FR2553941A1

FR2553941A1 - Metal vapour laser device

Info

Publication number: FR2553941A1
Application number: FR8316776A
Authority: FR
Inventors: Olivier De Witte
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1983-10-21
Filing date: 1983-10-21
Publication date: 1985-04-26
Also published as: FR2553941B1

Abstract

It includes a leakproof envelope containing neon and in which are arranged two tubular electrodes 6, 7 between which is placed a first ceramic tube 4 inside which is arranged copper 5, a second ceramic tube 9 surrounding the first tube and a heat-insulating sleeve 10 consisting of layers of a refractory metal, the pressure of the neon in the envelope being equal to the atmospheric pressure at the operating temperature of the laser generator. Application to the pumping of dye lasers.

Description

Dispositif laser à vapeur métallique
La présente invention concerne un dispositif laser à vapeur métallique.Metal vapor laser device
The present invention relates to a metal vapor laser device.

On connaît un tel dispositif laser du type comportant - une chambre d'amplification allongée formée par un tube "à plasma" ouvert à ses deux extrémités et présentant un axe longitudinal, la surface interne de ce tube portant à froid des dépôts d'un métal solide pour que la vapeur de ce métal atteigne, à une température de travail élevée, une concentration de travail lui permettant, si elle est excitée sous forme de plasma, d'amplifier un faisceau lumineux, ce tube étant constitué d'une céramique de haute pureté pour ne pas introduire d'impuretés dans cette vapeur, - une première et une deuxième électrodes constituées d'un métal refractaire et disposées coaxialement à la chambre d'amplification aux deux extrémités de celle-ci pour permettre de la faire parcourir par des décharges électriques propres à la chauffer et à exciter ladite vapeur métallique, ces électrodes étant tubulaires pour laisser le passage à un faisceau lumineux se propageant selon ledit axe, - une enveloppe étanche contenant le tube à plasma et les électrodes au sein d'un gaz rare constituant un gaz tampon pour empêcher une diffusion excessive de ladite vapeur métallique à l'extérieur de la chambre d'amplification et éventuellement pour contribuer au processus d'excitation de cette vapeur par lesdites décharges électriques, - un manchon d'isolation thermique entourant le tube à plasma et s'étendant au moins sur toute la longueur de la chambre d'amplification pour aider à y maintenir la température de travail et protéger thermiquement 1' enveloppe, - une source d'impulsions électriques brèves et de haute tension pour créer lesdites décharges électriques entre les électrodes, cette source étant extérieure à l'enveloppe étanche, - et un premier et un deuxième chemins électriquement conducteurs pour connecter cette source respectivement à la première et à la deuxième électrode à travers l'enveloppe étanche, le premier chemin conducteur traversant cette enveloppe par une première pièce de raccordement métallique au voisinage de la première électrode, le deuxième chemin conducteur comportant une deuxième pièce de raccordement métallique proche de la première, puis se continuant -par un tube conducteur entourant coaxialement le tube porteur et enfin rejoignant la deuxième électrode, de manière que ces deux conducteurs forment, avec le trajet des décharges électriques dans la chambre d'amplification, un circuit électrique de structure au moins partiellement coaxiale et présentant une faible inductance pour permettre la création, dans la chambre d'amplification, de décharges électriques brèves propres à exciter la vapeur métallique, un isolateur électrique étant disposé entre ces deux pièces de raccordement pour éviter des courts-circuits. Such a laser device of the type is known comprising - an elongated amplification chamber formed by a "plasma" tube open at its two ends and having a longitudinal axis, the internal surface of this tube carrying cold deposits of a metal solid so that the vapor of this metal reaches, at a high working temperature, a working concentration allowing it, if it is excited in the form of plasma, to amplify a light beam, this tube being made of a ceramic of high purity so as not to introduce impurities into this vapor, - a first and a second electrode made of a refractory metal and arranged coaxially with the amplification chamber at the two ends of the latter to allow it to be traversed by discharges electric suitable for heating and exciting said metallic vapor, these electrodes being tubular to allow passage of a light beam propagating along said axis, - a tight envelope con holding the plasma tube and the electrodes within a rare gas constituting a buffer gas to prevent excessive diffusion of said metallic vapor outside the amplification chamber and possibly to contribute to the process of excitation of this vapor by said electrical discharges, - a thermal insulation sleeve surrounding the plasma tube and extending at least over the entire length of the amplification chamber to help maintain the working temperature and thermally protect the envelope, - a source of brief, high-voltage electrical pulses to create said electrical discharges between the electrodes, this source being external to the sealed envelope, - and first and second electrically conductive paths for connecting this source respectively to the first and to the second electrode through the sealed envelope, the first conductive path passing through this envelope via a first connecting piece m metallic in the vicinity of the first electrode, the second conductive path comprising a second metal connection piece close to the first, then continuing - by a conductive tube coaxially surrounding the carrier tube and finally joining the second electrode, so that these two conductors form, with the path of the electrical discharges in the amplification chamber, an electrical circuit of at least partially coaxial structure and having a low inductance to allow the creation, in the amplification chamber, of brief electrical discharges capable of exciting the vapor metal, an electrical insulator being disposed between these two connecting pieces to avoid short circuits.

