FR2505100A1 - Dispositif laser - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF LASER UTILISANT UNE SOURCE D'ENERGIE A IMPULSIONS DU TYPE CONVERTISSEUR COURANT CONTINU-COURANT CONTINU 3, QUI PRODUIT UNE SORTIE LASER PULSEE PRESENTANT UNE PUISSANCE DE POINTE ELEVEE GRACE A L'UTILISATION DE LA CARACTERISTIQUE DE RESISTANCE NEGATIVE D'UN TUBE A DECHARGE LASER 7. LA VALEUR DE POINTE, LA LARGEUR D'IMPULSION, LA PERIODE DE LA SORTIE PULSEE SONT REGLABLES. LE DISPOSITIF EST CAPABLE DE PRODUIRE UNE LUMIERE LASER OSCILLANT CONTINUELLEMENT; DE FONCTIONNER TOUJOURS AVEC UN RENDEMENT VOISIN DU MAXIMUM QUELLE QUE SOIT LA VALEUR DE LA SORTIE LASER. LA SOURCE D'ENERGIE DU DISPOSITIF LASER 8 PERMET LE REGLAGE DE LA LARGEUR D'IMPULSIONS 9 ET DE LA PERIODE 10 DE LA SORTIE LASER PULSEE SANS EFFET NEFASTE SUR LE RENDEMENT DU DISPOSITIF LASER.

Description

La présente invention concerne un dispositif la-

ser et, plus particulièrement, un dispositif laser à im-

pulsions perfectionné qui comporte une source d'énergie à impulsions du type convertisseur courant continu-courant

S continu.

En général,comme cela est bien connu, les dispo-

sitifs laser à gaz sont conçus pour produire une-oscilla-

tion laser par application d'une haute tension à un tube à

décharge laser de façon à exciter un milieu laser.

Dans des dispositifs laser de cette nature, on

fait appel à des sources haute tension de types divers.

L'un de ces types est une source d'énergie qui utilise un convertisseur courant continu-courant continu Dans une source de ce type, un courant continu circulant dans le primaire, c'est-à-dire dans le côté basse tension, d'un transformateur haute fréquence est commuté à haute vitesse

par un élément de commutation de façon à produire une hau-

te tension dans le secondaire du transformateur Ensuite, le courant est redressé et appliqué à un tube à décharge

laser.

Une source d'énergie de ce type présente l'avan-

tage de ne pas nécessiter le recours à un transformateur

haute tension de fréquence industrielle et à un condensa-

teur haute tension etc, et cela entraîne une réduction 2.

sensible des dimensions du dispositif laser.

Cependant, un dispositif laser comportant une

source classique du type convertisseur courant continu-

courant continu a l'inconvénient de ne pas permettre la production d'un faisceau laser à impulsions stable

ayant une puissance de pointe élevée.

Par conséquent, pour obtenir un faisceau laser

présentant cette caractéristique, il s'est avéré nécessai-

re d'avoir recours à un dispositif laser du type classique

à commutation avec gain.

Dans ce type de laser, un élément de commutation résistant à haute tension et courant élevé, tel qu'un thyratron, qui est monté sur le côté secondaire d'un transformateur haute tension est agencé pour commuter rapidement un courant haute tension de manière à appliquer une tension sous forme d'impulsions à un tube à décharge

laser Cependant, ce type d'agencement regorge d'incon-

vénients, par exemple: le dispositif laser a des dimen-

sions importantes; l'utilisation d'un élément à tube sous vide tel qu'un thyratron ou analogue est indispensable,ce qui se traduit par une courte durée de vie du dispositif;

le chauffage nécessite beaucoup de temps; la consomma-

tion de puissance de l'élément chauffant a pour effet d'abaisser le rendement global du dispositif; etc Un autre inconvénient réside dans le fait qu'un dispositif

de ce type ne permet pas l'établissement à la valeur dési-

rée d'un courant haute tension Cela provoque la circula-

tion d'un courant par trop important vers le commutateur

et a par conséquent pour effet de donner un mauvais ren-

dement.

La présente invention est axée sur l'élimination

des inconvénients des dispositifs laser classiques expo-

sés ci-dessus Un objet de la présente invention est par conséquent un dispositif laser qui permet d'en réduire les dimensions avec l'utilisation d'une source d'énergie

à impulsions du type convertisseur courant continu-cou-

rant continu et qui en même temps, est agencé de manière

à produire une sortie laser à impulsions ayant une puis-

3.

sance de pointe élevée par utilisation de la caractéristi-

que de résistance négative d'un tube à décharge laser.

