu'une faible poussée et perdra qu'une faible partie ou fraction de son énergie due à sa faible masse. Dans le second type de collision dite inélastique, l'électron affecte l'un des électrons périphériques de l'atome et le déplace dans un autre niveau d'énergie d'excitation. Ici, l'électron libre perd une grande quantité
de son énergie, car plusieurs niveaux sont séparés entre eux par plusieurs eV.
L'hélium possédant un écart très grand entre son état fondamental et son premier état d'excitation soit environ 20 eV pour prendre action dans les collisions inélastiques. Cette haute énergie d'électron de décharge dans l'hélium occasionne une grande quantité
d'atomes d'hélium à être excité à ce niveau énergétique élevé. Trois de ces niveaux sont métastables et ont une longue durée de vie. Le niveau métastable singlet, le niveau métastable triplet et le niveau de l'ion fondamental. Les niveaux singlet et triplet ont une durée de vie longue, car ne peuvent se libérer de cette énergie. Le niveau d'ion fondamental étant le niveau d'énergie le plus faible, car un seul électron est enlevé et a une durée de vie longue, car il devra capturer un électron avant d'irradier cette énergie.
Plusieurs de ces atomes excités d'Hélium tendent à l'un ou l'autre de ces trois niveaux métastables favorisant de ce fait un grand réservoir d'énergie électronique dans la décharge. Si nous introduisons d'autres atomes actifs tels que le métal sous forme vapeur en concentration relativement faible, les collisions aléatoires dans la décharge mélangeront ces atomes actifs avec les atomes d'hélium et une fréquence de collisions se présentera. Durant ces collisions, l'énergie emmagasinée dans les atomes d'hélium métastables sera transférée aux atomes actifs du métal laissant ces derniers dans un état d'excitation et formera l'émission d'une radiation en retombant à leur niveau de plus basse énergie rendant possible l'inversion de population.

Il ne suffit pas de mélanger toutes sortes d'atomes pour permettre une inversion de population. Ici dans le cas avec l'hélium il existe trois conditions essentielles :
La première nécessité est que l'atome actif doit posséder un niveau d'énergie ionique convenable. C'est à dire que l'énergie devra être égale ou plus faible que l'énergie du niveau métastable de l'hélium ne pouvant donner plus qu'il en a reçue.
Seulement, le niveau ionique des autres atomes peut recevoir l'énergie des niveaux métastables due aux restrictions gouvernant les échanges d'énergie pendant le processus de collision. Le Néon seul est l'exception à cette règle provenant de son potentiel élevé.
La deuxième condition est le rapport entre les niveaux d'énergie des atomes (métal) évoluant dans la condition d'inversion de population. Le niveau le plus haut d'un système à deux niveaux avec inversion de population doit irradier une énergie exactement égale à la différence entre ces deux niveaux. Les électrons qui rendent l'énergie par radiation terminent à un niveau inférieur conduisant le milieu à un niveau plus bas à long terme et nous sommes dans un système d'absorption plutôt que génératif. Pour une opération continue, il nous faut trouver des atomes ( métal ) avec une combinaison des niveaux énergétiques ayant une durée relativement courte pour le bas niveau et le haut niveau densément peuplé. La règle élimine l'état ionique fondamental comme niveau possible, car tous les ions au niveau fondamental sont dans un état métastable. La paire de niveaux à l'état ionique doit être plus énergétique que l'état fondamental, mais aussi légèrement sous les états métastables de l'hélium qui transmet l'énergie.
Le troisième facteur est que le métal doit être vaporisé et la température et la pression jouent des rôles très importants. Différentes méthodes de vaporisation et d'équilibre et de distribution des atomes métalliques sur toute la longueur du tube furent développées avec les années pour des métaux à température de vaporisation relativement basse tels : que le cadmium, le sélénium ou autres.

Les systèmes répondant bien à ces trois conditions sont : le He-Cd, He-Se, HeZn, He-Te, He-Pb. Le système He-Cd utilise le triplet et le singlet des niveaux métastables de l'hélium. Lors du transfert d'énergie, les atomes métastables d'hélium se heurtent aux atomes neutres de cadmium qui sont au niveau fondamental et l'énergie métastable est transférée au Cadmium. Pour conserver l'énergie et la force, le cadmium est ionisé et émet un électron libre à la décharge. Avec ces trois particules, la seule façon de conserver la balance d'énergie est que l'électron transporte la différence exacte d'énergie entre le niveau d'énergie de cadmium et le niveau métastable de l'hélium. Ces types de collision et d'ionisation sont appelés Ionisation de Penning. D'autres systèmes tels que le Zinc, l'étain et le Plomb utilisent ce type d'ionisation.

He (0) + é .................. He* + é
He* + Cd (0) ...................... He(0) + Cd+l + é

He* représente l'état excité métastable de l'hélium Cd+l représente l'état ionique positif du cadmium.

Le système hélium cadmium satisfait bien aux trois conditions et plus particulièrement à
la deuxième puisque la durée de vie aux niveaux plus hauts est d'environ 0,5 micro seconde tandis que la durée de vie aux niveaux plus bas est de quelques nanosecondes soit 230 fois plus court. De plus, des mesures ont démontré que le taux d'excitation provenant de l'hélium serait trois fois plus rapide que le taux de transfert vers des niveaux plus bas. Ce système répond également à l'exigence de température soit 250 C et à cette température dans un tube avec un vide relatif, la densité d'ions cadmium suffit à la demande. Ce système peut produire 300 m-watts à 441.6 nm et 50mWatts dans l'ultraviolet à 325.0 nm en pompage DC. Donc très acceptable à ce projet.

Dans le cas du système hélium sélénium, les ions hélium heurtent les atomes de sélénium neutre qui se sont dissociés préalablement avec les électrons de la décharge lors du passage à l'état vapeur et l'hélium nécessitant un électron manquant le dérobe à l'atome de sélénium. L'énergie est alors transférée à l'atome de Se laissant ce dernier dans l'état excité et l'atome d'hélium ionisé revient à l'état neutre au niveau fondamental. Ce type de réaction est appelé transfert de charge ou échange de charges.

He(0) + é . . .. . .. ... . .. . ... He +(0) + 2é
He+(0) + Se(0) ................. He(0) + Se+l +é

Se+l est l'état excité du sélénium au niveau supérieur.

Puisqu'aucun électron libre n'est libéré durant le processus comme dans le cas d'ionisation de Penning, les seuls niveaux que le sélénium peut accepter efficacement sont ceux de l'hélium ionique. Le sélénium possède 13 niveaux se rapprochant suffisamment des conditions énergétiques de transfert à l'état fondamental de l'hélium, vers les niveaux excités du Se. De ces 13 niveaux, il peut y avoir émission de lumière et de transfert vers 11 autres niveaux plus bas. Ces niveaux sont le chemin rapide de dé-excitation vers l'ion fondamental pourvoyant de ce fait la condition pour la création de l'inversion de population. Ce laser a une efficacité élevée et une puissance combinée d'environ 250 m-watts sur 6 longueurs d'onde de bleu et de vert ayant plus de 50 m-watts séparément ainsi que 19 autres X couvrant le spectre visible du bleu au rouge.
D'autres types de laser utilisent ce procédé de transfert de charge soit le couple He-Zn et He-Te.
Le brevet US 5 418 801 délivré le 23 mai 1995 à Hiroshi Saitov traite d'un métal A
excité par un métal B.

Plusieurs configurations de lasers furent développées au fur des années afin d'accroître la durée de vie du tube, la distribution homogène de la vapeur métallique, la réduction de la condensation du métal sur les optiques, la réduction de l'effet néfaste de la cataphorèse , l'augmentation de la condensation dans certaines zones conçues à cette fin telles que l'élargissement du tube, compartiments de condensation, doubles fenêtres, double réservoir à changement de fonction d'évaporation et de condensation, valve solénoïde se fermant lors du chauffage, tube entier dans une enceinte chauffée, emplacement des anodes, anodes auxiliaires, anodes secondaires, la cathode segmentée pour sélectionner les couleurs, réservoirs chauffants et chicanes, conduite de retour, tube segmenté, vaporisation du métal en une ou plusieurs sources, vaporisation de différents métaux dans des zones différentes, la cathode creuse "Hollow Cathode" cathode creuse avec rainures, capsules de métal actif dans l'enceinte du passage du courant électrique près de l'anode, à
deux zones de décharge avec cathode creuse pour la vaporisation et zone à
colonne positive, zone de décharge lueur négative, configurations de type flûtes et concentriques, contrôle de température de la cathode, l'utilisation des isotopes, cathodes creuses en Tandem, superposition des champs électromagnétiques AC et DC par cathodes subdivisées recevant chacune d'elles un champ alternatif en opposition de phase avec séquence des électrodes, la cathode gaufrée, la cathode creuse ceinturée d'anodes creuses, décharge inter-électrodes contrôlée par une grille...

Différentes méthodes pour réduire la diffusion et l'absorption de l'hélium, par des verres moins diffusants pour l'hélium et pouvant résister à la cuisson première du tube, par chauffage de la cathode pour réduire la capture de l'hélium, le recouvrement du verre par un métal tel que le cuivre, l'argent ou autres, intégration d'une capsule contenant de l'hélium sous pression dans l'enceinte du tube et possédant une membrane perméable en fonction de la température, circuit électronique de compensation du gaz avec réservoir annexe, circuit électronique d'inversion de courant, gros réservoir annexé
d'hélium, régénération du gaz à l'intérieur et/ou à l'extérieur du tube, le chauffage contrôlé rendant plus perméable une membrane de verre-quartz et agissant comme une valve par diffusion sur un réservoir d'hélium , plusieurs réservoirs inter-reliés à pression différente l'un de l'autre pour optimiser le contrôle et la diffusion avec circuit de contrôle électronique de la pression interne par thermistors, jauge Parani ect... Ce chapitre sera développé
d'avantage au contrôle du gaz.
Pour rendre justice à tous ces inventeurs de ce type de laser, je me dois d'inscrire ces quelques références : US 3 585 524 et 3 755 756 de William T. Silfvast, l'équipe de Shuichi Fukuda pour un laser à cathode creuse en tandem US 3 868 593, l'équipe de Shing Chung Wang de la Xérox Corporation pour ne citer en exemples que les brevets US 4 052 680, 4 193 042 et 4 639 926, pour un tube en métal. L'équipe de Daniel E.
Altman US 3 792 373, l'équipe de Mark W. Dowley de la firme Liconix avec un réservoir de Cd en jonction avec le capillaire séparé US 3 891 943 et 3 947 781,1'équipe de Karl Gerhard Hernqvist pour plusieurs brevets dont le US 4 008 445, l'équipe de Kathumi Tokudome en exemple les brevets US 4 103 253 et 4 031 428, l'équipe de Shuichi Fukuda pour un laser à cathode creuse, l'équipe de William F. Hug, au brevet US
4 187 474 traitant de l'introduction directe d'un tube d'hélium à l'intérieur du laser avec une membrane calibrée en fonction de la température pour sa diffusion, l'équipe de Calvin J. Marlett US 4 224 579, l'équipe de Shuzo Hattori pour les brevets US

et 4 420 835, l'équipe de Kanichi Fujii pour un laser à cathode creuse US 4 510 608, l'équipe de Noboru Kamide US 4 635 272, l'équipe de George J. Collins utilisant un canon d'électrons DC pour pomper un laser He-Cd (US 4 641 316) et l'effet magnétron d'une cathode circulaire recouverte du métal actif dans un confinement magnétique US 4 730 334, l'équipe de Nikola V. Sabotinov pour sa façon simple de vaporiser le métal décrit au brevet US 4 782 493, l'équipe d'Andrew J. Kearsley pour sa conception simple d'un laser à vapeur métallique décrit au brevet US 4 792 961, à l'inventeur Hiromi Kawase pour son laser He-Cd en cathode creuse du genre de la Firme NDK US 4 280 ou bien Kyoichi Deki (US 4 862 475, 4 794 612, 4 866 722 et 5 128 952 de l'équipe de Akira Fuke), l'équipe d' Arthur Maitland pour le laser au cuivre utilisant du brome ou du chlore avec du Néon ou de l'Hélium pour une opération à 600 C (US 4 955 033), l'équipe de Manfred R. Otto avec un dispositif du dépôt de Cd et de compensation de l'Hélium US 4 956 845 et de nombreux autres dont l'énumération serait trop longue.

L'introduction d'absorbeur "Getter" tel que le baryum métallique pour absorber l'oxygène et l'azote.

Les lasers à vapeur de métal Le médium actif comme le nom l'indique consiste en une vapeur d'atomes métalliques. Il y en a deux types : les lasers vapeur de métal neutre incluant le Vapeur de cuivre ( CVL) et le Vapeur d'Or ( GVL). Les températures de vaporisation sont élevées et ne sont pas traitées dans ce brevet sauf qu'en référence l'utilisation des tubes segmentés tel que décrit au brevet de Richard H. Sawicki US 5 497 392 et le confinement du liquide de Marie E.
Taylor US 5 504 770. Généralement, cette haute température est obtenue par le claquage électrique du gaz, il est possible d'opérer en température plus basse 400 C en utilisant des sels par exemple de cuivre tel que le CuCI, le Cul (US 3 576 500 et 3 934 211). Ces types de laser peuvent fonctionner par pompage HF ou MO.

Le laser à l'Argon.

Je me dois de mentionner avec un grand respect que ces lasers Ar, Kr, et Xe furent inventés par William B. Bridges pour le compte de la firme Hugues Aircraft Company du 6 mai 1964 au 30 juillet 1968, date de parution portant le numéro US 3 395 364. Les firmes Spectra-Physics, Coherent et plusieurs autres les ont développés commercialement depuis cette époque et sont encore à l'oeuvre dans ces domaines.
Le tube de ces lasers est rempli d'argon se transformant en plasma à l'état excité soit en électrons libres et en ions. Les raies sont 8 UV et 2 IR et 454.6 nm, 457.9 nm, 465.8 nm, 476.5 nm, 488.0 nm, 496.5 nm, 501.7 nm, 514.5 nm et 528.7 nm. Dont les principales sont 0.488 m - bleu et le vert 0.5145 m et dans l'UV 0.3511 et 0.3638 m.
Les raies émises sont tributaires du courant et la pression du gaz. L'état ionique est d'environ 16 eV au-dessus du niveau d'énergie fondamental de l'atome ainsi requiert une grande quantité d'énergie et rend une efficacité de 0.1% seulement. Le gain du médium actif est élevé et peut ainsi donner un faisceau de plusieurs dizaines de Watts continu.
Il doit se munir d'un tube étroit en oxyde de Béryllium avec une densité de courant de 50 ampères et nécessite un grand refroidissement. La puissance de sortie s'accroît non linéairement en fonction de la densité de courant dans le tube. Ce laser peut fonctionner en ligne unique aussi bien qu'en multiples lignes. Ces T, peuvent être générées simultanément. La courbe de réflectivité du miroir coupleur de sortie et la densité de courant détermineront la raie émise. En ligne unique une seule a, sera émise tel que la 488nm et sans égard avec le courant dans le tube. En lignes multiples, l'accroissement du courant dans le tube, les lignes à grand gain apparaissent en premier lieu et la puissance de sortie de chaque ligne s'accroîtra par l'accroissement du courant du tube. Les optiques sont recouvertes pour permettre l'émission de chaque ligne (8 lignes pour l'Argon). Pour le mélange argon/krypton, une sortie blanche (rouge, vert et bleu) peut être obtenue. Les optiques peuvent sélectivement éliminées une ou plusieurs lignes telles que toutes les lignes sauf la 514.5 nm. Les optiques pour lignes multiples sont utilisés avec un prisme de sélection de ligne (dans la zone de haute réflexion de la cavité optique) pour générer toutes longueurs d'onde en tournant un bouton. Ce chapitre sera traité plus précisément au chapitre de la stabilisation.

Suite aux nombreuses collisions dans un plasma, un grand nombre de particules ou d'espèces peuvent être présentes : électrons, les atomes, les molécules, certains radicaux, certains ions positifs ou négatifs, espèces excitées. Ces différentes particules peuvent être en interaction les unes aux autres rendant cette soupe très complexe.

Simplifions : cathode - [--> é " + Ar ---> Ar* + é -> Ar + ë +rlv ou 1 ]
anode +
Le laser au Krypton est semblable au laser à l'Argon, mais avec une efficacité
plus faible avec des X du jaune au rouge. Les raies sont avec 4 UV et 8 IR, 406.7 nm, 413.1 nm, 415.4 nm, 468.0 nm, 476.2 nm, 482.5 nm, 520.8 nm, 530.9 nm, 568.2 nm, 647.1 nm, 676.4 nm. La puissance maximum de chaque ligne est autour de 100 m-Watt. Les raies 647 nm et 530 nm sont plus sensibles à la pression du tube ainsi qu'à la force du champ magnétique de confinement. Le brevet US 3 413 568 traite de séparer le champ magnétique par deux bobines d'un bord et de l'autre offrant un champ inverse dans chaque section afin de contrecarrer l'Effet Zeeman. La polarisation circulaire accroît les pertes sur les fenêtres de Brewster qui elles tendent à polariser linéairement.
Le développement des lasers Argon, Krypton, Xénon et mélanges a suivi une évolution semblable. Il existe aussi un laser à l'Argon et Krypton sous forme de mélange, qui émet dans toutes ces fréquences des couleurs primaires pour générer une lumière apparaissant blanche pour la fabrication des hologrammes en couleurs réelles. Il faut, cependant, garder à l'esprit que les miroirs auront des réflectivités conçues pour émettre l'opération du laser pour toutes les lignes spectrales. Le prisme de sélection devra être enlevé. Pour éliminer une raie, les optiques seront conçues de façon à transmettre plus grand que 15%
à cettel. L'utilisation de miroirs spécifiques pour chaque raie peut être utilisés en bascule tel qu'indiqué au brevet US 5 426 662.
Ces lasers possèdent en général des orifices ou des tubes de retour du gaz qui est entraîné
par la décharge lors de l'opération vers la cathode ou cataphorèse. L'idée est de créer une résistance plus petite dans ces derniers afin d'éviter la décharge de s'y introduire et d'y circuler. Le courant électrique entre l'anode et la cathode passera par le chemin offrant le moins de résistance. Le diamètre, un certain nombre d'orifices éloigné du capillaire de décharge et de l'axe optique avec mesures de mitigation pour le cas de tubes genre pastilles céramiques annexées les une aux autres par brasage, la longueur sont des mesures créant une résistance plus grande.
Ces lasers n'ont pas à être complexe en exemple le brevet US 3 745 483 pouvant délivrer une puissance de 0,5 Watts pour Argon, Krypton, Xénon et/ou mélanges.

Les lasers moléculaires Ces lasers sont basés sur les transitions électroniques entre les niveaux d'énergie principaux différents.
Dans une molécule, les niveaux d'énergie principaux sont subdivisés en niveau d'énergie de vibrations, chaque niveau de vibration peut se subdiviser en niveaux d'énergie de rotation :

Les niveaux d'énergie vibratoires : les niveaux d'énergie associés avec les oscillations des atomes dans la molécule Les niveaux d'énergie rotatifs : les niveaux d'énergie associés avec la rotation de la molécule.
Du fait que les niveaux d'énergie sont des subdivisions des niveaux d'énergie principales, la différence entre deux niveaux d'énergie vibratoires lorsque l'effet laser apparaît est beaucoup plus petite que la différence entre les niveaux d'énergie électronique ainsi les longueurs d'ondes associées à ces transitions d'énergie sont plus longues et se retrouvent dans l'IR. Le plus connu est le C02. Ce laser contient également de l'azote et de l'Hélium dans des proportions de 1:1 :8 C02: N2: He. Le C02 est une molécule linéaire et elle possède trois modes de vibration :
Le mode de contraction et d'expansion symétrique (v 1) 4* 1013 Hz.
Le mode en flexion d'arc (v2) 2*10 13 Hz.
Le mode de contraction et d'expansion asymétrique (v3) 7*1013 Hz.
Les transitions du C02 laser se produisent lorsque la molécule se dirige vers un niveau d'énergie plus élevé du mode asymétrique vers l'un ou les deux autres. La transition au mode symétrique correspondant à 10.6 microns et la transition de flexion d'arc correspondante 9.6 microns.
Chaque niveau d'énergie vibratoire se subdivise en plusieurs niveaux rotatifs.
Des transitions peuvent se produire entre les niveaux vibratoires avec des niveaux rotatifs différents et on a ainsi plusieurs raies autour des transitions vibratoires principales.
L'opération. Une décharge électrique est créée, l'énergie des électrons accélérés est transférée par collisions aux molécules d'azote et de C02. Les molécules d'azote aident au processus d'excitation, car son premier niveau de cette molécule est très semblable au mode asymétrique de la molécule C02 et ainsi facilement transférable. Les molécules d'Hélium sont ajoutées pour remplir le niveau bas d'énergie du laser pour maintenir l'inversion de population et pour stabiliser la décharge électrique en dissipant la chaleur du médium actif. La conductivité thermique de l'Hélium est de 1.24 (cal/g K) et est cinq fois celle de l'azote (0.249(cal/g K). La pression de gaz est de 5 à 30 torr avec 10%
C02, 10% N2 et le reste de l'hélium.
Il y a différents types de laser C02, les différences entre eux sont leur structure, le mécanisme d'excitation et la radiation de sortie.
Les lasers C02 à gaz circulant, remplaçant le gaz pour maximiser la puissance, une pureté de gaz pas grande, puissance de sortie de centaines de Watts.
Le laser à gaz scellé, un voltage élevé est appliqué aux électrodes aux extrémités, le problème est la dissociation des molécules en CO et O avec le temps. Pour réduire cet effet un agent catalyseur est ajouté au mélange et restaurant les molécules de C02.La puissance de sortie est moins de 200 Watts, un réservoir de gaz peut l'accompagner.
Le laser C02 en guide d'onde Lorsque le diamètre du tube est réduit à environ 1 millimètre, un guide d'onde est créé.
La radiation dans ce capillaire est confinée le long du tube avec peu de pertes. En utilisant des tubes de céramique, de très petits lasers peuvent être réalisés et peuvent produire une cinquantaine de watts CW.
Les lasers C02 avec écoulement transversaux.
Le gaz est perpendiculaire à l'axe du laser permettant un débit très grand dans une petite distance. Le refroidissernent par le gaz est très efficace et on peut obtenir des lasers très puissants. Le débit de gaz et la décharge électrique se font sur la largeur du laser ainsi la distance entre les électrodes est courtes ainsi on peut faire des lasers à
grande pression soit plus que quelques atmosphères.
Le laser C02 existe dans la nature sans intervention humaine et l'inversion peut exister.
Les nuages près des étoiles peuvent créer des masers naturels. La lumière d'étoiles provoque l'excitation des molécules du gaz aux niveaux élevés et les molécules décroissent aux états métastables et elle permet l'étude spectroscopique des étoiles.
Propriétés : grande puissance plus de 10 000 watts CW. Sortie en IR de 9 à 11 m. Une efficacité élevée plus de 30%. Pouvant opérer en pulsé et CW. La puissance moyenne est 75 W/m pour un gaz en circulation faible et de plusieurs centaines de watts pour débit fort. Très simple d'opération et les gaz ne sont pas toxiques. Lasers à 4 niveaux.
Ce type de laser est généralement de type à re-circulation pour les grandes puissances et de nombreux brevets traitent de ces derniers. En référence, j'introduis seulement certains qui sont pompés par MO tel que : US 4 780 881, 5 043 995 et 5 450 435).
Ce laser fut inventé par C. Kumar N. Patel en 1964.

Le laser CO est semblable au laser C02 sauf que les raies se retrouvent entre 5 à 6 m.
Les lasers excimères (Excited dimer) ou Exiplex.

Ces lasers sont spéciaux sur le fait que la radiation est émise d'une molécule n'existant qu'un très bref instant. Les molécules en présence sont les gaz nobles tels que l'Argon, le Krypton ou le Xénon et d'un atome d'halogène de Fluor, de Chlore, de Brome ou d'Iode ou des molécules contenant des halogénures comme HCi, NF3. Ces molécules n'existent qu'un bref instant dans l'état excité soit moins de 10 nanosecondes. Ils émettent dans l'ultraviolet tel que ArCI à 175 nm, KrF à 248 nm, le XeBr à 282 nm pour ne nommer que ces trois-là. La composition est généralement de 0.1 à 0.2 % d'halogène, de faible concentration également de gaz noble et de 90% de Néon ou d'Hélium. Les électrons dans le gaz sont accélérés par un voltage élevé et un transfert d'énergie cinétique se produit par collisions aux molécules de gaz. On peut également les pomper par MO et R-X. Ces lasers sont généralement en émission pulsée (10-12 à 10'6 (seconde) avec une pression de 1 à 5 atmosphères.

Les lasers multiples fréquences ou Blancs Ce terme de laser blanc se réfère au laser pouvant émettre plusieurs longueurs d'onde dans le rouge, le vert et le bleu dans des proportions du spectre généralement de 60 :20 :20. La balance spectrale pouvant s'effectuer par l'énergie fournie et les conditions d'opération. Ce type de laser peut émettre une large bande spectrale, en exemple le laser à l'Argon avec un cristal de quartz-prisme pour sélectionner et des cellules optoélectroniques pouvant sélectionner 256 couleurs. (US 3 605 039). Le laser hybride argon-Krypton pour sélectionner 7t,1, ?12, ~13 et ensemble en variant le courant de décharge et le courant générant le champ magnétique en utilisant des composantes telles que lames séparatrices avec cellules photoélectriques ou photovoltaïques avec filtres optiques ou miroirs dichroïques. (US 5 715 269). Les longueurs d'onde individuelles sont cohérentes, mais pas nécessairement les unes envers les autres. C.a.d., le laser blanc est équivalent à

un ensemble de lasers à ligne unique combinés en un faisceau, mais dans un boîtier plus court et moins dispendieux.
Une approche intéressante fut l'utilisation d'une cavité utilisant deux miroirs, l'un étant hautement réflectif à une ou certaines longueurs d'ondes et hautement transmissif à
d'autres et vice et versa permettant l'émission d'une longueur d'onde d'un côté et une autre de l'autre côté (bleu 441.62 nm et vert 537.8 nm ou UV 325.0 et rouge 635.5 nm US 3 772 609).
L'approche digne de mention par décharge transversale DC à cathode creuse "Hollow"
trouée ayant un gain plus fort que la configuration en colonne positive. Le brevet de référence est US 6 693 944. La pression d'Hélium variant entre 4 et 12 torrs et la température du tube entre 300 et 350 C. La pression de Cadmium se retrouve entre 0.045 à 0.3 Torr avec un voltage d'excitation de seulement 300 Volts DC et un courant de 800 milliampères. Cette cavité résonante optique en métal possède des miroirs à
large bande (US 4 021 845 de Shing Chung Wang pour le compte de la Xérox Corporation). Ces derniers ont développé également un laser en Tandem d'He-Cd, He-Se et He-Ne.
Cette cavité de type colonne positive possède une section He-Cd et une autre He-Ne contrôlées séparément pour chaque longueur d'onde. On peut remplacer le Cadmium par le Sélénium pour offrir un vert également (US 4 065 731, 4 575 850 et 4 287 484).
Ils ont développé également le laser He-Cd à cathode creuse, mais segmenté à diamètre variable pour la sélection de la ~. et de longueur "L" variable pour la puissance de chaque raie.
Un rapport P.d (P pour pression et d pour diamètre) fut établi conduisant à
une règle simple: pour un P.d de 2 on obtient le rouge, un P.d de 8 du vert et pour le bleu un P.d optimisé à 3. La pression étant constante, le rapport du diamètre est directement proportionnel à la longueur d'onde émise. En utilisant, donc, trois cathodes avec sections différentes on peut optimiser pour chacune desa,. On peut ainsi balancer la sortie par "L", le diamètre et la densité de courant pour chaque section en Tandem (US 1 792 347, 4 255 720 et 4 380 078 et 4 979 179).
Ces lasers Tandem sont également appelés en cascade pour accroître la longueur "L" ou bien par des médiums différents en exemple US 4 201 951.
Une autre approche s'appuie sur l'émission sans compétition des longueurs d'onde en utilisant une cellule de Pockels entre la fenêtre de Brewster et la partie partiellement réflective. Le laser He-Se (10 à 11 raies), He-12 (12 raies) et He-Ne-Cd-Se (13 raies). Ces raies sont dirigées vers une cellule de séparation optoélectronique séparant les longueurs d'onde avec une alimentation électrique de 30 cycles/seconde et la lumière paraîtra blanche. On peut également utiliser un miroir tournant ou un filtre composé de trois zones réflectives aux couleurs primaires optiques. La couleur ou la fréquence d'émission peut être balancée ou modifiée par une variation du diamètre et la pression du gaz ici pour simplifier :1'hélium (US 3 411 106).

Ces lasers blancs sont généralement constitués de mélange argon-krypton et plus rare avec le xénon ou de vapeurs métalliques Cadmium, Sélénium, Zinc avec Hélium que l'on contrôle selon leurs configurations par le diamètre, la température, la pression... ou bien de Cuivre, Molybdène, Or (US 4 792 961). Ou bien le laser Baryum Thulium et Samarium ou autres mélanges sont utilisés en médecine (US 6 162 213). Tous les médiums actifs émettent dans plusieurs raies spectrales sauf certains semi-conducteurs qui émettent dans l'Infrarouge généralement et par les cristaux non linéaires ces derniers peuvent émettre dans une multitude de longueurs d'ondes, mais ceci ne fait pas partie intégrante du brevet. Il faut garder à l'esprit ici que ces lasers solides sont en développement et dépendamment du dopage , des configurations, du potentiel d'activation , de l'environnement ces derniers peuvent émettrent dans des raies spécifiques aux conditions d'utilisation. En exemple le brevet US 5 740 190 ou bien en utilisant des optiques du genre matériel ferro-électrique pour moduler la couleur par des changements de polarisation tel que décrit en US 3 813 144.
Le laser blanc indirect par l'utilisation d'une raie spectrale d'un laser pour pomper des solides tel que les verres ou céramiques ou cristaux dopés, les carbones Bucky-ball, les liquides colorants ou en suspension.
Il faut garder à l'esprit que les miroirs bandes larges diélectriques sont quatre fois plus dispendieux que les ensembles miroirs sélectifs. La transmutation des miroirs apparaît ainsi comme une option valable.
On peut également utiliser trois lasers RGB et les combinés par des optiques spéciaux US
6 134 050.
De nos jours la technologie se développe rapidement pour les semi-conducteurs tels que les diodes organiques OLEDs pour la projection et les communications. US 6 807 211.
Les propriétés de la radiation laser La longueur d'onde(,'~), la largeur de ligne spectrale (Av), le faisceau de sortie pulsé ou continu, l'énergie électromagnétique (E) des la radiation laser : la puissance de sortie et la durée de l'émission, le diamètre du faisceau, la distribution d'énergie transverse de l'énergie du faisceau, le mode transverse électromagnétique TEM, la divergence du faisceau laser, les modes longitudinaux et leurs intensités relatives, la longueur de cohérence importante en interférométrie et holographie, la polarisation du faisceau.

La radiométrie et unités de mesure de la radiation électromagnétique :

On sait que la lumière est une radiation électromagnétique avançant dans l'espace à la vitesse lumière. La radiométrie est la mesure de la distribution de la lumière dans l'espace et dans le temps.
L'énergie radiante (E) est le terme basique décrivant la quantité d'énergie transportée par la lumière en Joules (J).
La relation mathématique entre Énergie et puissance de la radiation électromagnétique La puissance radiante (P)- le montant d'énergie par radiation transporté en fonction du temps :
P= E/At At est le temps en secondes d'émission.
P s'exprime en Watt = joule/seconde (W) =(J)/(s).
La densité de puissance radiative I=P/Os Cette densité s'exprime en Watt/cm2 Lorsque la puissance par radiation est décrite en fonction du temps l'énergie totale sera l'intégrale de la courbe cloche pour un pulse et carré pour continu. Les pulses peuvent se présenter comme un pulse unique ou répétitif.
Calculons la puissance par radiation Assumons la puissance d'un laser rubis durant le pulse soit constant calculons la puissance émise si 1 watt est émis en 0.5 milliseconde :

P =E / dt = 1 J/0.5 msec = 2 *103 J/s = 2KW.
Calculons l'énergie totale émise Calculer l'énergie totale émise d'un laser He-Ne avec 1 milliwatt de puissance de sortie durant 10 minutes d'opération continue E=P*dt = 1 mW*10 min = 10-3 J/s .10.60 sec = 0.6J
Pour laser continu, la puissance laser (P) est une bonne mesure P=E/dt Pour laser pulsé, L'énergie par pulse, la durée du pulse (dt) ou largeur du pulse, le nombre de pulses par seconde (PPS) ou la fréquence des pulses.
La mesure de la radiation électromagnétique des pulses est donnée par absorption dans une matière détectrice et en mesurant le changement créé sur les paramètres physiques du détecteur.
La puissance laser détermine l'énergie délivrée par la radiation en fonction du temps.
L'efficacité du laser est la puissance de sortie/la puissance d'entrée La dissipation d'énergie pour les lasers de basse puissance :
L'efficacité d'un laser He-Ne est 0.1%
Calculons la chaleur produite dans le laser en une seconde Selon la définition Pemrée = Psortie / efficacité
3(W) /0.001 = 1 W
La dissipation de chaleur pour les lasers grande puissance :
Lorsque la puissance de sortie est mesurée en milliers de Watts, il y a un problème pour éliminer l'excès de chaleur Toute l'énergie pas utilisée en sortie laser génère de la chaleur Calculons pour un laser C02 100W avec une efficacité de 10% le montant de chaleur sera donc 900 Watts.

L'efficacité totale d'un laser =(l'efficacité électrique du bloc d'alimentation) *
('efficacité du transfert d'énergie aux molécules de gaz) * (efficacité
d'excitation) *
(partie de l'énergie utilisée pour les transitions lasers) * (la partie d'énergie en émission stimulée) * (partie de l'énergie sortante du coupleur de sortie).

Sommaire de l'Invention Tel que mentionné au mémoire descriptif, ce brevet compte deux (2) configurations en cavité elliptique et (4) configurations différentes par pompage en bout de tube :

A la Figure 1: est l'image accessible au public dans l'abrégé pour consultation ou publication. Les images suivantes sans être des dessins d'atelier expliquent bien les principes mis en cause pour la compréhension de ce brevet. Les différentes configurations sont indiquées sur la première rangée du haut soit : la cavité
elliptique simple en Tandem, la cavité simple à deux tubes et finalement la cavité
elliptique multiple avec un seul ou plusieurs antennes ou vice et versa. Sur la rangée centrale, on peut y voir le pompage en bout de tube avec confinement électromagnétique plasmatique avec deux types de "Surfatron", le confinement magnétique à l'aide d'électro-aimants en configuration quadripôles. La rangée du bas, permet de visualiser le pompage par MO à
l'aide de miroir (réflexion) ou bien par lentilles (réfraction). Seules les images de foyers à
types positifs sont montrées n'excluant pas les utilisations de foyers négatifs. L'utilisation du confinement peut également s'ajouter aux configurations de pompage en cavités elliptiques ainsi qu'aux configurations de pompage réflectif ou réfractif.

A la Figure 2: La première configuration consiste à un tube 6 à cellule unique muni de fenêtre de Brewster 5 avec médium actif pompé par micro-ondes 16-17 dans une cavité électromagnétique diélectrique de forme elliptique 9. Chacune des zones ayant son propre générateur micro-ondes (MO) ou plusieurs magnétrons avec câble coaxial 15 et adaptateur d'impédance "Slug Tuner ou autres" 14 avec une antenne 10 de caractéristiques appropriées à l'un des deux foyers de l'ellipse Fl ou F2 et un tube en matière diélectrique refroidit par un fluide 11 à bas diélectrique et perméable aux MO
contenant le médium actif au deuxième foyer ajustable. Nos photons de pompage sont des ondes électromagnétiques dans le spectre RF, HF ou MO (micro-ondes), le bloc d'alimentation 17 ainsi que la cavité électromagnétique 9 et 20 sont également refroidis.
Chacune de ces zones pouvant être contrôlées différemment et pouvant contenir des médiums actifs différents ou semblables en relation avec le diamètre et la puissance fournie pour émettre une raie plutôt qu'une autre. Ces cavités peuvent être reliées en Tandem pour accroître la longueur "L" donc la puissance, mais aussi chacune de ces cellules en Tandem avec des médiums différents pour générer une lumière laser dite "Blanche".

A la Figure 1 b: On retrouve le support de la cavité électromagnétique elliptique permettant l'ajustement sur plusieurs axes en rapport au tube 6 à l'intérieur de la structure L en tiges d'Invar 1. La cavité elliptique étant construite d'un feuillard de cuivre recouvert ou non d'argent et des bouts pouvant contenir une matière absorbante et d'un réflecteur tel que décrit à la figure 4. La forme de la cavité elliptique étant conservée par les tubes de refroidissement soudés à l'extérieur et cette forme qui est soutenue par ces supports. Les axes sont décrits par les flèches. La cavité elliptique est tenue par deux supports pouvant glisser et basculer sur ces axes à l'aide de vis dans le cas du prototype.
Les moteurs pas par pas "step" n'étant pas exclus.

A la Figure 1 a: Permets de voir le plan général, de la structure de la figure 2 en Tandem, soit par un même médium actif dans une zone, ou, soit par médiums actifs différents dans chacune des zones. La structure du laser de type Fabry-Perot est indiquée par les tiges d'Invar 1, avec le grillage de protection de la radiation MO 2 avec les miroirs de la cavité optique 3a et 3 b, la stabilisation par piézo-électrique 4a ou bien par étalon 4b muni d'un réservoir de gaz 7 et de la valve d'admission 8. Un réservoir d'absorbeur ou Getter n'est pas indiqué pour faciliter la lecture du schéma. Le capillaire ou le tube 6 est refroidi par un tube 11, la ou les cavité(s) 9 électromagnétique(s) est(sont) refroidie(s) par le tube 18. Des champs magnétiques 12 sont installés entre chacune des zones pour offrir un circuit magnétique global 13 sur toute la longueur à l'aide d'un circuit magnétique à noyau de saturation ou aimants très puissants pour générer un flux de 875 gauss ou plus dans le cadre d'un confinement magnétique au centre de chacune des zones. Dans le cas d'un laser vapeur métallique une céramique ou métal poreux contenant en exemple du Cadmium ou du Sélénium 19 qui se vaporise par induction électromagnétique à l'aide d'une ou sans bobine de réception de l'induction à
chacune des zones. La vaporisation par élément chauffant n'est pas exclue également.
Cette version consiste à un tube à cellule unique ou multiples avec médium actif pompé
par micro-ondes dans une cavité électromagnétique diélectrique elliptique où
chacune des zones ayant son propre générateur pouvant se composer également d'une ou plusieurs diodes en phase de type Gunn ou Impatt ou autres refroidit conventionnellement par un liquide à bas diélectrique comme les huiles hydrauliques ou par Effet Peltier.
Le nombre de zones sera limité à trois pour les besoins de simplicité et holographiques, car les trois couleurs primaires optiques sont le rouge, le vert et le bleu.
La cavité elliptique électromagnétique peut également être reliée de façon à
créer une cavité périodique ou onde lente en utilisant un seul générateur.

A la Figure 3: Nous voyons un adaptateur d'impédance 14 de type ligne fendue avec coulisseau ajustable. Voir également à la figure 21d en bas à droite.

A la Figure 4: Cette figure permet de visualiser les bouts de chacune des cavités électromagnétiques 20 avec un composé avec réflecteur et matière absorbante aux MO 21 refroidis avec un liquide 22. Le taux d'absorption peut être de matières différentes ou en utilisant le principe de réflexion par un grillage ajustable sur la surface iris variable ou bien un genre rideau ou bien un circuit imprimé avec à surface couverte variable insérer dans la cavité. Différentes matières peuvent être utilisées allant du plâtre de paris avec du graphite jusqu'aux ferrites de toutes familles permettant des effets d'absorption ou de réflexion selon leurs compositions. Les ferrites peuvent après coup être magnétisées pour configurer le comportement des ondes électromagnétiques dans la cavité et modifier ou ajuster le pompage du laser. Il faut indiquer ici, qu'une fois les paramètres variables sont fixés, ces derniers ne changent pas pour une mise en fabrication en grands nombres.

A la Figure 5: Nous y voyons un autre type d'adaptateur d'impédance afin de réduire le retour au magnétron sous la barre des 10 %. Le générateur 16 muni d'un circulateur 25 et d'un ajusteur à trois vis 24 et d'un piston d'ajustement 23.
N'oublions pas ici que plusieurs systèmes peuvent être utilisés pour adapter l'impédance ou créer la résonance de la cavité en transportant les MO vers une cavité et pour en réduire le retour au (x) générateur(s). Certains systèmes sont décrits dans le mémoire descriptif aux chapitres du transport des MO et des cavités.

A la Figure 6: On peut voir la cavité électromagnétique elliptique simple avec magnétron spécial 16 et résistant ou bien en lieu d'une antenne : des diodes émettrices de MO en série ou bien un absorbant à l'un des foyers. Cette configuration apporte une dimension médicale à l'invention pour l'ajustement ou le calibrage de cathéters, mais ceci n'est pas l'objet de ce brevet. La cavité peut se diviser en structure périodique ou onde lente pour permettre cette opération ou le pompage du laser. Il ne faut pas négliger toutes les opportunités qu'offrent les procédés d'épitaxie de nos jours tant pour le pompage laser que les cathéters de toutes sortes pour cette option intéressante.

A la Figure 7 : Nous voyons un système "Swagelok R" afin de fabriquer le tube laser 6 et les unités d'absorption des gaz polluants pouvant contenir un zéolithe ou bien un absorbant réactif " Getter" et réservoir auxiliaire de gaz et une valve et/ou joindre les sections en Tandem du tube laser. On peut y voir également une céramique ou graphite poreux, un grillage métallique saturé ou bien un tube creux en métal poreux contenant le métal actif 29 avec un élément de chauffage inductif dans le cas des céramiques.
L'élément chauffant pouvant être non requis selon la matière matrice. Le dimensionnement du bobinage pour fixer la température. (Voir dans le mémoire descriptif). L'utilisation de raccords de ce type requiert des coefficients de dilatation thermique semblable et des joints d'étanchéité pouvant résister aux températures de nettoyage, de préparation des tubes et d'opération. Cette option évite le soufflage du verre bien que cette dernière demeure simple dans la conception de ces configurations contrairement aux lasers antérieurs tels que les He-Cd blanc avec leurs multiples réservoirs de Cd et de chacune de leurs zones chauffantes.

Aux Planches 8 a, b, c, d : Ces planches sont tirées des brevets existants démontrant les différents types d'antennes pouvant être utilisés dans le cadre de ce brevet. Certains types sont plus adéquats que d'autres pour certaines configurations. On doit garder à l'esprit le transfert maximum de l'énergie RF, HF ou MO (donc une parfaite adaptation d'impédance). Un type à retenir également est le type élaboré à la planche : 8: possesses a mono-atomic or poly-atomic active medium such as helium with others allowing a population inversion of atom electrons, ion or molecules present in the plasma allowing a stimulated emission of a radiation electromagnetic visible or not to the human eye.

This idea of Microwave pumping came to me from the fact that we could to excite a neon lamp, a small fluorescent or a small diving lamp in one oil glass or a little absorbent liquid the MO installed in a MO oven.
This study on patents, confirmed the thing beyond all expectations, mainly patents for lamps with high luminous powers inconsistent used in the printing industry. Then, the patents light coherent in an optical cavity pumped by MO and the development follows its Classes for increasing the efficiency of MO coupling and optical cavity mainly in excimer lasers.

This link between the optical cavity and the electromagnetic cavity, stability mechanical and homogeneity of pumping throughout a tube, the transfer maximum of MO power to the active medium are fields of study of current patents and come. This patent does not escape and it is inscribed in its entirety for in increase performance at a lower cost.

The gain of a laser The output power of a laser at a specific time is determined by two conflicting factors.
The gain of the active medium that will depend on the population inversion and the made of the fluorescence line of the spontaneous emission.

Laser losses, including: mirror reflections, de-alignment of the mirrors (when the mirrors are not aligned perpendicular to the axis of the laser and parallel to each other (symmetry)) and the radiation inside the the cavity will be more or less confined in the vas and comes between the mirrors.
Absorption, multiple reflections and losses in the elements optics, optical elements are not perfect and every interaction with the element optical in the cavity generates losses.
Diffraction losses, whenever a laser beam passes through a limited opening there is diffraction. It is not always feasible to enlarge the opening to reduce the diffraction, because in this case the transverse mode will increase. We installs a pinhole in lasers to operate in TEMoo mode. The latter can himself to be accomplished with an iris or diaphragm in the kind of cameras Photographic.

The limit condition for the laser effect is that the gain must exceed or exceed less than equal to losses.

* Here, I invite the reader to consult the various books relating to the physics of lasers:

The laser action is possible only for the wavelengths by which the medium active has a spontaneous emission.
The fluorescence line describes the fluorescence intensity as a function of the frequency.
The fluorescence line width is measured by the width of the line of fluorescence at half maximum height.
The gain curve of the active medium will depend on the line width of the issue spontaneous specific laser transition.
The line width can contain several longitudinal laser modes and will be determined by the upper part of the laser gain curve above the value of threshold (Gr.) = 1.
The condition for laser is that the total gain will be a little bigger than the total losses.
Loop gain (GL) is the net gain (gain minus losses) of the write-off traveling in the cavity:
GL = Ri * R2 * Ga? * M

M is the loss absorption factor describing the relative part of the radiation that remains in the cavity after all the losses are traveling in loop in the cavity. All losses traveling in a loop in the cavity are 1-M
(always less that 1).
M = exp (-2aL) a is the loss coefficient (in units of 1 above the length) 2L = Path length is twice the length of the cavity.
For continuous lasers, the threshold loop gain condition is:

(GL) s.i = 1 = R 1 R 2Ga 2 M = R 1 R 2 * EXP (2 (p- (x) L) The different types of laser and their characteristics Today, two branches of studies and marketing of lasers are the study: semiconductor lasers allowing me the analogy of the lamp versus the transistor and HF pumped gas lasers or by MO for fine lines resignation electromagnetic visible and not visible such as RX, HF, IR, Visible, UV, MO, and so on ... Excimer lasers are a good example for rays in Ultraviolet with the use of nonlinear optics; for semi-conductors the Infrared without forgetting the lasers without medium active by the movements electrons such as free-electron lasers that can emit in all the spectrum electromagnetic with enormous powers (US 4,189,686). The magnetron is in somehow a non-coherent approach of these and emit MO.
For my holographic option, I refer this patent to gas lasers pumped by HF and MO in magnetic and / or electromagnetic non-confinement and in containment magnetic and / or electromagnetic to concentrate the plasma towards the center of the tube by the geometry of the cavities.

But before all things, some theoretical chapters will have to register here for increase understanding without getting lost in mathematical relationships and fit into the rules of art. To this end, I invite the reader to different references dealing with laser physics, lamps, waveguides, the guides dielectric, electromagnetic and optical cavities, physics of waves and their transport and wave processing devices and related patents in these areas of which a few will be listed.

The active medium The material used will determine the wavelength, the method of pumping preferred, the order of magnitude of the laser output, the efficiency of the system Population inversion between high and low energy levels and the active medium must be transparent at the output wavelength.
The active medium will determine most properties, which is why the name of the laser is derived by its active medium.

Operating mechanisms of a gas laser Helium-neon Metallic vapors Helium-Cadmium and Helium-Selenium Argon Krypton mixtures molecular excimer Multiple frequency lasers or tandem white and others.

1: Main and accessible microwave generators.

a: The diodes b: The Masers c: The Magnetron d By LED diodes or semiconductor lasers.
2 The transport and transmission of microwaves.

a: Dielectric guides and related equipment b: Antennas 3: The electromagnetic cavity.

a: Shapes and standing waves 4 The coupling between optical and electromagnetic cavities.
a: Slots b: internal coupling c: Polarization d: Absorption e: Phase change f: return of the waves to the magnetron : The mechanisms of excitation.

a: without electromagnetic and magnetic confinement b: with electromagnetic and magnetic confinement 6: Stabilization.

7: Cooling Mechanism of operation of a laser Generalities on gas lasers:

Several elements (atoms) can cause the laser effect when they are in the state gaseous.
Several molecules (composed of several atoms) can cause the effect laser.
The active medium is a low pressure gas (a few thousandths of torr). The reasons Main uses of low pressure are:
An electrical discharge over a long distance requires low pressure and more particularly in this patent the depth of penetration using different stratagems.
To obtain a narrow spectral band, it should not be extended by collisions between atoms.
Some types of special gas lasers use high pressure gases.
Excitation by electric discharge by applying a high voltage between electrodes each end of the tube generates an electrical breakdown through the gas. The electrons are ejected from the cathode and are accelerated to the anode and strike the gas molecules along the route. During these collisions, the mechanical kinetic energy of electrons is transferred to the gas molecules and excite them (the same method as for fluorescent).
Optical pump excitation requires that the absorption spectrum of the medium will be similar to the emission spectrum of the pumping source so a great quantity of energy will be absorbed. Conventional sources of light for the pumping optics have a broad emission spectrum so a small part of the light will be used in the excitation process. Since the gas atoms absorb only one small portion of the spectrum, optical pumping for gas lasers is not very effective.
If we want to excite a gas laser with optical pumping, we will have to use a optical source with a very narrow band corresponding to the spectral band narrow gas. A good source of optical pumping for a gas laser would be another laser. It is here that we have to insert the concept of cell and pumping by micro-waves that are electromagnetic waves of the same type as the light waves we drive to the definition of photon.

The theory follows the rule of Mr. Niels Bohr who modeled the process absorption and emission of photons by the atoms then Mr. Albert Einstein who disengaged the existence of the photon and the feasibility of creating a stimulated emission or induced since 1917. Since that time, many scientists have not stopped innovating different different types and configurations of maser and variable power laser keep on going and / or pulsed.
Atoms consist of a nucleus and one or more electrons that gravitate to say stable orbits. These atoms are pumped (excited) into a cavity sealed by different methods from optical, electromagnetic pumping, through reactions even nuclear, by different configurations of landfills with or without pre-ionization, by pumping inter-cavities with two zones and many other kinds. Here in this patent: by microwave pumping (MO).

All these excitations are described by the passage of an electron say a orbit A to an upper energy orbit B and is done by absorption of a quantity energy perfectly quantified and defined.
Electromagnetic radiation has in addition to its undulatory nature the appearance of particle.
This electromagnetic radiation has a set of discrete units of energy with a moment and are called Photons.
The relationship between the amount of energy transported by the photon and its frequency (v) is determined according to Einstein's equation E = hv or h * c /? ,, where h is Planck's constant = 6.626 * 10-34 Joule -second. Sometimes we use the angular frequency (w) instead of the frequency v as well:
H (bar) = h / 27t = 1.054 * 10-34 Joule-sec In short, this indicates that the energy of each photon is inversely proportional to its wave length. Thus, a blue photon of smaller wavelength will carry more of energy than photons of longer length such as red.

The visible spectrum is between 0.4-0.7 micron or 400 to 700 nm.
For violet light the frequency will be v1 = c / Xi 3.108 m / sec / 0.4 .10-6 m 7.5. 1014.1 / sec For red = 4.3. 1014.1 / sec. The difference between purple and red will be therefore 3.2. 1014.
1 / second. The energy of a violet photon = Ei = h.vi = 6.626. 10-34 J. second *
7.5. 1014 1 / sec = 5.10-19 Joules and red = 2.85. 10 "19 Joule and the difference will be therefore: 2.15 * 10-t9 Joule.

The absorption of electromagnetic radiation or a photon in a system Microscopic is that a photon reacts with an atom. In a system macroscopic, the electromagnetic radiation passing through the material, a part will be transmitted and the other will be absorbed. The intensity of the radiation transmitted through a thickness (x) of a homogeneous material is described by Lambert's law: I = Io -01 'where Io is the intensity of the radiation emitted and has the absorption coefficient of the material. More material will be thick the less transmitted intensity will be great. Each material is transparent differently according to the wavelength so the absorption coefficient a will be a function of the length a7 wave, of this pumping phenomenon two types of emissions can be produce:
The spontaneous emission that comes from an electron on an excited level and come back naturally to its stable ground state by releasing a photon of energy.

Spontaneous emission of electromagnetic radiation.

Any natural system prefers to be at the low energy level or ground state.
When an energy is applied. The atoms of the system are excited and climb to a higher level. This electron in excited state will find itself there for a certain period of time and will return to its ground state and will emit a quantized energy exact to the difference between the two energy levels (DE). The show is random and when photons are emitted randomly from each atom in different times and one call this spontaneous emission. There is no preferred direction for photons type different and no phase relationship between the photons emitted by the different atoms.

Rela.xation process: Spontaneous emission is one of the processes of relaxation wherein the excited atom returns to equilibrium or ground state. The spectrum emission is identical to the absorption spectrum. This classic explanation does not define not fluorescence and phosphorescence. Fluorescence is the emission of lengths wave of the atom longer than the wavelength absorbed. The show stop him moment of excitation stop Phosphorescence is the process in which the issue is much longer than the absorption process. The issue of fluorescence is the laser process.

The decay rate or energy loss of an excited atom can occur of two manners. Non-radiative decay by transferring energy into vibrations mechanical neighboring atoms. The rate of decadence is ynr. It's the heat in macroscopic or temperature increase. Radiative decay by spontaneous emission at the rate from yrad. In examples for a phosphorescent material, the atoms are excited by radiation at a wavelength, and once the excitation is stopped, one can see a glimmer when returning to the ground state. Spontaneous emission in the signs Neon, when an electric shock excites the gas atoms and upon return to the state fundamental, there is emission of photons in the visible spectrum. Neon absorbs in UV and re-emits in orange-red.
The decay rate of a certain level is the sum of decays.
y => + 1lad The order of magnitude of time of some atoms for a decay not radiative picosecond - microseconds (10 "12 -10 ~ sec) is very fast.
The radiative decay is in the order of microsecond - millisecond (10-6 -10-3 sec).
Thermodynamic equilibrium indicates that a group of atoms, at a temperature T (K) is distributed at one point for each energy level there is an average of some atoms. The number of atoms (Ni) at an energy level (Ei) is called the number of population. Boltzman's equation determines the relationship between the number of population a specific level of energy and temperature:

Ni = co.exp (-EvkT) Ni is the number of atoms per unit volume at a certain energy level Ei.
K is Boltzman's constant = 1.38 * 10 "23 Joule / K.
Ei is the energy of level i. Assume that E; > E, -i.
Co = proportionality constant. It is not important when we consider the population of one level compared to another level will be seen like smaller.
T is the absolute temperature in degrees Kelvin (K).
The higher the temperature, the higher the number of people.
The higher the energy level, the lower the number of people will be.

The relative population N2 / Ni of two energy levels E2 compared to Ei is:
N2 / Ni = const * exp (-E2kT) / const * exp (-Ei / kT) = exp (- (E2-Ei) / kT).

The proportionality constant is simplified by division.
This relationship between two population numbers (N2 i Ni) will not depend on values of Etet E2 energy, but of the difference between the two.
For a difference in energy, the higher the temperature, the higher the relative population is fat.
The relative population can be between 0 and 1.

The difference between the population numbers (Ni - N2) between two levels E2 energy and Ei is given by:

N i -N2 = N i * (1-exp (-hv / kT) where v = V2- vi is the frequency corresponding to the energy difference between the two levels E2-Ei.
At thermodynamic equilibrium, the number of energy level population high is always less than the number of low energy level population.
Lower is the difference in energy between energy levels, lower is here difference between the population numbers of these two levels. Physically, the electrons prefer the ground state, so at the lowest energy level possible and once excited will return, after a while, to the fundamental level.
As an example: calculate the ratio of population numbers for two levels of energy E2 and El when the material is at room temperature (3000 K) and the difference between the energy levels is 0.5 (eV) and what is the wavelength 1 photon emitted from the transition from E2 to El.
Substituting N2 / N1 = exp (E2-El / Kb.T) = 0.5 eV * 1.6 * 10-19 J / eV / 1.38. 10-23 J / K.
300 K = 4 * 10 "9.
To calculate the wavelength X = hc / AE = 6.626. 10-34 J. sec. 3. 108 m / sec / 0.5 eV. 1.6. 10-19 J / eV = 2.48 m Population inversion at thermodynamic equilibrium Ni>N2> N3 so the number of population at high levels is smaller than the number of low-energy population. This state is the population normal and in this condition a photon that strikes the material will be absorbed and climb the atom at a high level. Example if 20 atoms at N1 level there are 10 in N2 and 2 in N3 whereas in inversion of population there could be more at the level N3 that N2. So one of the energy levels having more atoms than one level to low energy.

Stimulated emission:

Stimulated emission which more particularly comes from an electron on a level excited and receives a photon, then there is release of a second photon likewise energy, of the same direction and in phase with the incident photon.
The stimulated emission, the atoms remaining in the excited energy level there will be that very short time (10-8seconds) and will return to a low energy level by program spontaneous. Each energy level has a typical average life time, Which one is the time after only 1 / e (about 37%) excited atoms will remain in the state excited. This is the time by which z67% of excited atoms will return to low level energy.
In accordance with quantum theory, the transition of an energy level to another is described statistically. The transition probability of a level of high energy to a low energy level is inversely proportional to the life time level Student. The probability for each transition is characteristic at each transition to agree with certain rules.
When the transition probability is low for a specific transition, the duration of life of this energy level is longer (about 10'3 sec) and this level bECOMES
metastable. In this metastable level, a large population of atoms can assemble and this level can be a candidate for the laser emission.
When the number of people with a high energy level is greater that the number of low energy level population, the inversion condition of population is established. When population inversion exists between two levels of energy, the probability is high that a photon will stimulate an excited atom to return to a level down by emitting another photon of light. The probability for this process will depend on the correspondence between the energy of the emitted photon and the difference between these two levels.
The properties of laser radiation:

The photon emitted by stimulated emission is identical to the photon produced. So, we have two identical photons and amplification. It has the same wavelength and by result the frequency and is monoch.rome. He is identical in space by his direction. It is identical in phase therefore coherent.
The processes between photons and atoms are absorption, emission spontaneous and stimulated emission.
The equations that govern spontaneous emission:
Assume that the atoms are identical Each atom has only two energy levels E1 and E2 The only mechanism for emitting E2 energy is spontaneous At time t N1 atoms are at level E1 and N2 atoms are at level E2.
The rate by which the excited atom population N2 (t) decreases E2 energy at low level El by stimulated emission is give by the decay coefficient g21 multiplied by the number of instantaneous population of level N2 (t) as demonstrated in the differential equation of the first order DN2 (t) / dt = -g2l N2 (t) = - N2 (t) 2. What defines the duration of time t2 energy at level E2:

-t2 = 1 / g21 The solution for the rate of the differential equation is:

N2 (t) = N2 (0) exp (-g2 1t) = N2 (0) exp (-t /, c2) In short, at a specific moment (t = 0) the number of atoms in the excited state E2 is N2 (0), and when leaving the system without external intervention, the number of atoms in the state excited decreases exponentially as indicated in the equations preceding.
NB in spontaneous emission, the number of population (N1) of the energy level low (El) is not important.

The strength of an optical signal (the number of photons) is defined:
Intensity (I) is the power on a surface and the power is a rate of energy on the time and so intensity becomes a measure of energy over time and on the area.
The energy density (n (t)) is the number of photons per unit volume.
She speaks in electromagnetic radiation unit hv or h (bar) t,).
The optical signal is an electromagnetic oscillation field, and an atom may be described as an electric dipole.
When an optical signal of the right frequency (hv is equal to the difference energy between the energy levels E2-El) approaches an atom, the atoms at low levels (El) and high (E2) will begin to oscillate.

The equations of the absorption rate:

DN2 (t) / dt = Kn (t) N 1 (t). Each photon excites an atom at a higher level K is the proportionality constant. Relative measure of response of the atom to the excitation radiation in a specific transition.

The stimulated emission rate equation: The optical signal (photons) makes that the atoms at the upper level (E2) to oscillate (forced oscillations) and makes a transition to level low energy (El). We then have two photons emitted. The excitation photon and the photon of the transition hv = E2-E 1.
The stimulated emission rate is proportional to the product of the density of energy n (t) incident photons (the number of photons in a unit of volume) with the number of atoms (N2 (t) in the high energy level (E2).

D N2 (t) / dt = K n (t) N2 (t).
The proportionality constant K
From quantum theory, we can predict that the constant of proportionality for the stimulated emission and (stimulated) absorption is identical.
This constant will depend on the frequency (v) of the incident photon.
The value of K is maximum when the frequency of the incident photon is equal to the transition frequency v21 The further we get from the value of the transition frequency, the less the K value will be greater than zero.
Each transition has a bandwidth (Av) around the frequency of transition.
If the frequency of the excitation photon is not in the value of v21 + (Ov), the value of K = 0.

Using the energy level diagram and the number of population can shoot at level E2 for a two-level system:

DN2 (t) / dt tot = dN2 (t) / dt absorp + dN2 (t) / dt stimulus + dN2 (t) / dt sPontan =
= + Kn (t) [N 1 (t) -N 2 (t)] -g 2 1 N 2 (t) = dN 1 (t) / dt totat It must be remembered that spontaneous emission and stimulated emission occurs same time and are independent of each other so the emission rates can add up.
The stimulated emission process is the result of the resonance response of the atom at forced signal, so it will oscillate at the same frequency and be consistent in space and time (with the same phase and the same amplitude).

The active medium occupies a volume in a resonator consisting of two mirrors one being completely reflective and the other partially transparent to this or these lengths wave. Going back and forth say of this photon generates amplification since this photon has a non-zero probability of encountering on its way an atom in a state excited and thus induce the emission of a second photon, and so on. Level energy higher becomes more populated than the lower energy level, then there is inversion of electron population and a spontaneous emission in all directions from the phenomenon of stimulated emission. A beam of light comes out of the mirror semi-transparent and so is born the laser light.
Quantum theory indicates that electrons are arranged in places precise around of the nucleus and follow very precise trajectories, governed by the energy electronic relationship with the nature of the medium and the respective atoms. These trajectories possible are energy levels. This energy must exceed a certain threshold and if the atom receives a radiation at a ~, corresponding to a possible transition or a field electromagnetic or other, this radiation is then absorbed. More trajectory is away from the nucleus, the more energy will be important and more energy required excitement will be great. The energy differential in relation to the level fundamental can express itself simply by an equation although the reality be more complex in relation to the sub-levels generate either by the Doppler effect, the different types of collisions, the pressure of the medium, the temperature of the medium and electrons, the ambient field, the induced field, the crystalline field, the magnetic field, the effect Zeeman, the interactions of the medium and between the atoms of the same type or of Types different and do not participate in the description of this patent.
As the gas is in principle insulating, it is necessary to send a discharge ionization to make it conductive or heat the gas so that the atoms spend mostly in an excited state. The method used to maintain enough for a long time the atoms in an excited state lies in the choice of a gas presenting very special energy levels. The selected atoms have a group of states excited at very close or compatible energy levels and levels intermediate between this group of states and the ground state. The electromagnetic field between the electrodes, induction coils or MO injection provides a current electron which yield their kinetic energy to the atoms of the active medium and provoke the inversion of population. The group of near states acts as a reservoir of energy before to pass at an intermediate state, the transitions between the energy levels of the group states keep the excited atom alive long enough. Some transition allows to a weak energy to dissipate in heat to maintain the excited state on more long time possible. Certain mixtures of gases or gases and metallic vapors have this characteristic that the levels E2 and E3 being neighbors, are pumped from the same way.
If the E3 level is metastable, it will act as a reservoir of energy and will be transferred to second gas or metal in vapor form during collisions between electrons, atoms or molecules of both gases. The yield can be very large and the threshold since the level El is permanently depopulated in a non-radiative way.
It's that that we call the pumping characteristic of the laser leading us to three types and four levels, but before we have to define the amplification:

Two processes decrease the number of population of an excited level:
Spontaneous emission and stimulated emission.
A process increasing the population number of the excited state is absorption.
Since only the amount of energy hv occurs in each high transition and bass, such that the rate of energy absorption per unit volume is given by the rate of transition and the energy unit DUa dt = Kn (t) [N 1 (t) -N 2 (t)] * hv Ua is the energy density of the stimulated transitions.
The excitation energy is:

Usignal (t) = n (t) * hv Absorbed energy is taken from the signal so the rate of energy loss from the signal is :
DUsignal (t) / dt = -K * n (t) [N1 (t) -N2 (t)] hv = -K [N1 (t) -N2 (t)] * Ustgnal (t) The same equation can be written for the photon density:

Dn (t) / dt = -K * [N 1 (t) N2 (t)] * n (t) Absorption or amplification From the energy loss equation of the input signal, the equation of difference from number of population indicates (0 N = N1 (t) -N2 (t)) if the energy density of the signal input will increase or decrease as a function of time.
There are two possible cases:
When the population is normal or at thermal equilibrium. Number of population low energy level (El) is greater than the population number of the level high energy (E2): N1 (t)> N2 (t). In this case alone, absorption is possible and the result is that the atoms receiving energy from the input signal will decrease in magnitude.
When the atoms are in a state of inversion of population, the sign opposite of the parentheses is minus (-) and the signal will increase making an amplification.
So, the energy to the atoms will be transferred to the input signal and amplification at a rate proportional unlike the population numbers and at the intensity of the signal occur.
In conclusion: If the material is in thermal equilibrium only absorption is will produce and there will be no amplification. So, to produce a amplification, the material will have to be in inversion of population in which one will find more atoms in the excited state only in the ground state.
In the absorption process of a laser active medium, the coefficient absorption (a) will depend on the material and the difference in population numbers (delta N =
N1 (t) -N2 (t)) between the levels E 1 and E 2 such that:
K a = (N1-N2) Proportionality constant K will depend on material and length wave radiation.
As long as N1 (t)> N2 (t), a is positive and the process will be absorption type.
In the case of population inversion N1 (t) - N2 (t) <0 so N2 (t)> N1 (t) and a is negative. In accordance with Lambert's Law I = Io e Cc, the factor (-aX) is positive as well the intensity at the output I is greater than the intensity (Io) and there is gain of energy so amplification.
In the case of an amplification a is called the Coefficient of Gain.
The dependence of the amplification as a function of the length of the tube:
If you have a laser 15 cm long for a wavelength and that amplification is from 1.5 what will be the amplification if the tube is 30 cm?
Amplification = I / I o = é 'x thus 1.5 = e- 15 a = -0.027 (crrm 1) And Ampli = I / Io = e 0C1C-e (-0.027 cm-1.30 cm) - 2.25.
In general: When the length of the medium increases, amplification increases.
Absorption into the active medium was not considered.

The laser at three levels:

The laser at three levels: By taking the energy diagram versus the number of population, here to simplify we neglect the spontaneous emission (nb) and for that the effect laser occurs, the stimulated emission must be preponderant. This laser effect requires, the energy must be pumped into the system to create the inversion of population.
Thus, more atoms must be at the E2 level than at the E1 level. The atoms are pumped from the ground state E1 to the energy level E3. They stay there time about 10-8 seconds and decrease without radiative transition to the state metastable of level E2. The fact that the lifetime of the metastable state is relatively long (in in the order of 10-3 seconds) several atoms are positioned there. If pumping is adequate (strong enough) following a pumping of 50% of the atoms will be at this level E2, a inversion population is created and a laser is born. This three-level guy is not good for the operation continues CW.

The four-level laser:

By taking the energy diagram versus the number of people, in this case we have an additional level of energy that has the characteristic primary of a very short life. The pumping operation is similar to that three levels by creating a rapid population at level E3 by the energy level E4.
The advantage of the four levels is a low population of the E2 level.
population inversion, it is not required to pump 50% of the atoms level superior. The population at level (N2 (t)) decreases rapidly in the state fundamental, the leaving practically empty. This laser allows continuous operation if 99% of carbon return to the ground state. The benefits of the four-level laser in report to three-level laser are: the four-level threshold is low, the efficiency is bigger, the required pumping requirement is smaller and the continuous operation is possible. In the three levels, the low level of the laser is the ground state. In the four levels, the low level of the laser is above the ground state.

(nb) Initially, the spontaneous emission produces the first photons, which can head to in any direction. Only those issued along the normal axis both mirrors will encounter a large number of excited atoms. At the end of the first passages photons in phase are already very numerous. They reflect on the mirrors and Other photons are still produced by stimulated emission. A gain important is then created, if the latter following a round trip is greater than the losses encountered, the threshold will be crossed and a laser beam will be emitted, this phenomenon occurs at the speed light and spontaneous emission therefore plays only a role of initiation of the phenomenon and will contribute to some background noise if not fully absorbed during pumping.

Gas lasers are divided into three groups:

Atomic - The active medium is composed of atoms of neutral gas such as Helium-Neon and Copper vapor.
Ionic - The active medium is composed of an ionized gas such as argon gas ionized or Helium with gaseous Cadmium.
Molecular- The active medium is composed of gaseous molecules such as N2, excimer laser, chemical laser (HF, DF), laser FIR.

Neutral gas lasers (atomic) The active medium in these lasers is a noble gas in its neutral state or a steam or another gas or material is a metal or a metalloid.
Their characteristics are: the active gas is used with another gas mixed. Gases Complements can help excitement efficiency. The maximum gain is got when the diameter of the tube is very small.
These gas lasers are generally operated in continuous mode.

The Helium-Neon laser invented by Ali Javan in 1966 is an atomic laser to four levels and can produce several ~, ie 0.6328 m, 1.152 m, 3.3913 m and 0.5435 m.
The excited helium atoms collide with the Neon atoms and transfer energy to excite him. Helium does not participate in the laser process, but increases effectiveness approximately 200 times as the direct excitation of Neon gas is effective. We can produce orange, yellow, green, but the effectiveness is very low. This medium active has a low gain but can allow a power of 100 m-Watt with a efficiency of 0.01%. Neon can be absorbed by the cathode and helium can broadcast to through the glass. This laser is generally operated continuously. His maximum gain is obtained when the diameter of the tube is very small.
A state of excitation of the helium atom (E5) has a similar energy level to a state of Neon excitation (also called E5).
The excitation process of the neon atoms is a two-step process:
the top voltage accelerates from the cathode to the anode the electrons. These electrons strike helium atoms and their kinetic energy transfer. These helium atoms strike Neon atoms and their transfer the excitation energy. The emission of the line red is emitted when the neon passes from the Es level to E2, a difference of energy more great that the other transitions. One problem is that at the same time there is broadcast of the ray 3.3913 m. This issue decreases the population in Es without producing any emission visible.
The solution to this problem is to use a special coating on the mirrors born reflecting that red light and transmitting the others to avoid it amplification. We can thus use coatings to select other transitions.
So, we can make He-Ne lasers emitting in orange, yellow and green, but efficiency is much weaker than the red transition.
When light travels through the active medium, two processes different act on the radiation: absorption and amplification. In a He-Ne laser standard, the amplification by the active medium is about 2%. During a pass, the active medium (from one mirror to another) the amount of radiation inside increases 1.02. But for have an amplification of light, all losses including collisions of atoms excited with the ripe of the tube, the absorption with the other molecules ...
should be less than 2%.
The He-Ne laser is a 4-level laser so the life of the level lower will have to to be very short. In neon gas, which is the active gas, the transition ( decline) low is not fast enough but will be accelerated by collisions on the walls of tube. Because the number of collisions with the walls increases when the tube becomes narrow, the gain of the laser is inversely proportional to the radius of the tube.
So the diameter the tube for the He-Ne laser should be as small as possible.
The low gain of the active medium He-Ne limits the power output in laboratory 100 mW and the commercial 0.5 to 50 mW. The output coupler is a mirror with a coating allowing a transmission of 1% of the radiation. What indicates that the power in the cavity is 100 times stronger.
The structure is usually a 2mm capillary surrounded by a 2.5 cm tube for Stabilize the movements and tank, the gas mixture is 85-90% Helium and 10-15% Neon in a ratio of 1: 6 to 1: 10.The pressure is 0.01 Atm (10 torr) .The cavity is of semi-cofocal type with a plane mirror of 98% and a concave mirror 100%. The concave mirror has a focal length equal to the length of the cavity with windows of Brewster. The power supply generates a DC current for 1mW of 2000 Volts with a stable current. The beam diameter 0.5 -2.0 mm, the divergence of beam 0.5-3 mRad, the coherence length is 0.1-2m, the power stability 5% Hr, its duration life> 2000 hours.
To initiate the laser action, the gas must be ionized. To do this, a pulse of voltage maximum is the ignition voltage. At the beginning of the breakdown, the resistance electric tube suddenly falls to a low value. Which means that the voltage down suddenly as the current increases. By Ohms law, it's a resistance negative electric in order to counter-square this problem a resistance "ballast"
of shedding (60 -90 KS2) is connected very close to the anode in series with food. His role is to limit the current through the tube when the tube resistance grave.

The Helium Cadmium laser is an ionized metal vapor laser and has two rays main 0.4416 m - blue generally at 150 m-Watt with an efficiency of 0.02%
and 0.3250 m - Ultraviolet at 50 m-Watt with an efficiency of 0.01% and its gain and his output power of these two lines are larger than the Helium -Neon, but more weak than the argon laser.
Cadmium is heated to 250 C, this steam adds a few thousandths of torr pressure at a Helium pressure of the order of 3 to 7 Torrs. energy of excitement Cadmium is of the order of 8.96 eV and that of Helium 24.46 eV. (leV is equal at 1.6 *
10-19 Joule).
Helium Cadmium and Helium Selenium lasers can continuously emit laser radiation of several wavelengths in the visible spectrum. The elements ( even metals) can exist in solid, liquid and gaseous form depending temperature and pressure of the medium. The generic steam can also mean that the gaseous state can exist in the presence of its liquid or its solid such that a pot under pressure can generate steam and be present with its liquid.
The development of the He-Cd laser has taken on a lot of nobility since it can generate a continuous ultraviolet light (US Pat. Nos. 5,012,479 and 5,257,278). These lasers are relatively simple construction and offer a very high frequency range wide of ultraviolet, violet, blue, green, yellow, orange, red, infrared and other configurations allowing so-called multicolored lasers: white.
The key to these lasers lies in the storage of energy by helium derived from electromagnetic excitation and maintaining this excitement in the active medium containing helium and metallic vapor.
The electrons from the excitation give some energy to helium and this energy is subsequently transmitted to the metal vapor by collisions hazardous. atoms metal can be ionized by losing one or more electrons in the process of collision and many are left in an excited state allowing the laser process.
Each atom has its own ionization energy depending on the number of protons, from neutrons and electrons. That's why isotopes can be put to contribution. This energy is measured in terms of electronvolts (eV): an eV is the energy reached by a electron subject to a potential of 1 volt. Helium has energy most ionization 24.6 eV of all the elements and cesium one of the smallest that is 3.9 eV. The difference between two energy levels is corresponding to the emission induced so a red photon has an energy of about 2 eV and a blue photon an energy about 3 eV.
The time required for an emission is variable depending on the energy level and the time average for this phenomenon is of the order of 10-8seconds. There are states and levels of energy in all the atoms that can not give their energy too easily photon and will be slower and have to use other ploys such as the collision with other atoms and with the walls of the cavity. The average time for this stratagem is about 0.00 1 second or more and, by definition, in a state metastable and plays a essential role in pumping metal vapor lasers. One of the most means judicious for supplying energy to a gas to obtain a reversal of population is the electromagnetic discharge. This discharge is created when a high voltage is established between two electrodes inside the cavity at low pressure, but subject to the cataphoresis: phenomenon of entrainment of ions + towards the cathode and acting hatch for the carrier gas also. The other way is by winding creating a field electromagnetic RF, HF or directly by the MO.
Electrons much less heavy than ions are accelerated to very large speed, about 108 centimeters per second, and lose a lot of their energy by collisions with the middle atoms. Many of these electrons win enough of energy to ionize other atoms thereby creating several electrons free helping to maintain the discharge. There are two types of collisions between electrons and ions. One is elastic similar to billiard balls: this light electron in relation to the mass of the atom will give only a small thrust and will lose that a weak part or fraction of its energy due to its low mass. In the second type of so-called collision inelastic, the electron affects one of the peripheral electrons of the atom and move it in another level of excitation energy. Here, the free electron loses a large quantity of its energy, because several levels are separated from each other by several eV.
Helium having a very large difference between its ground state and its first state of excitation about 20 eV to take action in collisions inelastic. This high energy electron discharge in helium causes great quantity of helium atoms to be excited at this high energy level. Three of these levels are metastable and have a long life. The metastable level singlet, the level metastable triplet and the level of the fundamental ion. The singlet levels and triplet have a long life because can not be released from this energy. Level ion fundamental being the lowest energy level because only one electron is removed and has a long life because it will have to capture an electron before irradiating this energy.
Many of these excited Helium atoms tend to one or other of these three levels metastables thereby favoring a large electronic energy reservoir in the discharge. If we introduce other active atoms such as the metal under steam form in relatively low concentration, random collisions in the discharge will mix these active atoms with the helium atoms and a frequency of collisions present. During these collisions, the energy stored in the atoms helium metastable will be transferred to the active atoms of the metal leaving the latter in a state of excitation and will form the emission of a radiation falling at their level Moreover low energy making possible the inversion of population.

It is not enough to mix all kinds of atoms to allow a inversion of population. Here in the case with helium there are three conditions essential:
The first necessity is that the active atom must have a level of energy ionic suitable. That is, the energy will have to be equal or lower than the energy of the metastable level of helium can not give more than it has received.
Only, the ionic level of the other atoms can receive the energy of the levels metastable due to restrictions governing energy exchanges during the process of collision. Neon alone is the exception to this rule from his high potential.
The second condition is the relationship between the energy levels of atoms (metal) evolving in the condition of inversion of population. The level higher of a two-tier system with population inversion must radiate energy exactly equal to the difference between these two levels. The electrons that make energy by radiation ends at a lower level leading the middle to a level further down term and we are in a system of absorption rather than generative. For a continuous operation, we have to find atoms (metal) with a combination of energy levels having a relatively short duration for the low level and the top densely populated level. The rule eliminates the fundamental ionic state as level possible because all the ions at the fundamental level are in a state metastable. The pair ionic levels must be more energetic than the ground state, but also slightly under the metastable states of helium that transmits energy.
The third factor is that the metal needs to be vaporized and the temperature and the pressure play very important roles. Different methods of vaporization and equilibrium and distribution of the metal atoms along the entire length of the tube were developed over the years for metals with vaporization temperature relatively such low as: cadmium, selenium or others.

The systems that respond well to these three conditions are: He-Cd, He-Se, HeZn, He-Te, He-Pb. The He-Cd system uses the triplet and singlet levels metastables of helium. During the energy transfer, the metastable helium atoms are collide with neutral cadmium atoms that are at the fundamental level and the energy metastable is transferred to Cadmium. To conserve energy and strength, cadmium is ionized and emits a free electron to the discharge. With these three particles, the only how to keep the energy balance is that the electron carries the exact difference of energy between the cadmium energy level and the metastable level of helium. These types of collision and ionization are called Penning Ionization. Other systems such as Zinc, Tin and Lead use this type of ionization.

He (0) + é .................. He * + é
He * + Cd (0) ...................... He (0) + Cd + l + e He * represents the metastable excited state of helium Cd + 1 represents the positive ionic state of cadmium.

The helium cadmium system satisfies all three conditions and more especially to the second since the lifespan at the higher levels is about 0.5 microphone second while the life at the lower levels is a few nanoseconds that's 230 times shorter. In addition, measures have shown that the excitation from helium would be three times faster than the transfer rate towards lower levels. This system also meets the temperature requirement either 250 C and at this temperature in a tube with a relative vacuum, the ion density cadmium is enough to request. This system can produce 300 m-watts at 441.6 nm and 50mWatts in the ultraviolet at 325.0 nm in DC pumping. So very acceptable to this project.

In the case of the helium selenium system, the helium ions strike the atoms of selenium neutral which previously dissociated with the electrons of the discharge during the transition to the vapor state and helium requiring an electron missing the steal to the atom of selenium. The energy is then transferred to the Atom of Leaving this last in the state excited and the ionized helium atom returns to the neutral state at the level fundamental. This guy reaction is called charge transfer or charge exchange.

He (0) + é. . .. .. .... .. ... He + (0) + 2é
He + (0) + Se (0) ................. He (0) + Se + l + e Se + 1 is the excited state of selenium at the higher level.

Since no free electron is released during the process as in the case Penning ionization, the only levels that selenium can accept effectively are those of ionic helium. Selenium has 13 levels approaching sufficient energy transfer conditions to the ground state of helium, towards the excited levels of Se. Of these 13 levels, there may be light and transfer to 11 other levels lower. These levels are the way fast de excitation to the fundamental ion thus providing the condition for the creation of population inversion. This laser has high efficiency and power combined about 250 m-watts on 6 wavelengths of blue and green having more than 50 m-watts separately as well as 19 other X covering the visible spectrum from blue to red.
other types of laser use this charge transfer method is the He-couple Zn and He-Te.
US Patent 5,418,801 issued May 23, 1995 to Hiroshi Saitov deals with a metal A
excited by a metal B.

Several laser configurations were developed over the years to to increase the life of the tube, the homogeneous distribution of the metal vapor, the reduction of condensation of the metal on the optics, the reduction of the harmful effect of the cataphoresis, increased condensation in certain areas designed for this purpose as enlargement of the tube, condensation compartments, double windows, double evaporation and condensation function change tank, valve solenoid closing when heating, whole tube in a heated enclosure, location of the anodes, auxiliary anodes, secondary anodes, segmented cathode for to select colors, heating tanks and baffles, return pipe, tube segmented, vaporization of the metal in one or more sources, vaporization of different metals in different areas, the hollow cathode "Hollow Cathode" hollow cathode with grooves, active metal capsules in the enclosure of the passage of electric current near from the anode, to two discharge zones with hollow cathode for vaporization and zone to column positive, negative glow discharge area, flute-like configurations and concentric, cathode temperature control, the use of isotopes, cathodes hollow in Tandem, superposition of AC and DC electromagnetic fields by cathodes subdivided receiving each of them an alternating field in opposition to phase with sequence of the electrodes, the embossed cathode, the hollow cathode belted hollow anodes, inter-electrode discharge controlled by a grid ...

Different methods to reduce the diffusion and absorption of helium, by glasses less diffusing for helium and able to withstand the first tube, by cathode heating to reduce helium capture, recovery glass by a metal such as copper, silver or others, integration of a capsule containing helium under pressure in the chamber of the tube and having a membrane permeable temperature function, electronic gas compensation circuit with tank annex, electronic circuit of reversal of current, big annexed tank helium, Regeneration of the gas inside and / or outside the tube, heating controlled making more permeable a glass-quartz membrane and acting as a valve by diffusion on a helium tank, several inter-connected pressure tanks different one from the other to optimize control and diffusion with control circuit electronic internal pressure thermistors, gauge Parani ect ... This chapter will be developed to the control of the gas.
To do justice to all these inventors of this type of laser, I must to register these some references: US 3,585,524 and 3,755,756 to William T. Silfvast, the team of Shuichi Fukuda for a tandem hollow cathode laser US 3,868,593, the team of Shing Chung Wang from Xérox Corporation to name only examples patents US 4,052,680, 4,193,042 and 4,639,926, for a metal tube. The team of Daniel E.
Altman US 3,792,373, the team of Mark W. Dowley of the firm Liconix with a Cd reservoir in junction with the separate capillary US 3 891 943 and 3 947 781,1'équipe Karl Gerhard Hernqvist for several patents including US 4,008,445, the team of Kathumi Tokudome exemplifies patents US 4,103,253 and 4,031,428, the team of Shuichi Fukuda for a hollow cathode laser, the team of William F. Hug, at US patent 4,187,474 dealing with the direct introduction of a helium tube inside of the laser with a membrane calibrated according to the temperature for its diffusion, the team of Calvin J. Marlett US 4,224,579, Shuzo Hattori's Team for US Patents 4,257,014 and 4 420 835, the Kanichi Fujii team for a US 4 hollow cathode laser 510,608, the team of Noboru Kamide US 4,635,272, the team of George J. Collins using a DC electron gun for pumping a He-Cd laser (US 4,641,316) and the effect magnetron of a circular cathode covered with active metal in a confinement magnetic US 4 730,334, the team of Nikola V. Sabotinov for his simple way of vaporizing the metal described in US Patent 4,782,493, the Andrew J. Kearsley team for its simple design of a metal vapor laser described in US Pat. No. 4,792,961, to the inventor Hiromi Kawase for his hollow-cathode He-Cd laser of the NDK US 4 280 or Kyoichi Deki (US 4,862,475; 4,794,612; 4,866,722; and 5,128,952 team from Akira Fuke), Arthur Maitland's team for the copper laser using bromine or chlorine with neon or helium for a 600 C operation (US 4 955 033), the team of Manfred R. Otto with a device of the deposit of Cd and compensation of Helium US 4,956,845 and many others whose enumeration would be too long.

The introduction of "Getter" absorber such as metal barium to absorb oxygen and nitrogen.

Metal vapor lasers The active medium as the name implies consists of a vapor of atoms metal. he There are two types: neutral metal vapor lasers including Steam copper (CVL) and the Golden Steam (GVL). Spraying temperatures are high and do not are not processed in this patent except with reference to the use of segmented tubes as described to the patent of Richard H. Sawicki US 5,497,392 and the confinement of the liquid of Marie E.
Taylor US 5,504,770. Generally, this high temperature is obtained by the breakdown electric gas, it is possible to operate in lower temperature 400 C in using salts for example copper such as CuCl, Cul (US 3,576,500 and 3,934 211). These types Laser can operate by HF or MO pump.

The Argon laser.

I must mention with great respect that these lasers Ar, Kr, and Xe were invented by William B. Bridges on behalf of Hugues Aircraft Company of May 6, 1964 to July 30, 1968, date of publication bearing the number US 3,395 364. The companies Spectra-Physics, Coherent and several others have developed commercially since that time and are still at work in these areas.
The tube of these lasers is filled with argon transforming into plasma in the state excited either in free electrons and ions. The lines are 8 UV and 2 IR and 454.6 nm, 457.9 nm, 465.8 nm, 476.5 nm, 488.0 nm, 496.5 nm, 501.7 nm, 514.5 nm and 528.7 nm. Whose main are 0.488 m - blue and green 0.5145 m and in the UV 0.3511 and 0.3638 m.
The rays Issued are dependent on current and gas pressure. The ionic state is about 16 eV above the fundamental energy level of the atom thus requires a big amount of energy and makes an efficiency of only 0.1%. The gain of the medium active is high and can thus give a beam of several tens of continuous Watts.
He must provide a narrow tube of Beryllium oxide with a current density of 50 amperes and requires a lot of cooling. Output power increases non linearly depending on the current density in the tube. This laser can work online unique as well as in multiple lines. These T's can be generated simultaneously. The reflector curve of the output coupler mirror and the current density determine the line emitted. Online only one has, will be issued such as the 488nm and without regard to the current in the tube. In multiple lines, the increase of the current in the tube, high gain lines appear in the first place and the power output of each line will increase by increasing the current of the tube. The optics are covered for allow the emission of each line (8 lines for the Argon). For the mixture argon / krypton, a white output (red, green and blue) can be obtained. The optical can selectively eliminate one or more lines such as all lines except the 514.5 nm. Optics for multiple lines are used with a prism Selection line (in the high reflection area of the optical cavity) to generate all wavelengths by turning a knob. This chapter will be treated more precisely at chapter of stabilization.

Following numerous collisions in a plasma, a large number of particles or species may be present: electrons, atoms, molecules, certain radicals, certain positive or negative ions, excited species. These different particles can interact with each other making this soup very complex.

Simplify: cathode - [-> é "+ Ar ---> Ar * + é -> Ar + ë + rlv or 1]
anode +
The Krypton laser is similar to the Argon laser, but with efficiency weaker with X from yellow to red. The lines are with 4 UV and 8 IR, 406.7 nm, 413.1 nm, 415.4 nm, 468.0 nm, 476.2 nm, 482.5 nm, 520.8 nm, 530.9 nm, 568.2 nm, 647.1 nm, 676.4 nm. The maximum power of each line is around 100 m-Watt. The rays 647 nm and 530 nm are more sensitive to tube pressure and force of the field magnetic confinement. US Patent 3,413,568 discusses separating the field magnetic by two coils of one edge and the other offering a reverse field in each section to counteract the Zeeman Effect. Circular polarization increases losses on Brewster windows which they tend to polarize linearly.
The development of Argon, Krypton, Xenon and blends has followed a evolution similar. There is also an Argon and Krypton laser in the form of mixture, which emits in all these frequencies primary colors to generate a light appearing white for the manufacture of holograms in real colors. It is necessary, however, keep in mind that the mirrors will have reflectivities designed to issue the transaction laser for all spectral lines. The selection prism will have to be removed. For eliminate a line, the optics will be designed to transmit more great than 15%
to cettel. The use of specific mirrors for each line can be used in flip-flop as disclosed in US Patent 5,426,662.
These lasers generally have orifices or gas return tubes which is trained by the discharge during the operation towards the cathode or cataphoresis. The idea is to create a smaller resistance in these in order to avoid the discharge of there introduce and to circulate. The electric current between the anode and the cathode will pass through the path offering the less resistance. The diameter, a number of orifices away from the capillary of discharge and optical axis with mitigation measures for the case of tubes kind ceramic pellets appended to one another by brazing, the length are of the measures creating greater resistance.
These lasers do not have to be complex, eg US Pat. No. 3,745,483.
issue a power of 0.5 Watts for Argon, Krypton, Xenon and / or mixtures.

Molecular lasers These lasers are based on electronic transitions between levels energy different main.
In one molecule, the main energy levels are subdivided into levels energy vibrations, each level of vibration can be subdivided into levels of energy rotation:

Vibration energy levels: the energy levels associated with the swings atoms in the molecule Rotational energy levels: the energy levels associated with the rotation of the molecule.
Because energy levels are subdivisions of energy levels main, the difference between two vibratory energy levels when the laser effect appears is much smaller than the difference between energy levels electronics so wavelengths associated with these energy transitions are longer and meet up in the IR. The best known is CO2. This laser also contains nitrogen and of Helium in proportions of 1: 1: 8 CO 2: N 2: He. C02 is a molecule linear and has three modes of vibration:
The mode of contraction and symmetric expansion (v 1) 4 * 1013 Hz.
Arc bending mode (v2) 2 * 10 13 Hz.
The mode of contraction and asymmetric expansion (v3) 7 * 1013 Hz.
The transitions of CO2 CO2 occur when the molecule moves towards a level higher energy from the asymmetric mode to one or the other two. The transition to symmetrical mode corresponding to 10.6 microns and arc bending transition corresponding 9.6 microns.
Each level of vibratory energy is subdivided into several rotating levels.
of the transitions can occur between vibratory levels with levels rotary different and so we have several lines around the vibratory transitions main.
The operation. An electric shock is created, the energy of the electrons accelerated is transferred by collisions to the nitrogen and CO2 molecules. Molecules of nitrogen help to the excitation process because its first level of this molecule is very similar to asymmetric mode of the C02 molecule and thus easily transferable. The molecules Helium are added to fill the low energy level of the laser for maintain population inversion and to stabilize the electrical discharge in dissipating heat active medium. The thermal conductivity of Helium is 1.24 (cal / g K) and is five Nitrogen (0.249 (cal / g K) gas pressure is 5 to 30 torr with 10%
CO 2, 10% N 2 and the rest of the helium.
There are different types of C02 laser, the differences between them are their structure, the excitation mechanism and the output radiation.
C02 circulating gas lasers, replacing gas to maximize power, a gas purity not great, output power of hundreds of Watts.
The sealed gas laser, a high voltage is applied to the electrodes at ends, the problem is the dissociation of molecules in CO and O with time. For reduce this effect a catalyst is added to the mixture and restoring the molecules of C02.La output power is less than 200 Watts, a gas tank can accompany.
The C02 laser waveguide When the diameter of the tube is reduced to about 1 millimeter, a waveguide is created.
The radiation in this capillary is confined along the tube with little losses. In using ceramic tubes, very small lasers can be made and can produce about fifty watts CW.
C02 lasers with transverse flow.
The gas is perpendicular to the laser axis allowing a very large flow in a small distance. Cooling through the gas is very efficient and we can get very lasers powerful. The gas flow and the electric discharge are over the width of the laser so the distance between the electrodes is short so we can make lasers to great pressure more than a few atmospheres.
The CO2 laser exists in nature without human intervention and inversion can exist.
Clouds near the stars can create natural masers. The light of stars causes the excitation of gas molecules at high levels and molecules decreases to metastable states and allows the spectroscopic study of stars.
Properties: Large power over 10,000 watts CW. IR output from 9 to 11 m. A
high efficiency more than 30%. Can operate in pulsed and CW. The power average is 75 W / m for a low circulating gas and several hundred watts for flow strong. Very simple operation and the gases are not toxic. Lasers at 4 levels.
This type of laser is generally of the recirculation type for large powers and many patents deal with these. In reference, I introduce only some which are pumped by MO such as: US 4,780,881, 5,043,995 and 5,450,435).
This laser was invented by C. Kumar N. Patel in 1964.

