FR2513824A1 - CO2 LASER CATALYSIS HERMETICALLY CLOSED - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN LASER AU CO CATALYSE HERMETIQUEMENT CLOS. CE LASER COMPREND UNE PREMIERE ET UNE SECONDE ELECTRODE 106, 108 DISPOSEES DANS UNE ZONE DE DECHARGE CONTENANT UN MILIEU D'AMPLIFICATION, UN ELEMENT DESTINE A EXCITER CE MILIEU D'AMPLIFICATION AVEC UNE DECHARGE ELECTRIQUE ET UN ELEMENT DESTINE A FAIRE RESONNER LE RAYONNEMENT LASER DANS LA ZONE DE DECHARGE, AU MOINS UNE DES ELECTRODES 106, 108 COMPORTANT UNE PARTIE INTERIEURE QUI RENFERME UNE MATIERE CATALYTIQUE ET QUI COMMUNIQUE AVEC LA ZONE DE DECHARGE PAR PLUSIEURS OUVERTURES. L'INVENTION EST UTILISEE POUR MAINTENIR LA PURETE DU CO DANS UN LASER.THE INVENTION RELATES TO A HERMETICALLY CLOSED CO-CATALYST LASER. THIS LASER INCLUDES A FIRST AND A SECOND ELECTRODE 106, 108 ARRANGED IN A DISCHARGE ZONE CONTAINING AN AMPLIFICATION MEDIUM, AN ELEMENT INTENDED TO EXCITE THIS AMPLIFICATION MEDIA WITH AN ELECTRIC DISCHARGE AND AN ELEMENT INTENDED TO RESONATE THE RADIATION IN LASER THE DISCHARGE ZONE, AT LEAST ONE OF THE ELECTRODES 106, 108 INCLUDING AN INTERIOR PART WHICH CONTAINS A CATALYTIC MATERIAL AND WHICH COMMUNICATES WITH THE DISCHARGE ZONE THROUGH SEVERAL OPENINGS. THE INVENTION IS USED TO MAINTAIN CO PUREITY IN A LASER.
Description
Laser au C 02 catalysé hermétiquement clos.C02 laser catalyzed hermetically closed.
Le domaine technique de la présente invention The technical field of the present invention
est celui d'un laser au CO, hermétiquement clos. is that of a CO laser, hermetically sealed.
Comme on le sait depuis longtemps dans la technique des lasers au C 02, un milieu d'amplifica- As has long been known in the art of C 02 lasers, an amplification medium
tion au C 02 excité électriquement se décompose partiel- electrically excited C 02 decomposes
lement en CO et en oxygène, et les produits résultant CO and oxygen, and the resulting products
de cette décontamination ont tendance à supprimer l'ac- decontamination tend to suppress the
tion du laser L'oxygène en quantités aussi faibles The oxygen in such small quantities
que 1 % conduit à un amorçage d'arc entre les électro- that 1% leads to an arc ignition between electro-
des du laser avec, pour conséquence, une perte de puis- of the laser with, as a consequence, a loss of
sance optique Une méthode adoptée antérieurement pour aborder ce problème a consisté à utiliser un fil de A previously adopted approach to this problem has been to use a
platine chauffé dans le but de favoriser la recombinai- heated platinum in order to promote recombination
son de CO et d'oxygène pour former du CO 2 Ce procédé présente les inconvénients évidents de nécessiter une source d'énergie supplémentaire pour chauffer le fil CO 2 and oxygen to form CO 2 This process has the obvious disadvantages of requiring an additional source of energy to heat the wire
de platine et également d'accroître la quantité de cha- platinum and also to increase the amount of
leur engendrée à l'intérieur du volume de décharge du their generated within the discharge volume of the
laser.laser.
Plusieurs essais ont été entrepris dans le but d'expérimenter l'utilisation d'un catalyseur à la Several tests have been undertaken to test the use of a catalyst at the
température ambiante, les matières utilisées compre- ambient temperature, the materials used include
nant le cuivre activé, le platine activé et la hopca- activated copper, activated platinum and hopca-
lite (mélange commercial d'oxyde de magnésium, d'oxyde de cuivre et de traces d'autres oxydes) Cette matière est commercialisée par la "Mine Safety Appliances Company" Dans un article de C Willis et J G Purdon paru dans le "Journal of Applied Physics", volume 50, N O 4, avril 1979, on décrit l'utilisation de hopcalite dans une boucle extérieure à gaz reliée au volume actif d'un laser, mais sans que le catalyseur soit présent dans ce volume Dans un article de R I Rudko et J W Barnie publié en 1980 dans "Proceedings of the SPIE", volume 227 et intitulé "CO 2 Laser Devices and Applications" , il est fait rapport de l'application, lite (commercial mixture of magnesium oxide, copper oxide and traces of other oxides) This material is marketed by the "Mine Safety Appliances Company" In an article by C Willis and JG Purdon published in the "Journal of Applied Physics ", Volume 50, No. 4, April 1979, describes the use of hopcalite in an outer gas loop connected to the active volume of a laser, but without the catalyst being present in this volume. Rudko and JW Barnie published in 1980 in "Proceedings of the SPIE", volume 227 and entitled "CO 2 Laser Devices and Applications", it is reported the application,
couronnée de succès, d'un catalyseur solide à la tem- successful, a solid catalyst at the
pérature ambiante à l'intérieur d'une cavité de laser, mais sans donner aucun détail concernant le type de catalyseur utilisé et sa disposition dans la cavité précitée Aux dires de cet article, ces détails sont ambient temperature inside a laser cavity, but without giving any details regarding the type of catalyst used and its arrangement in the aforementioned cavity According to this article, these details are
couverts par des droits de propriété. covered by property rights.
