FR2579383A1

FR2579383A1 - Improvement to continuous-emission lamps which can be used as an optical pumping source for a laser

Info

Publication number: FR2579383A1
Application number: FR8504099A
Authority: FR
Inventors: Gerard Diot
Original assignee: VERRE QUARTZ
Current assignee: VERRE QUARTZ
Priority date: 1985-03-20
Filing date: 1985-03-20
Publication date: 1986-09-26
Also published as: FR2579383B1

Abstract

To the inner wall of the silica tube 1 of the arc lamp is welded a ring 7, also of silica, arranged around the cathode 2 so that the tapered end 3 of the cathode projects, by a few millimetres, through the ring 7, towards the inside of the tube. Because of the barrier formed by the ring 7, the initiating arc 9 is forced to arise on the sharp portion 3 of the cathode, at a sufficient distance from the wall of the tube 1 to preclude the deterioration of the latter. The invention applies to continuous-emission arc lamps serving as optical pumping sources for lasers.

Description

L'invention concerne les lampes à émission continue, et plus particulièrement les lampes à arc à atmosphère de gaz utilisables comme source de pompage optique pour laser. The invention relates to lamps with continuous emission, and more particularly arc lamps with a gas atmosphere which can be used as an optical pumping source for a laser.

Les lampes à arc de ce type utilisées actuellement comprennent, à l'intérieur d'un tube de silice rempli de plusieurs atmosphères d'un gaz (généralement du krypton ou du xénon) deux électrodes disposées aux deux extrémités du tube et reliées à un circuit électrique de déclenchement dit "trigger", le tube étant disposé dans un milieu de refroidissement (air ou eau). On constate que, dans de nombreux cas et de façon apparemment aléatoire, lorsque ces lampes sont utilisées avec un "trigger" parallèle ou "trigger" extérieur d'amorçage, il se produit lors de l'établissement de l'arc une explosion du tube au niveau de la jonction entre la paroi de celui-ci et la cathode ce qui, outre la destruction de la lampe, peut entraîner des détériorations importantes de l'installation. Arc lamps of this type currently used include, inside a silica tube filled with several atmospheres of a gas (generally krypton or xenon) two electrodes arranged at the two ends of the tube and connected to a circuit electric trigger called "trigger", the tube being arranged in a cooling medium (air or water). It is noted that, in many cases and in an apparently random manner, when these lamps are used with a parallel "trigger" or "trigger" outside of ignition, it occurs during the establishment of the arc an explosion of the tube at the junction between the wall thereof and the cathode which, in addition to the destruction of the lamp, can cause significant deterioration of the installation.

A la suite de nombreuses expériences, la déposante a découvert que ces explosions étaient dues au fait que, lors de l'emploi d'un "trigger" extérieur (ce qui correspond à l'utilisation la plus fréquente), il se crée une capacité parasite importante ayant pour conséquence que l'arc d'amorçage et de démarrage de la lampe se produit très en arrière de la pointe de la cathode, très près de la paroi en silice mince du tube. Following numerous experiments, the applicant discovered that these explosions were due to the fact that, when using an external "trigger" (which corresponds to the most frequent use), a capacity is created significant parasite with the consequence that the arc for starting and starting the lamp occurs far behind the tip of the cathode, very close to the thin silica wall of the tube.

Or, à la jonction de l'arc du gaz ionisé de la lampe et des électrodes (en particulier de la cathode) se produit un phénomène de point chaud dû à l'évaporation superficielle des matériaux utilisés. Si ce point le plus chaud vient au contact de la paroi de silice, il provoque la fonte de celle-ci et ltexplosion du tube.However, at the junction of the arc of the ionized gas of the lamp and the electrodes (in particular of the cathode) occurs a phenomenon of hot spot due to the surface evaporation of the materials used. If this hottest point comes into contact with the silica wall, it causes it to melt and explode the tube.

La présente invention a pour obJet de remédier à l'inconvénient mentionné ci-dessus des lampes conventionnelles et elle propose à cet effet de réaliser une lampe modifiée de façon que son arc d'amorçage se produise obligatoirement sur la partie avant, généralement effilée, de la cathode émissive, loin de la paroi de silice de la lampe et donc sans risque de détérioration de celle-ci. The object of the present invention is to remedy the above-mentioned drawback of conventional lamps and for this purpose it proposes to produce a modified lamp so that its initiating arc necessarily occurs on the front part, generally tapered, of the emissive cathode, far from the silica wall of the lamp and therefore without risk of deterioration thereof.

