FR2504744A1 - CO2 LASER SCELLE - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN LASER AU CO SCELLE. LA CAVITE DE DECHARGE 320 DE CE LASER EST DELIMITEE PAR DES PAROIS LATERALES 306, 304 ET DES COUVERCLES SUPERIEUR ET INFERIEUR 332, 334 RESPECTIVEMENT. A L'INTERIEUR DE L'ENCEINTE AINSI FORMEE, SONT MONTEES DES ELECTRODES 301, 302 CONSTITUANT RESPECTIVEMENT LA CATHODE ET L'ANODE DU CIRCUIT DE DECHARGE D'EXCITATION DU LASER. L'INVENTION EST UTILISEE POUR AMELIORER LA RESISTANCE AUX VIBRATIONS ET LA DUREE DE CONSERVATION DES LASERS, AINSI QUE POUR REDUIRE LEUR SENSIBILITE AUX VARIATIONS DU COURANT ELECTRIQUE D'ENTREE.THE INVENTION RELATES TO A CO-SEALED LASER. THE DISCHARGE CAVITY 320 OF THIS LASER IS BOUNDED BY SIDE WALLS 306, 304 AND TOP AND BOTTOM COVERS 332, 334 RESPECTIVELY. INSIDE THE ENCLOSURE THUS FORMED, ARE MOUNTED ELECTRODES 301, 302 CONSTITUTING RESPECTIVELY THE CATHODE AND THE ANODE OF THE LASER EXCITATION DISCHARGE CIRCUIT. THE INVENTION IS USED TO IMPROVE THE VIBRATION RESISTANCE AND SHELF LIFE OF LASERS, AS WELL AS TO REDUCE THEIR SENSITIVITY TO VARIATIONS IN THE INPUT ELECTRIC CURRENT.
Description
La présente invention a pour objet un laserThe present invention relates to a laser
au CO' scellé, robuste et simple excité transversale- with CO 'sealed, robust and simple excited transverse-
ment sous pression atmosphérique et dans lequel on adopte une technique de préionisation par décharge à effluve. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 4 207 540 accordé au nom de G J Ernst, ainsi qu'un article de Ernst et Boer intitulé "Construction and Performance Characteristics of a Rapid Discharge TEA C 02 Laser" et paru dans "Optics Communications", Volume 27, No 1, Octobre 1978, page 105, on décrit un laser à écoulement de C 02 gazeux dans lequel on adopte under atmospheric pressure and in which a corona discharge preionization technique is adopted. In U.S. Patent No. 4,207,540 issued to GJ Ernst, as well as an article by Ernst and Boer titled "Construction and Performance Characteristics of a Rapid Discharge TEA C 02 Laser" and published in "Optics Communications ", Volume 27, No. 1, October 1978, page 105, there is described a C 02 gas flow laser in which one adopts
une technique de préionisation par décharge à effluve. a corona discharge preionization technique.
Cette technique de décharge consiste à utiliser un champ électrique intense pour amorcer une décharge à This discharge technique involves using an intense electric field to initiate a discharge at
effluve à l'intérieur de l'alésage du laser, cette dé- inside the bore of the laser, this
charge engendrant une lumière ultraviolette qui pré- charge generating ultraviolet light which pre-
ionise le gaz dans la zone de décharge principale du laser La figure 2 de l'article précité et la figure 3 du brevet mentionné ci-dessus illustrent les détails de ionizes the gas in the laser's main discharge zone Figure 2 of the above-mentioned article and Figure 3 of the patent mentioned above illustrate the details of
construction pertinents de ce laser L'invention dé- relevant construction of this laser The invention de-
crite et revendiquée dans ce brevet est un système com- written and claimed in this patent is a com-
biné caractérisant un circuit de décharge particulier et un raccordement électrique particulier au système de préionisation à électrodes Dans ces deux références, characterizing a particular discharge circuit and a particular electrical connection to the electrode preionization system In these two references,
le gaz s'écoule continuellement à travers le volume ac- the gas flows continuously through the volume
tif, produisant ainsi un milieu ambiant différent de tif, thus producing a different ambient
celui d'un laser scellé.that of a sealed laser.
