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FR2622060A2 - Gas laser with separate electron excitation and generation, by destabilising servocontrol of the metastable levels - Google Patents

Gas laser with separate electron excitation and generation, by destabilising servocontrol of the metastable levels Download PDF

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FR2622060A2
FR2622060A2 FR8714321A FR8714321A FR2622060A2 FR 2622060 A2 FR2622060 A2 FR 2622060A2 FR 8714321 A FR8714321 A FR 8714321A FR 8714321 A FR8714321 A FR 8714321A FR 2622060 A2 FR2622060 A2 FR 2622060A2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22Gases

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Abstract

Enhanced high-efficiency gas laser device. The invention is linked with each of Claims 1 and 4 of the main patent. It makes it possible to boost the effectiveness of the device according to the said claims. The gas medium 1 is composed of three gases T, G, D. G is the principal gas from which arises the gas of the active centres C. D plays the fundamental role, it serves to deexcite the metastable level of C with the energy from which it generates the electrons by ionisation. The gas T is an auxiliary gas serving to boost the excitation of C. The present invention is characterised in that the partial pressure PD of the gas D is greater than a minimum reference value. The device according to the invention makes it possible to enhance the applications in industry, science, artisanship and artistry.

Description

La présente invention concerne une amélioration au brevet n'd'enre- gistrement national 8702325 date 23 FEVRIER 1987.Le contenu dudit brevet a pour objet un dispositif laser à gaz à inversion de populations et à génération d'électrons par destruction des niveaux métastables, grâce à l'introduction dans le milieu gazeux d'un gaz auxiliaire remplissant la fonction de désexcitation desdits niveaux métastables par ionisation. The present invention relates to an improvement to the national registration patent 8702325 dated FEBRUARY 23, 1987. The content of said patent relates to a gas laser device with population inversion and generation of electrons by destruction of metastable levels, thanks to the introduction into the gaseous medium of an auxiliary gas fulfilling the de-excitation function of said metastable levels by ionization.

Elle est rattachée à chacune des revendications (1) et (4) dudit brevet principal. It is attached to each of claims (1) and (4) of said main patent.

Selon la revendication (1) du brevet principal, le milieu gazeux est composé de trois gaz (T,G,D) tels que:
-G est le gaz principal tel que le gaz désigné par C des centres actifs t se définissant came étant les particules dont les niveaux d'énergie sont responsables de l'émission de rayonnement laser par transition) en est issu, et ceci sous trois formes possibles selon les cas pratiques, soit à l'état naturel c'est à dire G lui-même en tant que tel, soit sous la forme de G à l'état ionisé, soit enfin sous la forme d'un produit de réaction chimique ou de dissociation.
According to claim (1) of the main patent, the gaseous medium is composed of three gases (T, G, D) such as:
-G is the main gas such as the gas designated by C of the active centers t defining itself cam being the particles whose energy levels are responsible for the emission of laser radiation by transition) is produced therefrom, and this in three forms possible according to practical cases, either in the natural state ie G itself as such, or in the form of G in the ionized state, or finally in the form of a product of chemical reaction or dissociation.

- T est un gaz d'appoint qui sert à renforcer l'excitation de C par transfert d'énergie par collision ou par l'intermédiaire des photons. Il peut être constitué d'un seul élément ou d'un mélange de plusieurs éléments,atomes ou molécules. - T is a make-up gas which serves to reinforce the excitation of C by energy transfer by collision or by the intermediary of photons. It can be made up of a single element or a mixture of several elements, atoms or molecules.

