CH618048A5

CH618048A5 -

Info

Publication number: CH618048A5
Application number: CH1406675A
Authority: CH
Inventors: Charles T Pike; Richard H Levy
Original assignee: Jersey Nuclear Avco Isotopes
Priority date: 1974-11-01
Filing date: 1975-10-30
Publication date: 1980-06-30
Also published as: SE414252B; ES442275A1; IT1048037B; BE834998A; AU8606575A; CA1045234A; GB1512798A; FR2290061A1; US3944947A; SE7512221L; NL7512858A; IL48359A0; DE2548877A1; IL48359A; JPS5169390A

Description

L'invention a pour objet un procédé et un amplificateur 55 engendrant plusieurs faisceaux distincts de rayonnement laser puisé, présentant une intensité et une pureté spectrale suffisamment élevées pour réaliser un enrichissement isotopique par laser avec un bon rendement. L'invention a également pour objet une application de ce procédé pour obtenir une photo- h» excitation sélective d'un isotope d'uranium.

Le procédé selon l'invention se caractérise en ce que: on engendre une oscillation laser donnant un rayonnement de sortie stabilisé en fréquence ; on répartit ce rayonnement de sortie dans plusieurs voies d'amplification laser disposés en (>s parallèle ; on amplifie le rayonnement réparti, en conservant ses qualités spectrales, on assure un fonctionnement séquentiel de l'ensemble des voies d'amplification laser afin d'obtenir une impulsion de sortie de radiation laser amplifiée par voie et on répète lesdits pas afin d'assurer une série continue des impulsions laser de sortie, ladite série comprenant plusieurs impulsions de chaque voie d'amplification laser.

L'amplificateur pour la mise en œuvre de ce procédé se caractérise en ce qu'il comporte: un oscillateur laser fournissant un rayonnement de sortie stabilisé en fréquence; plusieurs voies d'amplification laser; un dispositif permettant de répartir le rayonnement laser fourni par ledit oscillateur entre chacune desdites voies d'amplification laser disposées en parallèle, et des moyens assurant un fonctionnement séquentiel en impulsions de chacune des différentes voies d'amplification laser, lesdits moyens assurant un fonctionnement séquentiel répété de façon à donner une série d'impulsions laser, ladite série comportant plusieurs impulsions de chaque voie d'amplification.

Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La fig. 1 est un diagramme séquentiel utile à la compréhension de l'invention ;

la fig. 2 est un schéma synoptique du dispositif d'amplification laser correspondant à l'invention ;

les fig. 3 et 4 sont des schémas d'un oscillateur laser stabilisé destiné à être utilisé dans le dispositif de l'invention ;

les fig. 5 et 6 sont deux vues dans des directions perpendiculaires des amplificateurs à colorant utilisés dans l'invention ;

la fig. 7 est un schéma d'un dispositif d'élargissement d'impulsions laser pouvant être utilisé dans l'invention;

la fig. 8 est un schéma d'un dispositif optique de combinaison de faisceaux laser, destiné à être utilisé dans le dispositif de l'invention.

L'amplificateur de l'invention fournit plusieurs faisceaux puisés de rayonnement laser ayant une intensité, une stabilité et une cohérence spectrale convenant à l'excitation sélective des différents isotopes contenus dans un courant de particules en mouvement. Les différents faisceaux laser puisés sont combinés pour permettre d'obtenir une cadence de répétition des impulsions plus élevée, afin de réaliser une excitation plus complète des particules en mouvement. Les différents faisceaux laser puisés sont combinés pour permettre d'obtenir une cadence de répétition des impulsions plus élevée, afin de réaliser une excitation plus complète des particules en mouvement.

La fig. 1 représente un diagramme séquentiel des impulsions laser, et montre la répartition dans le temps des impulsions des différentes faisceaux, et des impulsions du faisceau combiné. Les trains d'impulsions 12,14,16 et 18 représentent plusieurs faisceaux d'impulsions laser produits par les différents amplificateurs à laser de l'invention. La durée de ces impulsions peut atteindre une fraction non négligeable de microseconde. Les impulsions issues de chaque amplificateur, représentées par les trains d'impulsions 12 à 18', sont combinées pour fournir un faisceau de sortie composite, représenté par le train d'impulsions 20, qui consiste en une série d'impulsions laser ayant une cadence de répétition constante et supérieure à celle des trains -d'impulsions 12 à 18. Le facteur de multiplication de la cadence de répétition est égal au nombre de voies d'amplification distinctes. En utilisant le procédé de combinaison optique décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no. 3 924 937 mentionné précédemment, on peut obtenir pour le faisceau composite correspondant au train d'impulsions 20 des cadences de répétition de plusieurs dizaines de kilohertz, ce qui est intéressant pour réaliser une séparation isotopique à rendement élevé, dans l'enrichissement de l'uranium.