Un générateur laser de ce type est décrit l'article UCRL 5002180 Lawrence Livermore National Laboratory, vol.3, 1980, Laser program annual report "Copper - Vapor - Laser Performance" (R.S.Anderson), pages 10-18 à 10-21. A laser generator of this type is described in article UCRL 5002180 Lawrence Livermore National Laboratory, vol.3, 1980, Laser program annual report "Copper - Vapor - Laser Performance" (R.S. Anderson), pages 10-18 to 10-21.

Le manchon d'isolation thermique de ce laser est constitué par des fibres de céramique dont la pureté ne peut être parfaite et il entoure immédiatement le tube à plasma en alumine placé entre les électrodes. The thermal insulation sleeve of this laser is made of ceramic fibers whose purity cannot be perfect and it immediately surrounds the alumina plasma tube placed between the electrodes.

L'enveloppe contient du néon sous une pression de 30 millibars environ et la vapeur métallique utilisée est celle du cuivre ou de l'or. Ce gaz est entratné en circulation d'une extrémité à l'autre du tube. The envelope contains neon under a pressure of about 30 millibars and the metallic vapor used is that of copper or gold. This gas is circulated from one end to the other of the tube.

La pression de gaz tampon est trop faible pour assurer au laser,' une durée de vie aussi grande que souhaitable car elle permet à la vapeur métallique utilisée de diffuser rapidement à l'intérieur des électrodes tubulaires où elle se condense, ce qui aboutit à empêcher le passage du faisceau lumineux dans l'axe de ces électrodes. The buffer gas pressure is too low to ensure that the laser has a lifetime as long as desirable because it allows the metallic vapor used to diffuse rapidly inside the tubular electrodes where it condenses, which results in preventing the passage of the light beam in the axis of these electrodes.

La durée de vie du laser est, par exemple 300 heures. Elle est alors insuffisante pour certaines applications. The lifespan of the laser is, for example 300 hours. It is then insufficient for certain applications.

Par ailleurs une augmentation de la pression du gaz tampon conduit à piéger également les impuretés de l'isolant fibreux qui s'introduisent dans la chambre d'amplification. Ces impuretés provoquent une désexcitation prématurée des atomes de la vapeur métallique. Le nombre de ces impuretés et donc leur effet nuisible sont d'autant plus grands que la pression du gaz est plus grande car, lorsque ces impuretés ont été introduites dans le volume intérieur à la chambre d'amplification, la pression gazeuse tend à les y maintenir. Furthermore, an increase in the pressure of the buffer gas also leads to trapping the impurities of the fibrous insulator which are introduced into the amplification chamber. These impurities cause premature de-excitation of the atoms of the metallic vapor. The greater the pressure of the gas, the greater the number of these impurities and therefore their harmful effect, because when these impurities have been introduced into the volume inside the amplification chamber, the gas pressure tends to cause them there. maintain.

Dans les lasers connus à structure électrique coaxiale, le diamètre dudit tube conducteur est de l'ordre de quatre fois celui du tube à plasma, ce qui empêche d'obtenir une inductance aussi faible que souhaité. Il en résulte que la durée des décharges électriques qui excitent la vapeur métallique reste trop importante pour assurer une excitation très efficace, ce qui nuit au rendement énergétique du laser. On peut remarquer que cette durée dépend beaucoup, pour des raisons pratiques, des dimensions du laser. Mais le but à atteindre est toujours qu'elle soit aussi faible que possible. Or, la diminution du diamètre du tube conducteur est empêchée par des problèmes d'isolation électrique liés à la faible pression de gaz employée. In known lasers with coaxial electrical structure, the diameter of said conductive tube is of the order of four times that of the plasma tube, which prevents obtaining an inductance as low as desired. As a result, the duration of the electric discharges which excite the metallic vapor remains too long to ensure a very effective excitation, which harms the energy efficiency of the laser. It can be noted that this duration depends very much, for practical reasons, on the dimensions of the laser. But the goal is always to keep it as low as possible. However, the reduction in the diameter of the conductive tube is prevented by electrical insulation problems linked to the low gas pressure employed.

La présente invention a pour but la réalisation d'un dispositif laser à vapeur métallique permettant à la fois une fabrication peu coûteuse, une durée d'utilisation accrue, et un bon rendement énergétique. The object of the present invention is the production of a metal vapor laser device allowing both inexpensive manufacture, increased duration of use, and good energy efficiency.