- D joue un rôle central primordial dans le dispositif, il sert à désexciter les centres actifs se trouvant à l'état métastable et à fournir simultanément les électrons par ionisation par collision avec C ou par 1' in- termédiaire des photons (dans le cas où le métastable est un faux métastable par emprisonnement des photons de résonnance). A cet effet, il est constitué soit d'un seul élément, soit d'un mélange de plusieurs éléments, atomes ou molécules, dont l'énergie de première ionisation est soit inférieure à 1' é- nergie du métastable,ou en. est assez proche(dans ce dernier cas le niveau métastable de C est situé dans l'intervalle entre le niveau d'ionisation et le niveau métastable de l'élément ou des éléments concernés). - D plays an essential central role in the device, it serves to de-excite the active centers being in the metastable state and to simultaneously supply the electrons by ionization by collision with C or by 1 through photons (in the case where the metastable is a false metastable by imprisonment of the resonance photons). To this end, it is made up either of a single element, or of a mixture of several elements, atoms or molecules, the energy of first ionization of which is either less than the energy of the metastable, or. is fairly close (in the latter case the metastable level of C is located in the interval between the ionization level and the metastable level of the element or elements concerned).

Selon la revendication (4) du brevet principal la pression partielle de T est nulle. According to claim (4) of the main patent, the partial pressure of T is zero.

Les travaux de recherches systématiques approfondies ont permis de renforcer la structure du dispositif selon chacune desdites revendications du brevet principal en vue d'en obtenir le maximum d'efficacité. The extensive systematic research work made it possible to strengthen the structure of the device according to each of the said claims of the main patent in order to obtain maximum efficiency.

A cette fin, selon la caractéristique fondamentale de la présente invention, la pression partielle PD de D, ramenée à la température de référence de zéro degré celsius, est de façon relativement suffisante supérieure à une pression minimales mesurée en millimètres de mercure) Po définie par:
Po = (gj.ai.Aji.760.22400)/(gi.aj.s.w.N)
- gj étant le poids statistique du niveau j dont la transition d'émission vers le niveau métast,able i est choisie comme transition laser afin de déclencher cette dernière et, si cela est désiré et si les caractéristiques spectroscopiques et d'excitation des niveaux de C sont favorables, de déclencher les transitions stimulées en cascade transitant par j.
To this end, according to the fundamental characteristic of the present invention, the partial pressure PD of D, brought to the reference temperature of zero degrees celsius, is relatively sufficient greater than a minimum pressure measured in millimeters of mercury) Po defined by :
Po = (gj.ai.Aji.760.22400) / (gi.aj.swN)
- gj being the statistical weight of the level j whose emission transition to the metast level, able i is chosen as the laser transition in order to trigger the latter and, if desired and if the spectroscopic and excitation characteristics of the levels of C are favorable, to trigger the stimulated transitions in cascade passing by j.

- ai étant le taux d'excitation (par centimètres cubes et par seconde) du niveau i, résultant à la fois de l'excitation électronique directe et par cascade. - ai being the excitation rate (per cubic centimeters and per second) of level i, resulting both from direct electronic excitation and by cascade.

- Aji étant la vitesse d'émission spontanée (par seconde) de j vers i. - Aji being the spontaneous emission speed (per second) from j to i.

- gi étant le poids statistique du niveau métastable i. - gi being the statistical weight of the metastable level i.

- aj étant le taux d'excitation résultante du niveau j. - aj being the resulting excitation rate of level j.

- s étant la section efficace de destruction du métastable de C dans la collision avec D ( en centimètres carrés). - s being the cross section of destruction of the metastable of C in the collision with D (in square centimeters).

- w étant la vitesse relative ( en centimètres par seconde) de D par rapport à C calculée d'après la théorie cinétique des gaz. - w being the relative speed (in centimeters per second) of D compared to C calculated according to the kinetic theory of gases.

- N étant le nombre d'AVOGADRO. - N being the number of AVOGADRO.

- les points et la barre /symbolisent les multiplications et la division arithmétiques, respectivement. - the dots and the bar / symbolize the arithmetic multiplication and division, respectively.