Un autre objet de la présente invention est un dispositif laser dans lequel la puissance de pointe de la sortie laser, la largeur des impulsions et leur durée de

génération sont réglables et contrôlables.

Un autre objet de la présente invention est un

dispositif laser qui est capable de produire sans diffi-

culté un faisceau laser à onde continue.

îo Un autre objet de la présente invention est un dispositif laser qui est capable de toujours fonctionner

en ayant un rendement à peu près maximum quelle que soit.

la valeur de la sortie laser.

La présente invention sera bien comprise lors de

la description suivante faite en liaison avec les dessins

ci-joints dans lesquels La figure 1 est un schéma de circuit d'un mode de réalisation de la présente invention; La figure 2 est un diagramme de formes d'ondes

représentant l'action de chaque partie du mode de réalisa-

tion de la présente invention; La figure 3 est un diagramme de formes d'ondes

représentant une opération de multiplication et de re-

dressement de tension; et La figure 4 est-un schéma de circuit représentant un circuit de commande de courant de base faisant partie du

circuit de la figure 1.

Dans la figure 1, on a représenté un schéma de

circuit d'un mode de réalisation de la présente invention.

Coue représenté, celui-ci comporte deux transistors de

commutation 2 et 2 A Au primaire d'un transformateur hau-

te fréquence 3 sont reliés les collecteurs des transis-

tors de commutation Une source d'énergie basse tension en courant continu 1 a sa borne, côté négatif, reliée à un point de connexion des émetteurs des deux transistors

2 et 2 A D'autre part, le côté positif-de la source d'éner-

gie 1 est relié à un point neutre de l'enroulement primai-

re du transformateur 3.

4.

Lorsque les transistors 2 et 2 A sont alternati-

vement rendus conducteurs des courants de polarités dif-

férentes circulent dans l'enroulement du primaire du

transformateur 3 comme cela sera décrit ultérieurement.

En d'autres termes, les transistors 2 et 2 A étant alter- nativement commutés à grande vitesse, des impulsions d'un

courant haute fréquence sont produites à l'enroulement se-

condaire du transformateur 3.

Comme cela est représenté en (A) dans la figure 2, un oscillateur 8 produit des impulsions répétitives de largeur T 1 et de période T 2 (appelées ci-après impulsions de commande) Les impulsions sont appliquées à un circuit

4 de commande de courant de base La largeur T 1 des impul-

sions de commande est réglable à une valeur donnée par une résistance variable 10 La période T 2 peut également âtre

réglée par un moyen approprié.

Par ailleurs,un certain nombre N d'impulsions de commutation 51 Sn de largeur t 1 et de période t 2 (T 1 > t 2) ne sont produites que lors de l'application des impulsions de commande citées ci-dessus En liaison avec

le diagramme (D) de la figure 2, les impulsions de commu-

tation représentent un train d'impulsions constitué des n

impulsions 51 Sn qui sont maintenues en oscillation pen-

dant une durée T 1 de manière à être produites par inter-

mittence aux périodes T 2.

Les impulsions de commutation sont réglées de

façon à former des impulsions ayant deux phases qui diffè-

rent de 1800 comme cela est représenté par (E) et (F) en figure 2 et sont alors appliquées à la base de chacun des transistors 2 et 2 A Les impulsions de commutation étant ainsi appliquées,un courant haute fréquence ressemblant à un courant pulsé est produit au primaire du transformateur

haute fréquence 3 Ce courant ressemblant à un courant pul-

sé crée une tension haute fréquence qui est amplifiée en

correspondance avec le rapport du nombre de spires au se-

condaire du transformateur 3 La largeur des impulsions

de commutation est réglable par une résistance variable 9.

Au secondaire du transformateur haute fréquence 5.

3 est monté un circuit multiplicateur de tension 5 cons-

titué d'une pluralité de condensateurs et de diodes Dans le présent mode de réalisation particulier de l'invention,

le multiplicateur de tension 5 comprend quatre condensa-

teurs C 1 C 4 et quatre diodes D D 4 et est agencé de

façon à agir en circuit biphasé quadruplant la tension.

Lorsque la tension pulsée à haute fréquence au secondaire du transformateur 3 (dont la forme d'onde est

représentée en figure 3) est appliquée au circuit de qua-

druplement de la tension représenté en figure 1, à la pre-

mière demi-alternance positive représentée par la référen-

ce a en figure 3,la borne Pl du secondaire du transforma-

teur devient positive, ce qui provoque la circulation du courant vers la diode D 3 et le condensateur C 2 Alors, le condensateur C 2 se charge à la polarité indiquée dans la figure.