La présente invention concerne un laser au C 02 The present invention relates to a C 02 laser
301 perfectionné excité transversalement sous pression atmos- 301 perfected excited transversely under atmospheric pressure
phérique et préionisé par décharge à effluve, ce laser pheric and preionized by discharge discharge, this laser
étant conçu pour fonctionner dans des conditions d'étan- being designed to operate under conditions of
chéité et avoir une longue durée de conservation, la Construction mécanique de la cavité de ce laser étant have a long shelf life, the mechanical construction of the cavity of this laser being
:; odifiée vis-à-vis des dispositifs de la technique anté- :; odified vis-à-vis the devices of the prior art
-ieure afin d'améliorer son rendement dans des conditions d'étanchéité durables et de réduire la surbordination du dispositif de la technique antérieure à un circuit in order to improve its efficiency under long-lasting sealing conditions and to reduce the over-coordination of the device of the prior art to a circuit
électrique particulier.particular electric.
Dans les dessins annexés la figure 1 illustre un détail du laser de la technique antérieure, décrit dans l'article précité; In the accompanying drawings Figure 1 illustrates a detail of the prior art laser described in the aforementioned article;
la figure 2 est une reproduction de la figu- FIG. 2 is a reproduction of FIG.
re 3 du brevet précité; la figure 3 est une coupe transversale d'un laser construit suivant la présente invention; et la figure 4 est une vue éclatée d'un laser re 3 of the aforementioned patent; Figure 3 is a cross-section of a laser constructed in accordance with the present invention; and FIG. 4 is an exploded view of a laser
construit suivant la présente invention. constructed according to the present invention.
En figure 3, on représente, par une coupe In FIG. 3, a section is shown
transversale, une cavité de laser conçue suivant la pré- cross-section, a laser cavity designed according to the
sente invention, dans laquelle le volume 320 est la cavi- invention, in which the volume 320 is the cavity
té de décharge du laser qui est délimitée par des pa- laser discharge tee which is delimited by
rois latérales 306 et 304, ainsi que des couvercles side kings 306 and 304, as well as lids
332 et 334 au sommet et à la base respectivement. 332 and 334 at the top and at the base respectively.
L'axe optique du laser est perpendiculaire au plan du dessin, tandis que les axes transversaux 350 et 351 passent par les couvercles 332, 334 et les parois 304, The optical axis of the laser is perpendicular to the plane of the drawing, while the transverse axes 350 and 351 pass through the covers 332, 334 and the walls 304,
306 respectivement Dans la forme de réalisation illus- 306 respectively In the illustrated embodiment
trée, les parois et les couvercles sont constitués d'une substance diélectrique telle que le "MACOR" qui est un verre céramique usinable fabriqué par "Corning Glass Works", tandis que les joints 309 et 311 formés entre les parois et les couvercles sont scellés hermétiquement par soudure au moyen d'une fritte de verre ou en adoptant The walls and covers consist of a dielectric material such as "MACOR" which is a machinable ceramic glass made by "Corning Glass Works", while the seals 309 and 311 formed between the walls and the covers are sealed. hermetically by welding by means of a glass frit or by adopting
une technique d'étanchéification équivalente A l'inté- an equivalent sealing technique
rieur des enceintes ainsi formées, sont montées des élec- of the enclosures thus formed, have mounted electri-
trodes 301 et 302 qui sont respectivement la cathode et trodes 301 and 302 which are respectively the cathode and
l'anode du circuit de décharge d-excitation du laser. the anode of the laser excitation discharge circuit.
Ces Électrodes sont raccordées, via les couvercles 334 These electrodes are connected via lids 334
et 332, par des organes 307 et 308 respectivement, les- and 332, by members 307 and 308 respectively, the
3 S *' e sont façonnés de façon à avoir une faible inductan- 3 S * 'e are shaped so as to have a low inductance
* faciliter la formation d'un joint étanche entre * facilitate the formation of a tight seal between
250474 J250474 J
l'organe métallique conducteur et le couvercle Le joint formé entre les organes de raccordement et les couvercles est étanchéifié au moyen d'une résine époxy the conductive metal member and the cover The seal formed between the connecting members and the covers is sealed by means of an epoxy resin
ou par soudure à l'ai-de d'une fritte de verre Les con- or by welding with a glass frit
S figurations des électrodes 301 et 302 sont étudiées con- S figurations of the electrodes 301 and 302 are studied
formément au procédé donné par Chang (voir brevet préci- according to the process given by Chang (see
té de Ernst, lignes 54-56), dans lequel les paramètres sont les suivants: K = 0,02, ' = cosinus d'arc (-K), l'écartement entre les électrodes 301 et 302 étant, à Ernst, lines 54-56), in which the parameters are as follows: K = 0.02, '= arc cosine (-K), the spacing between the electrodes 301 and 302 being, at
titre d'illustration, de l centimètre. As an illustration, one centimeter.
