HAL Id: jpa-00206010
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Submitted on 1 Jan 1965
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Observations des effets de la focalisation d’un faisceau lumineux intense dans un gaz
C. Breton, M. Capet, V. Chalmeton, D. Nguyen Quang, R. Papoular
To cite this version:
C. Breton, M. Capet, V. Chalmeton, D. Nguyen Quang, R. Papoular. Observations des effets de
la focalisation d’un faisceau lumineux intense dans un gaz. Journal de Physique, 1965, 26 (8-9),
pp.490-493. �10.1051/jphys:01965002608-9049000�. �jpa-00206010�
BRETON, CAPET, CHALMETON, QUANG,
et R. PAPOULAR,
Groupe de Recherches de l’Association EURATOM-C. E. A. sur la Fusion, Fontenay-aux-Roses, Seine.
Résumé. - On a étudié l’évolution dans le temps de la lumière émise lorsque l’on focalise un
faisceau Laser infrarouge (1,06 03BC) dans l’azote, à des pressions allant de 1 à 25 atmosphères. Le fond
continu émis débute un peu avant le claquage, s’intensifie pendant la durée de l’impulsion et couvre
le visible et le proche ultra-violet. La répartition spectrale ne varie pas de manière appréciable quand on modifie la pression ou l’intensité du faisceau.
Abstract. 2014 Light-induced discharges have been studied by time resolved spectroscopy and photography. Experiments have been performed in nitrogen at pressures between 1 and 25 atmo-
spheres, with a neodymium-doped glass laser (1.06 03BC, 30 MW). The emitted spectrum starting shortly before the breakdown and increasing during the laser pulse is a continuum covering the
near u. v. and visible regions. Its shape does not depend noticeably upon the pressure or the beam intensity.
Si l’on concentre a 1’aide d’une lentille ou d’un miroir 1’energie 6mise par un laser suffisamment
puissant, on observe, au voisinage du foyer, l’appa-
rition d’une boule lumineuse tres intense, et l’on
constate que la majeure partie de 1’energie trans- port6e par le faisceau ne traverse pas le volume focal. Le claquage et 1’emission dependent essen-
tiellement de la nature et de la pression du gaz
d’epreuve, de l’ énergie incidente et de la qualite
de la surface d’onde. Ces resultats ont deja 6t6 publi6s d’autre part [1] et nous traiterons princi- palement ici de 1’evolution dans le temps de la
lumiere produite.
1. Dispositif instrumental.
-La figure 1 repre-
sente le dispositif experimental. Le laser est du type VNDM 30 construit par la C. G. E., a miroir
tournant et verre dope au n6odyme taille en inci-
dence brewsterienne : le faisceau est legerement polarise, la surface d’onde, fortement inhomog6ne,
varie notablement d’un barreau a l’autre, l’énergie
maximale est de 1 joule et la duree de I’emission
de 90 ns environ.
La chambre d’experience supporte des pressions
de 100 atmospheres et est munie de hublots en
suprasil.
La focalisation est g6n6ralement r6alis6e au
moyen d’une lentille 6quiconvexe en B1664 de
75 mm de focale plac6e a l’int6rieur meme de la
chambre ; la majeure partie de 1’energie 6tant transportee dans une section de 5 mm de diam6tre, plus petite que celle du barreau, l’aberration sph6- rique longitudinale est de l’ordre de 0,15 mm, donc
n6gligeable devant la longueur du volume focal
(d6finle comme la distance s6parant les deux minima nuls de diffraction) que l’on peut estimer a 3,6 mm.
Le monochromateur utilise est du type Czerny-
Turner a prisme en homosil, il est ouvert a F/6,
afin de ne pas saturer le photomultiplicateur Radio- technique 56 UVP, tout en conservant un signal
utilisable sur l’oscillographe rapide OZ 100, on
r6duit de mani6re achromatique le flux admis dans le monochromateur a 1’aide d’un diaphragme iris place dans un plan conjugue du prisme. L’optique
de projection est realisee uniquement avec des
miroirs (Amplivex U. V.). La mesure de la variation
chromatique de la sensibilite de 1’ensemble a 6t6 r6alis6e de 3 000 a 6 000 A a 1’aide d’une lampe à
ruban de tungst6ne port6 a 2 400 OK.