Puis, à la première demi-alternance négative re-

présentée par le symbole b en figure 3, la borne P 2 devient positive, ce qui provoque la circulation du courant vers le condensateur C 1 et la diode D 2, puis son retour au transformateur A ce moment là, le condensateur Cl se

charge à la polarité représentée dans la figure A la sui-

te de cette charge, lorsque la seconde demi-alternance po-

sitive représentée par le symbole c en figure 3 est four-

nie, la borne Pl devient de nouveau positive, ce qui pro-

voque l'apparition d'une différence de potentiel V entre les bornes Pl et P 2 Comme à ce moment-là, la différence de potentiel V est déjà apparue à la polarité représentée

au condensateur C 1, il se produit une différence de poten-

tiel 2 V entre les bornes Pl et P 3 En d'autres termes, le

condensateur C 3 est alors chargé par la différence de po-

tentiel 2 V à la polarité indiquée dans la figure.

Enfin, lorsque la seconde demi-alternance néga-

tive représentée par le symbole d en figure 3 est fournie, la borne P 2 devient de nouveau positive Alors, lorsque le courant circule dans le condensateur C 2 et la diode D 4, il apparaît une tension 2 V à la sortie du condensateur C 2 et 6. le condensateur C 4 se charge à la différence de potentiel

2 V à la polarité représentée.

De cette manière,une tension en courant continu

de 4 V se trouve produite aux bornes de sortie du multipli-

cateur de tension représenté en figure 1 Si l'on suppose que le circuit multiplie la tension par m fois, et que la tension de sortie du secondaire du transformateur haute fréquence 3 est Vh, on obtient généralement une tension de

sortie en courant continu V égale à m Vh, comme cela appa-

raîtra à l'homme de l'art.

Aux bornes de sortie du circuit multiplicateur de tension 5 est directement branché un tube à décharge

laser 7 sans interposition d'une résistance intermédiai-

re Par conséquent,lorsque le tube 7 se trouve à l'état de non-décharge, une tension en courant continu V O = 4 Vh lui est appliquée Il va sans dire que la tension appliquée au tube est réglée à une valeur supérieure à la tension Vp

d'amorçage de la décharge.

Aux deux extrémités du tube 7 sont disposés deux miroirs réfléchissants M 1 et M 2 qui sont montés de façon à former un résonateur laser Ce résonateur laser est, par

exemple,un résonateur laser connu au C 02.

Dans la figure,la référence 6 représente un dé-

tecteur de courant dont la fonction est de détecter la valeur moyenne du courant du tube 7 Le détecteur 6 fournit un signal de détection au circuit 4 de commande du courant de base cité précédemment Au circuit 4, la largeur des impulsions de commutation est réglée en fonction de la variation du signal de détection, et par conséquent, le courant du tube est contrôlé et stabilisé En outre, en

ajustant la largeur des impulsions de commutation par ré-

glage de la résistance variable 9, le signal de détec-

tion sert de signal de référence.

On décrira maintenant le circuit 4 de commande du

courant de base en liaison avec la figure 4.

Comme cela est représenté, les impulsions de commande produites par l'oscillateur 8 sont appliquées à 7. une borne d'entrée 18 d'un comparateur 13 après passage dans une résistance 15 Les signaux en provenance de la résistance variable 9 et du détecteur de courant 6 sont respectivement appliqués à un amplificateur d'erreur 11, qui produit alors un signal de sortie amplifié différen- tiellement Ce signal est réglé à une valeur appropriée par une résistance variable 12 avant d'être appliqué à

la borne d'entrée 18 du comparateur 13.

Par ailleurs, un signal à onde triangulaire de îO valeur donnée est produit à des périodes prédéterminées t 2

par un générateur d'ondes triangulaires 14 et est appli-.

qué à l'autre borne d'entrée 19 du comparateur 13 La pé-

riode du signal à onde triangulaire est rendue variable

et réglable par une résistance variable 20 Au compara-

teur 13, les signaux provenant des bornes d'entrée 18 et 19 sont comparés l'un à l'autre de manière à déterminer un

signal de sortie.