The CO laser is similar to the C02 laser except that the lines are found between 5 to 6 m.
Excimer lasers (Excited dimer) or Exiplex.

These lasers are special on the fact that radiation is emitted from a molecule not existing only a very brief moment. The molecules in the presence are the noble gases such that Argon, the Krypton or Xenon and a halogen atom of Fluorine, Chlorine, Bromine or diode or molecules containing halides such as HCl, NF3. These molecules exist that a brief moment in the excited state is less than 10 nanoseconds. They issue in ultraviolet such as ArCI at 175 nm, KrF at 248 nm, XeBr at 282 nm for appoint than those three. The composition is generally from 0.1 to 0.2% of halogen, low concentration also of noble gas and 90% of Neon or Helium. The electrons in the gas are accelerated by a high voltage and a transfer of energy kinetic produced by collisions with gas molecules. We can also pump them by MO and RX. These lasers are usually pulsed emission (10-12 to 10'6 (second) with a pressure of 1 to 5 atmospheres.

Multiple frequency or white lasers This term white laser refers to the laser can emit several lengths wave in the red, the green and the blue in proportions of the spectrum generally of 60: 20: 20. The spectral balance can be effected by the energy supplied and conditions operation. This type of laser can emit a broad spectral band, in example the laser to Argon with a quartz-prism crystal to select and cells optoelectronic devices that can select 256 colors. (US 3,605,039). The laser hybrid argon-Krypton to select 7t, 1,? 12, ~ 13 and together by varying the discharge current and the current generating the magnetic field using components such that blades separators with photoelectric or photovoltaic cells with filters optical or dichroic mirrors. (US 5,715,269). Individual wavelengths are consistent, but not necessarily to each other. Cad, the white laser is equivalent to a set of single-line lasers combined into one beam but in a case more short and less expensive.
An interesting approach was the use of a cavity using two mirrors, one being highly reflective at one or certain wavelengths and highly transmissive to others and vice versa allowing the emission of a wavelength of a side and a other on the other side (blue 441.62 nm and green 537.8 nm or UV 325.0 and red 635.5 nm US 3,772,609).
Approach worthy of mention by DC transverse discharge with hollow cathode "Hollow"
gap having a higher gain than the positive column configuration. The patent of reference is US 6,693,944. Helium pressure varies between 4 and 12 torrs and the tube temperature between 300 and 350 C. The cadmium pressure is found between 0.045 at 0.3 Torr with an excitation voltage of only 300 volts DC and a current of 800 milliamps. This metal optical resonant cavity has mirrors to broadband (US 4,021,845 to Shing Chung Wang for Xérox Corporation). These The latter have also developed a He-Cd, He-Se and He-Ne Tandem laser.
This positive column-type cavity has a He-Cd section and another He-Ne controlled separately for each wavelength. Cadmium can be replaced by Selenium to offer a green also (US 4,065,731, 4,575,850 and 4,287,484).
they have developed also the HE-Cd laser with hollow cathode, but segmented with diameter variable for the selection of ~. and length "L" variable for the power of each line.
A ratio Pd (P for pressure and d for diameter) was established leading to a ruler simple: for a Pd of 2 we get the red, a Pd of 8 of the green and for the blue one Pd Optimized to 3. The pressure being constant, the ratio of the diameter is directly proportional to the emitted wavelength. Using, therefore, three cathodes with sections different one can optimize for each desa ,. We can swing the exit by "L", diameter and current density for each Tandem section (US 1 792,347, 4,255,720 and 4,380,078 and 4,979,179).
These Tandem lasers are also called in cascade to increase the length "L" or well by different mediums example US 4 201 951.
Another approach is based on the emission without competition of lengths wave in using a Pockels cell between the Brewster window and the party partially reflective. The He-Se laser (10 to 11 lines), He-12 (12 lines) and He-Ne-Cd-Se (13 lines). These lines are directed to an optoelectronic separation cell separating The lengths waveform with a power supply of 30 cycles / second and the light appear white. It is also possible to use a rotating mirror or a filter composed of three reflective areas with primary optical colors. Color or frequency resignation can be balanced or modified by a variation of the diameter and the pressure of the gas here for simplicity: helium (US 3,411,106).

These white lasers are generally composed of argon-krypton mixture and very rare with xenon or metallic vapors Cadmium, Selenium, Zinc with Helium that we control according to their configurations by diameter, temperature, pressure ... or Copper, Molybdenum, Gold (US 4,792,961). Or the Barium Thulium laser and Samarium or other mixtures are used in medicine (US 6,162,213). All active mediums emit in several spectral lines except conductors that emit in the Infrared generally and by nonlinear crystals these latter can emit in a multitude of wavelengths, but this does not make part integral part of the patent. It must be kept in mind here that these solid lasers are in development and depending on doping, configurations, potential activation, the environment these can emit into rays specific to the conditions of use. For example, US Pat. No. 5,740,190 or well in using ferroelectric material type optics to modulate the color by polarization changes as described in US 3,813,144.
The indirect white laser by the use of a spectral line of a laser for pump solids such as glasses or ceramics or doped crystals, Bucky- carbon ball, the coloring liquids or in suspension.
It should be kept in mind that wide dielectric band mirrors are four times more expensive than selective mirror sets. Transmutation of mirrors appears as a valid option.
It is also possible to use three RGB lasers and the combined ones by optics US specials 6,134,050.
Nowadays technology is developing rapidly for semiconductors such as OLEDs organic diodes for projection and communications. US 6,807 211.
The properties of laser radiation The wavelength (, '~'), the spectral line width (Av), the beam of pulsed output or continuous, electromagnetic energy (E) of laser radiation: the power of exit and the duration of emission, beam diameter, energy distribution transverse of the energy of the beam, the transverse electromagnetic TEM mode, the divergence of laser beam, the longitudinal modes and their relative intensities, the length of coherence in interferometry and holography, the polarization of the beam.

Radiometry and measurement units of electromagnetic radiation:

Light is known to be an electromagnetic radiation advancing in the space at the light speed. Radiometry is the measure of the distribution of light in space and in time.
Radiant energy (E) is the basic term describing the amount of energy transported by the light in Joules (J).
The mathematical relationship between energy and the power of radiation electromagnetic Radiant power (P) - the amount of energy per radiation carried in Time function:
P = E / At At is the time in seconds of emission.
P is expressed in Watt = joule / second (W) = (J) / (s).
The radiative power density I = P / Os This density is expressed in Watt / cm2 When the power by radiation is described as a function of time the energy total will be the integral of the bell curve for a pulse and square for continuous. The pulses can be present as a single or repetitive pulse.
Let's calculate the power by radiation Assume the power of a ruby laser during the pulse be constant calculate the power emitted if 1 watt is emitted in 0.5 millisecond:

P = E / dt = 1 J / 0.5 msec = 2 * 103 J / s = 2KW.
Let's calculate the total energy emitted Calculate the total energy emitted from a He-Ne laser with 1 milliwatt of power Release during 10 minutes of continuous operation E = P * dt = 1 mW * 10 min = 10-3 J / s .10.60 sec = 0.6J
For continuous laser, laser power (P) is a good measure P = E / dt For pulse laser, Pulse energy, pulse duration (dt) or pulse width pulse, the number of pulses per second (PPS) or pulse rate.
The measurement of pulses electromagnetic radiation is given by absorption in a detector material and by measuring the change created on the parameters physical detector.
Laser power determines the energy delivered by radiation based on time.
Laser efficiency is the power output / input power Energy dissipation for low power lasers:
The efficiency of a He-Ne laser is 0.1%
Let's calculate the heat produced in the laser in one second According to the definition Pemrée = Psortie / efficiency 3 (W) /0.001 = 1 W
Heat dissipation for high power lasers:
When the output power is measured in thousands of watts, there is a problem to eliminate excess heat All energy not used in laser output generates heat Let's calculate for a 100W C02 laser with an efficiency of 10% the amount of heat will be 900 Watts.

The total efficiency of a laser = (the electrical efficiency of the block feeding) *
('efficiency of energy transfer to gas molecules) * (efficiency of excitement) *
(part of the energy used for laser transitions) * (the part of energy in emission stimulated) * (part of the output energy of the output coupler).

Summary of the Invention As mentioned in the specification, this patent has two (2) configurations in elliptical cavity and (4) different configurations by pumping at the end of tube:

In Figure 1: is the publicly available image in the abstract for consultation or publication. The following images without being shop drawings explain the principles involved in understanding this patent. The different configurations are indicated on the first row of the top either: the cavity elliptical simple in Tandem, the simple cavity with two tubes and finally the cavity elliptical multiple with one or more antennas or vice versa. On the row central, we can see pumping at the end of the tube with electromagnetic confinement plasmatic with two types of "Surfatron", magnetic confinement using electro-magnets in quadrupole configuration. The bottom row, allows to visualize the pumping by MO to using a mirror (reflection) or by lenses (refraction). Only images of fireplaces at Positive types are shown not excluding the uses of foci negative. Use containment can also be added to pumping configurations in cavities elliptical as well as reflective or refractive pumping configurations.

In Figure 2: The first configuration consists of a single cell tube 6 with Brewster 5 window with microwave-pumped active medium 16-17 in elliptical shaped dielectric electromagnetic cavity 9. Each of the zones having his own microwave generator (MO) or several magnetrons with coaxial cable 15 and impedance adapter "Slug Tuner or others" 14 with a 10 antenna characteristics appropriate to one of the two foci of the Fl or F2 ellipse and a tube in dielectric material cooled by a low dielectric fluid 11 and permeable to MO
containing the active medium at the second adjustable focus. Our pumping photons are electromagnetic waves in the RF, HF or MO (microwave) spectrum, the block 17 as well as the electromagnetic cavity 9 and 20 are also cooled.
Each of these areas can be controlled differently and can contain of the different or similar active mediums in relation to the diameter and power provided to emit one line rather than another. These cavities can be connected in Tandem to increase the length "L" so the power, but also each of these Tandem cells with different mediums to generate laser light called "White".

In Figure 1b: We find the support of the electromagnetic cavity elliptical allowing the adjustment on several axes in relation to the tube 6 inside of the structure L in Invar rods 1. The elliptical cavity being constructed of a strip of copper covered or not with silver and tips that may contain an absorbent material and a reflector as described in Figure 4. The shape of the elliptical cavity being kept by the externally welded cooling tubes and this form which is supported by these supports. The axes are described by the arrows. The elliptical cavity is held by two supports that can slide and tilt on these axes using screws in the case of the prototype.
The motors step by step are not excluded.

In Figure 1a: Allows to see the general plan, the structure of the figure 2 in Tandem, either by the same medium active in a zone, or by mediums assets different in each zone. The structure of the Fabry-Perot type laser is indicated by the rods of Invar 1, with the protective mesh of the radiation MO 2 with the mirrors of the optical cavity 3a and 3b, the piezoelectric stabilization 4a or well by stallion 4b provided with a gas reservoir 7 and the intake valve 8. A reservoir absorber or Getter is not indicated to make it easier to read the schema. The capillary or the tube 6 is cooled by a tube 11, the cavity (s) 9 electromagnetic (s) is (are) cooled (s) by the tube 18. Magnetic fields 12 are installed between each of the areas for offer a global magnetic circuit 13 over the entire length using a circuit magnetic core with saturation core or very powerful magnets to generate a flow of 875 gauss or more as part of a magnetic confinement in the center of each of the areas. In the case of a metal vapor laser a ceramic or porous metal containing for example Cadmium or Selenium 19 which vaporizes by induction electromagnetic using one or without induction coil of induction to each zones. The vaporization by heating element is not excluded also.
This version consists of a single or multiple cell tube with medium active pumped by microwaves in an elliptical dielectric electromagnetic cavity where each of areas with its own generator that may also consist of one or many Gunn or Impatt phase diodes or other conventionally cooled by a low dielectric liquid such as hydraulic oils or Peltier Effect.
The number areas will be limited to three for simplicity and holographic purposes, because the three Optical primary colors are red, green and blue.
The elliptical electromagnetic cavity can also be connected to create a periodic cavity or slow wave using a single generator.

In Figure 3: We see an impedance adapter 14 of split line type with adjustable slide. See also Figure 21d, bottom right.

In Figure 4: This figure allows to visualize the ends of each of cavities electromagnetic 20 with a compound with reflector and absorbent material at MO 21 cooled with a liquid 22. The absorption rate may be of different or using the principle of reflection by an adjustable grid on the surface variable iris or well a kind curtain or a circuit board with covered surface variable insert in the cavity. Different materials can be used ranging from plaster of paris with graphite to the ferrites of all families allowing effects absorption or reflection according to their compositions. Ferrites may afterwards be magnetized for configure the behavior of electromagnetic waves in the cavity and modify or adjust the laser pumping. It must be indicated here that once the parameters variables are fixed, these do not change for a large production start numbers.

In Figure 5: We see another type of impedance adapter in order to reduce the return to the magnetron below the 10% mark. The generator 16 provided a circulator 25 and a three-screw adjuster 24 and an adjustment piston 23.
do not forget not here that several systems can be used to adapt the impedance or create the resonance of the cavity by transporting the MO to a cavity and to reduce the return to the generator (s). Some systems are described in the brief description to chapters of transport of MO and cavities.

In Figure 6: We can see the simple elliptical electromagnetic cavity with Special magnetron 16 and resistant or instead of an antenna: diodes issuers MO in series or an absorbent at one of the homes. This configuration brings a medical dimension to the invention for adjusting or calibrating catheters but this is not the subject of this patent. The cavity can be divided into a structure periodic or slow wave to allow this operation or pumping the laser. It is not necessary not neglect all the opportunities that epitaxial processes offer today for the laser pumping that catheters of all kinds for this option interesting.

In Figure 7: We see a "Swagelok R" system to make the tube laser 6 and the pollutant gas absorption units which may contain a zeolite or a reactive absorbent "Getter" and auxiliary gas tank and a valve and / or join Tandem sections of the laser tube. You can also see a ceramic or graphite porous, a saturated metallic mesh or a porous metal hollow tube containing the active metal 29 with an inductive heating element in the case of ceramics.
The heating element may not be required depending on the matrix material. The dimensioning of the winding to fix the temperature. (See in the memoir description). The use of connectors of this type requires coefficients of dilation similar thermal and seals that can withstand temperatures of cleaning, tube preparation and operation. This option avoids the blowing glass although the latter remains simple in the design of these configurations unlike earlier lasers such as the white He-Cd with their multiple Cd tanks and each of their heating zones.

In Boards 8 a, b, c, d: These boards are from existing patents demonstrating the different types of antennas that can be used in the from this patent. Some types are more appropriate than others for some configurations. We must keep in mind the maximum transfer of RF, HF or MO energy (therefore a perfect impedance matching). A type to remember also is the type developed at the board :

9-3et5.

A la Planche 9: Cette planche permet de visualiser avec plus de précision le processus de concentration des MO par réflexion et la conception des miroirs à
partir de plaques de circuit imprimé tel qu'indiqué à la figure 4. Je dois mentionner ici que le rideau peut se réaliser de différents motifs tels que les barres parallèles, obliques, cruciformes... Figure : 9,1. La cavité elliptique peut contenir des plaques séparatrices en matières diélectriques ou autres pour créer une cavité en structure lente Figure : 9,2.
L'antenne peut être couplée avec des protecteurs absorbants ou réfléchissants avec des trous ou des fentes figures : 9,3 et 5. La cavité électromagnétique peut être de forme simple ou complexe figure : 9,4. La structure de cavité elliptique peut se faire alimenter par un guide rectangulaire avec fentes... afin d'exciter le médium actif à
l'autre foyer figure : 9,5. La compression des ondes électromagnétiques par son champ E ou H
dans une zone d'une cavité en réduction de volume afin de concentrer les champs dans la région des tubes ou le plasma se génère. C'est la constriction des champs figure : 9,6. Les foyers de l'ellipse peuvent être corrigés des foyers géométriques afin d'augmenter la performance de la cavité figure 9,7.

A la Figure 10 : Nous voyons une configuration utilisant le pompage MO dans la cavité électromagnétique 9. Les générateurs soient de type magnétron ou combineurs-intégrateurs diodes en phase ne sont pas positionnés à l'un des foyers 16. La cavité
optique est de type Fabry-Perot. Les tubes occupent les foyers de la cavité
elliptique électromagnétique tout en contenant le médium actif. Cette configuration permet d'allonger la longueur "L" du laser sans en augmenter sa grandeur physique. La forme de l'ellipse pouvant être ajustée par un système à vis compressant la circularité ou l'elliptivité X jusqu'à une certaine limite. Il faut garder à l'esprit qu'une ellipse est un cercle écrasé dans un axe divisant le foyer central en deux foyers sur l'axe longitudinal principal. Il faut aussi considérer que l'emplacement des différents générateurs peut avoir des positions différentes avec un déphasage de 1200. Cette cavité peut aussi se diviser en structure d'ondes lentes et le nombre de générateurs peut atteindre un grand nombre et accroître la puissance continue ou pulsée de sortie du laser à des valeurs très puissantes.
Il n'est pas exclu d'utiliser la configuration : cavité multiples elliptiques tel que démontré
à la planche : 9-4.

A la Figure 11 : Nous voyons ce pompage par générateurs MO à 1200 avec trois systèmes déphasés avec des adaptateurs tels que décrit à la figure 5.
Les adaptateurs d'impédance et d'arrimage peuvent être de tous types, ces derniers ne décrivent pas l'importance du besoin d'arrimage et des systèmes plus simples sont de nos jours usuels. Le déphasage de 1200 est un déphasage permettant d'éviter des interactions d'un générateur à l'autre. Ce déphasage de 120 0 n'est donc pas le seul possible et est représenté pour des raisons explicatives seulement. Un laser avec 9 magnétrons de 1100Watts chacun avec un rendement de l'ordre de 10% génère un laser de 990 Watts CW, ce qui est amplement suffisant pour la raison de réalisation d'hologrammes sur gélatine bichromatée.

A la Figure 12 : Nous voyons la concentration des champs électromagnétiques soit E ou H dans la cavité électromagnétique aux foyers de l'ellipse. Il est simple pour le public en général de se faire une image mentale pour la lumière et son comportement, mais beaucoup moins lorsqu'il s'agit des ondes électromagnétiques, cette image permet cette visualisation.

Aux Planches 12 a, b, c, d, e: Structures de lasers pompés par MO antécédents.
Plusieurs lasers furent développés au fur des années confirmant en quelque sorte les configurations développées dans ce brevet. Ils y sont insérés afin de rendre accessibles l'information et les principes utilisés pour confirmer et démontrer la faisabilité.
L'induction (1), l'adaptation d'impédance (2), la compression du champ E (4, 16, 17, 18 et 20), la structure magnétron (3), la structure Tandem et ondes siffleurs (5, 6, 7, 9, 19, 22), la structure d'onde lente (22), par fentes par résonance (10 et 21), la structure dans un champ magnétique intense (23 et 24) Aux Planches 14 a, b c d: Différentes structures de valves d'admission du gaz et de métal. Ces différentes valves peuvent être de différents principes de fonctionnement utilisant la fusion de Gallium ou d'Indium ou Argent-Chlorure d'Argent qui en se liquéfiant laisse passer par barbotage un gaz. Les valves de type diffusion accusant une perméabilité différente en fonction de la température. La valve au Zéolithe agissant sur le principe que certaines zéolithes sont perméables à certains gaz en fonction de la température et les valves mécaniques agissant sur une impulsion électrique sur un bobinage solénoïde.

Aux Planches 15 a, b: Mis à part le refroidissement à l'air voici différents circuits de refroidissement pour le laser avec circuit conventionnel direct et indirect en sur-refroidissant une saumure, antigel ou de l'huile diélectrique, le refroidissement d'un magnétron (N.B on retrouve des magnétrons refroidit par liquide sur le marché) et le système sans compresseur à l'aide d'une cavité HF utilisant les ondes stationnaires ( 7, 8, 9, 10 et 11), un système complet de refroidissement laser avec unité
extérieure et intérieur avec réservoir. Le système de refroidissement semi-conducteur Peltier ou TEC
n'est pas schématisé (Voir mémoire descriptif). On se doit d'indiquer ici, le refroidissement du médium actif par circulation tel qu'indiqué dans les configurations en bouts de tube. Le gaz peut passer dans un échangeur de chaleur. Ce principe est grandement utilisé dans les lasers moléculaires pour la re-circulation et le refroidissement du gaz.

A la Planche 16 : Nous voyons comment un champ magnétique se forme et ses lignes de champ à la figure 16 :1. La force magnétique d'une bobine s'accroît avec le courant et par chaque boucle Figure 16 :2. Nous pouvons voir un processeur plasma RCE
et que les particules et ondes électromagnétiques sont déviées par un champ magnétique 16 :4. Un ensemble d'aimant en cercle indiquant un confinement de surface du champ et non au centre Figure 16 :3. Les aimants quadripôles agissant de champ très puissant pour confinement rendant possible des lasers continus très puissants. Figure 16 :5.

A la Planche 17 : On observe différents dispositifs créant des lentilles pour ondes électromagnétiques de type guide d'ondes figures : 17: 1, 2 et 5. Par réflexion d'onde figure 17 : 4 et par matières réfractives figures 17 : 3, 6 et 8 et une façon démontrant leurs fabrications figure 17 : 7.

A la Planche 18 : On observe différents dispositifs pour transférer les ondes électromagnétiques en ondes de surface " Surfatron". Un exciteur simple est décrit à la figure 18 :1. Un exciteur genre torche à plasma Figure 18 :2. Un exciteur avec un tube et circulation d'un gaz périphérique Figure 18 :3. Avec un champ magnétique Figure 18 :4.
Un exciteur à 1 ou 2 magnétrons Figures 18: 5 et 6. Un exemple de fluorescent utilisant ce pompage en surface figure 18 : 7. Le dispositif de l'équipe de Michel Moisan de l'Université de Montréal indiquant un dispositif et la propriété d'une onde de surface d'épouser la surface d'un élargissement ou rétrécissement d'un tube Figure 18 : 8.

A la Planche 19 : Ce sont des schémas de différents combineurs de diodes ou générateurs MO pouvant pomper les lasers. L'image de la figure 19 :1 représente le circuit équivalent. Ces différents combineurs peuvent être en configuration multiples couches pour en augmenter la puissance figures 19 : 2 et 3. Dispositifs d'émission des MO en guide d'onde figure 19 : 4, ou en câble coaxial figure 19 :5. Dispositif d'émission MO dans une cavité avec plusieurs diodes reliées avec une antenne dipôle figure 19: 6.
Cette disposition peut être modifiée ou adaptée pour des cavités elliptiques et plusieurs diodes peuvent se superposer en combineurs intégrateurs ou ensemble de diodes en série pouvant s'installer directement sur le tube ou sur la cavité.

A la Planche 20 : On voit plusieurs configurations utilisant des diodes pour pomper des lasers à gaz. Une première utilisant des diodes ou combineurs de diodes reliées par fibres optiques figure 20 :1. Différentes configurations pompées par diodes optiques avec lentilles optiques figure 20 :2. Je dois inscrire ici que les brevets de références ne traitent que du pompage optique par des diodes LED ou lasers semi-conducteurs. Une extrapolation indique que les diodes avec ou sans combineurs-intégrateurs en phase peuvent être utilisés ou bien un ou plusieurs magnétrons conduisant aux configurations décrites dans ce brevet. De plus l'aspect de lentilles ou de réflecteurs paraboliques pour pomper un médium actif gazeux au même titre qu'un liquide ou solides avec générateurs MO diodes, diodes combinées ou magnétron (s).

Les figures : 21 a, b, c, d, e et f: représentent différentes configurations du laser pompé en bout de tube (a) par des magnétrons, (B) par des diodes en configuration combinée à l'aide des combineurs intégrateurs de diodes en phase émettrice d'ondes électromagnétiques autres que dans le spectre du visible, en (c) une configuration pompée par diodes ou magnétrons tout en utilisant un champ magnétique de 875 Gauss pour obtenir la condition de résonance cyclotronique électronique et/ou en puissance de champ très puissant pour confinement magnétique pour permettre des puissances continues très élevées en utilisant soit un bobinage ou bien les aimants de type quadripôles, les structures (d et e) représentent la configuration du laser pompé soit par diodes ou magnétrons à un bout ou aux deux extrémités du tube avec générateur (s) de pompage et de confinement par un plasma de surface à l'aide de différents "surfatron", en (F) représente le pompage en un bout ou des deux bouts du tube à l'aide d'une lentille électromagnétique ou miroir parabolique ou autres. Ce dispositif de pompage ouvre la porte à un domaine laser très vaste dans les applications avec les diodes et semi-conducteurs.
La figure : 21 g représente le dispositif générateur en bout de tube avec joints d'étanchéité avec le refroidissement et un surfatron générant un plasma de surface pour confiner les ondes électromagnétiques de pompage du médium actif.
L'angle du cône est en relation avec la fréquence d'excitation, au même titre que les ondes radio sur l'ionosphère qui est tributaire de la densité du plasma, de l'angle d'incidence, de l'absorption par le plasma, de la puissance du plasma, de son indice réfractif et des variations régulières et irrégulières de ce dernier.
Ces figures 21 montrent également que l'on peut faire circuler le gaz par une entrée centrale pour permettre le retour du gaz aux extrémités. Ce dispositif de re-circulation est optionnel, mais permet également de réduire les amortissements pour les configurations sans confinement lors du pompage en bout de tube, ce qui n'est pas négligeable.

Les Planches 22 a, b, c Traite de la stabilisation et de la sortie en fréquence d'un laser. A la figure 22a: 1: La stabilisation s'effectue en comparant un signal activant une cellule piézo-électrique PZT pour ajuster la longueur L. Certaines substances telles que le quartz qui présente la particularité d'être piézo-électrique, en d'autres termes cela signifie que si on applique une force de compression sur ses faces, on constate l'apparition de charges électriques. Si on inverse l'effort que l'on applique sur la lamelle de quartz et qu'au lieu de compresser, on exerce une traction, on constate que le signe des charges s'inverse. De plus, l'effet est réversible, c'est-à-dire qu'en appliquant une tension électrique sur la lamelle de quartz supportant le miroir, on observe une déformation mécanique et retrouve sa forme originelle dès que cesse la tension. La forme variera en fonction de la tension.
Par l'effet Zeeman ou un petit laser de référence agissant sur une cellule piézo-électrique figure 22a : 2. En contrôlant avec un piézoélectrique avec l'aide d'un prisme qui sépare 2 fréquences dont l'un sert à activer la cellule piézo-électrique figures 22a: 3 et 4. La stabilisation et le renforcement de la fréquence à l'aide d'une cellule et de l'Effet Stark figures 22a: 5 et 6 et Figure 22b : 1. Une paire de détecteurs (Thermistors) détecte la fréquence plus haute et plus basse pour produire un signal d'erreur par disposition du faisceau provenant d'un séparateur de faisceau à plaque vers un réseau de diffraction. Le signal est envoyé à un piézoélectrique modifiant L, figure 22b : 2. Par une cellule optoélectronique, on peut stabiliser la fréquence par polarisation circulaire et Effet Zeeman, un démodulateur sensible à la phase et ajuste la longueur L. Figure 22b : 3. On peut sélectionner un laser en bande étroite en utilisant un étalon Fabry-Perot, un réseau de diffraction ou un prisme avec une plaque quart de X permettant une polarisation circulaire, figures 22c : 1,2 et 3. La sélection avec un prisme et étalon tout en mesurant le courant induit par une fréquence figure 22c : 4. Étalon et éléments de chauffage, figure 22c : 5. Comme on peut le voir, la stabilisation peut s'effectuer par différents dispositifs.
(voir les chapitres sur la stabilisation longitudinale et transverse.) Les Planches 23 a, b : Traite des modes longitudinaux, figure 23a et transversaux figure 23 b. Sur la planche 23b du mode transverse. La visualisation de l'utilisation du changement de courbure d'un miroir pour sélectionner un mode ou l'utilisation d'un prisme pour sélectionner est très usuelle.

Les Planches 24 a, b, c: Montrent différentes façons de fabriquer le circuit d'alimentation électrique pour un seul ou plusieurs magnétrons tout en utilisant différentes composantes électroniques actives ou passives et senseurs de protection. Le circuit simple se décrit : un transformateur élévateur de tension du secteur 110 volts à 200 volts avec 200 - 300 mA. Un condensateur d'environ 0,89 F à 2100 volts et une diode formant un doubleur de voltage. Le transformateur pouvant être éliminé par des composantes actives "Circuit inverseur". Le magnétron agit d'oscillateur portant la fréquence du secteur de 60 Hz à 2450 MHz.

Le Tableau 1 à 5: indique différentes constantes et mélanges diélectriques pour réaliser des absorbeurs ou des lentilles pour ondes millimétriques et décimétriques.

Descriptif de l'invention Cette étude des différents brevets lasers m'a conduit, pour les besoins de réaliser des hologrammes de dimensions acceptables (20cm*30cm) dans des temps d'exposition raisonnables sur gélatine bichromatée, vers les lasers à gaz. Ma première interrogation fut : pourquoi utiliser ce médium photosensible si peu sensible? La réponse fut le coût de revient et ses caractéristiques intéressantes en rapport à l'enregistrement, au développement et aux caractéristiques holographiques elles-mêmes. La deuxième interrogation fut alors quel laser devrais-je employer et quelles caractéristiques ce dernier devrait-il avoir ?

J'ai réalisé une première approche vers les lasers vapeurs métal de la firme Xérox qui utilisait le fonctionnement par cathode creuse et la création d'une couleur apparente blanche par la complémentarité des trois couleurs primaires optiques (RVB) communément appelée laser blanc. Ces derniers avaient développé plusieurs configurations Tandem soit en utilisant le même médium actif dans des conditions spécifiques dans chaque zone ou des médiums différents dans chacune des zones.
Cette variation de puissance dans chacune des zones favoriserait la caractéristique d'émission rouge, verte ou bleue pour créer de la lumière blanche selon leurs besoins pour leurs photocopieurs. Un autre avantage résidait du fait qu'ils pouvaient être fabriqués tout métal soit en acier inoxydable et offrait une possibilité en puissance moyenne, mais sous la barre de l'objectif à moins d'en accroître la longueur "L" d'une façon représentative.
Ce qui m'a conduit à l'étude des différents types de cavités et résonateurs optiques. Mais ici, seule la cavité Fabry-Perot m'offrait les caractéristiques simples et efficaces en modes longitudinaux et transverses me conduisant à l'étude des miroirs et des supports d'ajustement avec le résonateur. Le laser vapeur métallique offrait par contre le désavantage de requérir à la vaporisation du médium actif. L'utilisation de l'effet d'induction a permis de contrecarrer ce désavantage au profit d'un avantage.
Malgré tous ces stratagèmes, ce type de laser offrait une puissance suffisante, mais je me devais de tenter l'expérience vers d'autres médiums pouvant offrir une puissance exponentielle à
ces derniers.

J'ai conduis alors l'étude vers les ioniques tel que l'Argon, le Krypton et plus récemment les mélanges pour en étudier les caractéristiques puisque ces derniers offraient une puissance plus que suffisante (5 watts continus) dans des raies dont le médium à base de gélatine bichromatée permettait une grande complicité et une grande sensibilisation même au rouge par une approche d'hypersensibilisation chimique telle que l'hyper-sensibilisation au bleu de méthylène.

Toute cette approche s'est soldée par une mise en dénominateur commun de différentes configurations de lasers permettant à ces derniers à un pompage par Micro-ondes. Ainsi, je peux pomper n'importe quel médium actif seulement par simples modifications dans les cavités optiques et électromagnétiques avec des accords d'impédance et de paramètres de puissance en fonction du médium utilisé et des raies d'émission requises.
Il y a 30 ans, les fours micro-ondes faisaient leurs entrées dans les domiciles et j'avais entrepris alors une étude pour comprendre leurs fonctionnements. Ces derniers non seulement pouvaient faire vibrer des molécules dipolaires comme l'eau (moléculaires), mais aussi ioniser un gaz et ainsi créer des plasmas. C'est de là que m'est venue l'idée maîtresse de ce brevet sans en accuser la paternité entière puisque j'ai constaté que plusieurs brevets furent déposés dans les années antécédentes pour créer des lampes et des lasers pompés par MO, sauf que ces avenues (configurations) ne furent pas développées.

La première configuration du brevet d'écoule des lasers solides à verres dopés ou rubis qui utilisaient une cavité elliptique dont les foyers sont occupés par la lampe flash et l'autre par la tige dopée dans un résonateur optique. La première configuration épouse ce principe de cavité elliptique, mais en lieu d'une lampe flash, j'installe une antenne tirée de mes études sur ces dernières principalement dans les antennes utilisées dans des cathéters pour brûler des cellules cancéreuses et autres applications en toutes directions.
La position des foyers dans le cas des cavités électromagnétiques MO doit tenir compte de l'effet réflectif des parois afin de réduire les annulations qui se transformeraient en chaleur ainsi que des distances devant se plier à la règle du "SWR" ou "Taux d'O
Stationnaire" ou si vous préférez la règle du 7J4 ou un multiple différent de aJ2. Cette étude se devait ainsi d'explorer les micro-ondes et leurs générateurs, leurs transports par guides et câbles coaxiaux, vers leurs composantes, comportements et caractéristiques, vers les radars, puis vers les cavités et finalement vers le pompage de lampes et de lasers existants.

La fig : 2 démontre la configuration développée. Elle consiste en une ellipse fabriquée à
partir d'une feuille de cuivre soudée et recouverte à l'intérieur d'argent maintenu en forme par un enroulement avec un tuyau de cuivre agissant également d'élément de refroidissement afin de conserver les dimensions précises de la cavité de pompage électromagnétique pour maintenir la fréquence de résonance fixe. Cette dernière une fois démoulée de son socle en béton se positionne dans un support tel qu'indiqué à
la figure lb ajustable sur les trois axes afin de focaliser la cavité elliptique d'une façon optimale au tube du laser sans nuire à l'alignement des miroirs de la cavité Fabry-Perot.
Cette optimisation du champ E et H peut se visualiser à la Figure 12. Le moule de béton spécial étant fabriqué à partir du traçage de l'ellipse puis formation d'une cavité
pleine de béton pouvant agir par la suite à former le feuillard de cuivre ceinturé de ses tubes de cuivre de refroidissement.

L'utilisation de "Swagelok " Figure : 7, m'offi-ait la possibilité d'éliminer le soufflage de verre et de coupler différentes sections (sections Brewster) pour la réalisation d'un laser Tandem et pour un tube concentrique agissant à refroidir le tube actif à
l'aide d 'un fluide n'absorbant que très peu les MO. Il faut tenir en compte que ces bagues peuvent être fabriquées en matière métallique genre Kovar ou autres alliages offrant des coefficients de dilatation thermique similaire au coefficient de dilatation thermique de la matière utilisée pour fabriquer le ou les tubes et apporterait l'assurance d'un maintien de stabilité et de fiabilité pour le vide bien que l'utilisation de joint d'étanchéité élastomère genre "Viton" et silicone moderne répond à la problématique du prototype.
Le fluide de refroidissement doit avoir des caractéristiques de transparence aux ondes électromagnétiques RF, HF ou MO et doit être sans absorption aux fréquences utilisées pour ne pas nuire au pompage. Les extrémités des cavités électromagnétiques (figure 4) pouvant être en matière absorbante ou réfléchissante selon le besoin. Une couche de surface fabriquée à partir de circuit imprimé (Planche 9-1) laissant la totalité ou une fraction de la surface recouverte de cuivre pouvant également faire office de réflecteur partiel, mais la conception doit éviter les arêtes vives pour réduire les arcs électriques.
Cette façon de faire permet également un dosage entre l'énergie absorbée et transmise d'une façon variable. L'absorbeur est également refroidi pour conserver les dimensions de la cavité pour conserver sa fréquence de résonance fixe et éviter de cette façon à
stabiliser l'opération et à modifier aux besoins les ajusteurs d'impédance et de fréquence de résonance (tuners). J'ai indiqué deux principaux types particuliers pour ajuster l'impédance : le type à ligne fendue facile de réalisation lors de l'utilisation de câbles coaxiaux tel que visualisé à la figure 3 et le type en guide diélectrique à
pistons et circulateurs tel que démontré à la figure 5. Nous nous devons d'indiquer également que la cavité elle-même peut contenir différents éléments d'adaptation de fréquence de résonance ou d'impédance et pourrait utiliser directement des magnétrons adaptés et d'utiliser des circuits d'alimentation des magnétrons qu'à demie puissance ...
On peut voir également à la figure : 7, comment réaliser la vaporisation du médium actif que se soit du Cadmium, du Sélénium du Zinc ou autres par chauffage inductif, car il y aura induction lors du pompage soit par un bobinage ( fil de tungstène d'un diamètre de 0,3 à 0,04 pouce et d'une longueur d'environ 3 pouces et plus) ou par un métal inerte et poreux recouvert ou contenant l'élément actif ou bien une céramique poreuse contenant le médium actif sous forme solide telle que le Cadmium, le Sélénium , le Zinc ou autres qui en se réchauffant par les ondes électromagnétiques émettent la vapeur requise pour créer la densité d'ions et particules requises pour l'inversion de population avec de l'hélium agissant pour les transferts d'énergie. De telles approches furent développées aux brevets US 4 794 614 pour une céramique poreuse et US 4 247 830 utilisant des particules d'environ 5 microns de métaux agglomérés offrant une porosité de 20 à 30%
soit du W ou Mo ou Ta pour les lasers au Cuivre ou à l'or, du Ni ou acier inoxydable pour les lasers au Pb, au Bi ou au Baryum.
Le pompage et la vaporisation pouvant s'effectuer par une source unique ou bien en utilisant deux sources distinctes selon le besoin chromatique ou du besoin en puissance de sortie laser. L'équilibre se réalisant au fur de l'opération ou par contrôleurs distincts.
Les fréquences pouvant être semblables ou différentes pour l'une ou l'autre des actions.
On doit garder à l'esprit le système conventionnel de chauffage 12R par courant DC ou AC pour vaporiser le médium actif.
Ces capsules de métaux peuvent être fabriquées par plusieurs techniques de déposition (sous vide ou bien par les technologies par épitaxie de nos jours) sans omettre les techniques de placages électrolytiques, galvanoplastiques ou bien électrochimiques.
L'antenne pour fin de simplicité sans être une règle absolue sera installée le long de l'axe longitudinal de la cavité (pour les configurations elliptiques) à l'un des foyers et peut être conçue de différentes manières. Une façon simple est un capillaire de verre avec un fil central et un tuyau de recouvrement avec des ouvertures laissant passer la radiation par fentes ou autres ou bien un câble coaxial adapté à cette configuration.
Figures 8 a, b, c , d et figure : 9-5. Dépendamment de l'antenne utilisée, un accord d'impédance est requis.
L'antenne pourrait être de types diodes émettrices de MO en séries tel qu'indiqué à la figure : 6, mais nous devrons revenir sur cette possibilité dans les configurations utilisant de tels générateurs, car le refroidissement est requis et un dispositif à tube avec circulation d'un fluide sera requis.
Les magnétrons pour des raisons économiques sont ceux retrouvés dans des fours MO et nécessite une modification au refroidisseur à ailettes en insérant un tube ceinturant de cuivre relié au système de refroidissement de la cavité. Le système à
refroidissement d'air peut être utilisé sauf qu'il devra être éloigné de la tête du laser pour en éviter les vibrations si ce dernier est utilisé pour une utilisation holographique ou d'interférométrie, alors, le signal MO sera transmis vers la tête par des câbles coaxiaux tel que schématisé à
la figure: 2.

Pour obtenir un effet laser efficace, on place le milieu optiquement actif donc les atomes, les ions ou les molécules qui subissent l'inversion de population et l'émission stimulée dans une cavité entre deux miroirs (figures la -3a et 3b) (cavité Fabry-Perot) disposés face à face. Ainsi, chaque photon fait plusieurs aller retour, d'où un nombre plus important d'émissions induites par lui. Il reste à aménager une ouverture pour qu'une partie du rayonnement s'échappe de la cavité, formant ainsi le rayon laser.
Pour se faire, il suffit qu'un des deux miroirs soit partiellement réfléchissant 3b. La cavité pourrait être de type "Unstable" (en tubes, à guides diélectriques, à plaques en V ou W ou d'Armando Cantoni, torique et de nombreuses autres), mais ici, seule la Fabry-Perot est représentée pour des raisons de simplification et d'applications.

La longueur d'onde,%, ou la fréquence, du faisceau dépend des dimensions de la cavité, du milieu optique et on peut moduler la fréquence par l'effet Zeeman ou par champ magnétique. La stabilisation peut être effectuée par différents moyens :
cellule piézo-électrique modifiant la longueur de la cavité en variant la distance du miroir 4a ou soit par un étalon 4b. La longueur d'onde des ondes lumineuses allant et venant dans la cavité
et donnant lieu à l'effet laser doit être un diviseur entier de la longueur de la cavité. La distance L entre le miroir réfléchissant et le miroir semi-réfléchissant est un multiple de la demi longueur d'onde de la lumière émise. Sans cela, il se produirait des interférences destructives entre les ondes se propageant dans un sens et celles se propageant dans l'autre. Pour obtenir la longueur d'onde désirée, on peut jouer sur la longueur de la cavité
et un étalon 4b peut agir dans ce sens ou autres dispositifs tel qu'un prisme ou réseau de diffraction. La puissance de sortie d'un laser est également proportionnelle à
cette longueur, elle se doit d'être maintenue avec une grande stabilité afin de permettre que les photons réfléchis agissants d'excitation soient stables. Possédant les caractéristiques de mode, de polarisation et de fréquence déterminée. Cette longueur peut être accrue par jonction longitudinale (Sommation des trois zones ou cellules 9a, 9b, 9c) ou autrement par jeux avec différents tubes et miroirs (US 3 683 297).
La structure du résonateur Fabry-Perot est utilisée dans le cadre de ce brevet pour des raisons pratiques en utilisant celles-ci en provenance d'anciens lasers. Cette structure requiert des tiges à bas coefficient de dilatation thermique tel que l'Invar, mais pourrait être à tiges de quartz, à tiges de céramique, de graphite et de nombreux autres dispositifs ayant la fonction de corriger les effets par les variations thermiques sans négliger la compensation par soufflets permettant l'utilisation de matériaux disparates.
Les dispositions géométriques des tiges les plus courantes sont trois tiges en L
ou delta (US 4 342 113).

Le tube ou capillaire 6 , pouvant être en verre, en céramique d'alumine ou d'oxyde de Béryllium, en métal, en quartz, en graphite, en carbone Pyrolytique, en verre Zblan ou verre de fluorure résistant aux MO, HF et RF et compatible aux halogènes.
Les fenêtres ( Figure 1 a-5) sont des pièces généralement de verre, en Vycor, en Pyrex, de quartz fondu ou quartz cristallin, de saphir et d'autres matériaux selon la radiation du laser permettant de maintenir la pression et le médium actif à l'intérieur du tube ou de la cavité optique... Dans les lasers, il est d'usage pratique et commun de positionner ces fenêtres à l'angle de Brewster par rapport à l'axe optique. Le faisceau lumineux voyage entre les miroirs du laser plusieurs fois. Cet angle variera selon la matière utilisée et se retrouve autour de 550 21' et 560 pour le verre et permet une réflexion totale et polarise perpendiculairement toute la radiation interne et externe. L'avantage de cet arrangement est que le faisceau n'accuse aucune perte par réflexion et seulement un type polarisé du faisceau est transmis. Il s'agit d'une façon simple de polariser la lumière.
Différentes techniques de jonction furent développées avec les années telles que le joint d'Indium, le brasage, la colle de résine époxyque, la fusion de verre et différents dispositifs pour en éviter leur contamination et leur protection aux rayons UV émis par certains médiums actifs même dans le cas de l'Argon. La réalisation de ces angles précis est d'utiliser une scie circulaire placer dans l'angle à l'aide du principe trigonométrique du sinus sur une table de grande dimension. On peut également se procurer l'ensemble déjà monté
sur un bout de tube avec des diamètres déterminés chez des fournisseurs.

L' antenne Tel qu'indiqué précédemment, plusieurs antennes de types coaxiaux furent développées pour le traitement des tumeurs cancéreuses en injectant des MO sous forme d'ondes électromagnétiques et/ou sous forme de chaleur dans une masse. Un câble coaxial peut agir d'antenne en enlevant le bout du conducteur extérieur et agi d'antenne monopole.
L'impédance caractéristique d'un applicateur coaxial peut s'exprimer selon :

Z0=138/~Elog10(b/a) Ou E est la constante diélectrique et a et b sont les diamètres des conducteurs intérieurs et extérieurs.
Pour une impédance caractéristique de 50 ohms 1/~E est 0.69 pour du Téflon.
L'embout sans blindage (unshielded) sera d'une longueur de Xg /2 ou un multiple entier et ~g= C/N~ ou C pour céléritas est la vitesse lumière dans le vide soit 11.802874 pouces Giga Hz et g est la constante diélectrique de la surface irradiée. Ce bout dénudé
agit comme une antenne omnidirectionnelle dans le plan radial. Le fait que l'embout ait une longueur de ~,g/2 ou un multiple entier on obtient une efficacité maximum de radiation à la fréquence f. On peut également enlevé le blindage d'une façon à
rendre plus directionnel l'émetteur. Figure : 8 al, 8a4. Une antenne typique d'accord d'impédance '/4 à % J%. Figure 8a6.
L'antenne peut prendre la configuration en fente telle que la "Leaky-Waveguide antenna". C'est une configuration à fentes multiples qui sert pour le pompage longitudinal de tube laser. La grandeur des fentes suit une fonction logarithmique. Ce type de configuration a des fentes (m) s'accroissant en longueur lors de la traversée du guide par la propagation tandis que la largeur (W) décroît en rapport avec la propagation.

Les fentes sont généralement perpendiculaires à la direction de propagation, mais pas obligatoirement. Le guide contient un diélectrique de valeur plus grande que l'air. Figure 8a2.
L'antenne peut être de type dipôle. Cette configuration permet l'ajustement d'impédance du corps ou du diélectrique du milieu. L'extension du conducteur interne réduit le gradient du champ électrique à la surface du dipôle. Le conducteur intérieur est inter-relié
avec l'expansion du conducteur intérieur par une section de transition incluant un réflecteur de surface. L'espacement entre le conducteur extérieur et le conducteur intérieur est en charge avec un diélectrique tel que la résine de polyester.
Figure 8 a3.
L'utilisation d'une antenne à guide diélectrique avec section de ferrite soit le "Surfaces-wave et le Leaky-Wave antennas" est utilisable. La radiation d'une telle antenne surface-wave est émise dans une direction finale et se produit par les modifications du guide. La forme de la radiation est dépendante de la forme des modifications du guide.
En présentant une transition graduelle de la section transversale vers l'espace libre, on réduit les réflexions et augmente l'efficacité de l'antenne. La radiation émise de l'antenne de type Leaky opère selon le principe qu'un petit trou dans un guide (semblable à
une conduite sous pression) agit comme un radiateur de source ponctuelle, émettant dans la direction normale au point de pénétration et irradiera un faisceau principal dans cette zone. La ferrite agit un peu comme si nous avions cette antenne de type Leaky par un circuit magnétique. Certaines matières de recouvrement d'un guide tel que le Titanate de Mg et d'alumine, le Ni-Zn et le Li-Zn ferrrite et résine d'époxy auront cette propriété. La ferrite agissant d'élément de changement de phase et de médium de transmission diélectrique. Figure a5 et Figure 8c1.
L'utilisation d'une antenne diélectrique à tiges ou à disques offre des transitions entre l'antenne et le guide d'onde et se fait graduellement par ce cône introduit dans un guide réduisant les réflexions et les pertes. Une forme utilise une tige avec des espacements périodiques variables en profondeur. L'autre type est un disque circulaire plat avec une plaque pour limiter la radiation de la surface haute. Chaque rainure serait distante de 0.3 à
0.5 1 dépendamment du diélectrique de l'antenne. Le taux de radiation dans l'air dépendra en premier lieu de la profondeur de la rainure. Ces rainures pouvant être d'anneaux métalliques sur le diélectrique. La périodicité des rainures (d) et la fréquence de l'excitation (X), détermineront l'angle d'opération et la forme du patron de radiation.
Les rainures agissent comme des perturbations du guide d'onde uniforme générant de multiples émissions dans l'espace environnant. Figures : 8a7, 8b2 et figure :
8a9 avec une chemise de %~, permettant le contrôle de la radiation émise aux différentes fentes de l'antenne.
L'antenne coaxiale est l'une des plus simples, elle consiste à enlever la gaine du câble coaxial et la remplacer par des fils enroulés ou des fentes. On peut y générer : le type monopole par un simple conducteur MO qui s'allonge au bout de la sonde (souvent recouvert d'une chemise diélectrique) et l'énergie MO s'irradie généralement perpendiculairement de l'axe du conducteur. L'antenne dipôle qui contient un conducteur intérieur mince se dirigeant le long de l'axe de la sonde enroulée d'un diélectrique. Pour procurer une énergie extérieure, une portion ou plusieurs portions du conducteur extérieur sont enlevées. Les variations sur l'emplacement, la grandeur et la surface de l'enlèvement du conducteur extérieur affecteront grandement l'émission d'énergie. Figure :
8a8 et figure 8b3.

Une antenne dipôle résonateur permet une adaptation d'impédance simple en étant couplée au générateur MO par le câble coaxial avec un espacement "GAP" en forme de circonférence coupée dans le blindage du câble. En couplant le GAP au centre du dipôle, les courants sont induits dans le dipôle d'une manière balancée et symétrique.
Par les ajustements appropriés du GAP, l'impédance du dipôle peut s'arrimer avec le câble coaxial avec très peu de réflexion en provenance du gap à la fréquence de résonance du dipôle. L'impédance est ajustée par des volets métalliques agissants de condensateurs avec grande capacitance stabilisant la fréquence indépendamment de la perméabilité du milieu, génère une distribution du courant le long de la section étroite du dipôle pour le rendre uniforme et le réduire à zéro rapidement au bout du condensateur. Cette capacitance additionnelle réduit amplement la fréquence de résonance du dipôle pour une longueur de dipôle L. Figure : 8d 5.
L'antenne hélicoïdale MO permettant un retour faible. La distribution de la puissance MO autour d'un embout transmetteur sera irradiée, absorbée ou réfléchit.
Idéalement, une antenne devra irradier toute l'énergie dans un patron uniforme avec peu d'absorption et de réflexion. Le diamètre et les fonctions d'enroulement devront être pris en considération. Figures : 8d 6 et 7.
L'antenne coaxiale avec section de câble coaxial coupée, renversée.
L'utilisation d'un gap du conducteur intérieur ou des deux pour former une section radiante et une section avec renversement électrique entre centres adjacents et le gap du conducteur extérieur. Le gap peut être à n'importe quel endroit et peut avoir plusieurs gaps. Fig8b 1.
Les types d'antenne à tiges, en spirales, hélicoïdales, en bobines de type lisitano et en loupes peuvent servir également. Figure : 8 b4.
L'antenne à tige avec un mécanisme d'introduction de l'antenne afin d'arrimer l'impédance pour une cavité pouvant varier de volume et des conditions d'opération.
Figure : 8b5.
Nous devons revenir au brevet US 6 863 773 mentionné au mémoire descriptif qui indique l'utilisation d'une cavité elliptique pour le traitement de surface en longueur. Ce brevet s'apparente à ce dernier en utilisant une antenne de fil de cuivre ou tuyau recouvert d'un diélectrique tel que le quartz ou céramique et cette dernière peut être recouverte d'un revêtement conducteur dans la région opposée au réflecteur de la cavité, coaxial recouverte partiellement ou à fentes et trous au foyer F 1 de la cavité elliptique concentrant le champ dans la région F2. Planche : 9 item3 et 5 L'antenne coaxiale à tiges diélectriques multiples fréquences. La première tige d'antenne diélectrique est reliée à la première source émettrice pour propager la première fréquence.
Une seconde tige d'antenne diélectrique est couplée à un deuxième transmetteur, et ainsi de suite. Les deux antennes sont montées d'une façon concentrique et la constante diélectrique du premier est plus grande que la deuxième constante diélectrique, et ainsi de suite. La deuxième peut être en Téflon avec une poudre de tétra-titanate de baryum ou de titanate d'aluminium et de nickel. Ces antennes peuvent être en rainures ou en forme de cônes. La radiation est émise de toutes les parties de la tige en changeant graduellement le diamètre et\ou en terminant abruptement. Figure 8c1 et 2.

Le résonateur diélectrique est formé par un membre ayant une constance diélectrique fixe placée à proximité d'une fente et ayant une longueur résonante dans l'ordre de radiation MO dans le matériel ou dans le guide. Un membre diélectrique plus long est placé en amont du membre résonateur et est séparé par un gap ou espacement ayant une grandeur choisie pour former un transformateur d'impédance. Cet arrimage d'impédance du guide et du résonateur avec sa fente. La largeur du gap est de l'ordre de 0.1% à
100% de la longueur d'onde MO dans le vide. La variation de la largeur permet de réduire les réflexions. Le diamètre d'un guide diélectrique diminuera selon~E. Ce résonateur élimine le besoin du tuner EH. Figures : 8 e 3 et 4.
L'antenne peut être tout simplement une tige d'une longueur X/4 ou avec des pointes de formes diverses. Figures : 8c5.

Antenne et cavité

D'autres options pour introduire les MO dans une cavité peuvent s'effectuer par les guides d'ondes (fours MO domestiques modernes) ou comme décrites aux figures : 9-3et5.

At Plate 9: This board allows to visualize with more precision the process of concentrating the MOs by reflection and the design of the mirrors to from printed circuit boards as shown in Figure 4. I must mention here that the curtain can be realized of different patterns such as parallel bars, oblique, cruciform ... Figure: 9.1. The elliptical cavity may contain plates separators dielectric or other materials to create a cavity in a slow structure Figure: 9.2.
The antenna can be coupled with absorbent or reflective protectors with some holes or slots figures: 9.3 and 5. The electromagnetic cavity can be of form simple or complex figure: 9.4. The elliptical cavity structure can be feed by a rectangular guide with slots ... to excite the active medium to the other focus figure: 9.5. Compression of electromagnetic waves by its E or H field in an area of a cavity in reduction of volume in order to concentrate the fields in the region of the tubes where the plasma is generated. It's the constriction of the fields figure: 9.6. The focal points of the ellipse can be corrected geometric focus so to increase the cavity performance figure 9.7.

In Figure 10: We see a configuration using MO pumping in the electromagnetic cavity 9. The generators are of the magnetron type or combineurs-phased diode integrators are not positioned at one of the 16 foci.
cavity optical is of the Fabry-Perot type. The tubes occupy the hearths of the cavity elliptical electromagnetic while containing the active medium. This configuration allows to lengthen the length "L" of the laser without increasing its physical size. The form the ellipse can be adjusted by a screw system compressing the circularity or the elliptivity X up to a certain limit. It must be kept in mind that ellipse is a crushed circle in an axis dividing the central focus into two centers on the axis longitudinal main. It must also be considered that the location of the different generators can have different positions with a phase shift of 1200. This cavity can also divide into slow wave structure and the number of generators can reach a large number and increase the continuous or pulsed output power of the laser to values very powerful.
It is not excluded to use the configuration: multiple elliptical cavity as demonstrated to the board: 9-4.

In Figure 11: We see this pumping by MO generators at 1200 with three out of phase systems with adapters as described in Figure 5.
The impedance and docking adapters can be of any type, these last ones do not do not describe the importance of the need for stowage and simpler systems are our usual days. The phase shift of 1200 is a phase shift which makes it possible to avoid interactions from one generator to another. This phase shift of 120 0 is not the only one possible and is represented for explanatory purposes only. A laser with 9 magnetrons of 1100Watts each with a yield of around 10% generates a 990 laser watts CW, which is more than enough for the reason of making holograms sure bichromated gelatin.

In Figure 12: We see the concentration of electromagnetic fields either E or H in the electromagnetic cavity at the foci of the ellipse. It is simple for the public in general to make a mental image for the light and its behaviour, but much less when it comes to electromagnetic waves, this image allows this visualization.

In Plates 12a, b, c, d, e: Laser structures pumped by OM antecedents.
Several lasers were developed over the years confirming so the configurations developed in this patent. They are inserted in order to make accessible the information and principles used to confirm and demonstrate the feasibility.
Induction (1), impedance matching (2), compression of the E field (4, 16, 17, 18 and 20), the magnetron structure (3), the Tandem structure and whistling waves (5, 6, 7, 9, 19, 22), the slow wave structure (22), by resonance slots (10 and 21), the structure in an intense magnetic field (23 and 24) At Boards 14 a, bcd: Different Gas Intake Valve Structures and of metal. These different valves can be different principles of operation using the fusion of Gallium or Indium or Silver-Silver Chloride which in himself liquefying gas passes through a gas. Diffusion type valves accusing different permeability depending on the temperature. The Zeolite valve acting on the principle that some zeolites are permeable to certain gases depending on the temperature and the mechanical valves acting on an electrical pulse on a solenoid winding.

At the boards 15 a, b: Apart from air cooling here are different cooling circuits for the laser with conventional direct circuit and indirect over-cooling a brine, antifreeze or dielectric oil, the cooling of a Magnetron (NB liquid-cooled magnetrons are found on the market) and the system without compressor using an RF cavity using the waves stationary (7, 8, 9, 10 and 11), a complete laser cooling system with unit outside and inside with tank. The Peltier or TEC semiconductor cooling system is not schematized (see specification). We must indicate here, the cooling of circulating active medium as indicated in the end configurations of tube. The gas can pass into a heat exchanger. This principle is greatly used in Molecular lasers for recirculation and cooling of the gas.

At Plate 16: We see how a magnetic field is formed and its Field lines in Figure 16: 1. The magnetic force of a coil increases with the current and through each loop Figure 16: 2. We can see a processor NCE plasma and that particles and electromagnetic waves are deflected by a field magnetic 16: 4. A magnet set in a circle indicating a surface confinement of the field and not in the center Figure 16: 3. Quadrupole magnets acting very field powerful for confinement making very powerful continuous lasers possible. Figure 16: 5.

In Plate 17: We observe different devices creating lenses for wave electromagnetic waveguide type figures: 17: 1, 2 and 5. By wave reflection Figure 17: 4 and by refractive materials Figures 17: 3, 6 and 8 and one way showing their fabrications figure 17: 7.

In Plate 18: We observe different devices to transfer the waves electromagnetic waves in surface waves "Surfatron". A simple exciter is described in Figure 18: 1. An exciter like a plasma torch Figure 18: 2. An exciter with a tube and circulation of a peripheral gas Figure 18: 3. With a magnetic field Figure 18: 4.
An exciter with 1 or 2 magnetrons Figures 18: 5 and 6. An example of a fluorescent using this surface pumping figure 18: 7. The device of Michel's team Moisan of the University of Montreal indicating a device and the property of a wave of area to marry the surface of a widening or narrowing of a tube Figure 18 : 8.

In Plate 19: These are diagrams of different diode combiners or MO generators that can pump lasers. The image of Figure 19: 1 represents the equivalent circuit. These different combiners can be in configuration multiple layers to increase its power figures 19: 2 and 3. Features issue of MO waveguide Figure 19: 4, or coaxial cable Figure 19: 5. Device resignation MO in a cavity with several diodes connected with a dipole antenna Figure 19: 6.
This arrangement can be modified or adapted for elliptical cavities and several diodes may be superimposed on integrating combiners or diode assemblies serial can be installed directly on the tube or on the cavity.

In Plate 20: We see several configurations using diodes for pump gas lasers. A first using diodes or combiners of diodes connected by optical fibers Figure 20: 1. Different pumped configurations by diodes Optics with Optical Lenses Figure 20: 2. I have to write here that the patents references only deal with optical pumping by LEDs or lasers semi-conductors. An extrapolation indicates that diodes with or without combiners-phased integrators can be used or one or more magnetrons leading to the configurations described in this patent. In addition the appearance of lenses or of reflectors dishes for pumping an active gaseous medium as well as a liquid or solids with MO generators diodes, combined diodes or magnetron (s).

The figures: 21 a, b, c, d, e and f represent different configurations of the laser pumped at the end of the tube (a) by magnetrons, (B) by diodes in configuration combined using diode integrator integrators wave other than in the visible spectrum, in (c) a pumped configuration by diodes or magnetrons while using a magnetic field of 875 Gauss for to obtain the electronic cyclotron resonance condition and / or field strength very powerful for magnetic confinement to allow powers very continuous elevated using either a winding or the magnets of the quadrupole type, the structures (d and e) represent the configuration of the laser pumped either by diodes or magnetrons at one end or at both ends of the tube with generator (s) pumping and of confinement by a surface plasma using different "surfatron", in (F) represents pumping at one end or both ends of the tube using a lens electromagnetic or parabolic mirror or others. This pumping device open it gate to a very vast laser field in applications with diodes and semi-conductors.
The figure: 21 g represents the generator device at the end of the tube with seals sealing with cooling and a surfatron generating a plasma of surface for confining the electromagnetic pumping waves of the active medium.
The angle of the cone is related to the excitation frequency, in the same way that radio waves on the ionosphere which is dependent on the density of the plasma, angle incidence, plasma absorption, the power of the plasma, its index refractive and regular and irregular variations of the latter.
These figures 21 also show that the gas can be circulated through a Entrance central to allow the return of gas at the ends. This system of circulation is optional, but also reduces depreciation for configurations without confinement when pumping at the end of the tube, which is not negligible.

Plates 22 a, b, c Discusses stabilization and exit in frequency of a laser. In Figure 22a: 1: Stabilization is done by comparing a signal activating a piezoelectric cell PZT to adjust the length L. Certain substances such as quartz that has the peculiarity of being piezoelectric, in others terms that means that if one applies a compressive force on its faces, one notes the appearance of electric charges. If we reverse the force applied on the slide quartz and that instead of compressing, one exerts a traction, one finds that the sign of loads is reversed. Moreover, the effect is reversible, ie by applying a voltage on the quartz lamella supporting the mirror, one observes a deformation mechanical and returns to its original form as soon as the tension stops. The form will vary in function of the voltage.
By the Zeeman effect or a small reference laser acting on a cell piezoelectric figure 22a: 2. Controlling with a piezoelectric with the help of a prism which separates 2 frequencies one of which is used to activate the piezoelectric cell figures 22a: 3 and 4. The stabilization and boosting of the frequency using a cell and the Stark Effect Figures 22a: 5 and 6 and Figure 22b: 1. A pair of detectors (Thermistors) detects the higher and lower frequency to produce an error signal by provision of beam from a plate beam splitter to a network of diffraction. The signal is sent to a piezoelectric modifying L, Figure 22b: 2. By a cell Optoelectronics, we can stabilize the frequency by circular polarization and Effect Zeeman, a demodulator sensitive to phase and adjusts the length L. Figure 22b: 3. On can select a narrowband laser using a Fabry-Perot, a network of diffraction or a prism with a quarter plate of X allowing a polarization circular, figures 22c: 1,2 and 3. The selection with a prism and stallion while by measuring the current induced by a frequency figure 22c: 4. Standard and elements of heating, figure 22c: 5. As can be seen, stabilization can be achieved by different devices.
(see chapters on longitudinal and transversal stabilization.) The Plates 23 a, b: deals with the longitudinal modes, figure 23a and transverse figure 23 b. On plate 23b of transverse mode. Visualization of the use of change of curvature of a mirror to select a mode or use a Prism to select is very common.

Planks 24 a, b, c: Show different ways to make the circuit power supply for one or more magnetrons while using different active or passive electronic components and sensors of protection. The simple circuit is described: a voltage booster transformer of the sector 110 volts to 200 volts with 200 - 300 mA. A capacitor of about 0.89 F at 2100 volts and a diode forming a voltage doubler. The transformer can be removed by active components "Inverter circuit". The magnetron acts as an oscillator wearing the mains frequency from 60 Hz to 2450 MHz.

Table 1 to 5 shows different constants and dielectric mixtures for make absorbers or lenses for millimeter waves and UHF.

Description of the invention This study of different laser patents led me, for the needs of to realize holograms of acceptable dimensions (20cm * 30cm) in exposure times on dichromated gelatin, to gas lasers. My first interrogation was: why use this photosensitive medium so insensitive? The answer was the cost of returns and its interesting features in relation to the recording, at development and the holographic characteristics themselves. The second question was then which laser should I use and which features the latter should he have?

I realized a first approach towards the metal vapor lasers of the firm Xerox who used hollow cathode operation and the creation of a color related white by the complementarity of the three primary optical colors (RGB) commonly called white laser. The latter had developed several Tandem configurations either by using the same active medium in terms specific in each zone or different mediums in each zone.
This power variation in each of the zones would favor the characteristic resignation red, green or blue to create white light according to their needs For their copiers. Another advantage was that they could be made everything metal either stainless steel and offered a possibility in power average but under the bar of the lens unless it increases the length "L" in a way representative.
Which led me to study different types of cavities and resonators optics. But here, only the Fabry-Perot cavity offered me the simple characteristics and effective longitudinal and transversal modes leading me to the study of mirrors and supports adjustment with the resonator. The metal vapor laser offered the disadvantage of requiring the vaporization of the active medium. The use of the effect induction has countered this disadvantage in favor of an advantage.
Despite these stratagems, this type of laser offered sufficient power, but I
had to try the experiment towards other mediums that can offer a power exponential to these latter.

I then conducted the study to ionic such as Argon, Krypton and more recently mixtures to study the characteristics since the latter offered a more than enough power (5 continuous watts) in lines whose medium made of bichromated gelatin allowed great complicity and great sensitization even red by a chemical hypersensitization approach such as hyper-methylene blue sensitization.

This whole approach resulted in a common denominator of different configurations of lasers allowing the latter to pumping by micro-waves. So, I can pump any active medium only by simple modifications in optical and electromagnetic cavities with impedance and settings power depending on the medium used and the required emission lines.
30 years ago, microwave ovens were making their way into homes and I had undertaken then a study to understand their operations. These not only could vibrate dipolar molecules like water (molecular), but also ionize a gas and thus create plasmas. That's where I got the idea of this patent without acknowledging the full paternity since I found that several patents were deposited in the antecedent years to create lamps and lasers pumped by MO, except that these avenues (configurations) were not developed.

The first configuration of the patent flows solid lasers doped glasses or ruby who used an elliptical cavity whose homes are occupied by the flash lamp and the other by the rod doped in an optical resonator. The first one configuration wife this elliptical cavity principle but instead of a flash lamp I install a antenna drawn of my studies on these last ones mainly in the antennas used in catheters for burning cancer cells and other applications for all directions.
The position of the foci in the case of electromagnetic cavities MO must take into account the reflective effect of the walls in order to reduce the cancellations would turn into heat and distances to comply with the "SWR" or "Rate" rule.
do Stationary "or if you prefer the 7J4 rule or a multiple different from AJ2. This The study thus had to explore microwaves and their generators, their transport by guides and coaxial cables, to their components, behaviors and characteristics, to the radars, then to the cavities and finally to the pumping of lamps and lasers existing.

Fig: 2 shows the developed configuration. It consists of an ellipse manufactured to from a copper sheet welded and covered inside with silver maintained in formed by a winding with a copper pipe also acting of element of cooling in order to keep the precise dimensions of the cavity of pumping electromagnetic to maintain the fixed resonant frequency. This last one time demoulded from its concrete base is positioned in a support as indicated in the figure lb adjustable on all three axes to focus the elliptical cavity of a optimal way laser tube without affecting the alignment of the mirrors of the Fabry-Perot cavity.
This optimization of the E and H field can be seen in Figure 12. The mold of special concrete being made from the tracing of the ellipse and then forming a cavity full of concrete may subsequently act to form the copper strip encircled by its copper tubes of cooling.

The use of "Swagelok" Figure: 7, offered me the opportunity to eliminate blowing of glass and couple different sections (Brewster sections) for the realization of a Tandem laser and for a concentric tube acting to cool the active tube to help from a fluid that absorbs very little MO. It must be taken into account that these rings can be made of metal material like Kovar or other alloys offering of the coefficients of thermal expansion similar to the coefficient of expansion thermal of the material used to manufacture the tube (s) and provide the assurance a maintenance of stability and reliability for the vacuum although the use of seal Elastomer sealing "Viton" type and modern silicone answers the problem of the prototype.
Coolant must have transparency characteristics to the waves electromagnetic RF, HF or MO and must be without absorption at frequencies used not to interfere with pumping. The ends of the electromagnetic cavities (Figure 4) may be absorbent or reflective material as needed. A
layer of surface made from printed circuit board (Plate 9-1) leaving the whole or one fraction of the surface covered with copper which can also act as reflector partial but the design should avoid sharp edges to reduce bows electric.
This way of doing things also allows a balance between the energy absorbed and transmitted in a variable way. The absorber is also cooled to conserve dimensions cavity to maintain its fixed resonant frequency and avoid this way to stabilize the operation and modify the impedance adjusters and Frequency resonance (tuners). I indicated two main particular types for adjust impedance: the split-line type easy to achieve when the use of cables coaxial as seen in Figure 3 and the dielectric guide type to pistons and circulators as shown in Figure 5. We need to indicate also that the cavity itself can contain different frequency matching elements of resonance or impedance and could directly use magnetrons adapted and to use magnetron power circuits at half power ...
We can also see in figure: 7, how to realize the vaporization of the active medium whether Cadmium, Zinc Selenium or others by inductive heating, because there will have induction during pumping either by a winding (tungsten wire of a diameter of 0.3 to 0.04 inches and about 3 inches in length or longer) or metal inert and porous coated or containing the active element or a porous ceramic containing the active medium in solid form such as Cadmium, Selenium, Zinc or others which by heating by the electromagnetic waves emit the vapor required for create the density of ions and particles required for population inversion with helium acting for energy transfers. Such approaches were developed US Pat. Nos. 4,794,614 for a porous ceramic and US 4,247,830 using of the particles of about 5 microns of agglomerated metals with a porosity of 20 at 30%
either W or Mo or Ta for copper or gold lasers, Ni or steel stainless for Pb, Bi or Barium lasers.
Pumping and spraying can be done by a single source or well in using two different sources according to the chromatic need or the need for power laser output. The balance is realized during the operation or by separate controllers.
Frequencies that may be similar or different for one or the other actions.
We must keep in mind the conventional 12R heating system by DC current or AC to vaporize the active medium.
These metal capsules can be manufactured by several techniques of deposition (vacuum or epitaxial technologies nowadays) without omit them electroplating, electroplating or Electrochemical.
The antenna for simplicity without being an absolute rule will be installed on along the axis of the cavity (for elliptical configurations) to one of the homes and can be designed in different ways. A simple way is a glass capillary with a wire central and a cover pipe with openings allowing the radiation by slots or other or a coaxial cable adapted to this configuration.
Figures 8 a, b, c, d and figure: 9-5. Depending on the antenna used, an impedance match is required.
The antenna could be of type emitting diodes of MO in series such as indicated in figure: 6, but we will have to come back to this possibility in the configurations using such generators because cooling is required and a tube device with Fluid circulation will be required.
Magnetrons for economic reasons are those found in ovens MO and requires a modification to the fin cooler by inserting a tube circling Copper connected to the cooling system of the cavity. The system to air cooling can be used except that it must be removed from the laser head to avoid vibrations if the latter is used for holographic use or interferometry, then, the MO signal will be transmitted to the head by coaxial cables such as schematized at the figure: 2.

To obtain an effective laser effect, the optically active medium is placed so the atoms, ions or molecules that undergo population inversion and stimulated emission in a cavity between two mirrors (figures la -3a and 3b) (Fabry-Perot cavity) willing face to face. Thus, each photon makes several round trips, hence a number more emissions induced by it. It remains to arrange an opening for a part of the radiation escapes from the cavity, thus forming the laser beam.
To do this, just one of the two mirrors is partially reflective 3b. The cavity could be "Unstable" type (in tubes, with dielectric guides, with V or W plates or Armando Cantoni, Toric and many others), but here, only the Fabry-Perot is represented for reasons of simplification and applications.

The wavelength,%, or frequency of the beam depends on the dimensions of the cavity, optical medium and one can modulate the frequency by the Zeeman effect or by field magnetic. Stabilization can be done by various means:
piezo cell electric altering the length of the cavity by varying the distance of the mirror 4a or by a standard 4b. The wavelength of light waves coming and going in the cavity and giving rise to the laser effect must be an integer divider the length of the cavity. The distance L between the reflecting mirror and the semi-reflecting mirror is a multiple of the half wavelength of the emitted light. Without this, there would be interference destructive between the waves propagating in one direction and those propagating in the other. To obtain the desired wavelength, one can play on the length of the cavity and a standard 4b can act in this direction or other devices such as a prism or network of diffraction. The output power of a laser is also proportional to this length, it must be maintained with great stability in order to allow the Reflective photons acting as excitation are stable. Possessing characteristics of mode, polarization and frequency determined. This length can be increased by longitudinal junction (summation of the three zones or cells 9a, 9b, 9c) or other by games with different tubes and mirrors (US 3,683,297).
The structure of the Fabry-Perot resonator is used in the context of this patent for some practical reasons using these from older lasers. This structure requires rods with a low coefficient of thermal expansion such as Invar, but could be with quartz rods, ceramic rods, graphite and many other devices having the function of correcting the effects by thermal variations without neglect the bellows compensation allowing the use of disparate materials.
The geometric arrangements of the most common stems are three L-shaped stems or delta (US 4 342-113).

The tube or capillary 6, which may be made of glass, of alumina ceramic or of oxide Beryllium, Metal, Quartz, Graphite, Pyrolytic Carbon, Glass Zblan or fluoride glass resistant to MO, HF and RF and compatible with halogens.
The windows (Figure 1 to 5) are generally glass pieces, in Vycor, in Pyrex, from fused quartz or crystalline quartz, sapphire and other cancellation of laser to maintain the pressure and the active medium inside the tube or the optical cavity ... In lasers, it is of practical and common use for position these windows at the Brewster angle with respect to the optical axis. The beam bright journey between the mirrors of the laser several times. This angle will vary according to the material used and found around 550 21 'and 560 for the glass and allows a total reflection and polarizes perpendicularly all internal and external radiation. The advantage of this arrangement is that the beam does not show any loss by reflection and only one type polarized beam is transmitted. This is a simple way to polarize light.
different junction techniques were developed with the years such as the joint of Indium, the brazing, epoxy resin glue, glass melting and different devices for avoid their contamination and protection from UV rays emitted by certain mediums even in the case of Argon. The realization of these precise angles is to use a circular saw put in the corner using the trigonometric principle of the sinus on a large table. We can also get the set already mounted on a end of tube with diameters determined at suppliers.

The antenna As noted above, several coaxial antennae were developed for the treatment of cancerous tumors by injecting wave electromagnetic and / or in the form of heat in a mass. A cable coaxial can act of antenna by removing the end of the external conductor and acted of antenna monopoly.
The characteristic impedance of a coaxial applicator can be expressed according to:

Z0 = 138 / ~ Elog10 (b / a) Where E is the dielectric constant and a and b are the diameters of the conductors indoor and outdoor.
For a characteristic impedance of 50 ohms 1 / ~ E is 0.69 for Teflon.
The unshielded tip will be Xg / 2 or whole multiple and ~ g = C / N ~ or C for celéritas is the light speed in the vacuum is 11.802874 inch Giga Hz and g is the dielectric constant of the irradiated surface. This bare end acts as an omnidirectional antenna in the radial plane. The fact that the tip has a length of ~, g / 2 or an integer multiple one gets maximum efficiency of radiation at frequency f. We can also remove the shield in a way that make more directional transmitter. Figure 8a, 8a4. A typical antenna agree impedance '/ 4 at% J%. Figure 8a6.
The antenna can take the slot configuration such as the "Leaky-Waveguide antenna. "This is a multiple slot configuration that is used for pumping longitudinal laser tube. The size of the slots follows a function logarithmic. This type of configuration has slots (m) increasing in length during the crossing the propagation, while the width (W) decreases in relation to the spread.

The slots are generally perpendicular to the direction of propagation, but not mandatory. The guide contains a higher value dielectric than the air. figure 8a2.
The antenna may be of the dipole type. This configuration allows adjustment impedance body or dielectric medium. The extension of the internal driver reduces the gradient of the electric field at the surface of the dipole. The inner driver is inter-connected with the expansion of the inner conductor by a transition section including a surface reflector. The spacing between the outer conductor and the driver Inside is charging with a dielectric such as polyester resin.
Figure 8 a3.
The use of a dielectric guide antenna with ferrite section is the "Surfaces-wave and the Leaky-Wave antennas "is usable.The radiation of such antenna surface-wave is sent in a final direction and occurs by the changes of the guide. The form of the radiation is dependent on the shape of the modifications of the guide.
In presenting a gradual transition from cross-section to space free, we reduce reflections and increases the efficiency of the antenna. The radiation emitted from the antenna of Leaky type operates on the principle that a small hole in a guide (similar to a pressure pipe) acts as a point source radiator, emitting in the normal direction at the point of penetration and will radiate a main beam in this zoned. Ferrite acts a bit like we have this Leaky type antenna by a magnetic circuit. Some overlays of a guide such as the Titanate of Mg and alumina, Ni-Zn and Li-Zn ferrrite and epoxy resin will have this property. The ferrite acting as phase change element and transmission medium dielectric. Figure a5 and Figure 8c1.
The use of a rod or disc dielectric antenna provides transitions between the antenna and the waveguide and is done gradually by this introduced cone in a guide reducing reflections and losses. A shape uses a stem with spacings periodic variable in depth. The other type is a circular disk dish with a plate to limit the radiation of the high surface. Each groove would 0.3 to 0.5 1 depending on the dielectric of the antenna. The radiation rate in the air will depend in the first place on the depth of the groove. These grooves can to be of metal rings on the dielectric. The periodicity of the grooves (d) and frequency of the excitation (X), will determine the angle of operation and the shape of the pattern of radiation.
Grooves act as disturbances of the uniform waveguide generating multiple emissions in the surrounding space. Figures: 8a7, 8b2 and figure:
8a9 with a % ~ shirt, allowing the control of the radiation emitted to different slots of the antenna.
The coaxial antenna is one of the simplest, it involves removing the cable sheath coaxial and replace with coiled wires or slots. We can generate : the type monopoly by a simple MO driver lying at the end of the probe (often covered with a dielectric jacket) and the MO energy radiates generally perpendicular to the driver's axis. The dipole antenna which contains a driver thin interior running along the axis of the coiled probe of a dielectric. For provide external energy, a portion or outside conductor are removed. Variations on location, size and area of pick up of the outer conductor will greatly affect the emission of energy. Figure:
8a8 and Figure 8b3.

A resonator dipole antenna allows simple impedance matching in being coupled to the MO generator by the coaxial cable with a "GAP" spacing in made of circumference cut in the cable shield. By coupling GAP in the center of the dipole, the currents are induced in the dipole in a balanced and symmetrical manner.
By the appropriate adjustments to the GAP, the dipole impedance can be matched with the cable coaxial with very little reflection from the gap at the frequency of resonance of dipole. Impedance is adjusted by metal shutters acting capacitors with large capacitance stabilizing frequency regardless of the permeability of middle, generates a current distribution along the narrow section of the dipole for the make uniform and zero to zero quickly at the end of the capacitor. This additional capacitance greatly reduces the resonance frequency of the dipole for a length of dipole L. Figure: 8d 5.
The helical antenna MO allowing a weak return. The distribution of the power MO around a transmitter tip will be irradiated, absorbed or reflected.
Ideally, a antenna will have to radiate all the energy in a uniform pattern with little absorption and reflection. The diameter and the winding functions will have to be taken into consideration. Figures: 8d 6 and 7.
The coaxial antenna with section of coaxial cable cut, reversed.
The use of a gap of the inner conductor or both to form a radiant section and a section with electrical reversal between adjacent centers and the driver gap outside. The gap can be at any place and can have several gaps. Fig8b 1.
Types of antenna with rods, spiral, helical, coil type lisitano and in loupes can serve as well. Figure: 8 b4.
The rod antenna with an antenna introduction mechanism to secure the impedance for a cavity that can vary in volume and conditions operation.
Figure: 8b5.
We need to go back to US Patent 6,863,773 mentioned in the specification which indicates the use of an elliptical cavity for surface treatment in length. This patent is similar to the latter using a copper wire antenna or pipe covered with a dielectric such as quartz or ceramic and the latter may be covered with a conductive coating in the region opposite the reflector of the cavity, coaxial partially covered or with slots and holes in the F 1 fireplace of the elliptical cavity concentrating the field in the F2 region. Board: 9 item3 and 5 The coaxial antenna with multiple dielectric rods frequencies. The first one antenna rod dielectric is connected to the first emitting source to propagate the first frequency.
A second dielectric antenna rod is coupled to a second transmitter, and so right now. Both antennas are mounted in a concentric manner and the constant dielectric of the first is larger than the second constant dielectric, and so after. The second can be Teflon with a tetra-titanate powder of barium or aluminum and nickel titanate. These antennas may be in grooves or in made of cones. The radiation is emitted from all parts of the stem by changing gradually diameter and / or ending abruptly. Figure 8c1 and 2.

The dielectric resonator is formed by a member having a constancy fixed dielectric placed near a slot and having a resonant length in the order of radiation MO in the material or in the guide. A longer dielectric member is placed in upstream of the resonator member and is separated by a gap or spacing having a magnitude chosen to form an impedance transformer. This impedance stowage of the guide and the resonator with its slot. The width of the gap is of the order of 0.1% to 100% of the wavelength MO in the vacuum. The variation of the width makes it possible to reduce the reflections. The diameter of a dielectric guide will decrease according to ~ E. This resonator eliminates the need for the EH tuner. Figures: 8th 3 and 4 The antenna can be simply a rod of length X / 4 or with spikes various forms. Figures: 8c5.

Antenna and cavity Other options for introducing the MO into a cavity can be made by the waveguides (modern domestic ovens) or as described in the figures:

10 et 10 and

11 nous conduisant directement à la deuxième configuration laser de ce brevet soit l'introduction des MO ou du pompage électromagnétique dans une position autre qu'aux foyers pour utiliser les deux foyers comme endroit de positionnement des tubes et d'accroître par l'entremise, la longueur "L " donc la puissance du laser sans en augmenter les dimensions physiques.
La concentration des champs E et H s'effectuant aux deux foyers de la cavité.
Cette configuration utilise la compression et la réflexion des ondes électromagnétiques vers les deux foyers de l'ellipse qui peut être ajustée par des vis de compression dans l'axe majeur de l'ellipse le cas échéant. Figure 10-X (Voir planche : 9 item 7). Un guide d'onde en forme de cône ou un miroir courbe surface métallique auront la propriété de produire un champ électrique intense dans la zone focale ainsi le tube de décharge placé
dans cette zone aura un gain élevé. Un champ magnétique aide à contenir les électrons et les ions rendant l'excitation meilleure et procure une modulation d'amplitude et de fréquence de sortie du iaser. On pourrait ainsi mettre plusieurs tubes dans une zone focale ou constrictive afin de créer un laser plus puissant Planche : 9 items 6 et 7.
L'alimentation en MO de la cavité peut être effectuée par tous les types d'antennes mentionnées sur les planches 8 de façon à optimiser le transfert des MO vers les foyers de la cavité pour générer un plasma très puissant. Le nombre de générateurs de type magnétrons ou combineurs diodes peut être accrue par une ada~tation d'impédance appropriée. La configuration géométrique de déphasage de 120 est privilégiée afin d'éviter qu'un générateur nuise aux autres (pour des générateurs de même fréquence) et vis et versa. Il faut garder à l'esprit qu'un retour > que 10% est problématique. Il existe sur le marché des magnétrons plus puissants et plus résistants pour des applications similaires, mais restons dans le domaine des lasers de 100 Watts continus et moins.
La cavité peut être multiples ellipses tel que démontré aux schémas de la Planche 9-4.
On doit garder à l'esprit que la cavité électromagnétique peut contenir différents éléments réflectifs, absorbeurs, modificateurs du patron et des modes et du TOS. La cavité peut être réalisée de façon à être de caractère en structure périodique ou d'onde lente même dans une cavité de type elliptique.

Le circuit d'alimentation de base utilisé pour alimenter le magnétron est celui décrit à la Planche 24a. Ce circuit provient de fours achetés pour les pièces pour la réalisation des prototypes et n'exclue aucun autres circuits d'alimentation décrits aux Planches 24 b et 24 c. Le contrôle des différents paramètres du magnétron (émission thermoïonique, courant, temps d'opération et fréquences d'opération) pouvant provenir des circuits de stabilisation des modes du laser tel que décrit aux Planches : 22 a, b et c et aux paramètres de contrôle du laser lui-même en fonction de la puissance et du type de médium actif.

Le gaz intérieur de la cavité optique requiert un ré-ajustement et nécessite différents dispositifs de ré-introduction tel que des valves spéciales. Contrairement au laser pompé
par décharge électrique. L'hélium ne sera pas absorbé par la condensation du métal à la cathode, mais continuera à se diffuser à travers les verres. La vitesse sera tributaire de la matière utilisée, des pressions et de la température mises en cause... Ces valves sont accessibles chez des fournisseurs. Planche : 14 a , b, e et d. Dans ce projet, les valves à
ouverture par fusion d'Indium ou de Gallium Planche 14 a-2-3-5-6-7 , par Zéolithe de passage Planche 14 a-4 ou réservoir de Zéolithe Planche 14 c-17 ainsi que la membrane de quartz diffusant en fonction de la température sont privilégiées. Planche :
14 d 18 et 19. Les autres types étant accessibles sur le marché ne sont pas exclus. Le réservoir optimisé sera celui de type double à 760 torr suivi d'un réservoir interne à
200 torr, puis vers la membrane de quartz perméable en fonction de la température sous forme de tube.
Le contrôle de la valve peut être effectué par un voltage, un courant, par conductivité
électrique ou thermique, par la radiation laser elle-même. L'élément de mesure envoi le signal à un comparateur genre amplificateur opérationnel, induisant un correctif en activant le jeu de valve ou la valve par effet thermique ou autre. Cet élément ne faisant pas parti de la constitution du cadre de ce brevet ne sera pas discuté
davantage et s'inspire des règles de l'art pour sa conception.
Bien que le pompage longitudinal ne se prête pas au confinement magnétique, il en va autrement pour le cas de la cavité Tandem décrite à la Figure : la. Des aimants permanents ou électro-aimants peuvent prendre place entre deux zones et générer la condition de résonance cyclotronique électronique ou bien un confinement plus puissant.
On peut moduler le champ à l'aide de substance magnétique pour coupler les bobines aux autres pour créer un circuit magnétique. Un électron dans un champ magnétique et un champ alternatif orthogonal à la fréquence de résonance cyclotronique créera un mouvement en spirale et absorbera une énergie du champ électrique pour plusieurs cycles MO. Lorsque l'énergie de l'électron s'accroît, le rayon orbital s'accroît selon R = (2m E/e B2)I/2 ou E est l'énergie de l'électron en Électron volt. L'utilisation de la condition RCE
permet de surpasser la limite imposée par la profondeur de peau par une énergie MO de forte puissance pour créer des ionisations additionnelles dans un plasma à
plus grande pression. Nous allons revenir sur ce point dans les configurations suivantes.

Les deux configurations précédentes ne permettent pas la plénitude de l'utilisation du pompage MO. On a qu'à penser au confinement magnétique RCE ou plus fort, ou bien le confinement électromagnétique plasmatique dont la cavité elliptique électromagnétique, pour le pompage n'offre que peu d'avenues sauf pour la configuration Tandem.
C'est pourquoi les prochaines configurations offrent des avantages certains pour une autre dimension des choses. Ces configurations sont schématisées aux Figures 21 a, b, c, d et e, puis f et g.

La troisième configuration de la figure 2la utilise le pompage en bout de tube à l'aide de magnétrons. Cette dernière utilise le principe de contraction par la forme conique afin de concentrer le champ E dans la zone centrale. Ce principe sert à maximiser l'ionisation, c'est-à-dire, la formation du plasma dans la zone optique pour en favoriser l'effet laser.
L'adaptation d'impédance peut être réalisée en utilisant une cavité à
impédance ajustable extérieure à l'aide d'un tuner ou autres adaptateurs genre ligne fendue sur câble coaxial.
L'antenne peut être de différents types, mais le type boucle pour des raisons de simplicité
sera utilisé. Les antennes métalliques sont isolées du plasma afin d'éliminer les possibles contaminations par une fenêtre d'isolation refroidie ou par des caps refroidis également.
L'utilisation d'antenne diélectrique prend ici tout son sens. Cette fenêtre aura une épaisseur dépendante du diélectrique utilisé soit 1,63 cm pour le Quartz ayant un diélectrique de 3,85. Dans le cas d'utilisation de caps, l'épaisseur sera fonction de sa constante de diélectrique. Le pompage peut s'effectuer par trois magnétrons déphasés de 120 pour une puissance accrue sauf que nous allons rencontrer rapidement les effets d'amortissement. L'une des différentes façons de réduire les amortissements avec ou sans collisions est d'utiliser un champ magnétique de 875 Gauss pour atteindre la condition de résonance cyclotronique électronique (RCE) à la fréquence de 2,45 Giga Hertz et un confinement magnétique plus puissant. (Voir le chapitre du mémoire descriptif sur le confinement et la figure : 21-c). Les fréquences de pompage pouvant s'effectuer dans une plage RF, HF et MO. Le schéma indique la structure du résonateur de type Fabry-Perot avec la possibilité de re-circulation du gaz dans une enceinte refroidie par le liquide diélectrique tel que les huiles hydrauliques perméables aux MO. Dans ce cas spécifique, on pourrait utiliser de l'eau de refroidissement. Le pompage peut s'effectuer à chacune des extrémités pour en accroître la puissance dans le sens inverse, mais un déphasage de longueur L devra être dans un multiple entier de 1/4. De plus, le tube peut être en métal non magnétique, nous allons y revenir plus loin.