Pour que le faisceau combiné de rayonnement laser puisse réaliser une excitation présentant une sélectivité isotopique et un rendement élevé, il est nécessaire que toutes les impulsions de ce faisceau présentent essentiellement les mêmes caractéristi

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ques (stabilité, fréquence centrale, et largeur de bande). Les différentes voies d'amplification produisant les séries d'impulsions amplifiées distinctes représentées par les trains d'impulsions 12,14,16 et 18 ne doivent donc apporter aucun décalage de fréquence, même léger, ni aucune autre perturbation. ^

La fig. 2 représente un amplificateur permettant d'obtenir cette homogénéité spectrale. Cet appareil est constitué par un oscillateur laser et par plusieurs amplificateurs parallèles fournissant un groupe de faisceaux laser amplifiés du type de ceux correspondant aux trains d'impulsions 12 à 18. L'appareil repré- m senté sur la fig. 2 comporte en outre un dispositif permettant d'allonger la durée des impulsions et de combiner les faisceaux puisés de façon à obtenir un faisceau puisé composite correspondant au train d'impulsions 20.

Sur la fig. 2, un oscillateur 22 est excité par un laser à l'argon i ^ 24. L'oscillateur 22 fournit un faisceau laser continu 26 possédant une fréquence définie de façon précise et une largeur de bande permettant d'exciter sélectivement l'isotope d'uranium U-235. Lorsqu'on désire réaliser une photo-excitation sélective des différents isotopes, avec trois sauts d'énergie, la fréquence de sortie de cet oscillateur est généralement choisie dans la partie rouge-orange du spectre visible. Un dispositif du type de celui de la figure 2 peut être utilisé pour l'un quelconque des sauts d'énergie, ou pour plusieurs de ceux-ci.

L'oscillateur 22, constitué par un laser à colorant fonction-nant en régime permanent, peut avoir une puissance de sortie de l'ordre de 10 à 100 mW par voie d'amplification laser. Bien qu'il soit préférable d'utiliser un laser à colorant fonctionnant en régime permanent pour le maître-oscillateur 22, il est également possible d'utiliser d'autres lasers, y compris des lasers puisés dont la cadence de tir correspond au moins à celle du train d'impulsions 20.

Le faisceau de sortie 26 présente des caractéristiques définies de façon précise et extrêmement stables. L'oscillateur 22 peut être constitué par exemple par un laser à colorant stabilisé du type déjà connu. Les détails sont représentés sur les fig. 3 et 4, et comportent typiquement un laser accordable et une cavité, associés à un dispositif de stabilisation du rayonnement laser par réaction. La cellule à colorant 30 contient une solution de colorant qui constitue le milieu laser, et est associée à une cavité 40 et à un dispositif d'accord définissant la fréquence sur laquelle se produit l'effet laser. La cellule à colorant est représentée plus en détail sur la fig. 4, et comporte deux fenêtres 32 et 34 sur lesquelles sont déposés des revêtements anti-réfléchissants à la fréquence pour laquelle on désire obtenir l'effet laser. Les 45 fenêtres 32 et 34 sont maintenues ensemble par des plaques de compression 36 et 38, et par des joints annulaires 40. La solution de colorant constituant le milieu laser de la cellule 30 s'écoule de façon continue sous l'action d'une pompe, pénètre dans la région située entre les plaques 32 et 34 par la canalisa- so tion 42, et sort de cette région par la canalisation 44 pour retourner à un réservoir (non représenté).

La figure 3 montre qu'outre la cellule à colorant 30, la cavité laser comporte un miroir de sortie 46 ayant une surface concave 48 partiellement réfléchissante, et une lentille extérieure con- 55 vexe 50, permettant de régler la divergence du faisceau laser. Une lentille 51 est également disposée dans la trajectoire du faisceau laser, de l'autre côté de la cellule 30, pour collimater à nouveau le rayonnement sortant de la cellule 30 selon la trajectoire 52, avant qu'il ne soit réfléchi dans la cavité. Un miroir so dichroïque 54 placé dans la cavité réfléchit le rayonnement collimaté dans un filtre étalon 56, du type «Pérot et Fabry». Ce filtre peut pivoter par rapport à un axe central 58, et son mouvement de rotation est commandé par un élément piézoélectrique 60, attaqué par un signal appliqué sur la ligne 62. Le m filtre de Pérot et Fabry est généralement constitué par un jeu de fenêtres en silice fondue, placées parallèlement l'une à l'autre de façon à définir une cavité dont le facteur de transmission augmente au niveau des points de résonnance. Le rayonnement traversant le filtre de Pérot et Fabry 56 subit un réglage fin en fréquence correspondant à l'angle du filtre étalon 56, de la manière expliquée ci-après. La cavité comporte en outre un prisme 64 situé au-delà du filtre 56, et un miroir totalement réfléchissant qui constituent ensemble un dispositif de réglage grossier de la fréquence du rayonnement laser de la cellule à colorant 30.