En d'autres termes,le signal à onde triangulaire est appliqué à la borne 19 aux périodes t 2 alors qu'un autre signal déterminé par l'amplificateur d'erreur 11,

la résistance variable 12, les impulsions de commande indi-

quées ci-dessus etc, est appliqué à la borne 18, et ces deux signaux sont comparés l'un à l'autre La comparaison des deux signaux dans le comparateur 13 se traduit par la production d'impulsions de commutation de largeur t 1 aux périodes t 2 La largeur des impulsions de commutation est déterminée par une tension de signal appliquée à la borne d'entrée 18 En d'autres termes,la largeur d'impulsion est réglable au moyen de la résistance variable 9 Comme la borne 18 reçoit les impulsions de commande de largeur T 1

et de période T 2, les impulsions de commutation produi-

tes par le comparateur 13 forment un train d'impulsions

produits par intermittence aux périodes T 2.

Les impulsions de commutation produites par le comparateur 13 sont fournies à un circuit logique 16, o

elles sont ajustées pour former des impulsions de commuta-

tion à deux phases qui diffèrent l'une de l'autre Ces im-

pulsions de commutation sont respectivement amplifiées par 8.

des amplificateurs 17 et 17 ', et provoquent la commuta-

tion alternée des transistors 2 et 2 A.

En liaison maintenant avec la figure 2, d'au-

tres détails de fonctionnement du mode de réalisation de la présente invention seront maintenant donnés: comme cela est représenté en (A) de la figure 2, les impulsions de commande de durée T 1 et de période T 2 sont produites

par l'oscillateur 8 Comme cela a été indiqué précédem-

ment, les impulsions de commande sont appliquées à la bor-

ne 18 du comparateur 13.

En outre, le signal qui est obtenu par amplifi-

cation différentielle des signaux provenant de la résis-

tancé variable 9 et du détecteur de courant 6 par l'ampli-

ficateur d'erreur 11 (voir (B) en figure 2) est également appliqué à la borne 18 Là, avec la résistance variable

9 ajustée, la valeur du signal de sortie peut être modi-

fiée continuellement En (B) de la figure 2, la ligne en

trait plein ayant pour référence V 1 représente la situa-

tion o la tension a une valeur élevée,alors que la ligne

en pointillé V 2 représente le cas ot la tension a une fai-

ble valeur S'agissant du courant du tube, la variation

se produit également de la même manière.

Un signal à onde triangulaire représenté en C dans la figure 2 est produit par le générateur d'ondes triangulaires 14 Ce signal est répété aux périodes t 2 comme cela a déjà été indiqué, et fourni à l'autre borne 19

du comparateur 13.

Les deux signaux cités précédemment sont compa-

rés dans le comparateur 13 et des impulsions de commuta-

tion résultantes,représentées en (D) dans la figure 2,

sont alors produites En d'autres termes, un certain nom-

bre N d'impulsions de commutation 51 Sn de largeur t 1

et de période t 2 ne sont produites que lorsque les impul-

sions de commande sont elles-mêmes produites Il va sans dire que le train d'impulsions constitué des impulsions de commutation 51 Sn est produit de manière intermittente à la période cyclique T 2 Ici, la largeur des impulsions de 9. commutation peut être réglée par ajustage de la résistance variable 9 Par exemple, les impulsions de commutation sont représentées par le trait plein lorsque la tension du

signal (B) en figure 2 est V 1 et par le trait en pointil-

lé lorsque la tension est V 2 En outre, la période des im- pulsions de commutation produites par le comparateur 13

est variable et peut être contrôlée par la résistance va-

riable 20 Les impulsions de commutation produites par le comparateur 13 sont appliquées au circuit logique 16 Au circuit logique 16, les impulsions de commutation sont transformées en impulsions ayant des phases différentes

comme cela a déjà été expliqué Puis, elles sont respecti-

vement amplifiées par les amplificateurs 17 et 17 '.

Alors, les impulsions de commutation sont appli-

quées aux bases des transistors 2 et 2 A, respectivement.

Comme cela a été explique précédemment, les impulsions de commutation S S sont produites par le circuit 4 de

commande du courant de base.

Les impulsions de commutation étant fournies, les transistors 2 et 2 A commencent alternativement à effectuer

leur commutation Il résulte de cette action de commuta-

tion que des impulsions de courant haute fréquence dont la polarité est alternativement inversée sont fournies à l'enroulement primaire du transformateur haute fréquence 3 Les impulsions sont amplifiées suivant le rapport des nombres de spires et transmises au côté secondaire du transformateur 3; elles deviennent alors N impulsions à

haute fréquence d'une tension Vh comme cela est représen-

té par (G) en figure 2.