La configuration suivante est décrite à la Figure : 21 b a la seule différence qu'on remplace les magnétrons par des dispositifs combineurs de diodes émettrices de MO à
des fréquences RF, HF et MO soit de 300 MHz (I= 1m ) à 300 Giga Hz (X = lmm) .
Ces différents combineurs (intégrateurs) de diodes sont décrits dans certains brevets.
J'invite donc, le lecteur à se référer au mémoire descriptif dans la section du pompage par diodes GUNN, IMPATT et autres. Ces dispositifs de couplage des diodes offrent de nombreux avantages et le seul désavantage est la mise en phase de plusieurs composantes pour créer une source électromagnétique plus puissante. Ce qui est relativement simple par l'application et le respect des Lois sur les MO.
Comme dans le cas du pompage par magnétrons, le pompage par diodes peut s'effectuer à chacune des extrémités du tube. Le signal électromagnétique peut être arrimé
dans une cavité extérieure et le signal transporté par câble coaxial vers une antenne intérieure isolée du plasma par une fenêtre ou des caps. La transmission des MO à travers une fenêtre est déterminée par l'indice de réfraction de la fenêtre, son épaisseur et l'indice de réfraction du milieu.
Ce laser avec un plasma à grand volume homogène à l'entrée et pompé par MO
frappant le gaz, une petite zone d'excitation est produite lorsque le champ est assez fort. Cette zone absorbe les MO et les électrons additionnels sont produits jusqu'à la densité du point de rupture, à ce point, les MO seront complètement réfléchis au magnétron ou aux diodes. La force du champ électrique s'accroît entre le générateur et le plasma et retourne au générateur. Ce point de densité de rupture est fonction de la fréquence MO
et la fréquence d'impact entre les électrons et les molécules. A ce point d'équilibre, les mûrs s'échauffent et peuvent endommager le capillaire et la fenêtre et le laser ne sera plus efficace. Pour circonscrire cet effet indésirable, on utilise une enclave d'intrusion perpendiculaire des MO en positionnant différemment les antennes et en faisant circuler le gaz à travers le tube. La compensation d'impédance doit être au rendez-vous. La force d'ignition est optimisée par un ajustement de la forme, la profondeur de l'antenne et l'angle du cône du tube.
Le plasma étant un gaz ionisé et est donc par ce fait conducteur. L'injection de MO se fera jusqu'à une limite de densité, car plus il devient dense plus il est conducteur et peut devenir un court-circuit et un court-circuit réfléchira les MO à l'extérieur du plasma. Ce qui nous conduit à la configuration d'utilisation d'un champ magnétique et d'un confinement par plasma que nous appellerons "Le confinement électromagnétique-plasmatique ou électro-plasmatique" découlant de cette propriété de confiner les particules chargées ou les ondes électromagnétiques par ionisation du milieu.
Les deux configurations suivantes traiteront de ces aspects.

La configuration suivante, décrite à la Figure 21 c, est la même cavité que celles décrites aux Figure 21 a et b sauf quelle décrit le confinement magnétique. Ce confinement peut être en relation pour obtenir de la condition de résonance cyclotronique électronique tel que décrit précédemment ou décrite dans le mémoire descriptif au chapitre du confinement. Le champ magnétique peut être obtenu par un bobinage, par des aimants modernes permanents et puissants, ou bien, par le mélange des deux tout au long de l'axe du tube et disposés autour de l'axe avec ou sans polarité alternative créant un champ magnétique intense dans la région de l'axe. La résultante étant une colonne de plasma représentant la portion essentielle du volume actif.
Dans le confinement magnétique, voir même sans champ magnétique, les électrons énergétiques se heurtent aux particules lourdes et froides du médium : les atomes, les molécules ou les ions. Cette excitation produit des collisions inélastiques et la dé-excitation subséquente émet de la lumière. En changeant les paramètres d'opération tels que le niveau de puissance MO, la composition ou la pression du gaz, on peut émettre une lumière du visible aux R-X. Pour clarifier, le plasma est défini comme un gaz composé d'atomes ou particules moléculaires partiellement ou fortement ionisés ayant un ou plusieurs électrons orbitaux arrachés créant des ions avec un nombre suffisant d'électrons libres pour balancer la charge des ions résultants en un plasma neutre. C'est la transformation des ondes sans collision. Ces ondes sont transférées à
l'intérieur de certaines régions du plasma magnétisé ou non en ondes plasma électrostatiques et longitudinales. Cette énergie des ondes plasma est transférée en énergie cinétique des électrons par un mécanisme par perte : dites de Landau ou absorption sans collision. Ces électrons énergétiques heurteront les particules plus lourdes et froides et transféreront cette énergie en excitation interne et finalement en dé-excitation en lumière.
Le champ magnétique aide à contenir les électrons et les ions rendant l'excitation meilleure et procure une modulation d'amplitude et de fréquence de sortie laser.

L'énergie associée au signal MO ionise les molécules et les atomes dans le gaz formant le plasma. Par contre, il y a une limite de densité à ce plasma. Lorsque le plasma se forme et devient plus dense, il devient plus conducteur et devient de plus en plus court-circuit. Une telle situation, fait en sorte que plus le milieu est conducteur plus il réfléchira le signal MO en dehors du plasma. Ainsi, l'énergie MO ne pénétrera qu'une distance faible avant d'être réfléchie en dehors du plasma. C'est pour cette raison que certains brevets antérieurs indiquent une limitation de profondeur d'un plasma dans lequel l'énergie MO
est injectée ou le plasma est confmé à un petit disque peu profond et cette disposition ne permet pas leur utilisation dans certaines applications. Pour prévenir le court-circuit, on immerge le plasma dans un champ magnétique fort. Ce champ magnétique fort, en général, rend difficile aux particules chargées dans le plasma de traverser les lignes du champ magnétique et en réduit les courts-circuits. En orientant le champ électrique MO
perpendiculaire au champ magnétique, on peut éviter le court-circuit et en augmenter la densité du plasma. C'est la condition RCE décrite au mémoire descriptif et plus bas sur cette page.
Par contre, lors de l'utilisation d'un champ magnétique pour l'évitement du court-circuit, le signal MO injecté est sujet à un amortissement et ce dernier limite sa densité. On doit donc utiliser une technique d'injection du signal MO dans le plasma pour en accroître la densité limite imposée par l'amortissement du signal MO.
Deux sources d'amortissement furent identifiées. Le premier est l'amortissement par collisions, causé par les collisions entre les électrons associés avec l'énergie MO injectée et les ions et molécules de gaz neutres présents dans le plasma. Plus cette densité d'ions ou de molécules dans le plasma est grande, plus il y aura de collisions et plus il sera difficile à l'onde de pénétrer plus loin dans le plasma. Cet amortissement par collisions est très important.
La seconde source d'amortissement est l'amortissement de type Landau ou sans collision.
Cet amortissement Landau se produit lorsque les particules du plasma ont une vitesse près ou égal à la vitesse de phase du signal MO injecté à l'intérieur du plasma. La théorie indique que ces particules dans le plasma voyagent avec le signal MO, et ne voient pas de fluctuations rapides du champ électrique et peuvent donc échanger de l'énergie du signal MO. De plus, la théorie indique qu'il y a des électrons plus lents et des électrons plus rapides que le signal MO dans le plasma. Il y en aurait beaucoup plus de lents. Ces électrons lents absorbent plus d'énergie du signal MO qu'on en ajoute et le signal MO
devient rapidement amorti. Cet amortissement est contrôlé en s'assurant que la vitesse de phase du signal MO est suffisamment plus grande que la vitesse thermique des particules dans le plasma.
Il est connu dans les règles de l'art que les ondes dites siffleuses "Whistler" ou "Helicon Waves" dans les appareils de production de plasma. Ces ondes siffleuses se propagent tout au long des lignes du champ magnétique. Leur fréquence devra être beaucoup plus basse que la fréquence cyclotronique électronique Wce (La fréquence cyclotronique électronique étant égal à e(3/mc ou e et m sont la charge et la masse de l'électron).
L'utilisation de cette condition de résonance cyclotronique électronique permet ainsi d'augmenter la densité du plasma. On peut aussi utiliser la structure de cavité en ondes lentes par résonance des différentes parties d'une cavité afin d'éviter les amortissements.
La Figure : lb peut être vue comme une structure d'onde lente. Même si chaque zone est pompée par un seul générateur ou bien que chaque zone ait son propre générateur de type magnétron ou combineurs de diodes en phase.
La force du champ magnétique est suffisamment élevée que la fréquence cyclotronique électronique est plusieurs fois plus grande que la fréquence de l'onde. En général, deux conditions sont nécessaires pour établir un plasma de haute densité. La première est que l'énergie de l'onde RF, HF ou MO doit être transmise et se propager dans le plasma, créant et soutenant l'ionisation du milieu. La seconde est que lorsque l'onde est transmise elle ne doit pas s'amortir trop rapidement. L'onde siffleuse a l'avantage et pénètre facilement dans le plasma et soutient la décharge et remplit bien la première condition.
La seconde condition qui indique que la fréquence RF- HF ou MO doit être plus grande que la fréquence de collision des électrons avec les ions et des molécules de gaz neutres, et que ne doit pas avoir un amortissement sans collision excessive. Cette condition peut être remplie aisément par la sélection de la fréquence RF- HF ou MO pour une application particulière. Les géométries du lanceur et de la cavité résonante sont importantes et tributaires de l'utilisation.
L'onde siffleuse ou hélicoïdale est une bonne façon de transmettre une énergie électromagnétique dans un plasma à haute densité. La caractéristique principale du mode siffleur est que l'électron exécute un mouvement en spirale ou d'une façon équivalente.
Seul le courant de Hall est conduit dans le plasma. Le mode siffleur n'a pas de fréquence de coupure due à une haute densité et peut donc pénétrer le plasma pour maintenir une décharge. Cependant, il y a une certaine limite. Lorsque la fréquence de collisions des électrons devient comparable à la fréquence de l'onde, le mode siffleur ne peut se propager plus longuement. Cette limite se produit en basse fréquence.
La densité d'électrons peut s'accroître par l'utilisation d'un champ magnétique en onde siffleur. Ces ondes se propagent en direction parallèle aux lignes de force du champ magnétique. Lorsque la vitesse de phase des ondes est plus petite ou égale à
la vitesse thermique des électrons, l'onde est amortie fortement par l'amortissement Landau... Pour amoindrir ou même annuler l'effet d'amortissement Landau, la vitesse de phase doit être plus élevée que la vitesse thermique des électrons. Ainsi, la fréquence de 2450 MHz est bonne dans un champ magnétique de 1 Tesla et avec une pression du médium actif de 1 Torr.
Ainsi, on peut obtenir des plasmas de plus haute densité en utilisant des champs magnétiques plus élevés.
Ces dispositifs sont refroidis aux conditions d'opération et peuvent s'obtenir par le circuit magnétique d'aimants quadripôle ou multipolaires afin de générer un champ très puissant pour obtenir cette fois-ci une condition de confinement permettant de modifier le profil radial du champ magnétique qui lui changera le profil radial de l'indice de réfraction du plasma ce qui permet un transfert de puissance accrue avec une meilleure distribution. On peut obtenir des plasmas de plus haute densité en utilisant des champs magnétiques plus élevés. Les interactions entre les charges transportées présentes dans le plasma et le champ magnétique et du champ électromagnétique alternatif, ces charges transportées principalement les électrons s'éloigneront des parois du tube vers l'axe tout en libérant l'axe également. La durée de vie du tube s'accroît tout en réduisant son échauffement et de son besoin en refroidissement. Cette réduction des interactions parois-tube réduit le niveau d'absorption des composantes du gaz par les parois et de ce fait conserve sa composition avec une pression optimale sur une plus longue période. Cette réduction des interactions accroît donc le nombre d'électrons efficaces pour l'excitation du gaz. Ces électrons étant dirigés vers le centre du tube par le champ magnétique, la densité
d'électrons et les probabilités de collisions des électrons s'en trouvent accrues dans cette région ainsi le rendement en lumière est plus grand et l'efficacité de l'effet laser s'accroît.
Pour un laser à l'Argon, l'efficacité s'accroît de 10 à 20 fois. La résultante de la concentration des électrons d'amorçage et excitants dans la zone de l'axe, cette zone émettrice de la radiation sera plus étroite ainsi le faisceau laser sera plus mince et plus intense. La réduction des interactions parois-plasma et l'accroissement de la densité des électrons vers l'axe, l'accroissement de la température des électrons (ou leurs énergies cinétiques) se produit dans cette zone laquelle accroît l'amplitude du champ électromagnétique alternatif. L'accroissement d'amplitude du champ électromagnétique alternatif en retour est facilité par la réduction des interactions entre plasma et les parois.
Une caractéristique intéressante est que ce confinement magnétique puissant permet une température des électrons plus haute permettant une excitation des niveaux d'énergie plus haute pour les médiums actifs le permettant et rend des radiations laser avec des longueurs d'onde plus courtes jusqu'au R-X. La puissance HF ou MO fournie pourra ainsi être plus faible et la température des électrons sera plus grande que la température des ions et permet d'utiliser des tubes en matériaux moins résistants tel que le Pyrex à la température et moins toxique que l'oxyde de Béryllium. On peut donc utiliser les verres borosilicates et quartz pour ces lasers.
L'effet produit du champ magnétique, lequel en combinaison avec le champ alternatif électromagnétique MO concentre le plasma et spécifiquement les électrons dans le puit d'intensité du champ magnétique (puits magnétique) qui augmente avec son gradient transverse avec l'axe du tube. Il est en plus favorable que le champ disparaisse dans la région fine centrale de l'axe tout en demeurant puissant sur les bords du tube. L'intensité
du champ magnétique sera limitée seulement par des contraintes techniques pour le produire et des contraintes monétaires. Des champs magnétiques de plus de 10 Tesla ne pourront être utilisés pour des raisons de coût. Un bon compromis sera des intensités de 0.1 à 2 Tesla soit 1000 à 20 000 Gauss aux surfaces de pôles et plus spécifiquement 0,1 et 1 Tesla pour sa force et son coût. Les alimentations DC ou AC seront utilisées pour alimenter les électro-aimants et dans le cas d'un courant alternatif, la fréquence de 60 Hz du secteur est agréablement faible en rapport à la fréquence d'excitation ou d'ionisation, car le besoin du champ doit être quasi-statique.
Le champ magnétique quadruple polaire (Figure : 21 c-5) où quatre pôles magnétiques sont utilisés créant un puits d'intensité dans l'axe du tube. Dans ce cas, 2 paires de pôles d'aimants sont disposées, préférablement symétrique autour de l'axe du tube.
On pourrait également utiliser un champ magnétique créé par un électro-aimant hexa-polaire (six pôles) ou octo-polaire 8 pôles maximum (Voir Figure : 21 c 5), car plus de 8 pôles accroissent le coût sans avantage réel. Cette configuration est utilisée depuis plusieurs années dans les génératrices et les moteurs à quelques variantes près. Les aimants couvrent la longueur entière du tube et s'il le faut en disposer à la suite les uns aux autres en phase ou alternance.

Un des avantages certains des trois configurations précédentes par pompage en bout de tube est : que l'on peut utiliser des tubes en métal sauf aux fenêtres et évite de ce fait les techniques de soufflage de verre. L'utilisation de joint d'Indium pour insérer les fenêtres ou optiques de quartz avec le métal est simple et efficace pour les enceintes sous vide. Le métal pourrait être de type Kovar ou Invar pour l'installation des optiques ayant des coefficients de dilatation thermique similaire. La nécessité d'utiliser des coupleurs genre "Swagelok" n'est pas requise (soudure ou filetages). Le tout dans une enceinte ou résonateur de type Fabry-Perot extérieur au tube avec des chemises de type soufflets "Bellows" pour éviter les poussières ou bien d'agir comme cavités air entre chaque extrémité pour le rôle de stabilisation et l'évitement des poussières.

Le confinement Electromagnétique Plasmatique En tout premier lieu, l'angle du ou des cônes pour l'introduction des ondes MO
doit avoir un angle approprié pour réfléchir entièrement ces dernières tout en permettant la concentration vers le centre du tube et ayant l'angle pour permettre à l'onde de surface d'en épouser sa forme. Comme la réflexion des ondes RF sur et dans l'ionosphère terrestre, l'angle d'attaque des ondes et la fréc~uence doivent être considérés. Cet angle 8 du cône en général sera compris entre 9 et 67 bien que ce dernier pourra changer selon l'indice réfractif du plasma, son intensité ou sa densité et ses propriétés générales.

Cette configuration conserve le pompage avec magnétrons ou combineurs diodes pour pompage du plasma en bout de tube d'un côté ou des deux côtés avec un déphasage inter générateur de 1200 avec ou sans confinement magnétique de condition cyclotronique ou de condition confinement magnétique. Ces configurations utilisent un ou plusieurs générateurs de type "Surfatron" Fig : 21 d et e et détails en g.

La configuration de la Figure 21 d, utilise ce que l'on nomme un Surfatron permettant de créer un plasma fort aux parois du tube en diélectrique et un plasma beaucoup plus faible vers le centre du tube. La création de se plasma de surface procure ainsi un confinement de type électromagnétique-plasmatique en ce sens qu'il participe à moindre intensité
donc la densité du plasma sera plus faible vers le centre du tube donc dans l'axe optique du laser et agira plutôt de confinement, car qui dit plasma dit ionisation et qui dit ionisation dit confinement de particules chargées tout en agissant de miroir (effet réflectif) aux ondes électromagnétiques. Le générateur de surface pourrait également être utilisé pour fabriquer un laser à émission concentrique avec des optiques appropriées, mais cela ne fait pas vraiment partie des configurations retenues en tant que telles. (Genre Mode Bagel) J'invite le lecteur à retourner au chapitre du confinement du mémoire descriptif pour une ébauche de la théorie de ce phénomène.

En effet, on peut introduire des MO en ondes de surface par un dispositif avec "Gap" ou un bobinage utilisant un espace permettant au champ électromagnétique de se libérer en se propageant dans le tube en mode TEto (champ électrique parallèle à la feuille ou par un champ perpendiculaire selon la position des antennes en rapport avec l'axe et les champs E ou H de confinement.). Les électrons dans le plasma sont accélérés par le champ électrique de l'onde de surface et maintiennent un plasma de haute densité. Les ondes de surface étant atténués que lentement et ont un mode similaire se propageant dans le centre du tube, mais en densité plus faible ne créant pas de ce fait une formation locale d'intensité du champ électrique dans la zone du "Gap". Ce système est très simple, car le champ électrique des MO doit qu'être appliqué dans la zone d'espacement rendant le circuit ou le générateur très simple de construction. Le tube doit être de matière diélectrique à faible perte permettant à un champ EM de le traverser. Le champ électrique du champ EM appliqué au gaz accélère les électrons générant des collisions et ionise quelques particules formant ainsi un plasma. Lorsque le gaz dans le tube s'ionise, les ondes de surface commencent à se propager le long de l'interface entre le tube et le plasma tout en soutenant le plasma. Pour un espace "Gap" de quelques centimètres, on peut générer des ondes de surface couvrant plusieurs mètres. Le diamètre optimisé du tube pour 2,45 GHz sera entre 30mm et 15 mm soit entre îJ4 et a,/8. Ce dispositif requiert un accord d'arrimage en impédance par les dispositifs habituels à lignes fendues ou bien par autres dispositifs à curseurs a,/4 ou autres selon la configuration de l'équipement.

Une particularité intéressante des ondes de surface est que ces dernières voyageront à la surface du tube diélectrique tout en épousant la forme permettant un plasma à
plus grand ou plus petit volume de se développer. Comme la théorie indique qu'un plasma aura une limitation en densité, ce dernier, en plus de confiner les ondes électromagnétiques de pompage vers le centre, offre la possibilité de pomper le centre de l'axe avec des générateurs de type magnétron ou combineurs diodes vers le centre.
L'utilisation d'un champ magnétique en résonance cyclotronique électronique ou bien de confinement magnétique intense est possible physiquement et n'est donc pas exclue également.

Aux figures 21 d et e, on peut voir plusieurs types de "Surfatron". Celui avec un guide diélectrique avec une fenêtre d'une épaisseur de 1/4 afin de changer la polarisation de l'onde et réduire le retour au générateur pouvant se composer d'un ou plusieurs magnétrons en système intégré ou bien par des combineurs intégrateurs en phase de diodes. On remarque sur le dessin que le générateur d'onde de surface peut se positionner à n'importe quel endroit sur le tube. Il peut y en avoir plusieurs, mais un seul est amplement suffisant pour le confinement. Avérant un pompage électromagnétique des deux extrémités du tube, le besoin de deux se fera sentir afin de s'assurer de l'expansion de l'onde de surface aux deux extrémités en élargissement. La location du Surfatron est établie de façon expérimentale et une fois établie ce dernier est fixé et l'ajout du système de refroidissement utilisant de l'huile hydraulique ou fluide perméable aux MO
peuvent être utilisé dans le générateur et autour du tube et aux endroits requérant du refroidissement. Un système de confinement magnétique peut être installé pour aller chercher la condition de résonance cyclotronique au centre du tube ou bien un confinement magnétique plus puissant et additionnel par les lignes du champ magnétique laissant le centre libre pour une action laser très fine et puissante au même titre que le confinement électromagnétique plasmatique peut réaliser de part ses particularités.
L'ajusteur de résonance du surfatron peut s'effectuer par les moyens traditionnels ou bien par la ligne fendue. Les dimensions et les locations du "Gap" ou bobinage hélicoïdale, des antennes en rapport aux parois... se doivent d'être de précision afin de maximiser le transfert des MO vers la cavité en fonction des fréquences du générateur et de résonance selon les lignes ou guide de transport ainsi que leur impédance par résistance, inductance et capacitance. La pression du gaz joue un rôle d'amortissement donc sur la distance de propagation. Le type de gaz créant le plasma joue un rôle secondaire et n'est pas une variable importante conduisant à utiliser une multitude de médiums actifs.
Plus précisément à la figure : 21 e, on observe un surfatron très puissant utilisant deux magnétrons avec un bobinage inductif dans l'espace de libération des ondes électromagnétiques. Comme on peut le voir, on peut utiliser cette configuration avec un seul magnétron et l'adaptation de l'impédance et de la résonance s'effectue par un piston en bout de guide et radial au tube de décharge. L'image gauche en bas de cette figure indique un dispositif similaire utilisé dans un fluorescent rendant ce dernier 37 % plus efficace en réduisant le libre parcours des électrons et des photons UV vers le phosphore de transformation de la radiation UV vers le visible. Finalement, un surfatron dans le coin droit en bas démontrant l'aspect et la propriété des ondes de surface de suivre le périmètre du tube lors de son déplacement pour créer un plasma similaire dans un volume plus grand sans modifier la fréquence requise pour l'obtention d'une densité
de plasma désiré. La re-circulation peut s'effectuer en bout opposé au pompage MO et/ou dans le cas d'un pompage double aux deux extrémités, la re-circulation peut s'effectuer par le centre du tube et retourné vers les bouts du tube.
Le gaz peut être statique ou en re-circulation afin de refroidir ce dernier et d'en réduire les amortissements. Le gaz peut être purifié par des substances adéquates "Getter, des Zéolithes " et compenser par les types de valves décrites dans le mémoire descriptif.

Lorsque l'onde de surface est établie, un plasma périphérique est généré plus intense en surface qu'au centre. Le plasma central étant plus faible, ce dernier autorise l'excitation additionnelle par les magnétrons ou diodes d'ioniser les atomes ou molécules du gaz avec un amortissement moins grand. Le plasma agit alors aux ondes électromagnétiques et particules chargées ou ions centraux de se confiner. Ce confinement est tributaire de la puissance ou de la densité du plasma de surface au même titre que le confinement magnétique. L'ajout d'un confinement magnétique n'est pas exclu bien que non requis pour atteindre la condition RCE ou le confinement magnétique plus puissant. Le laser ainsi obtenu sera très fin, il émettra en mode TEMoo. La section de tube muni de la fenêtre de Brewster a un diamètre pouvant être fixé pour les conditions requises d'opération. Ce dernier peut être dimensionné pour créer la résonance optique que pour le mode TEM oo. On peut aussi insérer un diaphragme ou iris ajustable extérieur à
la cavité. Ces derniers offrent un excellent rendement et une puissance continue de sortie respectable et atteinte seulement lors d'utilisation de champ magnétique très intense avec aimants quadripôles. Pratiquement tous les médiums actifs peuvent s'y prêter allant de l'Argon, Krypton, Xénon ou mélanges et les gaz : vapeurs métalliques et halogénures de métaux, excimères et moléculaires.

Une règle à retenir est que la Puissance variable ou fixe pour créer le confinement électromagnétique plasmatique doit être plus grande que la puissance combinée du pompage afin de jouer pleinement son rôle de confinement. Les différences de fréquences entre le pompage et le confinement peuvent agir également dans ce sens. Des diélectriques autres que l'air pourrait être employés dans les générateurs surfatron et dans l'enceinte de pompage en bout de tube pour en réduire les dimensions. Sauf que l'on doit s'assurer de ne pas encombrer le chemin et le résonateur optique.
Différents types d'antennes peuvent être utilisés, mais seulement certaines sont compatibles pour cette configuration. L'antenne boucle remplit bien ce rôle et l'antenne diélectrique y trouve une utilisation opportune.

Une dernière configuration, telle qu'indiqué à la figure 21f, utilise le principe que les ondes électromagnétiques ont des comportements similaires à la lumière, qui en passant sont des ondes de même type. Certaines substances réfractives tel qu'indiqué
aux tableaux 1 à 5 peuvent être utiliser pour construire des lentilles positives ou négatives permettant une focalisation d'un ensemble de générateurs qu'il soit de type magnétrons ou de diodes ou de combineurs diodes pour pomper un médium actif gazeux bien que les médiums actifs liquides ou solides ne sont pas exclus. Une autre approche, en utilisant des miroirs de type courbe offrant un foyer positif ou négatif, permet une focalisation d'un ensemble de générateurs magnétrons , diodes ou combineurs de diodes pour pomper différents médiums actifs qu'ils soient gazeux, liquides ou solides.

Revendications Nous revendiquons = Un laser comprenant : Une cavité électromagnétique pour pomper un tube positionné à l'un des foyers de l'ellipse et une antenne à l'autre foyer pouvant émettre des radiations de type RF, HF ou principalement des micro-ondes MO
afin de créer une excitation électromagnétique aux électrons, ions, atomes ou molécules contenus dans un tube positionné à l'un des foyers pour générer un plasma dans un ou plusieurs médiums actifs en résonateur optique de type Fabry-Perot ou autres afin d'émettre une lumière laser mono ou poly-chromatique pouvant être stabilisée par les moyens conventionnels tels que décrits au mémoire descriptif ;

= Une cavité électromagnétique elliptique pour pomper plusieurs tubes positionnés au(x) foyer(s) de cette cavité électromagnétique. Les générateurs de signal RF, HF ou MO pouvant être positionnés à d'autres endroits de la cavité qu'aux foyers de la cavité électromagnétique elliptique. Ces générateurs agissant pour créer une excitation électromagnétique aux électrons, aux ions, aux atomes et/ou molécules afin de générer un plasma dans les tubes positionnés aux foyers contenant un ou plusieurs médiums actifs dans un résonateur optique de type Fabry-Perot ou autres pour générer un faisceau laser mono ou poly-chromatique;

= Une cavité électromagnétique simple ou complexe pour pomper plusieurs tubes positionnés aux multiples foyers de ces cavités intégrées. L'antenne ou les générateurs de signal RF, HF ou MO pouvant être positionnés à un foyer commun ou à d'autres endroits de la cavité électromagnétique simple ou complexe. L'antenne ou l'ensemble des ces antennes ou générateurs agissant pour créer une excitation électromagnétique aux électrons, ions, atomes ou molécules afin de créer un plasma dans un ou plusieurs médiums actifs en résonateur optique de type Fabry-Perot ou autres pour générer une lumière ou un faisceau laser mono ou poly-chromatique;

= Une cavité électromagnétique simple, complexe ou périodique dite ondes lentes ou bien en tandem pour pomper des sections de tubes ou des tubes différents contenant un ou plusieurs médiums actifs au(x) foyer (s) d'une cavité simple ou multiple pour en accroître la puissance en accroissant la longueur "L" ou bien pour générer une lumière laser poly-chromatique. Les antennes ou les générateurs pouvant se trouver à un foyer commun ou non ou à d'autres foyers ou bien à d'autres endroits pour permettre aux tubes d'occuper des foyers ou autres endroits pour générer une excitation aux électrons, ions, atomes ou molécules pour générer un plasma dans un ou plusieurs médiums actifs dans un résonateur de type Fabry-Perot créant une lumière laser mono chromatique plus puissante ou bien multiple couleurs ou dite blanche (R-V-B). La cavité de type périodique dont chacune des zones pouvant être excitées par son propre générateur tel qu'une diode ou ensemble de diodes combinées en séries ou bien un ou plusieurs magnétrons de façon variable pour exciter un médium semblable ou particulier dans chacune des zones créant une couleur poly-chromatique variable de sortie du laser par l'ajustement de la puissance ou des propriétés spécifiques à chacune des zones : rouge, verte ou bleue sans exclure les mécanismes de stabilisation et de générations de mélange de couleurs possible avec des étalons et autres dispositifs optiques ;

= Les tubes sont constitués de métal pour les configurations le permettant ou en matière diélectrique variable passant du verre borosilicate, aux céramiques jusqu'au dioxyde de Béryllium en plusieurs sections reliées entre-elles par des raccords soudés ou fusionnés par MO ou de verres soudés par les techniques usuelles de soufflage de verre, par brasage de tout type selon les matières en présence et requises, par joints d'Indium ou autres selon les matières en présence et les conditions de faisabilité ou de raccords de type "Swagelok R
"afin de relier les sections contenant les fenêtres de Brewster, le ou les réservoirs avec ou sans re-circulation de gaz et autres équipements d'ajustement de pression de gaz, de purification, de distribution de vapeur métal par induction sur métaux inertes avec un bobinage ou contenu dans des céramiques, du graphite ou des métaux inertes dits poreux. Ce médium actif métal se retrouvant par induction ou par chauffage conventionnel IZR sous forme vapeur pour générer la condition d'inversion de population par réaction de Penning ou par transfert de charges avec un gaz d'accompagnement tel que l'hélium ou autres selon les matières, les conditions et le besoin du laser pour générer une lumière mono ou poly-chromatique laser.
Les raccords genre "Swagelok " peuvent être fabriqués en métal ou autres ayant des coefficients de dilatation thermique similaire à la matière constituant le tube afin de réduire les contraintes mécaniques et thermiques pour permettre le maintien du vide de nettoyage et d'opération du laser. Ces raccords pouvant également être insérés dans une enceinte moulée ou coulée pour en accroître l'étanchéité ;

= Les configurations requérant des joints d'étanchéité utilisent des joints en élastomères " Téflon résistant, Viton et autres tels que les nouveaux Silicones" pouvant résister aux conditions thermiques de la décontamination du début et de l'opération tout en maintenant le vide de départ et requis pour l'opération.

= La cavité diélectrique simple ou complexe pouvant contenir un diélectrique autre que l'air tel que le Téflon, poudre de silice verre ou quartz, nitrure d'aluminium ou autres permettant de réduire les dimensions tout en conservant l'effet elliptique de la cavité simple ou multiple ;

= Toutes ces cavités électromagnétiques pompées par générateurs RF, HF ou MO pouvant être en confinement magnétique ajustable pour obtenir la condition de résonance cyclotronique électronique (RCE) ou en confinement magnétique plus puissant pour réduire les pertes sur les parois ou réduire les amortissements de type avec ou sans collisions.

= Le confinement magnétique pouvant se réaliser à partir de bobines, d'aimants naturels ou bien des deux ou d'électro-aimants variables de type quadripolaire dans des circuits magnétiques uniques ou multiples selon le besoin. La puissance du champ pouvant être uniforme ou en croissance le long du parcours pour apporter un confinement de plus en plus intense. Ces dispositifs étant refroidis par un liquide approprié ;

= Toutes ces cavités électromagnétiques sont refroidies par air, mais de préférence par liquides directement par circulation ou indirectement en utilisant un sur-refroidisseur afin de maintenir constante les dimensions pour stabiliser la fréquence de résonance et les températures appropriées. Ces éléments refroidisseurs peuvent également agir de chauffage pour certaines configurations requérantes ;

= Les tubes contenant le ou les médiums actifs en configuration simple, multiple ou en tandem refroidi par une gaine permettant la circulation d'un liquide n'absorbant pas les fréquences RF, HF et MO afin de refroidir ces derniers ;

= Les générateurs RF, HF ou MO pouvant être des magnétrons de tous types, de puissance de 300 Watts à 75,000 Watts refroidis à l'air ou aux liquides.

= Les générateurs pouvant se composer d'un ensemble de diodes génératrices de signaux RF, HF ou MO reliés par des combineurs de diodes refroidies et en multiples couches afin de générer un signal beaucoup plus puissant afin de pomper les cavités électromagnétiques pour produire l'excitation des électrons, des ions, des atomes et/ou molécules afin de générer un plasma dans un ou plusieurs médiums actifs pour générer une lumière mono ou poly-chromatique laser ;

= L'utilisation de diodes ou semi-conducteurs pouvant utiliser l'Effet Peltier pour en permettre leur refroidissement ;

= La configuration par pompage électromagnétique avec des générateurs de type magnétrons ou diodes combinées à l'aide d'antennes boucles ou autres isolés du médium actif par une fenêtre ou paroi diélectrique normalement d'une épaisseur de X/4, mais aussi pouvant avoir un effet réfractif ayant pour raison première d'éviter toute contamination et pour générer un signal RF, HF ou MO. Ces fenêtres pouvant également être refroidies ;

= Le transport de la puissance ou du signal RF, HF ou MO pouvant s'effectuer par guide d'onde ou guides diélectriques ainsi que par câbles coaxiaux, avec accord ou arrimage d'impédance par différents dispositifs tels que la ligne fendue ou autres connus dans les règles de l'art de la technologie des ondes millimétriques et centimétriques ;

= Une configuration avec évasement linéaire ou courbe hyperbolique, parabolique ou autres pour permettre aux champs électromagnétiques (champ électrique E ou magnétique H le cas échéant) de se compresser vers le centre du tube par réflexion en guide d'onde sur les parois ;

= Une configuration avec évasement linéaire ou courbe hyperbolique, parabolique ou autres pour permettre aux champs électromagnétiques ( champ électrique E ou magnétique H) de se compresser vers le centre du tube par réflexion en guide d'onde sur les parois dans un confinement par champ magnétique d'amplitude pour obtenir la condition RCE pour permettre au signal RF, HF ou MO de se déployer par ondes hélicoïdales ou Siffleuses ou bien en confinement plus puissant pour créer un confinement fort entre les parois et le centre afin de réduire les amortissements avec ou sans collision du signal RF, HF ou MO avec le plasma pour en accroître sa densité et ce sans ou avec re-circulation du gaz et générer de ce fait une lumière mono ou poly-chromatique laser plus puissante en résonateur optique de types Fabry-Perot ou autres ;

= Une configuration en re-circulation du gaz pour permettre la réduction des amortissements et de conditionner le gaz pour l'optimisation de l'émission laser ;

= Une configuration avec évasement linéaire ou courbe hyperbolique, parabolique ou autres pour permettre aux champs électromagnétiques ( champ électrique E ou magnétique H) de se compresser vers le centre du tube par réflexion sur un plasma créer par un ou plusieurs générateurs d'ondes de surface "Surfatron" générant un confinement électromagnétique plasmatique ou électro-plasmatique pour permettre au signal RF, HF ou MO de se déployer plus profondément dans la colonne sans ou avec re-circulation du gaz en réduisant les amortissements et ainsi créer une excitation électromagnétique des électrons, des ions, des atomes et/ou molécules générant un plasma d'une grande puissance se transformant en lumière mono ou poly-chromatique laser en résonateur optique de types Fabry-Perot ou autres ;

= Une configuration avec ou sans évasement linéaire ou courbe afin d'exciter une cellule comprise dans un résonateur Fabry-Perot ou autres par un signal RF, HF ou MO transmis par des réflecteurs paraboliques ou lentilles ayant un foyer négatif ou positif transmettant cette énergie amplifiée par la focalisation pour exciter les électrons, les ions, les atomes et/ou molécules pour générer une densité de plasma avec ou sans confinements tels que décrits précédemment en re-circulation ou non du gaz pour générer une lumière mono ou poly-chromatique laser pouvant être stabiliser et filtrer pour les modes et pour la couleur de sortie.

Claude Lévesque Zî j ssa Lévesque POMPAGE

Les génératrices de Micro-ondes.

Les micro-ondes sont des ondes de longueur d'onde de 1 mm à lm en espace libre ou de fréquence de 300 MHz à 300 GHz et peuvent être émis par plusieurs types d'appareils ou d'oscillateurs tels que les Masers, les diodes, les devis à électrons libres et par faisceaux d'électrons, les klystrons, les magnétrons, les masers cyclotron ou gyrotron (US 4 604 551 pouvant délivrer plusieurs mégas-watts de puissance, les devis à structure périodiques, les tubes TWT ( traveling-wave tube) émettant en fréquence variable dans une bande plus large de 2 à 8 Ghz et les lasers à électrons libres FEL; mais trois de ceux-ci retiennent mon attention dans le cadre de ce brevet : les diodes, les Masers et finalement les tubes Klystron et Magnétron. Tous ces oscillateurs électromagnétiques, pour ne nommer que ceux-ci, découlent des effets fondamentaux générés par des électrons tels que la radiation Cerenkov qui se résume à l'émission des électrons passant dans ou près d'un matériel diélectrique, la radiation de Bremsstrahlung découlant de la décélération des électrons, la radiation de Smith-Purcell découlant de l'émission des électrons passant près d'un réseau optique et la radiation par résonance cyclotronique découlant de l'émission des électrons dans un champ magnétique uniforme.

En général, les lasers connus sous le générique "Métal-Vapeur" (soit He-Cd, He-Se ou He-Zn) auront un potentiel beaucoup plus grand avec un pompage MO qu'avec un pompage DC. Cette famille de laser gaz- métal-vapeur, le métal présent est de 1/100 à
1/1000 de la concentration du gaz inerte ici l'hélium. Lorsque ce dernier est excité, la concentration des molécules de gaz inerte ayant une énergie métastable est accrue au début et cette énergie est transmise du gaz inerte au métal sous forme vapeur par transfert de charge ou par le procédé d'ionisation de Penning (certains métalloïdes tels que le Soufre, le Sélénium ou bien le Tellure et autres composés sous forme d'halogénure d'Argent, d'Or ou de Cuivre).
Le pompage DC qui est une décharge dans un gaz utilisait le rapport E/N soit le taux de force énergisante du champ électrique au nombre d'atomes ou la densité des atomes ou molécules dans le gaz ou la décharge à lieu. Les électrons dans le plasma de la décharge sont accélérés par le champ électrique gagnant de l'énergie et de nombreuses collisions avec d'autres atomes ou molécules se produisent. L'énergie moyenne des électrons dans le plasma et la distribution des énergies d'électrons en rapport avec la moyenne est contrôlée par le gain d'énergie du champ électrique entre les collisions qui lui est le produit du champ électrique fois le libre parcours moyen entre les collisions.
Ainsi le libre parcours moyen étant inversement proportionnel au nombre de densité
d'atomes ou de molécules avec lesquelles l'électron se heurte. Ainsi, se rapport E/N était reconnu pour déterminer la production d'énergie, l'énergie moyenne de l'électron et la distribution de l'énergie de l'électron.
L'importance de la distribution de l'énergie de l'électron est qu'il contrôle le taux de formation des états excités des atomes ou molécules par les collisions d'électrons. Pour une excitation d'états à haute énergie, une haute énergie d'électrons était requise et de telles excitations furent favorisées par une valeur élevée du rapport E/N.
Ainsi, l'utilisation d'une décharge dans un gaz particulier pour générer l'inversion de population requise pour un laser requérait une excitation sélective ainsi une valeur optimale du rapport E/N. Ces lasers ne capitalisaient pas sur l'utilisation optimale du rapport E/N dans le volume entier du plasma de décharge. Le gaz était réchauffé par la décharge au centre et se refroidissait par contact avec les parois et créait un gradient de température du centre vers les parois. A pression constante, le nombre de densité varie inversement proportionnel avec la température du gaz selon la relation :

E dans les configurations DC est indépendant du rayon, mais N ne l'est pas.
Conséquemment, le rapport variait avec la position radiale, devenant plus fort vers le centre et plus faible aux parois. Le pompage par MO offre donc un rapport E/N
plus uniforme dans la section, aura un gain plus uniforme et un rapport E/N plus élevé. Le résonateur sera plus stable, une lumière de sortie plus forte et plus uniforme et un arrangement d'excitation amélioré.
Ce principe n'est pas applicable qu'aux lasers à vapeurs métalliques, mais aussi aux lasers ioniques ou à transition moléculaire opérants en phase gazeuse en bas de la pression atmosphèrique.

Ar+ et Kr+ et moléculaires CO et C02 pour nommer que ceux-là.

Les diodes GUNN, IMPATT, TRAPATT, TUNNEL, LSA diodes, BARITT ou de type Avalanche peuvent osciller et générer des supra haute fréquence ou des fréquences micro-ondes. Elles sont généralement constituées d' Arséniure de Gallium, de Silice ou de Carbure de Silicium beaucoup plus puissantes.
Ces diodes sont des semi-conducteurs ne comportant qu'un dopage négatif (N), ce qui est inhabituel, les diodes étant normalement constituées de deux parties, une dopé
positivement (P) et une dopé négativement (N). Dans ces diodes, trois régions existent, deux d'entre elles, aux connexions, sont fortement dopées négativement (N+) tandis que la petite partie centrale est quant à elle faiblement dopée négativement (N-).
Lorsque cette couche centrale commence à conduire, le gradient la traversant diminue, empêchant davantage la conduction. En pratique, cette diode possède une zone où sa résistance est négative. La résistance négative, associée avec les propriétés temporelles de la couche intermédiaire, permet la construction d'un oscillateur simplement en appliquant un courant convenable à travers. La fréquence d'oscillation est déterminée en partie par la couche centrale, on peut donc l'ajustée par des facteurs externes. On ajoute pour l'impédance, une cavité résonante pouvant être des combineurs.
Ces diodes peuvent être reliées et positionnées pour créer un pompage accru MO
et construire des générateurs genre cavité magnétron US 3 189 843 avec de multiples diodes tunnels dans une cavité circulaire, US 3 582 813 et 4 175 257 avec 144 diodes en phase par sa structure circulaire offre une meilleure symétrie de position que la structure elliptique et l'avantage de structures à étages multiples pour en augmenter la puissance.
La structure elliptique offre un avantage d'agir d'oscillateur en phase avec un signal introduit au FI de la cavité faisant osciller les diodes à cette fréquence précise tout en amplifiant le signal générer au F2 de la cavité (US 3 562 666 en mode LSA pour "Limited Space-Charge" , US 3 783 401, 3 873 934 et 935 ). Le brevet US 4 453 139 de grande puissance tout en réduisant les dimensions, car plus la cavité sera grande plus le nombre de modes indésirables sera grand. Pour fin d'applications pour ce brevet, les intégrateurs circulaires en multiples couches refroidis seront retenus. (US 5 pouvant offrir également l'aspect multiples couches bien que pas mentionné).
Cet aspect de couches successives ou laminées se retrouve dans l'optique de ce brevet.

Ptotal = n Pdiode (Voir Planche : 19) N.B. L'impédance d'une diode IMPATT est d'environ 2 ohms et le câble coaxial ohms.

Les avantages d'utiliser des diodes sont :

1: Un magnétron a une durée de vie courte du à l'opération d'un courant d'anode élevé. 1000 à 3000 heures;
2 La nécessité d'un haut voltage de 3 à 4 kilovolts et de son isolation;
3 Un transformateur haut voltage à poids élevé;
4 Le changement de puissance du magnétron nécessite des contrôles Complexes ;
Le champ magnétique du magnétron ne doit pas intervenir sur la cavité, requiert un espace ou matériel non magnétique.
Un désavantage est que les diodes nécessitent un coupleur intégrateur et la mise en phase de plusieurs composantes pour une source plus puissante.
Certaines diodes peuvent générer des micro-ondes en étant activé par de la lumière (US 4 127 784).
Ces diodes peuvent être reliés sur un guide ou sur une plaque et pouvons les faire réfléchir pour concentrer l'énergie (US 4 742 314).
L'utilisation de ces diodes peut être utilisée pour concevoir un four, mais ici on s'oriente plutôt vers l'utilisation du champ électromagnétique MO pour générer un plasma. (US 3 557 333, 3 867 607 magnétrons et diodes et 4 859 633 montrent de tels dispositifs et ce qui doit être retenu de ces derniers est l'utilisation de groupes de diodes).

Le Maser est aussi un générateur d'ondes électromagnétiques cohérentes au-delà
de l'infrarouge. Amplification de micro-ondes par émission stimulée de radiations. Ils émettent des ondes de fréquence plus faible, analogue à celui du Laser. Ils sont sans bruit de fond. Ils exploitent les transitions entre les niveaux discrets des électrons de valence dans les atomes, molécules, ions ou solides. (quanta). Les masers principaux sont ceux à
l'ammoniaque, la formaldéhyde, le rubidium en vapeur (US 2 975 330), l'hydrogène et les protons dans l'eau, mais les plus importants ici sont de type solide (US 3 traitant de la transition entre deux vallées, 4 376 917, 4 459 511), car ils ont une concentration des centres actifs très élevés dans un espace petit. Ce type de pompage pourrait être utilisé avérant la possibilité de réaliser des systèmes intégrateurs semblables aux intégrateurs de puissance par diodes discutés plus loin.

Le Magnétron : Sans omettre le Klystron de configuration reflex ou PPM pouvant procurer un champ puissant soit 75 000 fois la puissance d'un magnétron domestique pour un même confinement, je m'attarderai seulement au Magnétron. Le but n'étant pas de fabriquer des armes de type électromagnétique ou bien d'agir d'interception. On peut se procurer des magnétrons refroidis au liquide et les composantes tels que les guides d'ondes, les blocs d'alimentation, les câbles coaxiaux et autres composantes requises pour tous les besoins chez Richarson Electronics ( 1-888-735-7358) . Il est un oscillateur hyperfréquence sous forme de tube à vide susceptible de fournir des puissances importantes en régime continu ou pulsé. Il est composé d'un cylindre creux en métal avec une anode dans laquelle ont été aménagé des cavités résonantes et alternées de dimensions égales ou différentes selon la forme (à fentes, à vannes, rising-sun, trous et fentes) et au centre une cathode dans laquelle est monté un filament de chauffage. Entre l'anode et la cathode est appliquée une haute tension soit 2300 à 4000 Volts DC créant un champ électrique E par différents dispositifs. La rectification en demi-onde en est un exemple.
L'induction magnétique Bc avec la tension appliquée E soit :
E= e/8m. Bc2. b2' [ 1- a2/ b2]

a et b sont les rayons de la cathode et de l'anode, e et m la charge ( 1,6021.
10 -19 C) et m la masse de l'électron ( 1,6748. 10 -27 Kg) :

E= 1,1957. 107 Bc2.b2[ 1 -a2/b2].

Au-delà de cette valeur Bc, les électrons ne pourront plus atteindre l'anode, et forme le nuage de charge d'espace tournant dans l'espace d'interaction, d'autant plus près de la cathode que B est plus puissant.

Ce dernier déplace les électrons de la cathode par émissions thermoïonique vers l'anode et peut créer et entretenir des oscillations à très haute fréquence du fait que les électrons circulent d'une manière non linéaire, mais hélicoïdale devant les cavités résonantes. Cette trajectoire est obtenue grâce à un champ magnétique créé par un aimant permanent ou électro-aimant dont les lignes de force sont perpendiculaires à celles du champ électrique E. Le champ magnétique étant suffisamment fort, les électrons ont des chemins cycloïdes et ne se présenteront pas à l'anode, mais formeront un espace de charges rotatives. Les cavités résonantes de l'anode inter-réagissent avec les électrons en les accélérant ou décélérant suivant le sens du champ radiofréquence local au moment du passage.
Les électrons accélérés empruntent de l'énergie au champ RF et l'utilisent pour remonter vers la cathode qu'ils percutent, contribuant ainsi à son chauffage et à expulser des électrons secondaires. Les électrons ralentis cèdent de l'énergie au champ RF, et poursuivent leur course vers l'anode et génèrent une induction de courant alternatif et deviennent le support d'oscillations électromagnétiques dans les cavités résonantes selon :

F résonantes = 1 /2n~ 1 /LC

En effet, une cavité est, en radiofréquence l'équivalent du circuit résonant LC en basse fréquence : sa paroi constitue la composante inductive et son entrée, la composante capacitive..
Ainsi, la fréquence de résonance d'un magnétron peut être modifiée ou ajustée en variant l'inductance ou la capacitance des cavités résonantes. Il existe de tels magnétrons utilisant des tiges à caractères inductifs dans les cavités du bloc anodique.
Ce type de magnétron M5114B est utilisé dans les Radars.
La fréquence de résonance dépendra également de la façon dont les cavités anodiques sont reliées entre-elles. Généralement, ces cavités au nombre de 8 cavités simples sont couplées les unes aux autres selon différentes configurations (Le mode n, le 3/ n, le n/2 et le '/ n). Seul le mode ir nous intéressera puisqu'il offre une sortie plus efficace avec une puissance plus grande. Ce mode est obtenu en reliant ensemble les cavités de façon à
offrir une polarité égale dans chaque anneau et chacun des deux anneaux est en alternance de polarité ne générant pas de différence de phase. On peut aussi utilisé des cavités en fréquence de résonance différente (type rising-sun), mais tenons-nous en à la version simple et commerciale. Lorsque les valeurs des champs électriques et magnétiques appliqués sont en régime permanent, dans lequel, les électrons se regroupent en nuages ayant l'allure des rayons d'une roue, qui tournent dans l'espace d'interaction en passant devant une cavité résonante dans le temps d'une alternance RF.
C'est le mode n fondamental de fonctionnement.

En moyenne, il faut au champ RF moins d'énergie pour renvoyer un électron vers la cathode qu'il n'en faut pour récupérer un autre électron, perdant ainsi son énergie cinétique en tombant sur l'anode. Le processus est donc stable globalement, et les oscillations RF s'entretiennent dans les cavités résonnantes.
Cette énergie sous forme de puissance RF ainsi engendrée est captée par une boucle de couplage à l'intérieur même d'une cavité et sera rayonnée par une antenne à la fréquence naturelle de la cavité. Les fréquences et les puissances sont tributaires des dimensions des cavités ou des valeurs en circuits équivalents des composantes (US 2 610 309).
Un changement de la température à l'anode changera la fréquence. Si la température s'accroît, la fréquence baissera. La fréquence sera affectée également par la densité
d'électrons dans l'espace d'interaction du magnétron et sera fonction du courant d'anode.
Un bon contrôle de l'énergie, de la température fournie et un bon arrimage d'impédance sont les clefs de la stabilité en fréquences et en efficacité. Il peut être refroidi par circulation d'un liquide ou circulation d'air avec un radiateur à ailettes relié au bloc anodique. Dans l'esprit holographique de ce brevet, le magnétron s'il est refroidit à l'air :
il devra être éloigné de la table d'enregistrement ou sera situé dans une autre pièce et les MO seront conduits par des câbles coaxiaux. S'il est refroidi par liquide, ce dernier pourra être compris directement dans l'enceinte, voir même dans la tête du laser. Les vibrations étant de ce fait réduites. Les fréquences de pompage du laser ne sont pas limitées à seulement la fréquence de 2450 MHz (7~ = 12,23 cm ), mais on peut l'étendre de 300 MHz (X=lm ) à 300 GHz (~.= lmm ) en MO sans omettre les autres fréquences ayant une interaction sur un plasma donné.

Une particularité intéressante pour la puissance développée est que plus la fréquence est basse et plus les puissances disponibles seront élevées. La fréquence de 434 Méga Hz est à l'étude dans plusieurs laboratoires. On peut utiliser un ou plusieurs magnétrons contrôlés en phase ou selon les besoins au lieu d'une source unique de forte puissance plus dispendieuse. Il existe des magnétrons à plusieurs fréquences. Plusieurs brevets traitent de ces derniers tubes dont :(US 3 792 306, 5 350 905 et 6 064 154 qui traite du changement de dimensions des cavités ici par plasma).

Au même titre que les diodes, on peut utiliser un ou plusieurs magnétrons contrôlés en phase ou selon le besoin au lieu d'une source unique de forte puissance plus dispendieuse. (Voir chapitre sur les lampes et brevets US 2 759 099, 5 050 181, 5 058 122). Lorsque deux magnétrons adjacents sont en opération dans des fréquences semblables, ils auront tendance à se synchroniser l'un avec l'autre. Le magnétron a tendance à générer des arcs réduisant sa durée de vie et nécessite une charge bien adaptée C'est-à-dire, l'adaptation d'impédance. Certains types de magnétron sont plus résistants de part leur conception que d'autres et servent pour alimenter des fours à
deux magnétrons, l'un placer dans un nul du mode (US 3 104 303).
Un truc simple est d'utiliser un magnétron de quelques Kilowatts et l'opérer qu'à un kilowatt. Cela agit au même titre qu'une réduction du courant et le retour l'affecteront beaucoup moins.
Le contrôle d'un magnétron peut s'effectuer de différentes façons dont la principale et la plus simple est par le circuit d'alimentation du chauffage de la cathode ainsi que par le contrôle de voltage anode-cathode. Ceci sera discuté davantage au chapitre de la stabilisation et du bloc d'alimentation.

Pompage par diodes LED ou lasers semi-conducteurs :

Ce type de pompage par lumière est utilisé grandement de nos jours pour des raisons d'ordre logistique, de fréquence étroite et pour une multitude d'applications.
Les diodes émettrices de lumière LED peuvent servir à pomper un laser solide à tiges dopées ou bien un laser semi-conducteurs. Ces types de lasers peuvent agir également pour pomper d'autres lasers tels que les lasers avec un seul ou plusieurs gaz. (US 5 379 315 et 5 978 407 pour n'indiquer que ces deux-là). Il n'y a donc qu'un pas pour pomper un médium actif à partir de diodes émettrices de MO en utilisant des intégrateurs de diodes ou bien de magnétrons, des lentilles diélectriques (par réfraction) ou des miroirs métalliques ou par ionisation d'un milieu ou un plasma ( réflectif). On peut donc extrapoler le brevet US
6 331 993 à cet effet.

Le transport et la transmission des HF et MO

Cette technologie hyperfréquence, ou micro-ondes, est née avec la conception des radars vers 1930 et de ce fait vers la conduction des ondes électromagnétiques dans les guides diélectriques coaxiaux, par lignes de transmission et particulièrement dans des conducteurs creux avec diélectriques variables : généralement de l'air. C'est la propagation guidée. Elle s'est ensuite développée pour élargir son champ d'application aux procédés thermiques, en communication et vers les interactions avec la matière. Les volets qui seront utilisés dans ce brevet seront la transmission dans les guides diélectriques, dans les câbles coaxiaux et les propriétés de ces ondes à
l'intérieur de cavité.
En haute fréquence un fil devient une antenne alors on se doit d'utiliser des conducteurs creux habituellement en alliages cuivre, aluminium ou recouverts d'une couche d'argent, de forme rectangulaire, circulaire, elliptique ou coaxiale, dont les dimensions sont tributaires de la longueur d'onde. Un guide empêche les interférences dans certaines applications et sert de canal à l'énergie de façon à minimiser l'atténuation de l'onde. Les multiples réflexions de l'onde sur les parois internes du guide d'onde ont pour résultante une certaine distribution des champs électriques et magnétiques, et une distribution associée des courants de conduction circulant dans les parois. Il faut remarquer également que le courant ne peut qu'exister que sous forme de surface, dans la gamme des MO, la distance est de l'ordre du micron ce que l'on appelle l'épaisseur de peau.
Lorsque l'on insère une sonde au quart de longueur d'onde dans un guide d'onde alimentant ce dernier avec une énergie MO, ce dernier agit comme une antenne verticale au quart de longueur d'onde. C'est un mode de propagation guidée. Pour une fréquence de 2450 MHz, les dimensions standard seront 100 mm * 45 mm et pour une fréquence de 915 MHz :

mm * 15 mm.
Un courant peut être aussi induit à l'intérieur du métal. Il est vrai qu'il existe une couche de peau proche de la surface du conducteur dans laquelle circule l'essentiel du courant.
Plus haute est la fréquence, plus fine sera cette couche. On peut donc utiliser des conducteurs de plastiques recouverts d'une mince couche métallique (US 2 761 137, 4 020 875 et 5 003 687).
Le train d'onde s'y propageant peut varier en fréquence, en type d'onde ou en polarité. Ces ondes peuvent être réfléchies et générer de ce fait une superposition communément appelée : Ondes Stationnaires". Je vais y revenir plus tard. Ces ondes en s'additionnant peuvent dérégler ici le magnétron dont l'antenne est plus souvent qu'autrement placée à un quart de longueur d'onde à l'extrémité du guide ou d'un réflecteur de micro-ondes. Il existe plusieurs méthodes pour dévier, modifier ou absorber cette énergie : c'est l'adaptation d'impédance. Comme dans tous systèmes dont les éléments doivent être reliés entre eux, ils doivent adapter leurs impédances afin de permettre le transfert maximum d'énergie et d'éviter le retour à la génératrice.

Il existe différents types d'ondes qui peuvent se propager dans un guide :
Les ondes électriques et magnétiques symétriques et les ondes électriques et magnétiques asymétriques. En bref, l'onde en propagation libre correspond au mode TEM, pour transverse électrique magnétique. Elles sont électriques TE (ou H) si elles ont une composante substantielle de force électrique dans la direction de propagation et sont magnétiques si la composante de la force magnétique TM (ou E) est dans cette direction.
Les ondes dites magnétiques circulaires CM et électriques circulaires CE sont les ondes circulaires autour de l'axe.

Ces ondes de différents types de fréquences ou de polarité différente peuvent se superposer et se transmettent simultanément dans le même guide. De plus, une pluralité
de trains d'ondes peut se superposer et se transmettre dans un guide et ces trains d'onde peuvent différer en qualité de fréquence, de type d'onde et de polarité.
Pour les ondes de types particuliers et à une certaine fréquence, il y aura un diamètre critique du guide et si ce dernier est plus petit les ondes ne seront pas transmises et contrairement si le diamètre est plus grand ; elles seront transmises facilement sauf que les modes de propagation changeront. La fréquence de coupure est en corrélation avec la dimension transversale du guide, de l'indice de réfraction du médium diélectrique. La fréquence de propagation limite dans un guide est donnée par la relation :

Fc =N.c/2nb~K

Ou N est un coefficient dépendant du type d'onde 2.4 pour Eo, 3.83 pour Ho et El et 1.83 pour H1...
C pour celeritas : vitesse de la lumière en espace vide 7t : est la relation du diamètre à sa circonférence B le rayon du guide K: la constante diélectrique du matériel dans le guide, air = 1 ainsi on peut éliminer le facteur ~ 1.
D'une façon plus générale, la fréquence de coupure basse (ou longueur d'onde) pour un mode particulier dans un guide d'onde rectangulaire se résume par :

(Fc)mn = 1 / 21t ~ E * ~ ( mir,/a)2 + nn/b)2 en Hz (1c)mn = 2 (m/a)2 + (n/b)2 en mètres a: est le côté large du guide b : la hauteur m le nombre de variations du champ en 1/2k en direction de a n: le nombre de variations du champ en 1/2a, de variations du champ en direction de b E et sont la permittivité et la perméabilité.

Pour un guide circulaire (dépendamment du mode électrique transverse ou magnétique transverse), la longueur d'onde critique sera :

(1c)mn = 2n r / pmn sur une valeur dépendante du mode transverse électrique ou magnétique. R étant le rayon intérieur du guide.

Tous les quatre types d'ondes sont capables d'être transmis dans un nombre théorique infini de modes. Le mode fondamental TEIO, communément appelé : premier mode ou mode dominant, se caractérise par un seul noeud. C'est le mode à partir duquel un signal de fréquence F commence à se propager et c'est le plus efficace. Les modes plus élevés se caractérisent par plusieurs noeuds. Ici, on parle de vecteurs en trois dimensions. La fréquence de coupure est en corrélation avec les dimensions du guide et de l'indice de réfraction du médium électrique.
Les diélectriques autres que l'air tel que "Guide d'onde à garniture AIN " les ferrites, les polymères tels que le TÉFLON, le Polystyrène ou bien le PTFE (Poly-tetrafluoroéthylène) ayant des valeurs de coefficients diélectriques plus grands permettront une réduction en grandeur du guide et si le coefficient est plutôt élevé, l'enveloppe métallique pourrait même être enlevée. Voici quelques constantes diélectriques : Air : 1,00059 à 1 atmosphère et 1,0548 à 100 atmosphères ; Eau : 80,4;
Quartz : 3,6; Verre : 5 à 10; Mica : 3 à 6; Mylar : 3,1; Fluorure de Calcium :
6,76; Nitrure d'Aluminium : 8,8; Alumine : 9,8; Oxyde de Zirconium : 12,5; Téflon : 2,1;

Polyéthylène : 2,25; Titanate de Strontium : 310; Dioxyde de Titane : 173 perp, 86 para.. .

Les modes TE i i, TM oi, TM i i, TE ot, TE 12, TM 02, TE 02, TM 12, TE 13, TM
03, TM 13 et TE 03 sont aussi des modes envisageables ainsi que les diélectriques par contre les dimensions des guides devront alors s'adapter. L'utilisation de modes plus grands peut permettre une excitation plus uniforme comme le décrit le procédé ECR dans la fabrication des semi-conducteurs (US 5 081 398).

L'impédance intrinsèque (constant) d'un guide avec de l'air (espace libre) comme diélectrique est de 377 ohms et provient du rapport du champ électrique E sur le champ magnétique H. L'onde se propageant par réflexions dans un guide, le chemin parcouru est plus grand que pour une propagation dans le vide ou dans l'air, tout se passe comme si la fréquence était plus basse ou la longueur d'onde plus grande, ainsi on doit appliquer la notion de longueur d'onde dans le guide soit :

Ig = 1 / ((1 / X( 2 - (1 / ;~c)2)0.1 ~g est la longueur d'onde dans le guide X0 est la longueur d'onde dans le vide Xc est la longueur d'onde de coupure Ainsi l'impédance du guide se définie par :

Zg = 377 (e/h) (Xg /X0) et devient Zg = 377 (2t,g /,%0) pour guide circulaire.
Zg est l'impédance du guide en ohms e est la dimension du guide dans le sens du champ E
h est la dimension du guide dans le sens du champ H

Les guides d'onde ayant fonction d'assurer le transport intégral de l'énergie, en négligeant les pertes par effet Joule dans les parois, et ce, dans le cas, où
il n'y a pas de charge, ni réflexion en tout ou en partie de l'onde incidente. Le cas typique d'une charge zéro serait une plaque métallique fermant le guide (court-circuit). L'onde réfléchie se superpose à l'onde incidente donnant naissance ainsi à une onde stationnaire qui présentera des minima et des maxima. Les excellents conducteurs font de bons miroirs. Si la charge généralement ayant une certaine impédance, la partie résistance absorbera une partie de l'énergie. L'onde réfléchie ayant perdu une partie de son énergie interférera avec l'onde incidente et on y observera des minima. De plus, le régime stationnaire est plus ou moins décalé d'un côté ou de l'autre dans le guide suivant respectivement le caractère capacitif ou inductif de l'impédance. Cette adaptation d'impédance peut se réaliser par plusieurs moyens : les films à résistances, des tiges ou grillages, par des vis (effet capacitif tel qu'au brevet US 3 936 766), pistons ou plongeurs (simple, double ou triple), par plaques conductrices ou non, par iris ou diaphragme ajustable (effet inductif et capacitif), par plaques à trous, par fentes, par polarisation (fentes croisées et autres) et par des systèmes tels que les circulateurs, E-H tuner, des convertisseurs d'onde d'un type vers un autre, des variations géométriques de rectangulaires à circulaires ou autres, des atténuateurs, des filtres, les matières absorbantes telles que le carbone, graphite, du carborundum et de la craie, de l'oxyde de zinc et craie, des pyrites, du plâtre de Paris avec du carbone, la grande famille des ferrites de types : ferro-électriques, ferro-magnétiques, ferri-magnétiques et les alliages dits de Heusler...(US 2 923 934).
L'effet important dans ce brevet est que l'utilisation de différentes composantes à
chicanes horizontales orthogonales au champ E (condensateur), verticales ou parallèles au champ E (inducteur), à segments et plaques métalliques ou non dans un guide (effet capacitif et inductif série ou parallèle) conduisent à élaborer des effets réfractifs par ces composantes et de construire des lentilles d'onde électromagnétique MO
semblable aux lentilles pour la lumière pouvant être utilisée pour traiter le pompage MO
dans la cavité
sur certaines configurations de ce brevet. Voir Planche 17.
On peut réduire et éviter le retour de l'onde au magnétron en polarisant différemment l'onde électromagnétique générant une réduction du taux d'ondes stationnaires (TOS ou SWR en anglais). Le retour acceptable serait en bas de 10%.

Le fait de placer une charge d'eau, un mélange de sable et graphite, une composante de graphite, du bakelite ou d'une matière résistante à la place du court-circuit (plaque métallique) permet d'obtenir un champ électrique constant, sans réflexion de l'onde non absorbée en fin de parcours. C'est une façon très simple et fonctionnelle (US
2 599 944, 3 720 951, 3 754 255).
Une onde électromagnétique incidente sur une région contenant essentiellement des électrons libres une partie de cette énergie sera réfléchie proportionnellement à la densité
d'électrons. La densité plus grande qu'une valeur limite agira de miroir comme une feuille métallique et si l'épaisseur de cette région contenant les électrons est un multiple d'un quart de longueur d'onde, la réflexion sera maximale. Ainsi, une ionisation de toutes formes cause une impédance infinie. (US 2 415 242, 2 416 168, 2 423 998, 2 427 089, 2 454 560 et 4 227 153).
On peut alimenter en MO une cavité directement avec un très petit guide avec une plaque à 45 et une petite sphère réflective (US 4 159 406). Cette façon de faire peut être utilisée dans le cadre de ce brevet en utilisant des générateurs refroidis au liquide pour une application nécessitant peu de vibrations tel que l'holographie. Les nombreux désavantages des guides creux sont qu'ils sont : rigides matériellement et en dimensions, difficile d'installation, requiert un revêtement en Ag ou Au, joints spéciaux, adaptation d'impédance dispendieuse, etc. Ce qui nous conduit instinctivement vers le câble coaxial avec son fil central ou une âme en cuivre, un diélectrique en polyéthylène ou téflon, un conducteur extérieur normalement tressé agissant également de rôle d'écran aux parasites comme une cage de Faraday et d'une gaine protectrice normalement en PVC. Les câbles de plus gros diamètre peuvent généralement transmettre des puissances plus élevées. Son impédance est en relation avec le diamètre intérieur du conducteur et du diamètre extérieur du fil central. Un fait intéressant est que le signal porté par un câble coaxial se propage non pas dans la partie métallique du fil, mais dans le milieu diélectrique qui sépare le fil central de l'enveloppe conductrice ; en tout cas, c'est là que se situe l'énergie de propagation. L'inductance d'un conducteur concentrique se définit :

L= 0,4611og 1.28D/d L est l'inductance en microhenrys L la longueur du conducteur en mètres D est le diamètre intérieur du conducteur extérieur, en mètres d est le diamètre du conducteur intérieur, en mètres.

L'impédance caractéristique d'une ligne de transmission coaxiale s'exprime selon :
Zo = 60~ r/Er In (b/a) r est la perméabilité relative du médium de transmission Er est la permittivité du médium de transmission b est le diamètre extérieur du conducteur a est le diamètre du conducteur intérieur.

L'atténuation augmente avec la fréquence et on se doit de choisir les bons câbles coaxiaux en fonction des besoins en fréquence et en puissance.
Il existe sur le marché : des câbles coaxiaux, des adaptateurs coaxiaux pour guide d'onde, des adaptateurs pour relier le magnétron au câble coaxial en fonction des fréquences utilisées, des magnétrons avec adaptateur coaxial pour plusieurs fréquences, des collecteurs et des coupleurs antenne- guide- magnétron (US 3 334 266, 3 448 331, 3 579 282, 4 125 308, 4 672 342, 5 001443, 5 216 327 et 5 565 118).
Une panoplie de fournisseurs existe pour toutes ces composantes.
TRANSFERT MO DE LA CAVITÉ MO VERS LE TUBE DE DÉCHARGE

Le transfert des ondes électromagnétiques de la cavité vers le tube de décharge peut s'effectuer d'une foule de façon. Plusieurs techniques et brevets furent développés et mis au point : le pompage direct du tube de décharge en insérant directement le tube dans la cavité d'une façon longitudinale, d'une façon axiale, perpendiculaire permettant une excitation sur un à plusieurs axes avec un ou plusieurs générateurs avec contrôle sur le TOS ( US 4 926 434, 5 347 530, 5 592 504, 5 606 571, 5 706 305 et 5 781 579 ), par les fentes (US 5 224 117 et 5 538 699 et tous les brevets de l'équipe de Tadahiro Ohmi pour ne citer que le brevet US 6 829 279), dans un champ magnétique pour le ECR ( 337), par la géométrie des guides et cavités et de l'adaptation d'impédance avec circuit de gaz en re-circulation ou non pour laser continu, quasi continu et pulsé (US 5 255 282 et le brevet 5 684 821, modifiant les dimensions de la cavité pour optimiser la décharge), en système MAGPIE (US 5 029 173), en système MEGLO-MGU-MOU (US 6 259 716 BI) pour ne nommer que ces derniers.
Par compression de l'onde électromagnétique par un ou plusieurs Venturis, par bobines de transfert par induction et dans ce brevet par réflexion-compression longitudinale en structure lente ou cavité longitudinale.
L'impédance de transfert de l'onde électromagnétique peut s'effectuer par une fente munie d'une chicane ajustable, par piston, curseur, par vis, par structure lente, par fente simple ou multiple en structure simple et lente avec ajustement en différents modes TE et/ou TM.

On peut simplifier le transfert par fentes En position perpendiculaire à l'axe du guide d'onde à intervalle égal à la longueur de l'onde électromagnétique du guide d'onde. Chaque fente émettant en phase, les ondes électromagnétiques sont polarisées linéairement en direction axiale du guide d'onde.
En position 45 à l'axe du guide d'onde à intervalle égal à la longueur d'onde de l'onde électromagnétique du guide d'onde. Chaque fente individuelle émettant en phase, les ondes électromagnétiques sont polarisées linéairement à 45 en direction axiale du guide d'onde.

En position paire et en opposition de 450 à l'axe du guide d'onde à intervalle égal à la longueur d'onde de l'onde électromagnétique. Les fentes individuelles émettent en phase et polarisée circulairement ces ondes électromagnétiques.

En position parallèle à l'axe du guide d'onde à intervalle égal à la longueur de l'onde électromagnétique du guide d'onde. Chaque fente individuelle émettant en phase et polarisée linéairement à 90 en respect à la direction axiale du guide d'onde.

La longueur des fentes est déterminée en correspondance avec la distribution de l'intensité de l'onde électromagnétique faisant en sorte que l'intensité est plus ou moins semblable d'une fente à l'autre. L'angle, la période ou intervalle (fraction ou multiple de la longueur d'onde), la forme et la position des fentes régissent ainsi la distribution et le pompage du tube de décharge. Ces fentes peuvent être conçues sur des plaquettes de circuits imprimés interchangeables, sur matières diélectriques différentes tels que du verre ou bien du quartz, etc. Les fentes peuvent également être reliées avec des électrodes ou autres dispositifs électriques ou magnétiques permettant une modulation du champ électrique passant à travers ces dernières pouvant également permettre la pré-ionisation d'un médium actif.
Les fentes peuvent également être conçues de façon à permettre la diffraction de l'onde électromagnétique en patron d'interférence de pompage. Ceci s'appuie sur la technologie des antennes à fentes en exemple le brevet US 4 825 219. Fig 12c 10.

Il ne faut pas oublier que certaines matières diélectriques peuvent agir de fenêtres pour isoler 1'antenne ou le ou les générateur(s) MO (US 3 101 461, 3 324 427). Ces fenêtres peuvent être refroidies US 4 458 223, 4 620 170. Un brevet de référence de Lee A. Berry portant le numéro US 5 466 991 traite des fenêtres et de leurs épaisseurs pour optimiser la résonance cyclotronique électronique et indique les mathématiques appropriées pour leur réalisation en considérant l'indice de réfraction de la fenêtre, de son épaisseur et de son l'indice de réfraction pour une transmission optimale. US 3 594 667.

P = 4NP/ (NP+Nf )2 Nf : indice de réfraction de la fenêtre Np : indice de réfraction du plasma L'indice de réfraction du plasma est décrit selon :

Np = ~ (1 + n/n crit)/ (B/Bo -1) Ou BBo est le rapport de magnitude local du champ magnétique à
la fenêtre pour 875 Gauss N/n,,;t est le rapport de la densité du plasma local appelé la densité
critique n,:,;t = 8 * 1010 cm 3 pour une fréquence MO de 2,45 GHz.
Les micro-ondes se propagent en lignes droites semblables à la lumière. Elles peuvent être focalisées et réfléchies. Ainsi, pour un réflecteur parabolique, en positionnant l'émetteur au foyer, le faisceau réfléchi sera déphasé de 180 degrés et se propagera parallèlement. Les MO obéissent ainsi aux lois de la réflexion. Les miroirs MO
pourront donc avoir une multitude de formes en passant par la plaque simple à la forme la plus complexe telle que le miroir parabolique, cylindrique entière ou coupée dans un axe vertical ou horizontal. Elles peuvent être dirigées dans des cônes de compression ou d'expansion, de forme conique, pyramidale, conique... Voir Fig : 17,4.

Les antennes (Voir Planches : 8a, b, c et d) En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner ou de capter à
distance les ondes électromagnétiques dans un appareil ou une station d'émission ou de réception. Une onde électromagnétique se caractérise par un flux quasi continu de particules dépourvues de masse, les photons, associés à des champs magnétiques et électriques. Les photons ont disons une dualité onde-corpuscule, on ne peut parler de photon en tant que particule ou concentration qu'au moment d'une interaction, puis s'étalerait, et se reformerait au moment d'une autre interaction et sont malgré sans masse soumise à la gravitation, en bref : ils sont matières selon l'équation mc 2 et l'énergie est en équivalence masse, mais ceci sort du cadre d'explication pour ce brevet.

Historiquement, l'antenne a été découverte par Popov. Sa bande de fréquence d'utilisation dépend d'abord de ses dimensions, mais aussi de ces éléments. En rapport à
la fréquence centrale de l'antenne, on peut tolérer un certain affaiblissement (généralement 3 décibels) qui détermine la fréquence minimum et la fréquence maximum d'utilisation; la différence entre ces deux fréquences est la bande passante.
Certaines antennes dites multiples bandes peuvent fonctionner correctement sur des segments discontinus sans dispositif particulier. D'autres nécessitent l'emploi d'un circuit adaptateur d'impédance pour fonctionner correctement. La polarisation d'une antenne est celle du champ électrique E de l'onde qu'elle émet. Une demi-onde horizontale a donc une polarisation horizontale. Certaines antennes ont une polarisation elliptique ou circulaire (antenne hélice) ou une polarisation croisée (double-yagi dont les plans sont perpendiculaires). Une antenne ne peut être parfaitement isotrope (rayonnement constant dans toutes les directions). L'énergie rayonnée par une antenne est répartie inégalement dans l'espace et certaines directions sont privilégiées : ce sont les lobes de rayonnement.
Le diagramme de rayonnement d'une antenne permet de visualiser ces lobes dans les trois dimensions, dans le plan horizontal ou dans le plan vertical incluant le lobe le plus puissant. (Schéma de Smith). La proximité et la conductivité du sol ou des masses conductrices environnant l'antenne peuvent avoir une influence importante sur la forme du diagramme de rayonnement.
La forme et les dimensions d'une antenne sont extrêmement variables : celle d'un téléphone portable se limite à une petite excroissance sur le boîtier de l'appareil tandis que la parabole du radiotélescope d'Arecibo dépasse 300 m de diamètre. On peut affirmer en général que pour une fréquence d'utilisation donnée, les dimensions d'une antenne seront d'autant plus grandes que son gain sera élevé dû à l'utilisation d'éléments réflecteurs comme celui de l'antenne parabolique, par exemple.
L'antenne demi-onde ou dipôle, comme son nom l'indique, a une longueur presque égale à la moitié de la ;~ pour laquelle elle fût fabriquée.
La longueur électrique de l'élément d'une antenne peut être augmentée en insérant une bobine en série avec le fil conducteur ou en ajoutant une armature de condensateur à
l'extrémité de celui-ci. (BALUN).
Il existe des dizaines de types d'antennes, différentes par leur fonctionnement, leur géométrie, leur technologie dont les plus usuelles pour ce brevet : (US 6 109 208, 6 833 820, 6 861 985) :

Antenne boucle (loop) de différentes formes (carré, triangle, losange, cercle...), verticale ou horizontale (US 4 632 127);
Antenne quart d'onde ou monopole (US 5 026 959, 5 073 167, 5 904 709, 6 294 772);
Antenne Zagi ou à onde lente en dents de scie, rectangulaire, losange, à
grilles etc.
Antenne dipôle (US 4 612 940 et 6 878 147). Le brevet US 3 691 338 utilise un dipôle avec des ensembles ou modules de diodes Gunn pouvant agir de pompage pour la cavité diélectrique pour certaines configurations;

Antenne diélectrique ou par ondes de surface; (US 4 053 897 avec diodes Gunn, US 4 392 039, 4 691 208, H584, composition : 5 154 973, 5 369 251, 6 026 331, 501 433, 6 538 454, 6 569 795 , 6 656 864 , 6 734 126 et 6 864 764). Ce qui est important de retenir est : que certaines substances diélectriques telles que les céramiques et dépendamment de leurs compositions favoriseront un transfert ou une propriété recherchée en fonction d'une bande de fréquence. Les diélectriques peuvent conduire les MO au même titre que les fibres optiques peuvent conduire la lumière, ainsi, on peut tirer avantage à utiliser des conducteurs diélectriques pour délivrer les MO aux endroits désirés (US 5 023 056).
Antenne diélectrique avec revêtement de matériel ferrimagnétique et bobinage magnétique pour ajuster l'angle d'émission des MO. (US 3 765 021).
Antenne hélicoïdale simple de construction avec un fil enroulé avec sections différentes US 4 169 267;
Antenne hélice pour ondes décimétriques, très directive (US 5 683 382);
antenne parabolique utilisable au-dessus d'un GHz : Ici, ce que l'on doit retenir est que les MO peuvent être réfléchies comme la lumière ( US 4 342 036, avec diodes US 5 994 686 et 6 312 427); Il n'est pas erroné de parler d'Optique Micro-ondes.
Antennes à fentes (US 4 160 145, 4 518 967 et la série de brevets pour laser excimère de l'équipe Tadahiro Ohmi);
Antenne coaxiale à fentes régulières ou non " Type Leaky coaxial cable" (US 6 867 743);
Antenne coaxiale (US 4 204 549, 4 658 836, 4 743 725, 4 841 988, 5 995 059, 6 356 241).

On remarque que les MO peuvent être irradiés par différents dispositifs et même se concentrer sur une pointe. Un bon exemple est le brevet US 6 114 676 démontrant qu'on peut percer ou machiner du béton avec une pointe à la condition d'arrimer l'impédance.

Pour obtenir un fonctionnement optimal, l'impédance au point d'alimentation doit être du même ordre que l'impédance caractéristique de la ligne d'alimentation. L'ordre de grandeur des impédances rencontrées est de quelques dizaines (50 ou 75 ohms pour le câble coaxial) et quelques centaines d'ohms (300 ohms pour une ligne bifilaire). Sur ondes centimétriques et plus courtes, on utilise des guides d'ondes. L'antenne se doit de supporter une puissance d'émission importante à cause des pertes ou des surtensions trop élevées qui pourraient la détériorer et c'est ici que l'adaptation d'impédance prend tout son sens tel que discuté antérieurement par les différents moyens tels qu'iris, pistons, etc.
US 5 308 944).

Il apparaît que l'utilisation d'antennes introduites dans un cathéter pour irradier des zones cancéreuses offre encore de grandes possibilités de développement possible principalement dans son champ de rayonnement.

Dans le cadre de ce brevet, nous avons un générateur MO soit de types diodes couplées ensemble en phase ou non ou d'un ou plusieurs magnétrons reliés en phase ou non dans une cavité pour pomper un médium actif pour créer un plasma et d'y développer l'effet laser. L'antenne doit être couplée au générateur et à la cavité avec un minimum de pertes.
On peut également se servir de "Slug tuner adaptateur d'impédance : Il s'agit d'une ligne coaxial 50 ou 75 ohms fendue sur sa longueur, dans laquelle coulisse, soit un, soit deux 'quart d'onde' elle n'est fendue que pour pouvoir déplacer les pièces en téflon. Les deux pièces en téflon ou autres diélectriques doivent être en contact, d'une part avec le conducteur interne et d'autre part avec le conducteur externe, tout en conservant un coulissement doux et sont donc usinées avec la plus grande précision possible.
Ce dispositif permet de régler la phase et la magnitude. On peut ajouter plusieurs slug tuner de suite dans les cas extrêmes, mais n'oublions pas d'utiliser des magnétrons plus forts de façon à réduire le courant interne et ainsi prévenir les mauvais arrimages d'impédance.
Voir Fig 8, a, b, c,d.

La cavité et les ondes stationnaires Ces deux termes sont jumelés, car lorsqu'un train d'onde de type quelconque est produit dans un milieu fini, il se propage jusqu'à ce qu'il rencontre la frontière du milieu où une certaine fraction de l'onde se réfléchit. Si la perturbation est entretenue, le milieu s'emplit des ondes qui se propagent dans un sens et dans l'autre. Elles se superposent, s'interfèrent pour former des noeuds et des ventres. Le rapport (SWR) ou TOS pour Taux d'Ondes Stationnaires doit être faible de façon à réduire le retour des ondes au générateur et à la ligne de transport, que ce soit un guide ou une ligne coaxiale, pour en réduire les pertes et d'endommager le générateur. Il y aura des maxima de tension appelées des ventres de tension correspondants à des noeuds de courant, des minima de tension ou noeuds de tension associés à des maxima de courant ( ventres de courant). Une cavité
électromagnétique est donc un milieu fermé recevant ici des MO. Une charge d'absorption peut y être insérée contribuant à l'impédance par absorption des ondes. Un bon exemple usuel est le four MO à 2450 MHz ou 12,23 cm ayant une cavité fixe et permettant le chauffage des aliments par vibration moléculaire des molécules d'eau contenues dans l'aliment. Mais aussi générer un plasma pour créer l'effet d'inversion de population dans un médium actif. Ici, les milieux affectés se produisent en trois dimensions. Les MO incidents sur une paroi métallique ont un comportement similaire à
la lumière visible se heurtant sur un miroir d'argent. Les MO sont absorbés très efficacement jusqu'à ce que les champs électriques des ondes inter réagissent très fortement avec les électrons proches et libres du métal. Les électrons accélérés irradient les ondes électromagnétiques à la même fréquence et en phase ainsi les MO sont parfaitement réfléchis. D'une façon macroscopique, ce comportement se décrit par la constante diélectrique complexe E(w) lequel est le carré de l'indice de réfraction complexe ( El + iF-2 = ( n 1+in 2)2 ). L'indice de réfraction de plusieurs métaux offre une réflectivité près de 100% à basse fréquence. La profondeur de pénétration des ondes électromagnétiques de longueur d'onde 7. est donnée par : S= 7,/ 4mn2, ainsi, si 1 11 leading us directly to the second laser configuration of this patent is the introduction of MO or electromagnetic pumping in a different position only fireplaces to use both fireplaces as tube locator and increase through the length "L" therefore the power of the laser without in increase the physical dimensions.
The concentration of the E and H fields occurring at both foci of the cavity.
This configuration uses the compression and reflection of the waves electromagnetic two foci of the ellipse that can be adjusted by compression screws in axis major ellipse where appropriate. Figure 10-X (See Plate: 9 item 7). A
guide cone-shaped wave or curved mirror metal surface will have the property of produce an intense electric field in the focal area so the tube of dump placed in this area will have a high gain. A magnetic field helps contain the electrons and the ions make the excitation better and provide amplitude modulation and of output frequency of the iaser. We could put several tubes in a focal zone or constrictive to create a more powerful laser Board: 9 items 6 and 7.
The MO supply of the cavity can be performed by all types antenna mentioned on the boards 8 so as to optimize the transfer of the MO to homes of the cavity to generate a very powerful plasma. The number of generators type magnetrons or diode combiners can be increased by ada ~ tation impedance appropriate. The geometric phase shift configuration of 120 is preferred to to prevent one generator from damaging others (for generators like frequency) and screw and versa. It should be kept in mind that a return> 10% is problematic. It exists in the market for magnetrons that are more powerful and more resistant to applications similar, but remain in the field of lasers of 100 Watts continuous and less.
The cavity can be multiple ellipses as shown in the diagrams of the Plate 9-4.
It should be kept in mind that the electromagnetic cavity may contain different elements reflective, absorbers, pattern and pattern modifiers, and TOS. The cavity can to be realized in order to be of character in periodic or wave structure slow even in an elliptical cavity.

The basic supply circuit used to power the magnetron is the one described in Plate 24a. This circuit comes from ovens bought for parts for the realization of prototypes and does not exclude any other power circuits described in Boards 24 b and 24 c. The control of the various parameters of the magnetron (emission thermionic, current, operating time and operating frequencies) that may come from circuits of stabilization of laser modes as described in the Plates: 22 a, b and c and to the control parameters of the laser itself according to the power and the type of active medium.

The gas inside the optical cavity requires re-adjustment and requires different re-introduction devices such as special valves. Contrary to pumped laser by electric discharge. Helium will not be absorbed by the condensation of metal at the cathode, but will continue to diffuse through the glasses. The speed will be tributary of the material used, pressures and temperature involved ... These valves are accessible from suppliers. Board: 14 a, b, e and d. In this project, the valves to opening by fusion of Indium or Gallium Plate 14 a-2-3-5-6-7, by Zeolite passage Board 14 a-4 or Zeolite tank Board 14 c-17 as well as the membrane quartz diffusing according to the temperature are preferred. Board :
14 d 18 and 19. Other types being available on the market are not excluded. The tank optimized will be the one of type double to 760 torr followed by an internal tank to 200 torr, then to the permeable quartz membrane depending on the temperature in form of tube.
The control of the valve can be carried out by a voltage, a current, by conductivity electrical or thermal, by the laser radiation itself. The measuring element sailing signal to an amplifier type comparator operational, inducing a fix in activating the valve set or the valve by thermal or other effect. This element not doing not part of the constitution of the framework of this patent will not be discussed more and is inspired rules of art for its design.
Although longitudinal pumping is not amenable to magnetic confinement, it is going otherwise for the case of the Tandem cavity described in Figure: la. of the magnets permanent or electro-magnets can take place between two zones and generate the electron cyclotron resonance condition or more powerful.
The field can be modulated with magnetic substance to couple the coils to others to create a magnetic circuit. An electron in a magnetic field and one alternative orthogonal field to the cyclotron resonance frequency will create a spiral motion and will absorb an energy from the electric field for several cycles MO. As the energy of the electron increases, the orbital radius increases according to R = (2m E / e B2) I / 2 where E is the energy of the electron in Electron volt. The use of the NCE condition allows to overcome the limit imposed by the depth of skin by a MO energy of strong power to create additional ionizations in a plasma to bigger pressure. We will return to this point in the following configurations.

The two previous configurations do not allow the fullness of the use of pumping MO. One has only to think about magnetic containment RCE or stronger, or well the plasma electromagnetic confinement including the elliptical cavity electromagnetic, for pumping offers few avenues except for Tandem configuration.
It is why the upcoming configurations offer definite advantages for a other dimension of things. These configurations are shown schematically in Figures 21 a, b, c, d and e, then f and g.

The third configuration of Figure 2a uses pumping at the end of the tube using magnetrons. The latter uses the contraction principle by the form conical in order to focus the E field in the central area. This principle serves to maximize ionization, that is, the formation of plasma in the optical zone to favor the laser effect.
Impedance matching can be achieved by using a cavity to adjustable impedance outside using a tuner or other adapters like line split on coaxial cable.
The antenna can be of different types, but the loop type for reasons of simplicity will be used. The metal antennas are isolated from the plasma in order to eliminate the possibilities contamination by a cooled insulation window or cooled caps also.
The use of dielectric antennas here makes sense. This window will have a thickness dependent on the dielectric used is 1.63 cm for the Quartz having a dielectric of 3.85. In the case of using caps, the thickness will be function of his dielectric constant. Pumping can be done by three magnetrons out of phase 120 for increased power except that we will quickly meet the effects amortization. One of the different ways to reduce depreciation with or without collisions is to use a magnetic field of 875 Gauss to reach the condition Electronic Cyclotron Resonance (ECR) at 2.45 Giga Frequency Hertz and a more powerful magnetic confinement. (See the chapter of the specification on the confinement and figure: 21-c). The pumping frequencies can to be carried out in a RF range, HF and MO. The diagram indicates the structure of the Fabry-type resonator.
Perot with the possibility of recirculation of the gas in a cooled enclosure by the liquid dielectric such as hydraulic oils permeable to MO. In that case specific, we could use cooling water. Pumping can be done at each ends to increase the power in the opposite direction, but a phase shift of length L shall be in an integer multiple of 1/4. In addition, the tube can to be metal non magnetic, we will return to it later.

The following configuration is depicted in Figure: 21 ba the only difference that we replaces magnetrons with diode-emitter diode combiner devices MO to RF, HF and MO frequencies from 300 MHz (I = 1m) to 300 Giga Hz (X = 1mm).
These different combiners (integrators) of diodes are described in some patents.
I therefore invite the reader to refer to the specification in the section pumping GUNN diodes, IMPATT and others. These diode coupling devices offer of many advantages and the only disadvantage is the phasing of several components to create a more powerful electromagnetic source. Which is relatively simple by enforcing and complying with OM Laws.
As in the case of magnetron pumping, diode pumping can be done at each end of the tube. The electromagnetic signal can be stowed in outer cavity and the signal carried by coaxial cable to an antenna indoor isolated from the plasma by a window or caps. The transmission of MO through a window is determined by the refractive index of the window, its thickness and the index of refraction of the medium.
This laser with a large volume plasma homogeneous at the entrance and pumped by MO
striking the gas, a small excitation zone is produced when the field is enough strong. This zone absorbs the MO and additional electrons are produced until the density of breaking point, at this point the MOs will be completely reflected at magnetron or diodes. The strength of the electric field increases between the generator and the plasma and returns to the generator. This point of failure density is a function of the frequency MO
and the frequency of impact between electrons and molecules. That much of balance, the ripe heat up and can damage the capillary and the window and the laser does not will be more effective. To circumscribe this undesirable effect, we use an enclave intrusion perpendicular to the OMs by positioning the antennas differently and circulate the gas through the tube. The impedance compensation must be at the you. Strength of ignition is optimized by an adjustment of the shape, the depth of the antenna and the angle of the cone of the tube.
The plasma is an ionized gas and is therefore conductive. injection from MO
will make up a density limit because the denser it becomes the more it is driver and can become a short circuit and a short circuit will reflect the MO on the outside plasma. This which leads us to the configuration of using a magnetic field and a plasma confinement which we will call "Electromagnetic confinement-Plasmatic or electro-plasma "arising from this property to confine the charged particles or electromagnetic waves by ionization of the medium.
Both following configurations will address these aspects.

The following configuration, depicted in Figure 21c, is the same cavity as those described in Figure 21a and b except what describes the magnetic confinement. This confinement can to be in relation to obtain the cyclotron resonance condition electronic such described previously or described in the specification in the chapter of the containment. The magnetic field can be obtained by winding, by magnets permanent modern and powerful, or by mixing the two while along the axis of the tube and arranged around the axis with or without alternative polarity creating a field intense magnetic in the region of the axis. The resultant being a column of plasma representing the essential portion of the active volume.
In magnetic confinement, even without a magnetic field, electrons energy collide with the heavy and cold particles of the medium:
atoms, molecules or ions. This excitation produces inelastic collisions and the-subsequent excitation emits light. By changing the settings Operation that the MO power level, the composition or the gas pressure, one can transmit a visible light at RX. To clarify, plasma is defined as a gas composed of partially or strongly ionized atoms or molecular particles having a or several orbital electrons ripped off creating ions with a number sufficient of free electrons to balance the charge of the resulting ions into a plasma neutral. It's here transformation of the waves without collision. These waves are transferred to the interior of certain regions of the plasma magnetized or not in electrostatic plasma waves and longitudinal. This plasma wave energy is transferred into energy kinetics of electrons by a loss mechanism: so-called Landau or absorption without collision. These energetic electrons will hit the heavier and colder particles and will transfer this energy in internal excitation and finally in de-excitation in light.
Field Magnetic helps contain electrons and ions making the excitement better and provides amplitude modulation and laser output frequency.