Le laser à l'argon 24, agissant à travers le miroir dichroïque 54, selon la trajectoire 52, fournit le rayonnement d'excitation qui inverse la population des niveaux d'énergie du colorant de la cellule 30, de façon à permettre l'apparition d'un effet laser. Le rayonnement du laser à l'argon excite le colorant de la cellule 30 pour l'amener dans un état excité. La transition particulière qui se produit vers une bande d'énergie étroite correspondant à un ou plusieurs niveaux inférieurs est définie par la fréquence à laquelle la cavité est accordée, choisie typiquement pour correspondre à une raie d'absorption de l'isotope U-235, dans le cas de l'enrichissement d'uranium. Dans ce dispositif, la fréquence sur laquelle se produit l'effet laser est définie de façon précise et correspond à une raie d'absorption particulière pour l'isotope désiré, sans correspondre à une raie d'absorption voisine pour les autres isotopes. En se basant sur des tables publiées dans la littérature scientifique, ou en considérant des données spectros-copiques, on constate que des raies d'absorption de l'uranium convenant à cette utilisation peuvent être choisies dans la partie rouge-orange du spectre visible. En général, l'écart entre les raies d'absorption des isotopes U-235 et U-238 dans cette partie du spectre visible peut ne pas être supérieur à une fraction d'un nombre d'onde (cm-1).

Un diviseur de faisceau 68 prélève une partie, correspondant en général à quelques pour cent, du faisceau de sortie 25, et la dirige à travers un filtre étalon 70 du type Pérot et Fabry fixe. Le filtre 70 comporte une chemise de régulation de température 72 alimentée par un bain de régulation de température 76, par l'intermédiaire d'une canalisation 74. La température de ce bain est réglée de façon à maintenir constante la température du filtre étalon, avec une tolérance de 0,1°C de préférence.

Le filtre étalon 70 comporte typiquement une entretoise placée entre des miroirs de filtrage, ou plus généralement entre des fenêtres. L'entretoise est constituée généralement par du silicate e de titane à coefficient de dilatation extrêmement faible, qu'il est possible de se procurer dans le commerce avec un coefficient de dilatation de l'ordre de 3 X10~8 /°C, à la température ambiante. Avec une régulation de température à 0,1° C près, on obtient une stabilité supérieure à 10"8, soit 6 X10~5 Â, dans laplage de 6000 Â.

Après avoir traversé le filtre étalon, le rayonnement prélevé produit une figure d'interférence lorsqu'il est focalisé par une lunette 78 en un point situé entre une paire de photodétecteurs 80 et 82.

Le filtre étalon 70, du type «Pérot et Fabry», possède un facteur de transmission maximal pour la fréquence et l'angle de transmission correspondant à un nombre entier de demi-longueurs d'onde entre les fenêtres du filtre. De ce fait, plusieurs angles distincts offrent une transmission maximale à chaque fréquence, ce qui conduit à une figure en forme d'anneaux. Lorsqu'on modifie la fréquence du rayonnement incident, les positions des anneaux se modifient, dans des directions radiales, du fait de la modification des différents angles distincts auxquels se produit le maximum de transmission. Le champ de la lentille 78 isole un élément de faibles dimensions d'un anneau, pratiquement un point, et le focalise en un point situé entre les photodétecteurs 80 et 82. Les photodétecteurs sont généralement placés selon une direction radiale de la figure formée par les anneaux.

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Les signaux de sortie des détecteurs 80 et 82 sont appliqués aux entrées négative et positive d'un amplificateur différentiel 88, par l'intermédiaire respectivement des résistances d'entrée 84 et 86. L'amplificateur différentiel 88 peut comporter un ou plusieurs étages d'amplification. L'entrée positive est polarisée ^ au niveau de la masse par une résistance 90, tandis que l'entrée négative reçoit un signal appliqué par un circuit de contre-réaction constitué par une résistance 92, déterminant le gain, monté en parallèle par rapport à un condensateur 94, réalisant une stabilisation en agissant sur la réponse en fréquence. n:

La sortie de l'amplificateur 88 est appliquée au dispositif piézo-électrique d'entraînement 60, par l'intermédiaire de la ligne 62. Un bras 96 commandant le mouvement pivotant du filtre étalon 58 est appliqué par un ressort 100 contre un arbre 98 constituant la sortie mécanique du dispositif piézo-électrique 15 60. La commande en boucle fermée de l'angle du filtre 56 assure la stabilisation de fréquence désirée du faisceau de sortie 26 appliqué dans tout le système représenté sur la fig. 2.

