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~e préscn l perfec tionnement concerne un gén~ra-teur laser
à flux ga~;eux.
On connalt par cxemple par une publication de ~1. I.avarini,
Bettini, Crancon, Michon "Laser à excitation électrique et détente-
adiabaticiue" (Comptes re~dus a l'Académie des Sciences de Paris
t. 272 p 335-338, I Fevrier 1971), des générateurs lasers dans lesquels
on produit une décharge electriquc dans un prem;er gaz ~dc. l'azote) animé
d'une tres gran(le vitesse et on melan"e ce premier gaz `a un deuxieme ~,az (du
gaæ carbonique) dans une cllambre cl'expansion dans lacluelle est disposee une
cavité optiquc resonnante. La dechar~e électrique a pour e~fet de ournir ,1
l'azote une éner,~ie d'excitation qui ~st transferee au gaz carbonique
par intéraction moléculaire lors du melange. Le deplacement rapide du
melange dans la chambre d'expansion lui fait attei.ndre la cavité optique
avant la desexcitation du r~az carbonique, ce qui. permet ~1 ce dernier une
emiss;.cn cle l~m~iere stimulee au sein de la cavite opti.que, c'est-a-dire
une émiss;oll laser.
Les molecules cl'azotc poss2clent trois mocles d'exci.tat:ion
possibles : thcrmique, rotationnelle et vibrationnelle. Les temps de
relaxation des deux premiers modes sont tres inférieurs au temps de
rela~ation du dernicr. Lorsque les mo]ecules d'azote et l.es molécules de
~az carbonique se melangent dnns la cllambre d'expansion, c'est l'énergie
vibrationnelle de l'aYote qui. subsiste seule et qui produit au sein du
~az carbonique9 l'inversion de population, qui donne naissance a une
impulsion laser de forte puissance.
De tels clispositiEs présentcnt cependant un certain nombre
d'inconvenients.
En particulier, la structùre ainsi que la disposition mutuelle
des organes constituant de tels génerateurs ne permet pas d'obtenir des
~038~ !3
décharge9 électriques p~lssanteS et homogènes dans l'azote, d'où il
résulte une limitation de la puissance a;nsi que du rendement de
l'emission laser.
La présente invention permet de remedier à de tels inconvenients
et elle a pour objet un generateur laser à flux gazeux permettant de
realiser des decharges electriques particulièrement puissantes et
homogènes, et d'~btenir de ce fait des emissions lasers de forte
puissance, un tel générateur présentant par ailleurs une tr~s grande
simplicite de structure associee a un coat de realisation modique.
Plus part-r~ rement, l'invention ~n~rn~ un generate~r .
laser a flux gazeux e
- une enceinte allongee munie d'orifices de transfert à une première
extremite
- des moyens d'alimentation de ~adite enceinte en au moins un jet d'un
premier gaz susceptible d'être excite par une decharge electrique, ces
moyens d'alimentation comportant une tuyère d'injection débouchant dans
l'enceinte au voisinage de sa deuxième extremite;
- des electrodes disposées dans ladite enceinte et connectees à une source
élec~rique pour creer une décharge électrique dans ledit premier gaz;
_ une chambre d'expansion allongée dans laquelle debouche ladite enceinte
à travers lesdits orifices de transfert, la section de ladite chanbre
d'expansion etant progressivement croissante à partir de sa première
extremite adjacente à ladite enceinte jusqu'à sa deuxième extremite9
- des moyens d'évacuation pour maintenir à basse pression ladite
deuxième extremite de la chambre d'expansion et faire circuler ledit
premier gaz de ladite tuyère d'injection jusqu'à ladite deuxième
extrémite de la chambre d'expansion à travers lesdits orifices de
transfert,
- des yens d'alimentation de ladite chambre d'expansion en au moins un
deuxième gaz, susceptible d'être excite par interaction moleculaire
~.