Elle a pour objet un dispositif laser à vapeur métallique du type précédemment mentionné. Ce dispositif est caractérisé par le fait qu'il comporte - un séparateur continu en céramique dont une première partie présente sensiblement la forme d'une plaque séparatrice découpée en couronne circulaire coaxiale à la chambre d'amplification et interposée entre les deux dites pièces de raccordement métalliques pour constituer ledit isolateur électrique entre ces pièces, - une deuxième partie de ce séparateur se raccordant de manière étanche à la première et présentant la forme d'un tube séparateur entourant coaxialement la chambre d'amplification à l'intérieur dudit tube conducteur de manière à réaliser une isolation électrique continue séparant d'une part la première pièce de raccordement et la première électrode et d'autre part la deuxième pièce de raccordement et au moins la partie de ce tube conducteur adjacente à cette pièce, - le diamètre de ce tube conducteur étant inférieur à trois fois celui du tube à plasma pour diminuer ladite inductance, - la pression du gaz tampon étant supérieure à 50 millibars lorsque la chambre d'amplification est à la température de travail pour que la durée de service du dispositif soit accrue, - ce séparateur céramique s'étendant, parallèlement audit axe, sur une longueur suffisante pour empêcher des courts-circuits électriques d'apparaitre dans le gaz tampon entre les pièces séparées par ce séparateur. It relates to a metal vapor laser device of the type previously mentioned. This device is characterized by the fact that it comprises - a continuous ceramic separator, a first part of which has substantially the shape of a separating plate cut into a circular crown coaxial with the amplification chamber and interposed between the two said connecting pieces metal to form said electrical insulator between these parts, - a second part of this separator sealingly connecting to the first and having the shape of a separator tube coaxially surrounding the amplification chamber inside said conductive tube to carry out continuous electrical insulation separating on the one hand the first connection part and the first electrode and on the other hand the second connection part and at least the part of this conductive tube adjacent to this part, - the diameter of this tube conductor being less than three times that of the plasma tube to reduce said inductance, - the pressure of the buffer gas is ant greater than 50 millibars when the amplification chamber is at working temperature so that the service life of the device is increased, - this ceramic separator extending, parallel to said axis, over a length sufficient to prevent short circuits appear in the buffer gas between the parts separated by this separator.

On peut de plus adopter avec avantage les dispositions suivantes
Le tube séparateur est distinct du tube à plasma et l'entoure.The following provisions can also be advantageously adopted
The separator tube is separate from and surrounds the plasma tube.

Ceci permet de le constituer d'une céramique de pureté inférieure à celle de ce tubera plasma et par conséquent de le fabriquer facilement même si sa longueur est relativement grande.This makes it possible to constitute it from a ceramic of purity lower than that of this plasma tubera and consequently to manufacture it easily even if its length is relatively large.

Les deux dites parties du séparateur sont deux pièces céramiques distinctes et sont assemblees par soudure à l'aide d'un verre de soudure présentant un coefficient de dilatation sensiblement égal à celui de ces pièces céramiques, de manière que ce séparateur puisse être fabriqué facilement tout en étant résistant aux chocs thermiques. The two said parts of the separator are two separate ceramic parts and are assembled by welding using a welding glass having a coefficient of expansion substantially equal to that of these ceramic parts, so that this separator can be manufactured easily while by being resistant to thermal shock.

La plaque séparatrice est alors située longitudinalement à distance de la chambre d'amplification et en contact thermique avec un moyen de refroidissement pour éviter un ramollissement du verre de soudure lorsque cette chambre est à la température de travail.The separating plate is then located longitudinally at a distance from the amplification chamber and in thermal contact with a cooling means to avoid softening of the welding glass when this chamber is at working temperature.

Le tube séparateur est intérieur au manchon d'isolation thermique, qui est lui-même disposé dans ladite enveloppe, ce tube séparateur s'étendant sur toute la longueur de ce manchon de manière à empêcher des courts-circuits électriques même si ce manchon n'est pas électriquement isolant. The separator tube is inside the thermal insulation sleeve, which is itself disposed in said envelope, this separator tube extending over the entire length of this sleeve so as to prevent electrical short circuits even if this sleeve does not is not electrically insulating.

Le manchon d'isolation thermiqué comporte une succession radiale de couches coaxiales d'un métal réfractaire très pur-séparées par des intervalles occupés essentiellement par un matériau non métallique non polluant, de manière à empêcher que ce manchon introduise des impuretés. The thermally insulated sleeve comprises a radial succession of coaxial layers of a very pure refractory metal-separated by intervals occupied essentially by a non-polluting non-metallic material, so as to prevent this sleeve from introducing impurities.

Le dispositif comporte en outre un troisième tube en céramique disposés radialement entre le tube à plasma et le tube séparateur et entourant la chambre d'amplification et au moins une partie de la longueur de chaque électrode pour ralentir la diffusion de la vapeur métallique vers le tube séparateur et d'impuretés vers la chambre d'amplification. The device further comprises a third ceramic tube arranged radially between the plasma tube and the separator tube and surrounding the amplification chamber and at least part of the length of each electrode to slow the diffusion of the metallic vapor towards the tube separator and impurities to the amplification chamber.

Le gaz tampon est le néon, avec une pression comprise entre 100 et 1500 millibars à la température de travail, le métal desdits dépôts étant le cuivre. The buffer gas is neon, with a pressure between 100 and 1500 millibars at working temperature, the metal of said deposits being copper.

Les divers tubes céramiques sont en alumine frittée, le tube à plasma contenant une teneur en métaux alcalins et alcalino-terreux inférieure à 0,01% et en silice inférieure à 0,02 %, le tube séparateur contenant une teneur en métaux alcalins et alcalino-terreux inférieure à 0,05 % et en silice inférieure à 0,1 %, en poids. The various ceramic tubes are made of sintered alumina, the plasma tube containing an alkali and alkaline earth metal content of less than 0.01% and silica content of less than 0.02%, the separator tube containing an alkali and alkaline metal content - earth less than 0.05% and silica less than 0.1%, by weight.