La présente invention concerne un laser au Co 2 hermétiquement clos, dans lequel le CO 2 gazeux The present invention relates to a hermetically sealed CO 2 laser, in which gaseous CO 2
est maintenu en état de pureté par un catalyseur soli- is maintained in a state of purity by a solid catalyst
de à température ambiante contenu dans une électrode poreuse. Dans les dessins annexés la figure 1 illustre une forme-de réalisation de l'invention dans laquelle on utilise un catalyseur sous forme de pastilles pleines; et la figure 2 est une coupe transversale d'une at room temperature contained in a porous electrode. In the accompanying drawings, FIG. 1 illustrates one embodiment of the invention in which a catalyst in the form of solid pellets is used; and FIG. 2 is a cross section of a
des électrodes illustrées en figure 1. electrodes illustrated in FIG.
La figure 1 illustre schématiquement un laser hermétiquement clos construit suivant l'invention Des plaques de recouvrement 102 et 104 forment deux côtés de la cavité de laser Des électrodes 106 et 108 sont profilées conformément à des éléments classiques pour permettre le passage d'une décharge électrique à travers du C 02 gazeux Ces électrodes sont réalisées FIG. 1 schematically illustrates a hermetically sealed laser constructed according to the invention. Cover plates 102 and 104 form two sides of the laser cavity. Electrodes 106 and 108 are shaped according to conventional elements to allow the passage of an electric discharge. through C 02 gas These electrodes are made
selon une configuration connue illustrée dans la de- according to a known configuration illustrated in the
mande de brevet N O FR 82 06898 mentionnée ici à titre patent application N O FR 82 06898 mentioned here for
de référence et qui décrit un laser au C 02 hermétique- reference and which describes a hermetic C 02 laser.
ment clos sans catalyseur.closed without catalyst.
Lors de la mise en service, une décharge élec- During commissioning, an electric discharge
trique pulsée est engendrée entre les électrodes 106 et pulsed ring is generated between the electrodes 106 and
108, ce qui a pour effet d'exciter le milieu d'ampli- 108, which has the effect of exciting the ampli-
fication au C 02 et d'initialiser l'action du laser. C 02 and initialize the action of the laser.
La décharge électrique échauffe le C 02 gazeux à l'in- The electric discharge warms the C 02 gas
térieur d'un espace confiné en élevant ainsi la pres- interior of a confined space thereby raising the
2513824-2513824-
sion Une impulsion de pression est alors engendrée A pressure pulse is then generated
dans la zone centrale de la décharge et elle se pro- in the central area of the landfill and it is
page rapidement vers l'extérieur pour égaliser la page quickly outward to equalize the
pression régnant dans le volume confiné Cette impul- pressure in the confined volume This impulse
sion de pression passe à travers les électrodes poreu- pressure pressure passes through the porous electrodes.
ses 106 et 108 en chassant une partie du milieu d'am- its 106 and 108 by driving out some of the middle of am-
plification au C 02 à travers les trous ménagés dans les électrodes et en la faisant passer de-la cavité du laser à l'intérieur-des électrodes Ce mouvement sert C 02 plating through the holes in the electrodes and passing it from the laser cavity to the inside-of the electrodes This movement serves
à faire circuler le gaz et à amener ainsi le C 02 disso- to circulate the gas and thus to bring the C 02 dissolving
cié, c'est-à-dire CO et 0, à l'intérieur des électro- that is, CO and 0, inside the electro-
des A l'intérieur des électrodes, le gaz entre en Inside the electrodes, the gas goes into
contact avec un catalyseur qui, dans la forme de réali- contact with a catalyst which, in the form of
sation illustrée, se présente sous la forme de pastil- illustrated illustration, is in the form of pastil-
les pleines 120, encore que l'on puisse également uti- the full 120, although we can also use
liser un catalyseur appliqué sur un substrat si cela apply a catalyst applied to a substrate if this
s'avère commode.is convenient.
Un second mécanisme destiné à amener le gaz A second mechanism for bringing gas
dissocié en contact avec le catalyseur est la diffu- dissociated in contact with the catalyst is the diffusion
sion, laquelle aura lieu même lorsque le laser n'est sion, which will take place even when the laser is
pas en service Etant donné que les produits de dis- not in service Since the products of dis-
sociation que constituent 02 et CO, se concentrent ini- society that constitute 02 and CO, are primarily
tialement entre les électrodes, ils auront tendance à tially between the electrodes, they will tend to
se diffuser vers l'extérieur à partir de leur emplace- spread outward from their location
ment initial, c'est-à-dire qu'ils se diffuseront à l'intérieur des électrodes 106 et 108 en entrant ainsi initially, that is to say they will diffuse inside the electrodes 106 and 108 thus entering
en contact avec le catalyseur.in contact with the catalyst.