A l'intérieur de la paroi 304 de la cavité du Inside the wall 304 of the cavity of the
laser, est usiné un volume rentrant 314, à une profon- laser, is machined a reentrant volume 314, to a depth
deur calculée de telle sorte que l'épaisseur de paroi restante entre l'électrode et ce volume rentrant ait calculated so that the remaining wall thickness between the electrode and this incoming volume
une valeur critique, par exemple, 2 millimètres, laquel- a critical value, for example, 2 millimeters, which
le dépendra de la matière choisie pour la paroi 304. it will depend on the material chosen for the wall 304.
Dans la cavité ainsi définie 314, est introduite une In the cavity thus defined 314, is introduced a
électrode 310 qui est raccordée électriquement à la ca- electrode 310 which is electrically connected to the housing
thode 301 au moyen d'un parcours à faible inductance (non représenté dans le schéma) L'électrode 310 est thode 301 by means of a low inductance path (not shown in the diagram) The electrode 310 is
disposée dans la cavité 314 de telle sorte que son ex- arranged in the cavity 314 so that its former
trémité supérieure soit située au voisinage de la tran- upper tremity is located in the vicinity of the tran-
sition créée dans la surface de l'électrode 302 entre created in the surface of electrode 302 between
la surface courbe 321 tournée vers la cathode et la sur- the curved surface 321 facing the cathode and the sur-
2 '5 face plane 322 entrant en contact avec le bord de la pa- 2 '5 flat face 322 coming into contact with the edge of the pa-
roi 304 La zone de transition 312 o ces deux surfaces se rejoignent, n'est pas anguleuse, mais arrondie avec king 304 The transition zone 312 o these two surfaces meet, is not angular, but rounded with
un rayon d'au moins 0,076 mm L'électrode 310 est dis- a radius of at least 0.076 mm The electrode 310 is dis-
posée parallèlement à l'axe transversal 350, de telle 3 ( sorte que son bord supérieur soit situé pratiquement à parallel to the transverse axis 350, such that its upper edge is located substantially at
la même hauteur que la zone de transition 312 de l'élec- the same height as the transition zone 312 of the elec-
trode 302 et que la plus courte distance entre les élec- trode 302 and that the shortest distance between
frro Jes 310 et 302 passe à travers au moins une partie de frro Jes 310 and 302 passes through at least a portion of
a u-ne de cavité 320 sans traverser entièrement la pa- without a cavity 320 without completely crossing the pa-
i 304 Par suite de cet écartement, la distance la As a result of this separation, the distance
_;el Jrte et, partant, le champ dc plus forte intensi- and, therefore, the field of greatest intensi-
té ne se situent pas à l'intérieur de la paroi 304, ce qui pourrait avoir tendance à favoriser une rupture de la matière dont est constituée cette paroi 304, mais are not located inside the wall 304, which could tend to promote a rupture of the material of which this wall 304 is made, but
ils se situent plutôt partiellement dans la zone de rem- they are located partly in the area of
plissage de milieu de C 02 320 Le champ électrique in- tense créé dans l'angle o la surface 321 rejoint la paroi 304, détache des électrons de la matière de cette dernière et engendre une décharge à effluve qui descend le long de la surface de la paroi 304 en direction de The intense electric field created at the angle where the surface 321 joins the wall 304 detaches electrons from the material of the latter and generates a corona discharge which descends along the surface of the wall. the wall 304 towards
l'électrode 301, produisant ainsi des radiations ultra- electrode 301, thereby producing ultraviolet radiation
violettes Les radiations ultraviolettes ainsi créées traversent toute la zone 320, ce qui a pour effet de violets The ultraviolet radiation thus created crosses the entire zone 320, which has the effect of
soumettre le gaz à une préionisation. subject the gas to a preionization.