Au moins celles desdites impulsions électriques qui assurent l'excitation de la vapeur métallique après le chauffage de la chambre d'amplification présentent un tension supérieure à 10 Kilo-volts, un temps de montée inférieur à 0,1 microsecondes, une durée individuelle inférieure à 0,5 microsecondes, et un intervalle entre impulsions compris entre 100 et 2000 microsecondes, la distance entre les deux électrodes étant comprise entre 50 et 200 cm. At least those of said electrical pulses which ensure the excitation of the metallic vapor after the heating of the amplification chamber have a voltage greater than 10 kilo-volts, a rise time less than 0.1 microseconds, an individual duration less than 0.5 microseconds, and an interval between pulses between 100 and 2000 microseconds, the distance between the two electrodes being between 50 and 200 cm.

Une forme d'exécution de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente schématiquement, en coupe partielle, un mode de réalisation d'un générateur laser selon l'invention et la figure 2 est une coupe transversale suivant un plan II-II du générateur représenté sur la figure 1. An embodiment of the object of the present invention is described below, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which FIG. 1 schematically represents, in partial section, an embodiment of a laser generator according to the invention and FIG. 2 is a cross-section along a plane II-II of the generator represented in FIG. 1.

Le générateur laser représenté sur la figure 1 comporte deux réflecteurs 1 et 2 disposés suivant un axe 3 pour former une cavité optique résonnante, le réflecteur 2 étant partiellement transparent. A l'intérieur de la cavité est placé, sur l'axe 3, un tube 4 ouvert à ses deux extrémités. The laser generator shown in Figure 1 has two reflectors 1 and 2 arranged along an axis 3 to form a resonant optical cavity, the reflector 2 being partially transparent. Inside the cavity is placed, on the axis 3, a tube 4 open at its two ends.

Ce tube 4 constitue le tube à plasma précédemment mentionné. Il est réalisé en une céramique telle que l'alumine, de très grande pureté. Sur la surface cylindrique interne du tube 4 sont disposés des dépots de cuivre 5. De part et d'autre du tube 4 sont situées, suivant l'axe 3, respectivement deux électrodes tubulaires 6 et 7 constituées d'un métal conducteur réfractaire tel que le molybdène ou le tantale. This tube 4 constitutes the plasma tube previously mentioned. It is made of a ceramic such as alumina, of very high purity. On the internal cylindrical surface of the tube 4 are deposited copper deposits 5. On either side of the tube 4 are located, along the axis 3, respectively two tubular electrodes 6 and 7 made of a refractory conductive metal such as molybdenum or tantalum.

Le diamètre intérieur des électrodes 6 et 7 est sensiblement égal à celui du tube 4 ; la distance entre les extrémités en regard du tube et des électrodes est relativement faible par rapport à la longueur du tube 4.The internal diameter of the electrodes 6 and 7 is substantially equal to that of the tube 4; the distance between the opposite ends of the tube and the electrodes is relatively small compared to the length of the tube 4.

Un autre tube en alumine 8 constitue le troisième tube précédemment mentionné ; Il entoure coaxialement le tube 4 et recouvre une partie de la longueur des électrodes 6 et 7. Un autre tube en alumine 9 entoure coaxialement le tube 8 et recouvre une plus grande longueur des électrodes 6 et 7. Another alumina tube 8 constitutes the third tube previously mentioned; It coaxially surrounds the tube 4 and covers part of the length of the electrodes 6 and 7. Another alumina tube 9 coaxially surrounds the tube 8 and covers a greater length of the electrodes 6 and 7.

Autour du tube 9 est disposé coaxialement un manchon d'isolation thermique 10. Ce manchon comporte des couches coaxiales d'un métal réfractaire tel que le molybdène ou le tungstène. Des intervalles sont ménagés entre ces couches. Pour réaliser ces intervalles, il est possible de former des picots transversaux sur la surface des couches de métal à l'aide d'un outil pointu. On peut aussi disposer des couches de fibres de céramique très pure entre les couches successives de métal. Comme il est visible sur la figure, le manchon thermique 10 entoure toute la longueur du tube 4 et une partie de celle des électrodes 6 et 7, cette partie étant plus importante que celle recouverte par le tube 8, et le tube 9 s'étend longitudinalement au delà des deux extrémités du manchon 10. Around the tube 9 is arranged coaxially a thermal insulation sleeve 10. This sleeve has coaxial layers of a refractory metal such as molybdenum or tungsten. Intervals are provided between these layers. To achieve these intervals, it is possible to form transverse pins on the surface of the metal layers using a pointed tool. It is also possible to have layers of very pure ceramic fibers between the successive layers of metal. As can be seen in the figure, the thermal sleeve 10 surrounds the entire length of the tube 4 and part of that of the electrodes 6 and 7, this part being larger than that covered by the tube 8, and the tube 9 extends longitudinally beyond the two ends of the sleeve 10.