Selon l'invention, on crée à l'intérieur de la lampe une barrière isolante artificielle disposée autour de la cathode (ou éventuellement de l'anode), et cette barrière se présente sous la forme d'un anneau de matière isolante, en particulier d'un anneau de silice, qui est soudé à la face interne du tube de façon à entourer la cathode en laissant celle-ci faire saillie vers l'intérieur du tube par son extrémité effilée. La barrière isolante ainsi réalisée empeche la création de l'arc à proximité immédiate de la paroi du tube en obligeant l'arc à contourner cette barrière et à créer le point chaud du plasma sur la cathode en un endroit de celle-ci éloigné de l'enveloppe de silice, en empechant ainsi la détérioration de la lampe et en favorisant l'effet de pointe de la cathode. According to the invention, an artificial insulating barrier arranged around the cathode (or possibly the anode) is created inside the lamp, and this barrier is in the form of a ring of insulating material, in particular a silica ring, which is welded to the internal face of the tube so as to surround the cathode leaving it protruding towards the inside of the tube by its tapered end. The insulating barrier thus produced prevents the creation of the arc in the immediate vicinity of the wall of the tube by forcing the arc to bypass this barrier and to create the hot spot of the plasma on the cathode at a location thereof remote from the silica shell, thereby preventing deterioration of the lamp and promoting the tip effect of the cathode.

Pour bien faire comprendre la réalisation selon l'invention, on en décrira une forme d'exécution préférée en référence au dessin schématique annexé dans lequel
la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'une lampe à arc conventionnelle pour pompage optique laser, montrant comment s'effectue l'amorçage de l'arc lors de l'utilisation d'un 1,trigger11 série de démarrage
la figure 2 représente la même lampe à arc conventionnelle, et montre l'arc d'amorçage obtenu en utilisant un "trigger" extérieur
la figure 3 est une vue similaire d'une lampe à arc selon la présente invention, montrant l'arc d'amorçage obtenu en utilisant un "trigger" série
la figure 4 est une vue de la lampe à arc selon l'invention de la figure 3, montrant l'arc d'amorçage obtenu en utilisant un "trigger" extérieur ;; et
la figure 5 est une vue de la lampe de la figure 4, quelques secondes après l'amorçage, montrant le rétablissement normal de l'arc.To clearly understand the embodiment according to the invention, a preferred embodiment will be described with reference to the attached schematic drawing in which
Figure 1 is a partial longitudinal sectional view of a conventional arc lamp for optical laser pumping, showing how the arc is struck when using a 1, trigger11 start-up series
FIG. 2 represents the same conventional arc lamp, and shows the starting arc obtained using an external "trigger"
FIG. 3 is a similar view of an arc lamp according to the present invention, showing the starting arc obtained using a serial "trigger"
Figure 4 is a view of the arc lamp according to the invention of Figure 3, showing the starting arc obtained using an external "trigger"; and
Figure 5 is a view of the lamp of Figure 4, a few seconds after ignition, showing the normal restoration of the arc.

En référence à la figure 1, on a représenté une lampe à arc conventionnelle constituée par un tube 1 de silice mince pincé à ses extrémités d'une part sur la cathode 2 à extrémité effilée 3 et, d'autre part, sur l'anode 40 Pour permettre le refroidissement de la cathode 2 par dissipation thermique, le tube 1 est plongé dans liteau d'un circuit de refroidissement (non représenté). En utilisant un "trigger" série haute tension de démarrage, on constate que l'arc d'amorçage 5 de la lampe se crée au centre du tube 1, axialement de la cathode à l'anode, le rôle d'effet de pointe de la cathode étant parfaitement rempli. Referring to Figure 1, there is shown a conventional arc lamp formed by a tube 1 of thin silica pinched at its ends on the one hand on the cathode 2 with tapered end 3 and, on the other hand, on the anode To allow the cathode 2 to cool by heat dissipation, the tube 1 is immersed in a batten of a cooling circuit (not shown). By using a high-voltage start-up "trigger" series, it can be seen that the starting arc 5 of the lamp is created at the center of the tube 1, axially from the cathode to the anode, the role of peak effect of the cathode being perfectly filled.

En référence à la- figure 2 on utilise, pour commander le démarrage de la lampe conventionnelle, un "trigger" extérieur (non représenté) qui a pour conséquence de créer une capacité parasite extérieure. Le champ électrique ainsi créé favorise l'amorçage de la lampe sur la partie externe du tube 1 et la jonction de l'arc 5' du gaz ionisé et de la cathode 2 s'effectue en un point 6 situé en arrière de la partie pointue 3, dans la zone de jonction de la cathode et du tube de silice 1. La chaleur dégagée au point 6 peut faire fondre la silice et provoquer l'explosion du tube. With reference to FIG. 2, an external "trigger" (not shown) is used to control the starting of the conventional lamp, which has the effect of creating an external parasitic capacitance. The electric field thus created favors the ignition of the lamp on the external part of the tube 1 and the junction of the arc 5 ′ of the ionized gas and of the cathode 2 takes place at a point 6 located behind the pointed part. 3, in the junction area of the cathode and the silica tube 1. The heat given off at point 6 can melt the silica and cause the tube to explode.