Comme les impulsions de tension haute fréquence

sont produites en conformité avec les impulsions de commu-

tation, les impulsions de tension haute fréquence ont une

largeur t 1 et une période t 2 Elles sont naturellement pro-

duites en synchronisme avec les impulsions de commande ci-

tées ci-dessus.

Il apparaîtra d'après la description précédente

que dans le circuit multiplicateur de tension 5, un conden-

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, sateur est chargé toutes les demi-périodes des impulsions haute fréquence Dans le cas o le circuit multiplicateur de tension est un circuit multiplicateur par le coefficient m constitué de m condensateurs, le processus de charge de tous les condensateurs se termine dans un laps de temps m.t 2/2 En d'autres termes, la tension en courant continu VO = m Vh peut être appliquée au tube à décharge laser 7

dans un laps de temps m t 2/2.

Dans ce cas,le ncmbre N d'impulsions haute fréquen-

ce à inclure dans un train d'impulsions doit être établi à une valeur supérieure à un nombre permettant de charger chaque condensateur du circuit multiplicateur de tension En d'autres termes, un train d'impulsions doit être constitué de plus de m/2 impulsions haute fréquence Par

ailleurs, la tension m V h à appliquer au tube 7 est éta-

blie à une valeur supérieure à la tension Vp d'amorçage de

la décharge.

Il est bien connu que le tube 7 est un certain type de tube à décharge et présente par conséquent une résistance négative Une fois que la décharge commence en réponse à la tension V p, la tension du tube commence par conséquent à décrottre alors que le courant augmente dans

le tube.

En d'autres termes, l'impédance du tube à déchar-

ge diminue alors que le courant augmente En outre, lors-

que le courant du tube augmente, la décharge luminescente

se transforme en décharge en arc lorsque la décharge lumi-

nescente est anormale Lorsque la décharge luminescente

est anormale, le tube à décharge, comme cela est bien con-

nu,présente une résistance positive Lorsque la tension de sortie en courant continu V 0 du circuit multiplicateur cité ci-dessus est appliquée au tube 7, lequel présente une

telle caractéristique de résistance, celui-ci a le compor-

tement suivant: Comme cela a déjà été exposé, un condensateur est

chargé pendant la demi période des impulsions haute fré-

quence Dans ce cas,la constante de temps T du circuit à

l'état chargé est C Z 5 (o Zs représente l'impédance in-

11. terne du transformateur) Par conséquent, la tension Vp d'amorçage de la décharge est atteinte après une durée approximative ts = (m 1) t 2/2 + C Zs 1 N (Vp/Vh + 1) Etant donné que ce processus se produit alors qu'il n'y a pas de charge, la montée de la tension V 0 est très rapide comme

cela est représenté en(H) dans la figure 2.

Ensuite, en liaison avec (T) de la figure 2, le courant Itest le suivant: une décharge électrique se

produit lorsque la tension de sortie V O du circuit multi-

plicateur de tension atteint la tension Vp d'amorçage de la décharge Alors, étant donné que l'impédance interne du tube à décharge laser décroit lorsque le courant Itdu

tube augmente comme cela a déjà été exposé, le courant aug-

mente encore rapidement.

L'augmentation du courant du tube provoque une nouvelle diminution de l'impédance,et cela entraîne une nouvelle augmentation du courant It Comme les impulsions

haute fréquence sont produites séquentiellement comme ce-

la est représenté par (G) en figure 2, la tension V O ap-

pliquée au tube à décharge laser tombe relativement moins.

Dans l'entre-temps, le courant I du tube augmente notable-

ment comme cela est représenté en ( 1) dans la figure 2.

* Le courant It du tube croitainsi de manière ac-

célérée par suite d'une sorte de phénomène de réaction po-

sitive Cependant,dans l'entre-temps, comme la tension V o chute continuellement avec l'augmentation du courant 't du tube (voir (H) en figure 2), le courant I est incapable de conserver son taux d'augmentation initial et se trouve

saturé à un certain point.

Cela provoque une valeur de pointe Ip du courant.

En d'autres termes, la valeur Ip est déterminée par la dif-

férence entre la tension Vp d'amorçage de la décharge et

une valeur minimum V de la tension.

m Après cela, la tension V O commence de nouveau à augmenter progressivement alors que le courant It commence

à décroître en conséquence Si la tension V O décroît au-

dessous d'une valeur de tension permettant de maintenir la 12.

décharge, la décharge cesse et le courant s'annule Ce-

pendant,dans le cas de la présente invention, les diver-

ses constantes du circuit sont choisies de façon que la

tension appliquée V O ne tombe jamais au-dessous de la ten-

sion de maintien de la décharge tant qu'il y a produc-

tion des impulsions haute fréquence.