The energy associated with the MO signal ionizes molecules and atoms in the gas forming the plasma. On the other hand, there is a density limit to this plasma. When the plasma is forming and becomes denser, it becomes more conductive and becomes more and more short circuit. A
situation, makes sure that the middle is more conductive will think the signal MO outside the plasma. Thus, MO energy will only penetrate a distance weak before to be reflected outside the plasma. It is for this reason that some patents prior art indicate a depth limitation of a plasma in which MO energy is injected or the plasma is confmated to a shallow little disc and this provision not allow their use in some applications. To prevent the short circuit, one immerses the plasma in a strong magnetic field. This strong magnetic field, in general, makes it difficult for the charged particles in the plasma to cross the lines of the magnetic field and reduces short circuits. By orienting the field electric MO
perpendicular to the magnetic field, the short circuit can be avoided and increase the density of the plasma. This is the NCE condition described in the specification and lower on this page.
On the other hand, when using a magnetic field for the avoidance of short circuit, the injected MO signal is subject to damping and the latter limits its density. We have to so use a technique of injecting the MO signal into the plasma to increase density limit imposed by the damping of the MO signal.
Two sources of depreciation were identified. The first is depreciation by collisions, caused by collisions between the electrons associated with the injected MO energy and the ions and molecules of neutral gases present in the plasma. More this ion density or molecules in the plasma is large, the more there will be collisions and the more he will be difficult to the wave to penetrate farther into the plasma. This depreciation by collisions is very important.
The second source of damping is the Landau type damping or without collision.
This Landau damping occurs when the plasma particles have a speed near or equal to the phase velocity of the MO signal injected inside the plasma. The theory indicates that these particles in the plasma travel with the MO signal, and do not see no rapid fluctuations of the electric field and can therefore exchange energy signal MO. In addition, the theory indicates that there are slower electrons and more electrons faster than the MO signal in the plasma. There would be many more slow. These slow electrons absorb more energy from the MO signal than is added and the MO signal quickly becomes amortized. This depreciation is controlled by ensuring that the speed of MO signal phase is sufficiently larger than the thermal speed of the particles in the plasma.
It is known in the state of the art that the so-called whistling waves "Whistler" or "Helicon Waves" in plasma production equipment. These waves Whistlers get propagate throughout the magnetic field lines. Their frequency will have to to be much lower than the electronic cyclotron frequency Wce (The frequency electronic cyclotron being equal to e (3 / mc where e and m are the charge and the mass of the electron).
Use of this electronic cyclotron resonance condition so allows to increase the density of the plasma. We can also use the structure of cavity on waves slow resonance of different parts of a cavity to avoid depreciation.
Figure: lb can be seen as a slow wave structure. Even though each East area pumped by a single generator or that each zone has its own type generator magnetron or diode combiner in phase.
The strength of the magnetic field is sufficiently high that the frequency cyclotron electronics is several times larger than the frequency of the wave. In General two Conditions are needed to establish a high density plasma. The first is that the energy of the RF, HF or MO wave must be transmitted and propagated in the plasma, creating and supporting the ionization of the medium. The second is that when the wave is transmitted it must not be amortized too quickly. The whistling wave has the advantage and penetrates easily in the plasma and supports the discharge and fills the first condition.
The second condition which indicates that the frequency RF-HF or MO must be more big that the collision frequency of electrons with ions and molecules of neutral gases, and that must not have a damping without excessive collision. This condition can be filled easily by selecting the RF-HF or MO frequency for a particular application. The geometries of the launcher and the resonant cavity are important and dependent on use.
The whistling or helical wave is a good way to transmit energy electromagnetic in a high density plasma. The characteristic main mode whistler is that the electron performs a spiral movement or a way equivalent.
Only the Hall current is conducted in the plasma. The whistler mode does not have Frequency high density and can penetrate the plasma to maintain a discharge. However, there is a certain limit. When the frequency of collisions electrons becomes comparable to the frequency of the wave, the whistler mode does not can spread further. This limit occurs at low frequency.
The density of electrons can be increased by the use of a field magnetic wave Piping. These waves propagate in a direction parallel to the main lines of the field magnetic. When the phase velocity of the waves is smaller or equal to speed thermally, the wave is strongly damped by damping Landau ... For lessen or even cancel the Landau damping effect, phase velocity must be higher than the thermal velocity of the electrons. Thus, the frequency of 2450 MHz is good in a magnetic field of 1 Tesla and with a pressure of the active medium from 1 Torr.
Thus, higher density plasmas can be obtained by using fields higher magnetic values.
These devices are cooled to operating conditions and can be obtained by the circuit Magnetic quadrupole or multipolar magnets to generate a very powerful to get this time a containment condition allowing to modify the profile radial of the magnetic field that will change the radial profile of the index of refraction of the plasma which allows for increased power transfer with better distribution. We can get higher density plasmas using fields magnetic more high. The interactions between the transported loads present in the plasma and the magnetic field and the alternating electromagnetic field, these charges transported mainly the electrons will move away from the walls of the tube towards the axis all by releasing the axis also. The lifespan of the tube increases while reducing its warming up and of his need for cooling. This reduction of wall-tube interactions reduces the absorption level of the gas components by the walls and therefore keep his composition with optimal pressure over a longer period. This reduction of interactions therefore increases the number of electrons effective for excitation of the gas. These electrons being directed towards the center of the tube by the magnetic field, the density of electrons and the probabilities of electron collisions are found increased in this region so the light yield is greater and the effectiveness of the effect laser increases.
For an Argon laser, the efficiency increases from 10 to 20 times. The resultant of the concentration of the initiating and exciting electrons in the zone of the axis, this zone emitting the radiation will be narrower so the laser beam will be more thin and more intense. The reduction of wall-plasma interactions and the increase in density of electrons to the axis, the increase in the temperature of the electrons (or their energies kinetics) occurs in this area which increases the amplitude of the field electromagnetic alternative. The amplitude increase of the field electromagnetic alternative in return is facilitated by the reduction of interactions between plasma and walls.
An interesting feature is that this powerful magnetic confinement allows a higher electron temperature allowing excitation of the levels more energy high for the active mediums allowing it and renders laser radiation with of the shorter wavelengths up to RX. HF or MO power supplied will so be weaker and the electron temperature will be bigger than the temperature ions and makes it possible to use tubes of less resistant materials such as the Pyrex at the temperature and less toxic than Beryllium oxide. We can therefore use the glasses borosilicates and quartz for these lasers.
The effect of the magnetic field, which in combination with the field alternative electromagnetic MO concentrates the plasma and specifically the electrons in The well magnetic field intensity (magnetic sink) which increases with its gradient transverse with the axis of the tube. It is more favorable than the field disappears into the central thin region of the axis while remaining powerful on the edges of the tube. intensity magnetic field will be limited only by technical constraints to the produce and monetary constraints. Magnetic fields of more than 10 Tesla does not may be used for cost reasons. A good compromise will be intensities of 0.1 to 2 Tesla or 1000 to 20,000 Gauss at pole surfaces and more specifically 0.1 and 1 Tesla for its strength and cost. DC or AC power supplies will be used for power the electromagnets and in the case of an alternating current, the 60 Hz frequency sector is pleasantly low in relation to the excitation frequency or ionization, because the need for the field must be quasi-static.
The quadruple polar magnetic field (Figure: 21 c-5) where four poles magnetic are used creating a well of intensity in the axis of the tube. In this case, 2 pairs of poles magnets are arranged, preferably symmetrical around the axis of the tube.
We could also use a magnetic field created by a hexa-polar electromagnet (six poles) or octo-polar 8 poles maximum (See Figure: 21 c 5), because more than 8 poles increase the cost without any real benefit. This configuration is used for many years in generators and engines with some variations. The magnets cover the entire length of the tube and if necessary dispose of it as a result each other in phase or alternation.

One of the advantages of the three previous configurations by pumping a piece of tube is: that one can use metal tubes except for windows and avoids this fact glass blowing techniques. The use of Indium seal for insert the windows or quartz optics with metal is simple and effective for them pregnant under empty. The metal could be Kovar or Invar type for the installation of optics having similar thermal expansion coefficients. The need to use couplers Swagelok type is not required (welding or threading). All in one pregnant or Fabry-Perot type resonator outside the tube with type shirts bellows "Bellows" to avoid dust or to act as air cavities between each end for the role of stabilization and avoidance of dust.

Plasmatic Electromagnetic confinement First and foremost, the angle of the cone (s) for the introduction of MO waves must have an appropriate angle to fully reflect these while allowing the concentration towards the center of the tube and having the angle to allow the wave of surface to marry his form. Like the reflection of RF waves on and in ionosphere terrestrial, the angle of attack of the waves and the frequency must be considered. This angle 8 cone in general will be between 9 and 67 although the latter may change according to the refractive index of the plasma, its intensity or density and its properties General.

This configuration keeps pumping with magnetrons or diode combiners for pumping the plasma at the end of the tube on one or both sides with a Inter-phase shift 1200 generator with or without condition magnetic confinement cyclotronic or magnetic confinement condition. These configurations use one or many "Surfatron" type generators Fig: 21 d and e and details in g.

The configuration of Figure 21 d uses what is called a Surfatron allowing to create a strong plasma at the walls of the dielectric tube and a plasma a lot weaker towards the center of the tube. The creation of surface plasmas thus provides a containment electromagnetic-plasma type in that it participates in less intensity so the plasma density will be lower towards the center of the tube so in the optical axis of the laser and will act rather of confinement because who says plasma says ionization and who says ionization said confinement of charged particles while acting mirror (effect reflective) to electromagnetic waves. The surface generator could also be used to make a concentric emission laser with optics appropriate, but that's not really part of the configurations selected as such. (Kind Bagel Mode) I invite the reader to return to the confinement chapter of the memory descriptive for a sketch of the theory of this phenomenon.

Indeed, one can introduce MO surface waves by a device with "Gap" or a winding using a space allowing the electromagnetic field to to release in propagating in the tube in TEto mode (electric field parallel to the sheet or by a perpendicular field according to the position of the antennas in relation to the axis and the E or H containment fields.). The electrons in the plasma are accelerated speak electric field of the surface wave and maintain a high plasma density. The surface waves being attenuated only slowly and have a similar mode propagating in the center of the tube, but in lower density not creating this fact a training local electric field strength in the area of the "Gap". This system is very simple, because the electric field of the MO must be applied in the zone spacer making the circuit or generator very easy to build. The tube must to be of matter low loss dielectric allowing an EM field to pass through it. Field electric the EM field applied to the gas accelerates the electrons generating collisions and ionizes some particles forming a plasma. When the gas in the tube ionize, the surface waves begin to propagate along the interface between the tube and the plasma while supporting the plasma. For a space "Gap" of some centimeters, we can generate surface waves covering several meters. The diameter optimized from tube for 2.45 GHz will be between 30mm and 15mm or between 4 and 4/8. This device requires an impedance docking agreement by the usual line devices split or by other devices with sliders a, / 4 or others according to the configuration of equipment.

An interesting feature of surface waves is that the latter will travel to dielectric tube surface while marrying the shape allowing a plasma to bigger or smaller volume to grow. As the theory indicates that a plasma will have a density limitation, the latter, in addition to confining the waves electromagnetic pumping towards the center, offers the possibility of pumping the center of the axis with of the magnetron type generators or diode combiners to the center.
The use of a magnetic field in electron cyclotron resonance or else containment intense magnetic is physically possible and is therefore not excluded also.

In Figures 21d and e, there are several types of "Surfatron". The one with a guide dielectric with a window of a thickness of 1/4 in order to change the polarization of the wave and reduce the return to the generator that can consist of one or many magnetrons in an integrated system or by integrating integrators in phase of diodes. It can be seen from the drawing that the surface wave generator can be position anywhere on the tube. There may be several, but one only is ample for confinement. Having electromagnetic pumping of the two ends of the tube, the need of two will be felt to make sure expansion of the surface wave at both ends in enlargement. The rental of Surfatron is established in an experimental way and once established the latter is fixed and adding the system cooling system using hydraulic or fluid permeable oil can be used in the generator and around the tube and at the places requiring cooling. A magnetic containment system can be installed to to go look for the cyclotron resonance condition in the center of the tube or a more powerful and additional magnetic confinement by the lines of the field magnetic leaving the center free for a very fine and powerful laser action at the same title as the plasma electromagnetic confinement can achieve by its particularities.
The resonance adjuster of the surfatron can be done by the means traditional or by the split line. Dimensions and locations of "Gap" or winding helical, antennas in relation to the walls ... must be precise in order to maximize transfer of the MO to the cavity according to the frequencies of the generator and resonance according to the lines or transport guide as well as their impedance by resistance, inductance and capacitance. The pressure of the gas plays a role of damping therefore on the distance from spread. The type of gas creating the plasma plays a secondary role and is not not one important variable leading to use a multitude of active mediums.
More precisely in the figure: 21st, we observe a very powerful surfatron using two magnetrons with inductive winding in the wave-release space electromagnetic. As we can see, we can use this configuration with a only magnetron and the adaptation of the impedance and the resonance by a piston at the end of the guide and radial to the discharge tube. The left image at the bottom of this figure indicates a similar device used in a fluorescent rendering the latter 37% more efficient by reducing the free path of electrons and UV photons towards phosphorus transforming UV radiation into visible light. Finally, a surfatron in the corner right down showing the appearance and property of the surface waves of follow the perimeter of the tube when moving it to create a similar plasma in a volume larger without changing the frequency required to obtain a density of plasma longed for. The recirculation can be done at the opposite end to the pumping MO and / or in the case of double pumping at both ends, recirculation can to be carried out by the center of the tube and returned to the ends of the tube.
The gas can be static or recirculated to cool the latter and to reduce The shock absorbers. The gas can be purified by suitable substances "Getter, Zeolites "and compensate by the types of valves described in the thesis description.

When the surface wave is established, a peripheral plasma is generated more intense in surface only in the center. The central plasma being weaker, the latter authorizes excitation additional by magnetrons or diodes to ionize atoms or molecules gas with less depreciation. The plasma then acts on the waves electromagnetic and charged particles or central ions to confine themselves. This confinement is tributary of the power or density of the surface plasma as well as the containment magnetic. The addition of a magnetic confinement is not excluded although not required to achieve the RCE condition or the more powerful magnetic confinement. The laser thus obtained will be very fine, it will emit in TEMoo mode. The tube section provided of the Brewster window has a diameter that can be set for the conditions required operation. The latter can be sized to create optical resonance that for the oo TEM mode. You can also insert a diaphragm or adjustable iris outside the cavity. These offer excellent performance and continuous power Release respectable and attained only when using very magnetic field intense with quadrupole magnets. Virtually all active mediums can lend themselves to it from Argon, Krypton, Xenon or mixtures and gases: metallic vapors and halides of metals, excimer and molecular.

One rule to remember is that variable or fixed power to create the containment Plasma electromagnetic must be greater than the combined power of pumping in order to fully play its role of confinement. Differences frequency between pumping and confinement can also work in this direction. of the dielectrics other than air could be used in generators surfatron and in the pumping chamber at the end of the tube to reduce the dimensions. Except that one must be careful not to clutter the path and the optical resonator.
Different types of antennas can be used, but only certain are compatible for this configuration. The loop antenna fulfills this role well and the antenna dielectric finds a timely use.

A final configuration, as shown in Figure 21f, uses the principle that electromagnetic waves have similar behaviors to light, which in passing are waves of the same type. Some refractive substances as indicated to the Tables 1 to 5 can be used to build positive lenses or negative allowing a focusing of a set of generators that it is of type magnetrons or diodes or diode combiners for pumping a gaseous active medium well that liquid or solid active mediums are not excluded. Another approach, in using curved type mirrors with a positive or negative focus, focusing of a set of magnetron generators, diodes or diode combiners for pump different active mediums whether gaseous, liquid or solid.

claims We claim A laser comprising: An electromagnetic cavity for pumping a tube positioned at one of the homes of the ellipse and an antenna at the other focus up emit RF, HF or mainly microwave RF radiation in order to create electromagnetic excitation to electrons, ions, atoms or molecules contained in a tube positioned at one of the foci to generate a plasma in one or more active mediums in optical resonator type Fabry-Perot or others in order to emit a mono or poly laser light.
which can be stabilized by conventional means such as described in the specification;

= An elliptical electromagnetic cavity for pumping several tubes positioned at the focal point (s) of this electromagnetic cavity. The generators RF signal, HF or MO that can be positioned at other points in the cavity than the foci of the elliptical electromagnetic cavity. These generators acting to create electromagnetic excitation to electrons, ions, to atoms and / or molecules to generate a plasma in the tubes positioned at homes containing one or more active mediums in a optical resonator of Fabry-Perot type or others to generate a beam mono or poly-chromatic laser;

= A simple or complex electromagnetic cavity for pumping several tubes positioned at multiple foci of these integrated cavities. The antenna or RF, HF or MO signal generators that can be positioned at a fireplace common or at other places in the simple electromagnetic cavity or complex. The antenna or all of these antennas or generators acting to create electromagnetic excitation to electrons, ions, atoms or molecules to create a plasma in one or more active mediums in optical resonator of the Fabry-Perot or other type to generate a light or a mono or poly-chromatic laser beam;

= A simple, complex or periodic electromagnetic cavity called waves slow or in tandem to pump sections of tubes or tubes different types containing one or more active medium (s) in the household (s) of a single or multiple cavity to increase power by increasing the length "L" or to generate a poly-chromatic laser light. The antennas or generators that may be at a common household or not or to other fireplaces or to other places to allow the tubes occupy homes or other places to generate excitement to electrons, ions, atoms or molecules to generate a plasma in one or several active mediums in a Fabry-Perot resonator creating a Monochromatic laser light more powerful or multiple colors or called white (RGB). The periodic cavity of which each of the zones can be excited by its own generator such as a diode or together diodes combined in series or one or more magnetrons so variable to excite a similar or particular medium in each of the areas creating a variable poly-chromatic color of laser output by adjusting the power or properties specific to each of the zones: red, green or blue without excluding the stabilization mechanisms and generations of possible color mixing with stallions and others optical devices;

= The tubes are made of metal for configurations allowing it or in variable dielectric material passing from borosilicate glass, to ceramics to Beryllium dioxide in several sections connected to each other by of the Welded or fused MO fittings or welded glass conventional glass blowing, soldering of any type according to the materials in question.
presence and required, by Indium seals or others depending on the materials in presence and feasibility conditions or "Swagelok R" type fittings "to connect the sections containing the Brewster windows, the tanks with or without recirculation of gas and other equipment gas pressure adjustment, purification, steam distribution metal by induction on inert metals with a winding or contained in ceramics, graphite or inert so-called porous metals. This active medium metal found by induction or conventional heating IZR under vapor form to generate the population inversion condition by reaction of Penning or by transfer of charges with an accompanying gas such as Helium or others depending on the materials, the conditions and the need of the laser for generate a mono or poly-chromatic laser light.
"Swagelok" style fittings can be made of metal or other having coefficients of thermal expansion similar to the material component the tube in order to reduce the mechanical and thermal stresses for to maintain the vacuum cleaning and operation of the laser. These fittings that can also be inserted into a molded or cast enclosure to increase the watertightness;

= Configurations requiring gaskets use gaskets elastomers "Teflon-resistant, Viton and others such as the new Silicones "able to withstand the thermal conditions of decontamination of the beginning and the operation while maintaining the starting vacuum and required for the operation.

= The simple or complex dielectric cavity that can contain a dielectric other than air such as Teflon, silica powder, glass or quartz, nitride aluminum or others to reduce dimensions while retaining the elliptical effect of the single or multiple cavity;

= All these electromagnetic cavities pumped by RF generators, HF or MO can be in adjustable magnetic confinement to obtain the electron cyclotron resonance (ECR) condition or in containment more powerful magnet to reduce wall losses or reduce type depreciation with or without collisions.

= The magnetic confinement that can be realized from coils, magnets or both of them or variable electromagnets of the quadrupole type in single or multiple magnetic circuits as required. The field power that can be uniform or growing along the course to bring a confinement more and more intense. These devices being cooled by a suitable liquid;

= All these electromagnetic cavities are cooled by air, but preferably by liquids directly by circulation or indirectly by using an overcooler in order to keep the dimensions constant for stabilize the resonant frequency and the appropriate temperatures. These Cooling elements can also act as heating for some requesting configurations;

= The tubes containing the active medium (s) in simple configuration, multiple or in tandem cooled by a sheath allowing the circulation of a liquid not absorbing RF, HF and MO frequencies to cool them;

= RF, HF or MO generators that can be magnetrons of all types, power from 300 Watts to 75,000 Watts cooled by air or liquid.

= Generators that can consist of a set of diodes generating RF, HF or MO signals connected by cooled diode combiners and multiple layers in order to generate a much more powerful signal in order to pump the electromagnetic cavities to produce the excitement of electrons, ions, atoms and / or molecules to generate a plasma in one or more active mediums to generate a mono or poly light chromatic laser;

= The use of diodes or semiconductors that can use the Peltier Effect to allow their cooling;

= The configuration by electromagnetic pumping with type generators magnetrons or diodes combined using loops or other isolated antennas of the active medium by a window or dielectric wall normally of a thickness of X / 4, but may also have a refractive effect reason first to avoid any contamination and to generate an RF, HF or MO. These windows can also be cooled;

= The transport of the power or the RF, HF or MO signal that can be carried out by waveguide or dielectric guides as well as coaxial cables, with tuning or docking of impedance by different devices such as line slotted or other known in the state of the art of wave technology millimeter and centimeter;

= A configuration with linear flare or hyperbolic curve, parabolic or other to allow electromagnetic fields (field electric E or magnetic H if necessary) to compress towards the center of the tube by waveguide reflection on the walls;

= A configuration with linear flare or hyperbolic curve, parabolic or other to allow electromagnetic fields (field electric E or magnetic H) to compress towards the center of the tube by waveguide reflection on the walls in a field confinement magnetic amplitude to obtain the RCE condition to allow the RF, HF or MO signal to be deployed by helical or whistling waves or well in more powerful confinement to create a strong confinement between walls and the center to reduce the damping with or without collision of signal RF, HF or MO with the plasma to increase its density and without or recirculating the gas and thereby generating a mono or poly-chromatic laser more powerful in optical resonator Fabry-Perot types or others ;

= A recirculating configuration of the gas to allow the reduction of depreciation and conditioning of the gas for the optimization of the emission laser;

= A configuration with linear flare or hyperbolic curve, parabolic or other to allow electromagnetic fields (field electric E or magnetic H) to compress towards the center of the tube by reflection on a plasma create by one or more wave generators of "Surfatron" surface generating plasma electromagnetic confinement or electro-plasma to allow the RF, HF or MO signal to deploy deeper into the column without or with recirculation of gas in reducing damping and thus creating electromagnetic excitation electrons, ions, atoms and / or molecules generating a plasma of a large power transforming into mono or poly-chromatic laser light in an optical resonator of Fabry-Perot or other types;

= A configuration with or without linear or curved flare to excite a cell included in a Fabry-Perot resonator or others by a signal RF, HF or MO transmitted by parabolic reflectors or lenses having a negative or positive focus transmitting this amplified energy by the focusing to excite electrons, ions, atoms and / or molecules to generate a plasma density with or without confinements as described previously recirculating or not gas to generate a mono light or poly-chromatic laser that can be stabilized and filtered for modes and for the output color.

Claude Lévesque Zî and Lévesque PUMPING

Microwave generators.

Microwaves are wavelength waves of 1 mm to 1 μm in free space or frequency from 300 MHz to 300 GHz and may be issued by more than one type devices or Oscillators such as Masers, diodes, free electron specifications and by bundles of electrons, klystrons, magnetrons, cyclotron or gyrotron masers (US 4,604 551 can deliver several mega-watts of power, the specifications to structure periodic, frequency-traveling TWT (traveling-wave tube) variable in a wider band of 2 to 8 Ghz and FEL free electron lasers; But three of those Here is my attention in the context of this patent: the diodes, the Masers and finally the Klystron and Magnetron tubes. All these oscillators electromagnetic, to name only these, derive from the fundamental effects generated by electrons such as Cerenkov radiation which boils down to the emission of passing electrons in or near a dielectric material, radiation from Bremsstrahlung arising from the deceleration of electrons, the Smith-Purcell radiation resulting from the issue of electrons passing near an optical lattice and resonance radiation cyclotron arising from the emission of electrons in a uniform magnetic field.

In general, the lasers known under the generic "Metal-Steam" (ie He-Cd, He-Se or He-Zn) will have a much greater potential with MO pumping than with a DC pumping. This gas-metal-vapor laser family, the metal present is of 1/100 to 1/1000 of the concentration of the inert gas here helium. When the latter is excited, the concentration of the inert gas molecules having a metastable energy is increased beginning and this energy is transmitted from inert gas to metal in vapor form by transfer charge or the Penning ionization process (certain metalloids such as that the Sulfur, selenium or tellurium and other compounds in form halide Silver, Gold or Copper).
DC pumping which is a discharge in a gas used the ratio E / N is the rate of energizing force of the electric field to the number of atoms or the density of atoms or molecules in the gas or discharge instead. Electrons in the plasma of discharge are accelerated by the electric field gaining energy and many collisions with other atoms or molecules occur. The average energy of electrons in plasma and the distribution of electron energies in relation to the average is controlled by the energy gain of the electric field between the collisions that he is the electric field product times the mean free path between collisions.
So the mean free path being inversely proportional to the density of atoms or molecules with which the electron collides. So, report E / N was recognized for determine the energy production, the average energy of the electron and the distribution of the energy of the electron.
The importance of the distribution of the energy of the electron is that it controls the rate of formation of excited states of atoms or molecules by collisions electron. For excitation of high energy states, high electron energy was required and such excitations were favored by a high E / N ratio.
So, the use of a discharge in a particular gas to generate the inversion of population required for a laser required selective excitation as well as a value optimal E / N ratio. These lasers did not capitalize on the optimal use of E / N ratio in the entire volume of the discharge plasma. The gas was warmed by the discharge In the center and cooled down by contact with the walls and created a gradient of temperature of center towards the walls. At constant pressure, the density number varies Conversely proportional with the gas temperature according to the relation:

E in DC configurations is independent of the radius, but N is not.
As a result, the ratio varied with the radial position, becoming stronger to the center and weaker to the walls. Pumping by MO therefore offers an E / N ratio more uniform in the section, will have a more uniform gain and a higher E / N ratio Student. The resonator will be more stable, a stronger and more uniform output light and one improved excitation arrangement.
This principle is not applicable to metal vapor lasers, but also to ionic or molecular transition lasers operating in the gas phase at the bottom of the atmospheric pressure.

Ar + and Kr + and molecular CO and CO2 to name that ones.

The diodes GUNN, IMPATT, TRAPATT, TUNNEL, LSA diodes, BARITT or type Avalanche can oscillate and generate supra high frequency or frequency microwave. They usually consist of gallium arsenide, Silica or Silicon Carbide much more powerful.
These diodes are semiconductors having only negative doping (N), which is unusual, the diodes normally consisting of two parts, one doped positively (P) and a negatively doped (N). In these diodes, three regions exist, two of them, at the connections, are strongly negatively doped (N +) while the small central part is weakly negatively doped (N-).
When this central layer begins to lead, the gradient passing through it decreases, preventing more conduction. In practice, this diode has a zone where its resistance is negative. Negative resistance, associated with the temporal properties of layer intermediate, allows the construction of an oscillator simply by applying a suitable current through. The oscillation frequency is determined by part by the central layer, so it can be adjusted by external factors. We add for impedance, a resonant cavity that can be combiners.
These diodes can be connected and positioned to create an increased pumping MO
and construct generators cavity magnet magnet US 3 189 843 with multiple diodes tunnels in a circular cavity, US 3,582,813 and 4,175,257 with 144 diodes phase its circular structure offers a better symmetry of position than the structure elliptical and the advantage of multi-stage structures to increase the power.
The elliptical structure offers an advantage of acting oscillator in phase with a signal introduced to the FI of the cavity oscillating the diodes at this frequency precise while amplifying the signal generate at F2 of the cavity (US 3,562,666 in LSA mode for "Limited Space-Charge", US 3,783,401, 3,873,934 and 935). U.S. Patent 4,453 139 from great power while reducing dimensions, because the more the cavity will be big plus the number of unwanted modes will be big. For end of applications for this patent, Circular integrators in multiple cooled layers will be retained. (US 5 446,426 can also offer multiple layer appearance although not mentioned).
This aspect successive layers or laminates is found in the context of this patent.

Ptotal = n Diode (See Plate: 19) NB The impedance of an IMPATT diode is about 2 ohms and the coaxial cable ohms.

The advantages of using diodes are:

1: A magnetron has a short life due to the operation of a current high anode. 1000 to 3000 hours;
2 The need for a high voltage of 3 to 4 kilovolts and its insulation;
3 A high-voltage, high-voltage transformer;
4 Magnetron power change requires controls Complexes;
The magnetic field of the magnetron must not intervene on the cavity, requires space or non-magnetic material.
A disadvantage is that the diodes require an integrating coupler and the phasing several components for a more powerful source.
Some diodes can generate microwaves by being activated by the light (US 4 127,784).
These diodes can be connected to a guide or a plate and can be make think to concentrate energy (US 4,742,314).
The use of these diodes can be used to design an oven, but here we go rather towards using the electromagnetic field MO to generate a plasma. (US 3 557 333, 3 867 607 magnetrons and diodes and 4 859 633 show such devices and this which must be retained of these is the use of groups of diodes).

The Maser is also a generator of coherent electromagnetic waves beyond of infrared. Microwave amplification by stimulated emission of radiation. They emit lower frequency waves, similar to that of the Laser. They are without noise background. They exploit the transitions between the discrete levels of valence electrons in atoms, molecules, ions or solids. (Quanta). The main masers are those to ammonia, formaldehyde, rubidium to steam (US 2,975,330), hydrogen and the protons in the water, but the most important ones here are of solid type (US 3 617,911 dealing with the transition between two valleys, 4 376 917, 4 459 511), as they they have a concentration of very high active centers in a small space. This kind of pumping could be used proving the possibility of making systems similar integrators to diode power integrators discussed later.

Magnetron: Without forgetting the Klystron of reflex configuration or PPM
provide a powerful field is 75,000 times the power of a magnetron domesticated for the same confinement, I will only dwell on Magnetron. The goal not being to make electromagnetic type weapons or to act interception. We can acquiring liquid-cooled magnetrons and components such as the guides wavelengths, power supplies, coaxial cables and other components required for all needs at Richarson Electronics (1-888-735-7358). He is a oscillator microwave in the form of a vacuum tube capable of providing power important in continuous or pulsed mode. It consists of a hollow cylinder in metal with an anode in which resonant and alternating cavities of equal or different dimensions depending on the shape (slotted, valve, rising-sun, holes and slots) and in the center a cathode in which is mounted a filament of heater. Enter the anode and the cathode is applied a high voltage is 2300 to 4000 Volts DC creating a electric field E by different devices. Half-wave rectification is one example.
The magnetic induction Bc with the applied voltage E is:
E = e / 8m. Bc2. b2 '[1- a2 / b2]

a and b are the radii of the cathode and the anode, e and m the charge (1.6021.
10 -19 C) and m the mass of the electron (1.6748, 10 -27 Kg):

E = 1.1957. 107 Bc2.b2 [1-a2 / b2].

Beyond this value Bc, the electrons can no longer reach the anode, and form the space charge cloud turning in the interaction space, all the more near the cathode that B is more powerful.

The latter displaces the electrons of the cathode by thermionic emissions towards the anode and can create and maintain very high frequency oscillations due to that electrons flow in a non-linear but helical way in front of cavities resonant. This trajectory is achieved through a magnetic field created by a magnet permanent or electromagnet whose lines of force are perpendicular to those of the electric field E. The magnetic field being strong enough, the electrons have paths cycloid and will not show up at the anode, but will form a space of loads presses. The resonant cavities of the anode inter-react with the electrons in the accelerating or decelerating according to the direction of the local radio frequency field at the time of the passage.
The accelerated electrons borrow energy from the RF field and use it to go back to the cathode that they strike, thus contributing to its heating and to expel electrons secondary. The slow electrons give up energy to the RF field, and continue their run towards the anode and generate an alternating current induction and become the support of electromagnetic oscillations in the resonant cavities according to:

Resonant F = 1 / 2n ~ 1 / LC

In fact, a cavity is, in radiofrequency, the equivalent of the resonant circuit LC bass frequency: its wall constitutes the inductive component and its input, the component capacitive ..
Thus, the resonance frequency of a magnetron can be modified or adjusted by varying the inductance or capacitance of the resonant cavities. There are such magnetrons using inductive rods in the cavities of the anode block.
This kind of Magnetron M5114B is used in Radars.
The resonant frequency will also depend on how the cavities anodic are connected to each other. Generally, these cavities with 8 cavities simple are coupled to each other in different configurations (The n mode, the 3 / n, the n / 2 and the '/ n). Only the ir mode will interest us since it offers an exit more effective with greater power. This mode is obtained by interconnecting the cavities so that offer equal polarity in each ring and each of the two rings is in alternating polarity that does not generate a phase difference. Can also used cavities of different resonance frequency (rising-sun type), but we at the simple and commercial version. When the values of electric fields and magnetic fields are in steady state, in which the electrons are regroup in clouds having the shape of the spokes of a wheel, which turn in space interaction passing a resonant cavity in the time of an alternation RF.
This is the mode n fundamental operation.

On average, it takes the RF field less energy to send an electron back to the cathode than it takes to retrieve another electron, thus losing its energy kinetics by falling on the anode. The process is therefore stable globally, and the RF oscillations are maintained in the resonant cavities.
This energy in the form of RF power thus generated is captured by a loop of coupling inside a cavity and will be radiated by an antenna at the frequency natural cavity. Frequencies and powers are dependent on dimensions of cavities or equivalent circuit values of the components (US 2,610,309).
A
changing the temperature at the anode will change the frequency. If the temperature increases, the frequency will drop. The frequency will also be affected by the density of electrons in the magnetron interaction space and will be a function of the anode current.
Good control of energy, temperature provided and good lashing impedance are the keys to frequency stability and efficiency. He can be cooled by circulation of a liquid or air circulation with a finned radiator connected to the block anodic. In the holographic spirit of this patent, the magnetron if it is cools in the air:
it will have to be removed from the registration table or will be located in a other room and the MO will be driven by coaxial cables. If it is liquid cooled, this latest can be understood directly in the enclosure, or even in the head of the laser. The vibrations are thereby reduced. The pumping frequencies of the laser do not are not limited to only the frequency of 2450 MHz (7 ~ = 12.23 cm), but stretch it from 300 MHz (X = lm) to 300 GHz (~. = lmm) in MO without omitting others frequency having an interaction on a given plasma.

An interesting feature for the developed power is that the more the frequency is low and the available powers will be high. The frequency of 434 Mega Hz is under study in several laboratories. One or more can be used magnetrons controlled in phase or as needed instead of a single source of strong power more expensive. There are magnetrons with several frequencies. Many patents deal with these tubes, including: (US 3,792,306, 5,350,905 and 6,064,154 which deals with change in cavity size here by plasma).

As well as the diodes, one can use one or more magnetrons controlled in phase or as needed instead of a single source of higher power plus expensive. (See chapter on lamps and patents US 2,759,099, 5,050 181, 5,058 122). When two adjacent magnetrons are operating in frequencies similar, they will tend to synchronize with each other. The magnetron a tendency to generate arcs reducing its life and requires a load well adapted That is, impedance matching. Some types of magnetron are more resistant because of their design than others and are used to supply ovens to two magnetrons, one set in a null mode (US 3,104,303).
A simple trick is to use a magnetron of a few kilowatts and operate it only kilowatt. It acts in the same way as a reduction of the current and the return affect the much less.
Magnetron control can be done in a variety of ways, including main and simpler is by the heating circuit of the cathode heating as well that by the anode-cathode voltage control. This will be discussed further in the stabilization and power supply.

Pumping by LED diodes or semiconductor lasers:

This type of light pumping is widely used nowadays for reasons logistic, narrow frequency and for a multitude of applications.
The diodes LED light emitters can be used to pump a solid rod laser doped or a semiconductor laser. These types of lasers can also act for pump other lasers such as lasers with one or more gases. (US 5,379 315 and 5,978 407 to indicate only these two). So there is only one step to pump a medium active from emitting diodes of MO using integrators of diodes or of magnetrons, dielectric lenses (by refraction) or mirrors metallic or by ionization of a medium or a plasma (reflective). We can extrapolate the US patent 6,331,993 for this purpose.

Transport and transmission of HF and MO

This microwave technology, or microwave, was born with the design radar around 1930 and thus towards the conduction of electromagnetic waves in the guides coaxial dielectrics, by transmission lines and particularly in of the hollow conductors with variable dielectrics: usually air. It is the guided propagation. She then expanded to expand her field Application thermal processes, in communication and towards interactions with the material. The shutters that will be used in this patent will be the transmission in the guides dielectric, in coaxial cables and the properties of these the interior of cavity.
In high frequency a wire becomes an antenna so we must use conductors hollow usually in copper, aluminum or layered alloys silver, of rectangular, circular, elliptical or coaxial shape, the dimensions are tributaries of the wavelength. A guide prevents interference in some applications and serves as a channel for energy to minimize mitigation of the wave. The multiple reflections of the wave on the inner walls of the waveguide have for resultant a certain distribution of electric and magnetic fields, and a distribution associated conduction currents circulating in the walls. It is necessary also notice that the current can only exist as a surface, in the range of MO, the distance is of the order of one micron what is called skin thickness.
When one inserts a quarter-wavelength probe into a waveguide feeding this last with MO energy, the latter acts as a vertical antenna at a quarter of length wave. It is a guided propagation mode. For a frequency of 2450 MHz, the standard dimensions will be 100 mm * 45 mm and for a frequency of 915 MHz:

mm * 15 mm.
A current can also be induced inside the metal. It is true that he exists a layer skin close to the driver's surface in which the essential of the current.
The higher the frequency, the thinner this layer will be. So we can use of plastic conductors coated with a thin metal layer (US 2,761 137, 4 020 875 and 5,003,687).
The propagating wave train may vary in frequency, wave type or polarity. These waves can be reflected and thus generate a superposition commonly referred to as "Stationary Waves."I'll come back to them later.
waves in adding up can disrupt here the magnetron whose antenna is more often than placed at a quarter of a wavelength at the end of the guide or a microwave reflector. There are several methods to deflect, modify or absorb this energy: it is the adaptation of impedance. As in all systems the elements must be interconnected, they must adapt their impedances in order to allow the maximum transfer of energy and avoid the return to the generator.

There are different types of waves that can spread in a guide:
Symmetrical electric and magnetic waves and electric waves and magnetic asymmetrical. In short, the wave in free propagation corresponds to the TEM mode, for transverse magnetic electric. They are electric TE (or H) if they they have a substantial component of electrical force in the direction of propagation and are if the component of the magnetic force TM (or E) is in this direction.
The so-called circular magnetic waves CM and circular electric waves CE are waves circular around the axis.

These waves of different types of frequencies or of different polarity can himself overlap and transmit simultaneously in the same guide. In addition, a plurality of wave trains can be superimposed and transmitted in a guide and these wave trains may differ in frequency, wave type and polarity quality.
For waves of particular types and at a certain frequency, there will be a diameter criticism of the guide and if the latter is smaller the waves will not be transmitted and unlike if the diameter is larger; they will be transmitted easily except that the propagation modes will change. The cutoff frequency is in correlation with the transverse dimension of the guide, the refractive index of the medium dielectric. The Limit propagation frequency in a guide is given by the relation:

Fc = Nc / 2nb ~ K

Where N is a coefficient dependent on the wave type 2.4 for Eo, 3.83 for Ho and El and 1.83 for H1 ...
C for celeritas: speed of light in empty space 7t: is the relation of the diameter to its circumference B the radius of the guide K: the dielectric constant of the material in the guide, air = 1 so we can eliminate the factor ~ 1.
More generally, the low cutoff frequency (or wavelength) for a particular mode in a rectangular waveguide is summed up by:

(Fc) mn = 1 / 21t ~ E * ~ (mir, / a) 2 + nn / b) 2 in Hz (1c) mn = 2 (m / y) 2 + (n / b) 2 in meters a: is the broad side of the guide b: the height m the number of field variations in 1 / 2k towards a n: the number of variations of the field in 1 / 2a, of variations of the field in direction of b E and are the permittivity and the permeability.

For a circular guide (depending on the transverse electrical mode or magnetic transverse), the critical wavelength will be:

(1c) mn = 2n r / pmn on a value dependent on the mode transverse electric or magnetic. R being the inner radius of the guide.

All four types of waves are capable of being transmitted in a number theoretical infinite modes. The fundamental mode TEIO, commonly called: first mode or dominant mode, is characterized by a single node. This is the mode from which a signal Frequency F starts to spread and is the most effective. The trends higher are characterized by several nodes. Here, we talk about vectors in three dimensions. The cutoff frequency correlates with the dimensions of the guide and the index of refraction of the electric medium.
Dielectrics other than air, such as "AIN pad waveguide"
ferrites, polymers such as TEFLON, Polystyrene or PTFE (Poly-tetrafluoroethylene) having more dielectric coefficient values great will allow a reduction in size of the guide and if the coefficient is rather Student, the metal shell could even be removed. Here are some constants dielectric: Air: 1,00059 at 1 atmosphere and 1.0548 at 100 atmospheres; Water 80.4;
Quartz: 3.6; Glass: 5 to 10; Mica: 3-6; Mylar: 3.1; Calcium fluoride:
6.76; nitride of aluminum: 8.8; Alumina: 9.8; Zirconium oxide: 12.5; Teflon: 2.1;

Polyethylene: 2.25; Strontium Titanate: 310; Titanium dioxide: 173 perp, 86 para ..

TE ii, TM oi, TM ii, TE ot, TE 12, TM 02, TE 02, TM 12, TE 13, TM modes 03, TM 13 and TE 03 are also possible modes as well as dielectrics by against the The dimensions of the guides will have to adapt. Using more modes great can allow a more uniform excitation as described in the ECR process in the semiconductor manufacturing (US 5,081,398).

The intrinsic (constant) impedance of a guide with air (free space) as dielectric is 377 ohms and comes from the ratio of the electric field E on field Magnetic H. The wave propagating by reflections in a guide, the path traveled is bigger than for a propagation in the vacuum or in the air, everything happens as if the frequency was lower or the wavelength longer, so one has to apply the notion of wavelength in the guide is:

Ig = 1 / ((1 / X (2 - (1 /; ~ c) 2) 0.1 ~ g is the wavelength in the guide X0 is the wavelength in the vacuum Xc is the cutoff wavelength Thus the impedance of the guide is defined by:

Zg = 377 (e / h) (Xg / X0) and becomes Zg = 377 (2t, g /,% 0) for circular guide.
Zg is the impedance of the guide in ohms e is the dimension of the guide in the direction of the field E
h is the dimension of the guide in the direction of the field H

Waveguides having the function of ensuring the complete transport of energy, in neglecting the losses by Joule effect in the walls, and this, in the case, where there is no charge or reflection in all or part of the incident wave. The typical case a charge zero would be a metal plate closing the guide (short circuit). The wave thoughtful superimposes on the incident wave giving rise to a standing wave who will present minima and maxima. Excellent drivers make good mirrors. Yes the load usually having a certain impedance, the resistance part will absorb a part of the energy. The reflected wave having lost some of its energy interfere with the incident wave and we will observe minima. In addition, the scheme stationary is more or less shifted to one side or the other in the following guide respectively the capacitive or inductive character of the impedance. This impedance adaptation can achieve by several means: resistance films, rods or fences, by screws (capacitive effect such as in US Pat. No. 3,936,766), pistons or plungers (simple, double or triple), conductive plates or not, iris or adjustable diaphragm (inductive effect and capacitive), through hole plates, slots, polarization (crossed slots and others) and systems such as circulators, EH tuner, wave converters of a type to another, geometric variations from rectangular to circular or others, attenuators, filters, absorbent materials such as carbon, graphite, carborundum and chalk, zinc oxide and chalk, pyrites, plaster of Paris with carbon, the big ferrite family of types: ferro-electric, ferro-magnetic, ferri-magnetic and so-called Heusler alloys ... (US 2,923 934).
The important effect in this patent is that the use of different components to horizontal baffles orthogonal to the E field (capacitor), vertical or parallel to the field E (inductor), to segments and metal plates or not in a guide (effect capacitive and inductive series or parallel) lead to elaborate effects refractive by these components and build MO electromagnetic wave lenses similar to lenses for light that can be used to treat MO pumping in the cavity on certain configurations of this patent. See Plate 17.
We can reduce and avoid the return of the wave to the magnetron by polarizing differently the electromagnetic wave generating a reduction of the standing wave ratio (TOS or SWR in English). The acceptable return would be down 10%.

Placing a load of water, a mixture of sand and graphite, a component of graphite, bakelite or resistant material in place of the short circuit (plate metallic) makes it possible to obtain a constant electric field without reflection of the wave absorbed at the end of the course. It's a very simple and functional way (US
2,599,944, 3 720,951, 3,754,255).
An electromagnetic wave incident on a region containing essentially of the free electrons some of this energy will be reflected proportionally to the density electron. Density greater than a limit value will act as a mirror a metal foil and if the thickness of this region containing the electrons is a multiple a quarter of a wavelength, the reflection will be maximum. So, a ionization of all forms cause infinite impedance. (US 2 415 242, 2 416 168, 2 423 998, 2 427 089, 2 454,560 and 4,227,153).
We can supply a cavity directly in a MO with a very small guide with a plate at 45 and a small reflective sphere (US 4,159,406). This way to do can be used in the context of this patent using liquid-cooled generators for a application requiring little vibration such as holography. The numbers disadvantages of hollow guides are that they are:
dimensions, difficult to install, requires Ag or Au coating, special seals, adaptation expensive impedance, etc. Which leads us instinctively to the coaxial cable with its central wire or a copper core, a polyethylene dielectric or teflon, a normally braided outer conductor also acting as a screen to parasites like a Faraday cage and a protective sheath normally made of PVC. The cable larger diameter can usually transmit more power high. His impedance is related to the inside diameter of the driver and diameter outside the central wire. An interesting fact is that the signal carried by a coaxial cable not spread in the metal part of the wire, but in the middle dielectric that separates the central wire from the conductive envelope; in any case, that's where is the energy of propagation. The inductance of a concentric conductor is defined:

L = 0.4611og 1.28D / d L is the inductance in microhenrys L the length of the driver in meters D is the inside diameter of the outer conductor, in meters d is the diameter of the inner conductor, in meters.

The characteristic impedance of a coaxial transmission line is expressed according to:
Zo = 60 ~ r / Er In (b / a) r is the relative permeability of the transmission medium Er is the permittivity of the transmission medium b is the outside diameter of the driver a is the diameter of the inner conductor.

Attenuation increases with frequency and we have to choose the right ones cable coaxial as a function of frequency and power requirements.
There are on the market: coaxial cables, coaxial adapters for waveguide, adapters for connecting the magnetron to the coaxial cable according to the frequency used, magnetrons with coaxial adapter for several frequencies, of the collectors and antenna-guide-magnetron couplers (US 3,334,266, 3,448 331, 3,579 282, 4,125,308, 4,672,342, 5,001443, 5,216,327 and 5,565,118).
A panoply of suppliers exists for all these components.
MB TRANSFER FROM MO CAVITY TO DISCHARGE TUBE

The transfer of electromagnetic waves from the cavity to the tube discharge can be made in a crowd of ways. Several techniques and patents were developed and put to the point: the direct pumping of the discharge tube by directly inserting the tube in the cavity longitudinally, axially, perpendicularly allowing a excitation on a multi-axis with one or more generators with control over the TOS (US 4,926,434, 5,347,530, 5,592,504, 5,606,571, 5,706,305 and 5,781,579), by the slots (US 5,224,117 and 5,538,699 and all patents of the Tadahiro team Ohmi for mention only US Pat. No. 6,829,279), in a magnetic field for the ECR ( US 4,745 337), by the geometry of the guides and cavities and the impedance matching with circuit gas recirculating or not for continuous, quasi-continuous and pulsed laser (US 5 255,282 and the patent 5,684,821, modifying the dimensions of the cavity to optimize the discharge), MAGPIE system (US 5,029,173), in MEGLO-MGU-MOU system (US 6,259,716 BI) to name only these.
By compression of the electromagnetic wave by one or more Venturis, by induction transfer coils and in this patent by reflection-compression longitudinal in slow structure or longitudinal cavity.
The impedance of transfer of the electromagnetic wave can be effected by a slot with adjustable baffle, by piston, slider, by screw, by slow structure, by single or multiple slot in simple and slow structure with adjustment in different modes TE and / or TM.

We can simplify the transfer by slots In a position perpendicular to the axis of the waveguide at an interval equal to length of the electromagnetic wave of the waveguide. Each slot emitting in phase, waves electromagnetic are linearly polarized in the axial direction of the guide wave.
At position 45 to the waveguide axis at an interval equal to the wavelength of the electromagnetic wave of the waveguide. Each individual slot emitting phase, the electromagnetic waves are polarized linearly at 45 in the direction axial waveguide.

In the even position and in opposition of 450 to the axis of the interval waveguide equal at the wavelength of the electromagnetic wave. Individual slots issue in phase and circularly polarized these electromagnetic waves.

In parallel position to the axis of the waveguide at an interval equal to the length of the electromagnetic wave of the waveguide. Each individual slot emitting phase and polarized linearly at 90 with respect to the axial direction of the guide wave.

The length of the slots is determined in correspondence with the distribution of the intensity of the electromagnetic wave making sure that the intensity is more or less like from one slit to another. The angle, the period or interval (fraction or multiple of wavelength), the shape and position of the slits thus govern the distribution and pumping the discharge tube. These slots can be designed on platelets from interchangeable printed circuit boards, on different dielectric materials such as glass or quartz, etc. The slots can also be connected with electrodes or other electrical or magnetic devices capable of modulating the field through the latter, which can also be used to ionization of an active medium.
Slots can also be designed to allow diffraction of the wave electromagnetic interference pattern pumping. This is based on technology slot antennas, for example US Pat. No. 4,825,219. FIG. 12c 10.

It should be remembered that some dielectric materials may act as windows for isolate the antenna or the generator (s) MO (US 3,101,461, 3,324,427). These Windows can be cooled US 4,458,223, 4,620,170. A benchmark patent of Lee A. Berry number US 5 466 991 deals with windows and their thicknesses for optimize the electron cyclotron resonance and indicates the appropriate mathematics for their realization by considering the refractive index of the window, its thickness and sound the refractive index for optimal transmission. US 3,594,667.

P = 4NP / (NP + Nf) 2 Nf: refractive index of the window Np: refractive index of the plasma The refractive index of the plasma is described according to:

Np = ~ (1 + n / n crit) / (B / Bo -1) Or BBo is the local magnitude ratio of the magnetic field to the window for 875 Gauss N / n ,,; t is the ratio of the density of the local plasma called density critical n,:, t = 8 * 1010 cm 3 for an MO frequency of 2.45 GHz.
Microwaves propagate in straight lines similar to light. They can to be focused and thoughtful. So, for a parabolic reflector, in positioning home transmitter, the reflected beam will be 180 degrees out of phase and spread in parallel. MOs thus obey the laws of reflection. The mirrors MO
will so have a multitude of shapes going from simple plate to form most complex such as the parabolic mirror, cylindrical whole or cut in an axe vertical or horizontal. They can be directed in cones of compression or expansion, conical, pyramidal, conical ... See Fig: 17,4.

The antennas (See Plates: 8a, b, c and d) In radio, an antenna is a device for radiating or to capture at distance electromagnetic waves in a device or station issue or reception. An electromagnetic wave is characterized by an almost continuous flow of non-mass particles, photons, associated with magnetic fields and electric. Photons have say a wave-particle duality, we can not talk about photon as a particle or concentration only at the moment of an interaction, then spread, and would reform at the time of another interaction and are despite without mass subject to gravitation, in short: they are materials according to the equation mc 2 and energy is in mass equivalence, but this goes beyond the scope of explanation for this patent.

Historically, the antenna was discovered by Popov. Its frequency band of use depends primarily on its dimensions, but also these elements. In report to the central frequency of the antenna, we can tolerate some weakening (usually 3 decibels) which determines the minimum frequency and the frequency maximum use; the difference between these two frequencies is the bandwidth.
Some antennas said multiple bands can work properly on segments discontinuous without any particular device. Others require the use of a circuit impedance adapter to work properly. Polarization of a antenna is that of the electric field E of the wave that it emits. A horizontal half wave so a horizontal polarization. Some antennas have polarization elliptical or circular (helix antenna) or a cross polarization (double-yagi whose plans are perpendicular). An antenna can not be perfectly isotropic (radiation constant in all directions). The energy radiated by an antenna is distributed unequally in space and some directions are favored: these are the lobes of radiation.
The radiation pattern of an antenna makes it possible to visualize these lobes in the three dimensions, in the horizontal plane or in the vertical plane including the most lobe powerful. (Smith scheme). The proximity and conductivity of the soil or masses conductors surrounding the antenna can have a significant influence on the form of the radiation pattern.
The shape and dimensions of an antenna are extremely variable:
a cell phone is limited to a small protrusion on the housing of the device while that the dish of the Arecibo radio telescope exceeds 300 m in diameter. We can to affirm in general, for a given frequency of use, the dimensions of a antenna will be all the greater as its gain will be high due to the use items reflectors like that of the satellite dish, for example.
The half-wave antenna or dipole, as its name suggests, has a length almost equal half of the ~ for which it was made.
The electrical length of the antenna element can be increased by inserting a coil in series with the lead wire or by adding a frame of capacitor to the end of it. (BALUN).
There are dozens of types of antennas, different in their functioning, their geometry, their technology, the most common for this patent: (US 6,109 208, 6,833 820, 6,861,985):

Loop antenna of different shapes (square, triangle, rhombus, circle...), vertical or horizontal (US 4,632,127);
Quarter-wave or monopole antenna (US 5,026,959, 5,073,167, 5,904,709, 6,294 772);
Zagi or slow wave sawtooth antenna, rectangular, rhombus, grids etc.
Antenna dipole (US 4,612,940 and 6,878,147). US Patent 3,691,338 uses a dipole with sets or modules of Gunn diodes that can act as pumping for the dielectric cavity for certain configurations;

Dielectric or surface wave antenna; (US 4,053,897 with Gunn diodes, US 4,392,039, 4,691,208, H584, composition: 5,154,973, 5,369,251, 6,026,331, 501,433, 6,538,454, 6,569,795, 6,656,864, 6,734,126 and 6,864,764). What is important to remember is: that some dielectric substances such as the ceramics and depending on their compositions will promote a transfer or a property sought according to a frequency band. The dielectric can drive MOs just as fiber optics can lead light, so we can take advantage of using drivers dielectric to deliver the MO to the desired locations (US 5,023,056).
Dielectric antenna with coating of ferrimagnetic material and winding magnetic to adjust the emission angle of the MO. (US 3,765,021).
Simple construction helical antenna with coiled wire with sections different US 4,169,267;
Highly directional UHF propeller antenna (US 5,683,382);
parabolic antenna usable above a GHz: Here, what we need hold back is that the MO can be reflected as light (US 4,342,036, with diodes US 5,994,686 and 6,312,427); It is not wrong to talk about Optics Microphone-waves.
Slotted antennas (US 4,160,145, 4,518,967 and the series of patents for laser excimer of the Tadahiro Ohmi team);
Coaxial antenna with regular slots or not "Type Leaky coaxial cable" (US 6 867,743);
Coaxial antenna (US 4,204,549, 4,658,836, 4,743,725, 4,841,988, 5,995,059, 6 356,241).

It is noted that MO can be irradiated by different devices and even focus on a tip. A good example is US Patent 6,114,676 demonstrating that one can drill or engineer concrete with a tip to the condition to fix the impedance.

For optimal operation, the impedance at the power point must be same order as the characteristic impedance of the supply line. The order of magnitude of the impedances encountered is a few tens (50 or 75 ohms for the coaxial cable) and a few hundred ohms (300 ohms for one line bifilar). Sure centimeter waves and shorter, we use waveguides. The antenna must to withstand significant transmission power because of losses or overvoltages too high that could damage it and this is where impedance matching take everything its meaning as previously discussed by the various means such as that iris, pistons, etc.
US 5,308,944).

It appears that the use of antennas introduced into a catheter for irradiate areas cancerous still offers great opportunities for possible development mainly in its field of radiation.

In the framework of this patent, we have a generator MO of diode types coupled together in phase or not or one or more magnetrons connected in phase or not in a cavity for pumping an active medium to create and develop a plasma the effect laser. The antenna must be coupled to the generator and the cavity with a minimum of losses.
We can also use "slug tuner impedance adapter: This is of a line coaxial 50 or 75 ohm split along its length, in which slides, or one, two 'quarter wave' it is split only to be able to move the parts in Teflon. Both Teflon or other dielectric parts must be in contact, on the one hand with the internal conductor and secondly with the external conductor while retaining a smooth sliding and are thus machined with the greatest possible precision.
This device adjusts the phase and magnitude. We can add several slug tuner immediately in extreme cases, but do not forget to use magnetrons stronger from to reduce internal current and prevent bad tie-ups impedance.
See Fig 8, a, b, c, d.

The cavity and the standing waves These two terms are paired, because when a wave train of any type is produced in a finite medium, it spreads until it meets the border of middle where a some fraction of the wave is reflected. If the disturbance is maintained, the middle is filling waves that propagate in one direction and the other. They overlap, to interfere to form knots and bellies. The ratio (SWR) or TOS for Rate Waves Stationary should be low in order to reduce the return of waves to generator and at the transport line, be it a guide or a coaxial line, for reduce losses and to damage the generator. There will be voltage maxima called bellies of voltage corresponding to current nodes, minimum voltage or nodes of voltage associated with current maxima (current antinodes). A cavity electromagnetic is thus a closed medium receiving here MO. A charge absorption can be inserted contributing to the impedance by absorption of waves. A
good example is the MO oven at 2450 MHz or 12.23 cm having a fixed cavity and allowing food heating by molecular vibration of the molecules water contained in the food. But also generate a plasma to create the effect inversion population in an active medium. Here, affected environments occur in three dimensions. MOs on a metal wall have a behavior similar to the visible light colliding on a mirror of silver. MOs are absorbed very effectively until the electric fields of the inter waves react very strongly with the near and free electrons of the metal. Electrons accelerated radiate electromagnetic waves at the same frequency and in phase so the MO are perfectly thoughtful. In a macroscopic way, this behavior is described over there complex dielectric constant E (w) which is the square of the index of refraction complex (El + iF-2 = (n 1 + in 2) 2). The refractive index of several metals offers a reflectivity near 100% at low frequency. The depth of penetration of wave electromagnetic wave length 7. is given by: S = 7, / 4mn2, thus, if 1

12,2 cm, la pénétration pour l'aluminium sera S= 1,2 m. Similaire à l'effet de peau.

(1) Les ondes stationnaires dans un four MO est une équation de type tridimensionnel en x, y, et z et s'exprime selon :
1 /%1~2 = 1 /%1,x2 + 1 /%1,y2 + 1 /Xz2 Les longueurs d'ondes ~.x, Xy et Xz sont déterminés par les dimensions linéaires Lx, Ly et Lz de la cavité.
Lx =1 Xx/2, Ly = m~,y/2, Lz = n 7,z/2 L,m et n sont des nombres entiers. Dans les fours commerciaux, les valeurs de L
varieront de : Lx = 28 -35 cm, Ly = 27-33 cm, et Lz =17-21 cm.
Ceci conduit aux modes en fonction de la plage de X fournit par le magnétron.
On définit la cavité avec ces indices (cavité) lmn en nombres entiers.

Une cavité en mode TMi 10 en forme de boîte aura les dimensions définies selon :
2nF/c = ((Mn/a)2 + (Nn/b)z + Pic/d)2)0.5 M, N, P représente l'ordre du mode souscrit soit 1,1 et 0 donc TMiio. La fréquence F est la fréquence MO soit disons 2,45 GHz. Les paramètres a, b et d représentent les dimensions internes de la cavité. Par calculs d'essais et erreurs, on peut sélectionner différentes valeurs des paramètres a, b et d , on peut donc établir ces dimensions pour supporter le mode TMtto à la bonne fréquence. La fixation des dimensions de cavité sera réalisée lors des conceptions. Une cavité devra être au moins plus grande que 1/2;~. Les dimensions peuvent aussi être ajustées selon la fréquence de résonance.

Selon un point observé, les vibrations produites par les différentes ondes s'additionnent ou se compensent de manière partielle ou totale, ce qui provoque à des emplacements définis et fixes leur neutralisation mutuelle (endroits appelés noeuds : les vibrations transmutent ou leur addition (ventres) : les vibrations sont amplifiées et maximales. La distance séparant un ventre du noeud le plus proche égale la moitié de la longueur d'onde dans la cavité. Afin de distribuer d'une façon homogène l'énergie MO, les fours ont recours aux dimensions de la cavité en rapport au point d'entrée, par déplacement de l'antenne à l'intérieur de la cavité telle qu'aux brevets US 3 961 152 et 4 002 943 traitant de la pénétration de l'antenne permettant de ce fait à la cavité d'être ajustable, par variation des parois l'emplacement ou bien par effet piézo-électrique (US 3 471 811) , par mélangeur de modes, car il faut garder à l'esprit que sans mélange il existe des zones de champ magnétique pures et des zones de champ électrique pures. Ces zones ont des comportements différents selon l'utilisation comme on peut le constater au brevet US 6 365 885 pour fusionner des poudres métalliques. Il faut garder également à
l'esprit que les dimensions d'une cavité sont tributaires de la dilatation thermique et de ce fait dépendantes de la température : le brevet US 4 488 132 traite de l'utilisation de surfaces bi et tri métalliques pour compenser la variation du volume par dilatation thermique affectant directement la fréquence de résonance de cette dernière. Le refroidissement prend donc toute sa raison pour homogénéiser le pompage.
L'adaptation d'impédance doit demeurer une variable impérative à contrôler.
Lorsque le rapport d'onde stationnaire SWR ou TOS en haute fréquence est bas, un maximum de puissance peut être obtenu d'un magnétron. En réduisant ainsi le rapport SWR, l'efficacité de la source s'accroît. Tandis qu'un taux de SWR élevé causera la détérioration rapide du magnétron. Une façon directe vue précédemment est d'utiliser un absorbant tel que du plâtre de paris avec du carbone. Une façon indirecte est d'utiliser différents dispositifs modifiant la polarisation de l'onde pour éviter le retour au(x) générateur(s) tel que les fentes, les fentes croisées, le coupleur hybride 3 dB à quatre voies, le circulateur à trois voies, la jonction tourniquet, les iris, les plaques ferreuses ou en ferrites avec aimants ou les gyrators créant un effet diode dans un sens et non dans l'autre, les lames diélectriques, la résonance gyromagnétique, l'interruption à arc DC ou à
décharge agissant de miroir, les diodes qui activées laisseront passer les MO
sans atténuation tandis qu'en renverse pratiquement rien ne passera, tiges, pistons (E-H-Tuner), photoconducteurs et de nombreux autres indiqués au volet guides diélectriques.
Les propriétés électromagnétiques des matériaux sont définies à partir de deux paramètres constitutifs : la permittivité E, qui traduit la réaction du milieu face à une excitation électrique (champ E de l'onde électromagnétique) et la perméabilité
., qui décrit le comportement du matériau vis à vis d'une excitation magnétique ( champ H de l'onde électromagnétique).

Une charge perturbe l'espace environnant et génère un champ électrique E. A ce champ, on associe une induction électrique qui est un vecteur indépendant du milieu.
La loi de Champ et induction magnétique :

B= .H
est la perméabilité magnétique H est le champ magnétique B est l'induction magnétique Celle-ci définie qu'une charge en mouvement à une vitesse donnée va créer un champ magnétique H. Si une charge q arrive dans un tel champ magnétique avec une vitesse v, elle sera soumise à une force dirigée perpendiculairement à v et à B suivant la règle dite des trois doigts du bonhomme d'Ampère. La loi de la conservation de l'électricité, qui définit que si dans un espace donné, il existe des charges électriques fixes et en mouvement, les premières se traduisent par une densité de charge et les secondes par une densité de courant. Ces deux grandeurs varieront d'un point à l'autre de l'espace, et dans le temps. La loi de l'onde électromagnétique qui découle des équations de Maxwell qui se résument à l'onde électromagnétique, c'est-à-dire, un champ électrique et un champ magnétique associés, se propagent dans l'espace et variant dans le temps.
Cette théorie classique du champ électromagnétique fixée en 1860 par Maxwell qui compléta les travaux d'Ampères et de Faraday. Ces équations de Maxwell se définissent par quatre lois ; celle de Gauss qui indique que le flux électrique sortant d'une surface fermée est 4,T
fois la charge électrique totale à l'intérieur de la surface, la deuxième , la loi d'induction de Faraday qui indique que la circulation d'un champ électrique le long d'un contour fermé ou FEM, est proportionnelle à la dérivée temporelle du flux magnétique à
travers une surface ceinturée par ce contour qui trouve ses explications par la loi de Lenz qui stipule qu'un courant électrique générant un champ magnétique s'oppose à la variation du flux magnétique. La troisième indique que le flux magnétique sortant d'une surface fermée est toujours nul et finalement la loi d'Ampères qui indique que la circulation d'un champ magnétique le long d'un contour fermé est proportionnelle au courant électrique passant au travers du contour et au courant de déplacement. La loi de conditions aux limites indique que l'onde se propage en traversant des milieux de natures différents se modifiera en passant d'un milieu à l'autre puis la notion de champ macroscopique.

Une onde ne pénètre pratiquement pas dans un conducteur. Un diélectrique parfait offrirait une conductivité nulle et ne contiendrait ni charges libres, ni courant de conduction. En général, un corps donné est plus ou moins conducteur et plus ou moins diélectrique, selon la fréquence. Un modèle purement classique d'explication est le modèle de Drude en considérant l'atome comme un oscillateur ou comme un ensemble d'oscillateurs.

La propagation libre d'une onde, à partir des équations de Maxwell nous conduit aux notions d'impédance du milieu et cette onde sera plus ou mois atténuée ou plus ou moins absorbée, par le milieu de propagation. Cette onde transporte selon le théorème de Poynting une puissance qui se dégrade en chaleur et/ou ionisation dans les diélectriques à
perte, ce qui nous conduit aux applications énergétiques des micro-ondes. En effet, le coefficient de transmission d'une onde à la jonction de deux guides dépend du mode particulier qui s'y propage sans négliger la Loi d'Huygens et les Lois de diffraction." il faut garder à l'esprit que plus la fréquence est élevée moins la diffraction classique est possible ".

On peut ainsi tirer avantage par l'utilisation de différentes matières telles que les différentes familles : les poly-fers, les ferrites et leurs caractéristiques telles que leur température Curie, leur saturation magnétique, l'anisotropie engendrant la non réciprocité
de la propagation.

Les ferrites sont utilisées dans les circuits MO, où ils sont à la base de dispositifs qui affectent la polarisation ou le sens de propagation nécessitant une grande perméabilité
magnétique sans que des courants de Foucault soient induits. Des ferrites sont utilisées comme isolateur de charge, comme variateur de phase, d'atténuateurs, de modulateurs et d'interrupteurs. Les propriétés magnétiques de tout matériel sont le résultat du mouvement des électrons avec les atomes du matériel. L'électron possède deux types de mouvement, le mouvement orbital de l'électron entre le noyau de l'atome et le mouvement de l'électron sur son axe appelé le spin. C'est de ce dernier que les propriétés magnétiques sont générées. Dans un champ magnétique statique, les électrons de la ferrite auront tendance à aligner leurs axes avec cette nouvelle force et génère une fréquence de vacillation ou de dandinement "Wobble Frequency" et variera en fonction du champ appliqué. Un atténuateur en ferrite peut atténuer une fréquence particulière MO
et laisser les autres passées sans être affectées. Cela peut être réalisé en plaçant une pièce de ferrite à l'intérieur centre d'un guide d'onde. Un isolateur de ferrite quant à lui laissera passer une énergie MO dans un sens, mais bloquera l'énergie dans le guide dans l'autre sens. En plaçant la ferrite décentrée dans le guide. Un variateur de phase, lorsque l'énergie MO passe à travers une pièce en ferrite dans un champ magnétique, si la fréquence des MO est plus grande que la fréquence de vacillation, le plan de polarisation du front d'onde aura une rotation. (Effet de rotation Faraday). Le taux de rotation sera fonction de la longueur de la tige de ferrite, la direction dépendra du sens de rotation du champ magnétique et pourra être inversé en renversant le champ magnétique.

Tous ces phénomènes nous conduisent au champ d'exploration de la fabrication d'atténuateurs, d'isolateurs, de modificateur de phases de fenêtres, de lentille et de prismes. La modification de la constante diélectrique de certains milieux par un champ électrique ou magnétique sous laquelle ce dernier est soumit permettant une rotation de phase de sa vélocité de phase, une modification de réactance ou une atténuation permettant certaines opérations et la protection du générateur.
Les ondes déci et centimétriques et hyperfréquences ont les caractéristiques que plus la fréquence augmente, plus leurs comportements s'apparentent aux Lois de la physique Optique (réflexion, réfraction, presque que la diffraction, polarisation ...), nous conduisant directement au fait que la forme, la composition et les dimensions d'une cavité peut jouer un rôle extrêmement important pour le pompage optimum d'un Laser (US 5 684 821). Ce concept étant employé directement aux deux premières configurations de ce brevet.

Nous avons vu précédemment que le couplage des MO et l'arrimage d'impédance peut s'effectuer au contrôle même du magnétron, par des dispositifs dans les guides diélectriques ou guides d'ondes, par dispositifs sur des lignes coaxiales, par configuration d'antennes diverses, par la géométrie, le volume et caractéristiques de la cavité, par l'ajout de charges absorbantes ainsi que la polarisation afin d'améliorer le transfert et de réduire le retour aux générateurs pour accroître la durée de vie du dispositif. Certains chapitres seront repris plus précisément dans le sommaire descriptif afin de concrétiser davantage les explications en maintenant le cap sur l'invention. Une certaine analogie peut se décrire comme un système en résonance, cette résonance s'équilibre par transformation, transmutation et le transfert maximum se fait dans cette résonance. Un violon mis à part son amplificateur entre en résonance et émet un son avec une tonalité
tributaire de sa cavité.
Le volume d'une cavité peut aussi être modifié en utilisant une décharge dans un tube qui par ionisation fera réfléchir les MO (US 2 810 830). L'ionisation de l'interrupteur peut s'effectuer par décharge AC, DC, RF, BF, MF, HF et MO, par laser (US 5 148 129) avec des plaques semi-conductrices et lumières (US 5 159 295) avec des chicanes électroniques ou milieu diélectrique variable (US 5 689 262 et 5 847 672) et par diodes (vues précédemment). Ce que l'on doit retenir ici, est que les ondes électromagnétiques peuvent être réfléchies en ionisant un gaz et on observe ce phénomène à la surface et dans l'ionosphère de notre Terre par les ondes radio. Ce concept étant employé aux configurations de confinement électromagnétique-plasmatique. (Voir au descriptif de l'invention).

Certaines données relatives et mathématiques à la physique des ondes, des micro-ondes, des lasers seront prises comme acquises suivant les règles de l'art et ne font pas parties des explications afin d'en alléger les textes et la clarté.

La cavité MO (Voir planche : 9) L'utilisation de la cavité électromagnétique pour pomper un laser a vu dans les récentes années certains développements tels que démontrés dans les configurations lampes et lasers. Certains de ces lasers seront décrits plus loin dans ce chapitre.
Ce brevet s'orientera dans un premier temps au pompage de tube laser pour générer un plasma dans des cavités elliptiques pour des raisons de concentration des intensités des champs électriques ou magnétiques au (x) foyer (s) de la cavité. Ce qui n'a jamais été
utilisé à ce jour pour pomper des lasers. Dès 1947, une cavité similaire fut réalisée par Arnold E. Bower pour le compte de la firme Bell Téléphone Laboratories Incorporated.
Cette cavité agissait d'oscillateur, d'amplificateur, de modulateur et de détecteur pour les hautes fréquences US 2 428 780.

Une cavité résonnante hyperfréquence est un volume vide (ou rempli d'un diélectrique tel que l'air) fermé par des parois conductrices. La forme et les dimensions en déterminent sa fréquence de résonance. Il peut s'établir des ondes électromagnétiques stationnaires (selon certains modes) pour certaines valeurs de fréquences (fréquences de résonance).
Les cavités sont utilisées comme filtre ou monochromateur ou encore comme un moyen de stockage de l'énergie électromagnétique. Les modes d'opération dans une cavité sont décrits en terme XYZ, le premier terme décrira le nombre de demi-longueurs d'onde en X, le nombre de demi-longueurs d'onde en Y, et ainsi de suite. Les principes d'utilisation des sondes, des boucles et des fentes sont valables tant dans les guides que dans les cavités pour injecter ou extraire de l'énergie. On peut varier la fréquence de résonance d'une cavité en changeant l'un des trois paramètres suivants : le volume peut être modifié
par un plongeur avec une chicane mobile à vis, si le volume décroît, la fréquence de résonance sera plus élevée ainsi si le volume s'accroît, la fréquence de résonance décroîtra. Par ajustement de la capacitance par une vis plongeuse dans la région maximale des lignes E. Si le plongeur entre et la distance d décroît la capacitance s'accroîtra. L'accroissement de la capacitance fera de décroître la fréquence de résonance.

L'ajustement de l'inductance se réalise en plaçant une vis ou tige dans la zone des lignes H maximum. Le changement des lignes H induit un courant dans la vis en permettant un ajustement de champ H opposé et de cette façon réduira l'inductance. La réduction d'inductance en plongeant la tige non magnétique accroîtra la fréquence de résonance.
Non seulement, on peut contrôler une cavité par la température de sa surface telle qu'utilisée principalement dans les fours MO mais aussi utiliser une antenne de réception relié à une diode et le signal est envoyé au contrôleur US 4 700 127.
Référence au chapitre précédent sur la cavité et les ondes stationnaires.
Le traçage d'ellipse Une ellipse peut être vue comme un cercle écrasé sur un axe créant ainsi une division du centre en deux foyers respectifs sur l'axe principale (majeure). La méthode de traçage s'effectue à partir d'une ficelle attachée sur chacun des foyers et on trace le périmètre avec cette corde tendue avec la pointe du crayon. La longueur de la corde offre l'excentricité ~ = FF, /PA.
La surface peut se calculer selon : Surface =n/4 Dd ou 7t ab. Figure : 5.
Les rapports d'ellipse pour une ellipse de 600 = Ra 1:1.15, de 45 = Ra 1:1.41, de 3 50 _ Ra 1 :1.74, de 250 = Ra 1 :2.37. Tous ces rapports de résument comme D = d. Ra et pour un cercle 1:1. Le rapport Da Vinci : 1.618 (provenant du roman: Da Vinci Code, c'est un chiffre utilisé depuis l'Antiquité qui est appelé. "Divine ratio" qui procure une ellipse équilibrée pour cette application. L'ellipse est donc un cercle écrasé
divisant en deux le foyer sur un axe longitudinal. Ainsi par un dispositif de compression ou d'étirement de la paroi, on peut modifier ses caractéristiques focales pour certaines applications.
La distance idéale entre les foyers et l'extrémité du périmètre sur l'axe majeur sera :
Irésonance/4. Je me dois donc d'inscrire l'aspect de foyer géométrique en rapport au foyer ou position idéale du ou des tubes en rapport à la réflexion optimale des ondes électromagnétiques conduisant à des ajustements de position pouvant être effectués afin de placer le tube plasma ou l'antenne dans les positions idéales ainsi que la forme de la cavité pouvant être modifiée pour accroître ou modifier l'ellipse tout en réduisant le nombre de réflexion pour atteindre le ou les foyer(s) convoité (s) de la cavité (US 4 483 007). Figure Ib et Figure : 10X.
On peut également envisagé l'installation de plusieurs tubes dans la région du ou des foyers au lieu de la configuration Tandem ce qui nécessiterait des optiques adaptées.
Un avantage certain de cette configuration est que peu importe l'endroit d'introduction de l'énergie par antennes, diodes en série en fréquence LSA (Limited Space-charge Accumulation US 6 198 760), par magnétrons ou autres cette dernière sera transmise à
l'autre foyer ou bien aux deux foyers de la cavité par constriction des champs et\ou par réflexion de l'onde électromagnétique par et sur les parois de la cavité avec une puissance permettant le pompage. (US 2 543 053, 3 179 898, 4 006 431, 5 954 882).
Un laser solide fut développé pour accroître la fréquence des pulses par rotation du médium actif (US 5 172 388). Un autre brevet traite d'une cavité elliptique simple ou multiple pour le traitement de bois ou matériaux linéaires (US 6 863 773).
La cavité elliptique peut être simple ou multiple (US 3 634 777). Figure : 9.
La cavité peut aussi être circulaire avec un réflecteur ellipsoïde (US 3 668 546, 3 893 754). Ici, on exploite l'idée de réflexion des ondes par des miroirs courbes.
La cavité peut être de type structure lente ou périodique. Cette structure permet aux ondes de transférer dans une cavité séparée de façon régulière ainsi permettrait une certaine homogénéisation de distribution des ondes électromagnétiques de se transférer à l'aide d'orifice, de fentes...

Structure périodique d'onde lente (Voir Planche : 12 e -22) Le brevet de référence US 5 412 684 délivré le 2 mai 1995 à l'équipe de LaVerne A.
Schlie pour le compte de Fusion Systems Corp.

Traite d'un laser à vapeur métallique et gaz rares et espèces non métalliques capables d'être vaporisées et générer une inversion de population avec l'aide d'une source excitatrice aux MO avec une structure dite d'onde lente. Ce dernier discute du rapport E/N et du gradient de température paroi-centre.

Les lentilles HF ou MO (Voir Planche : 17) Comme nous l'avons vu tout au long du mémoire descriptif, les MO ou HF étant des ondes électromagnétiques, elles se comportent donc de la même façon que la lumière à
quelques exceptions près (surtout en diffraction).

Ces ondes peuvent se propager dans différents milieux, la célérité V sera plus petite que c ainsi cette variation de vitesse d'un milieu vers un autre générera la réfraction. Le rayon réfracté est dans le plan d'incidence et il y a un rapport constant entre le sinus des angles d'incidence et de réfraction. On peut donc générer des prismes (US 4 415 871), des fenêtres et finalement des lentilles de type Fresnel, des lentilles convergentes et divergentes. Il faut garder à l'esprit qu'ici nous sommes dans le cadre de longueur d'onde de 1 mm à 1 mètre (12,23 cm).

La Loi de Snell's : nl sin 0 1 = n2 sin 02. C'est la loi responsable de la focalisation d'une lentille et du changement de direction d'une onde électromagnétique.
v= c/ n ainsi le nombre n communément appelé l'indice de réfraction est le rapport de la vitesse de l'onde électromagnétique dans le vide sur la vitesse dans la matière.

Les ondes électromagnétiques se composent d'un champ E et d'un champ H pouvant se déplacer dans un milieu (une partie sera transmise et l'autre sera absorbée) ou dans le vide au même titre que les ondes Radio et en respectent également les Lois de Clerk Maxwell (1831-1879). Les MO sont affectées par le milieu électromagnétique, elles peuvent s'orienter, converger, diffuser dans un champ électrique ou dans des matières modifiant les champs E ou H comme les différentes ferrites. Elles peuvent être soumises à des conditions telles que la résonance cyclotronique, elles peuvent être confinées dans une région ou zone donnée.
L'intensité de la radiation transmise à travers une épaisseur (X) d'un matériel homogène se décrit par la Loi de Lambert : I= Io exp (ocX) ou Io est l'intensité de la radiation érnise et a le coefficient d'absorption du matériel. Plus le matériel sera épais moins l'intensité
transmise sera grande. Le facteur de transmission sera : T = I/Io soit T = exp (-ocX).
Chaque matériel est transparent différemment selon la longueur d'onde ainsi le coefficient d'absorption oc sera fonction de la longueur d'ondecc'J~.

Nous avons vu antérieurement que des chicanes dans un guide peuvent agir comme condensateurs, de bobines, des cannelures ou cavités, de fentes, d'iris ou autres dispositifs ajoutés à un guide ou en espace libre peuvent agir de circuit LC.
Figure : 17,1.
Lorsque les inductances et capacitances sont proportionnelles :

Lo/Co =Lo+LI/Co+CI etZl =Z2 Le médium résultant est réfractif aux ondes électromagnétiques et en même temps il n'introduira pas de pertes par réflexion aux abords du médium sans charge et du médium en charge ou en d'autres termes : l'impédance de l'onde du médium avec charge est égal à l'impédance du médium sans charge (ou en espace libre) il n'y aura pas de pertes par réflexion à l'onde passant à travers cette frontière entre les deux médiums.
La vitesse de propagation du médium avec charge est différente du milieu en espace libre ainsi on peut construire des lentilles, des prismes qui auront les propriétés de focalisation, de diffusion ou de réfraction des ondes électromagnétiques à des longueurs d'onde donnée sans perte significative par réflexion. Cela agit en quelque sorte comme des cristaux diélectriques.
Par contre, leur conception est complexe et dispendieuse et je vais m'en tenir plutôt aux lentilles de type perméabilité. Figure : 17,2 et 5.

L'application de ces dispositifs tridimensionnels peut générer des lentilles d'ondes semblables aux lentilles de verre par jeux de perméabilité et d'absorbance, selon le coefficient d'absorption et par la réfraction. La vitesse de propagation des ondes dans un milieu perméable se comporte selon :

v0/v I = ~ r Er vo est la vitesse des ondes en espace libre, vl est la vitesse des ondes dans le milieu perméable r est la perméabilité relative du milieu Er est la constante diélectrique relative du milieu.

La mousse de polystyrène sous forme de lentille plano-convexe agit ainsi comme une lentille pour ondes électromagnétiques par son indice de perméabilité plus grand que 1 ainsi la forme convexe peut agir en focalisant les ondes vers un foyer. (US 2 747 184).
D'autres substances à constante diélectrique élevée telles que les céramiques de CaTiO3, SrTiO3, BaO-Nd2O3-TiO2, BaTiO3, ZnO, verres en poudre et ferrites combinées avec des liants telles que les résines époxyques, uréthanes, phénoliques, mélamines, de silicones thermoplastiques, de polyesters insaturés et les résines thermoplastiques telles que polypropylène, polystyrène, polybutylène tériphtalate et autres ainsi que différents caoutchoucs... Les différentes concentrations, les différents mélanges, les formes des moulages, les densités, la perméabilité résultante et la constante diélectrique résultante agissent pour créer des lentilles avec des fonctions diverses (US 4 482 513 , 5 154 973, 6 424 318 et 6 660 193). Fig : 17, 3, 6 7 et 8.

Il faut également garder à l'esprit l'aspect des miroirs courbes métalliques, diélectriques ou gazeuses peuvent agir également de focalisation ou de dispersion dans le cadre de ce brevet.

Contrôle du gaz (Voir Planche 14 : a, b, c et d) Ce brevet traite principalement de laser à gaz et de technologie MO, bien que n'étant pas d'actualité, ces derniers de part leurs puissances, leurs configurations, les propriétés intrinsèques et leurs caractéristiques qu'ils possèdent continueront à
s'imposer dans de nombreux domaines.

Ce brevet s'orientant plutôt vers des lasers de moyenne puissance < 100 Watts continus (CW). Je devrai ignorer les aspects relatifs aux lasers à gaz avec re-circulation de gaz principalement les excimères et moléculaires bien que certains médiums actifs dans ces deux catégories peuvent également fonctionner en milieu clos et fermé (sans re-circulation) et donc pas exclu totalement sauf que ces derniers requièrent une purification ou un changement de gaz pour optimiser leur fonctionnement. Pour un laser dit en vase clos. Une des pistes utilisées est la conductivité des gaz avec un pont de résistance pour contrôler les valves d'admission avec un ampli opérationnel ou bien par mesure optique ou thermistor ou élément électronique à l'intérieur même du laser. La conductivité
thermique de l'hélium est 1.5. 10' Wm 1K-1, celle du Néon 4.9.106Wm"1K-1, celle du Fluor 2.8.106 Wm 1K"1 et ainsi de suite. Ces valeurs sont compilées dans les livres de main de physique.
Dans le cas de laser vapeur métal, l'hélium était absorbé lors de la condensation du métal dans la région de la cathode par cataphorèse et le palliatif était de chauffer la cathode pour fondre le métal pour modifier la cristallisation pour en libérer l'hélium.

Depuis l'invention de l'ampoule électrique, l'homme n'a pas cessé d'innover dans le contrôle du gaz à l'intérieur d'une enceinte de matière transparente tel que le verre, le quartz et autres. Certains gaz diffusent à travers la membrane de l'enceinte ou est absorbé
par les métaux lors des condensations ou par les électrodes changeant la pression partielle ou totale du gaz ou de son mélange changeant ses propriétés intrinsèques voir même son fonctionnement. C'est la durée de vie de l'appareil. L'hélium est un bon exemple où un défaut peut être mis à profit sans omettre l'Argon qui se perd par absorption ou trappe des molécules à la cathode, par combinaisons chimiques ou physiques (avec l'arc électrique) et/ou par échange partiel par diffusion dans les enceintes et parois, car l'Argon est un gaz rare et ses ions peuvent être captés. La pression devant être maintenue constante et dans des limites acceptables plusieurs dispositifs furent mis au point avec les années. Lorsque la pression des ions d'argon baisse, la pression du tube laser baisse. On peut vérifier cette perte de pression en vérifiant le voltage d'ionisation entre les électrodes et ce voltage baissera au fur et à mesure que la pression baissera. S'il n'y a pas de compensation, le laser deviendra instable jusqu'au point de cessation d'émission. La quantité
de gaz injecté
doit être très précise et la pression est en relation directe avec la conception du bloc d'alimentation.
L'idée première fut de coupler le tube avec un gros réservoir ou de ceinturer ce dernier par un réservoir haute pression pour en accroître la durée de vie et ce dispositif fut mis à
profit pour les lasers He-Ne et He-Cd.
Une autre approche fut de recouvrir le tube de verre avec du cuivre, de l'Or, de l'Argent, du Nickel et d'alliages variables par déposition sous vide pour en réduire la transmission de l'hélium et l'introduction de vapeur d'eau par les interstices microscopiques du verre qui se transforme en oxygène requérant un absorbeur en composé de Baryum et la dégradation par l'hydrogène des miroirs diélectriques. L'utilisation de verre pour fabriquer le tube aussi bien que le recouvrir par ce type de verre à faible diffusion d'hélium tel que le RZ-2 contenant du cuivre de la Firme Owens-Illinois Inc.
Cette configuration conduit à l'idée d'utiliser directement des tubes avec ces verres spéciaux ou recouverts ou bien de métal pour certaines configurations qui seront développées dans ce brevet principalement dans le chapitre du confinement. Ce principe offre également l'avantage d'uniformiser les gradients thermiques (US 4 277 761). Une autre approche pour réduire la diffusion de l'hélium fut l'utilisation du recouvrement du tube de quartz avec du MgO, du Sn02 du Zr02, d'A1203 ou Be02.
L'un des premiers mécanismes mis au point pour l'introduction de gaz fut mis au point pour emplir à nouveau les tubes R-X. Un réservoir de gaz avec une valve d'argile et graphite obstruant un capillaire contenant du Hg. Lorsque le tube requiert un remplissage à partir du réservoir annexé à cet effet, le mercure est aspiré du capillaire intérieur au réservoir permettant le gaz de diffuser à travers cette paroi poreuse reliée à
l'ampoule.
Opération manuelle (US 1 025 635).

Une opération automatique a vu le jour en utilisant une valve d'alimentation en Bismuth qui se liquéfie en libérant un plongeur dans une enceinte magnétir libérant le cône de graphite poreux au gaz lorsque le courant dans le tube augmente (I R, car si la résistance augmente le courant augmentera et alimentera l'élément chauffant pour fondre le bismuth et le bobinage magnétique pour libérer le cône de graphite (US 2 009 218).

Plusieurs dispositifs avec bain de mercure furent également développés, mais ici dans le cadre de ce brevet l'utilisation de Hg n'est pas une solution adéquate vu sa haute pression de vapeur. (US 2 374 531). Cette solution serait valable pour les lasers contenant du Hg.
Puis nous arrivons aux joints d'étanchéité en Gallium. Ce métal devenant liquide à 29,75 C a une pression de vapeur faible et peut remplacer le Hg dans ces dispositifs et c'est un agent pouvant mouiller et de s'adhérer au verre en surface douce et pas les surfaces rugueuses frittées, traitées à l'acide ou sablées. L'opération d'ouverture est effectuée par un champ magnétique sur une bille ou une valve à piston entre deux zones de surfaces douces et rugueuses et une augmentation de température pour la fusion du Gallium afin de libérer l'obstacle (US 2 771 900, 2 942 615). Là ou le bas blesse est dans la rapidité
d'exécution.

Les membranes semi-perméables entre deux zones de haute et basse pression.
L'Hydrogène se diffusera à travers une membrane de nickel, platine, molybdène, cuivre, fer, aluminium, palladium ou de dioxyde de silice ; L'oxygène quant à lui diffusera à
travers une membrane d'argent, nickel ou de cuivre ; L'azote diffusera à
travers une membrane de molybdène, de fer, de chrome ; le CO diffusera à travers une membrane de fer ou de nickel. L'Hélium et le Néon diffuseront à travers une membrane de quartz-fondu. Le taux de diffusion sera accéléré en fonction de la température.
Ainsi, le dispositif sera une membrane dans une enceinte chauffée et l'élément de chauffage sera contrôlé par un élément actif ou passif à l'intérieur du tube laser (US 3 104 960).

Le principe de la valve au Zéolithe ou à l'Alumine activée fonctionne selon que le chauffage modifie la perméabilité d'un zéolithe et laisse ainsi passer un gaz d'une zone haute pression vers la basse pression (US 3 270 756).

Un dispositif simple est une enceinte contenant des capsules de gaz d'Argon ou de Krypton ou mélanges, Hélium ou Néon ou mélange qu'on brise manuellement avec une vis à vis chaque capsule. Ce dispositif fut utilisé dans certains lasers He-Cd (US 3 397 819).

La structure de valve d'Indium ou de Gallium, voir même de l'étain, par l'obstruction d'un capillaire par fusion à l'aide d'un élément chauffant, ainsi, le métal liquide permet le gaz (Argon) de diffuser en barbotant et d'entrer dans l'enceinte basse pression et une fois solidifier par refroidissement, re-devient étanche (US 3 528 449, 3 641 385).

La valve à diaphragme contenant deux petites conduites qui permet la libération d'un volume restreint dès l'ouverture afin de quantifier une petite quantité de gaz vers le tube laser (US 4 070 004).

Un système à deux valves avec disque d'élastomère en Viton et plongeur libérant une quantité de gaz dans une chambre de dimension donnée venant du réservoir haute pression puis fermeture et ouverture de l'autre valve pour l'admission du volume de gaz contenu dans sa propre chambre pour alimenter le capillaire ou le tube laser.
Les matériaux sont résistants à la température de nettoyage 400 C et à la pression de vidange lors de la conception du tube soit 10-7 torr (US 4 683 575 de la Firme Spectra-Physics).