On retournera maintenant à la fig. 2 qui montre que le faisceau de sortie 26 du laser à colorant 22 est réfléchi par un 2« miroir 102 en direction d'un premier diviseur de faisceau 104.

Sous l'action de ce diviseur, une partie du faisceau 26 traverse une lentille 106 et atteint une cellule à colorant 108, jouant le rôle d'amplificateur laser non résonnant. La cellule à colorant 108 est excitée par des impulsions de rayonnement produites 2s par un laser à l'azote 110, et appliquées par l'intermédiaire d'une lentille cylindrique de focalisation 112. Ces impulsions accomplissent une excitation transversale du colorant contenu dans la cellule 108, au niveau d'une région de forme allongée. Le faisceau laser puisé et amplifié issu de la cellule à colorant u> 108 est appliqué à un diviseur de faisceau 120, par l'intermédiaire d'une lentille 114 et d'un filtre 116, facultatif, servant à limiter la superradiance du faisceau de sortie 118 et de la cellule 108. Le diviseur de faisceau 120 appartient à un élargisseur d'impulsions 122. Les impulsions laser renvoyées dans la direc- 15 tion du faisceau 118 sont réfléchies par le diviseur de faisceau 120 et appliquées à un dispositif optique de combinaison 124, du type de celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no. 3 924 937 mentionné précédemment.

D'autres voies d'amplification laser reçoivent d'autres frac- 40 tions du faisceau 26. L'une de ces voies comporte le diviseur de faisceau 104', la lentille 106', etc. Cette voie comporte les mêmes éléments que la voie d'amplification décrite précédemment, et ses éléments portent les mêmes numéros de référence, accompagnés du symbole ('). On peut employer autant de voies 45 parallèles d'amplification laser qu'on le désire, ou qu'il est nécessaire de combiner par le dispositif optique 124 pour obtenir la cadence de répétition d'impulsions désirée, dans la limite permise par la puissance disponible au niveau du faisceau de sortie 26 du laser à colorant 22. 50

Les lentilles 106 ou 106' focalisent le rayonnement du faisceau 26 dans une région de la cellule à colorant 108 possédant une grande longueur et une faible section transversale.

Ceci apparaît plus clairement sur la représentation de la cellule à colorant 108 faite sur les figures 5 et 6. La figure 5 montre que 55 cette cellule possède deux fenêtres latérales en verre, 128 et 130, disposées sur la trajectoire 126 d'un faisceau laser. La trajectoire 126 fait avec les fenêtres 128 et 130 un angle différent de la normale, pour empêcher des réflexions de rayonnement qui risqueraient d'affecter la stabilité de fréquence du 6« rayonnement amplifié. La coupe transversale représentée sur la fig. 6 montre que la trajectoire 126 du faisceau laser n'intéresse qu'une zone de faibles dimensions, correspondant approximativement à 1 mm2. La lentille 106 focalise dans cette zone de faibles dimensions le rayonnement fourni par le faisceau 26, de m manière à améliorer ainsi l'effet d'amplification. De façon similaire, la lentille cylindrique 112 focalise le rayonnement d'excitation puisé fourni par un laser à l'azote 110 dans une zone d'excitation de section transversale également faible, de l'ordre de 0,1 mm X 1 mm. La longueur typique de la trajectoire laser 126 est de 5 cm, mais il est possible d'utiliser des longueurs différentes, en fonction de l'amplification désirée. Une longueur de 5 cm produit en général une impulsion de sortie d'une durée de plusieurs nanosecondes et d'une puissance de crête de 5 kW, pouvant être utilisée pour l'enrichissement isotopique par laser. Du fait que la cellule à colorant 108 ne comporte aucun élément réfléchissant définissant une cavité, seul un effet d'amplification se manifeste sur le rayonnement extrêmement stable du laser à colorant 22 qui traverse la cellule 108.

La représentation de la structure physique de la cellule à colorant 108 faite sur les figures 5 et 6 montre que le colorant traverse la cellule en passant successivement par une canalisation d'entrée 132, un écran à turbulences et à bulles, 134, formant obstacle à l'écoulement, et une zone rétrécie 136 au niveau de laquelle se trouve la trajectoire 126 du faisceau laser. La pièce 138 constituant la paroi arrière de la zone rétrécie 136 est de préférence réfléchissante au point de vue optique, tandis que la paroi opposée 140 est constituée par une fenêtre en quartz permettant le passage des impulsions de rayonnement d'excitation fournies par le laser à l'azote 110.