Lorsque la totalité des N impulsions haute fré-

quence a été produite, la tension de sortie en courant

continue V tombe brutalement et le courant It s'annule.

Pendant le processus décrit ci-dessus, un courant ressem-

blant à un courant à une impulsion est appliqué au tube

à décharge laser Alors, lorsqu'un autre train d'impul-

sions est produit par le circuit de commande 4, le proces-

sus se répète exactement de la manière venant d'être décri-

te. Un faisceau laser de sortie se trouve produit en

fonction du courant du tube Cependant, comme il est af-

fecté par l'effet de modération, il devient un faisceau pulsé comme cela est représenté par (J) en figure 2 Il va sans dire que la largeur d'impulsion du faisceau laser est déterminée par la largeur des impulsions de commande dont

il a été question précédemment.

Comme cela apparaîtra facilement, l'agencement permettant d'obtenir une tension en courant continu (c'est-à-dire des impulsions de commande ayant une durée extrêmement longue) à l'oscillateur 8, donnera une sortie à onde continue, représentée par la ligne en pointillé

de la figure 2.

Dans l'arrangement décrit-précédemment, le cou-

rant It du tube est déterminé inconditionnellement par l'impédance de fonctionnement Zt du tube à décharge 7, la tension Vp d'amorçage de la décharge, la largeur t 1 des impulsions haute fréquence, la période t 2 des impulsions, etc. Parmi ces facteurs,la largeur d'impulsion t et la période t 2 sont facilement contrôlables à partir de

l'extérieur Cependant, le réglage de la période t 2 se tra-

13.

duit par un changement de la caractéristique du disposi-

tif et, par conséquent, n'est pas souhaitable Compte tenu de ce qui précède il est préférable d'ajuster la largeur t 1 des impulsions de commutation par réglage de la résistance variable 9 Cela a pour effet de modifier la largeur t 1 des impulsions haute fréquence, ce qui se traduit par un changement de la quantité de la charge électrique du multiplicateur de tension, de sorte que le taux de 1 Minution de la tension de sortie V O en courant lo continu peut être modifié Par conséquent, la valeur de pointe Ip du courant circulant dans le tube à décharge laser 7 varie et la puissance de sortie laser peut être

modifiée en conséquence.

Comme cela est bien connu, dans un dispositif

laser à gaz,la zone de travail doit toujours être mainte-

nu à l'état de décharge luminescente En général, le pas-

sage d'une décharge luminescente à une décharge en arc est fonction des facteurs suivants 1) la forme du tube de décharge,

2) le matériau constituant les électrodes du tu-

be à décharge, 3) la position du gaz à l'intérieur du tube à décharge,

4) le type de gaz à l'intérieur du tube à dé-

charge ) l'impédance interne d'une source d'excita- tion, 6) la valeur du courant du tube à décharge, 7) la durée pendant laquelle le courant traverse

le tube à décharge.

Parmi ces facteurs, ceux qui peuvent être con-

trôlés à partir de la source d'excitation du tube à dé-

charge sont les facteurs 5) à 7) De façon à empêcher le

passage à la décharge en arc, il y a donc lieu de détermi-

ner diverses conditions, telles que les conditions du cir-

cuit multiplicateur de tension 5 et la tension Vh du se-

condaire du transformateur haute fréquence 3, en fonction

2505 1 00

14.

des caractéristiques du tube à décharge laser 7.

Comme cela apparaîtra à l'homme de l'art, le

réglage de la tension Vh du secondaire à une valeur éle-

vée permet d'obtenir une tension supérieure à la tension Vp d'amorçage de la décharge et,par conséquent, de provo- quer la décharge du tube même dans le cas ou le nombre d'étages de multiplication du circuit multiplicateur de tension 5 n'est pas élevé Cependant, dans le cas o le circuit multiplicateur de tension ne comporte que quelques

étages de multiplication alors que la tension Vh de l'en-

roulement secondaire est réglée à une valeur élevée, après l'amorçage de la décharge du tube laser par cette tension

Vh produite à l'enroulement secondaire, le courant a ten-

dance à être fourni directement au tube à décharge, sans qu'il y ait charge des condensateurs comme cela s'est

rencontré dans le passé Grâce à des expériences, les pré-

sents inventeurs ont trouvé que-ce phénomène se produit d'une manière pluscaractéristique lorsque le nombre des

étages de multiplication de la tension ne dépasse pas deux.