1~(1 3~
avec ledit premier gaz dans son état e~cité, ces moyens
d'alimentation étant situés au voisinage de ladite encein-
te de maniere à créer un mélange desdits premier et
deuxième gaz;
- une cavite optique résonnante apte a créer une émission
laser en présence dudit deuxieme gaz dans son état excité,
cette cavité étant disposée dans ladite chambre d'expansion
de manie~e a êtr~ parcourue par ledit melange de gaz;
- caracterise en outre par le fait que ladite enceinte est
un cylindre a section circulaire dont la longueur est
comprise entre cing et sept fois son diam~tre, les dimen-
sions de ladite enceinte, le diametre et la position de
ladite tuyère d'injection et la vitesse d'injection dudit
premier gaz ainsi que les dimensions desdits oriices de
transfext étant choisis de sorte a creer un écoulement
tourbillonnaire dudit premier gaz dans l'ensemble du
volume de cette enceinte.
D'autres caracteristiques et avantages de l'inven-
tion ressortent de la description qui suit donnee a titre
d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif
en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- les figures 1 et 3 représentent schématiquement
en coupe un premier et un deuxieme mode de realisation d'un
generateur selon l'invention,
~ la figure 2 repxesente en perspective un injec-
teur utilis~ dans le générateur selon l'invention,
- les figures 4 et 5 representent schematiquement
un troisième mode de real`isation du generateur selon
l'invention en coupe par un plan horizontal et par un plan
vertical, respectivement. ~es elements se correspondant
sur diverses igures y sont designes par les memes nombres
de reference.
Selon la figure 1, un generateur laser a flux
gazeux comporte une enceinte cylindrique 1 de diamètre
~ 1 dans laquelle debouche une ~uyère d'injection 2
:~03~37E3
constituant une anode et connectée à un générateur de
tension G par l'intermédiaire d'une résistance R. Cette
tuyère 2 comporte un conduit axial 3 relié à une source
d'azote sous pression SN représentée schematiquement.
Sa face avant comporte un orifice d'injection 4, diver-
gent vers l'intérieur de l'enceinte 1. A l'autre
extremit2 de l'encei~te 1 et a
/
- 3a -
~, ~
1~;31~'7~
e L de l~c~x~r~mité d~ t~y~ re 2 ~one d~sp~s~s ~n31bl~3n~ gale
2~C~ !3 un~ ~e~ QUtrZ3F3 ~3S ~n~j~c~eur~ de ~ ca~ k~ 5 ~ m2nt~
pa~t:i~ d9~m~ source ~ r~ Cllrl!lOn:i~Ue! 51~ et plu3 ~ icull~rem~nt d~ r~t~
e~ r&~ r~n~ c~ r~ de eel~ ~n3~cteur~ ~a~ con~ae~s i~1ectrlgue1~n~
à l~a~er~ p~;le d~ g~n~r~eu~ ension G ~u Fn~y~ e c~ eur~ 130
~ e~3 ori~ de tr~s~rt pr~edemment ~n~lonrl~ 9~nt
c~ac~tit~s par le~ ~nt~rv~lle~ ou~rer~ el~ que 5l2 ell~r~ ~eu~ n~Qce~ur~ ~u