On retournera maintenant là à la fig. 2 sur laquelle est représenté un séquenceur 142 qui fournit des impulsions de déclenchement aux élargisseurs d'impulsions 122 . .. 122'. Ces derniers déclenchent à leur tour le fonctionnement des lasers 110 ... 110', pour exciter de façon puisée les cellules à colorant 108 .. . 108', selon la séquence représentée par les trains d'impulsions 12 à 18 de la fig. 1.

L'élargisseur d'impulsions 122 est décrit plus en détail dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique no. 360 178 mentionnée précédemment, tandis que le dispositif optique de combinaison 124 est décrit plus en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no. 3 924 937 mentionnée précédemment.

La fig. 7 représente un élargisseur d'impulsions auquel est appliqué le faisceau de sortie 144 de l'amplificateur laser 108. Ce faisceau est constitué par des impulsions représentées graphiquement en 145, possédant une durée faible, égale à 5 ns, et possédant de préférence une bande de fréquence étroite. L'amplificateur laser 108 est placé de façon à ce que le faisceau de sortie 144 soit polarisé horizontalement, et appliqué à un diviseur de faisceau 146. La majeure partie du rayonnement du faisceau 144 traverse ce diviseur de faisceau et atteint un cristal polariseur 148, du type «Glan-Thompson», qui est orienté de façon à transmettre le rayonnement du faisceau 144 à une cellule à colorant 150. La cellule 150 fournit une amplification laser. Après avoir traversé la cellule 150, le faisceau 144 est appliqué à une lame de retard quart d'onde 152 qui, de façon classique, convertit la polarisation horizontale en polarisation circulaire. Le faisceau est ensuite réfléchi par un miroir totalement réfléchissant 154, et retourne par la lame de retard quart d'onde 152 à la cellule à colorant 150, pour y subir une seconde amplification. La polarisation du faisceau a alors tourné de 90°C, et lorsque ce faisceau quitte la cellule 150 après avoir subi la seconde amplification, il est réfléchi par le cristal polariseur 148, du type «Glan-Thompson». Le faisceau réfléchi est appliqué à une lame de retard demi-onde 156, pour rétablir la polarisation horizontale. Le faisceau polarisé horizontalement est ensuite appliqué à un prisme de Brewster 158, pour accroître la sélectivité de fréquence. Le faisceau quittant le prisme 158 est appliqué à un miroir totalement réfléchissant 160 qui le renvoie vers le diviseur de faisceau 146. Le diviseur de faisceau 146 est choisi de façon à être partiellement réfléchissant pour le rayonnement provenant du miroir 160, de manière à renvoyer une fraction prédéterminée de ce rayonnement vers la cellule 150, à travers le cristal 148, ce qui ferme une boucle de réaction. La

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fraction du faisceau qui est réfléchie par le diviseur de faisceau 146 est choisie de préférence égale à l'inverse du facteur d'amplification du faisceau au cours de ses passages multiples dans la cellule à colorant 150. De plus, le chemin optique du faisceau 144 correspondant au trajet total accompli en partant du diviseur de faisceau 146, en traversant la cellule à colorant 150 et en revenant au diviseur de faisceau 146 par le miroir 160, est choisi de préférence de façon à être au moins égal à la largeur de l'impulsion, de manière à ce que ladite fraction prédéterminée de rayonnement réfléchie par le miroir 146 soit réappliquée à la cellule 150 aussitôt après l'impulsion précédente, pour produire une suite continue d'impulsions d'amplitude constante, représentée sur le graphique 162. La configuration représentée permet d'extraire les impulsions amplifiées par l'amplificateur laser, tout en étant isolé du rayonnement d'entrée, de façon à ce qu'aucun rayonnement de sortie ne soit réappliqué au laser 108 en risquant de perturber son fonctionnement. La durée de la suite est déterminée par la durée pendant laquelle la cellule 150 est maintenue en état de produire un effet laser.