Une enveloppe cylindrique allongée, étanche aux gaz, entoure les tubes 4, 8 et 9, le manchon 10 et les électrodes 6 et 7. Cette enveloppe comporte à ses deux extrémités respectivement deux embouts 11 et 12 supportant deux fenêtres transparentes 13 et 14 disposées dans la cavité respectivement entre les électrodes 6, 7 et les miroirs 1, 2, ces fenêtres étant inclinées à l'incidence de
Brewster par rapport à l'axe 3. L'embout 11 comporte une ouverture d'entrée de gaz commandée par une vanne 15. L'enveloppe comporte dans sa partie médiane un tube métallique coaxial 16 qui constitue le tube conducteur précédemment mentionné et recouvre le manchon 10. Un support cylindrique 17 en cuivre comportant des canaux internes 18 est placé entre l'embout 12 et le tube 16. L'électrode 7 et une extrémité du tube 16 sont fixées sur le support 17.L'extrémité du tube 9 située
du côté de l'électrode 7 s'appuie sur le support 17 par
l'intermédiaire d'un ressort 25.An elongated, gas-tight cylindrical casing surrounds the tubes 4, 8 and 9, the sleeve 10 and the electrodes 6 and 7. This casing has at its two ends respectively two end caps 11 and 12 supporting two transparent windows 13 and 14 arranged in the cavity respectively between the electrodes 6, 7 and the mirrors 1, 2, these windows being inclined at the incidence of
Brewster with respect to the axis 3. The end piece 11 has a gas inlet opening controlled by a valve 15. The envelope comprises in its middle part a coaxial metal tube 16 which constitutes the previously mentioned conductive tube and covers the sleeve 10. A cylindrical support 17 made of copper having internal channels 18 is placed between the end piece 12 and the tube 16. The electrode 7 and one end of the tube 16 are fixed on the support 17. The end of the tube 9 located
on the side of the electrode 7 is supported on the support 17 by
through a spring 25.

A l'extrémité du -tube 9 située du côté de l'électrode 6, est
fixée, perpendiculairement à l'axe 3, une plaque circulaire 19 qui est
formée d'alumine, comme le tube 9, et constitue avec celui-ci le sépa
rateur précédemment mentionné. La fixation de la plaque 19 sur le
tube 9 est réalisée par une soudure au verre, étanche aux gaz et isolante électriquement. Le verre de soudure a un coefficient de dilatation sensiblement identique à celui de la céramique constituant la plaque 19 et le tube 9. L'autre extrémité du tube 16 est fixée sur un support cylindrique en cuivre 20, constituant la seconde pièce de raccordement précédemment mentionnée et comportant des canaux internes 21. Le support 20 comporte une face plane qui s'appuie sur une face plane de la plaque 19 et une surface cylindrique interne très proche de la surface cylindrique extérieure du tube 9.Sur l'autre face plane de
la plaque 19, s'appuie un support en cuivre 22 sur lequel est fixé l'embout 11. L'électrode 6 est fixée sur le support 22 qui constitue la première pièce de raccordement précédemment mentionnée et qui
comporte aussi des canaux internes 23. Chacun des supports 20 et 22 comporte une borne telle que 28 et 29, reliée par une connexion électrique à une borne d'une source 24 de courant électrique hautetension, un interrupteur 30 étant branché en série dans les connexions.At the end of the -tube 9 located on the side of the electrode 6, is
fixed, perpendicular to the axis 3, a circular plate 19 which is
formed of alumina, like tube 9, and constitutes with it the separa
rator previously mentioned. The fixing of the plate 19 on the
tube 9 is produced by a glass weld, gas tight and electrically insulating. The welding glass has a coefficient of expansion substantially identical to that of the ceramic constituting the plate 19 and the tube 9. The other end of the tube 16 is fixed on a cylindrical copper support 20, constituting the second connection piece previously mentioned. and having internal channels 21. The support 20 has a flat face which rests on a flat face of the plate 19 and an internal cylindrical surface very close to the external cylindrical surface of the tube 9. On the other flat face of
the plate 19, is supported by a copper support 22 on which the end piece is fixed 11. The electrode 6 is fixed on the support 22 which constitutes the first connection piece previously mentioned and which
also has internal channels 23. Each of the supports 20 and 22 has a terminal such as 28 and 29, connected by an electrical connection to a terminal of a high voltage electric source 24, a switch 30 being connected in series in the connections .

Les différents éléments de l'enveloppe tels que les embouts 11,
12, le tube 16 et les supports 17, 20 et 22 sont reliés mécaniquement
entre eux par l'intermédiaire de joints 31 à 34, de façon que
l'enveloppe soit étanche aux gaz.The various elements of the envelope such as the end pieces 11,
12, the tube 16 and the supports 17, 20 and 22 are mechanically connected
between them by means of joints 31 to 34, so that
the enclosure is gas tight.

Le générateur laser comporte en outre un réservoir cylindri
que 35 fixé sur les supports 17 et 20 et entourant le tube 16, ce
réservoir comportant des ouvertures non représentées afin de permettre
d'y faire circuler un liquide de refroidissement tel que l'eau.The laser generator further includes a cylindrical reservoir
that 35 fixed on the supports 17 and 20 and surrounding the tube 16, this
tank with openings not shown to allow
circulate a coolant such as water.

On voit sur la figure 2 que les tubes 8 et 4 sont fixés coaxialement par rapport au tube 9 par des tiges de centrage telles que 26 et 27 en céramique, le centrage du tube 9 autour de l'axe 3 étant assuré à l'aide du ressort 25 s'appuyant sur le support 17, les supports 20 et 22 étant appi'q > s par des moyens non représentés sur les deux faces opposées du disque 19 fixé sur le tube 9. Les tiges 26 sont disposées côte à côte parallèlement à l'axe 3 entre la surface cylindrique interne du tube 9 et la surface cylindrique externe du tube 8. Les tiges 27 sont disposées côte à côte, parallèlement à l'axe 3, entre la surface cylindrique interne du tube 8 et la surface cylindrique externe du tube 4. It can be seen in FIG. 2 that the tubes 8 and 4 are fixed coaxially with respect to the tube 9 by centering rods such as 26 and 27 made of ceramic, the centering of the tube 9 around the axis 3 being ensured using of the spring 25 pressing on the support 17, the supports 20 and 22 being appi'q> s by means not shown on the two opposite faces of the disc 19 fixed on the tube 9. The rods 26 are arranged side by side parallel to the axis 3 between the internal cylindrical surface of the tube 9 and the external cylindrical surface of the tube 8. The rods 27 are arranged side by side, parallel to the axis 3, between the internal cylindrical surface of the tube 8 and the cylindrical surface outer of tube 4.