Il y a trois conditions à respecter pour l'installation de valve d'admission de gaz pour un laser : la valve doit avoir une perte négligeable lorsqu'elle est fermée pour l'entreposage.
La valve doit avoir un cycle d'opération de plus de 1 000 cycles de position ouverte et fermée sans dégradation ou faille et sans perte. Ces valves doivent avoir un cycle de fermeture et d'ouverture extrêmement rapide lors de l'utilisation d'une seule valve. Dans le cas d'utilisation de deux valves, cette réquisition est moindre d'importance. La difficulté de l'utilisation de deux valves, décrit précédemment est la correspondance d'ouverture et de fermeture par un mécanisme accroissant son coût et le risque de brisure.
Ceci a occasionné l'invention d'utiliser une seule valve et de remplacer la deuxième valve par un capillaire de diamètre intérieur de 5 /1 000 de pouce. Ce capillaire a une constante de diffusion plus longue que l'intervalle durant que la valve s'ouvre sur le réservoir de gaz haute pression. Le volume d'introduction se remplit sur le cycle d'ouverture extrêmement rapide de la valve et sans risque et la diffusion se produit lentement dans le tube laser. Ce capillaire peut se salir et il rend difficile le nettoyage initial tout en indiquant une fuite du laser et risque d'introduire des impuretés dans le laser. La firme produisant ce type de valve est :"Allied Control Co.Inc Plantsville Conn USA. C'est pourquoi la valve suivante fut inventée. Elle comporte une chambre de réception du gaz, un orifice d'environ 10 à 15 microns offrant la constante de diffusion plus longue que l'intervalle d'ouverture soit 5 millième de seconde. Le siège de la valve est en élastomère CALRES de la firme DuPont et peut supporter 1000 cycles d'ouverture et de fermeture. Différentes configurations ON-OFF et de temps de fermeture passant de 20 millièmes de seconde dans la version 1 à 1 millième de seconde dans la version 2. (US
4 815 100, 4 846 440 et 5 025 952 de la Firme Spectra-Physics).

Une approche non mécanique utilise un autre type de valve avec un plongeur en Ag et du AgCl qui devient liquide à 455 C en mouillant bien l'argent métallique et laisse entrer le gaz puis une deuxième chambre puis vers le tube laser. Lors du refroidissement, le matériel fondu reprend sa place par tension superficielle. Cette configuration a des similitudes avec celles d'indium, de Gallium ou d'étain précédent (US 4 949 742 de Spectra-Physics).

Une autre approche utilise une ou deux valves solénoïde qui s'ouvre (en comparant le courant ou pression par mesure indirecte par le voltage entre les électrodes) vers le réservoir de gaz permettant un matériel absorbeur de capter le gaz dans un volume donné, puis le gaz franchit la deuxième valve pour se retrouver dans le laser. Un exemple de matériel absorbant est de l'acier inoxydable de nature poreuse agglomérée. (US

491).

Une autre approche non mécanique utilise pour régulariser la pression dans un laser par chauffage ou refroidissement d'un réservoir contenant du charbon actif ou du silicate aluminé, du gel de silice, tamis moléculaire de type 4A, 5A et 13X de Linde Division de Union Carbide Corporation ou autres substances ayant des caractéristiques d'absorption et adsorption dépendantes de la température de 0 C à 25 C. Elles auront comme caractéristiques également d'attirer les saletés, gaz organiques pouvant nuire aux fenêtres en quartz cristallin. Utilisation de TEC. Cette approche se prêterait bien au MO (US 4 689 796). Une véritable référence sur ces tamis moléculaires mis à part les fournisseurs est le brevet US 2 882 244 traitant des absorptions de différentes substances gazeuses. La firme Coherent a développé la pompe cryogénique miniature pour introduire le gaz (US 4 674 092).

La compensation des pertes d'hydrogène d'un tube TR par un pont de résistances de type Wheatstone (largement utilisé en industrie) dont l'une des résistances (thermistor dont sa résistance varie avec la température) est dans le réservoir et sensible agit d'élément sensible indirectement à la pression avec un ampli opérationnel DC à large gain de comparaison pour alimenter un élément chauffant sur une fenêtre de Palladium qui est perméable en fonction de la température à l'hydrogène lors du dérèglement d'équilibre du pont de résistances. Ce processus ressemble à la variabilité de perméabilité
d'une membrane de quartz ou silice fondue pour permettre le passage de l'hélium. (US

086). On ne doit pas négliger également la porosité variable du platine, du palladium, du platine iridium, du nickel et du fer en fonction de la température. Cette option conduit a un système résistant au procédé de chauffage de décontamination du tube à 500 C
pendant deux heures et permettant un contrôle parfait sur la quantité de gaz introduit dans le tube d'une façon régulière et automatique. Le taux de diffusion du gaz à
travers une membrane est tributaire des pressions des deux côtés, du type de matériel (verre, quartz, céramique ou métal dépendamment du gaz, généralement en quartz ou silice fondue pour les gaz nobles voir Vacuum Techniques par Saul Dushman de la maison John Wiley and Sons), de la température, de son épaisseur et de la surface exposée. Le système de chauffage de la membrane peut être de type manuel continu, sporadique ou automatique.
Pour le système automatique de correction de pression, on utilise le voltage inter-électrodes qui s'accroît lorsque la pression diminue dans la cavité. Ce voltage est appliqué à un côté du pont de résistances en se comparant à une source de référence ajustée par un rhéostat et avec un choix judicieux des valeurs de résistances on peut contrôler en amplifiant cette erreur de signal à l'élément chauffant la membrane. Ainsi, l'énergie thermique appliquée régularisera le taux de diffusion du réservoir haute pression vers la cavité. Le quartz offre l'avantage d'un taux de diffusion proportionnel à
la température. Un autre dispositif utilise plutôt son côté diélectrique dont le taux de diffusion varie en fonction de l'amplitude du champ électrique appliqué par des électrodes d'argent déposé par couche mince sur chaque côté. Le diélectrique peut être composé de verre, de quartz ou de céramique. Une autre technique utilise plutôt la variation du taux de diffusion en relation avec la force mécanique alternative appliquée sur les parois par un élément piézoélectrique de type flexible bimorphe, la membrane est en cuivre électrolytique et l'amplificateur envoi le signal à un oscillateur puis aux éléments piézoélectriques (US 3 876 957).

Une autre approche utilise un élément de mesure de pression genre Pirani directement dans une zone protégée de la décharge. Un réservoir utilise une membrane de quartz chauffé par un élément de nichrome vers un deuxième réservoir joint au laser pour en éviter les changements brusques de pression. L'ensemble des deux réservoirs est chauffé
avec des éléments en nichrome. La pression du réservoir est de 100 à 200 torrs et la pression du tube de 5 à 6 torrs. (US 4 866 840 et 4 866 725). Le circuit pourrait être modifié avec un thermistor qui relie la conductivité thermique de l'hélium et la pression du gaz interne.

Finalement le brevet de référence (US 4 232 274) pour les lasers Hélium-Cd, Se, Iode ou Zinc. Le détecteur de pression est un filament de Tungstène ou de Platine pur qui a la propriété que la résistance change en fonction de la pression. La pression doit être maintenue entre 2 et 4 torrs et pour un mode unique le rapport de pression de gaz P en torr dans un capillaire et le diamètre d en mm. Ce rapport doit être Pd < 7 torr-mm. En exemple, un tube de 150cm devra avoir un capillaire de 2.3 à 2.0 mm, pour 100 cm le diamètre devra être de 2.0 à 1.6 mm et une longueur de 40 cm devra avoir un diamètre de 2.0 à 1.4 mm. Le réservoir de gaz doit être de conception double : le premier à 760 mm Hg avec une membrane perméable, le deuxième à 200 mm Hg et finalement le tube membrane. Le taux de diffusion à température pièce à 760 mm Hg à 4 torr serait de 0.009 à 0.016 torr à l'heure tandis qu'avec 200 mm Hg serait négligeable. Ce brevet traite également des contrôleurs et des réservoirs de cadmium et autres facteurs importants pour ce type de laser.

Fabrication du laser Nous nous devons de mentionner à ce mémoire descriptif, les techniques de fabrication du tube laser à gaz. Ces techniques de soufflage du verre, voir même l'utilisation des MO
pour traiter les tubes (US 4 760230, 4838 915, 4 900 894) et de jonctions de différents matériaux tels que verre-quartz, verre-céramique, métal-céramique, métal -verre- quartz de part leur nature, de leurs coefficients de dilatation thermique et des différentes propriétés intrinsèques par leurs compositions et leurs qualités font en sorte que ce n' est pas simple d'assemblage. Certains additifs peuvent être ajoutés au verre pour être plus résistant en application HF (US 6 466 600). Le jonction par pâte de verre avec des compositions différentes pour en arriver à un équilibre thermique et mécanique, la soudure sur verre, la soudure sur céramique US 6 692 597, le brasage de diélectrique avec différents métaux sur verre et céramique US 3 107 756, la déposition sous vide avec ou sans électro-plaçage, l'épitaxie ECR ou autres pour fin de dépôt de toutes sortes.
Une avenue privilégiée de nos jours est le brasage et la soudure sur verre et autres matériaux avec une couche d'Indium "Firme Engelhard Technologies Inc" (US 3 161) permettant même de relier directement du pyrex à du quartz. Il existe un grand nombre de brevets différents sur ce domaine tel que US 3 590 467 et 3 747 173), dépendamment des matériaux à unir dont je n'en ferai pas mention pour des raisons de simplicité devant tout l'éventail de possibilités.

Les techniques et processus pour éliminer les impuretés ont vu le jour lors de la fabrication de la première lampe à incandescence. Les innovations sont nombreuses, comment enlever les gaz traces tel que l'oxygène, l'humidité, les gaz indésirables dans l'enceinte des lampes et lasers avant et pendant l'opération, les principes de régénération du gaz, l'absorption par différents "Getter" par réaction chimique dans un sens ou dans l'autre, le recyclage des médiums actifs par Zéolithe, la capsule joint au tube contenant du tamis moléculaire ou un zéolithe, par catalyse et autres substances.
L'absorption de l'02, C02, CO, H2, N2,et vapeur d'eau par un alliage d'Étain-Zirconium tel que décrit au brevet US 3 762 995. La feuille d'alliage Zr-Ni-Ti tel que décrit au brevet US
4 200 460.
La Phosphine (PH 3) pour l'oxygène.

Le joint par résine époxyque à faible émission de gaz organique pour tubes lasers (US 5 044 731) ou bien des résines époxyques plus résistantes au vide poussé ainsi qu'à des températures élevées sont une façon simple de créer l'étanchéité des composantes telle que la résine G-11 ou G-10 du gouvernement Américain tel que décrit au brevet 175 738 pouvant résister à 180 C.

Je ne décrirai pas une procédure et protocole de décontamination de base sauf que les opérations se résument à un nettoyage préliminaire, une cuisson, faire circuler un mélange de gaz ou de l'hélium et/ou Argon, disposer le cadmium, le sélénium sous atmosphère, le fondre le cas échéant, faire circuler de l'He4, instaurer l'He3 ou He4 sous condition de vide, en y installant le réservoir et la valve d'admission, monter le tube dans la cavité optique et finalement opérer le laser plusieurs heures tout en ajustant les paramètres. Il existe également là une foule de brevets sur ce domaine dont je ne mentionnerai pas.

Alyssa et moi avons décidés de réduire considérablement le besoin en ces opérations en utilisant des bagues genre "Swagelok" avec "ferrules" ou joints circulaires "O
Ring"
les bagues ou assisses en "Kovar ou Invar" faits en matériel à coefficient d'expansion thermique similaire aux caractéristiques physiques telles que la dilatation des matériaux constituants les tubes et pouvant supporter les températures de cuisson, de brasage, de décontamination ... Ce processus réduit le nombre d'étapes complexes du soufflage de verre bien que non exclues dans son entièreté.

Le brevet US 4 281 841 traite de joints circulaires pour le vide poussé en "NITICOL"de la firme Raychem Corporation, Menlo Park, Calif.

L'idée de laser démontable est décrite aux brevets US 4 612 648 et 4 617 667 utilisant des joints circulaires permettant l'enlèvement du tube avec fenêtre de Brewster, l'enlèvement du tube de remplissage et ici les électrodes, mais aussi par extrapolation les antennes et le démontage du tube pour les sections Tandem.
L'opération de décontamination et d'assemblage pouvant être effectuée sous hotte à
atmosphère contrôlée pour en favoriser l'opération avérant des joints trop sensibles requis.
Les techniques de purification des médiums actifs telles que pour le Cadmium et le Sélénium US 3 973 917, 4 077 799, 4 548 800, 4 663 141). En utilisant la technique de purification par fusion de zone ou bien la séparation isotopique par laser et collecteur électrostatique. On peut également se procurer ces éléments très purs chez des fournisseurs au même titre que pour les gaz ainsi que les isotopes, le cas échéant.
Les opérations de montage ou de démontage du tube doivent s'effectuer en réduisant la problématique d'alignement des miroirs et de se prémunir de la contamination des huiles de refroidissement perméable aux MO. Nb, ici, je préconise les miroirs extérieurs au tube laser pour fin de simplicité et de l'avantage de pouvoir changer le type de tube, le médium actif sans changer les cavités électromagnétiques ou bien optiques.
L'adaptation par des miroirs à larges bandes ou bien sélectifs pouvant se remplacer aussi aisément que les tubes eux-mêmes.

Voici quelques exemples principaux de lasers pompés par MO qui furent développés au fur des années et agissent de références à ce brevet (Voir Planches : 12 a, b, c, d, e tel que les brevets US 3 602 837 de John Goldsborough : Des chemises de cuivre pouvant glisser sont utilisées pour contrôler le taux d'onde stationnaire TOS (SWR) et l'impédance dans le conducteur central. Le retour au magnétron est plus petit que 10 %, donc acceptable.
Le rapport E/p ou le champ électrique et p la pression est un rapport important et l'excitation à résonance cyclotronique produit une valeur élevée du rapport E/p. Un électron dans un champ magnétique et un champ électrique alternatif orthogonal produira un mouvement en spirale et absorbera une énergie du champ électrique pour plusieurs cycles MO. Lorsque l'énergie de l'électron s'accroît, le rayon orbital s'accroît.
Le brevet US 3 614 657 de Shuzo Hattori : un laser à plasma cylindrique de grande puissance s'apparentant au principe du magnétron. Le gaz soumit à un champ magnétique parallèle à l'axe du tube contenant le gaz et les oscillations électromagnétiques en direction perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube pour produire un plasma cylindrique. Cependant, là ou on décharge des MO, on aura une influence sur la résonance cyclotronique (à 2,45 Giga Hz le champ magnétique requis sera de 875 Gauss) et l'état de la décharge est maintenue avec une densité de courant bas du à la diffusion des électrons en direction perpendiculaire au champ magnétique en résonance cyclotronique. Le médium contenu dans une cavité à une pression déterminée dans laquelle un champ magnétique est appliqué pour guider ces électrons de haute énergie créant des collisions sur les particules lourdes. En effet, les électrons énergétiques se heurtent aux particules lourdes et froides du médium, les atomes, les molécules ou les ions. Cette excitation produit des collisions inélastiques et la dés-excitation subséquente émet la lumière tant recherchée. En changeant les paramètres d'opération tels que le niveau de puissance MO, la composition ou la pression du gaz, on peut émettre une lumière du visible aux R-X. Pour clarifier, le plasma est défini comme un gaz composé
d'atomes ou particules moléculaires partiellement ou fortement ionisés ayant un ou plusieurs électrons orbitaux arrachés créant des ions avec un nombre suffisant d'électrons libres pour balancer la charge des ions résultants en un plasma neutre. C'est la transformation des ondes sans collision. Ces ondes sont transférées à
l'intérieur de certaines régions du plasma magnétisé en ondes plasma électrostatiques et longitudinales.
Cette énergie des ondes plasma est transférée en énergie cinétique des électrons par un mécanisme par perte dite de Landau ou absorption sans collision... Ces électrons énergétiques heurteront les particules plus lourdes et froides et transfert cette énergie en excitation interne et finalement en dés-excitation en lumière. Le Hg, le Cd, le Zn, le Sb, le P ou l'Iode. Le plasma d'Hydrogène, d'Hélium ou autres gaz tels que l'air, l'oxygène, le CO, les mélanges tels que 90% CO et 10 % d'Oxygène et le Xénon.

Le brevet US 4 513 424 émis le 23 avril 1985 à Ronald W. Waynant et al. traite d'un laser par pompage MO dans la région des bandes X de 8 à 12 Giga Hertz ne nécessitant pas de champ extérieur. Une source MO est introduite dans un guide contenant une cavité
avec une plaque perforée par des fentes (configurations des fentes) pour transférer l'énergie MO au tube et une plaque ajustable pour optimiser les ondes stationnaires et/ou pour maximiser le transfert. Les MO en trop vont vers une charge extérieure ou banque d'absorption. Plusieurs cavités différentes à médiums actifs différents peuvent y être introduites pour plusieurs sorties ou longueurs d'onde. Ici, le laser est pulsé, mais l'idée du continu n'est pas exclue et l'interchangeabilité des tubes doit être retenue.

Le brevet US 4 698 822 délivré à Philippe Leprince et al. pour le compte du C.
N.R.S de France décrit un laser à l'Argon et Hélium et le Krypton et le mélange Ar-Kr pour émission de deux faisceaux l'un bleu et l'autre rouge. Un dispositif ceinturant ce tube pour appliquer les MO et coupler vers un espace annulaire pour créer un champ électrique à la fréquence des MO à la périphérie du tube de décharge, avec des composantes longitudinales et radiales de ce champ électrique permettant l'excitation de cette colonne de gaz. Un premier et un second élément court-circuit ajustables sont insérés à chaque extrémité de la cavité MO. Le plasma n'étant pas uniforme tout au long du tube, il devient le siège d'une grande intensité stationnaire MO. Sous ces conditions, il apparaît que les MO produisent dans le gaz des ondes de surface. Le capillaire est ceinturé d'une conduite coaxiale d'un bout à l'autre des éléments court-circuits contenant un liquide de refroidissement à faible diélectrique tel que de l'huile de silicone.

Le brevet US 4 802 183 délivré à Stephen E. Harris et al. à 1' Université
Stanford traite d'un laser similaire au brevet US 4 513 424 sauf qu'on utilise le médium actif excimère avec lampe pour pré ionisation au Xénon et en re-circulation avec fentes de transfert et charge d'absorption.

Le brevet US 4 876 692 délivré le 24 octobre 1989 à Jenny Bramley pour le Secrétaire de l'Armée Américaine traite d'un laser excimère XeCl* pompé par MO avec cavité à
double entrée à partir d'un magnétron unique dans un tube de quartz contenant un composé comme le MgC12 anhydre en milieu 10 % N2 et 19 % Xe à 5 Torr. La cavité
métallique reçoit les MO par le même côté, mais pourrait aussi recevoir en opposition. Le composé en se dissociant va à son premier état d'excitation qui est métastable. Une fois la radiation émise, le composé se re-combinera pour pouvoir se dissocier à
nouveau par les MO et de répéter ce processus.

Le brevet US 5 361 016 délivré le 1 er novembre 1994 à Tihiro Ohkawa de la General Atomics traite d'une méthode et appareillage pour produire un plasma haute densité en utilisant une excitation en mode siffleur. Un plasma de haute densité est produit dans une cavité longue par l'excitation d'onde siffleur "helicon Wave" en haute fréquence à
l'intérieur de la cavité. Le champ magnétique à une fréquence cyclotronique électronique associée laquelle étant plus grande que la fréquence d'onde associée avec l'onde siffleuse. Ces ondes siffleuses se propagent tout au long des lignes du champ magnétique.
Ce champ magnétique rend difficile aux particules chargées dans le plasma de traverser les lignes du champ magnétique et en prévient le court-circuit. Ce brevet indique différentes configurations pour générer un plasma avec ces ondes et les antennes associées et la fabrication d'un laser. Un plasma sans électrodes est préféré, car aucune impureté en provenance des électrodes n'est présente. L'onde siffleuse ou hélicoïdale est une bonne façon de transmettre une énergie électromagnétique dans un plasma haute densité. La fréquence de 2450 MHz est bonne dans un champ magnétique de 1 Tesla avec une pression de 1 Torr.

Le brevet US 5 359 621 de l'équipe de Stanley I. Tsunoda pour le compte de la General Atomics traite d'un laser à l'argon pompé par MO et de la comparaison entre les lasers antérieurs consonunant plus de 60 KiloWatts d'entrée. Ce brevet démontre bien les raisons de la création de ce dernier.

Le brevet US 5 475 703 délivré à l'équipe de Stanley J. Scalise le 12 décembre traite de l'effet constrictif de la cavité pour en augmenter la concentration du champ électrique. L'uniformité transverse de la décharge est générée par la géométrie de la cavité offrant une région constrictive là où le champ électrique sera concentré. En exemple, la forme H d'où la région centrale sera la zone constrictive. La variation longitudinale du champ électrique étant défaite en annulant sa résonance longitudinale.
L'utilisation de tubes diélectriques contenant des gaz de composition variable et pression variable peuvent être excités dans cette zone d'une façon tr's efficace. Les guides d'ondes RF ou MO peuvent être fabriqués par pressage et formage de feuilles métalliques. Ce guide peut aussi être étanche pour offrir un laser sans tube diélectrique.
Cette configuration offre les avantages suivants :

1: Le champ d'excitation RF ou MO est concentré latéralement ;
2 Contient la décharge à l'intérieur de la zone désirée ;

3 Procure une façon facile de syntoniser la fréquence de résonance d'une cavité à "Q"
élevé, défini par la forme de section transversale de l'intérieur ;

4 : Réduit substantiellement les effets délétères des variations de champ électrique tout au long de la région constrictive en direction perpendiculaire formée par la surface de la section restrictive transversale de la cavité (au long de l'axe optique du laser) ;

: Procure une façon d'isoler plusieurs cavités RF ou MO d'éventuelles interactions à la fréquence RF ou MO d'opération ;

6: Procure une façon de segmenter un laser en cavités facile de réalisation pouvant être séparément opérée et monter en série pour former un laser de puissance désirée ;

7: Procure un laser RF ou MO avec un champ électrique uniforme tout au long de la région de la décharge ;

8: Procure un laser RF ou MO avec une décharge spatiale uniforme sur une longueur arbitraire ;

9: Procure un laser RF ou MO pouvant exciter une décharge dans des contenants de gaz simple ou multiple, de compositions et pression différentes ;

: Procure un laser excité RF ou MO ayant un ajustement de fréquence de résonance transversale ;

11 : Procure un laser excité RF ou MO ayant la possibilité de s'additionner pour en accroître la puissance ;

12 : Procure un laser excité RF ou MO pouvant utiliser plusieurs sources RF ou MO ; 12.2 cm, the penetration for aluminum will be S = 1.2 m. Similar to the effect of skin.

(1) Standing waves in a MO furnace is an equation of the type three-dimensional in x, y, and z and is expressed according to:
1 /% 1 ~ 2 = 1 /% 1, x 2 + 1 /% 1, y 2 + 1 / X 2 The wavelengths ~ .x, Xy and Xz are determined by the dimensions linear Lx, Ly and Lz of the cavity.
Lx = 1 Xx / 2, Ly = m ~, y / 2, Lz = n 7, z / 2 L, m and n are integers. In commercial ovens, the values of The will vary from: Lx = 28 -35 cm, Ly = 27-33 cm, and Lz = 17-21 cm.
This leads to the modes depending on the range of X provided by the magnetron.
We defines the cavity with these indices (cavity) lmn in integers.

A box-shaped TMi mode cavity 10 will have the dimensions defined according to :
2nF / c = ((Mn / a) 2 + (Nn / b) z + Pic / d) 2) 0.5 M, N, P represents the order of the subscribed mode, ie 1.1 and 0, hence TMiio. The frequency F is the frequency MO is say 2.45 GHz. Parameters a, b and d represent the internal dimensions of the cavity. By test calculations and mistakes, we can select different values of the parameters a, b and d, so we can establish these dimensions to support the TMtto mode at the right frequency. Fixing Cavity dimensions will be realized during the designs. A cavity will have to be at least greater than 1/2; ~. The dimensions can also be adjusted according to frequency of resonance.

According to one observed point, the vibrations produced by the different waves add up partial or total compensation, which causes locations defined and fixed their mutual neutralization (places called nodes: the vibration transmute or their addition (bellies): the vibrations are amplified and maximum. The distance separating a belly from the nearest node equals half of the wave length in the cavity. In order to homogeneously distribute the MO energy, the ovens have cavity dimensions in relation to the point of entry, by moving from the antenna inside the cavity as in US Pat. Nos. 3,961,152 and 4 002 943 dealing with of the penetration of the antenna thereby allowing the cavity to be adjustable, by variation of the walls the location or by piezoelectric effect (US 3 471,811), by blender modes, because we must keep in mind that without mixing it there are zones pure magnetic field and pure electric field areas. These areas have some different behaviors according to use, as can be seen in US patent 6 365,885 to fuse metal powders. We must also keep the spirit that the dimensions of a cavity are dependent on the thermal expansion and thereby dependent on temperature: US Patent 4,488,132 discusses the use of of surfaces bi and metal sorting to compensate for volume variation by expansion thermal directly affecting the resonant frequency of the latter. The cooling takes all his reason to homogenize the pumping.
Impedance matching must remain an imperative variable to control.
When the stationary wave ratio SWR or TOS in high frequency is low, a maximum of power can be obtained from a magnetron. By reducing the SWR ratio, the efficiency of the source increases. While a high SWR rate will cause the rapid deterioration of the magnetron. A direct way previously seen is to use a absorbent such as plaster of paris with carbon. An indirect way is to use different devices that change the polarization of the wave to avoid the back to (x) generator (s) such as slots, crossed slots, hybrid coupler 3 dB at four track, the three-way circulator, the tourniquet junction, the iris, the ferrous plates or in ferrites with magnets or gyrators creating a diode effect in one direction and not in the other, the dielectric blades, the gyromagnetic resonance, the interruption DC arc or acting discharge of mirror, the diodes which activated will let the MO
without attenuation while in reverse practically nothing will pass, rods, pistons (EH
Tuner), photoconductors and many others indicated in the guide section dielectrics.
The electromagnetic properties of materials are defined from two constituent parameters: the permittivity E, which expresses the reaction of the medium facing a electrical excitation (E field of the electromagnetic wave) and permeability ., who describes the behavior of the material with respect to magnetic excitation ( H field of the electromagnetic wave).

A load disturbs the surrounding space and generates an electric field E. At this field, we associate an electric induction which is a vector independent of the medium.
The law of Field and magnetic induction:

B = .H
is the magnetic permeability H is the magnetic field B is the magnetic induction This defines that a charge in motion at a given speed will create a field Magnetic H. If a charge q arrives in such a magnetic field with a speed v, it will be subjected to a force directed perpendicular to v and to B next the so-called rule the three fingers of Ampère's man. The law of conservation of electricity, which defines that if in a given space there are fixed electrical charges and in movement, the former result in a density of charge and the seconds by a current density. These two quantities will vary from one point to the other space, and in the weather. The law of the electromagnetic wave that follows from the equations of Maxwell who boils down to the electromagnetic wave, that is to say, an electric field and a field associated magnetic, propagate in space and varying in time.
This theory classical electromagnetic field set in 1860 by Maxwell who completed the works of Amperes and Faraday. These Maxwell equations are defined by four laws; that of Gauss, which indicates that the electrical flux coming out of a surface closed is 4, T
times the total electrical charge inside the surface, the second the induction law of Faraday which indicates that the circulation of an electric field along a contour closed or FEM, is proportional to the time derivative of the magnetic flux at through a surface surrounded by this contour which finds its explanations by the law of Lenz who stipulates that an electric current generating a magnetic field opposes the variation of magnetic flux. The third indicates that the magnetic flux coming out of a area closed is always nil and finally the law of Ampères which indicates that the circulation of a magnetic field along a closed contour is proportional to the current electric passing through the contour and the displacement current. The law of conditions to limits indicates that the wave propagates through natures backgrounds different ones will change from one medium to another then the notion of field macroscopic.

A wave hardly penetrates a conductor. A dielectric perfect offer zero conductivity and contain neither free current of conduction. In general, a given body is more or less conductive and more or less dielectric, depending on the frequency. A purely classical model of explanation is the Drude model by considering the atom as an oscillator or as a together oscillator.

The free propagation of a wave, from Maxwell's equations we pipe to the notions of impedance of the medium and this wave will be more or less attenuated or more or less absorbed by the propagation medium. This wave carries according to the theorem of Poynting a power that degrades in heat and / or ionization in the dielectric to loss, which leads us to the energy applications of microwaves. In effect, the coefficient of transmission of a wave at the junction of two guides depends on fashion particular that spreads without neglecting the Law of Huygens and the Laws of diffraction. "
keep in mind that higher frequency is less diffraction classic is possible ".

We can thus benefit by the use of different materials such that different families: poly-irons, ferrites and their characteristics such as their Curie temperature, their magnetic saturation, the anisotropy reciprocity of propagation.

Ferrites are used in MO circuits, where they are the basis of devices which affect the polarization or direction of propagation requiring a large permeability magnetic without eddy currents being induced. Ferrites are used charge isolator, phase dimmer, attenuators, modulators and switches. The magnetic properties of any material are the result of movement of electrons with the atoms of the material. The electron has two types of movement, the orbital motion of the electron between the nucleus of the atom and the movement of the electron on its axis called the spin. It is from the latter that Properties magnetic are generated. In a static magnetic field, the electrons of the ferrite will tend to align their axes with this new force and generates a wobble frequency or wobble frequency and will vary in function applied field. A ferrite attenuator can attenuate a frequency particular MO
and leave others passed without being affected. This can be achieved by placing a coin of ferrite inside the center of a waveguide. A ferrite isolator meanwhile will leave pass an MO energy in one direction but will block the energy in the guide in the other meaning. By placing the off-center ferrite in the guide. A phase converter, when the MO energy passes through a ferrite piece in a magnetic field, if the MO frequency is greater than the oscillation frequency, the plane of polarization the wavefront will have a rotation. (Faraday rotation effect). The rate of rotation will be Depending on the length of the ferrite rod, the direction will depend on the direction rotation of the magnetic field and can be reversed by reversing the magnetic field.

All these phenomena lead us to the field of exploration of manufacturing attenuators, isolators, window phase modifiers, lens and prisms. The modification of the dielectric constant of certain media by a field electric or magnetic under which the latter is submitted allowing a rotation of Phase of its phase velocity, a change in reactance or a mitigation allowing certain operations and generator protection.
The deci and centimetric and microwave waves have the characteristics that the more frequency increases, the more their behaviors are similar to the Laws of physical Optics (reflection, refraction, almost as diffraction, polarization ...), we leading directly to the fact that shape, composition and dimensions a cavity can play an extremely important role for the optimum pumping of a Laser (US 5,684,821). This concept being used directly to the first two configurations of this patent.

We have seen previously that MO coupling and impedance matching can to perform the same control of the magnetron, by devices in the guides dielectrics or waveguides, by devices on coaxial lines, by configuration antennas, the geometry, the volume and the characteristics of the cavity, by the addition of absorbent fillers as well as polarization to improve the transfer and reduce the return to generators to increase the life of the device. Some chapters will be included more precisely in the descriptive summary in order to shape further explanations by keeping the focus on the invention. A certain analogy can be described as a resonant system, this resonance is balanced by transformation, transmutation and maximum transfer is done in this resonance. A
violin apart from its amplifier resonates and emits a sound with a tone tributary of its cavity.
The volume of a cavity can also be modified using a discharge in a tube that ionization will cause MOs to reflect (US 2,810,830). Ionization of the switch can AC, DC, RF, BF, MF, HF and MO discharge by laser (US 5,148 129) with semiconductor plates and lights (US 5,159,295) with baffles electronic or variable dielectric medium (US 5,689,262 and 5,847,672) and by diodes (seen previously). What we must remember here is that the waves electromagnetic can be reflected by ionizing a gas and we observe this phenomenon at the surface and in the ionosphere of our Earth by radio waves. This concept being used at electromagnetic-plasma confinement configurations. (See at description of the invention).

Some relative and mathematical data on wave physics, microwave, lasers will be taken as acquired according to the rules of the art and do not not parties explanations to lighten the texts and clarity.

The MO cavity (See Plate: 9) The use of the electromagnetic cavity to pump a laser has seen in the recent ones years certain developments as demonstrated in the configurations lamps and lasers. Some of these lasers will be described later in this chapter.
This patent will initially focus on pumping laser tube for generate a plasma in elliptical cavities for reasons of concentration of intensities electric or magnetic fields at the hearth (s) of the cavity. What did never been used to date to pump lasers. As early as 1947, a similar cavity was produced by Arnold E. Bower on behalf of Bell Telephone Laboratories Incorporated.
This cavity acted as oscillator, amplifier, modulator and detector for high frequencies US 2,428,780.

A resonant microwave cavity is an empty volume (or filled with a dielectric such that air) closed by conducting walls. The shape and dimensions in determine its resonance frequency. It can establish electromagnetic waves stationary (according to some modes) for certain frequency values (frequencies of resonance).
The cavities are used as a filter or monochromator or as a way storage of electromagnetic energy. Modes of operation in a cavity are described in terms XYZ, the first term will describe the number of half-lengths wave in X, the number of half-wavelengths in Y, and so on. The principles of use probes, loops and slots are valid both in the guides and in the cavities for injecting or extracting energy. We can vary the frequency of resonance of a cavity by changing one of the following three parameters: the volume can to be modified by a diver with a mobile baffle screw, if the volume decreases, the frequency of resonance will be higher so if the volume increases, the frequency of resonance decrease. By adjusting the capacitance by a dip screw in the region maximum of the lines E. If the diver enters and the distance d decreases the capacitance will increase. Increasing capacitance will decrease the frequency of resonance.

The adjustment of the inductance is achieved by placing a screw or rod in the line area H maximum. The change of the lines H induces a current in the screw in allowing a H contrast field adjustment and in this way will reduce the inductance. The reduction inductance by dipping the non-magnetic rod will increase the frequency of resonance.
Not only can a cavity be controlled by the temperature of its surface such used mainly in MO ovens but also use an antenna reception connected to a diode and the signal is sent to the controller US 4,700,127.
Reference to the previous chapter on the cavity and the standing waves.
Ellipse tracing An ellipse can be seen as a crushed circle on an axis creating a division of center in two respective foci on the main axis (major). The method of plotting made from a string attached to each of the foci and trace the perimeter with this rope stretched with the tip of the pencil. The length of the rope offer the eccentricity ~ = FF, / PA.
The surface can be calculated according to: Surface = n / 4 Dd or 7t ab. Figure: 5 Ellipse ratios for an ellipse of 600 = Ra 1: 1.15, of 45 = Ra 1: 1.41, out of 3 50 _ Ra 1: 1.74, of 250 = Ra 1: 2.37. All these reports summarize as D = d. Ra and for a 1: 1 circle. The Da Vinci report: 1.618 (from the novel: Da Vinci Code, it is a figure used since ancient times that is called. "Divine ratio" which provides an ellipse balanced for this application. The ellipse is a crushed circle dividing in half the focus on a longitudinal axis. So by a compression device or stretching the wall, one can modify its focal characteristics for some applications.
The ideal distance between fireplaces and the end of the perimeter on the axis major will be:
Irésonance / 4. So I have to write the geometric focus aspect in report to focus or ideal position of the tube (s) in relation to optimal reflection waves electromagnetic conditions leading to position adjustments that can be carried out so to place the plasma tube or antenna in the ideal positions as well as the shape of the cavity that can be modified to increase or modify the ellipse while reducing the number of thoughts to reach the desired home (s) of the cavity (US 4,483 007). Figure Ib and Figure: 10X.
It is also possible to install several tubes in the or some fireplaces instead of the Tandem configuration which would require optics adapted.
A definite advantage of this configuration is that no matter where introduction of energy by antennas, frequency-in-line diodes LSA (Limited Space-charge Accumulation US 6,198,760), by magnetrons or others the latter will be transmitted to the other focus or the two foci of the cavity by constriction of the fields and / or reflection of the electromagnetic wave by and on the walls of the cavity with a power allowing pumping. (US 2,543,053, 3,179,898, 4,006,431, 5,954,882).
A solid laser was developed to increase the frequency of the pulses by rotation of active medium (US 5,172,388). Another patent deals with an elliptical cavity simple or multiple for the treatment of wood or linear materials (US 6,863,773).
The elliptical cavity can be single or multiple (US 3,634,777). Figure: 9.
The cavity can also be circular with an ellipsoid reflector (US 3,668 546, 8993 754). Here, we use the idea of reflection of waves by curved mirrors.
The cavity may be of slow or periodic structure type. This structure allows the waves to transfer into a separate cavity on a regular basis so would allow a some homogenization of distribution of electromagnetic waves to transfer help orifice, slits ...

Periodic slow wave structure (See Plate: 12 e-22) The reference patent US 5,412,684 issued on May 2, 1995 to the team of LaVerne A.
Schlie on behalf of Fusion Systems Corp.

Processes a metal vapor laser and rare gases and non-metallic species capable to be vaporized and generate a population inversion with the help of a source exciter at MO with a so-called slow wave structure. The latter discusses the report E / N and the wall-center temperature gradient.

HF or MO lenses (See Plate: 17) As we have seen throughout the specification, the MO or HF being of the electromagnetic waves, they behave the same way as the light at some exceptions (especially in diffraction).

These waves can propagate in different environments, the celerity V will be more small that c so this speed variation from one medium to another will generate the refraction. The Ray refracted is in the plane of incidence and there is a constant relationship between the sinus angles incidence and refraction. We can therefore generate prisms (US 4,415,871), of the windows and finally Fresnel lenses, lenses convergent and divergent. We have to keep in mind that here we are in the context of wave length from 1 mm to 1 meter (12.23 cm).

Snell's Law: nl sin 0 1 = n2 sin 02. This is the law responsible for the focus of a lens and the change of direction of an electromagnetic wave.
v = c / n so the number n commonly referred to as the refractive index is the report of the velocity of the electromagnetic wave in the vacuum on velocity in the material.

Electromagnetic waves consist of a field E and a field H that can himself move in one medium (one part will be transmitted and the other will be absorbed) or in the empties the same way as Radio waves and also respect the Laws of Clerk Maxwell (1831-1879). MOs are affected by the electromagnetic environment, they can be oriented, converge, diffuse in an electric field or in Contents modifying the E or H fields like the different ferrites. They can be subject under conditions such as cyclotron resonance, they can be confined in a region or area.
The intensity of radiation transmitted through a thickness (X) of a homogeneous material is described by Lambert's Law: I = Io exp (ocX) where Io is the intensity of the ernise radiation and has the absorption coefficient of the material. More material will be thick less intensity transmitted will be great. The transmission factor will be: T = I / Io is T = exp (-OcX).
Each material is transparent differently according to the wavelength so the absorption coefficient oc will be a function of the length of ondecc'J ~.

We have seen previously that baffles in a guide can act as capacitors, coils, grooves or cavities, slots, irises or other devices added to a guide or in free space may act as an LC circuit.
Figure: 17.1.
When the inductances and capacitances are proportional:

Lo / Co = Lo + LI / Co + CI and Zl = Z2 The resulting medium is refractive to electromagnetic waves and at the same time time he will not introduce reflection losses in the vicinity of the no-load medium and of the medium in charge or in other words: the impedance of the medium wave with charge is legal to the impedance of the medium without charge (or in free space) there will be no losses by reflection to the wave passing through this boundary between the two mediums.
The speed of spread of the medium with charge is different from the medium in free space so we can build lenses, prisms that will have the properties of focus, broadcast or refraction of electromagnetic waves at given wavelengths lossless significant by reflection. It acts like crystals dielectrics.
However, their design is complex and expensive and I will stick rather to permeability type lenses. Figure: 17,2 and 5.

Applying these three-dimensional devices can generate lenses wave similar to glass lenses by patches of permeability and absorbance, according to absorption coefficient and by refraction. The speed of propagation of waves in a Permeable medium behaves according to:

v0 / v I = ~ r Er vo is the speed of the waves in free space, vl is the velocity of the waves in the permeable medium r is the relative permeability of the medium Er is the relative dielectric constant of the medium.

Polystyrene foam in the form of a plano-convex lens acts like a lens for electromagnetic waves by its permeability index more great than 1 thus the convex form can act by focusing the waves towards a focus. (US 2 747,184).
Other high dielectric constant substances such as ceramics of CaTiO3, SrTiO3, BaO-Nd2O3-TiO2, BaTiO3, ZnO, powdered glasses and combined ferrites with some binders such as epoxy resins, urethanes, phenolics, melamines, silicones thermoplastics, unsaturated polyesters and thermoplastic resins as polypropylene, polystyrene, polybutylene terephthalate and others as well as different rubbers ... The different concentrations, the different mixtures, the forms of casts, densities, resulting permeability and constant resulting dielectric act to create lenses with various functions (US 4,482,513, 5,154,973, 6 424,318 and 6,660,193). Fig: 17, 3, 6, 7 and 8.

We must also keep in mind the appearance of curved metal mirrors, dielectric or gaseous may also act as focalization or dispersion in the framework of this patent.

Gas Control (See Plate 14: a, b, c and d) This patent mainly deals with gas laser and MO technology, although not being news, the latter from their powers, their configurations, the properties intrinsic properties and their characteristics that they possess will continue to to win in many areas.

This patent is oriented towards medium power lasers <100 Watts continuous (CW). I will have to ignore aspects related to gas lasers with gas circulation mainly excimer and molecular although some active mediums in these two categories can also operate in enclosed and closed circulation) and therefore not totally excluded except that these require purification or a change of gas to optimize their operation. For a laser says in vase closed. One of the tracks used is the conductivity of gases with a bridge of resistance for control the intake valves with an operational amp or by measure optical or thermistor or electronic element inside the laser itself. The conductivity helium thermal is 1.5. 10 'Wm 1K-1, that of Neon 4.9.106Wm "1K-1, that of Fluor 2.8.106 Wm 1K "1 and so on These values are compiled in books of hand of physics.
In the case of metal vapor lasers, helium was absorbed during the condensation of metal in the region of the cathode by cataphoresis and the palliative was to heat the cathode to melt the metal to change the crystallization to release helium.

Since the invention of the light bulb, man has not stopped innovating in the control of the gas inside an enclosure of transparent material such as the glass, the quartz and others. Some gases diffuse through the membrane of the enclosure or is absorbed by metals during condensations or by electrodes changing the partial pressure or total gas or its mixture changing its intrinsic properties see even his operation. This is the life of the device. Helium is a good example where a defect can be exploited without omitting the Argon which is lost by absorption or hatch molecules at the cathode, by chemical or physical combinations (with the arc electric) and / or by partial exchange by diffusion in the enclosures and walls, because Argon is a gas rare and its ions can be captured. The pressure to be maintained constant and in acceptable limits several devices were developed with the years. When the pressure of the argon ions drops, the pressure of the laser tube drops. We can check this pressure loss by checking the ionization voltage between the electrodes and this voltage will decrease as the pressure drops. If there is no compensation, the laser will become unstable until the point of cessation of emission. The amount injected gas must be very precise and the pressure is in direct relation to the block design Power.
The idea was to couple the tube with a big tank or belt this last by a high-pressure tank to increase the service life and this device was put to profit for He-Ne and He-Cd lasers.
Another approach was to cover the glass tube with copper, gold, money, Nickel and variable alloys by vacuum deposition to reduce its transmission helium and the introduction of water vapor through the interstices microscopic glass which turns into oxygen requiring an absorber of barium compound and the hydrogen degradation of dielectric mirrors. The use of glass for make the tube as well as cover it with this type of low-grade glass diffusion of helium such as Owens-Illinois Inc.'s copper-containing RZ-2 This configuration leads to the idea of directly using tubes with these special glasses or covered or metal for some configurations that will be developed in this patent mainly in the chapter of containment. This principle offers also the advantage of standardizing thermal gradients (US 4,277,761). Another approach to reduce the diffusion of helium was the use of the recovery of quartz tube with MgO, ZrO 2 SnO 2, Al 2 O 3 or BeO 2.
One of the first mechanisms developed for gas introduction was on point to fill the RX tubes again. A gas tank with a valve of clay and graphite obstructing a capillary containing Hg. When the tube requires a filling from the tank attached for this purpose, the mercury is sucked from the capillary inside tank allowing the gas to diffuse through this porous wall connected to the bulb.
Manual operation (US 1,025,635).

An automatic operation was born using a feed valve in Bismuth which liquefies by releasing a diver in a magnetizer chamber releasing the cone of graphite gas porous when the current in the tube increases (IR, because if resistance increases the current will increase and will feed the heating element to melt the bismuth and the magnetic winding to release the graphite cone (US 2,009,218).

Several devices with a mercury bath were also developed, but here in the of this patent the use of Hg is not an adequate solution given its high pressure of steam. (US 2,374,531). This solution would be valid for lasers containing Hg.
Then we come to the Gallium seals. This metal becoming liquid at 29.75 C has a low vapor pressure and can replace the Hg in these devices and it's a agent that can wet and adhere to the glass on the soft surface and not the surfaces rough sintered, acid-treated or sandblasted. The opening operation is done by a magnetic field on a ball or piston valve between two zones of surfaces soft and rough and an increase in temperature for the melting of Gallium so to release the obstacle (US 2,771,900, 2,942,615). Where the bottom hurts is in the rapidity execution.

Semi-permeable membranes between two areas of high and low pressure.
Hydrogen will diffuse through a membrane of nickel, platinum, molybdenum, copper, iron, aluminum, palladium or silica dioxide; Oxygen meanwhile will broadcast to through a membrane of silver, nickel or copper; Nitrogen will diffuse through a molybdenum membrane, iron, chrome; the CO will broadcast through a membrane of iron or nickel. Helium and Neon will diffuse through a membrane of quartz-molten. The diffusion rate will be accelerated according to the temperature.
So, the device will be a membrane in a heated enclosure and the element of heating will be controlled by an active or passive element inside the tube laser (US 3 104,960).

The principle of the zeolite or activated alumina valve works according to that the heating changes the permeability of a zeolite and thus allows a gas to pass an area high pressure to low pressure (US 3,270,756).

A simple device is an enclosure containing Argon gas capsules or of Krypton or mixtures, Helium or Neon or mixture that is broken manually with a opposite each capsule. This device was used in some He-Cd lasers (US 3,397 819).

The valve structure of Indium or Gallium, or even tin, by obstruction of a capillary by fusion using a heating element, thus, the metal liquid allows the gas (argon) to diffuse by bubbling and enter the bass enclosure pressure and once solidify by cooling, re-becomes sealed (US 3,528,449, 3,641,385).

The diaphragm valve containing two small pipes that allows the release of a restricted volume at the opening to quantify a small amount of gas to the tube laser (US 4,070,004).

A two-valve system with Viton elastomer disc and plunger releasing a amount of gas in a given size chamber from the high reservoir pressure then closing and opening the other valve for the admission of the volume of gas contained in its own chamber to feed the capillary or the laser tube.
The materials are resistant to 400 C cleaning temperature and to drain pressure during the design of the tube is 10-7 torr (US 4,683,575 from the firm Spectra Physics).

There are three conditions to respect for the intake valve installation of gas for a laser: the valve must have a negligible loss when closed for storage.
The valve must have an operating cycle of more than 1000 position cycles open and closed without degradation or fault and without loss. These valves must have a cycle of closing and opening extremely fast when using a single valve. In the case of use of two valves, this requisition is less important. The difficulty of using two valves, previously described is the correspondence of opening and closing by a mechanism increasing its cost and risk breaking.
This has led to the invention of using a single valve and replacing the second valve by a capillary of inner diameter of 5/1000 inch. This capillary has a diffusion constant longer than the interval while the valve opens on the high pressure gas tank. The introductory volume is filled on the cycle extremely fast opening of the valve and without risk and the diffusion product slowly in the laser tube. This capillary can get dirty and makes it difficult cleaning initially indicating a laser leak and may introduce impurities in the laser. The firm producing this type of valve is: "Allied Control Co.Inc Plantsville Conn USA. That's why the next valve was invented. It has a bedroom of receiving gas, an orifice of about 10 to 15 microns offering the constant of diffusion longer than the opening interval is 5 thousandths of a second. Headquarters of the valve is in CALRES elastomer from DuPont and can support 1000 cycles opening and closing. Different ON-OFF and closing time configurations passing 20 thousandths of a second in version 1 to 1 thousandth of a second in the version 2. (US
4,815,100, 4,846,440 and 5,025,952 to Spectra-Physics).

A non-mechanical approach uses another type of valve with a plunger Ag and AgCl which becomes liquid at 455 C by wetting the metallic silver well and lets in the gas then a second chamber and then to the laser tube. During the cooling, the melted material resumes its place by surface tension. This configuration Has similarities with those of indium, gallium, or previous tin (US 4,949 742 from Spectra-Physics).

Another approach uses one or two solenoid valves that opens (in comparing the current or pressure by indirect measurement by the voltage between the electrodes) to the gas tank allowing an absorber material to capture the gas in a given volume, then the gas crosses the second valve to end up in the laser. A
example of Absorbent material is agglomerated porous stainless steel. (US
5,099 491).

Another non-mechanical approach uses to regulate the pressure in a laser by heating or cooling a tank containing activated carbon or silicate Alumina, Silica Gel, Linde 4A, 5A and 13X Molecular Sieve Division of Union Carbide Corporation or other substances with characteristics absorption and adsorption dependent on the temperature of 0 C to 25 C. They will have as characteristics also to attract dirt, organic gases that can harm to the windows in crystalline quartz. Use of TEC. This approach would lend itself well to MO (US 4 689,796). A real reference on these molecular sieves, apart from providers is US Pat. No. 2,882,244 for the absorption of various substances soft. The Coherent firm has developed the miniature cryogenic pump to introduce the gas (US 4 674,092).

The compensation of the hydrogen losses of a TR tube by a resistance bridge Of type Wheatstone (widely used in industry) which one of the resistors (thermistor whose resistance varies with temperature) is in the tank and sensitive acts element indirectly sensitive to pressure with a wide-range DC operational amp gain comparison to power a heating element on a Palladium window who is permeable according to hydrogen temperature during disruption balance of bridge of resistances. This process is similar to permeability variability a quartz membrane or fused silica to allow the passage of helium. (US
3,822 086). We must not neglect the variable porosity of platinum, palladium, from platinum iridium, nickel and iron depending on the temperature. This option leads to a system resistant to 500 tube decontamination heating process VS
for two hours and allowing perfect control over the amount of gas introduced in the tube in a regular and automatic way. The gas diffusion rate at through a membrane is tributary of pressures on both sides, the type of material (glass, quartz, ceramic or metal depending on the gas, usually quartz or silica fondue for the noble gases see Vacuum Techniques by Saul Dushman from John Wiley House and Sounds), the temperature, its thickness and the exposed surface. The system of Membrane heating may be continuous, sporadic or automatic.
For the automatic pressure correction system, the voltage is used inter-electrodes which increases when the pressure decreases in the cavity. This voltage is applied to one side of the resistance bridge by comparing itself to a source of reference adjusted by a rheostat and with a judicious choice of resistance values we can control by amplifying this signal error to the heating element the membrane. So, applied thermal energy will regulate the diffusion rate of the reservoir high pressure to the cavity. Quartz offers the advantage of a diffusion rate proportional to temperature. Another device uses rather its dielectric side of which the rate of diffusion varies according to the amplitude of the electric field applied by of the silver electrodes deposited by thin layer on each side. The dielectric may be composed of glass, quartz or ceramic. Another technique uses rather the variation of diffusion rate in relation to the alternative mechanical force applied on the walls by a piezoelectric element of flexible bimorph type, the membrane is in electrolytic copper and the amplifier send the signal to an oscillator then to piezoelectric elements (US 3,876,957).

Another approach uses a pressure measuring element like Pirani directly in a protected area of the landfill. A tank uses a membrane of quartz heated by a nichrome element to a second tank attached to the laser to avoid sudden changes in pressure. The two tanks together is heated with nichrome elements. The tank pressure is 100 to 200 torr and the tube pressure of 5 to 6 torr. (US 4,866,840 and 4,866,725). The circuit could be modified with a thermistor that connects the thermal conductivity of helium and pressure internal gas.

Finally the reference patent (US 4,232,274) for Helium-Cd lasers, Se, Iodine or Zinc. The pressure sensor is a pure Tungsten or Platinum filament who has the property that the resistance changes depending on the pressure. Pressure must be maintained between 2 and 4 torr and for a single mode the pressure ratio of P gas torr in a capillary and the diameter d in mm. This report must be Pd <7 Torr-mm. In example, a 150cm tube should have a capillary of 2.3 to 2.0 mm, per 100 cm the diameter should be 2.0 to 1.6 mm and a length of 40 cm should have a diameter of 2.0 to 1.4 mm. The gas tank must be of dual design: the first at 760 mm Hg with a permeable membrane, the second at 200 mm Hg and finally the tube membrane. The diffusion rate at room temperature at 760 mmHg at 4 torr would be 0.009 at 0.016 torr per hour while with 200 mm Hg would be negligible. This patent treaty also controllers and cadmium tanks and other factors important for this type of laser.

Laser manufacturing We must mention in this specification, the techniques of manufacturing of the gas laser tube. These glass blowing techniques, or even the use of MO
to treat the tubes (US 4,760,230, 4,838,915, 4,900,894) and different materials such as glass-quartz, glass-ceramic, metal-ceramic, metal -quartz glass by their nature, thermal expansion coefficients and different intrinsic properties by their compositions and their qualities make sure that it is not not simple assembly. Some additives can be added to the glass for to be more resistant in HF application (US 6,466,600). The junction by glass paste with of the different compositions to arrive at a thermal equilibrium and mechanical, the welding on glass, ceramic welding US 6,692,597, brazing of dielectric with various metals on glass and ceramic US 3 107 756, the deposition under empty with or without electro-plating, epitaxy ECR or others for the purpose of depositing all kinds.
A favorite avenue nowadays is soldering and soldering on glass and other materials with a layer of Indium "Firm Engelhard Technologies Inc." (US 3 161) even allowing direct connection of pyrex to quartz. There is a great number of different patents on this area such as US 3,590,467 and 3,747 173), depending on the materials to be joined which I will not mention for reasons for simplicity in front of the whole range of possibilities.

Techniques and processes for removing impurities have emerged during the manufacture of the first incandescent lamp. Innovations are many, how to remove trace gases such as oxygen, moisture, gases undesirable the enclosure of lamps and lasers before and during the operation, the principles of regeneration of gas, the absorption by different "Getter" by chemical reaction in a sense or in the other, the recycling of the active mediums by Zeolite, the capsule attached to the tube containing molecular sieve or zeolite, by catalysis and other substances.
The absorption of 02, CO2, CO, H2, N2, and water vapor by a tin-zirconium alloy such as described in US Patent 3,762,995. The Zr-Ni-Ti alloy sheet as described in US Pat.
4,200,460.
Phosphine (PH 3) for oxygen.

Epoxy resin seal with low organic gas emission for tubes lasers (US 5 044 731) or epoxy resins more resistant to high vacuum and only high temperatures are a simple way to create watertightness components such that the G-11 or G-10 resin of the US Government as described in the patent 175 738 can withstand 180 C.

I will not describe a basic decontamination procedure and protocol except that operations can be summarized as preliminary cleaning, cooking, to circulate mixture of gas or helium and / or Argon, arrange cadmium, selenium under atmosphere, melt it if necessary, circulate He4, set up He3 or He4 under vacuum condition, by installing the tank and the intake valve, mount the tube in the optical cavity and finally operate the laser for several hours while adjusting the settings. There are also a lot of patents on this area of which I
born will not mention.

Alyssa and I decided to significantly reduce the need for these operations in using "Swagelok" type rings with "ferrules" or circular joints "O
Ring"
rings or seats in "Kovar or Invar" made of coefficient material expansion thermal similar to physical characteristics such as dilation materials components of the tubes and able to withstand the cooking, brazing, decontamination ... This process reduces the number of complex steps in blowing glass although not excluded in its entirety.

US Pat. No. 4,281,841 discusses circular seals for high vacuum in "NITICOL" of Raychem Corporation, Menlo Park, Calif.

The idea of a demountable laser is described in US Pat. Nos. 4,612,648 and 4,617,667.
using circular seals allowing the removal of the tube with window of Brewster, the removal of the filling tube and here the electrodes, but also by extrapolating them antennas and disassembly of the tube for Tandem sections.
The decontamination and assembly operation can be carried out under hood to controlled atmosphere to favor the operation proving joints too sensitive required.
The techniques of purification of active mediums such as for Cadmium and the Selenium US 3,973,917, 4,077,799, 4,548,800, 4,663,141). Using the technical zone fusion purification or laser isotopic separation and manifold electrostatic. These very pure elements can also be obtained from suppliers as well as for gases and isotopes, the case applicable.
The assembly or disassembly of the tube must be carried out reducing the problematic alignment of mirrors and to guard against contamination oils permeable cooling system. Nb, here I recommend the mirrors outside the tube laser for simplicity and the advantage of being able to change the type of tube, the active medium without changing the electromagnetic or optical cavities.
adaptation by broadband or selective mirrors that can be replaced as easily the tubes themselves.

Here are some of the main examples of MO pumped lasers that were developed at for years and act as references to this patent (See Plates: 12 a, b, c, d, e such that U.S. Patent Nos. 3,602,837 to John Goldsborough: Copper Shirts slip are used to control the stationary wave ratio TOS (SWR) and impedance in the central conductor. The magnetron return is smaller than 10%, so acceptable.
The ratio E / p or the electric field and p the pressure is a ratio important and cyclotron resonance excitation produces a high value of the ratio E / p. A
electron in a magnetic field and an orthogonal alternating electric field will produce a spiral motion and absorb energy from the electric field for several cycles MO. When the energy of the electron increases, the radius orbital increases.
U.S. Patent 3,614,657 to Shuzo Hattori: A Cylindrical Plasma Laser big power resembling the magnetron principle. The gas submits to a field magnetic parallel to the axis of the tube containing the gas and oscillations electromagnetic direction perpendicular to the longitudinal axis of the tube to produce a plasma cylindrical. However, where we unload OM, we will have an influence on the cyclotron resonance (at 2.45 Giga Hz the required magnetic field will be 875 Gauss) and the state of the discharge is maintained with a low current density due to the diffusion electrons in the direction perpendicular to the resonance magnetic field cyclotron. The medium contained in a cavity at a specific pressure in which a magnetic field is applied to guide these high electrons energy creating collisions on heavy particles. Indeed, the electrons energetic collide with the heavy and cold particles of the medium, atoms, molecules or ions. This excitation produces inelastic collisions and the subsequent excitation emits the much sought after light. By changing the operation parameters such that the power level MO, the composition or the pressure of the gas, it is possible to emit a visible light at RX. To clarify, plasma is defined as a gas compound of partially or strongly ionized atoms or molecular one or several orbital electrons torn up creating ions with a sufficient number electron free to balance the charge of the resulting ions into a neutral plasma. It is the transformation of the waves without collision. These waves are transferred to the interior of certain regions of plasma magnetized electrostatic plasma waves and longitudinal.
This plasma wave energy is transferred to the kinetic energy of electrons by a mechanism by so-called Landau loss or collision-free absorption ... These electrons energy will hit the heavier and colder particles and transfer this energy in internal excitation and eventually de-excitation in light. The Hg, the Cd, the Zn, the Sb, P or Iodine. Plasma of Hydrogen, Helium or other gases such as air, oxygen, CO, mixtures such as 90% CO and 10% Oxygen and Xenon.

U.S. Patent 4,513,424 issued April 23, 1985 to Ronald W. Waynant et al. treaty a MO pumped laser in the X band region from 8 to 12 Giga Hertz does not requiring no outside field. An MO source is introduced in a guide containing a cavity with a plate perforated by slots (configurations of the slots) for to transfer MO energy at the tube and an adjustable plate to optimize the waves Stationary and / or to maximize the transfer. The extra MO goes to an external load or bank absorption. Several different cavities with different active mediums can be there introduced for several outputs or wavelengths. Here, the laser is pulsed but the idea continuity is not excluded and the interchangeability of the tubes must be detention.

U.S. Patent 4,698,822 to Philippe Leprince et al. on behalf of C.
NRS's France describes an Argon and Helium laser and Krypton and Ar-Kr mixture for emission of two beams, one blue and the other red. A device belting this tube to apply MOs and couple to an annulus to create a field at the frequency of the MO at the periphery of the discharge tube, with longitudinal and radial components of this electric field allowing the excitement of this column of gas. First and second adjustable short-circuit elements are inserted at each end of the cavity MO. Plasma is not uniform all along of the tube, it becomes the seat of a large stationary intensity MO. Under these conditions he It appears that MOs produce surface waves in the gas. The capillary is surrounded by a coaxial pipe from one end to the other of the short elements circuits containing a low dielectric coolant such as silicone.

U.S. Patent No. 4,802,183 issued to Stephen E. Harris et al. at the University Stanford deals of a laser similar to US Pat. No. 4,513,424 except that the active medium is used excimer with lamp for Xenon pre-ionization and recirculation with slots transfer and absorption charge.

U.S. Patent 4,876,692 issued October 24, 1989 to Jenny Bramley for the Secretary of the US Army is treating a MO pump-pumped XeCl * excimer laser with double entry from a single magnetron into a quartz tube containing a compound as anhydrous MgCl 2 in 10% N 2 medium and 19% Xe at 5 Torr. The cavity The metal receives the MO on the same side, but could also receive opposition. The compound by dissociating goes to its first state of excitement that is metastable. Once radiation emitted, the compound will re-combine to be able to dissociate itself again by MO and repeat this process.

US Patent 5,361,016 issued November 1, 1994 to Tihiro Ohkawa of the General Atomics discusses a method and apparatus for producing a high plasma density in using a whistling mode excitation. A high density plasma is produced in a long cavity by wave whistler "wave helicon" excitation in high frequency to inside the cavity. The magnetic field at a cyclotron frequency electronic associated which being larger than the wave frequency associated with wave Whistling. These whistling waves propagate along the lines of the field magnetic.
This magnetic field makes it difficult for charged particles in the plasma of to cross the lines of the magnetic field and prevents the short circuit. This patent indicated different configurations to generate a plasma with these waves and the antennas associated and the manufacture of a laser. Plasma without electrodes is preferred, because no impurity from the electrodes is present. The whistling wave or helical is a good way to transmit electromagnetic energy in a plasma high density. The frequency of 2450 MHz is good in a magnetic field of 1 Tesla with a pressure of 1 Torr.

US Pat. No. 5,359,621 to Stanley I. Tsunoda's team on behalf of General Atomics discusses an argon laser pumped by MO and the comparison between lasers previous consonanting more than 60 kiloWatts of input. This patent demonstrates the reasons for the creation of the latter.

U.S. Patent No. 5,475,703 issued to Stanley J. Scalise's team on December 12 treats the constrictive effect of the cavity to increase its concentration of the field electric. The transverse uniformity of the discharge is generated by the geometry of the cavity providing a constrictive region where the electric field will be concentrated. In for example, the form H from which the central region will be the constrictive zone. The variation longitudinal electric field being defeated by canceling its resonance longitudinal.
The use of dielectric tubes containing gases of variable composition and pressure variable can be excited in this area in a very efficient way. The waveguides RF or MO can be made by pressing and forming sheets metal. This Guide can also be waterproof to offer a laser without dielectric tube.
This configuration offers the following benefits:

1: The RF or MO excitation field is concentrated laterally;
2 Contains the discharge inside the desired zone;

3 Provides an easy way to tune the resonance frequency of a cavity "Q"
high, defined by the cross-sectional shape of the interior;

4: Substantially reduces the deleterious effects of field variations electric all at along the constrictive region in the perpendicular direction formed by the surface of the transverse restrictive section of the cavity (along the optical axis of the laser);

: Provides a way to isolate multiple cavities RF or MO of any interactions at the RF frequency or operating MO;

6: Provides a way to segment a cavity laser easy to achieve can be separately operated and mounted in series to form a desired power laser ;

7: Provides an RF or MO laser with a uniform electric field all the way through the landfill area;

8: Provides an RF or MO laser with a uniform spatial discharge on a length arbitrary;

9: Provides RF or MO laser to excite discharge into containers gas single or multiple, of different compositions and pressure;

: Provides a RF or MO excited laser having a frequency adjustment of resonance transversal;

11: Provides a RF or MO excited laser with the ability to add to to increase the power;

12: Provides an RF or MO excited laser that can use multiple RF sources or MO;

13 : Procure un laser excité RF ou MO pouvant contrôler en boucle fermée la cavité RF
ou MO en résonance transverse pour maintenir une puissance constante ; 13: Provides a RF or MO excited laser that can control in a closed loop the RF cavity or MO in transverse resonance to maintain a constant power;

14 : Procure un laser RF ou MO peu dispendieux.

Le pompage peut s'effectuer sur des atomes comme sur des molécules.

La polarisation Ce thème prend toute son importance dans ce brevet, car la polarisation d'une onde régie une multitude de comportements.

L'interaction avec l'onde et la matière se traduit par l'échauffement ou l'ionisation. Cette réaction est possible grâce au phénomène de polarisation des molécules. La polarisation diélectrique, la polarisation par orientation dipolaire et la relaxation diélectrique. Dans le cas de la polarisation diélectrique ou l'effet observé dans un matériel diélectrique soumis à un champ électrique statique ou alternatif. Ce phénomène est lié au déplacement des charges positives et négatives et permet au matériau d'emmagasiner de l'énergie venant du champ électrique appliqué.
Les propriétés électromagnétiques des matériaux tel que défini précédemment sont définies à partir de deux paramètres constitutifs : la permittivité E, qui traduit la réaction du milieu face à une excitation électrique (champ E) et la perméabilité , qui décrit le comportement du matériel vis à vis d'une excitation magnétique ( champ H).
On distingue quatre types de polarisation diélectrique se produisant chacune d'elle à des fréquences très différentes, la polarisation par charge d'espace qui se définie par les électrons libres du matériel s'amassant sur les obstacles lors de l'application d'un champ et les éléments positifs et négatifs seront localisés dans des zones entières du diélectrique, ce phénomène se produit principalement en basse fréquence. La polarisation par orientation dipolaire qui se définit par l'orientation des molécules qui présentent une dissymétrie géométrique, donc un moment dipolaire, ce phénomène se produit principalement en hautes et hyperfréquences. En exemple dans les fours MO, durant le passage de l'onde, la molécule d'eau se tournera d'un côté et puis de l'autre au rythme de l'onde un peu comme une vague qui ferait monter ou descendre un bateau, mais 2,45 milliards de fois par seconde pour 2,45 GHz.

La relaxation diélectrique se résume à l'existence d'un délai de réponse pour un système soumis à une excitation extérieure. C'est un déphasage entre la rotation du champ et de celui du dipôle. Aux basses fréquences, où le mouvement imposé aux molécules polarisées est lent, celles-ci se synchronisent sans difficultés sur les oscillations du champ, mais lorsque l'on augmente la fréquence progressivement, à une certaine fréquence, l'inertie de la molécule et les forces de liaison s'opposant au mouvement deviennent prépondérantes. La constante diélectrique du matériau ne dépend alors plus de la fréquence et on dit que le milieu se contracte. Entre ces deux valeurs ou zones de fréquence, il existe une bande de fréquences dite plage de relaxation sur laquelle il existe un déphasage (angle de polarité ou polarisation du diélectrique) entre le champ et les dipôles. C'est dans cette bande de fréquence que le matériau retire de l'énergie au champ électrique et l'a dissipe en chaleur.

La polarisation ionique qui se définie par la séparation des ions positifs et négatifs de la molécule, ce phénomène se produit dans l'infrarouge et la polarisation électronique qui elle déplace le nuage électronique dans la direction du champ, les noyaux positifs étant considérés comme fixes, cela se produit principalement dans l'ultraviolet.

La polarisation d'une radiation électromagnétique se décrit par le vecteur électrique lequel oscille dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de la radiation.
Cette direction de l'oscillation du vecteur du champ électrique est possible en toutes directions dans le plan perpendiculaire à la direction du faisceau. Le plan de polarisation d'une onde électromagnétique est défini tel que le plan créé par la direction de l'oscillation du vecteur du champ électrique et la direction du faisceau.
L'onde polarisée est une onde avec une direction définie de l'oscillation du vecteur du champ électrique.
Le polariseur permet une transmission à travers lui seulement pour une onde électromagnétique lumière ou autres dans une direction spécifique. Elle sert dans le cadre de MO à protéger le magnétron en modifiant l'onde de retour ou par dispositif d'absorption ou de frontière et permet également la réflexion totale. Voir plus bas.

La polarisation linéaire : lorsque le champ oscille dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde.
Usuellement, la polarisation est seulement partielle et se définit comme partielle, car elle est le rapport entre la radiation polarisée et la radiation non polarisée.
Pour un laser polarisé, ce rapport est de 1 :500.
Le degré de polarisation se définit par l'intensité maximum (Imax) transmise à
travers un polariseur et l'intensité minimum (Imin) par la relation :

P= Imax-Imin/ Imax+Imin La polarisation circulaire se définit lorsque l'intensité du vecteur de champ électrique est constante, mais la direction de l'oscillation tourne avec un taux constant. Il n'y a pas de préférence dans la direction de l'oscillation.
En regardant la direction de rotation du vecteur du champ électrique venant de la direction du faisceau se propageant, si la direction est dans le sens des aiguilles d'une montre, elle est dite de polarisation droite circulaire et à l'inverse est appelée la polarisation circulaire gauche. (En anglais wrigth and left hand polarization ). Entre ces deux extrêmes, on a les états intermédiaires appelés la polarisation elliptique. Cette polarisation elliptique se définit comme l'intensité du vecteur du champ électrique n'est pas le même en différentes directions d'oscillations et décrit une ellipse à
la fin du vecteur du champ électrique. La polarisation circulaire est très utilisée dans les procédés d'épitaxie des semi-conducteurs pour réduire les retours aux générateurs MO
(US 5 111 111 en ECR. Dans un laser et lampe MO afin de réduire les striations générées par la polarisation linéaire on utilise la polarisation C à l'aide d'une structure à
quatre pistons (US 5 579 332). La polarisation C ou elliptique peut être obtenue par des magnétrons perpendiculaires les uns des autres (voir US 4 301 347 et 6 417 742).

Les méthodes de polarisation sont par réflexion, par réfraction, par absorption sélective, par multiples réflexions, par double réfraction et par plaque quart de longueur d'onde.
La polarisation par réflexion se produit lorsqu'une onde électromagnétique frappe une frontière entre deux diélectriques, une partie est réfléchie et l'autre est transmise et sera dans le même plan appelé le plan du faisceau. Malus a découvert qu'un faisceau réfléchi d'une surface de verre est partiellement polarisé. Cette polarisation sera maximale à
l'angle de 57 .

L'angle de Brewster : En 1812, Brewster découvre que la polarisation maximum est obtenue lorsque le faisceau transmis et le faisceau réfléchi font un angle de 90 . Il y a un angle spécial pour tout matériel, c'est l'angle de polarisation ou seulement la lumière polarisée perpendiculairement au plan du faisceau a une composante réfléchie.
A cet angle de polarisation, le faisceau réfléchi est polarisé linéairement à 100%.
Lorsqu'un faisceau incident est à l'angle de polarisation, le faisceau réfléchi est perpendiculairement au faisceau transmis.
L' angle de polarisation ou l'angle de Brewster est :
Tan 6s + n2/nl L'explication physique de la polarisation par réflexion est basée sur l'interaction entre l'onde électromagnétique et la matière. Lorsqu'un faisceau électromagnétique non polarisé est incident sur une matière, le champ électrique de la radiation produit une oscillation des atomes dans le matériel et l'émission de la radiation est le résultat de cette oscillation.
Sur une surface entre l'air et la matière seulement le champ électrique parallèle à la surface peut osciller.
Dans les lasers à gaz, il est pratique d'installer les miroirs ou fenêtres à
l'angle de Brewster; toute la radiation qui est polarisée perpendiculairement au plan du faisceau est émise hors de la cavité laser à un stage ultérieur. Dans le tube de gaz, seulement la radiation polarisée sera dans le plan du rayon. Il n'y a donc pas de pertes de réflexions, seulement le rayon polarisé transmis voyagera entre les miroirs et le rayon laser est donc polarisé.
L'utilisation de verre polarisé est utile en photographie, car il réduira les réflexions d'objets trop brillants. En utilisant des miroirs pour manipuler un faisceau laser, le résultat sera une polarisation partielle du faisceau et l'on doit considérer cet effet en holographie et à de nombreuses autres applications.

La polarisation par réfraction : on a vu précédemment que la polarisation par réflexion que le faisceau transmit a une polarisation partielle. L'onde réfractée est polarisée parallèle à la surface du matériel ainsi l'onde transmise contiendra moins de radiation polarisée parallèle à la surface. En utilisant plusieurs plaques telles que des lamelles de microscope, la radiation polarisée parallèle à la surface est réfléchie et l'onde transmise est polarisée. Si le faisceau incident est à l'angle de Brewster OB, la polarisation du faisceau transmis est perpendiculaire à la surface. Ce phénomène est l'Instar de plusieurs surfaces dans un tube laser, le faisceau est transmis encore et encore aux mêmes plaques.
(Fenêtres de Brewster).

La polarisation par absorption sélective est réalisée par des polaroïds faits de longs cristaux dans une matrice de plastique conservant une direction préférentielle.

La polarisation par multiples réflexions ou Scattering. Une onde électromagnétique sur des molécules génère une oscillation. La direction de l'oscillation est en accord avec la direction de l'oscillation du vecteur du champ électrique de la radiation. La scattering de Rayleigh se produit lorsque la lumière (ou autres) est incidente sur les particules plus petites que la longueur d'onde de l'onde (lumière).

La polarisation par double réfraction. Certains cristaux dans la nature ont différents indices de réfraction en différentes directions et l'indice de réfraction dépendra de la direction de polarisation de la lumière entrant dans le cristal. La calcite ou l'Iceland Spar.
Ces changements d'indices déterminent des vitesses différentes dans le médium ainsi que différents indices de réfraction pour différentes polarisations génèrent une différence de phase entre différentes polarisations. Ces matériaux séparent la lumière incidente en deux faisceaux séparés à angle droit l'un de l'autre. Le rayon ordinaire respectant la loi de Snell et le rayon extraordinaire avec une déviation en rapport à cette Loi.
Pratiquement, ces matériaux ont différents indices de réfraction pour un faisceau ordinaire et le faisceau extraordinaire. On dit que ces matériaux ont la biréfringence (double réfraction).
Le mécanisme de la biréfringence est que la vitesse de la lumière dépend de la direction de l'oscillation donc sa polarisation du vecteur du champ électrique en relation avec l'axe de symétrie du cristal ou axe optique. Lorsqu'un vecteur du champ électrique est dans la même direction que l'axe optique, la lumière avance à une certaine vitesse.
Quand le vecteur du champ électrique est perpendiculaire à l'axe optique, la vitesse de la lumière dans le matériel est différente. Il est possible de séparer le vecteur du champ électrique en deux composantes perpendiculaires qui avancent dans le matériel à différentes vitesses.
Lorsque cette lumière sort du cristal, les deux composantes se combinent pour créer un vecteur du champ électrique pouvant avoir différente direction de polarisation du vecteur d'origine. Il devient donc possible d'utiliser un tel cristal biréfringent pour changer la direction de polarisation de la lumière. Une onde électromagnétique ou lumière polarisée linéairement change alors en polarisation elliptique en passant au travers.
L'épaisseur spécifique d'une plaque créera une rotation de la direction de polarisation à
un angle spécifique. Lorsque le cristal est isotropique, la vitesse de la lumière à
l'intérieur du cristal est la même dans toutes les directions (l'indice de réfraction est indépendant de la direction de propagation du rayon). Il est possible de séparer le vecteur du champ électrique E en deux composantes : la composante de polarisation circulaire droite Ed et la composante de polarisation gauche Eg. L'utilisation de cristaux isotropiques et non-isotropiques généreront des polarisations droites et gauches semblables ou différentes.

La polarisation par plaque quart d'onde se produit lorsque l'épaisseur du cristal biréfringent est choisie correctement, il est alors possible de créer une différence de parcours de V4 entre les deux composantes de polarisation. Cela crée une différence de phase de n/2 entre les deux polarisations après être passé à travers la plaque. Un faisceau polarisé linéairement passant à travers une plaque quart d'onde aura une polarisation circulaire.
La polarisation par les ferrites : Cette grande famille de produits communément appelés "Ferrites" est utilisée dans les circuits MO, là, ils sont à la base de dispositifs qui affectent la polarisation ou le sens de propagation nécessitant une grande perméabilité
magnétique sans que des courants de Foucault soient induits.
Dans un champ magnétique statique, les électrons de la ferrite auront tendance à aligner leurs axes avec cette nouvelle force et génère une fréquence de vacillation ou de dandinement "Wobble Frequency" et variera en fonction du champ appliqué. Un atténuateur en ferrite peut atténuer une fréquence particulière MO et laisser les autres passées sans être affectées. Cela peut être réalisé en plaçant une pièce de ferrite à
l'intérieur d'un guide diélectrique. Un isolateur de ferrite quant à lui laissera passer une énergie MO dans un sens, mais bloquera l'énergie dans le guide dans l'autre sens. En plaçant la ferrite décentrée dans le guide, on peut obtenir un variateur de phase. Lorsque l'énergie MO passe à travers une pièce en ferrite dans un champ magnétique, si la fréquence des MO est plus grande que la fréquence de vacillation, le plan de polarisation du front d'onde aura une rotation. (Effet de rotation Faraday). Le taux de rotation sera fonction de la longueur de la tige de ferrite, la direction du sens dépendra du sens de rotation du champ magnétique et pourra être inversée en renversant ce dernier.

La loi de Malus Lorsqu'une intensité de lumière polarisée Io passe au travers un polariseur avec une polarisation plane à un angle a avec la polarisation de la lumière, l'intensité transmise à
travers le polariseur est :

I = Io*cos2a Si on met deux polariseurs, l'angle entre le premier et le deuxième polariseur est a et l'angle entre le second et le troisième est (3 alors l'équation devient :

I = Io*cos2a*cos2(3 Il faut également garder à l'esprit que la polarisation s'effectue sur toutes ondes électromagnétiques et plus la fréquence des ondes radios augmente plus son comportement s'approche des propriétés de la lumière (réflexion, réfraction, la diffraction avec un bémol, la polarisation, ...) et de leurs comportements. Seuls les dispositifs sont différents et j'invite le lecteur à l'étude des RADARs, les guides d'onde ou diélectriques, les fours MO, les micro-ondes et les cavités diélectriques. (US 2 546 840, 4 596 968, 2 599 753, 2 629 773, 5 760 658, 2 701344, 4 353 041, 2 776 412, 2 866 949, 2 922 964, 2 958 055, 3 010 086, 4 916 414, la protection du magnétron dans un four MO 3 210 513, ainsi que leurs références).

Le confinement Avant de passer directement au confinement, il me faut mentionner que des lasers peuvent être pompés directement sans confinement électromagnétique électrique ou magnétique en insérant directement le tube dans une cavité diélectrique MO
avec ou sans constriction du champ électrique (US 4 004 249 décrit plus en détail au paragraphe suivant) ou magnétique de l'onde électromagnétique de pompage (Brevets US 3 374 393, US 4 987 577, 5 361 274, US 5 379 317, US 5 400 357). Les deux premières configurations développées dans ce brevet utiliseront le principe de la constriction par réflexion ou focalisation de l'onde MO sur les tubes en utilisant une cavité
elliptique et de sa caractéristique de un ou des deux foyers. Certains brevets s'apparentent à ce pompage tel que les brevets US 4 890 294 qui introduit directement le tube dans le guide de propagation des MO offrant de ce fait une efficacité élevée avec une sortie puissante et peu dispendieuse à réaliser.

Le brevet US 4 004 249 émit le 18 janvier 1977 à Tom T. Kikuchi pour le compte de la GM Corporation traite d'un laser à guide d'onde optique pompé par ondes électromagnétiques guidées. Un guide d'onde en forme de venturi est alimenté
en MO à 2 450 MHz dans sa partie large pour produire un champ électrique intense dans sa partie étroite ou dans la région du pompage optique d'un tube de quartz contenant du C02-He-N2 produisant des pulses de 20 Kilowatts. En opération, les MO sont injectées à travers le venturi vers l'étranglement, le champ électrique devient très grand et génère une décharge dans le gaz (ici 1330 Volts/cm) à l'intérieur de la cavité optique.
Il y est démontré que l'utilisation d'un guide d'onde venturi concentre l'énergie MO et une grande efficacité de couplage est obtenue. En addition, le guide d'onde optique aide à
concentrer la radiation optique dans la région du champ électrique intense pour obtenir un gain élevé. Plusieurs variations de l'appareil furent étudiées et l'on peut faire varier la géométrie telle que la largeur en forme de flûte pour assortir l'impédance.

Le champ magnétique aide à contenir les électrons et les ions rendant l'excitation meilleure et procure une modulation d'amplitude et de fréquence de la sortie laser. On peut joindre également une ou plusieurs sources de pompage optique adjacentes au guide d'onde optique pour en accroître le pompage. On peut également ceinturer le médium de plusieurs guides venturis pour créer un laser beaucoup plus puissant.

Mais avant tout, on se doit de définir un plasma.
Le plasma :

Un plasma est un gaz chaud d'atomes ionisés et un gaz électriquement neutre dont les espèces, atomes ou molécules, sont excitées et/ou ionisées. C'est en quelque sorte le quatrième état de la matière dont 99 % de l'univers se retrouve dans cet état.
Dans une enceinte confinée, sous vide partiel ou à pression atmosphérique, dans laquelle on injecte un gaz plasmagène, on peut générer un plasma en transférant de l'énergie à ce gaz par l'action d'une décharge électrique. Une décharge étant par définition une conversion rapide de l'énergie électrique en énergie cinétique, puis en énergie d'excitation et d'ionisation des atomes et des molécules. Cette énergie électrique apportée au système est en partie convertie par les particules chargées ainsi formées (électrons et énergie cinétique). Du fait de leur faible masse, les électrons libres récupèrent en général l'essentiel de cette énergie et provoquent par collision avec les particules lourdes du gaz, leur excitation ou dissociation et donc l'entretien de l'ionisation. La décharge électrique s'obtient de différentes façons : avec électrodes et sans électrodes sous un champ électrique variable de type basses fréquences, radiofréquences (à couplage capacitif ou inductif) ou micro-ondes.

Différents brevets furent développés au fur des années afin de construire des lampes pompées par des ondes électromagnétiques en RF, HF et MO. L'étude de certains de ces brevets démontre des particularités spécifiques intéressantes dignes de mentions en rapport au développement de ce brevet. Le brevet US 3 911 318 de Donald M.
Spiro et al.
pour le compte de la " Fusion Systems Corporation" décrit une lampe de grande puissance au Cadmium pompée par MO et contrôlé dans un champ magnétique émettant dans l'UV au visible en produisant des électrons de haute énergie se heurtant aux particules lourdes du médium actif guidé par le champ magnétique. Le brevet US

915 de Donald Lynch et al. pour le compte de la firme "Fusion Systems"
utilisant de deux à trois magnétrons déphasés de 120 pour pomper une lampe. Le brevet US

602 de Tetsuo Ono pour le compte de la firme Hitachi en pompant plusieurs fluorescents par un générateur MO. Les brevets de Brian Turner, James T. Dolan , Michael Ury des firmes Fusion Systems de Rockville Md, pour des lampes au Sélénium ou Soufre, Tellure et excimères avec ignition en ferro-électrique pompées par MO. Le brevet US 6 de Jonathan Barry pour le compte de Fusion UV Systems traitant d'une lampe avec constriction du plasma. Le brevet US 6 657 206 B2 de Patrick Gerard Keogh pour Nordson Corporation traitant d'une lampe UV pompée par MO et émettant sa lumière au foyer 2 d'une cavité elliptique pour revêtement de fibres optiques. Le brevet 581 B2 de Joon-Sik Choi de LG Electronics inc. traitant d'une lampe sans électrode pompée par MO avec circuit résonant offrant différentes configurations. Le brevet US 3 872 349 de Donald M. Spero pour Fusion Systems Corporation traite d'une lampe Xe-Hg émettant dans l'UV et visible, la particularité de ce brevet est qu'il démontre la concentration du champ électrique dans une zone. Ce dispositif permet également d'accroître la limite imposée par la profondeur de peau par une énergie MO de forte puissance pour créer des ionisations additionnelles dans un plasma à haute pression.

Une particularité intéressante dans le contexte de l'étude de différents brevets est la génération d'onde de surface ou plasma périphérique en utilisant des ondes électromagnétiques de surface sur un tube avec un générateur d'ondes de surface ou "Surfatron" intersections de deux cavités dont l'une est coaxiale à la première avec un bobinage ou un espace "Gap" de libération des champs E et H selon certains modes privilégiés (US 4 049 940, 4 906 898, 4 908 492, 4 933 650, 5 028 847, 5 063 329, 5 086 255 et 5 389 153).

Le brevet qui retient le plus l'attention pour ce dispositif par ondes de surface est bel et bien le brevet US 4 792 725 délivré à l'équipe de Donald J.Levy le 20 décembre traitant d'un fluorescent avec excitation de surface pour un volume de gaz à
basse pression. Les fluorescents ordinaires nécessitent des électrodes, un circuit de démarrage et un ballast d'opération. Les électrodes, à la longue, contaminent le milieu, les circuits consomment de l'énergie en non lumière. Une autre limitation est le self-absorption ou dés-ionisation non-radiative. Durant les collisions avec les électrons des atomes de Hg par exemple sont ionisés et le retour d'énergie se fait de façon radiative ou non-radiative.
La radiative émet de l'UV à 253,7 nm frappant la couche de phosphore de surface et converti ces UV en visible. L'énergie non-radiative ou dé-ionisation par collisions électroniques représente une perte d'énergie. Cela provient des collisions qui s'éteignent avec les électrons du plasma. Lorsqu'un photon UV est créé dans la lampe, il voyagera une distance assez courte <0.2 mm avant d'être excité et ré-absorbé par un atome de Hg.
Cet atome de Hg émettra un photon UV ou perdra son énergie en collision électronique.
Ceci se produisant des centaines de fois avant que le photon rencontre la surface du tube et produire de la lumière ou se perdra en non radiation. Plus on sera éloigné
de la surface du tube plus cette auto-absorption sera grande et plus le transfert d'énergie aura des pertes.
On peut donc améliorer ceci par l'utilisation d'ondes de surface RF sans électrodes, ni circuits de démarrage ni ballast. En bref, il faut soutenir une ionisation faible du plasma.
Pour ce faire, un générateur d'onde de surface RF, HF ou MO symétrique et cylindrique.
Une fois le plasma créé, l'énergie délivrée par la source RF doit être optimisée et ne pas être réfléchie au générateur.
Pour un fluorescent, cela procurerait une différence importante due au fait que les ondes de surface du tube se retrouveraient dans l'enceinte ou la majorité des atomes de Hg seraient excités, et ce, tout près de la couche de phosphore contrairement au centre dans les tubes conventionnels. Cela n'excluant pas également le pompage direct de semi-conducteurs ou disons de matière émettant directement du visible ou d'une façon non-linéaire. On peut donc définir une onde de surface comme un champ électrique plus grand en surface intérieure du tube que son champ électrique au centre.

Dans l'application de ce brevet, j'utilise les propriétés de l'onde de surface afin de confiner les particules électroniques, ions ou molécules du centre du tube, excitées par des générateurs de type magnétrons ou combineurs de diodes auxiliaires. Ce confinement et l'excitation en fonction de la puissance fournie affectent directement la section centrale comprise dans l'axe optique et permet une densité accrue des particules chargées (donc le plasma) dans la zone variable du chemin optique. Ceci permet à la composante électrique EM du champ appliqué au gaz d'accélérer les électrons à l'intérieur et au centre créant des collisions qui ionisent certaines particules du gaz formant le plasma tout en imperméabilisant les fuites de plasma vers les parois. En bref, le plasma se confine lui-même de part la propriété des ondes de surface de se propager et de suivre un élargissement ou une contraction de tube et de sa réflectivité aux ondes et son imperméabilité aux particules chargées de le traverser en rapport avec sa puissance. La fréquence du plasma de surface peut être de plus basse fréquence que celui formé par les générateurs de pompage et ainsi obtenir des rendements lasers inexistants jusqu'à ce jour.
J'appellerai ce confinement le "confinement électromagnétique-plasmatique".
Ainsi, l'onde de surface peut se propager dans un plasma seulement si la fréquence fo de ces ondes sera égale à Fpe /~ 1 + cg cg est la permittivité relative du matériel diélectrique constituant la colonne et Fpe = 1/2n ~ ne2/ m . eo Fpe est la fréquence des électrons du plasma N la densité des électrons E la charge élémentaire de l'électron et m sa masse so est la permittivité du vide.
La quantité n est directement relié à la puissance fournie à la colonne du gaz et doit excéder un certain seuil induisant un seuil de fréquence des électrons de :

(Fpe) s = F ~ 1 + Eg Le diamètre du tube et la pression dans le tube agissent également sur la densité des électrons.
Le champ électrique d'une onde de surface se propageant le long d'un tube est utilisé
pour donner de l'énergie au gaz créant une haute température, une haute densité, un plasma stable et efficace sans impuretés en maintenant une décharge. Une propriété
distinctive des ondes de surface est que, lorsque l'interface entre le plasma et la paroi à
faible perte diélectrique du tube est excitée, l'onde se propagera dans cette zone sans requérir à des structures additionnelles de guidage. Ces ondes de surface peuvent être générés et transmis avec un dispositif simple et court et peu encombrant "Surfatron"
dépendamment de la puissance fournie de quelques cm et peut produire un plasma sur toute la longueur du tube soit quelques mètres de colonne plasma de long. La règle de diamètre du tube est que le diamètre du tube ne peut excéder X/4 et d'une façon plus précise devra être plus petit que 'V8 pour la longueur d'onde en espace libre de l'onde se propageant en surface.

2,45 GHz = 12,23 cm /4 et 8= 3.06 cm à 1,53 cm.

Cette règle conduit au fait : qu'accroître le volume du plasma peut se faire qu'en abaissant la fréquence. L'abaissement de fréquence permettra d'accroître le diamètre du plasma, mais réduira la densité d'électrons (mais pas à haute pression du gaz). Une propriété des ondes de surface est qu'ils se propagent le long de l'interface et si le diamètre du tube s'agrandit non abruptement le diamètre du plasma grandira.
L'utilisation d'un champ magnétique permettrait de générer une haute densité
et une haute température au-dessus du point de coupure de densité tout en ayant une distribution radiale et procurant un diamètre plus grand malgré l'augmentation en fréquence et des effets d'épaisseur de peau. L'utilisation d'un petit bobinage ou d'un espace "Gap"
permet une concentration de l'onde de surface dans une région spécifique et concentre le champ électrique à cette zone périphérique. Plusieurs générateurs MO de type transformateur de guide d'onde coaxial de surface pourraient être utilisés tout au long d'un tube de diamètre donné conduisant à un confinement que j'appellerais le confinement électromagnétique ou plasmatique relativement puissant.

