Réalisation d'un laser de laboratoire à argon ionisé

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Submitted on 1 Jan 1969

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Réalisation d’un laser de laboratoire à argon ionisé

J. Moret-Bailly, H. Berger

To cite this version:

J. Moret-Bailly, H. Berger. Réalisation d’un laser de laboratoire à argon ionisé. Re- vue de Physique Appliquée, Société française de physique / EDP, 1969, 4 (3), pp.379-380.

�10.1051/rphysap:0196900403037900�. �jpa-00243298�

379.

RÉALISATION D’UN LASER DE LABORATOIRE A ARGON IONISÉ

Par J. MORET-BAILLY ^et H. BERGER,

Laboratoire de Spectroscopie Moléculaire de la Faculté des Sciences de Dijon.

(Reçu ^le 18 décembre 1968, ^révisé le 14 mars 1969.)

Résumé. 2014 Nous proposons ici ^un type de construction de laser ionique ^de laboratoire,

de construction aisée et permettant ^de travailler dans des gammes ^de puissances ^variables.

Abstract.

Description ^{of a} Laboratory Argon ^Ion Laser. ^Its realisation is _{easy and} it can operate ^{in a wide} range of power.

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE ^Tome 4, SEPTEMBRE 1969, PAGE

Un laser _{à argon} ionisé est constitué, ^{comme tous}

les lasers, par : a) ^{une cavité} (étalon ^de Fabry-Perot) ; b) ^{un milieu} amplificateur; ^{ce milieu} amplificateur ^est

un plasma ^obtenu par passage d’une forte densité de

courant électrique (106 ^{à 101} A/m2) ^{dans de} l’argon

sous une pression voisine de cinquante pascals [1].

Le courant électrique ^est généralement ^{un courant}

continu passant d’une anode métallique ^{à une cathode} thermoélectronique. ^Le plasma ^est isolé du milieu extérieur _par une enceinte comprenant :

a) ^{Un tube} capillaire ^dans lequel ^est confiné le

plasma. ^{Son axe est normal à} la surface des miroirs

qui constituent la cavité;

b) ^Deux bulbes renfermant les électrodes;

c) ^{Deux fenêtres} placées ^sous incidence brewsté- rienne.

Le système ^est habituellement réalisé en silice, ^à l’exception bien entendu des électrodes [2]. ^Bien qu’un champ magnétique d’un dixième de tesla environ confine le plasma ^{dans la} partie axiale du tube capil- laire, ^une puissance ^de plusieurs dizaines de kilowatts

est dissipée ^{sur les} parois ^de l’enceinte. En dépit ^d’un

refroidissement énergique, la durée de vie du tube

capillaire ^{est assez} limitée; ^son remplacement ^entraîne

la reconstruction complète ^{d’une structure en silice}

coûteuse : celle-ci comporte ^{en effet} des passages pour courants de forte intensité, ^{des chemises} d’eau, ^etc.

Pour éviter cet inconvénient, ^{nous avons} été amenés à

imaginer ^un système permettant ^de remplacer ^le capillaire ^{tout en} conservant les autres organes du laser. Après de nombreux essais, nous avons mis au

point ^un montage permettant ^{de faire ce} remplacement

à peu de frais, ^en respectant toutefois les deux condi- tions fondamentales suivantes :

a) ^Le capillaire qui supporte ^{des chocs} thermiques

et des gradients ^de température ^{très élevés ne} peut ^être soudé qu’à ^des pièces ^{de silice.}

b) L’étanchéité doit rester bonne : les joints ^d’étan-

chéité doivent travailler à froid.

L’organe ^{essentiel est constitué} par deux tubes de silice (1) sensiblement coaxiaux, ^{raccordés en leurs} extrémités, formant ainsi une enceinte étanche, apte

à être parcourue par ^une circulation d’eau. Dans la

partie comprise ^{entre ces deux} tubes, ^{sur une structure}

tubulaire intermédiaire, ^{est enroulé un fil} métallique verni, ^{formant un solénoïde} qui, muni de connexions

électriques, ^{contribue à} la striction du plasma. ^Béné-

ficiant du circuit de refroidissement du capillaire, ^il

peut ^être avantageusement ^constitué par ^une seule couche de spires ^et parcouru par ^{un courant} intense.

Cet ensemble constitue ce que ^nous appellerons ^le

« tube laser ». Les deux extrémités de ce « tube laser »

pénètrent dans deux enceintes métalliques ^refroidies

par des circulations d’eau. L’étanchéité est réalisée sur

le tube externe de silice _par une jonction ^du type presse-

étoupe ^utilisant des joints toriques de caoutchouc. Une de ces enceintes constitue l’anode, la seconde assez

volumineuse renferme une cathode à oxydes ^de grande

surface. Une large ^ouverture permet d’extraire faci- lement et rapidement la cathode. Les deux enceintes

précitées supportent les fenêtres de silice, placées ^sous

incidence brewstérienne.