Lorsqu'un tel phénomène se produit,le passage de la déchar-

ge luminescente à la décharge en arc s'effectue très ra-

pidement On peut imaginer deux raisons à ce phénomène: 1) Etant donné que le circuit multiplicateur de

tension 5 au moment de la charge/décharge, peut être con-

sidéré comme l'équivalent d'une pluralité de condensateurs en série, l'impédance telle qu'elle est vue par le tube à

décharge 7 vers la source d'énergie (c'est-à-dire l'impé-

dance de la source d'énergie) dépend du nombre de conden-

sateurs ou du nombre d'étages de multiplication de la

tension Par conséquent, l'impédance de la source d'éner-

gie diminue lorsque le nombre des étages de multiplica-

tion de la tension diminue et lorsque la capacité des con-

densateurs augmente.

2) Dans le circuit de décharge, il est nécessai-

re que l'impédance de la source d'énergie, telle qu'elle

est vue par le tube à décharge, soit élevée et que la ca-

ractéristique "tension-courant" ait une limitation cons-

tante du courant La réduction du nombre d'étages de multi-

15.

plication de la tension à une valeur inférieure à un cer-

tain nombre rend l'impédance de la source d'énergie trop petite pour permettre l'obtention de la caractéristique

indiquée ci-dessus.

On a découvert, grâce à des résultats expérimen-

taux et à la considération précédente, que dans l'agence-

ment de circuit de la figure l,le circuit multiplicateur de

tension doit comporter au moins trois étages de multipli-

cation de tension pour obtenir une décharge luminescente

stable.

Cependant, dans le cas o le nombre d'étages de multiplication de la tension est de 10 ou d'environ 10, une perte due au recouvrement des condensateurs, diodes,

etc devient importante Par conséquent, en prenant égale-

ment en compte le facteur de sécurité de la décharge lumi-

nescente, le nombre des étages de multiplication de la

tension est de préférence de 4 à 8.

Si l'on suppose que la tension de fonctionne-

ment du tube à décharge laser 7 est Vd et si la tension

Vh de l'enroulement secondaire du transformateur 3 est re-

lativement proche de la tension Vd, le courant de l'enrou-

lement secondaire circule directement dans le tube à dé-

charge 7 de la même manière que dans le cas cité précédem-

ment Lorsque la tension Vh devient supérieure à environ

la moitié de la tension Vd, ce phénomène apparaît de ma-

nière caractéristique et provoque le passage à la déchar-

ge en arc.

Par conséquent, pour éviter ce phénomène, la tension Vh de l'enroulement secondaire doit être réglée à une valeur ne dépassant pas la moitié de la tension de fonctionnement Vd du tube à décharge laser 7 Cependant, si la tension de l'enroulement secondaire est réglée à une

valeur par trop basse, une sortie constante devient diffi-

cile à obtenir pour pouvoir disposer d'une sortie à onde

continue car elle est fonction de la capacité des condensa-

teurs Par conséquent, si l'on prend aussi en considéra-

tion le facteur de sécurité de la décharge luminescente,la tension Vh de l'enroulement secondaire est de préférence 16. réglée à une valeur comprise entre environ 1/3 et 1/4 de

la tension de fonctionnement Vd.

La capacité C des condensateurs du circuit multi-

plicateur de tension 5 est réglée à une valeur qui permet d'obtenir la valeur désirée de la capacité de passage de courant du dispositif et de l'impédance de la source d'énergie. Alors que le circuit multiplicateur de tension 5 utilisé dans le mode de réalisation décrit précédemment lo est du type à redressement biphasé, il est naturellement

possible de le remplacer par un circuit du type à redres-

sement monophasé,mais cela se traduit par un rendement

quelque peu plus petit.

Comme il apparaîtra à la lecture de la descrip-

tion précédente, le dispositif laser selon la présente invention est caractérisé par les points suivants:

1) un train d'impulsions constitué de N impul-

sions haute fréquence est produit, amplifié et rectifié de manière intermittente dans un circuit multiplicateur de tension avant d'être appliqué directement au tube laser; 2) la caractéristique négative de résistance du tube laser est utilisée de manière à obtenir un faisceau laser pulsé ayant une puissance de pointe élevée;

3) une décharge luminescente stable peut être ob-

tenue en utilisant un circuit multiplicateur de tension qui comporte au moins trois étages de multiplication et en réglant la tension de l'enroulement secondaire Vh du transformateur haute fréquence à une valeur ne dépassant pas environ la moitié de la tension de fonctionnement Vd

du tube laser.