3Ç!~e~ parn~ d~ 19z~ e~ 1 ~
L9en~n~e 1 debQu~e p~ c~ oY3~Cea de trarlsP~r~ d~n~ une
chanb~e ~17~p~ns.lol~ 6 r~ d~ t~E3U~: mlroir~ 7 Ql: 8 Cs~il9f~af:ullnt ~m~3 C~
optiqua r~onnas~9 te T~irot~ ~ ~t~qDt ~ml-~rarlsp3r~nt ~t ~2~YUT~ C d~
~o~ sio~ d~lls 1~ c~n~ d~ c~ F~
~ umit~ la plu~ l~rg~ do 1~Q cha~ibr~ d~ n93.0~ 9t m~ln~a~
~ I:r~ a.~ p~e~ on ~ 2 ~ d~s ~ 3 ~v~cua~on ~a~e~ pa~ ~s
canal~sa~ions la r~un~ n~ Jl.C!~ C da vlda ~ repxe~en~e ~h~n~a-
t~ et de ~ s~nS~ af~ ~tes pOU~ qu~ la ps~e~s~on y ~te
~t~~_: .L null~ p~d~n~ ~ut~ la du~a da ~on~io~3sl~men~ clu ~ L
~u~a 2 p~ rl~ pr~ci~r la ~ructur~ d~ 1D3ec~ura $~compr~ ne ~h~cun Ull corp~ ~e~lllqu~ ~ p~ dan~ Yet~u~l on 2 p~lq~
p~ 2 r~ n ~ e p~ de~$ e~r~it~ ~ ~e
de ga~ cE~boniqu~ ~C~ dlh~ ~ ee dl~u~ p~ aal~8a
l;~quell~ c~rc7~1e un ~l~de d~ ~e~roit~ en~*nt~, d~ l~eaa ~ 0CCUEaS~C~9
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C~:)ll~lSl~li3 C~ pl~ l S~ J lu ~ri~t~ 18 ~u~ 1,5 ~ ~ I pY:iiC~ t
a~ p~clul~ t~ ~n~ ~u~ nn~a l~p~n~p21~ d~
i; pl~ 64D ~.1 ~a~ u~e ~p~seil:io~ ~C~~ e ~ la ct~Char~
ug (~fl~ c?d~ 2 6~ ol~l7c~ ri3 ~1
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t ~a 4?~ t ~1~C07~R~ p~r d~ 1~ al~
3~ ntt~n~ ga~ ~ax~ h~
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P~ de ~ r da~ rs~n~ on ~ tm ~-~3t
t~ a 3~io~ ma~ appQ l~r~ a~ ~eu ~pait~p
p~l~all3~ p~ d~ l t~cc~ 0 1~
~n~ p~ c ~ ~u~ l~s $~3 4
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~ 119 ~oit da~ al~ d~ 3r ~;1~3
3~ æ~ hO~W~ tR~ Rspp~
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P31~ dJ~ ha~a 4~ rA iY~2 ~ r~
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~tO~ e~r~3u~ ~aB~ r~ n~ 3~ q~ p
ou~ y6~n d~ d~s ~ n~
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r&~ ~V~ t p~L~, tl ~ e~
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ch~ d~ p~ u ~ r ~t~ v~
e~ ~ b~ ~s~ n~sn~
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~03~3'7B
~mis~ on r~ Q par ~~ t~ n~, ~ 3n~ lfl~ tlU~
dlstingu~ ~n~ d~un ~r~ ~lQctrlqua dan~ laquel ~ppnr~ 2 fort~
ra~ Qp~r~U~7 ~n~s ~r~e ~ ;Lcn ~ 23~ 9 ~s~n
~h~nn~l~c~ron~qa~ impo~tante ~ 1~ c~i~hot?e~.
Dan~ ~na d~ch~ lun~n~c~nte 1~ ~ee~a de3 ~le~ n~
~el~ c~e l~ ct~lc~n~3 po~ st ~ta}l~ que le~ ~.~e~ a ¢ît~ qt~t~
n~r~ ~r~ ~ntt ~ 3~p~ S ~ ula~
o~ ~n~Qn~r~ Q~ei~a~~ll de let~ od~ v~bY~ nn~
~m3 ~m a~ t~t~u~ u~ t~mp~r~u~^e a~ rætld
t~ n~ ts~ r~ ~bl~ ~u 9~ C~B ~Enc~3~nt~ p-~
le r~nc~nt ~nar$~ u~ d~ proc~ t~ q~l se ~l~rclule,n~ d~n~ 3
ch~mb~2 t~e~Epnr~ n & a~t lu3~ ~us~ t~ nu~.
L~q~ ~te~c.ht3 i~ au~t7~n~r ~a ~u~æ~ da~ n~3s~
l~sers ~onnus ~n ~ o~ltim~ d~ ltQnc~lnt~ l; la pte.~ n c~
1a~oCel, Q~ n~ da cvur~nt ~l~ctr~Lqu~ dml~ cQtt~ ~nce~ g 1~ .