Le syst6me des deux miroirs M2 et M3 permet, d’une part de rendre la fente du monochromateur
parall6le a l’axe de la decharge, et d’autre part d’explorer les differents points de celle-ci.
La camera electronique utills6e (du type S. T. L.), peut fonctionner soit en camera a images, soit en
camera a fente. L’ouverture du convertisseur est declenchee par le signal de la cellule C1 plac6e à
la sortie du laser et convenablement ampli ie;1’ad-
dition des retards 6lectroniques fait qu’il n’est pas
possible de photographier les toutes premi6res nano -
secondes du claquage. De plus, la camera, munie
d’une optique en verre, est aveugle dans 1’ultraviolet, 2. Cinematographic rapide.
-Le claquage a lieu, dans la plupart des cas, en amont du foyer (quelques series d’experiences ont toutefois indique
des claquages en aval), d’autant plus loin de celui-
ci que 1’energie ou la pression sont plus fortes,
c’est-a-dire que l’on est au-dessus du seuil de cla- quage. Ces variations continues de la position du claquage semblent indiquer que le d6calage observe
n’est pas du uniquement a une convergence 6ven- tuelle du faisceau a la sortie du laser, mais que la
position du claquage est 116e intimement 4 la tache de diffraction, les quelques « doubles claquages »
que l’on a observes pouvaient s’expliquer par une
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01965002608-9049000
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FIG. 2.
-Photographie r6solue dans Ie temps (Tun claquage en amont du foyer.
localisation au premier maximum de diffraction et au foyer. Les mesures ne sont pas assez fines et notre connaissance de la surface d’onde insuffisante pour determiner si Ie volume de diffraction possede
une dissym6trie par rapport au foyer ou si le cla-
quage se produit, non pas au maximum du champ, électrique, mais au maximum du gradient du carr6 du champ.
Si l’on atténu-e suffisamment la lumière 6mise,
on observe un d6placement du centre de gravit6
n’etant pas due a la diffusion dans la camera, puisqu’elle ne disparait pas si l’on masque le centre du claquage en tirant suivant 1’axe d’un profile
en U, ni meme si 1’on pose sur celui-ci une fine lame de quartz ; elle disparait n6anmoins si l’on
recouvre le profile d’un papier noir.
La luminosite diminue nettement si 1’on aug- mente la pression ou diminue 1’energie incidente en reduisant, soit 1’amplitude de l’impulsion a 1’aide
d’attenuateurs a sulfate de cuivre, soit sa duree en produisant a 1’aide de deux lentilles confocales un
« pr6-claquage )) : si celui-ci a lieu a la pression pic toute 1’energie transportée apr6s l’instant tYI corres- pondant au seuil a la pression pl, est absorb6e dans le premier claquage, et seule Fenergie transportée
entre les instants tp et tpI > tPt correspondant aux
seuils lp et lp > lx2 aux pressions p 2 et PI P 2 peut etre absorb6e dans le second.
3. Spectrographie.
-Le spectre imis est princi- palement un continuum que nous avons détecté de
noir (fig. 3a) a une temperature au moins egale à
10 OOOo.
Lorsque 1’on fait varier la pression ou 1’energie incidente, il ne semble pas y avoir de variation notable de la forme du spectre continu, toutefois
les quelques raies de I’azote une fois ionise que l’on observe a faible pression, s’estompent des qu’on augmente celle-ci, et d’une mani6re g6n6rale l’in-
tensité dicroit lorsque l’on augmente la pression ou
diminue l’énergie du faisceau.
Si l’on vise successivement des parall6les a 1’axe
du plasma, on constate une d6croissance rapide de
l’intensit6 sans modification significative du spectre.
La figure 3a repr6sente les spectres obtenus au
maximum de 1’emission dans Ie temps lorsque 1’on
vise 1’axe optique et que 1’on se d6place de 0,4 et 0,8 mm.