La puissance moyenne délivrée aux électrons du plasma est :

1/2 . e2/m ( vc/ (21rf)2 + vc2 ) 1 E--+ (r)---> ~ z e et m sont la charge et la masse de l'électron vc la fréquence centrale de collision de l'électron f: la fréquence du générateur r--> est la position E ( r)---> est l'amplitude du champ électrique de l'onde de surface.
Cette équation démontre que l'énergie est délivrée en périphérie du tube.
Si la puissance délivrée est suffisamment puissante, l'onde de surface parcourra le tube entier et se réfléchira. L'onde de surface pourra se réaliser dans une plage de fréquence selon le diamètre extérieur, l'épaisseur de la paroi, la composition et la pression du gaz, la longueur et la puissance délivrée au plasma. La condition de propagation s'inscrit selon :
4ne2 ne--> a2/ m c2 [1 +( vc/2nf )2 ]=1 ne-~est la densité moyenne d'électrons a est le rayon du tube intérieur Les ondes de surface peuvent également être formées par un dispositif constrictif des ondes MO en faisant circuler le gaz dans le tube. Ces configurations lasers à
re-circulation de gaz ne s'appliqueront pas ici dans l'esprit des configurations moléculaires mais demeure dans l'esprit de l'invention et des revendications. Les diamètres de 3 à 1.5 cm sont bien suffisants pour ce projet pour une fréquence de 2,45 GHz, mais l'arrimage d'impédances demeure une préoccupation de tout instant puisque le plasma lui-même est un diélectrique variable selon les conditions en présence.

Le confinement magnétique (Voir Planche : 16) Ce dernier, le plus simple, est un confinement par un champ magnétique (généré
soit par des aimants permanents, des bobines ou électro-aimants ou le mélange des deux) dans le but d'un contrôle plus précis le cas requis. Dans les circuits magnétiques, les lignes ne restent pas toutes canalisées à l'intérieur du circuit. Une partie des lignes passent en dehors du matériel soit le fer et de l'entrefer. Le flux en relation à ces lignes qui s'échappent dans l'air se nomme flux de fuite et s'intensifie lorsque le circuit magnétique devient saturé. Cette propriété est mise à profit soit dans le contrôle du magnétron ou du circuit de confinement magnétique du tube laser.
Les aimants permanents : Nos ancêtres avaient remarqué que certaines pierres ont une propriété d'attirer le fer. C'est la propriété que l'on appelle le magnétisme.
Les pôles semblables de deux aimants se repoussent, les pôles contraires s'attirent. Un aimant génère des lignes de force, ou des lignes de flux. Ainsi, le champ magnétique est la région de l'espace traversée par les lignes de force. Ce champ magnétique peut être affecté par le voisinage du fer, du cobalt, du nickel et de leurs alliages tels que les ferrites.
Les lignes de force peuvent traverser différents matériaux tels que les verres sans être dérangées. Ces lignes de force n'existent pas réellement, leur représentation est utile, car elle permet de déterminer la direction et l'intensité d'un champ magnétique.
On devrait parler de zone tridimensionnelle magnétique ou spectre magnétique. Toute ligne de force sort du pôle Nord pour rentrer dans le pôle Sud et se referme à l'intérieur de l'aimant pour compléter la boucle formant ainsi des circuits magnétiques. Les lignes de force ne se croisent jamais donc difficile à traverser. Le flux magnétique 0 est l'ensemble des lignes de force qui traverse une surface. (Weber ou 108lignes.
La densité du flux magnétique (3 est la densité des lignes donc le weber par m2 et on l'exprime en Tesla 1 T= 1 wb/m2.
Le gauss est une unité de densité de flux valant une ligne par cm2, ou 0,1 millitesla. 1 gauss = 0,1 mT d'ou 10 000gauss = 1 Tesla.
Un exemple de bobine utilisé dans les lasers à ions est décrit en détail dans le brevet US 4 974 228 de la Firme Spectra-Physics.
Une autre approche traitant d'un confinement magnétique puissant est décrite au brevet US 5 335 238 par John T. Bahns de l'Université de l'Iowa.
Certains matériaux tels que le fer sont plus perméables aux lignes de force que l'air et par définition sont meilleurs conducteurs du flux magnétique que l'air.
On appelle les aimants permanents ceux qui ont la propriété de conserver une très grande aimantation rémanente tel que l'acier au carbone trempé et des alliages comprenant comme constituant principal le fer puis du chrome, du tungstène ou le nickel de l'aluminium, du cobalt et le titane. Alnico V de composition : 51% Fer, 14% de nickel, 8% d'aluminium, 24% de cobalt et 3% de cuivre. Les aimants à céramiques sont plus légers et possèdent une résistivité électrique équivalente à celle des bons isolants. Indox, Vectolite, Ferroxdure et sont des ferrites composées d'un alliage d'oxyde de fer (Fe203), d'oxyde de baryum (BaO) 6 (Fe203), d'oxyde de zinc, de cobalt...La théorie des domaines démontre que tout matériel magnétique s'oppose à tout changement d'orientation imposé par un champ extérieur ; de même, une fois orientés, ils essaient de conserver leur orientation en s'opposant de nouveau à tout changement (hystérésis). Ces nouveaux alliages d'aimants permanents produisent des forces magnétomotrices très intenses de sorte que, à FMM égales, ils sont plus petits que les électro-aimants qu'ils peuvent remplacer et n'ayant pas besoin d'énergie extérieure pour maintenir leur magnétisme. Par contre, les électro-aimants offrent un contrôle sur le champ magnétique.
Le physicien M. Hans Christian Oersted a trouvé qu'un conducteur parcouru par un courant s'entoure d'un champ magnétique analogue à celui produit par un aimant.
La densité du flux autour d'un conducteur rectiligne sera :
p =2/10' .Ud I est le courant en ampères d est la distance par rapport au centre du conducteur en mètres.
Le champ magnétique autour de plusieurs conducteurs est égal à la somme des champs créés par chacun d'eux. Un faisceau de 100 conducteurs portant un courant de 5 ampères produira le même champ qu'un seul conducteur parcouru par un courant de 500 ampères.
Cela permet donc de créer des champs intenses avec des courants relativement faibles.
Le champ produit par un courant dans une spire produira un spectre magnétique identique à celui produit par un aimant permanent en forme de disque.
Le champ magnétique est un champ vectoriel. Il est tangent aux lignes de champ.
Les champs magnétiques peuvent se superposer et le champ résultant est égal à
la somme vectorielle des champs crées par chaque source à un point donné, soit :

5---> = (3-->1 + 5->2...+ (3-->n La force magnétomotrice FMM (en A pour ampère) est le produit du courant par le nombre de spires.
(3 = o. n. I
(3 est le champ magnétique à l'intérieur du solénoïde en teslas (T).
o = 4n. 10-7 S.I (perméabilité magnétique du vide = air) n est le nombre de spires par mètre du solénoïde ( spires. m"1) I est le courant circulant dans le solénoïde en ampères (A).
Un solénoïde est dit long si L est supérieure ' 10 fois son rayon (L >l Or).
Le sens du champ en utilisant la Règle du bonhomme d'Ampère.

Ainsi, en exemple, une bobine de 50 spires portant un courant de 4 ampères, produit (ou crée) une FMM de 50. 4 = 200 ampères. Une telle bobine produit le même effet magnétique qu'une seule spire portant un courant de 200 ampères.
Une bobine parcourue par un courant produit le même champ qu'une série de spires indépendantes parcourues par le même courant. A l'intérieur de la bobine, les lignes de force sont parallèles à l'axe du solénoïde. A l'extérieur, elles sont distribuées exactement comme celles d'un barreau aimanté.
Dans un solénoïde long, le vecteur champ magnétique P---> est constant. On dit alors que le champ magnétique est uniforme.
Si l'on cherche à produire avec un solénoïde, le même flux que celui créé par un aimant permanent de même grosseur, on s'aperçoit que la bobine doit développer une FMM
énorme. En exemple, un aimant perma.nent en Alnico V de 2,5 cm de diamètre et de 15 cm de longueur produit un flux de 50 000 lignes environ. Pour produire le même flux avec un solénoïde à noyau d'air, il faudrait que la bobine développe une FMM
d'au moins 120 000 ampères. C'est-à-dire que cette bobine devrait supporter un courant de 120 000 A si elle était formée d'une seule spire, ou de 12A si elle en comportait 10 000.
Elle brûlerait en quelques secondes à cause des pertes par effet joules. Il est impossible de produire une telle FMM avec une bobine ayant des dimensions aussi restreintes avec un noyau d'air ou de vide. Il faut mentionner également qu'en ajoutant un noyau de fer doux à l'intérieur du solénoïde on constate que le flux augmente d'une façon extraordinaire et peut devenir aussi puissant pour des dimensions semblables à un aimant permanent. On peut de ce fait faire varier les champs et même le renverser en variant le courant circulant dans la bobine. L'explication se retrouve dans l'orientation des domaines orientés dans une même direction toutes les FMM atomiques créées par la rotation et le "spin" des électrons dans le fer.

L'utilisation d'un champ magnétique pour confiner et diriger un faisceau d'électrons a vu le jour il y a bien des années en autres dans les tubes cathodiques de télévision ou bien dans les lasers à infrarouge lointain utilisant des MO et un générateur Van De Graaf US
3 639 774, un générateur de pulsation à haut voltage US 3 958 189 ou bien le laser conventionnel à canons d'électrons comme celui décrit au brevet US 3 883 819.

On peut se servir du champ magnétique pour créer des conditions d'opération telles que combattre l'Effet Zeeman en utilisant deux bobines en opposition de phase (une dans un sens et l'autre dans l'autre sens en inversant les polarités) afin d'éviter la polarisation circulaire qui serait en désaccord avec l'utilisation de fenêtres de polarisation linéaire telle que les fenêtres de Brewster. (US 3 413 568). Un confinement magnétique variable peut servir à stabiliser en convergent le plasma (US 5 930 281). Il peut également servir à
sélectionner la fréquence de sortie d'un laser à Krypton : en exemple, l'intensité de la raie 647.1 nm dans le rouge sera privilégiée par un confinement de champ magnétique de 325 Gauss tandis que les raies 568.2 et 530.9 nm seront favorisées vers une intensité du champ magnétique autour de 655 Gauss (US 5 715 269).
En établissant un champ magnétique variable avec un gradient longitudinal en intensité
de ce dernier, il agira à confiner de plus en plus le plasma ou l'interaction : ondes, électrons, ions, atomes ou molécules. En bref, en accroissant la puissance, on peut confiner davantage même pour des aimants quadripolaires (US 4 425 649).

k =~ m / e a(3o . 2nc/ sk"z (1 + v/c) e étant la charge de l'électron a(3o est le gradient du champ magnétique s est un nombre d'harmonique 1,3,5,7,....qui changera en fonction de l'espacement entre les miroirs ou la force du champ magnétique (30 , qui elle, changera en fonction du courant si on utilise un électro-aimant ou en ajustant un anneau d'acier doux pour ajuster le circuit magnétique si on utilise des aimants permanents.
La longueur d'onde ou la fréquence de la radiation émise 1 changera en fonction de la vitesse de l'électron v qui changera en fonction de la puissance MO fournie.

La stabilisation d'un champ électrique par un champ magnétique est décris au brevet US
4 604 752 par le Canadien Herb J. J. Seguin.
Les aimants quadripolaires sont un autre type d'aimants, qui sont généralement utilisés pour focaliser un faisceau de particules, car le faisceau a naturellement tendance à
diverger. On peut ainsi conserver le faisceau à l'intérieur de la chambre à
vide. Ces aimants sont composés de quatre pôles magnétiques. Au centre d'un aimant quadripolaire le champ magnétique est nul. On peut surnommer ces aimants des lentilles magnétiques quadripolaires ou sextupolaires souvent utilisés dans les lasers à électrons libres (US 4 599 724) et dans les accélérateurs de particules modernes. Une configuration laser sera développée utilisant ce principe.

Le brevet US 6 795 462, délivré à l'équipe de Jens Christiansen traite bien du confinement magnétique. Le confinement utilisé est produit par ces aimants quadripolaires offrant les avantages suivants :

1: A cause des interactions entre les charges transportées présentes dans le plasma, le champ magnétique et le champ électromagnétique alternatif, les charges transportées (principalement les électrons) sont éloignées des parois du tube, vers l'axe là ou le champ magnétique démontre une intensité réduite jusqu'à disparition.. Il est favorable si le champ magnétique disparaît dans la région de l'axe du tube, mais demeure aussi fort que possible dans les bords du tube : 10 Tesla serait bien, mais dispendieux à
produire et maintenir alors un bon compromis sera 0,1 à 2,0 Tesla aux surfaces de pôles et 0,1 à 1 Tesla pour sa force ;
2 La durée de vie du tube est alors accrue ;
3 Abaisse l'échauffement du tube et de ce fait le besoin en refroidissement ;
4: La réduction des interactions parois-tube réduit le niveau des composantes du gaz par les parois et de ce fait conserve la composition du gaz à la pression optimale sur une plus longue période ;
: La réduction des interactions entre les électrons du plasma et les parois, produit plus d'électrons et ces derniers sont plus énergétiques et disponibles pour l'excitation du gaz par les collisions accroissant de ce fait l'efficacité ;
6: Parce que les électrons du plasma sont dirigés vers le centre du tube par le champ magnétique, la densité de ces électrons et les probabilités de collisions des électrons sont accrues dans cette région ainsi le rendement en lumière est plus grand et l'efficacité de l'effet laser s'accroît de 10 à 20 fois ;
7: La résultante de la concentration des électrons amorçant et excitant dans la zone de l'axe, cette zone émettrice de la radiation laser sera plus étroite ainsi le faisceau laser sera plus mince et plus intense ;
8: La réduction des interactions aux parois du tube et l'accroissement de la densité des électrons vers l'axe central, un accroissement de température des électrons (énergie cinétique des électrons) se produit dans cette zone laquelle accroît l'amplitude du champ électromagnétique alternatif. L'accroissement d'amplitude du champ électromagnétique alternatif en retour est facilité par la réduction des interactions entre le plasma et les parois ;
9: Cette configuration rend possible une température plus haute des électrons laquelle à
son tour permet une excitation des niveaux d'énergie plus haut et permet des radiations avec des 1 plus courtes jusqu'aux R-X;
: La température des électrons plus élevée pouvant être atteinte avec une puissance HF
relativement plus faible, faisant en sorte que le seuil d'excitation du gaz est plus faible vu d'un point de vue énergétique ;
11 : Cette configuration permet un plasma d'être généré dans le tube dans lequel la température des électrons est plus grande que la température des ions. Ce qui est favorable ;

12 : La réduction d'interactions tube-plasma permet d'utiliser des matériaux moins résistants (température, toxicité et moins dispendieux que l'Oxyde de Béryllium pour les lasers à l'Argon plus de 100 Watts CW).

On peut également se servir du champ magnétique pour créer la condition de la résonance cyclotronique électronique.

La résonance cyclotronique électronique RCE

La RCE est une condition par laquelle les électrons acquièrent de l'énergie.
Ici, l'énergie MO résonante ionise le gaz et forme le plasma. Lorsque la densité du plasma atteint un niveau suffisamment élevé, une inversion de population substantielle est créée. Un champ magnétique externe de type solénoïde ayant ses lignes parallèles à l'axe longitudinal du tube de décharge agit de confinement du plasma près du centre du tube et loin des parois générant une véritable colonne de plasma. Les miroirs du résonateur à chaque extrémité
jouent leurs rôles d'amplification par les excitations additionnelles générant l'effet laser.
Cette configuration se prête bien aux lasers pouvant fonctionner à faible pression telle les lasers à vapeur de métal combiné à un gaz noble tel que l'He-Cd et les lasers de type ioniques tels que l'Ar, Ne, He, Xe, Kr ou Rn ).

On excite le plasma par micro-ondes à la résonance cyclotronique électronique (RCE) sans omettre également les fréquences harmoniques dans plusieurs applications telles que la gravure par plasma, l'implantation ionique, le dépôt de couches minces et finalement les configurations de laser et maser tel que décrit au brevet US 4 604 551.
Cette région où
les électrons absorbent le maximum d'énergie de l'onde excitatrice est une zone étroite dans un champ magnétique statique. En exemple, le convertisseur d'ondes cyclotronique (CWC) est un tube qui permet de transférer l'énergie d'une onde hyperfréquence à un flux d'électron continu grâce à une disposition appropriée du champ magnétique le long de son parcours. C'est en quelque sorte un Klystron inversé. La technologie des semi-conducteurs utilise ce principe et de nombreux brevets furent déposés relatif au traitement par gravure plasma (brevets US 4 101 411, 4 298 419, 4 330 384, 4 691 662,4 727 293, 4 810 935, 4 876 983, 5 038 712, 5 079 033).

Par ce processus, les électrons acquièrent de l'énergie et par collision, ionisent et dissocient le gaz, de là, création du plasma. A cette résonance RCE, les électrons auront un mouvement circulaire autour des lignes du champ magnétique. La fréquence de rotation cyclotronique Fc est directement proportionnelle à la densité du flux magnétique et sera inversement proportionnel à la masse de l'électron me tel que :

Fc = qp / 2n me = ep/2m Fc = 2,80 / 106 P en cycles par seconde et (3 étant la densité de flux magnétique en Gauss.
Ainsi à une fréquence donnée : F Mo = FRCE = (2,80. 106) P Hz.

Le principe consiste à superposer à l'onde électromagnétique de fréquence v un champ magnétique (3 perpendiculaire au champ électrique de l'onde de telle sorte que la fréquence de giration des électrons dans le champ magnétique soit égale à la fréquence de l'onde excitatrice. Les électrons s'accéléreront et le rayon de giration s'accroîtra. En dessous de la condition RCE, la fréquence de rotation cyclotronique deviendra égale à la fréquence MO. Ainsi à la fréquence MO de 2,45 GHz, la condition RCE
nécessitera une densité du flux magnétique de 875 Gauss. (Brevet US 4 745 337). Lorsque l'énergie de l'électron s'accroît, le rayon orbital s'accroît selon la relation : R = (2mE
/ eB 2)1/2 où E
est l'énergie de l'électron en électron-volts. Pour E = 35 eV et B =1000 Gauss, r = 0.2 mm, valeur plus petite que le diamètre de la cavité et du libre parcours moyen à la pression de 0.1 torr, la fréquence de collision à ces pressions sera plus petite que la fréquence RF en rapport à ce qu'il serait à la fréquence cyclotronique de 2,5 GHz permettant d'absorber continuellement l'accroissement d'énergie.

La puissance transférée à chacun des électrons dans un champ MO sera ainsi maximisée à
la condition RCE due au mouvement cyclotronique et que les oscillations au champ électrique MO demeurent en phase les uns en rapport aux autres. Dans un plasma RCE, l'électron absorbera constamment de l'énergie du champ électrique MO jusqu'à
ce qu'il heurte une molécule neutre. Les pressions de gaz plus hautes résulteront à une fréquence de collision plus élevée et sera de ce fait moins énergétique parce qu'il y aura plus de perturbation dans le mouvement circulaire libre de l'électron. Cela implique qu'en RCE
le processus sera plus utile à basse pression.

Un plasma se comporte un peu de la même façon qu'un fluide comme l'air ou l'eau, les ondes de toutes sortes peuvent s'y propager. On classe en général les ondes par familles suivant leur fréquence et leur direction de propagation par rapport au champ magnétique (parallèle ou perpendiculaire). Il existe deux grands mécanismes permettant au plasma de gagner de l'énergie à partir d'une onde : l'absorption de type cyclotronique et l'absorption de type Landau. *Dans ces deux cas, l'interaction onde/particules est résonante, c'est-à-dire qu'elles vibrent à la même fréquence. Dans le cas de l'absorption cyclotronique, il s'agit de coupler au plasma une onde à une fréquence résonante avec la fréquence de rotation d'une espèce (ions ou électrons) dans sa trajectoire autour des lignes de champ. Le plasma peut participer à son propre confinement en ce sens qu'une particule chargée aura une trajectoire hélicoïdale autour d'une ligne de champ magnétique se refermant sur elle-même.

Dans le cas de l'absorption Landau, il s'agit de coupler au plasma une onde en résonance avec une population de particules, de telle façon que onde et particule aient presque la même vitesse de propagation *. C'est en quelque sorte, une conversion de l'énergie par processus de pertes collectives sans collision en électrons énergétiques à
travers le plasma. Ces électrons de haute énergie heurteront les particules plus lourdes et froides et transféreront cette énergie en excitation interne et finalement cette énergie sera rendue sous forme d'émission laser. La distribution de radiation en ultraviolet, dans le visible et dans d'autres régions du spectre, sera déterminée par l'énergie des électrons du plasma et du médium actif contenu dans le plasma. L'échauffement du plasma est un processus sans collision en comparaison avec une décharge à basse fréquence ou en DC
qui eux se réalisent avec collisions.
* Ce phénomène fut observé récemment sur les particules lourdes dans ou disons sur le vent solaire. En quelques sortes du "surfing" se déplaçant à la même vitesse que la vague, et profitant de son énergie. Tout ce processus en plus de chauffer le plasma peut créer un courant par effet transformateur avec le champ magnétique ou génération non inductive de courant, mais sera conditionné par la direction de l'onde avec des particules ayant une direction privilégiée.

Les ondes se propagent de différentes manières dans un champ magnétique et dans un plasma (phénomène de résonance onde-particule). La propagation perpendiculaire, oblique, parallèle, circulaire et elliptique. Pour la propagation perpendiculaire au champ magnétique, le mouvement des particules se produit tout au long du champ magnétique, ainsi le mode dynamique n'est pas affecté par le champ. L'onde est identique à
l'onde électromagnétique du plasma et est semblable au plasma non-magnétisé. Cette onde est dite ordinaire et se propage en mode "O". La première fréquence de résonance est plus grande que la fréquence cyclotronique de l'électron et s'appelle la fréquence hybride haute. La fréquence de résonance seconde est reliée entre l'électron et la fréquence cyclotronique de l'ion et est appelée la fréquence hybride basse.

Pour une propagation parallèle au champ magnétique, le mode sera longitudinal par nature et générera une oscillation des particules parallèle au champ magnétique. Ces ondes pouvant tourner du côté droit ou gauche. En basse fréquence, il n'y a pas de différences notables entre les ondes dites de Alfven. En haute fréquence, à la résonance cyclotronique de l'électron, le champ électrique transversal associé avec l'onde droite aura une rotation de même vitesse et sera dans la même direction que les électrons gravitant autour du champ magnétique équilibré. Cette onde sera ainsi absorbée par les électrons. La continuité de l'onde Alfven au-dessus de la fréquence cyclotronique ionique est appelée l'onde cyclotronique électronique ou onde siffleuse (US 5 225 740).

Une fois l'onde transmise, elle ne doit pas s'amortir trop rapidement. Une onde siffleuse avantageusement ne possède pas un point de rupture en haute densité et peut donc pénétrer le plasma pour maintenir la décharge. La fréquence HF doit être plus élevée que la fréquence de collision électronique avec les ions du plasma et les molécules neutres du gaz et elle ne doit pas subir d'amortissement excessif sans collision.

On peut envoyer dans le plasma une onde radiofréquence qui va entrer en résonance avec le mouvement de rotation cyclotronique des ions, les chauffant ainsi directement. Ce sont les ondes à la fréquence cyclotronique ionique.

On peut également envoyer dans le plasma une onde résonante avec le mouvement cyclotronique des électrons pour leur communiquer de l'énergie. Ce sont les ondes à la fréquence cyclotronique électronique. Le transfert d'énergie entre ondes RF, HF et MO et le plasma s'appuie sur le phénomène onde-particule. La fréquence de cette pulsation est donnée par :

Wce = e Bo/cme E et m sont la charge et la masse au repos de l'électron Bo la valeur du champ magnétique local.

La résonance est obtenue lorsque la fréquence de l'onde est égale à la fréquence de giration électronique, corrigée des effets relativistes (augmentation de masse de l'électron et la modification en fréquence apparente de l'onde sous l'effet du mouvement de l'électron le long d'une ligne de champ : Effet Doppler). Il faut noter que la fréquence étant choisie de manière à obtenir une résonance avec le mouvement cyclotronique électronique, environ 1832 fois plus grandes que la fréquence cyclotronique ionique, aucun échange d'énergie est possible entre la population ionique et l'onde.
Toutefois, dans un plasma suffisamment dense, les échanges d'énergie par collisions ion-électron vont se traduire par un chauffage ionique. C'est un effet indirect relevant du transport de la chaleur et non de l'interaction directe entre onde et plasma.

Tel que vu précédemment au brevet US 6 795 462, on peut obtenir des plasmas de plus haute densité en utilisant des champs magnétiques plus élevés. L'augmentation du champ magnétique à un point donné favorisera une zone entre les parois et libèrera même le centre du tube. Ce brevet confirme l'utilisation d'un champ magnétique fort avec pompage HF ou MO. Un laser à l'Argon pourrait atteindre 100 Watts continus en configuration magnétique quadripolaire, hexa ou octopolaire.

Le champ magnétique de 875 Gauss peut être créer par un ensemble d'aimants naturels tel que les aimants permanents de Ferrite de Baryum ou de Strontium, en céramique (Samarium-cobalt 5KG ou plus Sm05) ou d'électro-aimants ou des deux à la fois en confinement variable à l'aide de tige de fer, du courant en régime multipolaire, divergent et autres ainsi que par variations par les circuits magnétiques.

Les courants d'Eddy Trois types de chauffage se présentent dans l'analyse du besoin de transfert d'énergie dans ce brevet sur les lasers. Le chauffage par micro-ondes dont l'énergie est couplée par les champs E et H et dépendra de la conductivité et la position de la charge. Le chauffage diélectrique dont l'énergie est transmise à une charge non conductrice avec une source RF, une bobine d'adaptation d'impédance et de résonance (L = 1/(2nF)2C) et le condensateur de travail ceinturant l'objet à traiter et finalement le chauffage par induction dont l'énergie induite est transmise à une charge conductrice avec une source RF, un condensateur d'adaptation (C=
1/2nFV) et une bobine de travail. L'énergie est transférée par le champ magnétique H.
L'excitation et le chauffage utilisé dans ce brevet est un mariage de ces trois types de configuration et seront utilisés dans le cadre de ce brevet pour sa fabrication et pour la vaporisation du médium actif dans le cadre des versions métal-vapeur.

Dans un solide, le physicien Faraday (1820) observa qu'un champ magnétique devait être variable pour faire apparaître un champ électrique, appelé courant induit.
Cependant, la "FEM"
est proportionnelle non pas simplement au rythme de variation du champ magnétique, mais à
celui du flux ainsi pour un circuit possédant N spires serrées, les Forces Électromotrices "FEM"
induites à l'intérieur de chacune d'entre elles s'additionneront. On peut aussi observer des courants induits dans n'importe quel conducteur en mouvement dans un champ magnétique variable ou à travers lequel un champ magnétique varie, ce sont les courants de Foucault. Si on place un anneau de métal ouvert sur un socle isolant dans un champ électromagnétique variable, on observe l'apparition d'arcs électriques entre les deux extrémités de la brisure. Il y a donc déplacement de charges. C'est l'antenne de Hertz qui par la loi de Faraday, les électrons deviennent mobiles dans l'anneau, et s'accumulent sur une extrémité, une différence de potentiel est ainsi créée et on observe un arc électrique.

Ces courants sont produits à l'intérieur d'une pièce par le champ magnétique alternatif générant un effet de chaleur. C'est le phénomène d'induction électromagnétique découvert par Michael Faraday soit :

E = N . d(D/dt E est le voltage N est le nombre de tours 9D est le champ magnétique en webers d(D/dt est le taux de changement du champ magnétique en fonction du temps.

P= E2/R = i2R la résistance est déterminée par la résistivité (p) et la perméabilité ( ) du milieu.

Tous les métaux conduisent de l'électricité, mais en offrant une résistance au passage du courant.
Cette résistance au débit du courant génère des pertes de puissance générant une chaleur. En rapport avec la Loi de la conservation de l'énergie, cette énergie est transformée d'une forme vers l'autre. Ces pertes sont produites par la résistance selon P= i 2 R ou i est la densité du courant et R la résistance. Parce que le montant des pertes est proportionnel au carré du courant, en doublant le courant accroîtra les pertes (ou chaleur). Différents métaux tels que l'Argent et le Cuivre ont une résistance très basse et conséquemment sont de bons conducteurs. D'autres métaux tels que l'acier ont une résistance plus élevée au passage du courant électrique et lorsqu'ils sont traversés par un courant électrique une chaleur substantielle sera produite. Les éléments chauffants d'un poêle électrique sont un bon exemple de résistance au courant de 60 Hz de nos domiciles. D'une manière similaire, la chaleur produite en partie dans un bobinage d'induction est due au courant électrique en circulation.

Un courant électrique alternatif de haute fréquence est transmis à un bobinage d'induction qui à
son tour devient la source électrique induisant un courant électrique vers une pièce de métal.
Aucun contact n'est requis entre la pièce et le bobinage d'induction. Le courant alternatif AC
dans un bobinage inductif a des forces invisibles (électromagnétiques ou un flux) autour de lui.
Lorsque le bobinage est placé près ou autour d'une pièce, les lignes de force se concentrent dans l'espace d'air entre la pièce et le bobinage. Le bobinage d'induction fonctionne comme un transformateur primaire, la pièce à chauffer devient ainsi le secondaire du transformateur en court-circuit et ces courants traversent la pièce. Le champ de force ceinturant le bobinage inductif induit un courant égal et opposé dans la pièce qui s'échauffe du à sa résistance au débit du courant induit. Le taux de chauffage de la pièce est dépendant de la fréquence du courant induit, de son intensité et de la chaleur spécifique du matériel, sa perméabilité magnétique, et sa résistance au débit du courant. Ces courants induits sont les Courants D'Eddy.
Il faut garder à
l'esprit que certains métaux ont des propriétés différentes modifiant le taux et l'efficacité du transfert tel que l'habilité d'absorber la chaleur ou chaleur spécifique et en fonction de la température, la perméabilité magnétique, sa résistivité, le point de Curie et du changement de magnétisme.
Les pertes par hystérésis (retard de l'effet sur la cause soumis à une oscillation variable) se produisent sur des matériaux magnétiques tels que l'acier, le nickel et autres. En exemple, les aciers au carbone ayant des dipôles, le flux magnétique alternatif générera des dipôles magnétiques du matériel et oscillera selon les changements des pôles magnétiques et leurs orientations à tous les cycles. Ces changements occasionneront des frictions.
Lorsque ces aciers sont chauffés au-dessus du point de Curie ils deviennent non magnétiques et l'hystérésis cessera.
L'effet de peau s'accroît plus la fréquence augmente et les courants d'Eddy se produiront à la surface ainsi que la chaleur produite. Plus la fréquence du courant administré
au bobinage, plus l'intensité du courant est induite autour de la surface de la charge. La densité du courant induit diminue vers le centre. C'est l'effet de peau ou l'effet Kelvin.

IX = I e-./d0 et d0 =~ 2p/ .co IX distance de la peau de l'objet et la densité de courant à x.
I la densité de courant sur la profondeur de peau (x=0) DO une constante déterminée par la fréquence (profondeur de pénétration du courant ou profondeur de peau) p est la résistivité
la perméabilité de l'objet cw la fréquence du courant s'écoulant à travers l'objet.

Cet effet trouve ses applications au brevet pour la décontamination du tube, un anneau de matériel conducteur appelé un getter sera placé dans le tube et on chauffera ce dernier par induction à l'intérieur du vaisseau. Les éléments chimiques déposés sur le getter chauffé à blanc réagiront avec les gaz à éliminer dans l'enceinte.
La purification par fusion de zone pour la purification des métaux en déplaçant la zone de matériel fondu qui entraînera les éléments d'impuretés par solubilité dans la zone liquide et/ou purification de la zone par cristallisation lors du refroidissement.
La soudure, la fonte et le brasage de différents métaux et diélectriques.
La vaporisation du métal dans la cellule ou zone du laser pour les vapeurs métalliques sans élément de résistance et sans contact. Par un élément métallique enroulé ou pièce métallique qui recouvert du métal actif ou céramique poreuse contenant l'élément actif à être libéré par vaporisation pour créer l'effet laser. Un exemple de ce type d'enroulement est décrit au brevet US 3 048 738.

L'induction peut se produire à l'aide d'ondes électromagnétiques qui réchauffent une matière contenant ou recouvert de l'élément actif tel que le Se, le Cd ou autres médiums à l'état liquide ou solide à température pièce.

Les Ferrites Tous les matériaux ferromagnétiques et ferroélectriques ont une température à
laquelle l'absorption des ondes électromagnétiques décroît rapidement. Les matériaux de ferrite tels que la ferrite de zinc, la ferrite de magnésium, la ferrite de cuivre et de nombreux autres peuvent couvrir la gamme de 40 à 600 C. Ces ferrites sont dites ferrimagnétiques plutôt que ferromagnétiques et peuvent être formés sous forme de céramique. Le carbure de silicium ou de verre borosilicate absorbent les MO et les convertissent en chaleur rapidement sans autorégulation avec un point de Curie et peuvent surchauffer au point de fusion et devront être refroidis par un liquide n'absorbant pas les MO comme les huiles hydrauliques.
Un absorbeur en super large bande peut être composé d'un mélange de ferrite ferromagnétique en poudre et de matériaux diélectriques en couche mince. Afin de réduire davantage l'épaisseur requise, on utilisera des mélanges de poudres avec un contrôle sur la grosseur des particules de différentes ferrites tel que le Mg-Cu-Zn ferrite mélangée à du caoutchouc, le néoprène, les caoutchoucs fluorés résines phénolique, de polyester, les résines époxyques ou de silicone, les résines thermoplastiques telles que le polyéthylène, le polypropylène, les PVC. Une plaquette d'un matériel magnétisable concentrera les lignes de flux perpendiculaire au corps de la ferrite pour accroître la saturation et accroître la conduction de chaleur pour augmenter l'effet de circulation pour une meilleure efficacité. Les matières absorbantes des MO telles que les ferrites à base de Ni-Cu-Zn, les ferrites de Mn-Cu-Zn, les ferrites de Cu-Mg-Zn avec des compositions et des épaisseurs différentes peuvent absorbées des fréquences spécifiques (Harmoniques). Le brevet de référence pour l'atténuation en db/cm pour différents mélanges est le US 4 003 840.
Les MO dans une cavité seront soit absorbés ou soit réfléchis dépendamment de la surface et du matériel en contact. L'idéal serait que le médium actif absorbe uniformément toute l'énergie, mais hélas cet objectif est pratiquement insurmontable et on se doit : de réduire le retour aux générateurs, adapter l'impédance et absorber l'énergie en trop et ce même en condition de résonance.

Le circuit d'alimentation du magnétron (Voir planches 24 a , b et e) L'alimentation du magnétron ou du générateur MO suit un circuit de base qui se simplifie ainsi :
une diode et un condensateur qui avec l'aide d'un transformateur de tension du secteur 115 Volts alternatif (AC) au primaire et 2800 Volts AC au secondaire. Ce circuit doubleur de tension soit 5600 Volts agit de rectificateur en même temps et on obtient un voltage de 5600 Volts continu (DC). Ce voltage résultant appliqué au magnétron est un voltage DC pulsé. Le doublage du voltage s'effectuant seulement lors du cycle négatif de la sortie du voltage du transformateur.
Ainsi, le magnétron est pulsé "ON et OFF" à un taux de 60 fois par seconde, dépendamment de la fréquence du secteur. Les oscillations produites par le magnétron sont causées par le mouvement des électrons émis par la cathode chauffée par effet I2R avec des bobinages de filtration pour éviter l'émission d'ondes indésirables, ces électrons voyagent dans des parcours courbés ou en spirals dans les lobes ou les cavités du magnétron par un champ magnétique. Les fréquences produites sont tributaires de la géométrie du magnétron et de la force du champ magnétique. L'énergie de haute fréquence est captée par une boucle s'étendant de l'intérieur du magnétron dans le chemin de passage des électrons en spirals et l'énergie est transmise à la charge par des guides d'onde, par le câble coaxial, et ainsi de suite. Le magnétron fonctionne par des courants directs pulsés de haut voltage appliqués aux anodes. Dans le cas de magnétrons se référant au rectificateur plein-onde, le voltage anode-cathode est de l'ordre de 5000 à 6000 volts.
Lorsque le voltage entre anode-cathode du magnétron, il requiert un potentiel de départ considérable pour initier l'oscillation du magnétron puis le débit de courant s'écoulera d'une façon non linéaire. Quoique non linéaire, il réagira comme une résistance positive ainsi : une augmentation du voltage résultera à une augmentation du courant. L'opération et le contrôle d'un magnétron doit tenir compte qu'une variation faible du voltage résultera en une grande variation du courant. En contrôlant le courant dans le circuit du secondaire du transformateur, on peut donc amenuiser de grandes variations de voltage au primaire et ainsi aura peu d'effet sur le courant du magnétron. L'opération du magnétron s'effectue par un circuit à
courant constant donnant une bonne régulation sans effet délétère dans le circuit anode du magnétron.

Afin de protéger le magnétron, on peut alimenter ce dernier avec des relais à
résistances thermiques qui alimentent le chauffage thermoïonique de la cathode avant le circuit haut voltage.
(US 3 591 826) La modulation du magnétron peut s'effectuer avec l'aide de différents condensateurs séries et/ou en parallèles au circuit doubleur de tension afin de réduire la puissance DC
fournie au magnétron. (US 3 684 978) On peut moduler également un magnétron à l'aide d'une résistance variable au circuit secondaire haute tension DC offrant de ce fait un courant plus faible. Ainsi, une résistance de 100 watts variable peut contrôler complètement un magnétron de 2.5 Kilowatts.
On peut également mettre une résistance au circuit primaire du transformateur.
On peut modifier l'intensité d'un magnétron à l'aide d'un circuit émettant des pulses variables en largeur et intervalles de temps avec un circuit SCR et multivibrateur astable.
En utilisant un circuit avec des thyristors ou Triac (US 3 862 390).

On peut concevoir le circuit de base simple doubleur de voltage avec un condensateur et diode et utilisant des composantes réglées de façon à ne fournir que 7,5 ampères au magnétron pouvant en prendre le double et de ce fait permettre d'absorber l'énergie réfléchie lorsque la charge varie ou lorsque la charge est faible ou inexistante.
On peut réduire le besoin du transformateur lourd et dispendieux en utilisant des composantes telles que des transistors en circuit push-pull agissant d'oscillateur inverseur convertissant un signal DC en signal AC à fréquence plus grande. On peut utiliser des triacs, des SCR, des circuits élévateurs de tension sans transformateur et transistors au primaire également (US 3 973 165).
On peut contrôler le voltage sur le secondaire du transformateur avec la base du circuit Villard pour doubler la tension. Le contrôle s'effectuant par un Triac avec un Diac avec une résistance variable ou bien avec un circuit multivibrateur (US 4 001 537).
Le contrôle du magnétron peut s'effectuer avec un dispositif à thyristor du côté primaire du transformateur en modifiant l'entrée grâce à un circuit LC (convertisseur de fréquences) avec élément de contrôle à la sortie ou sur la fréquence du secteur. On peut également moduler la largeur des pulses tant du côté du chauffage que du circuit anodique (US 4 005 370).
On peut contrôler une cavité avec une antenne en loupe interne qui détecte le champ électromagnétique résiduel émettant un signal proportionnel à la force du champ électromagnétique dans la cavité et envoi ce signal à un circuit avec des amplis opérationnels. Un autre dispositif fonctionne sur le principe d'un élément de ferrite ayant un point de Curie spécifique à la température désirée et lorsque la température de Curie est dépassée ce dernier perd ses propriétés magnétiques et à l'aide d'un circuit ferme l'alimentation du magnétron. Ces dispositifs permettent de ne pas utiliser de contrôle de temps dans certaines applications. Le senseur possède des propriétés ferromagnétiques à basse température et des propriétés paramagnétiques à température élevée et possède l'habilité de convertir l'énergie électromagnétique en énergie thermique. Le détecteur doit être couplé d'une façon magnétique au senseur pour générer un signal indiquant que le senseur a des propriétés ferromagnétiques ou paramagnétiques. L'utilisation d'un senseur en ferrite avec un aimant et un interrupteur reed ou bien un aimant et un interrupteur au mercure.
On peut imaginer le contrôle par différents senseurs optiques de l'Infrarouge (Titanate de plomb) à l'ultraviolet, ces circuits affectant le bobinage primaire du transformateur haute tension du générateur.
On peut moduler la puissance d'un magnétron en utilisant un triac commandé par un ampli opérationnel alimenter au circuit secondaire du transformateur haute tension avec un diviseur de tension à résistances. La diode du doubleur de tension étant reliée en série avec le triac. Un triac étant un interrupteur semi-conducteur ayant deux courants activant le terminal anode et le terminal garde (Gate). Il conduira seulement lorsqu'un voltage positif ou négatif élevé en relation avec la masse sera appliqué à son électrode de garde et conduira même après enlèvement du potentiel à l'électrode de garde aussi longtemps que le courant à travers l'anode ne sera pas réduite à zéro (US 4 012 617).
On peut également moduler la puissance d'un magnétron avec plusieurs composantes actives (amplis opérationnels, transistors, triacs, SCR, voir même des microprocesseurs) en agissant sur la longueur des pulses sur le circuit primaire du transformateur haute tension du circuit doubleur de voltage. Les pulsations électriques agissant sur le triac relié au circuit primaire du transformateur haute tension. Ce circuit est constitué de deux transformateurs. Opération pulsée.
On peut contrôler un magnétron avec un transistor et un thermistor agissant sur le circuit primaire du transformateur pour en équilibrer sa sortie. En effet, lorsque l'on utilise un magnétron d'une façon continue, les aimants permanents du magnétron ainsi que la zone anodique se réchauffent. Conséquemment, le nombre de flux magnétiques induits est réduit par l'accroissement de température. Le courant d'anode du magnétron s'accroît et l'énergie haute fréquence s'accroît. On doit alors contrôler et le coût du système augmente.
On contrôle alors le courant d'anode en utilisant un circuit d'inversion avec un transistor qui lors de son réchauffement apporte des périodes d'opération "ON et OFF" du magnétron par un thermistor relié à un processeur qui alimente le circuit du transistor à 30 KHz alimentant le primaire du transformateur de puissance. Lorsque la température du senseur s'élève, disons à 40 C, le processeur contrôle l'interruption du transistor et la période "ON" se réduit (US 4 023 004).
L'excitation d'un laser par les MO requiert la prévention d'oscillations anormales du magnétron et permet la détection de sa dégradation pour en accroître sa durée de vie. La température du chauffage variera d'une façon faible et le contrôle du voltage sera dans des valeurs basses pour permettre au magnétron d'osciller d'une façon stable et en accroître sa durée de vie.
L'alimentation possède un circuit de détection pour voir une oscillation anormale du magnétron par un voltage anormal induit au bobinage secondaire du transformateur éleveur de tension. Un circuit de détection d'un voltage anormal dans le circuit de chauffage du magnétron ou d'une baisse de voltage. Un détecteur de courant dans le circuit anode-cathode du magnétron pour en couper l'opération. Un détecteur d'oscillation contrôlant le chauffage. Le brevet US 6 373 873 indique ces différentes configurations permettant un contrôle absolu sur le magnétron.
Comme on peut le voir ici, on peut moduler la puissance d'un magnétron à
l'aide de plusieurs circuits agissant au primaire, au secondaire, le dimensionnement des composantes, par différentes composantes passives ou actives, en affectant la température pour l'émission thermoïonique, par contrôle du voltage et/ou du courant. Les éléments de mesure peuvent être thermique, par capture d'un retour des ondes via une antenne, par infrarouge, par le voltage, par le courant, mais aussi directement par la sortie du laser tel que décrit dans la section des modes et la stabilisation.

Stabilisation La lumière du soleil ou d'une lampe se compose de différentes longueurs d'onde en émission en toutes directions. Il n'y a pas de relation de phase. Une lumière Laser contrairement sera monochromatique, directionnelle et cohérente.

Une couleur veut dire qu'en théorie on aura une ligne spectrale ko, mais ceci n'est pas réel. La réalité indique plutôt qu'il y aura autour de ce pic une variation appelée largeur spectrale finie 0I autour de la longueur d'onde ;~o. Sur graphique, nous n'aurons donc pas une barre verticale, mais plutôt une cloche de largeurà~,.
La directivité, l'élargissement angulaire d'un faisceau laser est très réduit en rapport à
une autre source de radiation électromagnétique et se définit par un angle de divergence petit dans l'ordre du milli radian. 3600 = 2n Radians.

1 Radian = 57.3 1 milli radian = 1 mrad = 0.057 -Un faisceau laser envoyé sur la lune pourrait revenir qu'avec un différentiel de quelques centimètres.
La mesure du diamètre du laser : tan[0/2] = R-r/ L- 0/2. Lorsque les mesures sont effectuées loin du laser, la grandeur du spot (2R) est grande en rapport au diamètre du faisceau de sortie du laser (2r) et en divisant par la distance on peut déterminer la divergence du faisceau. En exemple, un laser ayant une divergence de 1 milli radian générera un spot de 10 mm à une distance de 10 m.

La densité de puissance Un laser de 5 mW est considéré dangereux en rapport à une lampe incandescente de 100 W. La puissance équivalente sera 4 fois plus.

La cohérence La radiation électromagnétique est un phénomène ondulatoire et chacune des ondes pourra être décrite comme la somme (superposition) des ondes sinusoïdes en fonction du temps.
La fonction d'onde y = A cos (cot +
A est l'amplitude co = 2nv= la fréquence angulaire = la phase initiale de l'onde (point de départ de l'oscillation) et (wt +0) la phase de l'onde.

La mention de phase nous conduit à la superposition et soustraction des ondes.

Le modèle de Bohr décrit l'atome comme un noyau massif contenant des charges positives (Ze) et des électrons qui se meuvent tout autour.
Z = nombre de protons dans le noyau.

e=1a charge élémentaire de l'électron soit : e=1.6 * 10-19 Coulomb.

Les électrons sur des orbites sont reliés à une énergie spécifique de niveau.
Pour chaque atome, il n'y a que certaines orbites permises ou des énergies de niveaux discrets : Ei, E2, E3, etc.
Le niveau d'énergie le plus bas est appelé le niveau d'état fondamental, lequel est l'énergie préférentielle naturelle et aussi longtemps qu'il n'y aura pas d'énergie donnée il restera à cet état. Lorsque l'atome reçoit de l'énergie sous forme électrique, optique, MO
Cette énergie est transférée à l'électron et grimpe alors à un niveau d'énergie plus élevé
plus loin du noyau dans notre modèle. Ceci est l'état excité. L'électron ne peut que prendre certains états ou niveaux d'énergie et relatif à l'atome. Il ne peut occuper une région intermédiaire. Ce montant d'énergie spécifique est égal à la différence entre les niveaux d'énergie selon l'atome et s'appelle le Quantum. (E2-Ei). Lorsque cette énergie est absorbée ou émises sous forme de radiation électromagnétique, l'énergie entre ces deux niveaux déterminera la fréquence v de la radiation électromagnétique :

AE = E2- E i = hv = h(bar)w Le transfert d'énergie vers et venant de l'atome peut s'effectuer de deux façons distinctes.
Les collisions avec les autres atomes et ce transfert d'énergie cinétique sont transférées à
l'énergie interne de l'atome et l'absorption et l'émission de la radiation électromagnétique.

L'émission spontanée est en toutes directions dans l'espace et chaque photon est émis aléatoirement.

La stabilisation occupe une grande importance pour une émission laser.
Plusieurs champs d'utilisation tels que les communications, l'interférométrie, l'holographie et autres requièrent une fréquence stable avec un mode précis. La cavité optique devant être plus grande de plusieurs milliers de fois que la longueur d'onde, la cavité Fabry-Perot répond bien à cette condition malgré un grand nombre de modes qui s'y présentent. La présence d'un grand nombre de modes est un désavantage pour les communications, car nécessitera une puissance accrue pour amplifier en multiples modes qu'en mode unique pour produire la ligne discrète qui se différencie du bruit de fond émis. La sélection d'un groupe de mode ou d'un mode unique doit donc être considérée. Mais avant de plonger dans ce sujet, on doit retourner à la base mathématique et physique du laser :
La fréquence d'un laser peut être contrôlée en variant l'amplitude du signal de pompage RF, HF ou MO (US 4 856 010).

La cavité optique et les modes du laser (Voir planche : 23 a) Les ondes stationnaires se produisent selon la théorie des ondes, lorsque deux ondes d'amplitudes similaires et de même fréquence se meuvent dans un même chemin optique dans des directions opposées, leurs interférences génèrent une onde oscillante apparaissant dans l'espace d'une façon fixe. Le laser est une cavité optique générant de telles ondes stationnaires, mais on se doit de garder à l'esprit que ce phénomène se produit en trois dimensions. Pour générer ces ondes stationnaires, l'onde doit partir avec la même phase au miroir, ainsi le chemin optique d'un miroir à l'autre sera un multiple entier de la longueur d'onde. Ainsi si L est constant, les longueurs d'onde émises qui généreront les ondes stationnaires rempliront la condition :

X. =2L/m L étant la longueur de la cavité optique M est le nombre de modes qui sera égal au nombre de %2 X dans la cavité
optique. Le premier mode contiendra 1/2 1 , le deuxième mode 2'h 1.
Im est la longueur d'onde du mode m dans la cavité laser et se mesure dans le médium actif.

La longueur d'onde dans la matière X. est égale àXm =lo/n Io est la longueur d'onde de la lumière dans le vide n est l'indice de réfraction du milieu actif c est la vitesse lumière dans le vide.
Ainsi : c = Xo v= n7~,n, vm La fréquence du mode longitudinal devient :

V. = c/ n~,,,, d'où vm = m.(c/2nL) L'expression mathématique entre parenthèses est le premier mode d'oscillation pouvant être fourni par la cavité optique. :
vl = c/2.n.L sera le mode longitudinal de base et sera la fréquence de base de la cavité optique.

La fréquence de chaque mode laser est égale à multiplier le nombre de modes m par la fréquence du mode longitudinal de base. On peut donc déduire que la différence de fréquence entre modes adjacents (espacement entre modes) est égale à la fréquence de base de la cavité soit :
(Delta v)= c/(2.n.L). Voir Fig : Ondes stationnaires dans une corde Il faut garder à l'esprit que l'indice de réfraction n n'est pas toujours constant et un espace d'air existe entre le médium actif et les miroirs ainsi Ll n'est pas égal à L. Dans cette situation, on doit calculer chaque section de la cavité séparément ainsi :

Ov Em (Espacement de mode) = c/ 2.n 1.L 1 + 2.n 2.L 2 Il faut garder à l'esprit que le mode longitudinal peut exister dans une structure à double cavité seulement si on peut remplir les conditions des ondes stationnaires dans les deux cavités.

Le nombre de modes possibles dans le spectre visible m est très élevé et peut atteindre le million.
Les modes longitudinaux sont les ondes stationnaires au long de l'axe optique du laser.
On peut également les définir comme le nombre de raies très fines, de fréquences très peu différentes conduisant à l'expression du laser multiples modes ou plurimodal.
Les fréquences allouées dans une cavité optique sont déterminées par la longueur L et l'indice de réfraction du médium actif. Il n'y a que les fréquences créant des noeuds à
chaque miroir qui seront autorisées. Ainsi, la longueur L de la cavité sera un multiple entier de leur %2 longueur d'onde. Les annulations se transformeront en chaleur IR ou autres radiations non voulues.
Les fréquences allouées seront espacées d'un intervalle constant, égales à la fréquence de base de la cavité.
Nous avons vu que certaines fréquences spécifiques sont possibles dans une cavité
optique d'un laser, en accord avec la condition d'ondes stationnaires. De ces fréquences possibles, seules celles répondant à la condition de dépassement d'un niveau minimum surpassant l'absorption seront émises ou la condition de seuil. La condition d'amplification minimum ou égale aux pertes : GL = 1. La courbe de Gain d'un médium actif et des modes longitudinaux en relation avec la condition de seuil déterminera le nombre de fréquences pouvant être émises par la cavité. La distribution des lignes émises à la sortie du laser est espacée à distance égale : Ov Em = c/ 2.n.L.
La largeur de ligne de fluorescence S V LB d'un laser est la largeur sur la courbe d'amplification (Gain) à%2 de la hauteur maximale.
La valeur approximative du nombre de modes possibles (N) d'un laser est donnée par la ligne de fluorescence divisée par la distance entre deux modes adjacents.

N= SV LB / AV EM

EM est l'espacement du mode LB est la largeur de ligne Sv LB est la largeur de ligne de fluorescence AvEM est la distance entre deux modes adjacents.= c/2.n.L.
La cavité optique et les modes laser Si la cavité optique a 25 cm et l'indice de réfraction est 1.0 Calculons les fréquences vm et Xm des modes suivants m=1, m=10, m= 100, m= 106 Xm = 2L/m Vm = M. (c / 2nL) 1 Xi= 2. 0.25/1 = 0.5 vi = 6 * 10g H"dans ondes radio 2 1io= 2.0,25/10 = 0.05 V2= 6* 109 H' Ondes courtes 3 k100 = 5. 10"3 V3 = 6 * 1010Hz Micro-ondes 4 X106 = 0.5. 10-6 V4 = 6 * 1014H, couleur verte Comme on peut le constater pour des signaux dans le spectre visible, le nombre de modes m est très élevé dans l'ordre de 106.

Exemple : avec le laser He-Ne calculons le nombre de modes longitudinaux.
La longueur de la cavité optique est 30 cm et la longueur d'onde est 0.6328 m.
Calculons la différence de fréquence entre deux modes longitudinaux adjacents.
Le nombre d'émission de mode longitudinal à cette longueur d'onde La fréquence du laser ?
C'est un gaz donc n= 1.0 La différence en fréquence est la même que le mode de base (Av) = c/(2nL) = 3.108 m/s / 2 * 1.0 * 0.3m) = 0.5 * 109 Hz = 0.5 GHz De l'équation de la longueur d'onde pour un m1ème mode :
Lm = 2L/m m=2L /Xm = 2 * 0.3 m/ 0.6328 * 10"6m = 0.948 * 10 6.
Ce qui signifie que le laser opère à une fréquence laquelle est 106 fois la fréquence de base de la cavité.
La fréquence du laser peut être calculée de deux façons :

a) en multipliant le nombre de modes par la fréquence du mode de base : v= m*(Av) = (0.948 * 10) (0.5 * 109 Hz)= 4.74 * 10 14 Hz b) ~ar calcul direct v= c/X = 3* 108 m/sec / 0.6328 * 10m = 4.74 *
101 Hz.
En résumé : Les modes longitudinaux sont les ondes stationnaires le long de l'axe optique du laser Les ondes stationnaires sont formées lorsque deux ondes ayant la même fréquence et l'amplitude se déplacent l'une contre l'autre.
La cavité optique est créée par deux miroirs aux extrémités.
Les ondes stationnaires dans un laser sont créées lorsque la radiation électromagnétique est forcée de circuler entre les deux miroirs.
Les fréquences admissibles à l'intérieur de la cavité sont déterminées par la longueur de la cavité (L) et l'indice de réfraction du médium actif.
Seulement ces fréquences créent les noeuds aux deux miroirs. La longueur de la cavité
sera un multiple de demi des longueurs d'ondes.
Les fréquences admissibles seront séparées à intervalle régulier, ces fréquences seront égales à la fréquence de base de la cavité.
Seulement les fréquences (modes) ayant une amplification au-dessus d'un certain minimum, pour contre- carrer l'absorption, émettront de la lumière hors du laser.
La condition minimale d'amplification dit que l'amplification sera égale aux pertes Gr.=1.
La courbe de gain du médium actif est la courbe du gain en boucle versus la fréquence.
Cette courbe indique le seuil du laser et les modes longitudinaux possibles du laser.
La hauteur de chaque ligne dépendra des pertes à l'intérieur de la cavité
incluant la radiation émise à travers le coupleur de sortie.
La région identifiée sous la courbe et au-dessus du seuil indique la grandeur où peut se produire l'effet laser.

La hauteur de la courbe de gain dépendra de la longueur du médium actif et de son excitation.
Les modes longitudinaux possibles du laser sont des lignes perpendiculaires équidistantes les unes des autres. La courbe indique 5 fréquences possible du laser (Voir planche 23, a).
Le diagramme de la puissance versus la fréquence indique la distribution des lignes émises par le laser, elles sont placées à distance égale selon la relation :

OVMs=c/2nL
La largeur de ligne fluorescence BvLw d'un laser :

La courbe de gain est le résultat du gain en fonction de la fréquence et décrit la largeur de ligne de fluorescence.
La largeur de ligne de fluorescence SvLw d'un laser est la largeur de la courbe d'amplification à demi hauteur de la courbe.
Le nombre approximatif des modes possibles d'un laser (N) est donné par la largeur de la ligne de fluorescence divisée par la distance entre modes adjacents :

N = SvLW/ OvMS
MS est l'espace du mode LW est la largeur de ligne Sv est la largeur de ligne fluorescence AvMS est la distance entre les modes adjacents longitudinaux.

Exemple : La longueur L d'un laser He-Ne est 55 cm, la largeur de ligne fluorescence est 1.5 Giga Hz.
Trouvons le nombre approximatif de nombres de modes longitudinaux La distance entre deux modes adjacents est AvMS = c / (2nL) = 3* 10g m/sec / 2 * 1.0*
0.55 m) = 2.73 * 10g m/s = 0.273 Giga Hertz.
Le nombre approximatif de modes longitudinaux : N = SvLw / OvMs = 1.5 Giga Hz / 0.273 Giga Hz = 5.5 soit 5.

Contrôle du nombre de modes longitudinaux d'un laser :
C'est en contrôlant la longueur L de la cavité laser par deux façons :
1. En changeant la longueur en variant la position des miroirs.
2. Par l'utilisation d'étalons.

La différence entre deux modes adjacents longitudinaux :
Malgré que les lasers opèrent en plusieurs modes longitudinaux, ils sont monochromatiques.

La distance entre les longueurs d'ondes et les modes adjacents : Prenons un laser He-Ne de 50 cm avec une X de 632.8 nm : Calculons la ~~, pour le mode m+1. La différence en fréquences entre deux modes adjacents sera Av = c / 2.nL = 300 MHz et ;~m = 0.6328000* 10-6m Vm =c / Xm = 4.7408344. 1014 Hz Vm+1= vm+,àv = 4.7408374. 1014 Hz ~,m+1 = c / Vm+1 = 3. 10 8/ 4.7408344. 1 O14 = 6.327996. 10-7 km = 632.8000 nm, ~,m+i = 632.7996 nm soit une différence de 4 * 10 -13 m est la différence de longueur d'onde entre deux modes longitudinaux adjacents.
L'importance des modes optiques longitudinaux pour la sortie du laser est dépendante de l'utilisation du laser.

1. Dans les applications grande puissance tel que l'usinage ou médical, les lasers sont utilisés comme transfert d'énergie vers une cible, l'importance des modes longitudinaux est faible.
2. Dans les applications d'interférence telles que l'holographie ou les mesures, les modes longitudinaux sont très importants. Dans ces applications, la longueur de cohérence est une propriété importante et est déterminée par la largeur de ligne de la radiation laser (inversement proportionnel). Dans ces applications un mode unique est utilisé et des techniques spéciales sont utilisées pour réduire la largeur de ligne pour en accroître la longueur de cohérence.
3. En spectroscopie et applications photochimiques, une longueur d'onde très précise est requise. On doit donc utiliser le laser dans un mode unique et contrôler la longueur de la cavité. Ce mode devra opérer à la longueur d'onde très précise.
La structure des modes longitudinaux est critique dans ces applications.

Lorsque l'on a besoin de pulses très courts en grande puissance, une barrure de mode est utilisée. Ce processus génère une interférence constructive entre tous les modes dans la cavité laser et cette structure est importante dans ces applications.

Il y a deux façons de contrôler le nombre de modes longitudinaux dans un laser :
(Voir planches 22 a, b et c) En déplaçant physiquement les miroirs dans de nouvelles positions d'une façon infime (Le brevet US 3 431 514 traite de la stabilisation de la fréquence d'un laser en utilisant une comparaison de signal afin d'activer une cellule piézo-électrique PZT ou cristal de Titanate-Zirconate de Plomb adjoint à l'un des miroirs de la cavité
optique FP pour ajuster la longueur L d'un côté ou de l'autre). Une autre approche par l'Effet Zeeman (US 3 596 201) ou un petit laser de référence agissant toujours sur une cellule piézo-électrique. En contrôlant avec un piézo-électrique avec l'aide d'un prisme qui sépare 2 fréquences dont l'une sert à activer la cellule piézo-électrique US
3 487 327 et 4 972 424. La stabilisation et le renforcement de la fréquence à
l'aide d'une cellule et de l'Effet Stark (changement du spectre d'une molécule soumise à un champ électrique AC ou DC, US 3 622 908, 3 842 367 et 3 921 099.

Par l'utilisation d'étalons :

Il existe plusieurs types d'étalon : la plaque de quartz à surfaces parallèles placée dans le résonateur dans un angle non-normal. La distance entre les deux surfaces est environ de la dimension de la courbe du gain du laser. Ainsi seulement un mode longitudinal est sous la courbe de gain en même temps. Les multiples réflexions internes apportent des effets d'interférences faisant en sorte que l'étalon agit comme un filtre sélectif de fréquence, laissant passer avec un minimum de pertes certaines fréquences avec un maximum de transmission et rejetant par interférence destructive d'autres fréquences. En pratique, le pic de transmission d'un étalon est réglé pour coïncider avec un mode longitudinal particulier résultant en une fréquence unique d'opération du laser. Les modes longitudinaux près du centre de la courbe seront amplifiés plus que les autres.
Le pic de transmission de ce dernier type d'étalon peut s'ajuster en modifiant l'angle de l'étalon dans la cavité ou en variant la température. L'ajustement par l'angle est limité, car par cette approche la tendance est d'accroître la perte de puissance. De ce fait, l'étalon est typiquement réglé à l'angle minimum procurant une sélection en fréquence avec une maximisation de la puissance. Le pic de transmission de la courbe de l'étalon est ajusté en variant la température. En pratique, l'étalon est ajusté de façon à
correspondre avec I'alignement avec un mode longitudinal particulier et maintenu à une température fixe durant l'opération.

L'utilisation d'un étalon en cascade agissant de sélection de la longueur d'onde dans l'ordre de 0.4 nm de différence. Il sert surtout en communication. Le contrôle par température est applicable dans certaines circonstances et est dispendieux, l'étalon creux avec cavité variable et à angle sont aussi dispendieux et utilise donc l'étalon en cascade.
Brevet US 6 323 987.

Pour un laser à semi-conducteur, la largeur typique de la courbe de gain est 100 nm ou plus. Dépenda.mment de la géométrie de la cavité, la radiation du laser a des modes spatiaux et spectraux. Les modes spatiaux d'un laser sont reliés à la distribution d'énergie de la lumière transverse à l'axe optique. Les modes spectraux lesquels sont appelés modes longitudinaux correspondent aux différentes longueurs d'onde ou fréquences de la lumière. Le spectre de radiation généré dans une cavité laser est une distribution discrète de fréquences modales limitées par la courbe de gain. Pour plusieurs applications, l'utilisation de la radiation de sortie d'un laser avec le spectre en fréquences décrites ou le mélange de quelques fréquences est satisfaisant sauf en communication, spectroscopie ou holographie. Dans ces cas, cela nécessite un mode axial unique. Pour obtenir ce mode unique d'opération, on insère des éléments de filtration dans la cavité laser réduisant la largeur de bande de la radiation. Ces éléments peuvent être des réseaux de diffraction, des filtres biréfringents, des éléments acousto-optiques ou électroniques optiques ou optoélectroniques. Dans plusieurs applications cependant de tels éléments ne peuvent garantir un mode d'opération unique du laser. Une réduction accrue de la largeur de bande peut être obtenue par des filtres additionnels tels qu'une plaque d'ajustement de matériel transparent dans la cavité externe du laser pour ajuster une largeur de bande plus étroite de sortie. Le meilleur choix pour rendre plus étroite la largeur de bande (grande finesse) est le filtre étalons Fabry-Perot "FP". Il y en a deux types :
L'étalon à espacement de gaz comprenant deux éléments de verre ou de matériel similaire avec des faces parallèles opposées l'une de l'autre. L'ajustement de longueur d'onde avec ce type d'étalon s'obtient en variant la distance entre les faces parallèles en utilisant un transducteur piézo-électrique.
L'étalon de type solide est un concept plus simple que le concept gaz. Il consiste en une plaque plane parallèle de matériel transparent, les faces frontales sont recouvertes d'un revêtement réflectif. Plus la réflexion sera élevée, plus le mode longitudinal de l'étalon sera étroit. Le fait qu'il s'agit que d'une pièce nous indique que l'on n'a pas besoin d'alignement sauf un léger angle en rapport à l'axe optique. La longueur d'onde X pour lequel la transmission maximale est fonction de l'angle a de la normale de la surface de l'étalon relatif à l'axe optique. La relation est :

m.X =2.d~n2-sin2a ou n est l'indice de réfraction du matériel de l'étalon, d est l'épaisseur de l'étalon et m est un nombre caractérisant l'ordre de transmission maximum.
La variation de l'angle peut s'obtenir manuellement ou par servomoteur sur trépieds ajustables. L'axe de variation est perpendiculaire à l'axe optique. La précision est requise et est complexe et dispendieuse.
En prenant une plaquette étalon sur un axe d'un moteur, l'angle changera en fonction de sa position. Ainsi, l'angle d'incidence a définie la transmission de la longueur d'onde, la rotation correspondra la sélection du X avec finesse. Le principe peut être utilisé par une plaque à caractéristiques différentes telles que l'indice n ou des sections de compositions différentes. US 5 331 651.

Il y a les étalons à prismes avec un espacement d'air entre ces derniers. US 4 097 818. Un cristal PZT est attaché à l'un des prismes. Lorsqu'un voltage est appliqué au cristal PZT, la largeur de l'espacement d'air entre les prismes varie ainsi le pic de transmission de l'étalon est changé. Ce dernier est plus dispendieux, plus complexe d'opération que l'étalon solide.

La sélection d'une fréquence peut s'effectuer par un étalon avec modification de sa longueur par effet piézoélectrique. La résonance d'un étalon avec deux miroirs plans parallèle l'un de l'autre est :
v=n.c/2L
n est un nombre entier, c la vitesse lumière et v la fréquence. A la fréquence de résonance, la transmission de l'étalon est très élevée 100% -l'absorption.
Plus loin de la résonance, l'étalon réfléchit la lumière incidente sur lui. Il est donc un système de sélection de longueur d'onde ou de fréquence. Lorsque n change + ou -1, la relation de résonance peut être satisfaite par une lumière de fréquence différente v'. La séparation de fréquence entre les résonances est :

Ov = v- v' = c/2L. Ainsi, en changeant L on change Ov Ce brevet utilise des polariseurs des plaques quart de longueur d'onde et l'étalon dans la cavité US 3 866 139.

Étalon ajustable pour sélectionner un mode particulier sans affecter la longueur L total de la cavité en utilisant deux prismes un en face de l'autre pour sélectionner différents modes de la longueur d'onde de sortie du laser. Cet étalon comprend des zones piézo-électriques pour les ajustements. Les étalons fixes se résument en un bloc de verre ou autre matière ayant des faces parallèles, l'étalon à type air ou à gaz avec un angle très léger en rapport à l'axe optique sont munies également de plaques de verre parallèles alignées l'une de l'autre avec un espace régulier avec des revêtements anti-réflectifs et revêtement miroir. En variant l'espacement entre les plaques de l'étalon, la longueur d'onde de la radiation peut être ajustée.

Étalon à air pour sélectionner la longueur d'onde avec deux cylindres avec léger angle pour permettre un ajustement par rotation l'un sur l'autre et d'ajuster le parallèle des plaques avec revêtements miroirs et anti-réflectif. US 4 152 674.

Étalon avec recouvrement d'or et Indium pour créer une résistance pour chauffer ce dernier par I2R. Les caractéristiques optiques (indice de réfraction) et la longueur ou le volume varient avec la température. La réponse en résonance de l'étalon peut donc varier pour supporter plusieurs modes résonants par un ajustement de la température.
Des éléments à résistances flexibles peuvent être utilisés, mais généreront des zones irrégulières et non uniformes. Ici, le revêtement par dépôt sera plus uniforme et plus rapide. US 4 782 492.

Le contrôle de température de l'enceinte de l'étalon :(Voir Planche 22 c-5) Le laser à l'Argon de Coherent Innova 300 avec étalon chauffé avec contrôle de température du four de l'étalon. Le fait d'avoir un plasma en très haute température l'effet d'élargissement Doppler se produit. Le champ magnétique pour contenir la décharge crée l'effet Zeeman qui élargit également la largeur de bande. La largeur est de l'ordre de 10 Giga Hertz. Dans une cavité laser de type interféromètre FP, l'énergie émise selon la courbe de gain n'est pas continue, mais fermée étroitement dans des fréquences discrètes. Les fréquences de sortie se basent sur le nombre de modes longitudinaux discrets qui sont supportés dans cette cavité. Les modes longitudinaux se produisent aux longueurs d'ondes tels que dans un nombre intégrateur de %2longueurs d'ondes égales la longueur L entre les miroirs du résonateur. La séparation calculée en fréquence entre ces modes est très petite, dans l'ordre de 150 MHz.
L'oscillation laser peut se produire seulement lorsque les fréquences ou sur la courbe de gain excède les pertes du chemin optique du résonateur. En pratique, la courbe de gain du laser est large en fréquence au-dessus de la valeur des pertes, dans l'ordre de 8 à 10 Giga Hertz. On y retrouve un grand nombre de modes d'oscillations discrètes dans cet intervalle.
Plusieurs approches furent développées pour limiter l'oscillation d'un laser à
un seul des modes compétitifs. L'une des méthodes est d'utiliser un étalon sélectif de fréquence.

Le mode particulier d'oscillation d'un laser est directement relié à la grandeur de la cavité. Ainsi, si la longueur L du résonateur dérive, la fréquence de tout mode donné (en conséquence la fréquence du laser) dérivera également. Lorsque la fréquence du mode sélectionné dérive, il se déplace hors de l'alignement avec la valeur pic de la courbe de transmission de l'étalon, la puissance du laser alors décroît de plus en plus selon la dérive. Si la longueur du résonateur continue de changer, il arrivera à un point ou le mode longitudinal adjacent sera transmis par l'étalon vers une plage plus éloignée que le mode sélectionné initialement et la sortie du laser changera abruptement vers la nouvelle fréquence du mode adjacent. C'est le phénomène du "Mode Hopping" ou sursaut de mode. En pratique, la puissance du laser baisse de 20% entre chaque sursaut de mode. En holographie, on ne peut pas se permettre le sursaut de mode. Les systèmes holographiques peuvent tolérer une déviation telle que le changement de longueur L du résonateur, mais pas un abrupt changement de sursaut de mode.
La méthode la plus utilisée dans le passé pour minimiser le sursaut de mode est de créer un résonateur stabilisé ou les changements de longueur L sont minimisés. Un changement de L de 0,25 microns peut créer un sursaut de mode. La stabilité peut être maximisée si les optiques du laser sont montées sur des tiges de Super Invar ayant un coefficient thermique d'expansion très petit.
Une autre approche est de maintenir la température de l'air environnant constante ainsi que la température de l'eau ou fluide de refroidissement du laser constant, mais malheureusement ceci est difficile d'obtenir. En exemple : une période de 24 heures typiques, la température ambiante s'accroîtra et s'abaissera de 4 C. Ainsi, avec une tige de Super Invar avec son coefficient de 0.5* 10 -6NC, un changement de 0,5 C
générera une variation en fréquence de 150 MHz et procurera un sursaut de mode. Si le laser opère pendant 24 heures dans un environnement typique, on aura 16 sursauts de mode.
Une autre approche pour minimiser le sursaut de mode est de stabiliser la longueur L du résonateur. Le déplacement des miroirs pour maintenir L constant à travers une structure en contraction ou expansion est complexe et dispendieux.
La stabilisation active se retrouve dans les lasers à colorants, plusieurs composantes sont utilisées pour moduler et contrôler la sortie d'un laser dans une gamme de fréquence large. Ces composantes sont : filtre biréfringent, une plaque à inclinaison Brewster et un ou plusieurs étalons. Dans de tels systèmes, une méthode rapide et précise est requise pour contrôler l'étalon ainsi le pic de la courbe de transmission suit la fréquence balayée.
La transmission de l'étalon à air peut être ajustée en contrôlant un PZT sur l'un des prismes. Pour accroître la précision du contrôle, le voltage d'activation du PZT est réglé à
quelques KHz pour induire une modulation d'amplitude petite dans la sortie du faisceau laser. Cette modulation d'amplitude en phase sensible détectée donne un signal discriminé permettant le pic de transmission sur la courbe de l'étalon d'être bloqué dans le mode de fréquence de la cavité.
L'option est donc de contrôler la température de l'étalon dans un four dont la température est maintenue par un processeur. Pour l'étalon solide, la température de l'étalon est ajustée et fixée pour maximiser la transmission et la puissance de sortie provenant d'un mode longitudinal sélectionné. Cette méthode ne compense pas pour le changement de longueur du résonateur durant l'opération. Tandis qu'ici la température de l'étalon est activement ajustée par le processeur durant l'opération pour prévenir le sursaut de mode.
Pour ajuster proprement la température, on doit mesurer un paramètre du laser pour indiquer les changements de longueur du résonateur. Cette variation de L crée une déviance de la fréquence de sortie, on pourrait donc utiliser un moniteur de fréquence pour ajuster la température de l'étalon. Mais requiert un mécanisme de détection donc plus dispendieux et cette approche rend difficile pour atteindre une performance maximale.
En accord avec la configuration préférée, un paramètre de sortie sera mesuré
et sera un indicatif des variations dans l'alignement du pic de la courbe de transmission de l'étalon et du mode longitudinal sélectionné. Dans l'une des configurations de ce brevet, les variations de puissance de sortie sont mesurées pour donner une indication du montant de dérive entre la fréquence du mode longitudinal sélectionné et le pic de la courbe de transmission de l'étalon. Une autre approche, les changements de courant qui alimentent le laser sont mesurés. Cette dernière approche est utilisée si le laser est contraint d'opérer à une valeur de puissance fixe en ajustant le courant fourni. Dans ces deux cas, le paramètre de mesure donnera une information directe de la performance du laser et cette performance sera maximisée seulement si la fréquence de sortie est stabilisée.
Avantageusement, les deux mesures de puissance et courant sont mesurées pour d'autres raisons ainsi pas besoin de circuits additionnels. Le brevet indique le four, le circuit électronique et la programmation en rapport avec la puissance de sortie et du courant d'alimentation. US 5 048 031 et 5 144 632 de Coherent.

L'étalon ne doit pas avoir de tension mécanique et une façon de réduire ces tensions est d'utiliser une roue à coussinets pour contre- carrer ces tensions mécaniques induites par le ressort US 5 068 861.

Le châssis d'un étalon peut être fabriqué en céramique, en oxydes de Silicium ou de Béryllium, en métaux tels que le cuivre, l'argent l'or ou l'aluminium afin de réduire les gradients thermiques d'un côté vers l'autre qui fausse l'effet réfractif et l'épaisseur dans la sélection de l'étalon. US 6 724 784.

On peut aussi sélectionner un laser en bande étroite en utilisant un étalon Fabry-Perot, un réseau de diffraction ou un prisme avec une plaque permettant une polarisation circulaire US 4 985 898.

Le laser à He-Ne possède seulement 2 à trois modes, les lasers Ions (Argon) de grandes puissances possèdent 10 à 15 modes tandis que les lasers à colorants ont jusqu'à 1000 modes. Ainsi, il est nécessaire de sélectionner un mode pour se procurer un laser à mode unique. Ceci est atteint en ajoutant un appareil de sélection de la fréquence dans la cavité
laser. Ces dispositifs sont conçus de façon à avoir une perte minimum à une longueur d'onde requise et d'introduire de grandes pertes aux autres longueurs d'onde suffisamment pour prévenir l'amplification des modes non voulus. L'étalon FP
est le plus simple et consiste à une plaque de verre ou de silice de 0.1 mm d'épaisseur dont les faces sont planes et parallèles d'une façon extrêmement rigoureuse. Un revêtement diélectrique à chacune des faces pour accroître la réflectivité interne. Un laser à colorant typique CW requiert deux étalons pour opérer en mode unique et pour sélectionner la fréquence du mode sélectionné du laser ou pour sélectionner un autre mode et l'effet de l'étalon sera altéré. On devra alors incliner ou chauffer l'étalon. Ici, l'étalon est liquide avec un indice similaire aux plaques possédant une légère inclinaison 1 à 5 avec une chemise d'air pour permettre la contraction ou l'étirement avec un tube avec des effets piézo-électriques. Brevet US 4 324 475.

On peut ajuster la fréquence d'un laser en utilisant la dispersion et l'échantillonnage. Une paire de détecteurs (Thermistors) détecte la fréquence plus haute et plus basse pour produire un signal d'erreur par disposition du faisceau provenant d'un séparateur de faisceaux à plaque vers un réseau de diffraction. Ce signal d'erreur est envoyé à un des miroirs pour ajuster L avec un piézo-électrique, un soufflet" bellows" ou autres. US 4 103 254.

Ou d'une façon plus importante, en doublant la longueur de la cavité, on réduit de moitié la distance entre les modes longitudinaux adjacents, ainsi on double le nombre de modes possibles sous la courbe de fluorescence. Il est clair qu'un laser en mode unique peut être obtenu en réduisant la longueur de la cavité ainsi un seul mode longitudinal se retrouvera sous la courbe de fluorescence avec GL > 1. Dans de tels lasers en mode unique, la distance exacte entre les deux miroirs est critique et s'il n'y a pas de modes pour emplir la condition, il n'y aura aucun effet laser d'émis. Le désavantage de la méthode de réduire la longueur de la cavité limitera la puissance de sortie du laser.
En ajoutant un miroir additionnel dans la cavité laser. L'ajout d'un autre miroir déterminera 2 cavités de longueurs Ll et L2 en même temps. La longueur L 1 est choisie de façon à ce qu'un seul mode longitudinal sera sous la courbe de fluorescence du laser.
Cette configuration nécessite des positions stables des miroirs, car la différence de longueur d'onde entre 2 modes longitudinaux adjacents peut être très petit 4.
10-13m. On peut accroître les pertes de certains modes au profit d'autres modes en ajoutant une troisième ou quatrième plaque ayant une transparence ou réflexivité
appropriées dans la cavité Fabry-Perot. La troisième plaque divise la cavité en deux espacements, l'une contenant le médium actif ou dans le cas de quatre plaques, le médium actif pourrait être centré US 3 134 837.

Les modes d'un laser se caractérisent par :
a) La fréquence v ou la longueur d'onde X
b) Le mode transverse. La distribution de l'intensité se mesurant dans la section transversale du faisceau (perpendiculaire à l'axe optique du laser).
c) Le mode longitudinal. La distribution de l'intensité se mesurant le long de l'axe optique du laser.

Le mode TEMoo Les modes transverses (Voir planche : 23 b) d'un laser sont créés par la largeur de la cavité provenant de quelques modes diagonaux se développant à l'intérieur de la cavité.

Un léger dé-alignement des miroirs laser produit des différences de parcours pour différents rayons à l'intérieur de la cavité. Ainsi, la distribution de l'intensité n'est pas une distribution Gaussienne parfaite pour exprimer les choses simplement. Dans la section transverse, la radiation a une distribution spécifique avec des régions de grande intensité tandis que d'autres sans radiation.
La forme de la distribution d'énergie du faisceau transverse est appelée :
Modes Transverses Électromagnétiques TEM. Chacun de ces modes est marqué par 2 indices TEM ,,I, où m et n sont des nombres entiers en assurant que le faisceau se dirige en direction Z.
M est le nombre de points d'illumination zéro, entre les régions éclairées le long de l'axe X.
N est le nombre de points d'illumination zéro, entre les régions éclairées le long de l'axe Y.
L'exception à la règle est le mode "Bagel" composé des modes TEM 01 et TEM 10 oscillant ensemble.
Lorsqu'un laser opère dans différents modes transverses, l'intensité totale se profile comme une superposition de tous les modes transverses existants.
Le mode Transverse TEMoo le plus bas a le diamètre le plus faible en comparaison avec les autres modes. Ce qui conduit à la règle de base de fabriquer un laser opérant en un mode transverse unique de base en installant dans la cavité optique un trou d'épingle avec un diamètre égal au mode le plus bas. Ainsi, seul ce mode passera à travers tandis que les autres modes seront atténués. La radiation interne se déplaçant plusieurs fois, seulement le mode de base sera amplifié et apparaîtra à la sortie (US 3 686 584). Un certain compromis doit être considéré, car la réduction de l'ouverture du capillaire accroît les pertes en diffraction.

Les désavantages d'opérer un laser avec plusieurs modes transverses sont :
chaque mode transverse a sa propre phase et distribution de puissance, la cohérence spatiale de la radiation multiples modes est moindre que l'utilisation d'un mode unique.
L'avantage est lorsqu'un laser opère en plusieurs modes simultanément il est possible d'obtenir une puissance de sortie plus grande.
Le mode Gaussien ou le mode transverse de base est TEMOO et l'intensité au centre du cercle est plus grande que l'intensité sur les contours.
Le diamètre du faisceau Gaussien est pris, comme la distance, le long de la section transverse du faisceau avec une intensité de 1/e2 (0.135) de l'intensité
maximale au centre du faisceau. La surface d'un cercle intérieur au diamètre du faisceau contenant 86.5% de l'énergie (puissance) du faisceau Gaussien.
Il y a d'autres définitions telles la distance avec intensité de 1/e (0.368) de l'intensité max Ici on a 63 % de l'énergie du faisceau compris dans le cercle du diamètre du faisceau.

Les propriétés du mode de base TEM oo Le mode transverse électromagnétique d'un laser détermine les propriétés de la radiation du laser.
Divergence L'habilité d'être focalisé.

La cohérence spatiale.

Le Mode transverse TEM oo est le seul mode ayant une bonne cohérence spatiale, une divergence minimale et peut être focalisé sur une petite surface.
Le mode de base est utilisé en interférométrie et holographie vu sa grande cohérence spatiale.
Pour les utilisations telles que la mesure des distances, pour instruments précis, spectroscopie et effet Doppler nécessitent une basse divergence.
La focalisation pour couper, percer du matériel.

Les caractéristiques du mode transverse de base TEM 00 d'un laser : La distribution d'intensité de ce mode transverse de base a la forme d'une courbe Gaussienne.
C'est le seul mode dans lequel la radiation est en phase tout au long de la section transverse du faisceau.
La description mathématique de la distribution d'énergie est fonction de la distance par rapport au centre :

I (r) = Io exp [-2 . r2/ ro2]

Io est l'intensité au centre du faisceau (intensité maximum) R est le rayon Gaussien du faisceau. C'est la distance par rapport au centre, par lequel l'intensité diminue selon 1/ e2 de l'intensité maximum.

La puissance totale du faisceau Gaussien est :
P= n. R o2 Io/2 Et la divergence de l'angle du faisceau Gaussien sera :
0=2/n.I/ro Le mode transverse de base est le plus pratique et les constructeurs de laser travaillent fort pour opérer leurs lasers en mode Gaussien.
Ses propriétés sont : L'angle de divergence est le plus petit que tous les autres modes.
Peut être focalisé à un point très petit que tous les autres modes.
A une cohérence spatiale maximum en comparaison aux autres.
La distribution spatiale du faisceau Gaussien demeure Gaussien dans sa propagation.
L'imagerie avec des lentilles d'un faisceau Gaussien et autres optiques traversées par ce dernier génère également un faisceau Gaussien.

L'utilisation de tubes segmentés de diamètres différents ainsi que de miroirs spéciaux polarisants permet l'émission en TEMoo telle qu'indiquée au brevet US 6 263 007.
La sélection d'un mode est déterminée par la dimension relative du faisceau et de l'ouverture du miroir ainsi on peut contrôler le mode soit par la grandeur du faisceau ou les dimensions de l'ouverture du miroir. Ces miroirs avec ouverture "apertures", forment une deuxième cavité et en opération seuls les modes des fréquences communs aux deux cavités seront maintenus. Voir US 3 134 837et 3 573 656.

Le contrôle du mode avec un miroir ajustable avec une vis compressant le miroir avec courbure de 8 mètres à 13 mètres de courbure permettant de ce fait de contrôler la grandeur du mode des modes désirés. Un laser donné, incluant le médium actif du laser et la cavité résonante, supporte généralement plusieurs modes d'oscillation. Ces modes d'oscillation inclus différentes longueurs d'onde, 4579 et 5145 Angstrdm et de nombreux autres pour le laser ions Argon. De plus, différents modes transverses d'oscillation se produisent autour des longueurs d'onde primaire dans la même cavité. Pour de nombreuses applications, seul le mode TEMOO ou le mode d'ordre le plus bas est désiré..
Ce mode d'ordre plus bas a le faisceau le plus petit et le plus uniforme sur toute sa section transversale que tous les autres modes d'ordre plus grand. La dimension des modes dans la cavité laser est appelé la dimension du mode est la caractéristique permettant de discriminer les modes désirés ou non. La section transversale des modes plus bas dans la cavité laser est plus petite que la section transversale des modes d'ordre plus élevé. Aussi, les sections transversales des modes des longueurs d'ondes plus grands sont plus grandes que les sections transversales des longueurs d'ondes les plus courtes.
C'est-à-dire, la dimension de section transversale d'un mode donné à tous points à
l'intérieur de la cavité laser est déterminée par le rayon de courbure du miroir sphérique (cavité hémisphérique). L'élimination des modes transverses antérieurement était réalisée en utilisant des ouvertures à l'intérieur de la cavité laquelle obstruait les modes ayant une section transversale plus grande que l'ouverture à l'endroit intérieur de la cavité ou est placé l'ouverture. Alternativement, la grandeur du rebord du tube du laser à
gaz peut être choisie de façon à supprimer les modes d'oscillation indésirables.

Des problèmes sont détectés dans les lasers employant de telles ouvertures si l'usager désirait changer la fréquence de la lumière par le laser. L'oscillation peut démarrer par l'ajustement de prismes ou autres moyens de filtration dans le laser pour filtrer les longueurs d'ondes non désirées et laisser osciller la longueur d'onde requise.
Cependant, la grandeur du mode change lorsque la longueur d'onde est changée. Ainsi, l'ouverture ou la dimension du tube n'est plus optimale et laissera des oscillations dans des modes non désirés. Alternativement, l'ouverture et la dimension du tube seront trop petites et supprimeront la longueur d'onde désirée. Ils ont dû installer une ouverture ajustable, compliquée, dispendieuse et difficile à installer dans le tube scellé du laser. Dans les lasers utilisant la dimension du tube pour supprimer les modes d'oscillations non désirés, le problème d'érosion du tube se présente sous l'action des ions et électrons au long de la vie du tube. Plus l'érosion est présente, plus le diamètre croît et plus les modes transverses d'oscillation se présentent et réduit le mode TEMoo et la qualité
du faisceau décroît. Afin de compenser ces effets, le miroir concave fabriqué d'un disque relativement flexible de quartz ayant un rayon de courbure. Un plongeur est monté pour appliquer une force ajustable au centre du disque. L'ajustement du rayon de courbure a pour effet de modifier la dimension du mode au mode désiré tout en utilisant le volume du médium actif par le mode désiré. US 4 951 285 de Spectra-Physics.

Afin de faire osciller un laser dans un mode longitudinal unique, on utilise un étalon et un prisme. Ce brevet sert pour l'enregistrement de CD ou d'un signal digital acoustique. Les longueurs d'onde pour l'enregistrement, ou coupure du disque, ont un gain relativement faible. Il est requis de l'accroître en variant la longueur L qui est très grande, ce qui a comme résultat que l'intervalle entre les modes longitudinaux qui dépend de la longueur L sera réduit. Vu que le spectre a une grandeur de plusieurs mégahertz, le laser possède et oscille en une multitude de modes longitudinaux. Lorsque le mode transverse TEMoo, dans une grandeur de fréquence entre deux et 15 mégahertz, il n'y a pas de bruit de fond et ainsi le laser est adéquat pour l'enregistrement de disques. Ce bruit doit être réduit pour le signal audio et vidéo. Le laser doit avoir ainsi un sélecteur de longueur d'onde unique et oscillant dans un mode longitudinal unique. Un laser à gaz a un nombre de Fresnel dans l'ordre de 4.0 à 5.5 et comprend un prisme de sélection et un étalon.
Lorsque la décharge est produite dans le gaz, un faisceau laser est généré
avec un spectre large. Le prisme sélectionne une longueur d'onde et l'étalon l'ajuste en quelque sorte dans un mode longitudinal unique offrant un faisceau de grande qualité, réduisant de beaucoup le bruit de fond particulièrement dans une gamme de fréquence sous un mégahertz.

La diffraction à travers un trou circulaire.

Il est facile de comparer la diffraction à travers un petit trou en rapport à
une fente Dans une fente simple, la diffraction se produit en une dimension tandis que lorsqu'un faisceau parallèle heurte un petit trou, une série d'anneaux sombres et clairs apparaissent sur l'écran. Le nombre d'anneaux et de sa densité dépend du diamètre du trou et de sa distance par rapport à l'écran. Au centre de l'écran, on a un spot clair contenant 84 % de la lumière passante. Pour connaître l'angle de divergence d'une onde plane après passage à travers un petit trou, on mesure le diamètre du premier anneau.

9= 2.44 1/d Cette valeur s' apparente à la divergence du faisceau Gaussien sauf que le coefficient numérique est plus gros.
La grandeur du spot après passage dans un petit trou. Lorsqu'un faisceau Gaussien se propage à travers un petit trou, une partie de l'énergie est bloquée par les arêtes du trou.
La partie de la puissance transmise à travers le trou est :

T= 1-exp [-2* r2/W2]
T est la puissance transmise R le rayon du trou 2W la grandeur du spot (diamètre du faisceau à é 2 de sa puissance) Le diamètre du mode transverse TEMOO est le plus petit mode possible à
l'intérieur de la cavité.
Tous les autres modes ont un diamètre plus grand. Ainsi, en limitant l'ouverture dans la cavité les modes plus élevés peuvent être filtrés ou éliminés.

En choisissant le diamètre du trou d'épingle égal au diamètre du mode transverse de base, on fera en sorte qu'on perdra les autres modes et la transmission libre du mode de base.
Les pertes des autres modes décrivant ces pertes dans la cavité. Cette comparaison entre les cavités différentes de lasers est appelée le Nombre de Fresnel.
Le nombre de Fresnel Une cavité optique stable peut se résumer par un nombre pur (sans dimension physique) N- d2/ 4L,'~

N le diamètre limité (2a) m L longueur de la cavité laser m.
1 est la longueur d'onde de la radiation laser m.
Un nombre élevé du nombre Fresnel décrit les pertes optiques basses et un bas nombre Fresnel décrit les pertes hautes.
Le nombre de Fresnel décroît, les pertes s'accroissent lorsque :
La longueur de la cavité s'accroît Le trou d'épingle limitée décroît La longueur d'onde du laser est plus grande.

Exemple : La longueur du laser He-Ne est 30 cm. Le diamètre du trou d'épingle est 1.5 mm, L'X est 632.8 nm Calculons le nombre de Fresnel N=d2/(4*L*I)=(1.5*10") 2/(4*0.3*632.8 * 10-9)=3 Ceci est une valeur basse du Nombre de Fresnel et cela indique des grandes pertes.

Le trou d'épingle dans la cavité laser génère des pertes élevées pour les modes élevés et limite l'opération du laser en mode unique.
En accroissant le nombre de Fresnel, on accroît la chance de modes élevés du laser, ce qui indique des pertes basses.

La focalisation du faisceau :

Le diamètre du faisceau au plan focal. Lorsqu'un faisceau laser est focalisé
par une lentille p ositive avec une longueur focale f, la grandeur du spot (diamètre du faisceau) au point e au point focal peut s'exprimer selon :
D'=fO
Le diamètre du faisceau dépendra seulement :
De la longueur focale de la lentille (f).
De l'angle de divergence (0) du faisceau avant la lentille.
Exemples :
Un laser YAG de 50 Watts ayant un diamètre de faisceau de 6 mm, d'une divergence de 2 milli radian, le faisceau focalisé avec une lentille de longueur focale de 5 cm.
Calculons : La densité de puissance avant la lentille Le diamètre du faisceau au plan focal La densité de puissance au point focal.
La densité de puissance est la puissance divisée par la section transverse du faisceau :

50W/ (n*0.32) = 177 W/cm2 Le diamètre du faisceau au plan focal D'=f*8=0.05m*2.0* 10-3=10' m=100 m La section transverse du faisceau au point focal :
lt*(d'/2)Z = 3.14 5 10-3 cm2 = 7.85 * 10-5 em2 La densité de puissance au plan focal :
50W / 7.85 * 10-5 em2 = 6, 36 * 105 W/ cm2.