La cellule à colorant 150 est amenée dans cet état en créant une inversion de population dans les molécules de colorant, par application d'une énergie d'excitation produite par une lampe éclair 164. La lampe éclair 164 est alimentée par une alimentation 166. Pour obtenir une synchronisation correcte entre le fonctionnement de l'alimentation 166 et le rayonnement d'exci- • tation résultant de la lampe éclair 164, d'une part, et le déclenchement du laser à l'azote 110 de la cellule à colorant 108,

d'autre part, on utilise une photodiode 168 qui détecte l'illumination d'excitation de la lampe éclair 164 et applique un signal au détecteur de seuil 170. Facultativement, on peut utiliser un commutateur 172 pour appliquer au détecteur de seuil 170 le courant appliqué à la lampe éclair 164, à la place du signal de la photodiode 168. Le détecteur de seuil 170 peut être réglé par un organe 174 de façon à appliquer un signal de sortie à la porte 176 pour une amplitude prédéterminée du signal de la photodiode ou du courant de la lampe éclair. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, un circuit monostable 180 n'ouvre la porte 176 que pendant un très court intervalle, pour transmettre le signal du détecteur de seuil 170 et faire fonctionner l'alimentation 178 du laser 110. Le circuit monostable 180 40 est déclenché par un circuit de retard 182 dont le retard est réglé par un organe 184. Le circuit de retard 182 est attaqué par le signal d'excitation de la lampe éclair, provenant de l'alimentation 166, et la porte 176 n'est donc ouverte que pendant une courte durée suivant immédiatement l'excitation de la lampe 45 éclair 164. On peut utiliser un générateur d'impulsions 186, déclenché par le séquenceur 142, pour faire fonctionner périodiquement l'alimentation 166, afin d'engendrer des impulsions ayant une cadence de répétition et étant réparties dans le temps de la manière représentée sur la fig. 1.

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Le détecteur de seuil 170 est réglé de préférence de façon à ce que l'impulsion de rayonnement du faisceau 144 soit appliquée à la cellule à colorant 150 au moment où celle-ci a été suffisamment excitée pour produire une amplification laser,

mais avant que cette cellule n'entre en auto-oscillation. Ceci t conserve la pureté spectrale nécessaire dans l'application considérée à titre d'exemple, relative à une absorption sélective par différents isotopes. Des éléments d'accord supplémentaires peuvent être introduits sur la trajectoire du faisceau laser, si on le désire.

La fig. 8 représente un dispositif optique de combinaison dans lequel un groupe de faisceaux laser 188 venant d'élargis-seurs d'impulsions 122 ... 122' selon des directions radiales sont dirigés vers un point central. Ce point est entouré par un réseau 190 de miroirs fixes 192 inclinés à 45°, de façon à ' réfléchir les impulsions successives de rayonnement des faisceaux laser 188 selon des trajectoires 194 disposées parallèlement à l'axe central 196 du réseau de miroirs 190. Toutes les trajectoires 194 sont à la même distance de l'axe 196, et sont réparties régulièrement sur un cylindre imaginaire ayant l'axe 196 pour axe longitudinal. Le réseau de miroirs 190 permet une disposition commode des lasers, mais on notera qu'on peut utiliser toute autre configuration procurant à la trajectoire du faisceau laser de sortie une symétrie cylindrique ou conique.

Le rayonnement se propageant selon les trajectoires 194 est appliqué à un prisme 198 possédant une section transversale en forme de losange, et présentant une première surface réfléchissante 200 et une seconde surface réfléchissante 202, sur des faces opposées. La première surface réfléchissante 200 est orientée de façon à recevoir chaque impulsion de rayonnement provenant des miroirs 192. L'axe de rotation du prisme 198 coincide avec l'axe 196 et traverse la seconde surface réfléchissante 202. Après réflexion du faisceau d'entrée sur les surfaces 200 et 202, on obtient un faisceau de sortie unique 204, quel que soit le faisceau d'entrée. Le mécanisme d'entraînement 206 du prisme 198 est commandé par le séquenceur 142 de façon à ce que chaque impulsion de rayonnement venant de chaque miroir 192 soit correctement centrée sur la première surface réfléchissante 200 du prisme 198. On obtient ainsi sur l'axe 204 un faisceau puisé correspondant au train d'impulsions 20 de la fig. 1, possédant une cadence de répétition supérieure à celle de chacun des faisceaux 194, tout en ayant la même stabilité et la même pureté spectrales que chacun de ces faisceaux.

3 feuilles dessins

Claims

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REVENDICATIONS

1. Procédé d'amplification d'un rayonnement laser, caractérisé en ce que: on engendre une oscillation laser donnant un rayonnement de sortie stabilisé en fréquence; on répartit ce rayonnement de sortie dans plusieurs voies d'amplification laser > disposés en parallèle: on amplifie le rayonnement réparti, en conservant ses qualités spectrales, on assure un fonctionnement séquentiel de l'ensemble des voies d'amplification laser afin d'obtenir une impulsion de sortie de radiation laser amplifiée par voie, et on répète lesdits pas afin d'assurer une série m continue des impulsions laser de sortie, ladite série comprenant plusieurs impulsions de chaque voie d'amplification laser.
2. Amplificateur laser pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte: un oscillateur laser (22,24) fournissant un rayonnement de sortie 15 stabilisé en fréquence: plusieurs voies d'amplification laser (108,108') ; un dispositif (104,104') permettant de répartir le rayonnement laser fourni par ledit oscillateur entre chacune desdites voies d'amplification laser disposées en parallèle, et des moyens (142) assurant un fonctionnement séquentiel en impul- 2» sions de chacune des différentes voies d'amplification laser