4) la largeur d'impulsion du faisceau laser peut être réglée en ajustant la durée ou rapport cyclique du

train d'impulsions constitué des impulsions haute fré-

quence En outre,la puissance de pointe du faisceau laser

peut être réglée et commandée en faisant varier la lar-

geur des impulsions haute fréquence.

Selon la présente invention, on a obtenu un dis-

2505 1 00

17. positif laser de construction simple qui non seulement est capable de produire un faisceau laser pulsé ayant une

puissance de pointe élevée, mais permet également un ré-

glage facile de la puissance de pointe, de la largeur d'im-

pulsion etc En outre,le dispositif de la présente inven-

tion-permet d'obtenir un faisceau laser à onde continue.

De plus,selon la présente invention, le dispositif peut fonctionner à une valeur proche du courant de décharge o l'efficacité quasi maximum du tube laser peut être obtenue dans la plage comprise entre une marche avec faible sortie

et une marche avec sortie maximum.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle

est au contraire susceptible de modifications et de varian-

tes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

18.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 Dispositif laser,caractérisé en ce qu'il comprend

une source d'énergie produisant par intermit-

tence un train d'impulsions constitué d'une pluralité d'im- pulsions successives haute fréquence; un circuit multiplicateur de tension suivant un coefficient m, qui amplifie N fois la valeur de la tension des impulsions haute fréquence produites par la

source d'énergie et redresse les impulsions haute fré-

quence;et un tube à décharge laser relié directement aux

bornes de sortie en courant continu du circuit multiplica-

teur de tension; le nombre m d'étages de multiplication de tension du circuit multiplicateur étant d'au moins 3 et la valeur de la tension des impulsions haute fréquence ne

dépassant pas environ la moitié de la tension de fonc-

tionnement du tube à décharge laser.

2 Dispositif selon la revendication l,carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre un moyen permettant de

faire varier la largeur des impulsions haute fréquence.

3 Dispositif selon les revendications 1 ou 2,

caractérisé en ce que la largeur d'impulsion du faisceau laser de sortie est réglable en faisant varier le nombre des impulsions haute fréquence comprises dans le train

d'impulsions successives haute fréquence.

4 Dispositif selon les revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que la période des impulsions du faisceau

laser de sortie peut être réglée en faisant varier la du-

rée de génération d'un train d'impulsions constitué des

impulsions haute fréquence.

Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la source d'énergie à impulsions comporte un moyen pour commuter successivement le courant continu de tension relativement faible à grande vitesse du côté primaire d'un transformateur qui produit une haute tension, et en ce que cette action de commutation est exécutée de

manière intermittente.

6 Dispositif selon la revendication 5, carac-

térisé en ce que la largeur des impulsions haute fréquence, le nombre des impulsions haute fréquence comprises dans le train d'impulsions et la durée de génération du train d'im- pulsions peuvent être modifiés par réglage de l'action de

commutation permettant de provoquer la commutation du cou-

rant continu.

7 Dispositif selon les revendications 1 ou 5,

caractérisé en ce que la source d'énergie à impulsions comprend: un transformateur haute fréquence;

une source d'énergie en courant continu de ten-

sion relativement basse; un élément de commutation disposé provoquer la commutation d'un courant continu la source d'énergie et à appliquer ce courant ment primaire du transformateur haute fréquent un circuit de commande de courant produire une impulsion de commutation destiné( l'élément de commutation; et un oscillateur d'impulsions, le circuit de commande du courant portant un moyen pour faire varier la largeur de f açon à fourni par

à l'enroule-

ce; de base pour e à commander

de base com-

des impul-

sions de commutation, à la suite de quoi les impulsions

de commutation sont disponibles à la sortie de manière in-

termittente sous forme d'un train d'impulsions constitué d'une pluralité d'impulsions successives en synchronisme avec les impulsions de commande de largeur et de période

désirées produites par l'oscillateur.

8 Dispositif selon la revendication 7, carac-

térisé en ce que les impulsions de-commutation produites

par le circuit de commande de courant de base sont trans-

formées en impulsions de commutation à deux phases, diffé-

rant l'une de l'autre, d'o il résulte que les impulsions de commutation exécutent alternativement deux opérations de commutation.