Le générateur laser décrit ci-dessus en référence aux figures 1 et 2, fonctionne de la manière suivante
Après voir fait le vide on introduit dans l'enveloppe, à travers l'ouverture commandée par la vanne 15, un gaz rare tel que le néon qui constitue le gaz tampon précédemment mentionné. Ce gaz est introduit à une pression prédéterminée, de façon que la pression du gaz à l'intérieur du tube 4 soit sensiblement égale à la pression atmosphérique pour la température de fonctionnement du laser qui est de l'ordre de 1500 à 16000C. On ferme la vanne 15.The laser generator described above with reference to Figures 1 and 2, operates as follows
After seeing the vacuum is introduced into the envelope, through the opening controlled by the valve 15, a rare gas such as neon which constitutes the buffer gas mentioned above. This gas is introduced at a predetermined pressure, so that the pressure of the gas inside the tube 4 is substantially equal to atmospheric pressure for the operating temperature of the laser which is of the order of 1500 to 16000C. The valve 15 is closed.

On fait circuler l'eau de refroidissement dans le réservoir 35 ainsi que dans les canaux 18, 21 et 23 ménagés dans les supports 17, 20 et 22. The cooling water is circulated in the reservoir 35 as well as in the channels 18, 21 and 23 formed in the supports 17, 20 and 22.

Le source de courant 24 est capable de délivrer une suite d'impulsions à une tension élevée, de l'ordre de 15000 Volts. Après fermeture de l'interrupteur 30, la tension aux bornes du générateur 24 est reportée entre d'une part l'électrode 6 par l'intermédiaire du support 22 et d'autre part l'électrode 7 par l'intermédiaire du support 20, du tube 16 et du support 17. L'isolement électrique est assuré par la plaque 19 fixée sur le tube 9. On obtient ainsi une suite de décharges électriques dans le gaz situé à l'intérieur -du tube 4. The current source 24 is capable of delivering a series of pulses at a high voltage, of the order of 15,000 volts. After closing the switch 30, the voltage across the generator 24 is transferred between on the one hand the electrode 6 via the support 22 and on the other hand the electrode 7 via the support 20, of the tube 16 and of the support 17. The electrical isolation is ensured by the plate 19 fixed on the tube 9. This gives a series of electrical discharges in the gas located inside the tube 4.

Celui-ci s'échauffe rapidement par suite essentiellement de la présence du manchon isolant 10.This heats up quickly, essentially due to the presence of the insulating sleeve 10.

Bien que le manchon 10 soit aussi placé dans une atmosphère gazeuse à pression relativement forte, tout arc électrique parasite transitant par ce manchon est évité par la présence du tube isolant 9 muni de la plaque 19. Ce tube et cette plaque constituent en effet une barrière isolante efficace entre d'une part l'électrode 7 le support 17, le tube 16, le manchon 10 et le support 20 portés au potentiel électrique d'une des bornes de la source 24, et d'autre part l'électrode 6 et le support 22 portés au potentiel de l'autre borne de la source 24. Although the sleeve 10 is also placed in a gaseous atmosphere at relatively high pressure, any parasitic electric arc passing through this sleeve is avoided by the presence of the insulating tube 9 provided with the plate 19. This tube and this plate indeed constitute a barrier effective insulator between on the one hand the electrode 7 the support 17, the tube 16, the sleeve 10 and the support 20 brought to the electrical potential of one of the terminals of the source 24, and on the other hand the electrode 6 and the support 22 brought to the potential of the other terminal of the source 24.

Lorsque la température du tube 4 atteint une valeur de l'ordre de 15000C, le cuivre 5 contenu dans le tube 4 se vaporise. Les décharges électriques excitent alors la vapeur de cuivre et provoquent la formation d'un rayonnement laser traversant les fenêtres 13 et 14 et se réfléchissant sur les miroirs 1 et 2, de manière à créer un faisceau laser sortant de la cavité par le miroir partiellement transparent 2. When the temperature of the tube 4 reaches a value of the order of 15000C, the copper 5 contained in the tube 4 vaporizes. The electric discharges then excite the copper vapor and cause the formation of laser radiation passing through the windows 13 and 14 and reflecting on the mirrors 1 and 2, so as to create a laser beam leaving the cavity through the partially transparent mirror. 2.

Bien-entendu, la distance entre les extrémités en regard du tube 4 et des électrodes 6 et 7 est déterminée pour permettre la dilatation normale du tube et des électrodes parallèlement à l'axe 3 et éviter tout contact et tout effort mutuel entre le tube et les électrodes à la température de fonctionnement du générateur laser. Of course, the distance between the opposite ends of the tube 4 and the electrodes 6 and 7 is determined to allow the normal expansion of the tube and the electrodes parallel to the axis 3 and to avoid any contact and any mutual effort between the tube and the electrodes at the operating temperature of the laser generator.