La figure 4 illustre, par une vue éclatée, une FIG. 4 illustrates, by an exploded view, a
forme de réalisation de l'invention dans laquelle un or- embodiment of the invention in which a
gane 402 forme les parois et les extrémités du corps de la cavité de laser, laquelle est traversée par un axe 400 qui passe par une lentille 420, une ouverture 404, la cavité principale, une ouverture 405 et une lentille 402 forms the walls and ends of the body of the laser cavity, which is traversed by an axis 400 which passes through a lens 420, an opening 404, the main cavity, an opening 405 and a lens
422 Les lentilles 420 et 422 sont scellées hermétique- 422 Lenses 420 and 422 are hermetically sealed
ment aux ouvertures 404 et 405 afin de les maintenir en openings 404 and 405 in order to maintain them in
alignement dans un milieu ambiant soumis à de fortes vi- alignment in an environment subject to high levels of
brations Les faces opposées du corps peuvent être usi- The opposite sides of the body can be
nées par des techniques classiques pour qu'elles soient born by classical techniques for them to be
parallèles et lisses en assurant ainsi la mise en aligne- parallel and smooth, thereby ensuring alignment
ment des lentilles Dans un côté ( 304) du corps 402, est usinée une pièce rapportée 314 qui maintient une électrode 310 Cette électrode 310 est maintenue en alignement par des éléments-de fixation classiques (non représentés) Sur le sommet et la base du corps 402, sont adaptés des couvercles 332 et 334 qui sont soudés en place au moyen d'une fritte de verre ou par une autre technique de scellage hermétique Les électrodes 301 et 302 sont fixées à leurs couvercles correspondants comme iilustré par la coupe transversale de la figure 3 qui In one side (304) of the body 402, an insert 314 is machined which holds an electrode 310. This electrode 310 is held in alignment by conventional fasteners (not shown) on the top and base of the body. 402, are adapted lids 332 and 334 which are welded in place by means of a glass frit or by another hermetic sealing technique The electrodes 301 and 302 are attached to their corresponding lids as illustrated by the cross section of the figure 3 who
avé prise suivant les flèches 3-3 de la figure 4. taken as arrows 3-3 in Figure 4.
250474 À250474 To
Selon une caractéristique avantageuse de l'in- According to an advantageous characteristic of the in-
vention, le corps 402 de la figure 4 comporte quatre joints étanches seulement, à savoir ceux formés sur les vention, the body 402 of FIG. 4 has only four sealed joints, namely those formed on the
couvercles supérieur et inférieur, ainsi que ceux for- top and bottom covers, as well as those
més sur les lentilles Un joint étanche de couvercle on the lenses A lid seal
pourrait éventuellement être éliminé en coulant le mou- could possibly be eliminated by sinking the
le par pressage isostatique à chaud ou par une techni- by hot isostatic pressing or by means of
que équivalente, supprimant ainsi un joint à proximité de l'électrode sous tension (anode) Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on utilise than equivalent, thus eliminating a seal near the electrode under tension (anode) According to another advantageous characteristic of the invention, it is used
une seule matière pour le corps du laser, contraire- a single material for the body of the laser, contrary
ment à la technique antérieure dans laquelle on emploie plusieurs matières ayant des caractéristiques thermiques the prior art in which several materials with thermal characteristics are employed.
dissemblables Selon une autre caractéristique avanta- According to another characteristic which is
geuse encore de l'invention, bien que le parcours di- still of the invention, although the course of
rect entre l'électrode 302 et l'électrode 310 soit né- between the electrode 302 and the electrode 310 is
cessairement court, afin d'engendrer la haute intensité necessarily short, in order to generate the high intensity
de champ requise, le parcours établi en dehors de la ca- required field, the route established outside the
vité entre les connecteurs des électrodes 302 et 310 ou between the connectors of the electrodes 302 and 310 or
leurs surfaces est assez long, supprimant ainsi une dif- their surfaces is quite long, thus eliminating a
ficulté majeure des dispositifs de la technique antérieu- major ficulty of the devices of the prior art
re.re.