Le catalyseur peut être n'importe quel cataly- The catalyst can be any catalyst
seur bien connu tel que le platine, le cuivre activé ou well known such as platinum, activated copper or
la hopcalite, qui a tendance à favoriser la recombinai- hopcalite, which tends to favor the recombination of
son de CO et O en C 02.CO sound and O in C 02.
Dans l'illustration, les parois latérales, les miroirs, les raccords de décharge électrique et autres In the illustration, sidewalls, mirrors, electrical discharge fittings and others
composants du laser sont omis pour des raisons de sim- components of the laser are omitted for reasons of simplicity
plicité et de clarté.plicity and clarity.
Les électrodes illustrées dans le dessin sont constituées d'une toile métallique comportant des ouvertures sous forme de trous rectangulaires; toutefois, la dimension et la configuration de ces ouvertures ne sont pas critiques pour l'invention. On peut adopter n'importe quelle forme appropriée The electrodes illustrated in the drawing are made of a wire mesh having openings in the form of rectangular holes; however, the size and configuration of these openings are not critical to the invention. Any suitable form can be adopted
d'ouverture, par exemple, des trous circulaires, hexa- opening, for example, circular holes, hexagonal
gonaux ou rectangulaires Les trous ne doivent pas gonaux or rectangular holes must not
nécessairement être répartis uniformément sur la sur- necessarily be evenly distributed over
face de l'électrode et ils peuvent être formés par face of the electrode and they can be formed by
n'importe quel moyen approprié, mécanique ou chimique. any suitable means, mechanical or chemical.
La dimension des trous dépendra évidemment de la di- The size of the holes will obviously depend on the
mension des pastilles de catalyseur, étant donné qu'il of the catalyst pellets, since
est souhaitable de maintenir les particules de cataly- It is desirable to maintain the catalyst particles
seur en dehors de la zone de décharge du laser La outside the laser discharge zone
dimension exacte des trous et des particules de cata- exact dimensions of the holes and particles of
lyseur dépendra de l'application particulière envisa- will depend on the particular application envisaged
gée, spécialement, de la quantité d'énergie conte- specially, the amount of energy con-
nue dans la décharge du laser et, partant, de l'ampli- nude in the laser discharge and, hence, the
tude de l'impulsion de pression engendrée Si les par- study of the generated pressure pulse If the
ticules de catalyseur sont suffisamment légères pour être mises en mouvement au cours de-l'impulsion de pression, l'invention offre un avantage supplémentaire du fait que la surface du catalyseur est soumise à une The catalyst particles are sufficiently light to be set in motion during the pressure impulse, and the invention has the additional advantage that the surface of the catalyst is subjected to
rotation constante, ce qui permet de l'exposer unifor- constant rotation, which enables it to be uniformly
mément. Bien que l'invention ait pour objet un laser hermétiquement clos, elle peut également s'appliquer à ance. Although the subject of the invention is a hermetically sealed laser, it can also be applied to
un laser à gaz en circulation Par exemple, un venti- for example, a gas laser in circulation
lateur pourrait être utilisé pour faire circuler un gaz could be used to circulate a gas
à travers l'électrode 106 et le faire passer par une bou- through the electrode 106 and pass it through a
cle extérieure, avec retour à travers l'électrode 108, exposant ainsi efficacement le gaz au catalyseur, tout outer key, with return through the electrode 108, thereby effectively exposing the gas to the catalyst, while
en conservant un des avantages principaux de l'inven- retaining one of the main advantages of the invention
tion, à savoir l'obtention d'un laser ayant un volume actif compact grâce à l'utilisation des électrodes to obtain a laser having a compact active volume by using the electrodes
contenant le catalyseur.containing the catalyst.
La possibilité de réalisation d'électrodes en toile métallique (sans catalyseur) a été antérieurement démontrée dans un rapport de L J Denes, intitulé "Ultraviolet Initiated Co 2 Laser Research, Phase II", The possibility of producing wire electrodes (without catalyst) has been previously demonstrated in a report by LJ Denes, entitled "Ultraviolet Initiated Co 2 Laser Research, Phase II",
Rapport No AFWL-TR-76-136, janvier 1977. Report No. AFWL-TR-76-136, January 1977.
Dans cette forme de réalisation, on utilise un laser "TEA", comme décrit dans la demande de brevet précitée No FR 82 06898, mais le type d'excitation, le In this embodiment, a "TEA" laser is used, as described in the aforementioned patent application No. FR 82 06898, but the type of excitation, the
type d'ionisation et la pression du laser ne se rappor- type of ionization and the laser pressure does not relate to
tent pas à la présente invention qui concerne l'utili- not to the present invention which relates to the use
sation de catalyseurs à la température ambiante à l'in- of catalysts at room temperature at room temperature.
térieur d'une électrode poreuse.inside a porous electrode.
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