On peut caract6riser 1’6volution dans Ie temps
de 1’emission d’une bande spectrale par 1’instant du d6but et celui du maximum d’emission : ces deux
quantités ne varient pas de mani6re significative
FIG. 3.
-aj Variation de I’intensité du continuum lorsque l’on s’eloigne de 1’axe de la decharge de Az.
-b) Varia-
tion avec Az de 1’evolution dans le temps de l’intensit6 au voisinage de X
=4 400 A.
-c) Apparition d’un
second maximum d’6mission.
493 avec la longueur d’onde, mais il faut signaler que
l’imission commence un peu avant le claquage, d6fini, rappelons-le, par l’instant d’absorption plus
ou moins brutale du faisceau, et que le temps de
montie augmente lorsque la pression croit ou que l’intensité du faisceau diminue. Lorsque l’on vise à
pression, energie et longueur d’onde constantes des
points 6loign6s de 1’axe optique, on constate que le temps de passage par le maximum est retardé
(fig. 3b), a peu pres proportionnellement a la dis-
tance. Si l’on explique ce retard par une expansion
du plasma, on en d6duit une vitesse radiale de 13 km/s.
Si l’on vise suffisamment loin de 1’axe (0,8 mm),
on observe ( fig. 3c) l’apparition d’un second maxi-
mum qui peut etre plus intense que le premier et
est d4cal6 de 150 ns. L’allure du spectre 6mis a cet
instant n’est pas modifi6e (fig. 3a).
IV. Conclusion.
-Ainsi, 1’6nergie transport6e
par le faisceau se trouve absorb6e par le gaz des que son intensite d6passe une certaine valeur, il y a creation et expansion rapide d’un plasma en meme temps que souffiage de celui-ci vers le foyer. II est possible que le spectre observe soit celui d’un
corps noir mais pour s’en assurer il faudrait pousser les mesures vers les courtes longueurs d’onde, ce qui posera avec acuité Ie problème de I’£talonnage ;
inversement la production d’un continu intense et de courte duree dans la region de Schumann
serait fort appr6ei6e des sp6cialistes de cette region
et justifie un effort dans ce sens.
REFERENCE
[1] BRETON (C.), CAPET (M.), CHALMETON (V.), NGUYEN QUANG (D.) et PAPOULAR (R.), C. R. Acad. Sc., Paris, 1965, 260, 5731.
ÉTUDE DE FAISCEAUX D’IONS
EN PRÉSENCE D’UN CHAMP MAGNÉTIQUE UNIFORME
Par M. PERULLI, C. ETIEVANT et E. LUTAUD,
Groupe de Recherche de l’Association EURATOM-CEA sur la Fusion, Fontenay-aux-Roses, Seine.
Résumé. - Les mécanismes d’interaction d’un faisceau d’ions neutralisé et de deux faisceaux d’ions, symétriques, neutralisés, dirigés parallèlement à un champ magnétique sont discutés. Pour cela nous considérons la relation de dispersion des ondes électrostatiques à propagation oblique
dans les situations suivantes : 1) Un faisceau d’ions froids neutralisé par un gaz d’électrons froids
au repos. - 2) Influence d’un plasma froid.
20143) Rôle du terme électronique. 2014 4) Expression
des relations précédemment obtenues en tenant compte d’une vitesse thermique perpendiculaire.
2014
5) Cas de deux faisceaux d’ions symétriques, neutralisés par des électrons au repos. Nous pré-
sentons des résultats obtenus dans l’expérience EOS construite pour l’étude de ces interactions dans les deux situations suivantes : a) un faisceau ; b) deux faisceaux symétriques.
Abstract. 2014 The mechanisms of interaction of a neutralized beam of ions and also of two sym- metric neutralized ion beams flowing parallel to a magnetic field, are described. The dispersion
relation for obliquely propagating electrostatic waves is considered in relation to the following topics.1. A beam of cold ions neutralized by cold electrons at rest.
20142. Influence of a cold plasma.
2014