En revanche, un dispositif construit conformé- On the other hand, a device built
ment aux enseignements de la technique antérieure est the teachings of the prior art are
illustré dans les figures 1 et 2; en figure 1, la cavi- illustrated in Figures 1 and 2; in Figure 1, the cavity
té est définie par des organes 18, 17, 19 et 5, deux de ces organes étant en laiton et les deux autres, en verre, tee is defined by members 18, 17, 19 and 5, two of these members being made of brass and the other two of glass,
formant ainsi quatre joints entre des matières dissem- thus forming four joints between dissem-
blables Une autre difficulté que présente le disposi- Another difficulty with the provision
tif de la technique antérieure, réside dans le fait qu'un parcours direct court est établi entre l'électrode of the prior art, lies in the fact that a short direct path is established between the electrode
de masse 31 et l'organe en laiton 18, lequel est en con- of mass 31 and the brass member 18, which is in contact with
tact électrique avec l'anode 2 Un dispositif construit conformément à cette technique a subi une série de courts-circuits électriques entre l'électrode située en electrical contact with the anode 2 A device constructed in accordance with this technique has undergone a series of electrical short circuits between the electrode located in
dehors de la cavité et l'anode En figure 2, des élec- outside the cavity and the anode In Figure 2, elec-
trodes 118 et 119 qui sont en contact électrique avec l'anode 2 et la cathode 3, s'étendent sur une longue distance avec maintien d'un écartement minimum entre elles au moyen d'un milieu isolant 105 Conformément à la technique antérieure,ce dispositif donne lieu à un temps de mon- tée très court du générateur de Marx par suite de la faible inductance, ce qui est une caractéristique du système de la technique antérieure, lequel est un instrument intégré de laboratoire conçu pour le temps trodes 118 and 119 which are in electrical contact with the anode 2 and the cathode 3, extend over a long distance maintaining a minimum spacing between them by means of an insulating medium 105. In accordance with the prior art, this This device gives rise to a very short rise time of the Marx generator due to the low inductance, which is a feature of the prior art system, which is an integrated laboratory instrument designed for time.
de montée le plus rapide (environ 15 nanosecondes). fastest climb (about 15 nanoseconds).
La présente invention utilise le même principe The present invention uses the same principle
physique d'une décharge à effluve induite par diélectri- the physics of a discharge induced by dielectricity
que pour mettre au point un instrument générateur de that to develop an instrument generating
champ portable conçu pour tolérer des conditions préju- portable field designed to tolerate prejudicial conditions
diciables de vibrations et de dilatation thermique, tout en étant insensible aux variations survenant dans les paramètres électriques Un laser construit suivant la présente invention a un temps de montée d'impulsion de tension supérieur à 30 nanosecondes et une tension pulsée de plus de 18 kilovolts pour un écartement de It can be determined by vibration and thermal expansion, while being insensitive to variations in electrical parameters. A laser constructed in accordance with the present invention has a voltage pulse rise time of greater than 30 nanoseconds and a pulse voltage of more than 18 kilovolts for a gap of
1 centimètre entre électrodes.1 centimeter between electrodes.
Une version modifiée de l'invention comporte une deuxième électrode semblable à l'électrode 310 et qui est enfoncée dans la paroi 306 afin d'assurer une A modified version of the invention has a second electrode similar to the electrode 310 and which is pressed into the wall 306 to provide a
préionisation plus uniforme et un fonctionnement redon- more uniform preionisation and redundant
dant d'une meilleure fiabilité Dans une autre version de l'invention, les pièces'en bout et les couvercles In another version of the invention, the end pieces and the covers
332, 334 sont combinés pour former une unité monobloc. 332, 334 are combined to form a unitary unit.
Dans une autre version encore, les côtés 304, 306 et les couvercles 332, 334 sont combinés pour former une In yet another version, the sides 304, 306 and the covers 332, 334 are combined to form a
unité monobloc.monobloc unit.
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DE2805503A1 (en) * | 1977-02-10 | 1978-08-17 | Stichting Fund Ond Material | GLASS LASER SYSTEM |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, vol. 68, no. 5, mai 1978, page 673, New York (USA); * |
OPTICS COMMUNICATIONS, vol. 27, no. 1, octobre 1978, pages 105-110, Amsterdam (NL); * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2098791A (en) | 1982-11-24 |
JPS57181180A (en) | 1982-11-08 |
NL8201497A (en) | 1982-11-16 |
DE3212705C2 (en) | 1993-05-13 |
FR2504744B1 (en) | 1985-09-06 |
CH658754A5 (en) | 1986-11-28 |
IL65584A0 (en) | 1982-07-30 |
GB2098791B (en) | 1985-02-20 |
JPH0624269B2 (en) | 1994-03-30 |
DE3212705A1 (en) | 1982-12-09 |
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