CH615535A5 - Device for forming the image of the discharge of an excitation source in a substance emitting laser radiation - Google Patents

Description

L'invention a donc pour but de fournir un dispositif de formation de l'image de la décharge d'une source d'excitation de laser dans une substance d'émission de rayonnement laser qui permet d'obtenir un rendement élevé avec un échauffement limité en confinant la région d'excitation de la substance émettrice dans une zone limitée éloignée de la limite de cette substance. Ceci contribue à obtenir un rendement élevé qui permet à son tour d'atteindre une forte puissance de sortie, en réduisant en même temps les effets qui contribuent à la détérioration de l'émission se produisant lorsque la limite entre la substance d'émission et la fenêtre d'application de l'excitation est excitée.

Le dispositif permettant d'atteindre ce but est défini dans la revendication 1.

D'autres avantages du dispositif selon l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel:

la fig. 1 est une coupe du dispositif d'excitation de laser, et la fig. 2 est une coupe transversale du dispositif de la fig. 1.

Le dispositif est de préférence destiné à appliquer un rayonnement d'excitation à une substance émettrice de rayonnement laser dans un volume cylindrique limité de cette substance afin d'augmenter le rendement et de limiter la région d'échauffement, et particulièrement à l'excitation d'une substance en circulation, par exemple une solution colorante utilisée pour une opération de photo-excitation sélective appliquée à l'enrichissement de l'uranium. Le dispositif selon l'invention sera mieux compris en se reportant à la coupe du mode de réalisation de la fig. 1. Sur cette figure, un canal 12 pour le liquide colorant comporte des parois 14 et 16 opposées comprenant des fenêtres de quartz 18 et 20 sous forme de segments cylindriques se prolongeant de part et d'autre du plan du dessin. Le canal 12 contient une solution colorante en circulation, telle que celle utilisée dans les oscillateurs ou les amplificateurs à laser destinés à la séparation des isotopes, comme le décrit le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3772519 précité. De l'autre côté des fenêtres 18 et 20, à l'opposé du canal 12, sont disposées des lampes éclairs 22 et 24 qui peuvent être de type courant, bien qu'il soit préférable que leur section transversale soit réduite. Les lampes éclairs 22 et 24 sont constituées par des enveloppes extérieures 26 et 28 dans lesquelles une décharge électrique dans un gaz développe des régions de plasma 30 et 32, de forme générale cylindrique et allongée. Les plasmas 30 et 32 sont généralement produits par des décharges puisées qui présentent un intérêt particulier dans le cas de la séparation d'isotopes.

Les lampes éclairs 22 et 24 sont entourées partiellement par des réflecteurs cylindriques 34 et 36, de section elliptique et dont

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

615 535

les axes sont parallèles aux axes des fenêtres cylindriques 18 et 20. Les réflecteurs 34 et 36 réfléchissent entièrement le rayonnement d'excitation 38 provenant des lampes éclairs 22 et 24, suivant des trajets 40 qui sont concentrés par les fenêtres cylindriques 18 et 20 dans une région 42, en y créant ainsi une image réelle de chaque région de plasma 30 et 32.

Les fenêtres 18 et 20 comportent des surfaces planes 44 et 46 en contact avec la solution colorante qui circule dans le canal 12, et ces surfaces sont dans le même plan que les surfaces intérieures régulières des plaques de parois latérales 14 et 16. Les surfaces opposées 50 et 52 des fenêtres 18 et 20 sont incurvées pour permettre, conjointement avec les réflecteurs 34 et 36, la focalisation des régions de plasma 30 et 32 dans la région 42. Dans le cas où les réflecteurs 34 et 36 sont elliptiques, comme cela a été mentionné ci-dessus, les surfaces incurvées 50 et 52 des fenêtres 18 et 20 présentent une section circulaire et, si le prix n'est pas une limitation, une surface asphérique qui optimise la focalisation. D'autres sections des réflecteurs 34 et 36 et des surfaces 50 et 52 des fenêtres formant lentilles sont possibles pour permettre la formation d'une image réelle des régions cylindriques 30 et 32 dans la région 42.

Il résulte de cette formation d'image la production dans le canal 12 d'une image réelle des plasmas 30 et 32, avec un grossissement minimal, c'est-à-dire à peu près la même dimension d'image, et un minimum d'aberrations. Le flux des lampes éclairs est donc concentré selon une distribution étroite, avec un rayonnement intense, dans le volume de la solution colorante, cette distribution convenant particulièrement pour l'utilisation efficace du rayonnement d'une lampe éclair.

Les considérations de réalisation de forme des réflecteurs 34 et 36 et de fenêtres 18 et 20 avec leurs surfaces courbes 50 et 52

comprennent le rendement maximal de transfert d'énergie; la surface minimale de la section de l'image 42; un rayonnement minimal à l'extérieur de l'image centrale 42; et la compensation des aberrations produites par les enveloppes 22 et 24 des lampes, s Dans le cas de réflecteurs elliptiques 34 et 36, ces résultats sont obtenus avec des fenêtres 18 et 20 qui produisent une déviation minimale du rayonnement des lampes. D'autres combinaisons de formes de fenêtres et de réflecteurs, paraboliques par exemple, peuvent convenir bien que l'exemple illustré soit préférable.