d~a~e lu~n~hor,~gan~ d~r~en~ ble Q~: 3¢ ~r~n~orm~ a~ Im~
m~ pll~ a~e~ ctr~qu~ s ~onnfl de ~:tla~n~æ~ ~ r~ndem~n~
dn cng3 ~j~R~r~ tc~6 d~m~n~a ~lor~t ~ 1E " f~ cotlX2t~nt
~u~llo~n~t~o~ ~a c~h~ 3~ yp~ ~t~L
G~ ,F,t~Q~ ~t~ p~na~Cta~ pJ~ a~
Pou~ c~ p ~lfln~ as d~3 g~u~ t ~ 2 J c~es~on~dir~
~la~ 7"~ ~y~ d~ e~ d~ e~ n~ d~ p
u~ di~E~ o~r ~ r~pp~ lon~u~
il B~Tl dl~t~ p~ r~a
S ~ ~f6il~ e~
h~ ,ua l~ t~ ~ ~ i5e~u~ k
p~ 5S~9~ e.to~ a
5~E¢~:ld 5'~3 t~l15~ tZ '}~ 53f;'~
3878
1~o coQ~icla~ de por~a~ dQ 30rtie~ o~ dîr~ IQ
rnppo~t tle la ~ur~a~. dc ~ort~ laissi~e lil~re ent~e 1~8 ~n~ect~ur~ ~5,
A la ~urÇ~ce de In ~ectlon da l'on~e:int~:, es~ n~nE~eus~ t comprls
ont~e S~ ek 50~ .
s% c~
à noter A C3 ~uJet que la pres~lon d~ ltencelat~ I
e~t voi3ine QU sup~r~eure a~ dou~?.e de la p~es~ da~s 1~ c~lani~l!e
d~exp;3nsio~ 6, de t~l~e ~orte ~ue llécoul~nt de ~ ote antr~
~n3aet~ur~ 5 nttaint la vite~e du ~o~.
ID Q3lan~ ~ t~ pres~i~n P de l~.o~ dan~ l~et~c~inte 1 la pr~sent~
inv~ntl~n ~t ~turtoue lnt~ssP~an~ lle est ~up~;r~eur~ ?i t)~l barO
p~ut at~olndre plu~iou~ bar~ Ban~ appar~tion ~arc ~l~Ct~ q7.t2
L~ v5~3se d~injecl:inn V ~le lt~q~oee pnr la ~uy~re 2 e~t
~u~8riaur~ ~ 100 S
t
L~ d~ de cnur~nt 3 d~t ltsnc~1n~ c~2~ ire 1~
r~pport dr l~in~ns~t~ i~ la ~tu~ac~ de ln section de l'l~ncein~e doit
~tra $~t~ nen~ on ~T%Ut ~ er la plt~ nce du ~ .r~t~ur~,
~ 5 d~n~t~g de ~Qur~t ~ ~c~ ont ~it~:. obt~n~te~ xvant la p~t2nte
.l~nti~n dan~ de~ nn(~e~nt~ d~ faible ta~tiQn~ tabl~ it ~t~or8
un~ d~ch~r~e ~lcctr~quQ ~tIr-r~ n~ cluhait~ au~ nt~r la
pul~sanee du ~nfirat~ur ell r~ t~ 1A s~cton do l~enc~nt~t d~ ~rCt
~Iaet~iqUC& e~ FOr~e d 11~nt~ appnra~ t2t. L~ pr~ue~t~ nvent~
P~r~A~t~ 1D~UC 1A de~ i d~ cot~ran~ i~t~ ~orte9 d~~u~ nt~r la ~ec~os~
d~ nc~n~ 9~ ~D a a
n~r~ qu~ 3~t~ mit~ ~e ~s~t6~ d~ ze~
F~ ea j~ule~: p~r ~a~.
5~ 00 ~
~ ~ ,
33~
Xl p~3U~ y nvoir in~r8t ~ ~nîculer 1~ r~lppo~t l5~JP~ ~nt:r~ 1
ch~mp ~ï~sctr~ni~ue 1' dan~ llt~nc~in~ le norbbre ~T ~e ~ eule~
d7~tæ par c~nti~ r~ cube;, car e~: r~pport e3t 11~ à la v~3~e
iav~!n~le dlun &le~ron heu~ant ~n~ cul~ d5~xo~eO
On a ~l~rs d~ pr~ fir~r~ce ~
1~ 17~ c~ ;J~ n-t4V~2
~ ons~r ~ pr~ les valeur~ de~ para~itr~ pr~&ide~ent
d~ ai~ d~n3 d~3u X~ 9 de m~s~ en o~uvre d~ l~in~nt 9 cc~rre~-
pon~ au m~d~3 a~ ~al1~a~ion dQ la figu~Q 1.
PJ~A~ql~R UNl~Bler 1~1PI.E~a~ EXl~L~
L r.~ll 3()0 300
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Q ~n Kgalt~2 3~5 17~5
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P ~lli~r ~1)0 500
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