La circulation d'eau dans le réservoir 35 et les supports 17, 20 et 22 permet, en diminuant la température de ces pièces, d'assurer un fonctionnement sans incident des joints d'étanchéité 31 à 34 pendant toute la durée de vie du générateur laser. Cette circulation d'eau permet aussi de diminuer la température du verre constituant la soudure fixant la plaque 19 sur le tube 9, afin d'assurer l'étanchéité et d'éviter toute perte de gaz rare. Il est à noter aussi que les problèmes d'étanchéité du laser sont fortement réduits par le fait que la pression de gaz à l'intérieur et à l'extérieur de l'enveloppe est sensiblement égale à la pression atmosphérique à la température de fonctionnement. The circulation of water in the reservoir 35 and the supports 17, 20 and 22 makes it possible, by reducing the temperature of these parts, to ensure trouble-free operation of the seals 31 to 34 throughout the lifetime of the generator. laser. This circulation of water also makes it possible to reduce the temperature of the glass constituting the weld fixing the plate 19 to the tube 9, in order to ensure sealing and to avoid any loss of rare gas. It should also be noted that the laser sealing problems are greatly reduced by the fact that the gas pressure inside and outside the envelope is substantially equal to atmospheric pressure at operating temperature.

La durée de vie du générateur laser selon l'invention est nettement plus longue que celle du générateur laser selon l'art antérieur cité plus haut. A titre indicatif, cette durée de vie peut excéder 1000 heures. L'augmentation de durée de vie résulte essentiellement de l'augmentation de 50 torrs à une atmosphère de la pression du gaz rare à la température de fonctionnement. The lifetime of the laser generator according to the invention is significantly longer than that of the laser generator according to the prior art mentioned above. As an indication, this lifespan can exceed 1000 hours. The increase in service life results essentially from the increase of 50 torr to an atmosphere of the pressure of the noble gas at the operating temperature.

Le fonctionnement correct du générateur laser n'est pas perturbé par la présence d'impuretés telles que le sodium, le magnésium ou le calcium dans la vapeur de cuivre, ces impuretés pouvant provenir des tubes en céramique 4, 8 et 9 et du manchon isolant thermiqye. En effet, le tube 4 peut être réalisé en alumine extrêmement pure 'car il -est relativement court et ne supporte aucun effort. Le tube t.., plus éloigné des décharges électriques, est également réalisé en alumine, mais la pureté de cette alumine peut être moins grande af-m 'de iminuer le prix de revient du générateur laser. Enfin le tube s -et la plaque 10, encore plus éloignés, peuvent être réalisés en une alumine encore un peu moins pure. De plus, le manchon isolant 10 réalisé, au moins pour la plus grande partie, en métal réfractaire-degage beaueoup moins d'impuretés que le manchon isolant selon l'art -antërieur-, constitué en totalité par des fibres de céramique. The correct functioning of the laser generator is not disturbed by the presence of impurities such as sodium, magnesium or calcium in the copper vapor, these impurities can come from ceramic tubes 4, 8 and 9 and from the insulating sleeve thermiqye. Indeed, the tube 4 can be made of extremely pure alumina because it is relatively short and does not support any effort. The tube t .., further away from electric discharges, is also made of alumina, but the purity of this alumina may be less in order to reduce the cost price of the laser generator. Finally the tube s -and the plate 10, even more distant, can be made of an alumina still a little less pure. In addition, the insulating sleeve 10 made, at least for the most part, of refractory metal-releases a lot less impurities than the insulating sleeve according to the prior art, made entirely of ceramic fibers.

Le retour du courant des décharges électriques ;par le tube coaxial 16 de faible diamètre diminue l'impédance des décharges et contribue par conséquent à augmenter le rendement du générateur laser. The return of current from electrical discharges; through the small diameter coaxial tube 16 decreases the impedance of the discharges and therefore contributes to increasing the efficiency of the laser generator.

Le générateur laser selon la présente invention pet etre utilisé pour le pompage de lasers à colorants appliqués par exemple à la détection, par spectroscopie, de gaz dans l'atmosphère The laser generator according to the present invention can be used for pumping dye lasers applied for example to the detection, by spectroscopy, of gases in the atmosphere.