(108,108'), lesdits moyens (142) assurant un fonctionnement séquentiel répété de façon à donner une série d'impulsions laser, ladite série comportant plusieurs impulsions de chaque voie d'amplification. 25
3. Amplificateur laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites voies d'amplification laser comportent des moyens assurant une amplification en impulsions du rayonnement laser dudit oscillateur et en ce que ces moyens (142)

assurant le fonctionnement séquentiel en impulsions des diffé- .10 rentes voies d'amplification laser maintiennent un intervalle constant entre les impulsions fournies par chaque voie, les impulsions produites par les différentes voies d'amplification étant réparties uniformément à l'intérieur de l'intervalle séparant deux impulsions consécutives d'une voie quelconque. is
4. Amplificateur laser selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de combiner les impulsions de rayonnement laser de chacune desdites voies d'amplification, de façon à donner un faisceau composite présentant une cadence de répétition d'impulsions supérieure. 40
5. Amplificateur laser selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant d'augmenter la durée de chaque impulsion de rayonnement fournie par les voies d'amplification laser.
6. Amplificateur laser selon la revendication 4, dans lequel 45 l'oscillateur laser est stabilisé par un circuit de contrôle par réaction, caractérisé en ce que ce circuit comprend des moyens (68) pour diviser le faisceau laser (26) fourni de l'oscillateur laser, des moyens (70,80,82,88) pour produire un signal de contrôle en fonction de la fréquence de la fraction divisée du 50 faisceau, et des moyens (56,70) répondant audit signal de contrôle pour ajuster la fréquence de l'oscillateur laser (22,24)

à une fréquence désirée.
7. Amplificateur laser selon la revendication 2, caractérisé

en ce que chacune desdites voies d'amplification comporte un 55 amplificateur laser à pompage transversal.
8. Amplificateur laser selon la revendication 7, caractérisé en ce que ces amplificateurs laser à pompage transversal comportent des faces réfléchissantes (128,130) inclinées d'un angle différent de la normale aux trajectoires de rayonnement traver- «) sant les amplificateurs laser à pompage transversal de la radiation de l'oscillateur laser (22,24) de façon à empêcher toute modification de la fréquence du rayonnement laser causée par la réflection des faces réfléchissantes.
9. Amplificateur laser selon la revendication 8, caractérisé « en ce que les voies d'amplification comportent en outre un laser d'excitation (110,110') et que ces voies sont une cellule à colorant possédant un canal allongé (136) de circulation du colorant, ce canal présentant une faible section transversale par rapport à sa longueur; et qu'une lentille (112) est prévue afin de permettre de focaliser le rayonnement dudit laser d'excitation à travers ce canal.
10. Amplificateur laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que les voies d'amplification comportent des moyens engendrant des impulsions amplifiées du rayonnement laser de l'oscillateur et des moyens permettant d'allonger la durée des impulsions amplifiées de rayonnement laser.
11. Amplificateur laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit oscillateur est constitué par un oscillateur laser à colorant (22) fonctionnant en régime continu.
12. Amplificateur laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit oscillateur laser (22,24) est un oscillateur à haute stabilité et à faible puissance dont la fréquence est choisie de façon à permettre une excitation sélective d'un isotope d'uranium.
13. Amplificateur laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit oscillateur laser comporte une source d'excitation constituée par un laser à l'argon, et un laser à colorant fonctionnant en régime continu.
14. Amplificateur laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que la puissance du rayonnement de sortie de l'oscillateur laser est de 0,01 à 0,1 W par voie d'amplification.
15. Amplificateur laser selon les revendications 9 et 14, caractérisé en ce que le laser d'excitation fournit un rayonnement laser puisé d'une puissance de crête de 5 kW, au moins.
16. Amplificateur laser selon la revendication 7, caractérisé en ce que les amplificateurs laser à pompage transversal comportent une région active ayant une forme de faible section transversale par rapport à sa longueur, cette région étant soumise au pompage transversal et à laquelle est appliqué le rayonnement de l'oscillateur laser, et qu'ils comportent en outre des lentilles (106,106') focalisant ce rayonnement laser dans cette région active, des moyens étant prévus pour collimater le rayonnement laser amplifié issu de ladite région.
17. Amplificateur laser selon la revendication 2 déstiné à réaliser une excitation sélective d'un isotope d'uranium, l'oscillateur (22,24) étant un oscillateur laser à colorant qui fournit un faisceau de rayonnement laser de sortie, dont la fréquence permet de réaliser cette excitation sélective, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs voies d'amplification laser a pompage transversal comportant chacun une région allongée et de faible section transversale par rapport à leur longueur, soumise à un pompage transversal, dans laquelle se produit une amplification laser; des moyens (104,104') permettant de diriger, en parallèle, le rayonnement de sortie de l'oscillateur laser dans chacune desdites régions d'amplification; une source d'impulsions d'excitation (110,110') servant à réaliser le pompage transversal de la région d'amplification, grâce à laquelle chacune desdites régions d'amplification fournit des impulsions amplifiées du rayonnement laser produit par l'oscillateur laser à colorant, les impulsions (17-18) fournies par les différentes régions étant échelonnées dans le temps; des moyens (122,122') attaqués par les impulsions amplifiées de rayonnement laser fournies par chacune des régions d'amplification, et accroissant la durée de ces impulsions; et des moyens (124) combinant en un faisceau unique les impulsions de rayonnement laser de durée accrue provenant de chacune des régions d'amplification, de façon à obtenir un rayonnement laser ayant une cadence de répétition élevée par rapport aux cadences desdites impulsions.
18. Amplificateur laser selon la revendication 17, caractérisé par une boucle de réaction (68,70,80,82,88,60,56) associée audit laser à colorant fonctionnant en régime continu de façon à régler sa fréquence pour obtenir un rayonnement laser de sortie sur une fréquence stable correspondant à une fréquence d'absorption dudit isotope d'uranium, la bande de