Aux figures 3 à 5, on a représenté la lampe selon l'invention qui diffère des lampes conventionnelles par l1adjonction, à l'intérieur du tube 1, d'un anneau 7 en silice qui est soudé à la paroi intérieure du tube et qui entoure la cathode 2 de façon que cette dernière ne présente en saillie vers l'intérieur du tube 1, à travers l'anneau 2, qu'une partie de son extrémité effilée 3 (sur une longueur de un à plusieurs millimètres). In Figures 3 to 5, there is shown the lamp according to the invention which differs from conventional lamps by the addition, inside the tube 1, of a silica ring 7 which is welded to the inner wall of the tube and which surrounds the cathode 2 so that the latter projects projecting towards the inside of the tube 1, through the ring 2, only part of its tapered end 3 (over a length of one to several millimeters).

Comme représenté à la figure 3, en cas de démarrage commandé par un "trigger" série haute tension (non représenté), l'arc d'amorçage 8 se crée de façon idéale au centre du tube 1, même s'il y a une très forte capacité parasite entre la cathode et l'environnement du tube. As shown in FIG. 3, in the event of start-up controlled by a high-voltage series "trigger" (not shown), the arcing 8 is ideally created in the center of the tube 1, even if there is a very high parasitic capacity between the cathode and the environment of the tube.

Ainsi qu'on le voit maintenant à la figure 4, lorsqu'on utilise un "trigger" parallèle ou extérieur (non représenté) pour amorcer la lampe, même avec une très forte capacité parasite entre la cathode 2 et l'environnement du tube, ltarc 9 se crée le long de la paroi du tube 1 mais il se produit en un point 10 de la cathode disposé soit sur la pointe de celleci, soit au voisinage de cette pointe sur la partie conique émissive 3 de la cathode0 L'anneau 7 en silice joue alors avec efficacité le rôle d'une barrière en obligeant l'arc 9 à le contourner pour aller créer le point chaud 10 sur l'extrémité de la cathode. Ce point chaud 10 est alors suffisamment éloigné de la paroi en silice du tube pour qu'il n'y ait aucun risque de voir fondre celle-ci. As can now be seen in FIG. 4, when a parallel or external "trigger" (not shown) is used to start the lamp, even with a very high stray capacitance between the cathode 2 and the environment of the tube, ltarc 9 is created along the wall of the tube 1 but it occurs at a point 10 of the cathode disposed either on the tip of this, or in the vicinity of this tip on the conical emissive part 3 of the cathode 0 The ring 7 silica then effectively plays the role of a barrier by forcing the arc 9 to bypass it to create the hot spot 10 on the end of the cathode. This hot spot 10 is then sufficiently distant from the silica wall of the tube so that there is no risk of the latter melting.

Comme représenté à la figure 5, quelques secondes après la création de l'arc 9 de la figure 4, cet arc se rétablit normalement au centre du tube 1 et des électrodes 2,4. As shown in FIG. 5, a few seconds after the creation of the arc 9 of FIG. 4, this arc is normally restored to the center of the tube 1 and of the electrodes 2,4.

On comprendra que la description ci-dessus a été donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, et que des adjonctions ou des modifications constructives pourraient y être apportées sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications annexées. It will be understood that the above description has been given by way of example, without limitation, and that additions or constructive modifications could be made without departing from the scope of the invention defined by the appended claims.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S.

1. Continuous emission lamp usable as an optical pumping source for laser, constituted by a silica tube in external contact with a cooling medium and internally filled with a gas such as krypton or xenon, two electrodes being arranged at the interior of the tube at both ends thereof, characterized by a barrier (7) made of an insulating material which is arranged in the vicinity of at least one of the electrodes (2,4) to pocket the hot junction point (10) of the initiating arc (9) occurs in a part of said electrode (2,4) disposed in contact with the wall of the tube (1).

2. Lamp according to claim 1, characterized in that said barrier (7) is constituted by a fixed insulating ring which surrounds the electrode (2,4) leaving only protruding towards the inside of the tube (1) that '' a tapered part of the electrode.

3. Lamp according to claim 2, characterized in that said insulating ring is made of silica

4. Lamp according to claim 2 or claim 3, characterized in that said insulating ring is welded to the inner wall of the tube (1).

5. Lamp according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the insulating ring surrounds the cathode (2) so that the tapered part (3) thereof protrudes towards the inside of the tube (1).