Claims

CLAIMS 1 / Metal vapor laser device comprising - an elongated amplification chamber (4a) formed by a "plasma" tube (4) open at its two ends and having a longitudinal axis (3), the internal surface of this tube cold carrying deposits (5) of a solid metal so that the vapor of this metal reaches, at a high working temperature, a working concentration allowing it, if it is excited in the form of plasma, to amplify a beam luminous, this tube being made of a high purity ceramic so as not to introduce impurities into this vapor, - a first (6) and a second (7) electrodes made of a refractory metal and arranged coaxially with the chamber amplification at both ends thereof to allow it to pass through electrical discharges suitable for heating and exciting said metallic vapor, these electrodes being tubular to allow passage to a light beam propagating according to the edit axis, - a sealed envelope (11, 12, 13, 14, 16, 17, 20, 22) containing the plasma tube and the electrodes within a rare gas constituting a buffer gas to prevent excessive diffusion of said metallic vapor outside the amplification chamber and possibly to contribute to the process of excitation of this vapor by said electrical discharges, - a thermal insulation sleeve surrounding the plasma tube and extending at least over the entire length of the amplification chamber to help maintain the working temperature and thermally protect the envelope, - a source (24) of brief, high-voltage electrical pulses to create said electrical discharges between the electrodes, this source being external to the sealed envelope, - and a first (22, 28) and a second (29, 20, 16, 17) electrically conductive paths for connecting this source respectively to the first and to the second electrode through the waterproof envelope he, the first conductive path crossing this envelope by a first metallic connection part (22) in the vicinity of the first electrode, the second conductive path comprising a second metallic connection part (20) close to the first, then continuing with a tube ~ inverter (16) coaxially surrounding the carrier tube and finally joining the second electrode, so that these two conductors form, with the path of the electrical discharges in the amplification chamber, an electrical circuit of at least partially coaxial structure and having a low inductance to allow the creation, in the amplification chamber, of brief electrical discharges capable of exciting the metallic vapor, an electrical insulator being disposed between these two connecting pieces to avoid short circuits, this device being characterized by the has a continuous ceramic separator (9, 19), a first part (19) of which substantially in the form of a separator plate cut into a circular ring coaxial with the amplification chamber and interposed between the two said metal connection pieces to constitute said electrical insulator between these pieces, a second part of this separator being connected in leaktight manner to the first and having the form of a separator tube (9) coaxially surrounding the amplification chamber inside said conductive tube (16) so as to produce a continuous electrical insulation separating on the one hand the first connection part and the first electrode and on the other hand the second connection part and at least the part of this conductive tube adjacent to this part, the diameter of this conductive tube being less than three times that of the plasma tube to reduce said inductance, the buffer gas pressure being greater than 50 millibars when the amplification chamber is at working temperature so that the service life of the device is increased, this ceramic separator extending, parallel to said axis, over a length sufficient to prevent electrical short circuits from appearing in the buffer gas - between the parts separated by this separator.

2 / Device according to claim 1, characterized in that said separator tube (9) is separate from the plasma tube (4) and surrounds it, and consists of a ceramic of purity lower than that of this tube carrying so that it can be made easily.

3 / Device according to claim 2, characterized in that the two said parts (9, 19) of the separator are two separate ceramic parts and are assembled by welding using a welding glass having a coefficient of expansion substantially equal to that of these ceramic pieces, so that this separator can be easily manufactured while being resistant to thermal shock, the separating plate (19) being situated longitudinally away from the amplification chamber (4a) and in thermal contact with cooling means (21, 23) to prevent softening of the welding glass when this chamber is at working temperature, 4 / device according to claim 1, characterized in that the separator tube (9) is inside the sleeve of thermal insulation (10), which is itself disposed in said envelope, this separator tube extending over the entire length of this sleeve so as to prevent electrical short circuits even if this sleeve is not electrically insulating.

5 / Device according to claim 4, characterized in that the thermal insulation sleeve (10) comprises a radial succession of coaxial layers of a very pure refractory metal separated by intervals occupied essentially by a non-polluting non-metallic material, so as to prevent this sleeve from introducing impurities.

6 / Device according to claim 2, characterized in that it further comprises a third ceramic tube (8) disposed radially between the plasma tube (4) and the separator tube (9) and surrounding the amplification chamber (4a) and at least part of the length of each electrode (6, 7) to slow the diffusion of the metallic vapor towards the separator tube and of impurities towards the amplification chamber.

7 / laser generator according to claim 6, characterized in that it further comprises rods (26, 27) for centering, arranged longitudinally one between the separator tube (9) and the third tube (8) and the others between this third tube (8) and the carrier tube (4), in order to carry the plasma tube (4) via the separator tube (9).

8 / Device according to claim 1, characterized in that the connecting parts (20, 22) and the conductive tube (16) constitute parts of the sealed envelope.

9 / Device according to claim 1, characterized in that the connecting pieces (20, 22) coaxially surround the first electrode (6) and constitute supports for the device.

10 / Device according to claim 3, characterized in that the connecting pieces (20, 22) coaxially surround the first electrode (6), have flat surfaces in the form of circular rings applied against the two faces of the separating plate ( 19), and comprise an interior volume (21, 23) for a cooling fluid allowing the effective cooling of this separating plate.

11 / Device according to claim 8, characterized in that it further comprises a cylindrical tank (35) surrounding the conductive tube (16) and means for circulating a cooling fluid in this tank.

12 / Apparatus according to claim 1, characterized in that the buffer gas is neon, with a pressure between 100 and 1500 millibars at the working temperature, the metal of said deposits being copper.

13 / Apparatus according to claim 1, characterized in that said ceramic tubes (4, 9, 8) are made of sintered alumina, the plasma tube (4) containing an alkali and alkaline earth metal content of less than 0.01% and in silica of less than 0.02%, the separator tube containing an alkali and alkaline earth metal content of less than 0.05% and of silica of less than 0.1% by weight.

14 / Device according to claim 5, characterized in that the thermal insulation sleeve (10) further comprises ceramic fibers disposed in said intervals between the coaxial layers.

15 / Device according to claim 1, characterized in that at least those of said electrical pulses which ensure the excitation of the metallic vapor after the heating of the amplification chamber have a voltage greater than 10 kilo-volts, a time rise less than 0.1 microseconds an individual duration less than 0.5 microseconds, and an interval between pulses between 100 and 2000 microseconds, the distance between the two electrodes (6, 7) being between 50 and 200 cm.