10

Pour compléter la description de l'amplificateur ou l'oscillateur à laser comprenant le dispositif de concentration illustré, il faut se reporter à la fig. 2 qui est une coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1. Comme le montre la fig. 2, ces parois du canal 12 qui 15 sont au-dessus et au-dessous du plan de la fig. 1, sont formées par des fenêtres 54 et 56 par lesquelles le faisceau de laser à amplifier le dispositif selon l'invention, ou le faisceau de laser produit dans le cas d'un oscillateur, passe sous la forme du faisceau 58. La section transversale du faisceau 58 correspond à celle de la région 20 excitée 42. Cette région est une partie limitée de la surface totale disponible dans le canal 12, entre les surfaces 44 et 46, qui limite la production de chaleur près des surfaces à l'intérieur de la substance émettrice, ce qui pose généralement un problème dans le cas des lasers à pompage transversal. En outre, la limitation de 25 la région d'excitation à une surface limitée telle que la région 42, correspondant à la section transversale du faisceau laser 58 voulu, permet d'obtenir un rendement maximal dans l'utilisation du rayonnement des lampes éclairs 22 et 24. Une fréquence d'impulsions élevée est également possible puisqu'il n'existe qu'une faible 30 excitation de la substance émettrice à l'extérieur de la région 42, particulièrement le long des lignes de circulation.

R

1 feuille dessins

Claims (12)

615 535

1. Dispositif de formation de l'image de la décharge d'une source d'excitation de laser (22, 24) dans une substance émettrice de rayonnement laser, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une telle source (22 ou 24), cette source comprenant une région allongée (30, 32) qui émet un rayonnement d'excitation (38) dans toutes les directions; un canal de circulation (12) ayant au moins une fenêtre (18 ou 20) dans une de deux parois (14, 16), lesdites parois étant parallèles entre elles et formant le canal (12), cette fenêtre (18 ou 20) s'étendant dans la direction longitudinale de ladite région (30, 32) ; une substance émettrice de rayonnement laser circulant dans le canal (12) dans une direction perpendiculaire à la direction longitudinale de ladite région et susceptible d'être excitée afin d'émettre un rayonnement laser, et un moyen optique (34, 36) entourant partiellement la source (22 ou 24) et permettant la formation d'une image (42) réelle du rayonnement provenant de la région (30, 32) dans une partie limitée de la substance émettrice entre les parois (14,16) et distant d'elles afin de prévoir une région excitée de forme générale cylindrique et allongée.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source (22, 24) comporte une lampe éclair, et que la région (30, 32) qui émet le rayonnement d'excitation (38) contient un plasma.

2

REVENDICATIONS

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le plasma est puisé.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance consiste en une solution colorante en circulation.

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen optique forme l'image dans la substance excitée, avec à peu près les mêmes dimensions que la région qui émet le rayonnement d'excitation.

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen optique comporte un réflecteur (34, 36) entourant partiellement la source (22, 24) ainsi qu'une surface convexe (50, 52) dans la fenêtre (18, 20) en face de la source pour recevoir la radiation du réflecteur permettant la focalisation de l'image de la région linéaire (30, 32) dans la substance émettrice.

7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface (44, 46) de la fenêtre faisant contact avec la solution colorante se trouve dans le même plan que la surface correspondante de la paroi.

8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde source, un second réflecteur et une seconde fenêtre placés sur le côté de la solution colorante en circulation, opposé à la première source, au premier réflecteur et à la première fenêtre.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les premier et second réflecteurs consistent en des réflecteurs elliptiques.

10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les première et seconde fenêtres consistent en des lentilles cylindriques en quartz.

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la lentille est d'une forme permettant une déviation minimale du rayonnement de la source réfléchie par le réflecteur.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la lentille comporte une surface plane en contact avec la substance et une surface circulaire tournée vers la source.

L'excitation d'une substance émettrice de rayonnement laser, par exemple une solution colorante en circulation, se fait généralement en appliquant un rayonnement d'excitation provenant d'une lampe éclair ou d'une source laser à cette substance afin de créer l'inversion de population utilisée pour l'émission. Dans de nombreuses applications, et particulièrement dans la séparation des isotopes ou l'enrichissement de l'uranium, des impulsions laser de haute puissance et de fréquence de répétition élevée, produites par une solution colorante en circulation, sont souhaitables pour produire l'énergie de rayonnement nécessaire pour la photo-excitation sélective. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3772519 décrit une application d'un laser de ce genre à un procédé d'enrichissement de l'uranium.

Quand les conditions de puissance et de fréquence de répétition augmentent, il devient de plus en plus important de faire un usage efficace des sources de rayonnement d'excitation créant l'inversion de population et, en même temps, d'éviter l'excitation et le chauffage qui en résultent de parties de la substance d'émission autres que celles directement utilisées pour la production d'un faisceau de laser. Le rendement dans la production de l'excitation de la substance émettrice permet la réalisation d'un faisceau de puissance maximale et de fréquence de répétition maximale tandis que la limitation de la région excitée, particulièrement dans les substances émettrices pompées latéralement, évite la détérioration progressive de l'émission laser, dans la limite de la substance émettrice avec la fenêtre de la pompe.