En utilisant une lentille positive, il est facile d'accroître la densité de puissance du laser dans l'ordre de grandeur.
Exemple :
En utilisant une lentille avec une longueur focale de 3 cm, on désire focaliser un faisceau laser dans un spot de 30 pm. Quel sera la divergence dans le champ éloigné ?
En utilisant l'équation d'approximation D = fE = 30 * 10'bm/0.03 m = 1 mrad. C'est l'angle de divergence typique des lasers commerciaux.

La mesure de la puissance transmise à travers un trou d'épingle calibré :
Le faisceau laser est focalisé par une lentille positive dans un trou d'épingle calibré au point focal de la lentille.
Le diamètre du point d'épingle devra être moins que le diamètre du faisceau focalisé de façon à obstruer une partie du faisceau par les arêtes.
La longueur focale (F) de la lentille devra être au moins 10 fois (préférablement plus) le diamètre du faisceau (d) avant la lentille pour réduire les aberrations sphériques.
La puissance transmise à travers le trou d'épingle est mesurée et comparée avec la puissance mesurée sans trou d'épingle.

Le nombre de Fresnel F est réglé à 2.5 ainsi le mode transverse du faisceau laser produit est strictement en TEMoo. L'expression du nombre de Fresnel est :

F = S/LJA.
S est la surface de l'ouverture L la longueur de la cavité optique et a, la longueur d'onde.
Le diamètre du faisceau de sortie du laser est déterminé sur la base de la surface transverse du flux lumineux émis par l'ouverture, le nombre de Fresnel F est proportionnel à la surface du flux lumineux et inversement proportionnel à la longueur L
du résonateur optique et de la longueur d'onde du faisceau. La sortie du faisceau laser est aussi proportionnelle à la surface de la section du flux lumineux. La sortie du laser, par contre, est réduite de moitié en mode longitudinal en rapport aux multiples modes longitudinaux et dans certaines applications on devra accroître le nombre Fresnel F en accroissant la largeur de l'ouverture et ainsi accroître le diamètre du flux lumineux.
Brevet US 5 610 896.

On peut contrôler le mode pour deux longueurs d'onde et de sélectionner la longueur d'onde d'un laser en utilisant des miroirs avec revêtements sélectifs sur chacune des surfaces. L'optimisation de la relation entre la grandeur de l'ouverture pour le contrôle du mode et du diamètre du faisceau est une règle directe lorsqu'un laser opère dans une seule longueur d'onde ou multiples longueurs d'onde dans une région étroite et unique.
Le problème devient plus épineux lorsque le laser opère dans multiples longueurs d'onde qui sont éloignés l'une de l'autre. La complexité ajoutée provient du fait que le diamètre du faisceau est proportionnel à la racine carrée de sa longueur d'onde. Ainsi, pour un concept de résonateur donné ayant des miroirs de courbure spécifique, le diamètre du faisceau à un mode contrôlé selon l'ouverture sera différent pour différentes longueurs d'onde. Ainsi, il n'est pas possible d'optimiser le contrôle du mode par une ouverture pour deux longueurs d'onde disparate. Plusieurs compromis furent développés en réponse au problème dans le passé. En exemple, le diamètre de l'ouverture peut être choisi comme une valeur moyenne pour les régions différentes de longueurs d'onde. Ou bien, le diamètre de l'ouverture peut être sélectionnée pour optimiser le contrôle du mode pour une région de longueur d'onde, tandis que l'autre région de longueur d'onde serait en souffrance. La solution fùt d'utiliser des miroirs avec courbures différentes plano-convexes avec revêtements différents sur la face plane et courbe perméable et réfléchissante à l'inverse d'un miroir à l'autre avec rayon de courbure différent. Plus précisément, la surface interne a un revêtement réfléchissant la radiation de la première longueur d'onde. L'autre surface a un revêtement réfléchissant à la deuxième région de longueur d'onde. Le revêtement de la surface interne sera transmissible à la deuxième région de longueur d'onde ainsi la lumière passera au travers le revêtement et sera réfléchie par le revêtement de la surface extérieure du miroir. La courbure de la surface intérieure et surface extérieure du miroir est différente. De cette façon, le diamètre de chaque faisceau des deux longueurs d'onde pourra être contrôlé
individuellement. Cette liberté permet aux concepteurs de sélectionner le diamètre désiré du faisceau à une ouverture de contrôle de mode pour les deux longueurs d'onde. La performance de chaque mode peut ainsi être optimisée. Pour des raisons de fabrication et d'alignement, on utilisera des plano-convexes. US 5 101 415 de Coherent.

On doit maintenant se tourner vers le Gain d'un laser. La puissance d'un laser à un moment spécifique est détenninée par deux facteurs conflictuels. Le Gain du milieu actif qui dépendra de l'inversion de population et de la forme de la ligne de fluorescence de l'émission spontanée. Les pertes du laser incluant les réflexions des miroirs, les pertes par radiation dans le médium actif dues à l'absorption et aux multiples réflexions et les pertes par diffraction dues aux limites physiques des composantes du laser.
La condition limite pour l'effet laser est que le gain doit dépasser ou au-moins être égal aux pertes.
L'effet laser n'est possible que pour les longueurs d'onde par lequel le matériel a une émission de fluorescence. La ligne de fluorescence se décrit en calculant l'intensité de la radiation spontanée en fonction de la fréquence (longueur d'onde) pour une transition spécifique. En exemple, sur le diagramme des niveaux d'énergie dans le cas du laser He-Ne, la transition principale dans le spectre visible est le rouge 632.8 nm.
Lorsque la transition se produit entre deux niveaux étroits, la ligne de fluorescence sera étroite. Plus la ligne de fluorescence est étroite, plus facile se sera, car le besoin énergétique sera faible pour atteindre l'inversion de population.

La forme de la ligne de fluorescence idéale sera la forme d'un pic ou pulse avec une largeur de pic s'approchant de zéro. En réalité, chaque niveau d'énergie a une largeur finie, mais avec une certaine largeur. Ainsi, différentes zones d'un niveau d'énergie supérieur transitent vers différentes zones du niveau bas d' énergie et toutes ces transitions calculées induisent en fonction de la fréquence une forme de la ligne de fluorescence plus évasée ou en forme de cloche telle que mentionné précédemment.
La largeur de la ligne de fluorescence se mesure à demie hauteur du pic maximum :
FWHM = Full Width at Half Maximum selon l'expression en fréquences ou en longueurs d'onde:

Ov = c 0%1. /%I.o2 ou 0%1. = c Av/ v 1 v2.

La courbe du gain du médium actif est directement proportionnelle à la largeur de ligne de fluorescence de l'émission spontanée. Il est important de distinguer la largeur de ligne du laser et la largeur de ligne d'un mode longitudinal spécifique pouvant contenir plusieurs modes longitudinaux. Chacun de ces modes longitudinaux a sa propre largeur de ligne et émet une certaine intensité.
Certains mécanismes sont responsables de l'élargissement de la ligne de fluorescence tel que l'élargissement naturel, par l'Effet Doppler et par la pression.

a) L'élargissement naturel est toujours présent et provient de la transition dans le temps venant du niveau haut vers le niveau bas. Cette largeur de ligne est étroite 10 4' 8 (Hz) en comparaison avec la fréquence de radiation de la lumière visible 1014 (Hz).
Chacun des niveaux d'énergie a sa valeur spécifique (Av ) et sa durée de vie (At). Cet élargissement est exprimé par le principe d'incertitude d'Heisenberg :

DE * At >h DE = h* Ov dv > 1/ At en exemples At = 10-8(seconde) = Av = 10g (Hz) At = 10-4(seconde) = Ov = 104 (Hz).
Plus la durée de vie de la transition d'un niveau d'énergie est longue, plus la largeur de ligne sera étroite.

b) L'élargissement par l'Effet Doppler, cet effet est connu dans les phénomènes de mouvement d'une onde et se produit lorsque la source est en mouvement en rapport au receveur. La fréquence détectée est déplacée d'une quantité déterminée par sa vitesse relative entre la source et le receveur. Les molécules d'un gaz sont en mouvement constant dans des directions aléatoires, chaque molécule émettant une lumière en se déplaçant en rapport avec l'axe du laser en différentes directions. Cette distribution en fréquences variera et générera un élargissement de la largeur de ligne du laser. Ce phénomène se produit dans les lasers à gaz et plus intensément dans les lasers à gaz à
basse pression.

c) L'élargissement par collisions venant de la pression se présente dans les lasers à gaz, généré par les molécules du gaz. C'est la plus grande cause d'élargissement dans les lasers à gaz avec une pression plus grande que 10 mm Hg. Lorsque la pression augmente, l'élargissement augmente. Selon la Loi des gaz PV = nRT. Lorsque la pression demeure constante, le volume s'accroîtra lorsque la température augmentera. Si le volume s'accroît, le nombre de collisions décroît. Ainsi, l'élargissement décroîtra.

Le laser oscille dans un nombre de modes, c'est-à-dire dans certaines fréquences discrètes correspondantes aux fréquences résonantes dans lesquelles le médium actif accuse un gain substantiel au-dessus des pertes. Ces quelques modes d'oscillation sont séparés l'un des autres par une fréquence qui est relativement insensible aux vibrations et à l'expansion thermique (mouvement dans l'ordre du micron). Cependant, la position de ces modes en respect au centre de la fréquence du gain atomique du laser est très dépendante des dimensions de la structure résonante. Ayant comme résultante une faible variation dans le dimensionnement de la structure provenant de vibrations mécaniques ou d'effets thermiques. Les fréquences des modes du laser changeront d'une façon aléatoire et produiront une instabilité dans la fréquence de sortie du laser. La stabilisation par la température ou bien par une cellule d'absorption (avec application d'un champ magnétique, cette cellule offrant une caractéristique différente d'absorption en fonction de la polarisation droite ou gauche. Il se produit un échauffernent dans la cellule n'offrant pas un bon contrôle précis. Par l'effet Doppler, ayant un profil de gain large tel que les lasers à gaz , la perte de puissance est relativement petite au centre de la courbe. On doit donc se tourner vers les propriétés des lasers plutôt que d'introduire des éléments de référence ou structures extérieures. Une bonne technique de stabilisation doit détecter non seulement le changement de fréquence, mais aussi la direction du changement et doit s'appliquer à tout type de laser. Il se doit d'être insensible aux variations de puissance. La façon de faire est de faire osciller le laser avec des caractéristiques de phases et d'amplitudes d'une fréquence modulée FM et utiliser la distorsion résiduelle de l'oscillation laser FM comme un signal d'erreur pour contrôler la dimension de la cavité
optique. F = c/2L. Ainsi, on stabilise la fréquence d'un laser en utilisant une comparaison de signal afin d'activer une cellule piézo-électrique PZT (Cristal de Titanate-Zirconate de Plomb) adjointe à l'un des miroirs de la cavité optique FP pour ajuster la longueur L d'un côté ou de l'autre.

On peut stabiliser la fréquence avec une cellule optoélectronique pour polariser circulairement la sortie laser et de changer alternativement la direction de la polarisation circulaire de gauche ou à droite par Effet Zeeman. Aussi, une cellule d'absorption absorbe les deux composantes polarisées en fonction de la fréquence. Un démodulateur sensible à la phase génère une correction de signal en fonction de toute différence d'amplitude des deux composantes, et le signal corrigé ajuste la longueur de la cavité
optique. Deux modes de sortie sont générés par le laser, ces modes sont centrés symétriquement autour de la fréquence en gain maximum du laser. US 3 495 185.

Laser multiples longueurs d'ondes : Un laser à Ions Argon ou Krypton oscillant dans plusieurs longueurs d'onde permettant la stabilisation, non seulement de l'ensemble des faisceaux de sortie, mais aussi de chacune d'elles. Le faisceau sera séparé
par une lame séparatrice générant ainsi deux composantes. Ces composantes se dirigent vers différents détecteurs et génèrent des signaux électriques différents pour chacune d'elles. Les signaux électriques influent sur le courant de décharge et/ou le courant du champ magnétique de confinement. Le fait que le champ magnétique a une valeur optimale variant selon la longueur d'onde, un second signal de contrôle stabilisera chacune des composantes du faisceau de sortie. En effet, il existe une intensité du champ magnétique qui favorisera l'émission du 647.1 nm autour de 300 Gauss, le 568.2 et 530.9 nm autour de 580 et 680 Gauss. Pour le contrôle, on peut utiliser des lames séparatrices de faisceaux avec cellules photo-électriques ou solaires avec filtres ou miroirs dichroïques.
Il est reconnu que le courant de décharge, le voltage dans un tube laser Ions, la force du champ magnétique pour focaliser/collecter le plasma dans le tube, la pression du gaz du médium actif sont des paramètres typiques pour contrôler la sortie de ces lasers. Une configuration de location de miroirs pour UV et visible sélectionne le courant du champ magnétique pour l'optimisation. Le brevet US 5 715 269 décrit le contrôle de sortie en utilisant ces dispositifs de lames et cellules pour le courant de décharge et du champ magnétique pour optimiser la sortie et permettant la stabilisation de l'une ou des autres sorties. Ce brevet peut indiquer une façon appropriée pour contrôler la sortie en contrôlant les magnétrons soit aux différents endroits, au primaire, au secondaire, à
l'émission d'électrons thermoïoniques ...

Un certain nombre de méthodes furent développées pour stabiliser la fréquence d'un laser. Une première méthode consiste à utiliser l'Effet Zeeman rendant possible la séparation de certaines lignes d'amplification en deux composantes de polarisation circulaire gauche et droite en appliquant un champ magnétique à la colonne de gaz amplifié et de faire une comparaison d'intensité entre ces deux composantes.
Lorsque la fréquence d'oscillation du laser se juxtapose à la position correspondante au centre de la ligne non séparée, les deux composantes (droite et gauche) oscillent avec une même intensité. Dans les autres positions, les deux composantes ont des intensités différentes, constituant un discriminant pour tenir la fréquence d'oscillation au centre de la ligne.
Dans une autre forme, une ligne d'absorption peut être séparée par l'Effet Zeeman et l'absorption soutenue par les composantes gauche et droite est comparée. Dans certaines variances, l'elliptivité de la polarisation de la lumière émise est mesurée au lieu de comparer les intensités des composantes circulaires. Ces méthodes procurent une bonne qualité spectrale tant que la fréquence laser est stabilisée dans le centre de la ligne du gaz employé. Cependant, l'application d'un champ magnétique introduit dans le médium actif des effets non-linéaires modifiant l'intensité de la radiation stimulée émise par le laser, par conséquent, la saturation du profil Doppler et conséquemment la valeur de rotation du plan de polarisation produite par l'Effet Zeeman;
La biréfringence circulaire;
Le dichroïsme circulaire résultant en elliptivité de la lumière émise par le laser.
Ces trois effets se combinent d'une façon complexe avec comme résultat que la variation d'intensité peut modifier facilement l'état de polarisation de la radiation émise par le laser sans prêter attention par toute variation de la fréquence d'émission.
D'ailleurs, la stabilisation est reliée directement à la courbe d'amplification du médium employé.

Une deuxième méthode consiste à la modulation de fréquence du mode d'oscillation du laser en observant la modulation de l'intensité de sortie. Dans les faits, les caractéristiques de phase et d'amplitude de la modulation d'intensité du laser sont dépendantes de la position du mode résonant en respect à la fréquence centrale de la raie amplifiée. La modulation en fréquence est généralement obtenue en produisant une vibration fine sur l'un des miroirs formant la cavité créant un léger déplacement de la fréquence optique de l'oscillation du laser.

Une troisième méthode plus précise appelée le "Lamp dip". Ce phénomène se voit sur la courbe de l'intensité en fonction de la fréquence de la radiation émise par un laser. La présence de cette déflection de la courbe peut être mise à profit pour la stabilisation de la fréquence. Cette méthode, par contre, est valide seulement dans le cas de cavité courte, de lasers à gaz en mode unique et ne peut s'appliquer aux lasers solides et liquides.

Tout faisceau de lumière possède une certaine divergence lorsqu'il se propage.
Pour la majorité des applications, il est mieux de réduire la divergence.
Le terme divergence est le fait que la même quantité d'énergie se répand sur une surface plus grande, réduisant ainsi la densité de puissance et l'efficacité de la radiation.
Les lasers sont les sources de radiation avec le moins de divergence.
Les applications nécessitant une basse divergence sont : Mesure de terrain, armes, désignateur de cible, communication spatiale et transfert d'énergie sur longue distance.
La divergence d'un faisceau laser se calcul selon 0 = dz-di / Lz-Li 0 est la divergence en radians di,dz sont les diamètres aux points 1 et 2.
L1, L2 sont les distances le long de l'axe du laser au coupleur aux points 1 et 2.
Calculons la divergence d'un laser He-Ne ayant un diamètre de 4mm à une distance de 2 m. A la distance de 5 m, le faisceau aura une expansion à 7mm 0= d2-dl/L2-L1 = (7-4) * 10-3m/ 5m-2m = 1 mrad Le champ proche et le champ éloigné d'un faisceau laser Le coupleur de sortie d'un laser est fait de façon à créer un faisceau parallèle en dehors du laser (avec un minimum de divergence).
Dans une cavité semi-circulaire (miroir plan R2=c~o et R1 =L) on retrouve un étranglement du faisceau juste avant le début de son expansion.
Dans une cavité optique avec les miroirs sphériques, cet étranglement se calcul par les rayons des miroirs de fin, la distance entre ces miroirs et la longueur d'onde du laser.
Les définitions mathématiques du champ proche et du champ éloigné.
Les équations pour calculer la divergence d'un faisceau sont toujours vérifiées à
grandes distances du laser. Ce sont les équations du champ éloigné :

L> 100dz/a, L est la distance du point de mesure D est le diamètre du faisceau au coupleur optique, ou de l'étranglement du faisceau dans la cavité
~, est la longueur d'onde du laser Les équations pour le champ proche se définissent :

L <. d2/ ;~

Entre la région proche et éloignée, il y a:
L=10.d2/X
Pour un faisceau Gaussien, l'angle complet de la divergence du faisceau dans le champ éloigné est :

0=1.271 /d Exemple La longueur d'onde d'un laser He-Ne est 632.8 Le diamètre du faisceau de type Gaussien à la sortie du laser est de lmm Calculons :
La distance du champ proche La distance du champ éloigné
La divergence du faisceau Champ proche L<dZ/~. =(10-3)2 m2/ 0.6328. 10-6m = 1.58 m Champ éloigné L> 100 d2/k = 1.58 m La divergence du faisceau 0= 1.27 ~./d= 1.27 * 0.6328. 10-6m/10-3m= 0.8 milli radian.
Les paramètres qui déterminent la divergence du faisceau sont le rayon du faisceau à un point z=0 en rapport à un rayon du faisceau à un autre point z.
Le critère de Rayleigh est la distance venant de l'étranglement du faisceau jusqu'à ce que la surface du faisceau soit doublée.

2Zo = 2 n Wo2/~, A la distance du critère de Rayleigh le rayon du faisceau W(z) est ~2 fois le rayon du faisceau au point de rétrécissement Wo.

Zo = n WoZ.n /k n indice de réfraction du médium traversé
par le faisceau.

Ainsi, à une grande distance z du rétrécissement, le rayon du faisceau peut s'approximer par une équation linéaire de z.

La divergence Gaussienne :
0/2=~/n.Wo.n L'angle de la divergence est proportionnel àX/Wo, ainsi on peut déterminer par le montant de diffraction au point de rétrécissement Wo.

La divergence d'un faisceau pour une onde laser se définit comme le plein angle du diamètre du faisceau dans le champ éloigné.
Le diamètre du faisceau se mesure entre deux points ou la puissance décroît de é 2 de sa valeur maximum.
Le diamètre du faisceau au champ éloigné (dL) à la distance L du laser est donné par le diamètre du faisceau du point de rétrécissement (d), plus la divergence (L9) :

Dr. = LA +d.
Exemple :
Divergence d'un laser He-Ne, diamètre du faisceau 1.5mm au coupleur de sortie, la puissance de sortie est de lmm, l'angle de divergence est de 1 milli radian.
Calculons le diamètre du faisceau à 1 km et la densité de puissance à ce point DL =1* 0 +d = 1000m * 0.001+0.0015 m = lm Selon cet exemple, on peut voir qu'à grande distance, le diamètre original du faisceau peut être négligé en comparaison avec le diamètre du faisceau. Ainsi, aux grandes distances le diamètre du faisceau est donné par :

DL=L*9 Les caractéristiques des pulses de radiation laser.

La durée des pulses peut s'effectuer dans des temps aussi courts que 10-14 secondes à une seconde.
Le pulse unique de radiation laser se définit sur la courbe de puissance en fonction du temps et une bonne approximation est le triangle pour la forme du pulse.
La puissance émise maximum est P max. Plusieurs lasers ont des pulses avec un temps de monté très court et un long retour décroissant.
Il est pratique d'utiliser la durée du pulse (delta t '/2) ayant une largeur maximum de (0.5Pmax).
Ainsi, la largeur du pulse est l'intervalle de temps par lequel la puissance du pulse est plus grande que la 1/z de la puissance maximum.

FWHM = Large pleine de la demi du maximum.

L'énergie d'un pulse unique est définie comme E = (delta tl/2)* Pmax avec l'approximation du triangle.
La puissance maximum d'un pulse laser exemple : La durée d'un pulse est 50 nano seconde. L'énergie du pulse est 1.5J. Calculons la puissance maximum du pulse En utilisant l'approximation pour un pulse triangulaire P max = E/At = 1.5 J / 50 * 10 -9sec = 3. 107W = 30 MW ainsi toute l'énergie se concentre sur cette période courte de temps.
L'excitation d'un laser avec un pulse, lorsque l'excitation est un pulse fort la radiation émise du laser aura la forme du pulse de pompage.

Il y a plusieurs types de pulses laser tels que le train pulsé d'un laser rubis et le pulse d'un C02 TEA laser (pression atmosphérique). Les pulses de ce laser ont une forme spéciale.
Au début, on a une pointe "spike" rapide pour une période courte de 100-500 nano seconde suivi d'une longue queue 1-2 sec à basse puissance provenant de l'excitation du C02 par collisions avec les molécules.
Le train de pulse par un laser au rubis :
Souvent, le pulse d'un laser n'est pas seul et apparaît comme une suite de pulses dans la même enveloppe pouvant contenir des centaines de pointes. Chacune de ces pointes arrivent aléatoirement (0.1 -2 milli seconde) et il est impossible d'en déterminer la durée en puissance et la puissance de chacun d'eux. On retrouve ce phénomène dans le YAG
pompé par lampe flash également.

Systèmes pulsés Bien que le régime continu soit l'objet de ce brevet, je ne peux exclure toutes les possibilités de ce mode de fonctionnement en pulsé pour des applications spécifiques.
J'ajoute donc certaines notions techniques de base afin de rendre plus globale cette invention, car on ne doit jamais dire :" Fontaine, je ne boirai jamais de ton eau". Pour l'holographie des êtres vivants ou bien des phénomènes à grande vitesse.

Les mécanismes spéciaux pour créer des pulses courts.

Plusieurs applications de laser nécessitent des pulses courts avec grande puissance.
Il y a plusieurs méthodes pour créer des pulses de laser.
Le choix de la méthode appropriée dépendra du type de laser et des caractéristiques du pulse requis.
Le contrôle de la durée du pulse par le mécanisme d'excitation :
La méthode la plus simple est de contrôler le mécanisme d'excitation.
Lorsque l'énergie d'excitation est en pulses, la radiation émise sera sous forme de pulses similaires. La lampe flash ou par des pulses électriques.
La méthode Interrupteur Q est l'utilisation d'un interrupteur optique à
l'intérieur de la cavité. Il y a deux états : OUVERT (là où la radiation passe à travers sans être dérangée) et FERMÉ (lorsque la radiation ne peut passer à travers l'interrupteur).

Le facteur de qualité Q.

Ce facteur d'une cavité optique est la quantité mesurant la capacité de la cavité optique d'emmagasiner l'énergie électromagnétique à l'intérieur. La façon est de former des ondes stationnaires entre les miroirs.
Le facteur Q est proportionnel au taux de l'énergie emmagasinée et la perte d'énergie de l'onde durant son voyage entre les miroirs.
La valeur du facteur élevé Q indique que l'énergie est bien emmagasinée à
l'intérieur de la cavité.
La valeur du facteur Q basse indique que l'énergie est émise rapidement de la cavité.
Exemple :

Lorsque deux miroirs sont de grande réflectivité, le facteur Q aura une valeur élevée et ainsi lorsque l'un de deux miroirs a une basse réflectivité, la radiation sera émise à travers le miroir et le facteur Q sera d'une basse valeur.

Interrupteur Q

Les pulses courts des lasers à gaz et solides sont créés en utilisant un interrupteur dans la cavité pour changer le facteur de qualité Q de cette cavité laser.
Le "Q switch" ou l'interrupteur Q détermine la capacité de la cavité optique d'emmagasiner l'énergie électromagnétique.
Un laser sans interrupteur Q, les atomes sont excités au niveau permettant le laser à un certain taux. L'effet laser démarre aussi tôt que l'inversion de population est créée.
Dans un laser avec un interrupteur Q le retour en arrière ou la rétroaction qui aide à
établir l'inversion de population est bloquée et aussi longtemps que l'interrupteur est ouvert il n'y a pas d'effet laser.
Le pompage continu transfert de plus en plus d'atomes dans l'état excité.
Au moment de l'ouverture de l'interrupteur Q, tous les atomes excités produisent un pulse laser avec une grande énergie.
Dans un laser avec interrupteur Q, la valeur élevée du facteur Q est maintenue à travers l'excitation du médium actif jusqu'à ce qu'une haute énergie est emmagasinée dans la cavité. Alors, le facteur Q s'abaisse rapidement et toute l'énergie est émise sous forme d'un pulse.
En fin de compte, l'interrupteur Q est un obturateur pouvant s'ouvrir soudainement à
l'intérieur de la cavité laser. Lorsque l'interrupteur est fermé, la radiation laser ne peut se déplacer entre les miroirs, il n'y aura pas d'émission laser, mais l'excitation continue de pomper de l'énergie dans la cavité. On pourrait faire la comparaison à l'effet du condensateur d'un circuit RC avec une très faible résistance.
L'interrupteur Q est réglé pour ouvrir lorsque le gain du médium actif s'approche d'une valeur maximale et toute l'énergie emmagasinée dans le médium actif est émise sous forme d'un pulse de radiation électromagnétique avec grande puissance.
On se sert de l'interrupteur Q lorsque l'on veut avoir un pulse court avec grande puissance et ne peut s'utiliser que pour des lasers avec une durée de vie longue au niveau d'énergie haut. Les lasers C02, Nd : YAG et Rubis ont des temps de 4000, 230 et 4000 (psec) pour le niveau élevé, et peuvent ainsi, être utilisés en mode d'interruption Q. En comparaison les lasers Hélium Néon, Hélium Cadmium ou autres métaux ou métalloïdes et lasers de type ioniques : Argon, Krypton, Xénon ou mélanges ont des temps de 0.01 à
0,7.

Exemple : Un laser au rubis sans interrupteur Q génère un pulse de 0.5 milli seconde et une énergie de 5J. En opérant avec un interrupteur Q génère un pulse de 10 nano seconde et une énergie de 1 J.
En assumant la forme triangulaire du pulse, calculons la puissance du pulse dans les deux cas.

La puissance pic d'un pulse sans interrupteur Q

P= E/Otii2 = 5 j/ 5* l 0-4 sec = 104 W= 10 KW
La puissance du pulse avec l'interrupteur Q

P= E/Otv2= 1J / 10-8sec = 108W = 100 MW
Ainsi, on a une puissance pic de 10 000 fois plus.

L' expression mathématique pour le facteur Q.

Pour un laser avec un miroir de 100 % et le coupleur optique de réflectivité
R, le facteur Q sera donné par :
Q = 2. L /a,. (1-R) L étant la longueur de la cavité

En accord avec l'équation : Lorsque la réflexion du coupleur optique est élevée (près de 1) le facteur Q sera élevé.

Différentes méthodes pour l'interruption Q

Miroir rotatif, transducteur optoélectronique : change la transmission à
travers la cellule par voltage électrique, par transducteur acousto-optique : change la transmission de la cellule par un signal acoustique, par absorbeur saturable : devient transparent à saturation.
L'interruption mécanique par obturateur (matériel opaque) en plaque rotative avec un trou décentré et arrive par rotation dans l'axe optique du laser sauf que les vitesses ne peuvent qu'être faible autour d'un milli seconde par rotation ou élément d'optique tournant tel que miroirs ou prismes. La rotation de miroirs dans l'ordre du micro-seconde de 10000 -60 000 tours par seconde sera égale à 166 - 1000 pulses par seconde.
Le taux peut s'accroître en augmentant le nombre de miroirs.
Les avantages de l'interrupteur Q mécanique sont : Pas de pertes dans l'élément interrupteur, un maximum 100 % de pertes lorsque l'interrupteur est fermé, électronique de contrôle simple et bonne fiabilité.
Les désavantages sont un bas taux d'interruption créant des pulses longs et les pulses sont fixes et la largeur semblable.

Les lasers avec mode barré

Il y a des applications requérant des pulses ultra courts avec une puissance pic pour chacun des pulses :

1 Processus de recherche en grande vitesse en science.
2 En communication optique avec pulses moins larges, n/sec plus grand 3 Dans les ordinateurs optiques Pour générer des pulses plus courts, on se sert du barrage du mode. Les lasers opèrent en plusieurs modes longitudinaux en même temps. Ainsi, la sortie du laser contient différentes fréquences. Tous ces modes opèrent sans constante de phase spécifique en rapport les uns des autres.
La puissance instantanée de sortie est proportionnelle au carré du champ électrique à
chaque moment, ainsi ils fluctuent aléatoirement dans le temps.

Le blocage des modes longitudinaux d'un laser Le blocage des modes longitudinaux optiques à l'intérieur de la cavité est obtenu en bloquant la phase relative de tous les modes optiques jusqu'à ce qu'à un certain point ils sont tous dans la même phase.
A ce point, une interférence constructive se produit entre les modes lasers et le résultat est un pulse unique avec une très courte largeur et un pic de puissance énorme qui se déplace entre les deux miroirs de la cavité.
Le déplacement de ce pulse génère une sortie du laser dans un ordre de pulses en chaîne.
La longueur de chaque pulse est de lpsec (10-12) et 1 nano seconde (10-9) sec voir même le femto seconde plus récemment. L'équipe de l'INRS à Varennes, avec M. Sutton de l'Université McGill, édifie un laser de grande puissance avec multiples JX
pour étudier la structure et les caractéristiques de la matière lorsqu'elle est bombardée par de tels faisceaux laser.
La radiation du laser en mode bloqué peut se voir comme une série de pulses avec la relation entre chaque pulse de T =2nL/c.

L'interrupteur optique en mode bloqué

L'élément bloquant les modes laser est un interrupteur optique à l'intérieur de la cavité.
L'interrupteur est ouvert pour un temps très court égal à la longueur du pulse et fermé
pour une période de temps égal au voyage du pulse à l'intérieur de la cavité.
L'interrupteur est positionné près de l'un des miroirs. L'interrupteur permet au pulse de passer au miroir et de retour et ferme l'opportunité d'autres pulses de se former.
L'interrupteur ouvre à nouveau lorsque ce pulse arrive à nouveau venant de l'autre miroir.
Ce processus d'interruption synchronisé par lequel l'énergie s'accumule en un pulse unique se déplaçant entre les deux miroirs de la cavité. A chaque fois qu'il rejoint le coupleur de sortie, un pulse unique est émis.
Le blocage du mode est fait avec un modulateur optique acoustique et sa fréquence d'opération est déterminée par le temps de voyage du pulse entre les deux miroirs.
L'intervalle de temps entre deux pulses adjacents :

L'intervalle de temps (T) entre deux pulses adjacents est le temps de vol du pulse unique à l'intérieur de la cavité pour un aller retour complet.

T = 2.nL/c L est la longueur de la cavité
C la vitesse lumière N indice de réfraction du médium actif C/n est la vitesse de la lumière dans le médium actif.

Dans les lasers à diodes, la longueur d'un pulse peut être de c~uelques pico secondes 1012 avec un taux de pulse de plusieurs centaines de gigahertz (10 1 Hz).

Sommaire des pulses laser périodiques.

Dans tous phénomènes périodiques, il est possible de déterminer la période (T) et la fréquence ou le nombre de pulses par seconde. Cette fréquence des pulses (f) n'est pas la fréquence d'un onde (v) déterminé par sa longueur d'onde (1).
La relation mathématique entre la période et la fréquence des pulses est :
T= 1/f Nous pouvons déterminer la relation mathématique durée d'un pulse (Atin) et la période entre les pulses (T).
C'est la partie relative du temps que le pulse est "Ouvert" en rapport au temps total :
D.C = Cycle de rendement = Otv2/T

Exemple du cycle de rendement :
Un laser diode émet 140 000 pulses par seconde La durée de chaque pulse est de 20 nano seconde Calculons le cycle de rendement Calculons la période T=1/f = 1/ (1.4* 10-) = 7.14 * 10-6sec Substituons en D.C D.C. = Cycle de rendement = Otv2/T
20 10-9sec/ 7.1410-6sec= 2.8 * 10-3 Ce qui indique que trois millièmes du temps le laser émet une radiation.
Puissance moyenne (Pm) d'un pulse laser Sachant que la puissance de sortie d'un laser pulsé n'est pas continue, la puissance moyenne Pm se défini comme la puissance d'un laser continu qui transmettra la même énergie par seconde que le laser pulsé.
L'énergie moyenne de chaque pulse (Ep) est mesurée en divisant la puissance moyenne par seconde par le nombre de pulses par seconde (f) :

Ep=Pm/f ou Une façon équivalente de trouver l'énergie par pulse est de multiplier la puissance moyenne par la période (T=1/f) :

Ep = Pm*T

La puissance moyenne (Pm) décrit le montant d'énergie transmise par le faisceau laser en une seconde.
Le calcul de la puissance moyenne est la multiplication de l'énergie d'un pulse unique (Ep) par le nombre de pulses par seconde :

Pm = Ep* f Exemple pour l'énergie d'un pulse Un laser avec interrupteur Q YAG produit 2000 pulses/sec La puissance moyenne du laser est 10W
Calculons l'énergie moyenne par pulse L'énergie d'un pulse unique est l'énergie dans une seconde divisée par le nombre de pulses par seconde.
L'énergie par seconde est la puissance moyenne Pm) et le nombre de pulses par seconde f Ep = Pm / f = 10W / 2000 = 5 * 10-3 J= 5 milli Joule.
Calculons le cycle de rendement D.C.
En combinant les formules d'approximation de pulse triangulaire Otv2=Ep/PmaX
et la période des pulses T=Ep/Pm Et la définition du cycle de rendement D.C. = Cycle de rendement = Atii2/T
On obtient D.C. = Ot/T = Pm / Pmax Ep est l'énergie du pulse Pmax la puissance pic.
Pm la puissance moyenne du laser At %2 la durée du pulse T la période F le nombre de pulses par seconde D.C. le cycle de rendement Si la durée du pulse, la période et la puissance moyenne ou l'énergie du pulse sont connues toutes les autres variables peuvent se calculer.

Le refroidissement Les tubes de décharges sans électrodes offrent des caractéristiques très intéressantes tant en continu qu'en pulsé pouvant fonctionner en basse et haute pression de gaz tant sous forme lampes que de lasers. Ils sont plus stables en grand volume et haute pression que leurs prédécesseurs en décharge DC. Cette stabilité est requise lors de l'augmentation en puissance. Dans un deuxième temps, l'absence d'électrodes est un atout recherché.
L'utilisation de tubes en céramiques, en quartz ou autres matières diélectriques à basse absorption des MO et résistant aux gaz corrosifs tels que les halogènes et les vapeurs métalliques est possible. Les décharges sans électrodes engendrent : des plasmas stables en large volume sans distorsion. Ce type de pompage permet d' augmenter la pression du gaz, d'accroître la puissance par unité de volume, de réduire la contamination du gaz, d'accroître la durée de vie, d'éliminer la cataphorèse pour les vapeurs métalliques mais malgré toutes ces qualités, ce pompage requiert tout de même du refroidissement.
L'utilisation du refroidissement peut également prendre la dimension d'équilibrer la température ou la maintenir constante en faisant circuler un liquide transparent aux MO
dans un échangeur de chaleur ou un réservoir chauffé avec pompe de circulation et sous la gouverne d'un contrôleur. Ou bien, on peut utiliser un liquide pour agir de chauffage dans le cas de laser gaz- vapeur de métaux ou de métalloïdes.

L'accroissement de la puissance augmentera la température > 1000 C et suffisante pour fondre ou fissurer le quartz ou la céramique. Cette augmentation de température peut altérer également la cinétique du plasma et introduire des instabilités. Le refroidissement au gaz est peu efficace et génère un bruit de fond élevé. Le refroidissement avec des liquides sera donc l'option retenue. Ce ne sont pas tous les liquides qui peuvent avoir les caractéristiques requises. L'eau est un absorbeur à 2450 MHz donc incompatible. Ces liquides doivent avoir une basse viscosité, une densité raisonnable, une basse pression de vapeur, une grande capacité calorifique et une conductivité thermique élevée.
Certains fluides hydrauliques ou huiles hydrauliques répondent à ces qualités : non compressible, s'écoule librement (viscosité variant de 1 à 100 centi ïoises ) aux conditions normales, sont de bons lubrifiants, peuvent opérer entre - 50 C à 150 C, sont isolants, bonne protection contre la corrosion, ne s'oxyde pas rapidement, une gravité
spécifique variant de 0.8 à 0.9, un point d'ébullition élevé (>150 C), un point éclair élevé (>
100 C), ne font pas de mousse, une bonne conductivité thermique, une pression de vapeur raisonnable. Une certaine quantité d'eau peut y être absorbée (- 2%) résultant à un point d'ébullition plus bas (< 10%) et un accroissement d'absorption des MO à 2450 MHz (<
10%). Ces fluides hydrauliques sont en général non toxique, non inflammable, sécuritaire et peu dispendieux.. Il existe des méthodes de vérification de la capacité de transmission des MO et de leurs absorptions des fluides hydrauliques. Une absorption typique des MO
serait de < 0.1 watt par cm absorbé par KW de puissance MO incidente ce qui est bas et comparable à la valeur du quartz. La résistivité est de l'ordre de 100 MS2.cm.
La chemise de refroidissement ceinturant le tube plasma peut se réaliser avec des bagues ou viroles de type "Squagelock" avec joint d'élastomère (genre "Viton "nouveaux silicone ou autres) compatibles avec le traitement initial du tube. Voir Fig :
7.

Un tube, peu importe sa composition diélectrique, sera chauffé par le champ électrique, voir électromagnétique, produit par les micro-ondes et nécessitera un fluide pour le refroidir. Certains brevets font mention de différentes substances, à faible valeur diélectrique, utilisées pour refroidir un tube en absorbant que très peu les MO. Une étude sur différents fluides de refroidissement est décrite au brevet US 5 055 741.
L'utilisation de diméthyl polysiloxane s'avère une bonne option (moins de 0.2 watt/cm par Kilowatt de puissance MO d'entrée), l'huile de silicone, le fréon, les huiles hydrauliques de certains types tels que le fluide Petro-Based hydraulic Fluid (MIL-H-5606 E) de la firme Penreco Corp (< 0.1 watt/cm par KW) et les huiles hydrauliques Frigi-Tranz Fluid, le 111 Trichloroéthane ou un fluorocarbone et l'huile de silicone contenant du graphite colloïdal dans des proportions désirées.
Les liquides ont une plus grande capacité de refroidissement que les gaz et font un meilleur contact avec les parois du tube.

Le tube de refroidissement peut contenir un bobinage de diversion de l'écoulement d'une géométrie régulière ou non de façon à équilibrer le refroidissement tout au long du tube ou des parties le requérant sauf que ce dernier ne doit pas interférer sur les ondes électromagnétiques de pompage.

Un laser pompé par MO nécessite du refroidissement au générateur et son alimentation, au tube, à la cavité pour le maintien de la fréquence de résonance et aux fenêtres pour isoler soient les antennes du plasma pour en éviter les contaminations ainsi que les enceintes à pression différente dans les configurations le requérant.

Dans certaines configurations, on doit refroidir le résonateur optique soit :
les tiges (US 4 696 010), l'enceinte (US 4 697 269, 4 910 742, 5 550 853), les miroirs (avec liquides ou par thermistors US 4 730 323), les optiques, l'étalon et la structure interne (US 4 715 039). Par les ailettes en augmentant la section en contact avec le milieu froid (US 6 738 400) ou par air forcé par ventilateur (US 4 953 176, US 5 359 614). Il ne faut pas oublier le refroidissement du générateur de champ magnétique dans les configurations le requérant (Voir brevets sur Argon ainsi que US 5 253 261).

De nombreuses approches pour le refroidissement du médium actif gazeux furent développées avec les années en utilisant des ventilateurs plus performants dans la tête même du laser, avec moins de vibrations de façon axiale, tangentielle, perpendiculaire, longitudinale, à vitesse sous ou super sonique... avec recouvrement anti-magnétique et anti-RF, avec des coussinets magnétiques (US 5 848 089 et 6 026 103), voir même, les ventilateurs piézo-électriques à céramique bimorphe US 4 751 713. Ces deux derniers pourront être utilisés pour la circulation du gaz médium actif le cas échéant.
Le refroidissement avec de l'air comprimé serait une avenue, mais pas pratique.
Le refroidissement par liquide avec écoulement laminaire en utilisant l'eau de Ville avec un contrôleur de température très précis pour éviter les sursauts de mode générés par les variations de température et avec un échangeur de chaleur pour refroidir le liquide diélectrique, le refroidissement par effet Peltier et le système de réfrigération sans vibration par ondes stationnaires sont donc les avenues à privilégier pour des raisons de coût.

L'effet Peltier Un effet de déplacement de chaleur compacte et statique en présence de courant électrique dans les matériaux conducteurs de natures différentes liés par des jonctions (contacts). Cet effet fait que l'une des jonctions se refroidit légèrement pendant que l'autre se réchauffe légèrement. C'est une pompe à chaleur offrant peu d'encombrement, d'une grande fiabilité et à meilleur coût, pour des applications de faible puissance (jusqu'à quelques dizaines de watts, avec un écart de température limité entre sources chaudes et froides, jusqu'à 50 C environ).

L'effet Peltier est lié au transport d'entropie par les porteurs de charge (électrons ou trous électroniques) au sein du matériel. La libération ou l'absorption de chaleur est dû au fait que les électrons ou les trous gagnent de l'entropie en passant du matériau b au matériau a à une jonction (il y a donc absorption de chaleur ou génération des charges électriques), tandis que réciproquement ils reperdent de l'entropie en passant du matériau a au matériau b à l'autre jonction (il y a libération de chaleur ou annulation des charges).
On se sert de ce principe pour le refroidissement des microprocesseurs, lasers semi-conducteurs, le refroidissement de l'étalon et même la stabilisation par réchauffement ou refroidissement des miroirs de la cavité optique et la configuration utilisant des diodes dans ces brevets (US 4 399 541, 5 675 604, 6 236 667 et 6 928 092 pour nommer que ceux-là). Ne contenant aucune pièce mobile, il ne crée donc pas de vibration ni de bruit.
Le phénomène inverse : une différence de température entre deux jonctions peut produire une différence de potentiel électrique, c'est l'Effet Seebeck pour former des thermocouples. Le coefficient Peltier est lié au coefficient Seebeck S par la relation :

Ilab = SabT

Une cellule à Effet Peltier (CEP ou TEC) s'appelle aussi module thermoélectrique. Si on fait passer un courant électrique continu dans un tel montage, il apparaît une "face froide" qui absorbe des calories, et une "face chaude". En inversant le sens du courant d'alimentation, on passe du mode refroidissement au chauffage et inversement, ce qui permet de réaliser des applications mixtes. Ce module thermoélectrique est un dispositif basé sur des composants semi-conducteurs asymétriques. Ils sont connectés thermiquement en parallèle et électriquement en série entre 2 plaques de céramique (une plaque "froide" et une plaque "chaude"). Les semi-conducteurs sont de type P
et N.
Ceci signifie que les composantes de type N sont chargés négativement (excès d'électrons) et les composantes de type P sont chargés positivement (carence d'électrons). La plaque de céramique "froide" est refroidie par l'absorption d'énergie due au passage des électrons d'un semi-conducteur vers un autre. Bien évidemment, la plaque chaude " hérite" de l'énergie thermique arrachée à la plaque froide, il est donc impératif d'évacuer cette chaleur pour ne pas que cette chaleur réchauffe la plaque froide et finisse par endommager le module.
Dans un module thermoélectrique, le débit de chaleur est à la fois proportionnel au nombre de couple (N et P) et à l'intensité du courant traversant ces couples.
Des bons semi-conducteurs thermoélectriques comme le Tellure de Bismuth améliorent le déplacement du flux d'énergie thermique.

Le système de réfrigération conventionnel : Les systèmes à compression utilisent quatre éléments pour le cycle de réfrigération : le compresseur, le condenseur placé
dans le milieu chaud, la soupape d'expansion et l'évaporateur placé dans le milieu froid. L'un des réfrigérants les plus communément utilisés depuis de nombreuses années est le dichlorodifluorométhane ou Réfrigérant-12. Ce chlorofluorocarbone (CFC) se vaporise vers -6,5 C sous une pression de 246 kilo Pascal, puis après compression jusqu'à 909 kilo Pascal, il se condense à environ 38 C. Aujourd'hui on utilise le HCFC- R
134A pour des raisons environnementales. Le cycle de fonctionnement d'un tel circuit se décompose en quatre phases : le compresseur comprime le fluide frigorigène et élève donc sa pression et sa température et devient liquide. En passant dans le condenseur, le fluide frigorigène réchauffé cède une partie de ses calories au milieu chaud dont la température est moins élevée. Le détendeur fait baisser la pression et donc la température du fluide.
En passant dans l'évaporateur, sa température étant plus basse que celle du milieu froid, le fluide en capte les calories et devient gazeux... et le cycle recommence, le gaz est de nouveau comprimé et liquéfié dans le condenseur (serpentin extérieur).
Le principe de l'absorption est basé sur le principe de distillation, principalement de l'ammoniac, d'une solution aqueuse concentrée d'un récipient appelé
générateur, d'où
l'ammoniac gazeux s'échappe pour passer dans un condenseur. L'ammoniac est liquéfié
par ce condenseur, puis est amené dans un évaporateur, comme dans un système à
compression. A la sortie de l'évaporateur, l'ammoniac devenu gazeux est réabsorbé dans la solution diluée et partiellement refroidie issue du générateur, pour former, à nouveau, une solution concentrée. Cette réabsorption s'effectue dans un récipient, l'absorbeur, d'où le liquide enrichi est transporté vers le générateur pour achever le cycle. Il n'y a pas de pièces mobiles limitant de ce fait les vibrations et le bruit. Son fonctionnement est limité à + 32 C ambiant (requiert de l'air frais).
Je n'aborderai pas ici le transfert de chaleur ni les calculs du Génie Chimique qui s'y rattachent. J'invite les concepteurs à utiliser les références de McGraw-Hill Chemical Engineering Series ainsi que les livres traitant de réfrigération tels que ceux de la The American Society of Heating et Fan Engineering de la Canadian Blower & Forge Co. Ltd pour réaliser la conception des systèmes requis selon la capacité. Des refroidisseurs portables de la firme VWR International sont maintenant disponibles sur le marché
utilisant des liquides variables et en circulation tels que la saumure, éthylène glycol ou directement le liquide de refroidissement diélectrique avec contrôleur de température variable et de différentes capacités exprimées en Watts ou BTU/heure.
Une approche intéressante de refroidissement afin d'éviter les vibrations près du laser est l'utilisation de deux unités extérieures : l'une par refroidissement du liquide avec de l'air avec échangeur air-liquide en tuyaux de cuivre et l'autre par réfrigérant que ce soit par compression ou absorption permettant de refroidir le liquide de refroidissement du laser avec un échangeur de chaleur réfrigérant-liquide et une unité intérieure avec un réservoir d'équilibre et pompe pour introduire le liquide de refroidissement au laser avec une pression, un débit et une température ajustée précisément selon les besoins d'opération (US 5 970 729).

Le système de réfrigération à ondes stationnaires : Vu l'utilisation des HF, il m'apparaît dans l'ordre des choses d'utiliser une telle cavité permettant d'éliminer le compresseur de réfrigérant d'un système conventionnel ainsi de réduire les vibrations et d'utiliser une unité complète intérieure. Ce système n'a pas de pièces mobiles ni d'huile de lubrification (isolant thermique) dans le réfrigérant (on peut donc utiliser des réfrigérants non-compatible avec de l'huile et à meilleur rendement) rendant ce système moins dispendieux, pouvant opérer en haute pression et plus économique en énergie et à l'achat.
Le dispositif est semblable à une enceinte acoustique qui libère des ondes acoustiques dans une cavité aux dimensions de l'ordre de n1/4 agissant de cavité résonante et de la position des entrées et sorties avec des valves anti-retours sur le parcours des ondes stationnaires qui varient en amplitude dans les zones de creux ou de noeuds.
Les générateurs peuvent être de type magnétron, klystron ou diodes Gunn et Impatt, car ils peuvent fournir un taux de répétition de pulses dans l'ordre de 1 kHz à 100 kHz pour former des ondes stationnaires acoustiques. (US 5 020 977, 5 051 066, 5 263 341 et 5 357 757). Voir planche : 15 a et 15b.
Le magnétron peut être refroidi par bloc de refroidissement tel que décrit au brevet US 6 680 576. Il peut être refroidi à l'air comme dans un four MO ou bien par fluide à bas ou haut diélectrique selon la configuration.
La cavité sera refroidie également pour maintenir sa forme et dimension pour stabiliser l'homogénéité de la décharge, voir même, la fréquence d'opération et de résonance pour stabiliser la fréquence de sortie du laser.

Certains tubes lasers tels que les lasers vapeur métallique requièrent le chauffage du tube pour vaporiser l'élément actif. Dans la configuration laser blanc He-Cd, Se ou Zn, les zones seront à des températures différentes pour émettre dans le rouge, le vert ou le bleu et le contrôle du pompage (voltage) et la température favoriserait une raie particulière ou l'aspect blanc optique par le dosage de chacune des zones RVB. Certains tubes utilisent des métaux sur couche mince et par effet résistance (12R) générant un chauffage.

Les mécanismes d'excitation Tel que démontré dans ces différents brevets pour le pompage de lampes et lasers. Les Micro-ondes ont des avantages certains comme pompage sans et avec confinement électromagnétique plasmatique (Voir Planche : 18) et/ou magnétique. Les MO
peuvent pomper un médium actif directement en permettant l'excitation des électrons, ions et molécules pouvant générer une inversion de population. Certains développements furent réalisés avec des diodes LED ( à émission de lumière) et rien n'empêche le pompage par des diodes émettrices de micro-ondes en utilisant des cavités intégrantes "Combineurs"
du signal en phase. (Voir Planche 19 et 20). Les différents types de confinement peuvent agir pour accroître l'excitation des électrons, des ions et molécules en réduisant les pertes et en favorisant les échanges et l'homogénéité du pompage.
L'analyse de tous ces brevets conduit que le mécanisme d'excitation du médium actif peut s'effectuer avec des MO d'une façon très avantageuse. Différentes configurations furent développées avec les années et ces nombreuses configurations n'en sont qu'au début pour la réalisation de lasers et de nombreuses autres applications en toutes directions.

Cette demande de brevet s'oriente vers les lasers que je classifierai sous la rubrique "MLASER" puisqu'une cavité électromagnétique en résonance avec l'aide d'ondes électromagnétiques agissent sur une deuxième cavité dite de type optique genre Fabry-Perot en respect avec les fonctions d'ondes stationnaires tant dans la cavité
électromagnétique que la cavité optique et de la théorie sur les lasers.

Une première configuration utilisera le pompage par une cavité elliptique en utilisant le foyer 1 pour insérer une antenne et au foyer 2 le tube contenant le médium actif et intégrer dans une cavité optique. Une deuxième configuration utilisera la cavité elliptique en utilisant ses deux foyers en insérant les tubes contenant le médium actif et intégrer dans une cavité optique. L'alimentation en MO pouvant se faire par différentes avenues.
Une troisième configuration utilisera le principe du pompage au bout du tube avec des magnétrons (Fig : 21 a), avec des diodes couplées avec combineurs (Fig : 21 b) avec confinement magnétique (Fig : 21 c) ou sans confinement, une autre avec confinement électromagnétique plasmatique (Fig : 21 d et e) avec injection des MO
provenant de magnétrons ou de diodes émettrices. Une quatrième configuration similaire sauf qu'en confinement magnétique pour générer la condition de RCE par le processus des ondes siffleuses et avec un champ magnétique très puissant avec aimants quadripôles (Fig : 21 c-5) pour confiner à l'extrême pour créer des grandes puissances continue et finalement par miroirs paraboliques ou bien des lentilles diélectriques d'un seul ou des deux extrémités du tube avec une différence n~./4 différents de X/2 et multiples de W. Ces différentes configurations sont décrites avec plus de précision au sommaire et descriptif détaillé de l'invention. 14: Provides an inexpensive RF or MO laser.

Pumping can be done on atoms as on molecules.

Polarization This theme is very important in this patent because the polarization of a governed wave a multitude of behaviors.

The interaction with the wave and the material results in the heating or ionization. This reaction is possible thanks to the phenomenon of polarization of molecules. The polarization dielectric, polarization by dipole orientation and relaxation dielectric. In the case of dielectric polarization or the effect observed in a material dielectric submitted to a static or alternating electric field. This phenomenon is linked to displacement of positive and negative charges and allows the material to store the energy coming the applied electric field.
The electromagnetic properties of materials as defined above are defined from two constituent parameters: the permittivity E, which translates the reaction the middle face to electrical excitation (E field) and permeability, which describes the behavior of the equipment with respect to a magnetic excitation (field H).
There are four types of dielectric polarization occurring each from her to very different frequencies, the space charge polarization defined by free electrons of equipment piling up on obstacles when the application of a field and the positive and negative elements will be located in whole areas dielectric, this phenomenon occurs mainly in low frequency. Polarization by dipolar orientation which is defined by the orientation of molecules that present a geometric dissymmetry, so a dipolar moment, this phenomenon occurs mainly in high and microwave. As an example in MO ovens, during the passage of the wave, the molecule of water will turn on one side and then on the other at the rate of the wave a bit like a wave that would get up or down a boat but 2.45 billion times a second for 2.45 GHz.

The dielectric relaxation comes down to the existence of a response time for a system subject to external excitation. It is a phase shift between the rotation of the field and of that of the dipole. At low frequencies, where the movement imposed on molecules Polarized is slow, these synchronize without difficulty on the oscillations of the field, but when one increases the frequency gradually, to a certain frequency, the inertia of the molecule and the binding forces opposing the movement become preponderant. The dielectric constant of the material does not depend then more than the frequency and we say that the medium is contracting. Between these two values or zones of Frequency, there is a frequency band called relaxation range on which exists a phase shift (polarity angle or polarization of the dielectric) between the field and dipoles. It is in this frequency band that the material removes energy in the field electric and dissipated it in heat.

Ionic polarization, defined by the separation of positive ions and negatives of the molecule, this phenomenon occurs in the infrared and polarization electronic that it moves the electronic cloud in the direction of the field, the nuclei positive being considered fixed, this occurs mainly in the ultraviolet.

The polarization of an electromagnetic radiation is described by the vector electric which oscillates in a plane perpendicular to the direction of propagation of the radiation.
This direction of the oscillation of the vector of the electric field is possible in all directions in the plane perpendicular to the direction of the beam. The plan of polarization of an electromagnetic wave is defined as the plane created by the direction of the oscillation of the vector of the electric field and the direction of the beam.
The polarized wave is a wave with a defined direction of oscillation of the vector of the field electric.
The polarizer allows a transmission through it only for a wave electromagnetic light or others in a specific direction. She serves in the frame of MO to protect the magnetron by modifying the return wave or by device absorption or boundary and also allows total reflection. See lower.

Linear polarization: when the field oscillates in a plane perpendicular to the direction of propagation of the wave.
Usually, polarization is only partial and is defined as partial because she is the ratio of polarized radiation to unpolarized radiation.
For a laser polarized, this ratio is 1: 500.
The degree of polarization is defined by the maximum intensity (Imax) transmitted to through a polarizer and the minimum intensity (Imin) by the relation:

P = Imax-Imin / Imax + Imin Circular polarization is defined as the intensity of the field vector electric is constant, but the direction of oscillation rotates with a constant rate. he there is no preferably in the direction of the oscillation.
Looking at the direction of rotation of the vector of the electric field coming from the direction of the propagating beam, if the direction is in the direction of needles shows it is called circular right polarization and conversely is called the left circular polarization. (In English wrigth and left hand polarization ). Between these two extremes, we have intermediate states called polarization elliptical. This elliptical polarization is defined as the intensity of the vector of the field electric is not the same in different directions of oscillations and describes an ellipse to the end of vector of the electric field. Circular polarization is widely used in processes semiconductor epitaxy to reduce returns to MO generators (US 5,111 111 in ECR. In a laser and MO lamp to reduce the striations generated over there linear polarization we use the polarization C using a structure to four pistons (US 5,579,332). The polarization C or elliptic can be obtained by magnetrons perpendicular to each other (see US 4,301,347 and 6,417,742).

The polarization methods are by reflection, by refraction, by selective absorption, by multiple reflections, double refraction and quarter plate wave length.
Reflective polarization occurs when an electromagnetic wave strike a boundary between two dielectrics, one part is reflected and the other is transmitted and will be in the same plane called the plane of the beam. Malus discovered that a beam reflexive of a glass surface is partially polarized. This polarization will be maximum the angle of 57.

The Brewster angle: In 1812, Brewster discovers that maximum polarization is obtained when the transmitted beam and the reflected beam make an angle of 90. There is a special angle for any material is the polarization angle or only the light polarized perpendicular to the plane of the beam has a reflected component.
In this polarization angle, the reflected beam is polarized linearly at 100%.
when incident beam is at the polarization angle, the reflected beam is perpendicularly to the transmitted beam.
The polarization angle or Brewster angle is:
Tan 6s + n2 / nl The physical explanation of reflection polarization is based on the interaction between the electromagnetic wave and the matter. When an electromagnetic beam no polarized is incident on a material, the electric field of radiation produces a oscillation of atoms in the material and the emission of radiation is the result of this oscillation.
On a surface between air and matter only the electric field parallel to the surface can oscillate.
In gas lasers, it is convenient to install mirrors or windows in the angle of Brewster; all the radiation that is polarized perpendicular to the plane of the beam is emitted out of the laser cavity at a later stage. In the gas tube, only the Polarized radiation will be in the plane of the ray. There is no loss of reflections only the transmitted polarized ray will travel between the mirrors and the ray laser is so polarized.
The use of polarized glass is useful in photography because it will reduce reflections objects too bright. Using mirrors to manipulate a beam laser, the result will be a partial polarization of the beam and one must consider this effect in holography and many other applications.

Polarization by refraction: we saw previously that the polarization by reflection that the transmitted beam has a partial polarization. The refracted wave is polarized parallel to the surface of the material so the transmitted wave will contain less than radiation polarized parallel to the surface. By using several plates such as slats of microscope, the polarized radiation parallel to the surface is reflected and the transmitted wave is polarized. If the incident beam is at the corner of Brewster OB, the polarization of the transmitted beam is perpendicular to the surface. This phenomenon is the Instar to several surfaces in a laser tube, the beam is transmitted again and again to same plates.
(Brewster Windows).

Polarization by selective absorption is achieved by polaroids made long crystals in a plastic matrix retaining a direction preferred.

Polarization by multiple reflections or Scattering. A wave electromagnetic molecules generate an oscillation. The direction of the oscillation is in agreement with the direction of the oscillation of the vector of the electric field of the radiation. The scattering of Rayleigh occurs when light (or others) is incident on particles more small as the wavelength of the wave (light).

Polarization by double refraction. Some crystals in nature have different refractive indices in different directions and the refractive index will depend on the direction of polarization of light entering the crystal. Calcite or the Iceland Spar.
These index changes determine different speeds in the medium as well as different refractive indices for different polarizations generate a difference of phase between different polarizations. These materials separate the light incident in two separate beams at right angles to each other. Ordinary ray respecting the law of Snell and the extraordinary ray with a deviation in relation to this Law.
practically, these materials have different refractive indices for an ordinary beam and the beam extraordinary. These materials are said to have birefringence (double refraction).
The mechanism of birefringence is that the speed of light depends on the direction of the oscillation so its polarization of the vector of the electric field into relationship with the axis of symmetry of the crystal or optical axis. When a vector of the electric field is in the same direction as the optical axis, the light advances at a certain speed.
When the vector of the electric field is perpendicular to the optical axis, the velocity of the light in the material is different. It is possible to separate the vector from electric field in two perpendicular components that advance in hardware to different speeds.
When this light comes out of the crystal, the two components combine to to create a vector of the electric field that can have different direction of polarization of the vector original. It becomes possible to use such a birefringent crystal to change the direction of polarization of light. An electromagnetic wave or light polarized linearly then changes to elliptical polarization passing through.
The thickness specificity of a plate will create a rotation of the direction of polarization to an angle specific. When the crystal is isotropic, the speed of light at inside the crystal is the same in all directions (the refractive index is independent of the direction of ray propagation). It is possible to separate the vector from field electric E in two components: the circular polarization component right Ed and the left polarization component Eg. The use of crystals isotropic and non isotropic will generate similar left and right polarizations or different.

The quarter wave plate polarization occurs when the thickness of the crystal birefringent is chosen correctly, it is then possible to create a difference of V4 course between the two polarization components. This creates a difference of phase of n / 2 between the two polarizations after being passed through the plate. A beam polarized linearly passing through a quarter wave plate will have a polarization circular.
Polarization by ferrites: This big family of products commonly called "Ferrites" is used in MO circuits, there they are at the base of devices that affect the polarization or the direction of propagation requiring a large permeability magnetic without eddy currents being induced.
In a static magnetic field, the electrons of ferrite will tend to align their axes with this new force and generates a vacillation frequency or of "Wobble Frequency" wobble and will vary depending on the applied field. A

ferrite attenuator can attenuate a particular frequency MO and let others passed without being affected. This can be achieved by placing a piece of ferrite to inside a dielectric guide. A ferrite isolator meanwhile will let a MO energy in one direction but will block the energy in the guide in the other meaning. In placing the off-center ferrite in the guide, a dimmer can be obtained phase. When the MO energy passes through a ferrite piece in a magnetic field, if the MO frequency is greater than the oscillation frequency, the plane of polarization the wavefront will have a rotation. (Faraday rotation effect). The rate of rotation will be Depending on the length of the ferrite rod, the direction of the direction will depend meaning of rotation of the magnetic field and can be reversed by reversing the latter.

The law of Malus When a polarized light intensity Io passes through a polarizer with a planar polarization at an angle α with the polarization of light, the intensity transmitted to through the polarizer is:

I = Io * cos2a If we put two polarizers, the angle between the first and the second polarizer is a and the angle between the second and the third is (3 then the equation becomes:

I = Io * cos2a * cos2 (3 It should also be kept in mind that polarization is done on all wave electromagnetic and the higher the frequency of the radio waves increases more its behavior approaches the properties of light (reflection, refraction, diffraction with a flat, polarization, ...) and their behaviors. Only devices are different and I invite the reader to study RADARs, waveguides or dielectrics, MO ovens, microwaves and dielectric cavities. (US 2 546 840, 4 596,968, 2 599,753, 2,629,773, 5,760,658, 2,703,444, 4,353,041, 2,776,412, 2,866,949, 2 to 922 964, 2 958 055, 3 010 086, 4 916 414, the protection of the magnetron in a furnace MO 3 210,513, as well as their references).

Containment Before going directly to confinement, I must mention that lasers can be pumped directly without electromagnetic confinement or magnetic by directly inserting the tube into a dielectric cavity MO
with or without constriction of the electric field (US 4,004,249, described in greater detail in paragraph next) or magnetic pumping electromagnetic wave (US Patents 3 374,393, US 4,987,577, 5,361,274, US 5,379,317, US 5,400,357). The two first configurations developed in this patent will use the principle of constriction by reflection or focusing of the MO wave on the tubes using a cavity elliptical and its characteristic of one or both foci. Some patents are similar at this pumping such as US Pat. No. 4,890,294 which directly introduces the tube in the guide of MO propagation thus offering high efficiency with an output powerful and inexpensive to make.

U.S. Patent 4,004,249 issued January 18, 1977 to Tom T. Kikuchi on behalf of of the GM Corporation discusses wave-pumped optical waveguide laser electromagnetic guided. A waveguide in the form of venturi is powered in MO to 2 450 MHz in its broad part to produce an intense electric field in its part narrow or in the region of optical pumping of a quartz tube containing C02-He-N2 producing pulses of 20 kilowatts. In operation, the MO are injected through the venturi to the choke, the electric field becomes very large and generates a discharge in the gas (here 1330 volts / cm) inside the optical cavity.
He is there demonstrated that the use of a venturi waveguide concentrates the MO energy and a high coupling efficiency is achieved. In addition, the waveguide optical helps to to concentrate the optical radiation in the region of the intense electric field to get a high gain. Several variations of the apparatus were studied and one can vary the geometry such as the flute-shaped width to match the impedance.

The magnetic field helps contain the electrons and the ions making excitation better and provides a modulation of amplitude and frequency of the output laser. We can also join one or more adjacent optical pumping sources to the guide optical wave to increase pumping. We can also surround the medium of several venturis guides to create a much more powerful laser.

But above all, we must define a plasma.
The plasma:

A plasma is a hot gas of ionized atoms and an electrically neutral gas whose species, atoms or molecules, are excited and / or ionized. It is in some so the fourth state of matter of which 99% of the universe is in this state.
In contained enclosure, under partial vacuum or at atmospheric pressure, in which one injects a plasma gas, plasma can be generated by transferring energy to it.
gas by the action of an electric shock. A discharge being by definition a conversion fast electrical energy into kinetic energy, then into energy of excitement and ionization of atoms and molecules. This electrical energy brought to the system is partly converted by the charged particles thus formed (electrons and energy kinetic). Because of their low mass, free electrons recover in general the bulk of this energy and cause by collision with the particles heavy gas, their excitation or dissociation and thus the maintenance of the ionization. The shock is obtained in different ways: with electrodes and without electrodes under a field variable electric low frequency type, radiofrequency (coupled capacitive or inductive) or microwaves.

Different patents were developed over the years to build lamps pumped by electromagnetic waves in RF, HF and MO. The study of some of these patents demonstrates interesting specific features worthy of mentions relation to the development of this patent. U.S. Patent 3,911,318 to Donald M.
Spiro et al.
on behalf of the "Fusion Systems Corporation" describes a large lamp MO pumped cadmium power and controlled in a magnetic field emitting in the UV to the visible by producing high energy electrons colliding to the heavy particles of the active medium guided by the magnetic field. US Patent 4,749 915 by Donald Lynch et al. on behalf of the firm "Fusion Systems"
using two to three magnetrons out of phase 120 to pump a lamp. US Patent 4,933 602 of Tetsuo Ono on behalf of the firm Hitachi pumping several fluorescent by an MO generator. Brian Turner's patents, James T. Dolan, Michael Ury Fusion Systems firms from Rockville Md, for Selenium or Sulfur lamps, Tellurium and excimers with ferroelectric ignition pumped by MO. US Patent 6 351,070 by Jonathan Barry on behalf of Fusion UV Systems dealing with a lamp with constriction of the plasma. US Pat. No. 6,657,206 B2 to Patrick Gerard Keogh for Nordson Corporation dealing with a UV lamp pumped by MO and emitting its light at focus 2 of an elliptical cavity for optical fiber coating. The patent US 6,774 581 B2 by Joon-Sik Choi of LG Electronics Inc. dealing with a lamp without electrode pumped by MO with resonant circuit offering different configurations. The US patent 3 872 349 by Donald M. Spero for Fusion Systems Corporation deals with a lamp Xe-Hg emitting in the UV and visible, the peculiarity of this patent is that it demonstrates concentration of the electric field in an area. This device allows also to increase the limit imposed by the depth of skin by a MO energy of strong power to create additional ionizations in a high-level plasma pressure.

An interesting feature in the context of the study of different patents is the surface wave generation or peripheral plasma using waves electromagnetic waves on a tube with a wave generator surface or "Surfatron" intersections of two cavities one of which is coaxial to the first with a winding or a space "Gap" of liberation of the fields E and H according to some modes privileged (US 4,049,940, 4,906,898, 4,908,492, 4,933,650, 5,028,847, 5,063 329, 5,086 255 and 5,389,153).

The patent that gets the most attention for this device by waves of surface is beautiful and well the US Patent 4,792,725 issued to the team of Donald J. Levy December 20 dealing with a fluorescent with surface excitation for a volume of gas to low pressure. Ordinary fluorescents require electrodes, a circuit starting and an operation ballast. The electrodes, in the long run, contaminate the environment, the circuits consume energy in non-light. Another limitation is the self-absorption or non-radiative de-ionization. During collisions with electrons Hg atoms for example are ionized and the energy return is radiative or non-radiative.
The radiative emits UV at 253.7 nm striking the phosphor layer of surface and convert these UV to visible. Non-radiative energy or deionization by collisions electronics represents a loss of energy. This comes from collisions that switch off with the plasma electrons. When a UV photon is created in the lamp, it travel to a short distance <0.2 mm before being excited and re-absorbed by a Hg atom.
This Hg atom will emit a UV photon or lose its energy in collision electronic.
This happens hundreds of times before the photon encounters the tube surface and produce light or get lost in non-radiation. The further we will be from the surface of the tube the higher this self-absorption will be and the greater the energy transfer will have losses.
This can be improved by the use of RF surface waves without electrodes nor starting circuits and no ballast. In short, we must support an ionization weak plasma.
To do this, a symmetrical RF, HF or MO surface wave generator cylindrical.
Once the plasma is created, the energy delivered by the RF source must be optimized and not to be reflected at the generator.
For a fluorescent, this would provide a significant difference due to the fact that the waves surface of the tube would end up in the enclosure or the majority of atoms Hg would be excited, and this, very close to the phosphorus layer unlike the center in conventional tubes. This does not exclude also the direct pumping of semi-conductors or say of matter emitting directly from the visible or from a no way linear. We can therefore define a surface wave as an electric field more large in inner surface of the tube as its electric field in the center.

In the application of this patent, I use the properties of the surface wave in order to confining electronic particles, ions or molecules from the center of the tube, excited by generators of the magnetron type or combiners of auxiliary diodes. This containment and the excitation as a function of the power supplied directly affect the central section included in the optical axis and allows an increased density of particles loaded (so the plasma) in the variable area of the optical path. This allows the component electric EM from the field applied to the gas accelerate the electrons inside and out creating center collisions that ionize certain particles of the gas forming the plasma all in waterproofing the plasma leaks to the walls. In short, the plasma is confines himself even from the property of surface waves to propagate and follow a enlargement or contraction of tube and its reflectivity to the waves and his impervious to the particles charged to cross it in connection with its power. The surface plasma frequency may be of lower frequency than that formed by pumping generators and thus obtain non-existent laser yields until this day.
I will call this confinement "electromagnetic-plasma confinement".
Thus, the surface wave can propagate in a plasma only if the fo frequency these waves will be equal to Fpe / ~ 1 + cg cg is the relative permittivity of the dielectric material constituting the column and Fpe = 1 / 2n ~ ne2 / m. eo Fpe is the frequency of the plasma electrons N the density of the electrons E the elementary charge of the electron and m its mass so is the permittivity of the void.
The quantity n is directly related to the power supplied to the gas column and must exceed a certain threshold inducing an electron frequency threshold of:

(Fpe) s = F ~ 1 + Eg The diameter of the tube and the pressure in the tube also act on the density of electrons.
The electric field of a surface wave propagating along a tube is in use to give energy to the gas creating a high temperature, a high density, a stable and efficient plasma without impurities while maintaining a discharge. A
property distinctive of the surface waves is that when the interface between the plasma and the wall to low dielectric loss of the tube is excited, the wave will propagate in this zone without require additional guidance structures. These surface waves can be generated and transmitted with a simple device and short and compact "Surfatron"
depending on the power supplied a few cm and can produce a plasma sure the entire length of the tube is a few meters of plasma column long. The rule of diameter of the tube is that the diameter of the tube can not exceed X / 4 and a way more precise should be smaller than 'V8 for free space wavelength of the wave propagating on the surface.

2.45 GHz = 12.23 cm / 4 and 8 = 3.06 cm to 1.53 cm.

This rule leads to the fact: that increasing the volume of the plasma can be done that lowering the frequency. The lowering of the frequency will increase the diameter of the plasma but will reduce the electron density (but not at high pressure the gas). A
property of surface waves is that they propagate along the interface and if the diameter of the tube increases not abruptly the diameter of the plasma will grow.
The use of a magnetic field would generate a high density and an high temperature above the density cutoff point while having a distribution radial and providing a larger diameter despite the increase in frequency and skin thickness effects. The use of a small winding or a space "Gap"
allows a concentration of the surface wave in a specific region and concentrate the electric field to this peripheral area. Several MO generators of type surface coaxial waveguide transformer could be used all along of a given diameter tube leading to a confinement that I would call the relatively strong electromagnetic or plasma confinement.

The average power delivered to the plasma electrons is:

1/2. e2 / m (vc / (21rf) 2 + vc2) 1 E - + (r) ---> ~ z e and m are the charge and the mass of the electron vc the central collision frequency of the electron f: the frequency of the generator r -> is the position E (r) ---> is the amplitude of the electric field of the surface wave.
This equation demonstrates that the energy is delivered at the periphery of the tube.
If the delivered power is sufficiently powerful, the surface wave will go through the tube whole and will reflect. The surface wave can be realized in a range Frequency depending on the outside diameter, the thickness of the wall, the composition and the gas pressure, the length and power delivered to the plasma. The condition of propagation fits according to:
4ne2 ne -> a2 / m c2 [1 + (vc / 2nf) 2] = 1 ne- ~ is the average density of electrons a is the radius of the inner tube Surface waves can also be formed by a device constrictive MO waves by circulating the gas in the tube. These laser configurations to re-gas flow will not apply here in the spirit of the configurations molecular but remains in the spirit of the invention and the claims. Diameters from 3 to 1.5 cm are sufficient for this project for a frequency of 2.45 GHz, but stowage impedance remains a concern at all times since the plasma itself even is a dielectric variable according to the conditions in the presence.

Magnetic confinement (See Plate: 16) The latter, the simplest, is a confinement by a magnetic field (generated either by permanent magnets, coils or electromagnets or a mixture of both) in the purpose of a more precise control the required case. In magnetic circuits, the lines do not all channeled inside the circuit. Part of the lines pass into outside the material is iron and air gap. The flow in relation to these lines that escape into the air is called leakage flow and intensifies when the magnetic circuit becomes saturated. This property is put to use either in the control of magnetron or magnetic confinement circuit of the laser tube.
Permanent magnets: Our ancestors had noticed that some stones they have a property to attract iron. This is the property we call magnetism.
The poles Like two magnets repel each other, opposing poles attract each other. A
magnet generates lines of force, or lines of flow. So, the magnetic field is here area of space traversed by the lines of force. This magnetic field can to be affected by the vicinity of iron, cobalt, nickel and their alloys such as ferrites.
The lines of force can cross different materials such as glasses without being disturbed. These lines of force do not really exist, their representation is useful because it makes it possible to determine the direction and the intensity of a magnetic field.
We should speak of three-dimensional magnetic zone or magnetic spectrum. Any line of strength fate of the North Pole to enter the South Pole and closes within magnet to complete the loop thus forming magnetic circuits. The lines of force does not never cross so difficult to cross. The magnetic flux 0 is all the lines force crossing a surface. (Weber or 108lines.
The density of the magnetic flux (3 is the density of the lines so the weber by m2 and we expresses it in Tesla 1 T = 1 wb / m2.
Gauss is a unit of flux density equal to one line per cm2, or 0.1 millitesla. 1 Gauss = 0.1 mT of or 10,000gauss = 1 Tesla.
An example of a coil used in ion lasers is described in detail in US Patent 4 974 228 from the firm Spectra-Physics.
Another approach dealing with a strong magnetic confinement is described to the patent US 5,335,238 by John T. Bahns of the University of Iowa.
Some materials such as iron are more permeable to the lines of force that the air and by Definition are better magnetic flux conductors than air.
Permanent magnets are called those who have the property of keeping a very tall remanent magnetization such as hardened carbon steel and alloys comprising as the main constituent iron then chromium, tungsten or nickel of aluminum, cobalt and titanium. Alnico V of composition: 51% Iron, 14% of nickel, 8% aluminum, 24% cobalt and 3% copper. Ceramic magnets are more light and have an electrical resistivity equivalent to that of the good insulators. Indox, Vectolite, Ferroxdure and are ferrites composed of an oxide alloy iron (Fe2O3), of barium oxide (BaO) 6 (Fe 2 O 3), zinc oxide, cobalt ... The theory of domains demonstrates that any magnetic material opposes any change orientation imposed by an external field; likewise, once oriented, they try to maintain their orientation by opposing any change again (Hysteresis). These new alloys of permanent magnets produce magnetomotive forces very intense so that, at FMM equal, they are smaller than the electro-magnets they can replace and do not need external energy to maintain their magnetism. On the other hand, the electromagnets offer a control on the field magnetic.
The physicist Mr. Hans Christian Oersted found that a driver traveled by a current is surrounded by a magnetic field similar to that produced by a magnet.
The density of the flux around a rectilinear conductor will be:
p = 2/10 '.Ud I am the current in amps d is the distance from the driver's center in meters.
The magnetic field around several conductors is equal to the sum of fields created by each of them. A bundle of 100 conductors carrying a current of 5 amperes will produce the same field as a single driver traversed by a current of 500 amps.
This allows to create intense fields with relatively low.
The field produced by a current in a turn will produce a magnetic spectrum identical to that produced by a permanent magnet in the form of a disc.
The magnetic field is a vector field. It is tangent to the lines of field.
Magnetic fields can be superimposed and the resulting field is equal to the sum of the fields created by each source at a given point, namely:

5 ---> = (3 -> 1 + 5-> 2 ... + (3 -> n The magnetomotive force FMM (in A for ampere) is the product of the current by the number of turns.
(3 = on I
(3 is the magnetic field inside the solenoid in teslas (T).
o = 4n. 10-7 SI (magnetic permeability of vacuum = air) n is the number of turns per meter of the solenoid (turns, m-1) I is the current flowing in the solenoid in amperes (A).
A solenoid is said to be long if L is greater than 10 times its radius (L> 1 Gold).
The sense of the field using Ampère's Rule of the Man.

Thus, for example, a coil of 50 turns carrying a current of 4 amperes, product (or creates) an FMM of 50. 4 = 200 amperes. Such a coil produces the same effect magnetic only one turn carrying a current of 200 amps.
A coil with a current produces the same field as a series of turns independent of the same current. Inside the coil, the lines of force are parallel to the axis of the solenoid. Outside, they are distributed exactly like those of a magnetized bar.
In a long solenoid, the magnetic field vector P ---> is constant. One says while the magnetic field is uniform.
If one wants to produce with a solenoid, the same flow as that created by a magnet same size, it is noticed that the coil must develop a FMM
huge. As an example, a perma.nent magnet Alnico V 2.5 cm in diameter and cm in length produces a flow of about 50,000 lines. To produce the same flux with a solenoid with an air core, the coil would have to develop an FMM
at minus 120,000 amperes. That is, this coil should support a current of 120,000 A if it consisted of a single turn, or 12A if it was had 10,000.
It would burn in seconds because of joules losses. he is impossible to produce such a FMM with a coil having such small dimensions with a core of air or vacuum. It should also be mentioned that by adding a core soft iron inside the solenoid we find that the flux increases in a way extraordinary and can become as powerful for magnet-like dimensions permanent. We can therefore vary the fields and even reverse it by varying the circulating current in the reel. The explanation is found in the orientation of the domains oriented in the same direction all the atomic FMM created by the rotation and the "spin" of electrons in the iron.

The use of a magnetic field to confine and direct a beam of electrons has seen the day many years ago in others in cathode ray tubes television or in far-infrared lasers using MO and a Van De generator Graaf US
3,639,774, a high voltage pulse generator US 3,958,189 or the laser conventional electron guns such as that described in US Patent 3,883,819.

Magnetic field can be used to create operating conditions as fight the Zeeman Effect by using two coils in phase opposition (one in one meaning and the other in the other direction by inverting the polarities) in order to avoid the polarization circular that would disagree with the use of windows of linear polarization such as Brewster's windows. (US 3,413,568). Magnetic confinement variable can be used to stabilize the plasma (US 5,930,281). he can also serve to select the output frequency of a Krypton laser: for example, the intensity of the line 647.1 nm in the red will be favored by a magnetic field confinement Gauss while the 568.2 and 530.9 nm rays will be favored towards a intensity of magnetic field around 655 Gauss (US 5,715,269).
By establishing a variable magnetic field with a longitudinal gradient in intensity of the latter, he will act to confine more and more the plasma or the interaction : waves, electrons, ions, atoms or molecules. In short, by increasing the power, we can further confining even for quadrupole magnets (US 4,425,649).

k = ~ m / ea (30, 2nc / sk "z (1 + v / c) e being the charge of the electron a (3o is the gradient of the magnetic field s is a harmonic number 1,3,5,7, .... that will change according to the spacing between the mirrors or the strength of the magnetic field (30, which she will change depending on the current whether using an electromagnet or adjusting a steel ring soft to adjust the magnetic circuit if permanent magnets are used.
The wavelength or frequency of the radiation emitted 1 will change according to the speed of the electron v which will change according to the MO power supplied.

The stabilization of an electric field by a magnetic field is described in US patent 4,604,752 by Canadian Herb JJ Seguin.
Quadrupole magnets are another type of magnets, which are usually used to focus a particle beam because the beam naturally has tendency to diverge. We can thus keep the beam inside the chamber to empty. These Magnets are composed of four magnetic poles. In the center of a magnet quadrupole the magnetic field is zero. These magnets can be called lenses magnetic quadrupole or sextupolar often used in electron lasers free (US 4 599 724) and in modern particle accelerators. A configuration laser will be developed using this principle.

U.S. Patent 6,795,462, issued to the team of Jens Christiansen deals well with the magnetic confinement. The containment used is produced by these magnets Quadrupoles offering the following advantages:

1: Because of the interactions between the transported loads present in the plasma, the magnetic field and the alternating electromagnetic field, charges transported (mainly electrons) are distant from the walls of the tube, towards the axis where the field magnetic shows a reduced intensity until disappearance .. It is favorable if the magnetic field disappears in the region of the axis of the tube, but also remains strong that possible in the edges of the tube: 10 Tesla would be fine, but expensive to produce and then maintaining a good tradeoff will be 0.1 to 2.0 Tesla at the pole surfaces and 0.1 to 1 Tesla for his strength;
2 The service life of the tube is then increased;
3 Lowers the heating of the tube and therefore the need for cooling;
4: The reduction of wall-tube interactions reduces the level of components gas by the walls and thereby keeps the composition of the gas at optimum pressure on one more long period ;
: The reduction of the interactions between the electrons of the plasma and the walls, product more electrons and these are more energetic and available for gas excitation by collisions thereby increasing efficiency;
6: Because the plasma electrons are directed towards the center of the tube by field magnetic density, the density of these electrons and the probabilities of collisions of electrons are increased in this region so the light output is greater and the effectiveness of the laser effect increases from 10 to 20 times;
7: The resultant concentration of the electrons priming and exciting in the zone of the axis, this area emitting laser radiation will be narrower so the laser beam will be thinner and more intense;
8: The reduction of the interactions at the walls of the tube and the increase of the density of electrons towards the central axis, an increase in electron temperature (energy kinetics of electrons) occurs in this area which increases the amplitude of the field electromagnetic alternative. The amplitude increase of the field electromagnetic alternative in return is facilitated by the reduction of interactions between the plasma and walls;
9: This configuration makes possible a higher temperature of the electrons which to its turn allows an excitation of higher energy levels and allows for radiation with shorter 1s up to RX;
: The higher electron temperature can be reached with a HF power relatively lower, making the gas excitation threshold is weaker seen from an energy point of view;
11: This configuration allows a plasma to be generated in the tube in which the electron temperature is greater than the temperature of the ions. What is favorable;

12: The reduction of tube-plasma interactions makes it possible to use materials less resistant (temperature, toxicity and less expensive than Oxide Beryllium for Argon lasers over 100 Watts CW).

We can also use the magnetic field to create the condition of the resonance electronic cyclotron.

RCE electronic cyclotron resonance NCE is a condition by which electrons acquire energy.
Here, the energy Resonant MO ionizes the gas and forms the plasma. When the density of the plasma reaches a sufficiently high level, a substantial population inversion is created. A field solenoid-type external magnetic having its lines parallel to the axis longitudinal discharge tube acts to confinement the plasma near the center of the tube and away walls generating a real column of plasma. The mirrors of the resonator at each end play their amplification roles by the additional excitations generating the laser effect.
This configuration lends itself well to lasers that can operate at low pressure such as metal vapor lasers combined with a noble gas such as He-Cd and lasers Of type ionic such as Ar, Ne, He, Xe, Kr or Rn).

The plasma is excited by microwaves to electron cyclotron resonance (NCE) without omitting also the harmonic frequencies in several applications as plasma etching, ion implantation, deposition of thin films and finally laser and maser configurations as described in US Patent 4,604,551.
This region where the electrons absorb the maximum energy of the excitatory wave is a narrow area in a static magnetic field. As an example, the wave converter cyclotron (CWC) is a tube that transfers energy from a microwave has a continuous electron flow thanks to an appropriate arrangement of the magnetic field along of his career. It's sort of an inverted Klystron. Technology semi-drivers use this principle and many patents were filed relative to treatment by plasma etching (US Patents 4,101,411, 4,298,419, 4,330,384, 4,691,662.4 727 293, 4 810,935, 4,876,983, 5,038,712, 5,079,033).

Through this process, the electrons acquire energy and by collision, ionize and dissociate the gas, from there, creation of the plasma. At this ECR resonance, electrons will have a circular motion around the lines of the magnetic field. The frequency of cyclotron rotation Fc is directly proportional to the flux density magnetic and will be inversely proportional to the mass of the electron me such that:

Fc = qp / 2n me = ep / 2m Fc = 2.80 / 106 P in cycles per second and (3 being the flux density magnetic in Gauss.
Thus at a given frequency: F Mo = FRCE = (2.80, 106) P Hz.

The principle consists in superimposing on the electromagnetic wave of frequency v a field magnetic (3 perpendicular to the electric field of the wave so that the frequency of gyration of electrons in the magnetic field be equal to the frequency of the excitatory wave. The electrons will accelerate and the radius of gyration will increase. In below the RCE condition, the cyclotron rotation frequency will become equal to the MO frequency. Thus at the MO frequency of 2.45 GHz, the NCE condition will require magnetic flux density of 875 Gauss. (U.S. Patent 4,745,337). When the energy of the electron increases, the orbital radius increases according to the relation: R = (2mE
/ eB 2) 1/2 where E
is the energy of the electron in electronvolts. For E = 35 eV and B = 1000 Gauss, r = 0.2 mm, value smaller than the diameter of the cavity and the average free path to the pressure of 0.1 torr, the collision frequency at these pressures will be higher small that the RF frequency in relation to what it would be at the cyclotron frequency of 2.5 GHz to continuously absorb the increase in energy.

The power transferred to each of the electrons in a MO field will thus be maximized to the RCE condition due to the cyclotron movement and that the oscillations at field Electric MO remain in phase with each other. In a plasma NCE
the electron will constantly absorb energy from the MO electric field up to what he hits a neutral molecule. Higher gas pressures will result in frequency collision and will therefore be less energetic because there will have more than disturbance in the free circular motion of the electron. That implies that in NCE
the process will be more useful at low pressure.

A plasma behaves a little in the same way as a fluid like air or water, waves of all kinds can spread there. We generally classify the waves by families according to their frequency and direction of propagation in relation to the field magnetic (parallel or perpendicular). There are two main mechanisms for plasma to gain energy from a wave: the absorption of type cyclotronic and Landau type absorption. * In both cases, the wave / particle interaction is resonant, that is to say that they vibrate at the same frequency. In the case of absorption cyclotron, it is a question of coupling to the plasma a wave at a frequency resonant with the frequency of rotation of a species (ions or electrons) in its trajectory around the field lines. Plasma can participate in its own confinement in this sense a charged particle will have a helical path around a field line magnetic closing on itself.

In the case of Landau absorption, it is a question of coupling to the plasma a wave in resonance with a particle population, so that wave and particle have almost the same propagation speed *. It's sort of, a conversion of energy by process of collective losses without collision in electrons energetic through the plasma. These high energy electrons will hit the particles heavier and cold and will transfer this energy into internal excitation and finally this energy will be rendered as a laser emission. The radiation distribution in ultraviolet, in the visible and in other regions of the spectrum, will be determined by the energy of the electrons from plasma and the active medium contained in the plasma. The heating of the plasma is a collision-free process in comparison with a low frequency discharge or in DC
which are realized with collisions.
* This phenomenon was observed recently on heavy particles in or say on the solar wind. Some sort of "surfing" moving at the same speed that the wave, and taking advantage of his energy. All this process besides heating the plasma can create a current by transformer effect with the magnetic field or generation no inductive current, but will be conditioned by the direction of the wave with particles having a privileged direction.

The waves propagate in different ways in a magnetic field and in one plasma (wave-particle resonance phenomenon). The propagation perpendicular, oblique, parallel, circular and elliptical. For the propagation perpendicular to the field Magnetic, particle motion occurs throughout the field magnetic, thus the dynamic mode is not affected by the field. The wave is identical to wave electromagnetic plasma and is similar to non-magnetized plasma. This wave is so-called ordinary and propagates in "O" mode. The first resonance frequency is more great as the cyclotron frequency of the electron and is called the frequency hybrid high. The second resonant frequency is connected between the electron and the frequency cyclotronic ion and is called the low hybrid frequency.

For propagation parallel to the magnetic field, the mode will be longitudinal by nature and will generate a particle oscillation parallel to the field magnetic. These waves that can turn on the right or left side. In low frequency, there is no notable differences between the so-called Alfven waves. In high frequency, at the resonance cyclotron of the electron, the transverse electric field associated with the right wave will have a rotation of the same speed and will be in the same direction as the electrons gravitating around the balanced magnetic field. This wave will be absorbed by the electrons. The continuity of the Alfven wave above the frequency ion cyclotronic is called the electronic cyclotron wave or whistling wave (US 5,225 740).

Once the wave is transmitted, it must not be amortized too quickly. A
whistling wave advantageously does not have a high density break point and can therefore penetrate the plasma to maintain the discharge. The frequency HF must be more high that the electron collision frequency with the plasma ions and the neutral molecules of the and it shall not be subject to excessive damping without collision.

We can send in the plasma a radiofrequency wave that will go into resonance with the cyclotron rotation movement of the ions, thereby heating them directly. Those are waves at ionic cyclotron frequency.