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fréquence de ce rayonnement ne comportant pas de fréquence correspondant à une raie d'absorption d'un autre isotope d'uranium ; la source d'impulsions d'excitation ayant pour effet que chacun des amplificateurs laser fournit en sortie un faisceau puisé de rayonnement laser amplifiée ; des moyens ( 142) défi- s nissant la répartition dans le temps des impulsions des faisceaux fournis par lesdits amplificateurs laser agissant de manière à ce que l'intervalle de temps séparant des impulsions consécutives de chaque amplificateur laser soit constant, et de manière à ce qu'au cours de l'intervalle de temps séparant deux impulsions m consécutives de l'un des amplificateurs laser, les autres amplificateurs laser produisent chacun une impulsion, ces impulsions étant réparties de façon régulière à l'intérieur de l'intervalle de temps; des moyens (122,122') recevant les impulsions amplifiées de rayonnement laser produites par chacun desdits amplifi-1s cateurs laser ajoutant à chacune de ces impulsions une série d'impulsions identiques supplémentaires, de façon à obtenir une suite d'impulsions adjacentes accroissant la durée des impulsions par les amplificateurs laser; et que les moyens (124) combinant en un faisceau unique les impulsions de rayonnement 20 laser, sont constituées par un dispositif optique tournant synchronisé de façon à recevoir selon des trajectoires d'entrée distinctes les différentes impulsions de durée accrue provenant de chacun des amplificateurs laser, et de façon à combiner ces impulsions sur une trajectoire de sortie unique, pour obtenir le 25 faisceau composite de cadence de répétition d'impulsions supérieure.
19. Application du procédé selon la revendication 1 pour obtenir une photo-excitation sélective d'un isotope d'uranium.

Dans le procédé d'enrichissement isotopique par laser, on utilise un rayonnement laser puisé pour appliquer à un courant 35 de vapeur d'uranium une excitation présentant une sélectivité isotopique. Ce type dp procédé est décrit par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique no. 3 772 518 et 3 939 354. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no. 3 924 937, on propose d'augmenter la cadence de tir du rayonnement laser 4« appliqué, et donc le rendement du procédé, en utilisant un dispositif optique tournant de façon à combiner en un seul faisceau une série d'impulsions de rayonnement réparties dans le temps, et provenant de plusieurs faisceaux. Le faisceau combiné ainsi obtenu présente une cadence de répétition d'impul- 45 sions plus élevée. Dans un tel dispositif, il est nécessaire de disposer d'un appareil engendrant plusieurs faisceaux puisés de rayonnement laser. Les impulsions de chaque faisceau doivent apparaître à des instants déterminés, et le rayonnement laser de chaque faisceau doit présenter une bonne stabilité et une bonne 50 cohérence spectrale par rapport au rayonnement des autres faisceaux, de manière à ce que la faisceau combiné permette une photo-excitation présentant une sélectivité isotopique et un bon rendement.