Les avantages ^d’un tel laser tiennent en la possibilité

de désolidariser facilement les différents _organes qui ^le

constituent. Il est notamment possible de travailler à des régimes ^de puissances ^{variables en} changeant uniquement ^{le «} tube laser » (variation ^{de sa} longueur

ou du diamètre du capillaire) ^{tout en} conservant les

autres organes. De plus, si le tube vient à se détériorer,

il peut être facilement remplacé. ^Le prix ^{de ce tube}

est très bas, ^{du fait} que la quantité de silice utilisée est

faible et que le travail du verrier se ramène à la soudure de deux tubes concentriques; ^{il est même} possible ^dans

certains cas de remplacer uniquement ^le capillaire. ^Il

faut noter la possibilité d’extraire la cathode sans

dérégler l’antiparallélisme des fenêtres de silice. Au

(1) ^Une matière réfractaire plus résistante pourrait

être utilisée.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:0196900403037900

380

FIG. 1.

cours du fonctionnement des lasers ioniques ^utilisant

une cathode à oxydes, ^{on observe} fréquemment ^la pollution ^{des lames de} silice, ^{atténuant ainsi la} puissance

du faisceau laser; ^{en utilisant le} système ^de porte-lames précédent ^avec étanchéité _par joint torique, ^le rempla-

cement de ces lames ou leur nettoyage ^{est immédiat.}

Il va de soi _que la désolidarisation des différents organes entraîne une étanchéité un peu moins bonne que dans les lasers habituels réalisés en une seule pièce.

Pour pallier ^cet inconvénient, le tube laser est alimenté de façon permanente ^en argon pur. Le débit est extrêmement faible et la pression de fonctionnement

est maintenue _par un pompage primaire. Lorsque ^le

laser ne fonctionne _pas, la pompe ^est arrêtée et la

pression d’argon ^à l’intérieur du tube prend ^{la valeur} légèrement supérieure ^{à la} pression atmosphérique,

sous laquelle l’argon ^{est fourni en} permanence; ^nos

expériences ^{ont montré} que, de ^cette façon, ^la protection de la cathode est bien assurée. L’enceinte

métallique renfermant la cathode est isolée de cette

dernière et constitue une électrode auxiliaire refroidie;

ainsi, ^d’une part la formation de la cathode est achevée par ^une décharge électrique d’intensité croissante, ^sous

une faible différence de potentiel [3], ^d’autre part ^en fonctionnement normal, la différence de potentiel ^entre

la cathode et son enceinte repère l’émissivité de celle-là.

Décrivons plus précisément ^{le laser à argon ionisé}

construit dans notre laboratoire. Le « tube laser » est

constitué _par deux tubes en silice (l, 2). ^{Le solénoïde} (3)

en fils de cuivre isolés est bobiné sur un tube en acier

inoxydable (4). Ses connexions électriques (5) passent dans les orifices (6) du circuit de refroidissement du

capillaire ^{et sont réalisées en tresse} de cuivre étamée.

Un remplissage poreux (7) ^entre le tube de silice

externe (1) ^et le solénoïde (3) permet ^{de centrer ce} dernier sur l’axe du capillaire (2) ^{et de créer un chemin} préférentiel pour l’eau, refroidissant ainsi énergique-

ment les deux extrémités. L’enceinte (8) ^{contenant la}

cathode (9) ^{est en acier} inoxydable, ^refroidie par ^un

serpentin ^d’eau (10). ^L’anode (11) ^{en même matériau} possède ^{une double} paroi (12) ^{assurant son refroidis-}

sement. Les enceintes (8, 11) ^sont prolongées par ^un tube en acier inoxydable (13) ^terminées par ^un mé-

plat (14) ^sur lequel s’applique ^une lame de silice (15).

Une pièce métallique (16) comprime ^{la lame de silice}

sur un joint torique (17) ^assurant ainsi l’étanchéité du laser. La lame de silice étant fragile, un joint ^{de caout-}

chouc (18) ^est interposé ^{entre elle et la} pièce ^métal- lique (16). Des conducteurs (19) ^{refroidis et isolés de}

la pièce métallique (20) ^assurent les connexions élec-

triques de la cathode.

Pour _que, en dépit du pompage ionique ^de l’argon

dans le tube capillaire [4], ^les pressions régnant ^dans

les enceintes (8) ^et (11) ^restent voisines, ^{celles-ci sont}

reliées _par un circuit (21) ^{réalisé en matériau isolant}

et comprenant ^une partie souple; ^celle-ci permet d’écarter les enceintes (8) ^et (11) ^{lors du} remplacement

ou de l’allongement ^{du tube laser.}

BIBLIOGRAPHIE

[1] ^LABUDA (E. F.) ^{et GORDON} (E. I.), ^I.E.E.E. J.

Quantum Electronics, 1965, QE 1, ^{n° 6.}

[2] ^CONVERT (G.), ^Onde électrique, avril 1966.

[3] ^PONCHON (P.), ^{Thèse 3e} cycle, Lyon, ^1963.

[4] ^BLOOM (A. L.), Appl. Optics, ^{1966, 5, 1500.}