We can also send in the plasma a resonant wave with the movement cyclotronic electrons to impart energy to them. Those are the waves to the electronic cyclotron frequency. The transfer of energy between RF waves, HF and MO and the plasma is based on the wave-particle phenomenon. The frequency of this pulsation is given by:

Wce = e Bo / cme E and m are the charge and rest mass of the electron Bo the value of the local magnetic field.

The resonance is obtained when the frequency of the wave is equal to the frequency of electronic gyration, corrected for relativistic effects (mass increase of the electron and the apparent frequency change of the wave under the effect of the motion of the electron along a field line: Doppler effect). It should be noted that the frequency being chosen so as to obtain a resonance with the movement cyclotron approximately 1832 times greater than the cyclotron frequency ionic, no energy exchange is possible between the ionic population and the wave.
However, in a sufficiently dense plasma, energy exchanges by ion-ion collisions electron will result in ionic heating. This is an indirect effect transport of the heat and not the direct interaction between wave and plasma.

As seen previously in US Pat. No. 6,795,462, it is possible to obtain plasmas from more high density using higher magnetic fields. increasing of the field magnetic at a given point will favor an area between the walls and will liberate even the center of the tube. This patent confirms the use of a strong magnetic field with HF or MO pump. An argon laser could reach 100 continuous watts in quadrupole magnetic configuration, hexa or octopole.

The magnetic field of 875 Gauss can be created by a set of magnets natural such as permanent magnets of Barium or Strontium Ferrite, in ceramic (Samarium-cobalt 5KG or higher Sm05) or electro-magnets or both at once in variable containment using iron rod, steady current multipolar, divergent and others as well as by variations by magnetic circuits.

Eddy currents Three types of heating are present in the transfer requirement analysis of energy in this patent on lasers. Microwave heating with coupled energy by the fields E and H and will depend on the conductivity and position of the load. Heating dielectric of which the energy is transmitted to a non-conductive load with an RF source, a coil of impedance and resonance matching (L = 1 / (2nF) 2C) and the capacitor of job surrounding the object to be treated and finally the induction heating of which the induced energy is transmitted to a conductive charge with an RF source, a capacitor of adaptation (C =
1 / 2nFV) and a working coil. Energy is transferred by the field magnetic H.
The excitement and heating used in this patent is a marriage of these three types of configuration and will be used in the context of this patent for its manufacture and for the vaporization of the active medium in the context of the metal-vapor versions.

In a solid, physicist Faraday (1820) observed that a magnetic field should be variable to reveal an electric field, called induced current.
However, the "FEM"
is proportional not just to the rate of variation of the field magnetic but at that of the flow and for a circuit having N tight turns, the Forces EMF electromotive induced within each of them will add up. We can also observe induced currents in any driver moving in a field magnetic variable or through which a magnetic field varies, these are the currents of Foucault. If we place an open metal ring on an insulating base in a field variable electromagnetic we observe the appearance of arcs between the two ends of the breaking. So there is displacement of charges. It is the antenna of Hertz which by the law of Faraday, the electrons become mobile in the ring, and accumulate on one end, one potential difference is thus created and we observe an electric arc.

These currents are produced inside a room by the magnetic field alternative generating a heat effect. This is the phenomenon of electromagnetic induction discovered by Michael Faraday is:

E = N. d (D / dt E is the voltage N is the number of laps 9D is the magnetic field in webers d (D / dt is the rate of change of the magnetic field as a function of time.

P = E2 / R = i2R the resistance is determined by the resistivity (p) and the Permeability () of the medium.

All metals conduct electricity but offer resistance to current flow.
This resistance to the current flow generates generating power losses.
a heat. In relationship with the Energy Conservation Act, this energy is transformed a form towards the other. These losses are produced by the resistance according to P = i 2 R or i is the density of current and R resistance. Because the amount of losses is proportional square of the current, doubling the current will increase losses (or heat). Different metals such as Silver and Copper have a very low resistance and therefore are good conductors. other metals such as steel have higher resistance to current flow electric and when traversed by an electric current a substantial heat will be produced. The heating elements of an electric stove are a good example of resistance to current of 60 Hz of our homes. In a similar way, the heat produced partly in winding Induction is due to the circulating electric current.

An alternating high frequency electric current is transmitted to a winding induction that turn becomes the electrical source inducing an electric current to a piece of metal.
No contact is required between the part and the induction coil. The AC AC power in an inductive winding has invisible forces (electromagnetic or a flow) around him.
When the winding is placed near or around a room, the lines of force focus in the air space between the part and the winding. Induction coil works like a primary transformer, the part to be heated becomes the secondary transformer into short circuit and these currents pass through the room. The force field encircling the winding inductive induces an equal and opposite current in the room that heats up due to flow resistance induced current. The heating rate of the room is dependent on the current frequency induced, its intensity and the specific heat of the material, its magnetic permeability, and its resistance to the flow of the current. These induced currents are Eddy Currents.
We must keep the mind that some metals have different properties changing the rate and the effectiveness of transfer such as the ability to absorb heat or specific heat and in function of the temperature, the magnetic permeability, its resistivity, the Curie point and change of magnetism.
Losses by hysteresis (delay of the effect on the cause subject to variable oscillation) produce on magnetic materials such as steel, nickel and other. As an example, carbon steels with dipoles, the alternating magnetic flux will generate dipoles magnetic material and will oscillate according to pole changes magnetic devices and their orientations at all cycles. These changes will cause friction.
When these steels are heated above the Curie point they become non-magnetic and the hysteresis will stop.
The skin effect increases as the frequency increases and Eddy's currents rise.
will produce at the surface as well as the heat produced. The frequency of the current administered winding, more the intensity of the current is induced around the surface of the load. The induced current density decreases towards the center. It is the skin effect or the Kelvin effect.

IX = I e- / d0 and d0 = ~ 2p / .co IX distance from the skin of the object and the current density to x.
I the current density on the skin depth (x = 0) DO a constant determined by the frequency (depth of penetration of current or depth of skin) p is the resistivity the permeability of the object cw the frequency of the current flowing through the object.

This effect finds its applications in the patent for the decontamination of the tube, a ring of conductive material called a getter will be placed in the tube and will heat the latter by induction inside the vessel. Chemical elements deposited on the getter heated to white will react with the gases to be eliminated in the enclosure.
Zone fusion purification for the purification of metals in moving the area melted material which will cause the impurity elements by solubility in the liquid zone and / or purification of the zone by crystallization during cooling.
Welding, melting and brazing of various metals and dielectrics.
Spraying of metal in the cell or laser zone for vapors metal without element of resistance and without contact. By a metal element wound or metal piece that coated with active metal or porous ceramic containing the active element to be released by vaporization to create the laser effect. An example of this type of winding is described in the patent US 3,048,738.

Induction can occur with the help of electromagnetic waves that warm up a material containing or covered with the active element such as Se, Cd or other mediums in the liquid state or solid at room temperature.

Ferrites All ferromagnetic and ferroelectric materials have a temperature at which the absorption of electromagnetic waves decreases rapidly. The materials of ferrite such as zinc ferrite, magnesium ferrite, copper ferrite and many others can cover the range from 40 to 600 C. These ferrites are ferrimagnetic ferrites rather ferromagnetic and can be formed as ceramic. Carbide silicon or borosilicate glass absorb the MO and convert it into heat quickly without self-regulation with a Curie point and can overheat to the point of merger and will have to be cooled by a liquid that does not absorb OM like hydraulic oils.
An absorber in super broadband can be composed of a ferromagnetic ferrite mixture in powder and dielectric materials in a thin layer. To further reduce the thickness required, will use powder blends with a control over the size of the particles of different ferrites such as Mg-Cu-Zn ferrite mixed with rubber, neoprene, rubbers fluorinated phenolic resins, polyester, epoxy resins or silicone, resins thermoplastics such as polyethylene, polypropylene, PVC. A
plate of a magnetizable material will concentrate flow lines perpendicular to the body ferrite for increase saturation and increase heat conduction to increase the circulation effect for better efficiency. The absorbing materials of OM such as Ferrites based on Ni-Cu-Zn, Mn-Cu-Zn ferrites, Cu-Mg-Zn ferrites with compositions and different thicknesses can absorb specific frequencies (Harmonics). The patent of reference for attenuation in db / cm for different mixtures is US 4,003 840.
MOs in a cavity will either be absorbed or reflected depending on the surface and the material in contact. Ideally, the active medium should absorb uniformly all the energy, but alas this goal is practically insurmountable and we must:
reduce the return to generators, adapting the impedance and absorbing excess energy, even in condition of resonance.

The magnetron power supply circuit (See boards 24 a, b and e) The power supply of the magnetron or the generator MO follows a basic circuit which is simplifies as follows:
a diode and a capacitor which with the help of a voltage transformer the sector 115 Volts alternative (AC) primary and 2800 Volts AC secondary. This circuit doubler of voltage either 5600 Volts acts as a rectifier at the same time and we obtain a voltage of 5600 Volts continuous (DC). This resulting voltage applied to the magnetron is a DC pulsed voltage. The dubbing voltage occurring only during the negative cycle of the voltage output of the transformer.
Thus, the magnetron is pulsed "ON and OFF" at a rate of 60 times per second, depending on the frequency of the sector. The oscillations produced by the magnetron are caused by the movement of the electrons emitted by the cathode heated by I2R effect with windings of filtration to prevent the emission of unwanted waves, these electrons travel in courses curved or spiral in the lobes or cavities of the magnetron by a field magnetic. The produced frequencies are dependent on the magnetron geometry and the force of the field magnetic. The high frequency energy is picked up by a loop extending from inside the magnetron in the path of electron passage spirals and the energy is transmitted to the charging by waveguides, coaxial cable, and so on. The magnetron works by high voltage direct pulsed currents applied to the anodes. In the case of magnetrons Referring to the full-wave rectifier, the anode-cathode voltage is of the order from 5000 to 6000 volts.
When the voltage between anode-cathode of the magnetron, it requires a potential departure considerable to initiate the oscillation of the magnetron then the current flow will flow from non-linear way. Although non-linear, it will react as a resistance positive as well:
Voltage increase will result in an increase in current. The operation and control of a magnetron must take into account that a low voltage variation will result in a big variation of the current. By controlling the current in the secondary circuit of the transformer, one can therefore reduce large voltage variations in the primary and so will have little effect on the current of the magnetron. The operation of the magnetron is carried out by a circuit to constant current giving a good regulation without deleterious effect in the anode circuit of the magnetron.

In order to protect the magnetron, we can power the magnetron with relays to resistors which feed the thermionic heating of the cathode before the high voltage circuit.
(US 3,591,826) The modulation of the magnetron can be done with the help of different series capacitors and / or in parallel to the voltage doubler circuit to reduce DC power provided to magnetron. (US 3,684,978) It is also possible to modulate a magnetron using a variable resistance at secondary circuit high voltage DC thereby providing a lower current. So, a 100 watt resistor variable can completely control a magnetron of 2.5 Kilowatts.
It is also possible to put a resistor on the primary circuit of the transformer.
The intensity of a magnetron can be modified using a circuit emitting variable pulses in width and time intervals with an SCR circuit and astable multivibrator.
Using a circuit with thyristors or Triac (US 3,862,390).

We can design the basic circuit simple doubler of voltage with a capacitor and diode and using components set to provide only 7.5 amps at magnetron can to take the double and thus to absorb the reflected energy when the load varies or when the load is low or nonexistent.
The need for a heavy and expensive transformer can be reduced by using components such as transistors in push-pull circuit acting as oscillator inverter converting a DC signal to AC signal at higher frequency. Triacs can be used, SCR, circuits transformerless voltage lifts and primary transistors also (US 3,973,165).
You can control the voltage on the secondary of the transformer with the base Villard circuit to double the voltage. The control being carried out by a Triac with a Diac with resistance variable or with a multivibrator circuit (US 4,001,537).
Magnetron control can be performed with a thyristor device primary side of transformer by changing the input through an LC circuit (converter of frequencies) with control element at the output or on the frequency of the sector. We can also modulate the Pulses width on both the heating side and the anode circuit (US 4,005 370).
You can control a cavity with an antenna with an internal magnifier that detects the field residual electromagnetic emitting a signal proportional to the force of the field electromagnetic in the cavity and send this signal to a circuit with operational amps. A
Another device works on the principle of a ferrite element having a Curie point specific to the desired temperature and when the Curie temperature is exceeded this last loses its magnetic properties and with the help of a circuit closes the power supply magnetron. These devices do not use time control in some applications. The The sensor has low temperature ferromagnetic properties and properties paramagnetic at high temperature and has the ability to convert energy electromagnetic energy. The detector must be coupled with a magnetic way to the sensor to generate a signal indicating that the sensor has properties ferromagnetic or paramagnetic. The use of a ferrite sensor with a magnet and a reed switch or a magnet and a mercury switch.
One can imagine the control by different optical sensors of the Infrared (Lead titanate) ultraviolet, these circuits affecting the primary winding of the transformer high voltage generator.
The power of a magnetron can be modulated by using a triac controlled by an amp operational supply to the secondary circuit of the high-voltage transformer with a divider resistance voltage. The diode of the voltage doubler being connected in series with the triac. A triac being a semiconductor switch having two currents activating the terminal anode and the gate terminal. It will only drive when a positive voltage or negative high in relation with the mass will be applied to its guard electrode and will drive even after removal from potential to the guard electrode as long as the current through the anode will not be reduced to zero (US 4,012,617).
It is also possible to modulate the power of a magnetron with several active components (operational amps, transistors, triacs, SCRs, or even microprocessors) by acting on the length of the pulses on the primary circuit of the high-voltage transformer of the doubling circuit of voltage. The electric pulsations acting on the triac connected to the circuit primary high voltage transformer. This circuit consists of two transformers. Pulsed operation.
We can control a magnetron with a transistor and a thermistor acting on the circuit primary transformer to balance its output. Indeed, when we use a magnetron in a continuous manner, the permanent magnets of the magnetron as well as The area anodic heat up. Consequently, the number of induced magnetic fluxes is reduced by the increase of temperature. The anode current of the magnetron increases and high energy frequency increases. We must then control and the cost of the system increases.
We then control the anode current using an inverting circuit with a transistor that during its warming brings periods of "ON and OFF" operation of the magnetron by a thermistor connected to a processor that supplies the circuit of the transistor at 30 KHz feeding the primary of the power transformer. When the sensor temperature rises, let's say at 40 C, the processor controls the interruption of the transistor and the period "ON" is reduced (US 4,023,004).
The excitation of a laser by MO requires the prevention of oscillations abnormal magnetron and allows the detection of its degradation to increase its life. The temperature of heating will vary in a weak way and the voltage control will be in low values for allow the magnetron to oscillate stably and increase its duration of life.
The power supply has a detection circuit to see an oscillation abnormal magnetron by an abnormal voltage induced at the secondary winding of the breeder transformer Of voltage. A
circuit for detecting an abnormal voltage in the heating circuit of the magnetron or a voltage drop. A current detector in the anode-cathode circuit of the magnetron for cut the operation. An oscillation detector controlling the heating. The US Patent 6,373,873 indicates these different configurations allowing absolute control over the magnetron.
As can be seen here, we can modulate the power of a magnetron to using several circuits acting at the primary, secondary and secondary school levels, components, by different passive or active components, by affecting the temperature for the issue thermionic, by voltage and / or current control. The elements of measure can be thermal, by capture of a wave return via an antenna, by infrared, by the voltage, by current, but also directly through the laser output as described in the modes section and stabilization.

Stabilization Sunlight or lamp is composed of different wavelengths in broadcast in all directions. There is no phase relationship. A light Laser unlike will be monochromatic, directional and consistent.

A color means that in theory we will have a spectral line ko, but this is not real. Reality rather indicates that there will be around this peak a variation called width spectral finite 0I around the wavelength; ~ o. On chart, we will not have not a vertical bar, but rather a bell of width to ~ ,.
The directivity, the angular widening of a laser beam is very small in relation to another source of electromagnetic radiation and is defined by an angle of divergence small in the order of milli radian. 3600 = 2n Radians.

1 Radian = 57.3 1 milli radian = 1 mrad = 0.057 -A laser beam sent to the moon could come back with a differential some centimeters.
Laser diameter measurement: tan [0/2] = Rr / L-0/2. When measures are far from the laser, the size of the spot (2R) is large in relation to the diameter of the laser output beam (2r) and dividing by the distance one can determine the divergence of the beam. As an example, a laser having a divergence of 1 milli radian will generate a 10 mm spot at a distance of 10 m.

The power density A 5 mW laser is considered dangerous in relation to an incandescent lamp W. The equivalent power will be 4 times more.

Coherence Electromagnetic radiation is an undulatory phenomenon and each of waves can be described as the sum (superposition) of sine waves in function of time.
The wave function y = A cos (cot +
A is the amplitude co = 2nv = the angular frequency = the initial phase of the wave (starting point of the oscillation) and (wt + 0) the phase of the wave.

The mention of phase leads us to the superposition and subtraction of the waves.

Bohr's model describes the atom as a massive core containing charges positive (Ze) and electrons moving around.
Z = number of protons in the nucleus.

e = the elementary charge of the electron is: e = 1.6 * 10-19 Coulomb.

Electrons on orbits are connected to a specific energy level.
For each atom, there are only certain permissible orbits or level energies discrete: Ei, E2, E3, etc.
The lowest energy level is called the ground state level, Which one is natural preferential energy and as long as there will not be of energy given it will remain in this state. When the atom receives energy in electrical form, optical, MO
This energy is transferred to the electron and then climbs to a level higher energy further from the core in our model. This is the excited state. The electron does not can that take certain states or levels of energy and relative to the atom. He can not occupy a intermediate region. This amount of specific energy is equal to the difference between the energy levels according to the atom and is called the Quantum. (E2-Ei). When this energy is absorbed or emitted as electromagnetic radiation, the energy between these two levels will determine the frequency v of electromagnetic radiation:

AE = E2-E i = hv = h (bar) w The energy transfer to and from the atom can be made from two distinct ways.
The collisions with the other atoms and this transfer of kinetic energy are transferred to the internal energy of the atom and the absorption and emission of radiation electromagnetic.

Spontaneous emission is in all directions in space and each photon is issued randomly.

Stabilization is of great importance for laser emission.
Several fields such as communications, interferometry, holography and other require a stable frequency with a precise mode. The optical cavity in front to be more many thousands of times the wavelength, the Fabry-Perot answers good at this condition despite a large number of modes that are presented. The presence of a large number of modes is a disadvantage for communications because will require more power to amplify in multiple modes than in unique to produce the discrete line that differs from the background noise emitted. The selection of a fashion group or a single mode must therefore be considered. But before plunge in this subject, we must return to the mathematical and physical basis of the laser:
The frequency of a laser can be controlled by varying the amplitude of the signal pumping RF, HF or MO (US 4,856,010).

Optical cavity and laser modes (See Plate: 23 a) Standing waves occur according to wave theory, when two wave of similar amplitudes and of the same frequency move in the same path optical in opposite directions, their interferences generate an oscillating wave appearing in space in a fixed way. The laser is an optical cavity generating stationary waves, but we must bear in mind that this phenomenon produced in three dimensions. To generate these standing waves, the wave must leave with the same phase to the mirror, so the optical path from one mirror to the other will be a multiple integer of the wavelength. So if L is constant, the wavelengths issued which will generate the standing waves will fulfill the condition:

X. = 2L / m L being the length of the optical cavity M is the number of modes that will be equal to the number of% 2 X in the cavity optical. The first mode will contain 1/2 1, the second mode 2'h 1.
Im is the wavelength of the mode m in the laser cavity and is measured in the medium active.

The wavelength in the material X. is equal to Xm = lo / n Io is the wavelength of light in the vacuum n is the refractive index of the active medium it is the speed of light in a vacuum.
Thus: c = Xo v = n7 ~, n, vm The frequency of the longitudinal mode becomes:

V. = c / n ~ ,,, from where vm = m (c / 2nL) The mathematical expression in parentheses is the first mode of oscillation up be provided by the optical cavity. :
vl = c / 2.nL will be the basic longitudinal mode and will be the base frequency of the optical cavity.

The frequency of each laser mode is equal to multiplying the number of modes m over there basic longitudinal mode frequency. We can therefore deduce that the difference of frequency between adjacent modes (spacing between modes) is equal to the frequency of base of the cavity is:
(Delta v) = c / (2.nL). See Fig: Stationary waves in a rope It should be kept in mind that the refractive index n is not always constant and a air space exists between the active medium and the mirrors so Ll is not equal to L. In this situation, one must calculate each section of the cavity separately as well :

Ov Em (Mode Spacing) = c / 2.n 1.L 1 + 2.n 2.L 2 It should be borne in mind that the longitudinal mode may exist in a double structure cavity only if one can fulfill the conditions of the standing waves in both cavities.

The number of possible modes in the visible spectrum m is very high and can reach the million.
Longitudinal modes are standing waves along the optical axis of the laser.
They can also be defined as the number of very thin lines, very few frequencies different leading to the expression of multiple mode laser or plurimodal.
The frequencies allocated in an optical cavity are determined by the length L and the refractive index of the active medium. There are only frequencies creating knots to every mirror that will be allowed. Thus, the length L of the cavity will be a multiple their entire% 2 wavelength. Cancellations will turn into IR heat or other unwanted radiation.
The allocated frequencies shall be spaced at a constant interval, equal to the frequency of base of the cavity.
We have seen that some specific frequencies are possible in a cavity optics of a laser, in accordance with the standing wave condition. From these frequency possible, only those meeting the condition of exceeding a level minimum outperforming absorption will be issued or the threshold condition. The condition amplification minimum or equal to the losses: GL = 1. The Gain curve of a medium active and longitudinal modes in relation to the threshold condition will determine the number of frequencies that can be emitted by the cavity. The distribution of lines issued at the exit of the laser is spaced at equal distance: Ov Em = c / 2.nL
The line width of fluorescence SV LB of a laser is the width on the curve amplification (Gain) at% 2 of the maximum height.
The approximate value of the number of possible modes (N) of a laser is given over there fluorescence line divided by the distance between two adjacent modes.

N = SV LB / AV EM

EM is the mode spacing LB is the line width Sv LB is the fluorescence line width AvEM is the distance between two adjacent modes. = C / 2.nL
Optical cavity and laser modes If the optical cavity is 25 cm and the refractive index is 1.0 Let's calculate the frequencies vm and xm of the following modes m = 1, m = 10, m = 100, m = 106 Xm = 2L / m Vm = M. (c / 2nL) 1 Xi = 2. 0.25 / 1 = 0.5 vi = 6 * 10g H "in radio waves 2 1i = 2.0.25 / 10 = 0.05 V2 = 6 * 109 H 'Short waves 3 k100 = 5. 10 "3 V3 = 6 * 1010Hz Microwave X106 = 0.5. 10-6 V4 = 6 * 1014H, green color As can be seen for signals in the visible spectrum, the number of modes m is very high in the order of 106.

Example: with the He-Ne laser calculate the number of longitudinal modes.
The length of the optical cavity is 30 cm and the wavelength is 0.6328 m.
Let's calculate the frequency difference between two adjacent longitudinal modes.
The number of longitudinal mode transmissions at this wavelength The frequency of the laser?
It is a gas so n = 1.0 The difference in frequency is the same as the basic mode (Av) = c / (2nL) = 3.108 m / s / 2 * 1.0 * 0.3m) = 0.5 * 109 Hz = 0.5 GHz From the equation of the wavelength for a m1ème mode:
Lm = 2L / m m = 2L / Xm = 2 * 0.3 m / 0.6328 * 10 "6m = 0.948 * 10 6.
Which means that the laser operates at a frequency which is 106 times the frequency of base of the cavity.
The frequency of the laser can be calculated in two ways:

a) by multiplying the number of modes by the frequency of the mode of base: v = m * (Av) = (0.948 * 10) (0.5 * 109 Hz) = 4.74 * 10 14 Hz b) ~ ar direct calculation v = c / X = 3 * 108 m / sec / 0.6328 * 10m = 4.74 *
101 Hz.
In summary: Longitudinal modes are standing waves along the optical axis of the laser Standing waves are formed when two waves having the same frequency and the amplitude move against each other.
The optical cavity is created by two mirrors at the ends.
Stationary waves in a laser are created when radiation electromagnetic is forced to move between the two mirrors.
The admissible frequencies inside the cavity are determined by the length of the cavity (L) and the refractive index of the active medium.
Only these frequencies create the nodes to the two mirrors. The length of the cavity will be a multiple of half wavelengths.
Eligible frequencies will be separated at regular intervals, these frequencies will be equal to the base frequency of the cavity.
Only frequencies (modes) having amplification over a certain minimum, to counter absorption, will emit light out of the laser.
The minimum amplification condition says that amplification will be equal to Gr. losses = 1.
The gain curve of the active medium is the curve of the loop gain versus the frequency.
This curve indicates the laser threshold and the possible longitudinal modes of the laser.
The height of each line will depend on the losses inside the cavity including radiation emitted through the output coupler.
The region identified under the curve and above the threshold indicates the magnitude where can produce the laser effect.

The height of the gain curve will depend on the length of the active medium and the his excitation.
The possible longitudinal modes of the laser are perpendicular lines equidistant each other. The curve indicates 5 possible frequencies of the laser (See Plate 23, a).
The power versus frequency diagram shows the distribution of lines emitted by the laser, they are placed at equal distances according to the relation:

LMO = c / 2nL
The fluorescence line width BvLw of a laser:

The gain curve is the result of the gain as a function of frequency and describes the width of fluorescence line.
The line width of fluorescence SvLw of a laser is the width of the curve amplification at half height of the curve.
The approximate number of possible modes of a laser (N) is given by the width of the fluorescence line divided by the distance between adjacent modes:

N = SvLW / OvMS
MS is the mode space LW is the line width Sv is the fluorescence line width AvMS is the distance between adjacent modes longitudinal.

Example: The length L of a He-Ne laser is 55 cm, line width fluorescence is 1.5 Giga Hz.
Let's find the approximate number of longitudinal mode numbers The distance between two adjacent modes is AvMS = c / (2nL) = 3 * 10g m / sec / 2 * 1.0 *
0.55 m) = 2.73 * 10 g m / s = 0.273 GHz Hertz.
The approximate number of longitudinal modes: N = SvLw / OvMs = 1.5 Giga Hz / 0.273 Giga Hz = 5.5 is 5.

Control of the number of longitudinal modes of a laser:
It is by controlling the length L of the laser cavity in two ways:
1. By changing the length by varying the position of the mirrors.
2. By the use of stallions.

The difference between two longitudinal adjacent modes:
Although lasers operate in several longitudinal modes, they are monochromatic.

The distance between wavelengths and adjacent modes: Let's take a He-Ne laser of 50 cm with an X of 632.8 nm: Let's calculate the ~~, for the mode m + 1. The difference in frequencies between two adjacent modes will be Av = c / 2.nL = 300 MHz and ~ m = 0.6328000 * 10-6m Vm = c / Xm = 4.7408344. 1014 Hz Vm + 1 = vm +, atv = 4.7408374. 1014 Hz ~, m + 1 = c / Vm + 1 = 3. 10 8 / 4.7408344. 1 O14 = 6.327996. 10-7 km = 632.8000 nm, ~, m + i = 632.7996 nm is a difference of 4 * 10 -13 m is the difference in wavelength between two adjacent longitudinal modes.
The importance of longitudinal optical modes for laser output is dependent on the use of the laser.

1. In high power applications such as machining or medical, the lasers are used as a transfer of energy to a target, the importance of the longitudinal modes is weak.
2. In interference applications such as holography or measures, the longitudinal modes are very important. In these applications, the coherence length is an important property and is determined by the Line width of laser radiation (inversely proportional). In these applications a unique mode is used and special techniques are used to reduce the line width to increase the coherence length.
3. In spectroscopy and photochemical applications, a very long wavelength accurate is required. We must therefore use the laser in a unique mode and control, regulate the length of the cavity. This mode will have to operate at the very wavelength precise.
The structure of the longitudinal modes is critical in these applications.

When you need very short pulses in high power, a lock fashion is used. This process generates constructive interference between all modes in the Laser cavity and this structure is important in these applications.

There are two ways to control the number of longitudinal modes in a laser :
(See plates 22 a, b and c) Physically moving the mirrors into new positions in a way US Patent 3,431,514 deals with the stabilization of the frequency of a laser in using a signal comparison to activate a piezo cell electric PZT or Titanate-Lead Zirconate crystal to one of the mirrors of the cavity optical FP to adjust the length L on one side or the other). Another approach by Effect Zeeman (US 3,596,201) or a small reference laser still acting on a piezoelectric cell. Controlling with a piezoelectric with help a prism that separates two frequencies, one of which serves to activate the piezo US electric 3,487,327 and 4,972,424. The stabilization and enhancement of the frequency ugly of a cell and the Stark Effect (change in the spectrum of a molecule subject to AC or DC electric field, US 3,622,908, US 3,842,367 and US 3,921,099.

By the use of stallions:

There are several types of standard: the quartz plate with parallel surfaces placed in the resonator in a non-normal angle. The distance between the two surfaces is around the size of the laser gain curve. So only one mode longitudinal is under the gain curve at the same time. The many internal reflections bring interference effects causing the standard to act as a filter selective frequency, allowing certain frequencies to be a maximum transmission and rejecting by destructive interference other frequencies. In In practice, the transmission peak of a standard is set to coincide with a fashion longitudinal pattern resulting in a single frequency of operation of the laser. The trends lengths near the center of the curve will be amplified more than other.
The peak of transmission of this last type of standard can be adjusted by modifying the angle of the standard in the cavity or by varying the temperature. Angle adjustment is limited, because by this approach the tendency is to increase the loss of power. Of thereby, the standard is typically set to the minimum angle providing selection in frequency with maximization of power. The peak of transmission of the curve of the heel is adjusted by varying the temperature. In practice, the standard is adjusted way to correspond with the alignment with a particular longitudinal mode and maintained at a fixed temperature during the operation.

The use of a cascading standard acting as a selection of length wave in the order of 0.4 nm difference. It is mainly used in communication. Control by temperature is applicable under certain circumstances and is expensive, the hollow standard with variable cavity and angle are also expensive and therefore uses the stallion in cascade.
U.S. Patent 6,323,987.

For a semiconductor laser, the typical width of the gain curve is 100 nm or more. Depends on the geometry of the cavity, the laser radiation has modes spatial and spectral. The spatial modes of a laser are related to the energy distribution light transverse to the optical axis. The spectral modes which are called longitudinal modes correspond to different wavelengths or frequencies of the light. The spectrum of radiation generated in a laser cavity is a discrete distribution modal frequencies limited by the gain curve. For many applications the use of laser output radiation with the spectrum in described frequencies or the mixing of some frequencies is satisfactory except in communication, spectroscopy or holography. In these cases, this requires a single axial mode. To get this mode unique operation, filter elements are inserted into the laser cavity reducing the bandwidth of the radiation. These elements can be networks of diffraction, birefringent filters, acousto-optical or electronic optical elements or Optoelectronic. In many applications, however, such elements can guarantee a unique mode of operation of the laser. An increased reduction in width of band can be obtained by additional filters such as a plate adjustment of transparent material in the external cavity of the laser to adjust a width more band narrow exit. The best choice to narrow the width of band (big finesse) is the Fabry-Perot "FP" standard filter. There are two types:
The gas spacing standard comprising two elements of glass or material similar with parallel faces opposite each other. The adjustment of length wave with this type of standard is obtained by varying the distance between the faces parallel in using a piezoelectric transducer.
The solid type standard is a simpler concept than the gas concept. he consists of a parallel flat plate of transparent material, the front faces are covered with a reflective coating. The higher the reflection, the longer the longitudinal mode of the stallion will be narrow. The fact that it is just a piece tells us that we did not no need alignment except for a slight angle to the optical axis. The length X wave for which the maximum transmission is a function of the angle a of the normal of the surface of the standard relative to the optical axis. The relationship is:

mX = 2.d ~ n2-sin2a where n is the index of refraction of the material of the standard, d is the thickness of the stallion and m is a number characterizing the maximum transmission order.
The variation of the angle can be obtained manually or by servomotor on tripods adjustable. The axis of variation is perpendicular to the optical axis. The accuracy is required and is complex and expensive.
By taking a standard plate on an axis of a motor, the angle will change to function of his position. Thus, the angle of incidence defined the transmission of the wavelength, the rotation will match the selection of the X with finesse. The principle can be used by a plate with different characteristics such as index n or sections of compositions different. US 5,331,651.

There are prism standards with an air gap between them. US 4 097 818. A
PZT crystal is attached to one of the prisms. When a voltage is applied to PZT crystal, the width of the air gap between the prisms thus varies the peak of transmission of the stallion is changed. The latter is more expensive, more complex of operation the solid standard.

The selection of a frequency can be made by a standard with modification of his length by piezoelectric effect. The resonance of a stallion with two mirrors Plans parallel to each other is:
v = nc / 2L
n is an integer, c is the light speed and v is the frequency. To the resonance frequency, the transmission of the standard is very high 100% -absorption.
Further from the resonance, the stallion reflects the light incident on him. he so is a system for selecting wavelength or frequency. When n changes + or -1, the resonance relation can be satisfied by a frequency light different v '. The Frequency separation between the resonances is:

Ov = v- v '= c / 2L. So, by changing L we change Ov This patent uses polarizers of quarter-wavelength plates and the stallion in the cavity US 3,866,139.

Adjustable standard to select a particular mode without affecting the length L total of the cavity using two prisms one in front of the other to select different modes of the laser output wavelength. This standard includes areas piezo electric for adjustments. Fixed standards are summarized in a block of glass or another material having parallel faces, the air or gas type standard with a very angle light in relation to the optical axis are also provided with glass plates parallel aligned with each other in a regular space with anti-reflective and mirror coating. By varying the spacing between the plates of the standard, the length wave of the radiation can be adjusted.

Air standard to select the wavelength with two cylinders with slight angle to allow a rotational adjustment on one another and to adjust the parallel of plates with mirror and anti-reflective coatings. US 4,152,674.

Stallion with gold overlay and Indium to create resistance for heat this last by I2R. The optical characteristics (refractive index) and the length or volume vary with temperature. The resonant response of the standard can so vary to support multiple resonant modes by temperature adjustment.
of the Flexible resistance elements can be used but will generate areas irregular and non-uniform. Here, the deposit coating will be more uniform and more fast. US 4,782,492.

The temperature control of the stallion enclosure: (See Plate 22 c-5) The Argon laser from Coherent Innova 300 with heated standard with control of oven temperature of the standard. Having a plasma in very high temperature the Doppler broadening effect occurs. The magnetic field to contain the discharge creates the Zeeman effect which also broadens the bandwidth. The width is from the order of 10 Giga Hertz. In a laser cavity of the FP interferometer type, the energy emitted according to the gain curve is not continuous, but closed tightly in frequency discreet. Output frequencies are based on the number of modes longitudinal discrete which are supported in this cavity. Longitudinal modes produce to wavelengths such as in an integrating number of% wavelengths equal the length L between the mirrors of the resonator. The separation calculated in frequency between these modes is very small, in the order of 150 MHz.
The laser oscillation can occur only when the frequencies or on the curve of gain exceeds losses of the optical path of the resonator. In practice, the curve of gain laser is wide in frequency above the value of the losses, in the order from 8 to 10 Giga Hertz. There is a large number of discrete modes of oscillation in this interval.
Several approaches were developed to limit the oscillation of a laser to only one competitive modes. One of the methods is to use a selective standard of frequency.

The particular mode of oscillation of a laser is directly related to the size of the cavity. So, if the length L of the resonator drifts, the frequency of any given mode (in accordingly the frequency of the laser) will also drift. When the frequency of fashion selected drift, it moves out of alignment with the peak value of the curve of transmission of the standard, the power of the laser then decreases more and more according to derivative. If the length of the resonator continues to change, it will come to a point or mode adjacent longitudinal axis will be transmitted by the standard to a more distant range that mode initially selected and the laser output will abruptly change to news adjacent mode frequency. This is the phenomenon of "mode hopping" or burst of fashion. In practice, the power of the laser decreases by 20% between each burst of fashion. In holography, we can not afford the burst of fashion. Systems holographic devices can tolerate a deviation such as the change of length L of resonator, but not an abrupt change of mode start.
The most used method in the past to minimize the burst of fashion is to create a stabilized resonator or changes in length L are minimized. A
change L of 0.25 microns can create a burst of mode. Stability can be maximized if the laser optics are mounted on Super Invar rods having a coefficient thermal expansion very small.
Another approach is to maintain the surrounding air temperature constant as well that the water temperature or cooling fluid of the laser constant, But unfortunately this is difficult to obtain. As an example: a period of 24 hours typical, the ambient temperature will increase and decrease by 4 C. Thus, with a rod of Super Invar with its coefficient of 0.5 * 10 -6NC, a change of 0.5 C
generate a frequency variation of 150 MHz and will provide a burst of fashion. If the laser operates for 24 hours in a typical environment, there will be 16 bursts of fashion.
Another approach to minimize the burst of fashion is to stabilize the length L of resonator. Moving the mirrors to keep L constant through a structure contraction or expansion is complex and expensive.
Active stabilization is found in dye lasers, several components are used to modulate and control the output of a laser in a range of frequency large. These components are: birefringent filter, a tilting plate Brewster and a or several standards. In such systems, a fast and accurate method is Requirements to control the standard so the peak of the transmission curve follows the swept frequency.
The transmission of the air standard can be adjusted by controlling a PZT on one of the prisms. To increase the accuracy of the control, the activation voltage of the PZT is set to a few KHz to induce a small amplitude modulation in the output of the beam laser. This detected sensitive phase amplitude modulation gives a signal discriminated allowing the transmission peak on the standard curve to be blocked in the frequency mode of the cavity.
The option is therefore to control the temperature of the standard in an oven whose temperature is maintained by a processor. For the solid standard, the temperature of the stallion is adjusted and fixed to maximize transmission and power output from a longitudinal mode selected. This method does not compensate for the change of resonator length during the operation. While here the temperature of the stallion is actively adjusted by the processor during the operation to prevent the burst of fashion.
To properly adjust the temperature, a laser parameter must be measured for indicate the changes in the length of the resonator. This variation of L creates a deviance of the output frequency, so we could use a monitor of frequency to adjust the temperature of the standard. But requires a mechanism of detection so more expensive and this approach makes it difficult to achieve a performance Max.
In accordance with the preferred configuration, an output parameter will be measured and will be a indicative of variations in the peak alignment of the transmission curve of the stallion and the selected longitudinal mode. In one of the configurations of this patent, variations in output power are measured to give an indication of the amount of drift between the frequency of the selected longitudinal mode and the peak of the curve of transmission of the standard. Another approach, the current changes that feed the laser are measured. This last approach is used if the laser is forced to operate to a fixed power value by adjusting the supplied current. In these two case, the measurement parameter will give a direct information of laser performance and this performance will be maximized only if the output frequency is stabilized.
Advantageously, the two measurements of power and current are measured for other reasons so no need for additional circuits. The patent indicates the oven, the circuit electronics and programming in relation to the power output and the current Power. US 5,048,031 and 5,144,632 to Coherent.

The standard must not have mechanical tension and a way to reduce these tensions is to use a bearing wheel to counteract these mechanical tensions induced by the spring US 5,068,861.

The frame of a standard can be made of ceramic, in silicon oxides or Beryllium, made of metals such as copper, silver, gold or aluminum in order to reduce thermal gradients from one side to the other which distorts the refractive effect and the thickness in the selection of the standard. US 6,724,784.

A narrowband laser can also be selected using a standard Fabry Perot, a diffraction grating or a prism with a plate allowing a circular polarization US 4,985,898.

The He-Ne laser has only two to three modes, the Ion (Argon) lasers of great powers have 10 to 15 modes while dye lasers have up to 1000 modes. Thus, it is necessary to select a mode to obtain a fashion laser unique. This is achieved by adding a frequency selection device in the cavity laser. These devices are designed to have a minimum loss of one length required waveform and to introduce large losses at other wavelengths enough to prevent the amplification of unwanted modes. The FP stallion is the simpler and consists of a 0.1 mm glass or silica plate thickness of which the faces are flat and parallel in an extremely rigorous way. A
coating dielectric on each side to increase the internal reflectivity. A
dye laser typical CW requires two standards to operate in single mode and for select the frequency of the selected mode of the laser or to select another mode and the effect of the standard will be altered. We will then have to tilt or heat the standard. Right here, the stallion is liquid with a similar index to the plates having a slight inclination 1 to 5 with a air shirt to allow contraction or stretching with a tube with effects piezoelectric. U.S. Patent 4,324,475.

We can adjust the frequency of a laser using the dispersion and sampling. A
pair of detectors (Thermistors) detects the higher frequency and more low for produce an error signal by beam layout from a separator of plate beams to a diffraction grating. This error signal is sent to one of the mirrors to adjust L with a piezoelectric, bellows "bellows" or other. US 4 103 254.

Or more importantly, by doubling the length of the cavity, one reduced half the distance between the adjacent longitudinal modes, so we double the number of possible modes under the fluorescence curve. It is clear that a laser single mode can be achieved by reducing the length of the cavity so a single mode longitudinal will recover under the fluorescence curve with GL> 1. In such lasers in fashion unique, the exact distance between the two mirrors is critical and if there is no modes to fill the condition, there will be no laser effect emitted. The disadvantage of the method of reducing the length of the cavity will limit the power output of the laser.
By adding an additional mirror in the laser cavity. Adding another mirror will determine 2 cavities of lengths L1 and L2 at the same time. The length L 1 is selected so that only one longitudinal mode will be under the fluorescence curve of the laser.
This configuration requires stable positions of the mirrors because the difference of wavelength between 2 adjacent longitudinal modes can be very small 4.
10-13m. We can increase the losses of some modes in favor of other modes in adding a third or fourth plate having transparency or reflexivity appropriate in the Fabry-Perot cavity. The third plate divides the cavity into two spacings, Moon containing the active medium or in the case of four plates, the active medium could be centered US 3,134,837.

The modes of a laser are characterized by:
a) The frequency v or the wavelength X
b) The transverse mode. The intensity distribution being measured in the section transverse beam (perpendicular to the optical axis of the laser).
c) The longitudinal mode. The intensity distribution is measured along the axis laser optics.

TEMoo mode The transverse modes (See Plate: 23b) of a laser are created by the width of the cavity coming from some diagonal modes developing inside of the cavity.

A slight misalignment of the laser mirrors produces differences of course for different rays inside the cavity. Thus, the distribution of the intensity is not a perfect Gaussian distribution to express things simply. In the transverse section, the radiation has a specific distribution with large areas intensity while others without radiation.
The shape of the energy distribution of the transverse beam is called:
modes Electromagnetic Transverse TEM. Each of these modes is marked with 2 Indices TEM, I, where m and n are integers ensuring that the beam is directs in direction Z.
M is the number of points of illumination zero, between the regions lit the along the axis X.
N is the number of points of illumination zero, between the regions illuminated on along the axis Y.
The exception to the rule is the "Bagel" mode consisting of TEM 01 and TEM 10 modes oscillating together.
When a laser operates in different transverse modes, the total intensity is profile as a superposition of all existing transverse modes.
The lowest Transverse TEMoo mode has the lowest diameter in comparison with the other modes. Which leads to the basic rule of making a laser operating in one basic single transverse mode by installing in the optical cavity a hole pin with a diameter equal to the lowest mode. So, only this mode will pass through while the other modes will be attenuated. Internal radiation moving several times, only the basic mode will be amplified and will appear at the output (US 3,686,584). A
certain compromise must be considered because the reduction of the opening of the capillary increases diffraction losses.

The disadvantages of operating a laser with several transverse modes are:
each mode transverse to its own phase and power distribution, coherence space of the Multiple mode radiation is less than using a single mode.
The advantage is when a laser operates in several modes simultaneously it is possible to obtain a larger output power.
The Gaussian mode or the basic transverse mode is TEMOO and the intensity at center of circle is larger than the intensity on the outlines.
The diameter of the Gaussian beam is taken, like the distance, along the section transverse beam with an intensity of 1 / e2 (0.135) intensity maximum in the center beam. The surface of an inner circle to the diameter of the beam containing 86.5% of the energy (power) of the Gaussian beam.
There are other definitions such as distance with intensity of 1 / e (0.368) Max intensity Here we have 63% of the energy of the beam included in the circle of the diameter of the beam.

TEM base mode properties oo The transverse electromagnetic mode of a laser determines the properties of the laser radiation.
Divergence The ability to be focused.

Spatial coherence The transverse Mode TEM oo is the only mode with good spatial coherence, a minimal divergence and can be focused on a small area.
The basic mode is used in interferometry and holography given its great consistency Space.
For uses such as distance measurement, for instruments specific, Spectroscopy and Doppler effect require low divergence.
Focusing to cut, drill material.

The basic transverse mode characteristics TEM 00 of a laser: The distribution intensity of this basic transverse mode in the form of a Gaussian curve.
This is the only mode in which radiation is in phase throughout the section transverse beam.
The mathematical description of the energy distribution is a function of the distance by center report:

I (r) = Io exp [-2. r2 / ro2]

Io is the intensity at the center of the beam (maximum intensity) R is the Gaussian radius of the beam. This is the distance to in the center, by which the intensity decreases according to 1 / e2 of the maximum intensity.

The total power of the Gaussian beam is:
P = n. R o2 Io / 2 And the divergence of the angle of the Gaussian beam will be:
0 = 2 / Ni / ro The basic transverse mode is the most practical and the laser builders working strong to operate their lasers in Gaussian mode.
Its properties are: The angle of divergence is the smallest that all other modes.
Can be focused at a very small point than all other modes.
Has maximum spatial coherence compared to others.
The spatial distribution of the Gaussian beam remains Gaussian in its spread.
Imaging with Gaussian beam lenses and other optics crossed by this last also generates a Gaussian beam.

The use of segmented tubes of different diameters as well as mirrors special polarizers allows the emission in TEMoo as indicated in US Pat. No. 6,263 007.
The selection of a mode is determined by the relative size of the beam and of opening of the mirror so we can control the mode either by the size of the beam or the dimensions of the opening of the mirror. These mirrors with opening "Apertures"

form a second cavity and in operation only the modes of the frequencies common both cavities will be maintained. See US 3,134,837 and 3,573,656.

Mode control with an adjustable mirror with a screw compressing the mirror with curvature of 8 meters to 13 meters of curvature thus allowing control the mode size of the desired modes. A given laser, including the active medium of the laser and the resonant cavity, generally supports several modes of oscillation. These modes oscillation included different wavelengths, 4579 and 5145 Angstrom and numerous others for the Argon ion laser. In addition, different transverse modes of oscillation produce around primary wavelengths in the same cavity. For many applications, only the TEMOO mode or the lowest order mode is longed for..
This lower order mode has the smallest and most uniform beam on all his cross section than all other modes of larger order. The dimension of modes in the laser cavity is called the mode dimension is the feature to discriminate the desired modes or not. The cross section modes lower in the laser cavity is smaller than the cross section of the order modes higher. Also, the cross sections of wavelength modes taller are larger than the cross sections of the wavelengths the shorter.
That is, the cross-sectional dimension of a mode given to all points to the inside of the laser cavity is determined by the radius of curvature of the spherical mirror (hemispherical cavity). Elimination of transverse modes previously was carried out using openings inside the cavity which obstructed the modes having a cross section larger than the opening at the inside of the cavity or is placed the opening. Alternatively, the size of the rim of the laser tube gas can be chosen to suppress unwanted oscillation modes.

Problems are detected in lasers employing such openings if user wanted to change the frequency of the light by the laser. The oscillation can start with the adjustment of prisms or other means of filtration in the laser for filter unwanted wavelengths and let the required wavelength oscillate.
However, the size of the mode changes when the wavelength is changed. So, aperture or the tube size is no longer optimal and will leave oscillations in modes unwanted. Alternatively, the opening and the size of the tube will be too small and will delete the desired wavelength. They had to install an opening adjustable, complicated, expensive and difficult to install in the sealed tube of laser. In the lasers using tube size to suppress oscillation modes unwanted, the problem of erosion of the tube is under the action of ions and electrons throughout the tube life. The more erosion is present, the more the diameter increases and the more the modes transversal oscillations occur and reduce the TEMoo mode and quality beam decreases. In order to compensate for these effects, the concave mirror made from a disk relatively flexible quartz having a radius of curvature. A diver is mounted for apply an adjustable force to the center of the disc. The radius adjustment curvature a effect of changing the mode dimension to the desired mode while using volume active medium by the desired mode. US 4,951,285 to Spectra-Physics.

In order to oscillate a laser in a single longitudinal mode, we use a stallion and a prism. This patent is used for CD recording or digital signal acoustic. The wavelengths for recording, or disc clipping, have a gain relatively low. It is required to increase it by varying the length L which is very great, which has as a result that the interval between the longitudinal modes that depends on the length L will be reduced. Since the spectrum has a magnitude of several megahertz, the laser owns and oscillates in a multitude of longitudinal modes. When the transverse mode TEMoo, in a frequency magnitude between two and 15 megahertz, there is no background noise and so the laser is suitable for recording discs. This noise must be reduced for the audio and video signal. The laser must have a length selector single wave and oscillating in a single longitudinal mode. A gas laser has a number of Fresnel in the order of 4.0 to 5.5 and includes a selection prism and a standard.
When the discharge is produced in the gas, a laser beam is generated with a spectrum large. The prism selects a wavelength and the standard adjusts it to somehow in a single longitudinal mode offering a high quality beam, reducing a lot of background noise especially in a frequency range under a megahertz.

Diffraction through a circular hole.

It is easy to compare the diffraction through a small hole in relation to a slot In a single slot, diffraction occurs in one dimension while when parallel beam hits a small hole, a series of dark and light rings appear on the screen. The number of rings and its density depends on the diameter of the hole and its distance from the screen. In the center of the screen, we have a clear spot containing 84% of the passing light. To know the angle of divergence of a plane wave after passage through a small hole, measure the diameter of the first ring.

9 = 2.44 1 / d This value is similar to the divergence of the Gaussian beam except that the numerical coefficient is bigger.
The size of the spot after passing through a small hole. When a beam Gaussian himself spread through a small hole, some of the energy is blocked by the edges of the hole.
The part of the power transmitted through the hole is:

T = 1-exp [-2 * r2 / W2]
T is the transmitted power R the radius of the hole 2W the size of the spot (beam diameter at 2 of its power) The transverse mode diameter TEMOO is the smallest possible mode to inside the cavity.
All other modes have a larger diameter. So, by limiting the opening in the cavity the higher modes can be filtered or removed.

By choosing the diameter of the pinhole equal to the diameter of the mode basic transverse, we will make sure that we lose the other modes and the free transmission of basic mode.
The losses of the other modes describing these losses in the cavity. This comparison between the different cavities of lasers is called the Fresnel Number.
The number of Fresnel A stable optical cavity can be summed up by a pure number (without dimension physical) N-d2 / 4L, '~

N the limited diameter (2a) m L length of the laser cavity m.
1 is the wavelength of the laser radiation m.
A high number of Fresnel number describes the low and low optical losses number Fresnel describes the high losses.
The number of Fresnel decreases, the losses increase when:
The length of the cavity increases The pinhole limit decreases The wavelength of the laser is larger.

Example: The length of the He-Ne laser is 30 cm. The diameter of the pinhole is 1.5 mm, The X is 632.8 nm Let's calculate the number of Fresnel N = d2 / (4 * L * I) = (1.5 * 10 ") 2 / (4 * 0.3 * 632.8 * 10-9) = 3 This is a low value of Fresnel Number and this indicates large losses.

The pinhole in the laser cavity generates high losses for high modes and limits the operation of the laser in single mode.
By increasing the number of Fresnel, we increase the chance of high modes of laser, this which indicates low losses.

The focus of the beam:

The diameter of the beam at the focal plane. When a laser beam is focused by one p ositive lens with a focal length f, the size of the spot (diameter beam) point e at the focal point can be expressed according to:
OF = fo The diameter of the beam will depend only:
From the focal length of the lens (f).
The divergence angle (0) of the beam before the lens.
Examples:
A 50 Watts YAG laser having a beam diameter of 6 mm, a divergence of 2 milli radian, the focused beam with a focal length lens of 5 cm.
Let's calculate: The power density before the lens The diameter of the beam at the focal plane The power density at the focal point.
The power density is the power divided by the cross section of the beam:

50W / (n * 0.32) = 177 W / cm2 The diameter of the beam at the focal plane D '= f * 8 = 0.05m * 2.0 * 10-3 = 10' m = 100m The cross section of the beam at the focal point:
lt * (d '/ 2) Z = 3.14 5 10-3 cm2 = 7.85 * 10-5 em2 The power density at the focal plane:
50W / 7.85 * 10-5 em2 = 6, 36 * 105 W / cm2.

By using a positive lens, it is easy to increase the density of laser power in the order of magnitude.
Example:
By using a lens with a focal length of 3 cm, it is desired to focus a laser beam in a spot of 30 μm. What will be the divergence in the field remote?
Using the approximation equation D = fE = 30 * 10'bm / 0.03 m = 1 mrad. This is the angle of divergence typical of commercial lasers.

The measurement of the power transmitted through a calibrated pinhole:
The laser beam is focused by a positive lens into a hole pinned at focal point of the lens.
The diameter of the pinpoint should be less than the diameter of the beam focused from way to obstruct part of the beam by the edges.
The focal length (F) of the lens should be at least 10 times (preferably more) the beam diameter (d) before the lens to reduce aberrations spherical.
The power transmitted through the pinhole is measured and compared with the measured power without pinhole.

The number of Fresnel F is set to 2.5 and the transverse mode of the beam laser product is strictly in TEMoo. The expression of the Fresnel number is:

F = S / LJA.
S is the surface of the opening L the length of the optical cavity and a, the wavelength.
The diameter of the laser output beam is determined on the basis of the area transverse of the luminous flux emitted by the opening, the number of Fresnel F is proportional to the surface of the luminous flux and inversely proportional to the length L
the optical resonator and the wavelength of the beam. The exit of laser beam is also proportional to the area of the luminous flux section. The exit of the laser, by cons, is reduced by half in longitudinal mode in relation to multiples modes longitudinal and in some applications, the number of Fresnel F in increasing the width of the opening and thus increasing the diameter of the flow luminous.
U.S. Patent 5,610,896.

You can control the mode for two wavelengths and select the length of a laser using mirrors with selective coating on each of surfaces. Optimizing the relationship between the size of the opening for the control of the beam mode and diameter is a direct rule when a laser operates in single wavelength or multiple wavelengths in a narrow region and unique.
The problem becomes more difficult when the laser operates in multiple wavelengths which are distant from each other. The added complexity comes from the fact that the diameter of the beam is proportional to the square root of its wavelength. So, for a given resonator concept having mirrors of specific curvature, the diameter of the beam in a controlled mode according to the opening will be different for different lengths wave. Thus, it is not possible to optimize the mode control by a opening for two disparate wavelengths. Several compromises were developed in reply to the problem in the past. As an example, the diameter of the opening can be selected as an average value for different regions of wavelengths. Or well, the aperture diameter can be selected to optimize the control of the fashion for one region of wavelength, while the other region of wavelength would be in pain. The solution was to use mirrors with different curvatures plano convex with different coatings on the flat face and permeable curve and reflective mirror to mirror with radius of curvature different. More specifically, the inner surface has a coating reflecting the radiation of the first one wave length. The other surface has a reflective coating on the second region of wave length. The coating of the inner surface will be transmissible to the second wavelength region so the light will pass through the coating and will be reflected by the coating of the outer surface of the mirror. The curvature of the surface Inner and outer surface of the mirror is different. In this way, the diameter of each beam of two wavelengths can be controlled individually. This freedom allows designers to select the desired beam diameter to one mode control opening for both wavelengths. The performance of each mode can thus be optimized. For manufacturing reasons and alignment, we will use plano-convexes. US 5,101,415 to Coherent.

We must now turn to the Gain of a laser. The power of a laser has a specific moment is determined by two conflicting factors. The Gain of active medium which will depend on the population inversion and the shape of the line of fluorescence of spontaneous emission. Laser losses including reflections from mirrors, losses by radiation in the active medium due to absorption and multiple reflections and losses by diffraction due to the physical limits of the laser components.
The limit condition for the laser effect is that the gain must exceed or exceed less be equal to losses.
The laser effect is only possible for the wavelengths by which the material has a fluorescence emission. The fluorescence line is described by calculating the intensity of the spontaneous radiation as a function of frequency (wavelength) for a transition specific. As an example, on the diagram of energy levels in the case of laser He-Ne, the main transition in the visible spectrum is the red 632.8 nm.
When the transition occurs between two narrow levels, the fluorescence line will be narrow. More the fluorescence line is narrow, the easier it will be, because the need energy will be low to achieve population inversion.

The shape of the ideal fluorescence line will be the shape of a peak or pulse with a peak width approaching zero. In reality, each level of energy has a width finished, but with a certain width. So different areas of a level energy higher transit to different areas of low energy level and all these transitions calculated according to the frequency a shape of the line of fluorescence more flared or bell-shaped as mentioned above.
The width of the fluorescence line is measured at half height of the peak maximum:
FWHM = Full Width at Half Maximum according to the expression in Frequencies or wavelengths:

Ov = c 0% 1. /%I.o2 or 0% 1. = c Av / v 1 v2.

The gain curve of the active medium is directly proportional to the width line of fluorescence of spontaneous emission. It is important to distinguish between line width of the laser and the line width of a specific longitudinal mode contain several longitudinal modes. Each of these longitudinal modes has its own width line and emits a certain intensity.
Some mechanisms are responsible for widening the line of fluorescence such than natural enlargement, by Doppler effect and by pressure.

a) Natural enlargement is always present and comes from the transition in the time from the high level to the low level. This line width is narrow 10 4 '8 (Hz) in comparison with the radiation frequency of visible light 1014 (Hz).
Each of the energy levels has its specific value (Av) and its lifetime (At). This enlargement is expressed by Heisenberg's uncertainty principle:

DE * At> h DE = h * Ov dv> 1 / At in examples At = 10-8 (second) = Av = 10g (Hz) At = 10-4 (second) = Ov = 104 (Hz).
The longer the life of the transition of an energy level, the longer the width of line will be narrow.

b) Enlargement by the Doppler Effect, this effect is known in the phenomena of motion of a wave and occurs when the source is moving in report to recipient. The detected frequency is displaced by a quantity determined by its speed relative between the source and the recipient. The molecules of a gas are in movement constant in random directions, each molecule emitting a light by getting moving in relation to the laser axis in different directions. This distribution in frequencies will vary and will generate a widening of the line width of the laser. This phenomenon occurs in gas lasers and more intensely in lasers gas at low pressure.

(c) Pressure-collapsing expansion occurs in the lasers gas, generated by gas molecules. This is the biggest cause enlargement in gas lasers with a pressure greater than 10 mm Hg.
pressure increases, enlargement increases. According to the Gas Law PV = nRT. When the pressure remains constant, the volume will increase as the temperature increases. Yes the volume increases, the number of collisions decreases. Thus, enlargement decrease.

The laser oscillates in a number of modes, that is to say in certain frequency discrete corresponding to the resonant frequencies in which the medium active charges a substantial gain over losses. These few modes oscillation are separated from each other by a frequency which is relatively insensitive to vibrations and to thermal expansion (movement in micron order). However, position of these modes in respect to the center of the atomic gain frequency of the laser is very dependent on the dimensions of the resonant structure. Having as result a weak variation in the sizing of the structure from vibrations mechanical or thermal effects. The frequencies of the laser modes will change one way random and will produce instability in the output frequency of the laser. The stabilization by temperature or by an absorption cell (with application of a field magnetic, this cell offering a different absorption characteristic according to right or left polarization. There is a warm-up in the cell offering not a good precise control. By the Doppler effect, having a wide gain profile such as gas lasers, the power loss is relatively small in the center of the curve. We have to therefore to turn to the properties of lasers rather than to introduce elements of reference or external structures. A good stabilization technique must detect no only the change of frequency, but also the direction of change and must apply to any type of laser. It must be insensitive to variations power. The way to do is to oscillate the laser with characteristics of phases and amplitudes of FM modulated frequency and use residual distortion of the FM laser oscillation as an error signal to control the dimension of the cavity optical. F = c / 2L. Thus, the frequency of a laser is stabilized by using a comparison signal to activate a piezoelectric cell PZT (Titanate Crystal).
Zirconate Lead) to one of the mirrors of the optical cavity FP to adjust the length L of a side or other.

We can stabilize the frequency with an optoelectronic cell to polarize circularly the laser output and alternately change the direction of polarization circular left or right by Zeeman Effect. Also, a cell absorption absorbs the two polarized components as a function of frequency. A
demodulator sensitive to the phase generates a signal correction according to any difference amplitude of the two components, and the corrected signal adjusts the length of the cavity optical. Two output modes are generated by the laser, these modes are focused symmetrically around the maximum gain frequency of the laser. US 3,495,185.

Multiple Wavelength Laser: Oscillating Argon or Krypton Ion Laser in several wavelengths allowing stabilization not only of all of the output beams, but also from each of them. The beam will be separated by a blade separator thus generating two components. These components are moving towards different detectors and generate different electrical signals for each of them. The electrical signals affect the discharge current and / or the field magnetic confinement. The fact that the magnetic field has a value optimal varying according to the wavelength, a second control signal will stabilize each of components of the output beam. Indeed, there is an intensity of the field magnetic which will favor the emission of 647.1 nm around 300 Gauss, the 568.2 and 530.9 nm around 580 and 680 Gauss. For control, separating blades can be used beams with photocells or solar cells with filters or mirrors dichroic.
It is recognized that the discharge current, the voltage in a laser tube Ions, the strength of the magnetic field to focus / collect the plasma in the tube, the pressure gas from active medium are typical parameters to control the output of these lasers. A
mirror rental configuration for UV and Visible selects the current of the field Magnetic for optimization. US Patent 5,715,269 describes the control of exit in using these blades devices and cells for the discharge current and of the field magnetic to optimize the output and allowing the stabilization of one or others exits. This patent may indicate an appropriate way to control the exit in controlling the magnetrons either at different locations, at the primary, at the secondary school the emission of thermionic electrons ...

A number of methods were developed to stabilize the frequency a laser. One method is to use the Zeeman effect making possible the separation of certain amplification lines into two components of polarization circular left and right by applying a magnetic field to the column of gas amplified and make a comparison of intensity between these two components.
When the oscillation frequency of the laser is juxtaposed to the corresponding position at center of the non-separated line, the two components (right and left) oscillate with a even intensity. In the other positions, both components have intensities different, constituting a discriminant to hold the oscillation frequency at the center of line.
In another form, an absorption line can be separated by the Effect Zeeman and the absorption supported by the left and right components is compared. In some variances, the ellipticity of the polarization of the light emitted is measured at instead of compare the intensities of the circular components. These methods provide a good spectral quality as long as the laser frequency is stabilized in the center of the gas line employee. However, the application of a magnetic field introduced into the active medium non-linear effects modifying the intensity of the stimulated radiation emitted by the laser, therefore, the saturation of the Doppler profile and consequently the value of rotation of plane of polarization produced by the Zeeman Effect;
Circular birefringence;
The circular dichroism resulting in the elliptivity of the light emitted by the laser.
These three effects combine in a complex way with the result that the variation of intensity can easily change the state of polarization of the radiation issued by the laser without paying attention by any variation of the emission frequency.
Moreover, the stabilization is connected directly to the amplification curve of the medium employee.

A second method is the frequency modulation of the mode oscillation of laser by observing the modulation of the output intensity. In fact, the phase and amplitude characteristics of laser intensity modulation are dependent on the position of the resonant mode with respect to the central frequency of the line amplified. Frequency modulation is generally achieved by producing a fine vibration on one of the mirrors forming the cavity creating a slight moving the optical frequency of the oscillation of the laser.

A third more precise method called the "Lamp dip". This phenomenon is seen on the intensity curve as a function of the frequency of the radiation emitted by a laser. The presence of this deflection of the curve can be put to good use for the stabilization of the frequency. This method, on the other hand, is valid only in the case of short cavity, single-mode gas lasers and can not be applied to solid lasers and liquids.

Any beam of light has some divergence when it propagates.
For most applications, it is best to reduce the discrepancy.
The term divergence is the fact that the same amount of energy is spreading over a surface larger, thus reducing the power density and efficiency of the radiation.
Lasers are the sources of radiation with the least amount of divergence.
Applications requiring low divergence are: Field Measurement, weapons, target designator, spatial communication and long-term energy transfer distance.
The divergence of a laser beam is calculated according to 0 = dz-di / Lz-Li 0 is the divergence in radians di, dz are the diameters at points 1 and 2.
L1, L2 are the distances along the axis of the laser to the coupler at points 1 and 2.
Let's calculate the divergence of a He-Ne laser with a diameter of 4mm to a distance of 2 m. At the distance of 5 m, the beam will have an expansion at 7mm 0 = d2-d1 / L2-L1 = (7-4) * 10-3m / 5m-2m = 1 mrad The near field and the far field of a laser beam The output coupler of a laser is made to create a beam parallel outside of the laser (with a minimum of divergence).
In a semi-circular cavity (plane mirror R2 = c ~ o and R1 = L) we find a throttling of the beam just before the start of its expansion.
In an optical cavity with spherical mirrors, this strangulation is calculated by rays of end mirrors, the distance between these mirrors and the wavelength of the laser.
The mathematical definitions of the near field and the far field.
The equations for calculating the divergence of a beam are always checked at great distances from the laser. These are the equations of the far field:

L> 100dz / a, L is the distance from the measuring point D is the beam diameter at the optical coupler, or the constriction of the beam in the cavity ~, is the wavelength of the laser The equations for the near field are defined:

The <. d2 /; ~

Between the near and far region, there is:
L = 10.d2 / X
For a Gaussian beam, the complete angle of divergence of the beam in field remote is:

0 = 1.271 / d Example The wavelength of a He-Ne laser is 632.8 The diameter of the Gaussian beam at the laser output is lmm Let's calculate:
The distance from the near field Distance from the far field The divergence of the beam Near field L <DZ / ~. = (10-3) 2 m2 / 0.6328. 10-6m = 1.58m Far field L> 100 d2 / k = 1.58 m The beam divergence 0 = 1.27 ~. / D = 1.27 * 0.6328. 10-6m / 10-3m = 0.8 milli radian.
The parameters that determine the divergence of the beam are the radius of the beam to a point z = 0 in relation to a radius of the beam at another point z.
The Rayleigh criterion is the distance from the beam throttle until the surface of the beam is doubled.

2Zo = 2 n Wo2 / ~, At the distance of the Rayleigh criterion the radius of the beam W (z) is ~ 2 times the radius of beam at the point of shrinkage Wo.

Zo = n WoZ.n / kn refractive index of the crossed medium by the beam.

Thus, at a great distance z from the narrowing, the beam radius can be approximated by a linear equation of z.

The Gaussian divergence:
0/2 = ~ / n.Wo.n The angle of the divergence is proportional to X / Wo, so we can determine by the diffraction amount at the point of shrinkage Wo.

The divergence of a beam for a laser wave is defined as the full angle of beam diameter in the far field.
The diameter of the beam is measured between two points where the power decreases 2 of his maximum value.
The diameter of the beam at the far field (dL) at the distance L of the laser is given by the beam diameter of the point of narrowing (d), plus the divergence (L9):

Dr. = LA + d.
Example:
Divergence of a He-Ne laser, 1.5mm beam diameter at the output coupler, the output power is lmm, the divergence angle is 1 milli radian.
Let's calculate the beam diameter at 1 km and the power density at this point DL = 1 * 0 + d = 1000m * 0.001 + 0.0015m = lm According to this example, we can see that at a great distance, the original diameter of the beam can be neglected in comparison with the beam diameter. So, to the large distances the diameter of the beam is given by:

DL = L * 9 The characteristics of pulses of laser radiation.

The duration of pulses can be performed in times as short as 10-14 seconds to a second.
The unique pulse of laser radiation is defined on the power curve in function of time and a good approximation is the triangle for the shape of the pulse.
The maximum transmitted power is P max. Several lasers have pulses with a time to mounted very short and a long descending return.
It is convenient to use the duration of the pulse (delta t '/ 2) having a width maximum of (0.5Pmax).
So the pulse width is the time interval by which the power pulse is greater than 1 / z of maximum power.

FWHM = Large full of half of the maximum.

The energy of a single pulse is defined as E = (delta tl / 2) * Pmax with the approximation of the triangle.
The maximum power of a laser pulse example: The duration of a pulse is 50 nano second. The pulse energy is 1.5J. Let's calculate the maximum power of the pulse Using the approximation for a triangular pulse P max = E / At = 1.5 J / 50 * 10 -9sec = 3. 107W = 30 MW so any energy focuses on this short period of time.
The excitation of a laser with a pulse, when the excitation is a strong pulse the radiation emitted from the laser will have the shape of the pumping pulse.

There are several types of laser pulses such as the pulsed train of a laser ruby and the pulse of a CO2 TEA laser (atmospheric pressure). The pulses of this laser have a shape special.
At first we have a quick spike tip for a short period of 100-500 nano second followed by a long tail 1-2 sec at low power coming from the excitement of C02 by collisions with the molecules.
The pulse train by a ruby laser:
Often, the pulse of a laser is not alone and appears as a continuation of pulses in the same envelope that can contain hundreds of points. Each of these tips arrive randomly (0.1 -2 milliseconds) and it is impossible to determine the duration in power and the power of each of them. We find this phenomenon in the YAG
pumped by flash lamp also.

Pulsed systems Although the continuous regime is the subject of this patent, I can not exclude all the possibilities of this mode of pulsed operation for applications specific.
So I add some basic technical concepts to make more global this invention, because one must never say: "Fountain, I will never drink from your water. "
the holography of living beings or phenomena at high speed.

Special mechanisms to create short pulses.

Many laser applications require short pulses with large power.
There are several methods to create laser pulses.
The choice of the appropriate method will depend on the type of laser and characteristics of the pulse required.
The control of the duration of the pulse by the excitation mechanism:
The simplest method is to control the excitation mechanism.
When the excitation energy is in pulses, the emitted radiation will be under pulse shape Similar. The flash lamp or by electric pulses.
The Switch Q method is the use of an optical switch to inside the cavity. There are two states: OPEN (where radiation passes through without to be disturbed) and CLOSED (when the radiation can not pass through the switch).

Quality factor Q.

This factor of an optical cavity is the quantity measuring the capacity of the optical cavity to store the electromagnetic energy inside. The way is train stationary waves between the mirrors.
The Q factor is proportional to the rate of energy stored and the loss of energy the wave during his trip between the mirrors.
The value of the high factor Q indicates that the energy is well stored at the interior of the cavity.
The value of the low Q factor indicates that the energy is emitted quickly from the cavity.
Example:

When two mirrors are of high reflectivity, the Q factor will have a value high and so when one of two mirrors has a low reflectivity, the radiation will be issued through the mirror and the Q factor will be of a low value.

Q switch The short pulses of gas and solid lasers are created using a switch in the cavity to change the quality factor Q of this laser cavity.
The Q switch or Q switch determines the capacity of the optical cavity to store electromagnetic energy.
A laser without switch Q, the atoms are excited at the level allowing the laser to a certain rate. The laser effect starts as early as the population inversion is created.
In a laser with a Q switch backtracking or feedback which helps establish the population inversion is blocked and as long as the switch is open there is no laser effect.
Continuous pumping transfers more and more atoms into the excited state.
At the moment of opening the switch Q, all excited atoms produce a pulse laser with great energy.
In a laser with switch Q, the high Q factor is maintained through the excitation of the active medium until a high energy is stored in the cavity. So the Q factor goes down quickly and all the energy is emitted form of a pulse.
In the end, the Q switch is a shutter that can open suddenly to inside the laser cavity. When the switch is closed, the radiation laser can not move between the mirrors, there will be no laser emission, but the excitement continues pump energy into the cavity. We could do the comparison to the effect of capacitor of an RC circuit with a very low resistance.
The Q switch is set to open when the gain of the active medium approaches a maximum value and all the energy stored in the active medium is emitted under form of a pulse of electromagnetic radiation with great power.
We use the switch Q when we want to have a short pulse with big power and can only be used for lasers with a lifetime long at the level high energy. The lasers C02, Nd: YAG and Rubis have times of 4000, 230 and 4000 (psec) for the high level, and can thus, be used in Q. In Helium Neon, Helium Cadmium or other metals or metalloid and ionic type lasers: Argon, Krypton, Xenon or mixtures have times from 0.01 to 0.7.

Example: A ruby laser without switch Q generates a pulse of 0.5 milliamps second and an energy of 5J. Operating with a Q switch generates a pulse of 10 nano second and an energy of 1 J.
Assuming the triangular shape of the pulse, let's calculate the pulse power in both case.

The peak power of a pulse without a switch Q

P = E / Otii2 = 5 d / 5 * l 0-4 sec = 104 W = 10 KW
The power of the pulse with the switch Q

P = E / Otv2 = 1J / 10-8sec = 108W = 100MW
Thus, we have a peak power of 10,000 times more.

The mathematical expression for the Q factor.

For a laser with a 100% mirror and optical reflectivity coupler R, the factor Q will be given by:
Q = 2. L / a ,. (1-R) L being the length of the cavity In agreement with the equation: When the reflection of the optical coupler is high (near 1) the Q factor will be high.

Different methods for interrupting Q

Rotating mirror, optoelectronic transducer: changes the transmission to through the cell by electrical voltage, by acousto-optic transducer: changes the transmission of the cell by an acoustic signal, by saturable absorber: becomes transparent to saturation.
Mechanical interruption by shutter (opaque material) in rotating plate with a eccentric hole and rotates in the optical axis of the laser except that the speeds do not can only be low around one milli second per rotation or element optical rotating such as mirrors or prisms. The rotation of mirrors in the order of microsecond from 10,000 -60,000 rpm will be equal to 166 - 1,000 pulses per second.
The rate can increase by increasing the number of mirrors.
The advantages of the mechanical Q switch are: No losses in the element switch, a maximum 100% loss when the switch is closed, electronic simple control and good reliability.
The disadvantages are a low interruption rate creating long pulses and the pulses are fixed and similar width.

Lasers with barred mode There are applications requiring ultra-short pulses with power peak for each of the pulses:

1 High speed research process in science.
2 In optical communication with narrower pulses, n / sec larger 3 In optical computers To generate shorter pulses, we use the barrage of the mode. Lasers operate in several longitudinal modes at the same time. Thus, the laser output contains different frequencies. All these modes operate without phase constant specific to report from each other.
The instantaneous output power is proportional to the square of the field electric to every moment, so they fluctuate randomly in time.

Blocking longitudinal modes of a laser The locking of the longitudinal optical modes inside the cavity is obtained in blocking the relative phase of all optical modes until one certain point they are all in the same phase.
At this point, a constructive interference occurs between the laser modes and the result is a single pulse with a very short width and a huge power peak that moves between the two mirrors of the cavity.
The displacement of this pulse generates a laser output in a pulse order in chain.
The length of each pulse is lpsec (10-12) and 1 nano second (10-9) sec or even the femto second more recently. The INRS team in Varennes, with Mr. Sutton of McGill University builds a high power laser with multiple JX
to study the structure and characteristics of the material when it is bombarded by such laser beams.
Laser radiation in blocked mode can be seen as a series of pulses with the relationship between each pulse of T = 2nL / c.

The optical switch in blocked mode The element blocking the laser modes is an optical switch inside of the cavity.
The switch is open for a very short time equal to the pulse length and closed for a period of time equal to the pulse travel inside the cavity.
The switch is positioned near one of the mirrors. The switch allows at the pulse of go to the mirror and back and closes the opportunity for other pulses to get form.
The switch opens again when this pulse arrives again from the other mirror.
This synchronized interruption process whereby energy accumulates in one pulse unique moving between the two mirrors of the cavity. Whenever he joined the output coupler, a single pulse is emitted.
The mode lock is done with an acoustic optical modulator and its frequency of operation is determined by the travel time of the pulse between the two mirrors.
The time interval between two adjacent pulses:

The time interval (T) between two adjacent pulses is the flight time of the single pulse inside the cavity for a complete return.

T = 2.nL/c L is the length of the cavity C light speed N refractive index of the active medium C / n is the speed of light in the active medium.

In diode lasers, the length of a pulse can be of a few pico seconds 1012 with a pulse rate of several hundred gigahertz (10 1 Hz).

Summary of periodic laser pulses.

In all periodic phenomena, it is possible to determine the period (T) and the frequency or the number of pulses per second. This pulse frequency (f) is not there frequency of a wave (v) determined by its wavelength (1).
The mathematical relation between the period and the pulse frequency is:
T = 1 / f We can determine the mathematical relation duration of a pulse (Atin) and the period between the pulses (T).
It is the relative part of the time that the pulse is "Open" in relation to the total time :
DC = Performance Cycle = Otv2 / T

Example of the performance cycle:
A diode laser emits 140,000 pulses per second The duration of each pulse is 20 nano seconds Let's calculate the performance cycle Let's calculate the period T = 1 / f = 1 / (1.4 * 10-) = 7.14 * 10-6sec Substitute in DC DC = Performance Cycle = Otv2 / T
20 10-9sec / 7.1410-6sec = 2.8 * 10-3 This indicates that three thousandths of the time the laser emits radiation.
Average power (Pm) of a laser pulse Knowing that the output power of a pulsed laser is not continuous, the power mean Pm is defined as the power of a continuous laser that will transmit the even energy per second than the pulsed laser.
The average energy of each pulse (Ep) is measured by dividing the power average per second by the number of pulses per second (f):

Ep = Pm / f or An equivalent way of finding energy by pulse is to multiply the power average by period (T = 1 / f):

Ep = Pm * T

The average power (Pm) describes the amount of energy transmitted by the laser beam in a second.
The calculation of the average power is the multiplication of the energy of a single pulse (Ep) by the number of pulses per second:

Pm = Ep * f Example for the energy of a pulse A laser with switch Q YAG produces 2000 pulses / sec The average power of the laser is 10W
Let's calculate the average energy per pulse The energy of a single pulse is the energy in a second divided by the number of pulses per second.
The energy per second is the average power Pm) and the number of pulses per second f Ep = Pm / f = 10W / 2000 = 5 * 10-3 J = 5 milli Joule.
Let's calculate the DC efficiency cycle By combining triangular pulse approximation formulas Otv2 = Ep / pmax and the pulse period T = Ep / Pm And the definition of the performance cycle DC = Performance Cycle = Atii2 / T
We obtain DC = Ot / T = Pm / Pmax Ep is the energy of the pulse Pmax the peak power.
Pm the average power of the laser At% 2 the duration of the pulse T the period F the number of pulses per second DC the performance cycle If pulse duration, period and average power or pulse energy are all other variables can be calculated.

The recooling Electrode-free discharge tubes offer very good characteristics interesting so much in continuous pulsed that can operate in low and high pressure gas so under form lamps only lasers. They are more stable in high volume and high pressure that their predecessors in DC discharge. This stability is required when the increase in power. In a second step, the absence of electrodes is an asset research.
The use of ceramic tubes, quartz or other materials low dielectric absorption of MO and resistant to corrosive gases such as halogens and vapor metal is possible. Discharges without electrodes generate:
stable plasmas in large volume without distortion. This type of pumping makes it possible to increase pressure of gas, increase power per unit volume, reduce contamination some gas, increase the service life, eliminate cataphoresis for vapors metallic but despite all these qualities, this pumping still requires some cooling.
The use of cooling can also take on the dimension to balance the temperature or keep it constant by circulating a liquid transparent to MO
in a heat exchanger or a heated tank with circulation pump and under the governance of a controller. Or, you can use a liquid to act heater in the case of gas-vapor laser of metals or metalloids.

Increasing the power will increase the temperature> 1000 C and sufficient for melt or crack quartz or ceramic. This increase of temperature can also alter the kinetics of the plasma and introduce instabilities. The cooling gas is inefficient and generates a high background noise. The recooling with some Liquids will therefore be the chosen option. It's not all liquids that can have the characteristics required. Water is an absorber at 2450 MHz so incompatible. These liquids must have a low viscosity, a reasonable density, a low pressure of steam, high heat capacity and high thermal conductivity.
Some hydraulic fluids or hydraulic oils meet these qualities: no compressible, flows freely (viscosity varying from 1 to 100 centi (i) under normal conditions, are good lubricants, can operate between - 50 C to 150 C, are insulating, good protection against corrosion, does not oxidize quickly, gravity specific variant from 0.8 to 0.9, a high boiling point (> 150 C), a high flash point (>
100 C), do not do not foam, good thermal conductivity, vapor pressure reasonable. Some water can be absorbed (- 2%) resulting at one point lower boiling ( <10%) and an increase in BM absorption to 2450 MHz ( <
10%). These hydraulic fluids are generally nontoxic, non-flammable, security and inexpensive .. There are methods of checking the capacity of transmission MOs and their removals of hydraulic fluids. Absorption typical of MO
would be <0.1 watt per cm absorbed by KW of incident MO power which is low and comparable to the value of quartz. The resistivity is of the order of 100 MS2.cm.
The cooling jacket surrounding the plasma tube can be realized with rings or "Squagelock" type ferrules with elastomer seal (like "Viton "new silicone or others) compatible with the initial treatment of the tube. See Fig:
7.

A tube, regardless of its dielectric composition, will be heated by the field electric, electromagnetic see, produced by the microwaves and will require a fluid for the cool. Some patents mention different substances, low value dielectric, used to cool a tube by absorbing very little MO. A study on different coolants is described in US Patent 5,055,741.
The use of dimethyl polysiloxane is a good option (less than 0.2 watts / cm per kilowatt of input MO power), silicone oil, freon, oils hydraulic types such as Petro-Based hydraulic Fluid (MIL-H-5606 E) of Penreco Corp. ( <0.1 watt / cm per KW) and oils hydraulic Frigi-Tranz Fluid, 111 Trichloroethane or a fluorocarbon and oil of silicone containing colloidal graphite in desired proportions.
Liquids have a greater cooling capacity than gases and make a better contact with the walls of the tube.

The cooling tube may contain a diversion winding of the flow of a geometry regular or not so as to balance the cooling while at the along the tube parties or the petitioner except that the petitioner must not interfere with wave electromagnetic pumping.

A pumped MO laser requires cooling to the generator and its food, to the tube, to the cavity for the maintenance of the resonant frequency and to windows for isolate either the plasma antennas to prevent contamination as well that speakers with different pressure in the applicant's configurations.

In certain configurations, the optical resonator must be cooled:
the stems (US 4 696 010), the enclosure (US 4,697,269, 4,910,742, 5,550,853), the mirrors (with liquids or thermistors US 4,730,323), the optics, the standard and the internal structure (US 4,715 039). By the fins by increasing the section in contact with the medium cold (US 6,738 400) or fan forced air (US 4,953,176, US 5,359,614). It is not necessary do not forget the cooling of the magnetic field generator in the configurations the applicant (see Argon patents and US 5,253,261).

Many approaches for the cooling of gaseous active medium were developed over the years using more efficient fans in the head same laser, with less vibrations axially, tangentially, perpendicular, longitudinal, at speed under or super sonic ... with anti-magnetic and anti-RF, with magnetic bearings (US 5,848,089 and 6,026,103), see even the bimorph ceramic piezoelectric fans US 4,751,713. These two last may be used for the circulation of the active medium gas if necessary.
The cooling with compressed air would be an avenue, but not practical.
The liquid cooling with laminar flow using the water of City with a very precise temperature controller to avoid generated mode bursts by the temperature variations and with a heat exchanger to cool the liquid dielectric, Peltier cooling and refrigeration without stationary wave vibration are the avenues to be favored for reasons for cost.

The Peltier effect A compact and static heat displacement effect in the presence of current in conductive materials of different natures linked by junctions (Contacts). This effect causes one of the junctions to cool slightly while the other is warming slightly. It is a heat pump offering little congestion, high reliability and cost, for low-power applications power (up to a few tens of watts, with a limited temperature difference between sources hot and cold, up to about 50 C).

The Peltier effect is related to entropy transport by charge carriers (electrons or holes electronic devices) within the hardware. Release or absorption of heat is due to the fact that electrons or holes gain entropy by passing material b to the material a at a junction (so there is heat absorption or generation of charges electrical) while conversely they fall back from the entropy by moving from material to at material b at the other junction (there is heat release or cancellation of loads).
This principle is used for the cooling of microprocessors, lasers semi-conductors, cooling of the standard and even stabilization by warming or mirror cooling of the optical cavity and the configuration using diodes in these patents (US 4,399,541, 5,675,604, 6,236,667 and 6,928,092 to name than those). Containing no moving parts, it does not create vibration No noise.
The opposite phenomenon: a temperature difference between two junctions can produce a difference in electric potential, it is the Seebeck Effect to form thermocouples. The Peltier coefficient is related to the Seebeck coefficient S by the relationship :

Ilab = SabT

A Peltier Effect Cell (CEP or TEC) is also called module Thermoelectric. If we passes a continuous electric current in such a mounting, it appears a "face cold "that absorbs calories, and a" hot face. "By reversing the meaning of the current supply, we switch from cooling mode to heating and vice versa, what allows to realize mixed applications. This thermoelectric module is a device based on asymmetric semiconductor components. They are connected thermally in parallel and electrically in series between 2 plates of ceramic (a plate "cold" and a plate "hot"). Semiconductors are type P
and N.
This means that the N-type components are negatively charged (excess electrons) and the P-type components are positively charged (deficiency electrons). The "cold" ceramic plate is cooled by absorption energy due to the passage of electrons from one semiconductor to another. Good obviously, the hot plate "inherits" thermal energy ripped from the cold plate it is therefore imperative to evacuate this heat so that this heat warms the cold plate and eventually damage the module.
In a thermoelectric module, the heat flow is at once proportional to number of torque (N and P) and the intensity of the current flowing through these couples.
Goods Thermoelectric semiconductors like Bismuth Telluride improve the displacement of the thermal energy flow.

The conventional refrigeration system: Compression systems use four elements for the refrigeration cycle: the compressor, the condenser placed in the warm medium, the expansion valve and the evaporator placed in the middle cold. Mon refrigerants most commonly used for many years is the dichlorodifluoromethane or Refrigerant-12. This chlorofluorocarbon (CFC) vaporizes to -6.5 C under a pressure of 246 kilo Pascal, then after compression up to 909 kilo Pascal, it condenses at about 38 C. Today we use HCFC-R
134A for environmental reasons. The operating cycle of such a circuit is decomposed in four phases: the compressor compresses the refrigerant and thus raises her pressure and its temperature and becomes liquid. Passing through the condenser, the fluid heated refrigerant gives up some of its calories to the warm environment whose temperature is lower. The regulator lowers the pressure and therefore the temperature fluid.
By passing in the evaporator, its temperature being lower than that of the cold environment, the fluid captures the calories and becomes gaseous ... and the cycle starts again, the gas is from new compressed and liquefied in the condenser (outdoor coil).
The principle of absorption is based on the distillation principle, mainly ammonia, a concentrated aqueous solution of a container called generator, from where the gaseous ammonia escapes to pass into a condenser. Ammonia is liquefied by this condenser, then is brought into an evaporator, as in a system to compression. At the exit of the evaporator, ammonia becomes gaseous reabsorbed in the diluted and partially cooled solution from the generator, for train, again, a concentrated solution. This reabsorption takes place in a container, the absorber, where the enriched liquid is transported to the generator to complete the cycle. There's no of moving parts thus limiting vibrations and noise. His functioning is limited to + 32 C ambient (requires fresh air).
I will not discuss here heat transfer or engineering calculations Chemical that is there attached. I invite designers to use McGraw-Hill references Chemical Engineering Series as well as books dealing with refrigeration such as those of the American Society of Heating and Fan Engineering from Canadian Blower & Forge Co. Ltd to design the required systems according to capacity. of the coolers VWR International's mobile phones are now available on the walk using variable and circulating liquids such as brine, ethylene glycol or directly the dielectric coolant with controller of temperature variable and different capacities expressed in Watts or BTU / hour.
An interesting cooling approach to avoid near vibration of the laser is the use of two outdoor units: one by cooling the liquid with air with air-liquid exchanger in copper pipes and the other by refrigerant that it is by compression or absorption to cool the liquid laser cooling with a refrigerant-liquid heat exchanger and an indoor unit with a reservoir balance and pump to introduce the cooling liquid to the laser with a pressure, flow and temperature adjusted precisely to your needs operation (US 5,970,729).

The standing-wave refrigeration system: Given the use of HF, it appears to me in the order of things to use such a cavity to eliminate the compressor of refrigerant of a conventional system as well as reduce vibration and to use a complete indoor unit. This system has no moving parts or oil lubrication (thermal insulation) in the refrigerant (so we can use refrigerants non-compatible with oil and at higher efficiency) making this system less expensive, able to operate in high pressure and more economical in energy and purchase.
The device is similar to an acoustic speaker that releases waves acoustic in a cavity with dimensions of the order of n1 / 4 acting as a resonant cavity and some position of the entrances and exits with non-return valves on the course waves stationary which vary in amplitude in areas of hollows or knots.
The generators can be magnetron type, klystron or Gunn and Impatt diodes, because they can provide a repetition rate of pulses in the order of 1 kHz to 100 kHz for to form acoustic standing waves. (US 5,020,977, 5,051,066, 5,263 341 and 5,357 757). See Plate 15a and 15b.
The magnetron can be cooled by cooling block as described in US patent 6 680 576. It can be cooled in the air as in a MO oven or by fluid at low or high dielectric according to the configuration.
The cavity will also be cooled to maintain its shape and size for stabilize the homogeneity of the discharge, or even the frequency of operation and resonance for stabilize the output frequency of the laser.

Some laser tubes such as metal vapor lasers require the tube heating to vaporize the active element. In the white laser configuration He-Cd, Se or Zn, the zones will be at different temperatures to emit in the red, the green or blue and the control of the pumping (voltage) and the temperature would favor a line particular or the optical white appearance by the dosage of each of the RGB zones. Some tubes use thin-layer metals and by resistance effect (12R) generating a heater.

Excitation mechanisms As demonstrated in these different patents for pumping lamps and lasers. The Microwaves have some advantages like pumping without and with containment Plasma electromagnetic (See Plate: 18) and / or magnetic. MOs can to pump an active medium directly by allowing the excitation of the electrons, ions and molecules that can generate a population inversion. Some developments were made with LEDs (light emitting) and nothing prevents the pumping by microwave emitting diodes using integral cavities "Combiners"
signal in phase. (See Plate 19 and 20). The different types of confinement can act to increase the excitation of electrons, ions and molecules in reducing losses and by promoting exchanges and the homogeneity of pumping.
The analysis of all these patents leads to the excitation mechanism of the medium active can be done with OM in a very advantageous way. different configurations were developed over the years and these many configurations are not at beginning for the realization of lasers and many other applications in all directions.

This patent application is directed towards the lasers that I will classify under rubric "MLASER" since an electromagnetic cavity in resonance with the help of waves electromagnetic act on a second so-called optical type cavity Fabry Perot in respect with the functions of standing waves both in the cavity electromagnetic than the optical cavity and theory on lasers.

A first configuration will use pumping through an elliptical cavity in using the focus 1 to insert an antenna and focus 2 the tube containing the medium active and integrate into an optical cavity. A second configuration will use the elliptical cavity using its two foci by inserting the tubes containing the active medium and integrate in an optical cavity. The supply of MO can be done by different Avenues.
A third configuration will use the principle of pumping at the end of the tube with some magnetrons (Fig: 21 a), with diodes coupled with combiners (Fig: 21b) with magnetic confinement (Fig: 21c) or without confinement, another with containment electromagnetic plasma (Fig: 21d and e) with MO injection derived from magnetrons or emitter diodes. A fourth similar configuration except that magnetic confinement to generate the NCE condition through the process of wave whistlers and with a very powerful magnetic field with quadrupole magnets (Fig: 21 c-5) to confined to the extreme to create continuous great powers and finally by parabolic mirrors or dielectric lenses of one or more two ends of the tube with a difference n ~. / 4 different from X / 2 and multiples of W. These different configurations are described more precisely in the summary and descriptive Detailed description of the invention.