Dans le cas où D est un mélange, Po sera égale à la somme correspondant à chacun des éléments du mélange, chacun des termes de la somme étant affecté par son pourcentage respectif. In the case where D is a mixture, Po will be equal to the sum corresponding to each of the elements of the mixture, each of the terms of the sum being affected by its respective percentage.

La pression partielle de G ramenée à la même température de référence est choisie dans un intervalle de valeurs relativement large et en proportion convenable avec PD, selon les critères d'efficacité d'excitation de C, d'interdiffusion du mélange ( G,D),et de de gain d'amplification laser imposé par le type de résonnateur optique utilisé. En pratique et de façon générale, elle est de plusieurs fois supérieure à la valeur de PD. The partial pressure of G brought to the same reference temperature is chosen in a relatively wide range of values and in suitable proportion with PD, according to the criteria of efficiency of excitation of C, of interdiffusion of the mixture (G, D) , and laser amplification gain imposed by the type of optical resonator used. In practice and in general, it is several times greater than the value of PD.

Dans des cas pratiques assez fréquents, la valeur adoptée pour PD pourrait être de beaucoup inférieure à Po, grâce à de nombreux facteurs physiques favorables tels que la diffusion des particules métastables vers les parois, la collision ionisante des particules métastables entre elles, et surtout grâce à des conditions extérieures en cas de fonctionnement en régime pulsé périodique. In fairly frequent practical cases, the value adopted for PD could be much lower than Po, thanks to many favorable physical factors such as the diffusion of metastable particles towards the walls, the ionizing collision of metastable particles between them, and especially thanks to external conditions when operating in periodic pulsed mode.

Selon une autre caractéristique possible de la présente invention, la valeur de PD peut être faible. According to another possible characteristic of the present invention, the value of PD can be low.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip tion qui suit d'un mode de réalisation donné à titre d'essai expérimental en relation avec les dessins annexés correspondants ,dans lesquels:
- la figure 1 représente le schéma d'un résonnateur-télescope de configuration confocale dite instable, avec comme rapport des diamètres du grand miroir concave et du petit miroir convexe M=l,5.
The present invention will be better understood on reading the following description of an embodiment given by way of experimental test in relation to the corresponding appended drawings, in which:
FIG. 1 represents the diagram of a resonator-telescope of confocal configuration known as unstable, with as ratio of the diameters of the large concave mirror and of the small convex mirror M = 1.5.

On y distingue :
(1) le milieu gazeux.
There are:
(1) the gaseous medium.

(2) les électrodes pour excitation transversale. (2) the electrodes for transverse excitation.

(3) le grand miroir concave argenté
(4) le petit miroir convexe argenté
(5) le rayonnement laser sortant.
(3) the large silver concave mirror
(4) the small silver convex mirror
(5) the outgoing laser radiation.

- la figure 2 représente le diagramme des transitions laser entre les niveaux singulets 24P et 24S d'une part, et entre 34P et 24S d'autre part; les flèches représentent les transitions laser que la présente invention se propose de faire fonctionner en continu.e) sybolise la destruction du niveau 2S. FIG. 2 represents the diagram of the laser transitions between the singlet levels 24P and 24S on the one hand, and between 34P and 24S on the other hand; the arrows represent the laser transitions that the present invention proposes to operate continuously. e) symbolizes the destruction of the 2S level.

Les longueurs d'onde des transitions sont les suivantes
- 34P - 24S : 501,56799 nanomètres.
The wavelengths of the transitions are as follows
- 34P - 24S: 501.56799 nanometers.

- 24P - 24S : 2058,09 nanomètres. - 24P - 24S: 2058.09 nanometers.

Le niveau 2S est métastable. Le niveau 1 S est le niveau fondamendal. Level 2S is metastable. Level 1 S is the fundamental level.

Le milieu gazeux est un mélange d'hélium (He) et de xénon (Xe); He joue le rôle de C, Xe joue le rôle de D. The gaseous medium is a mixture of helium (He) and xenon (Xe); He plays the role of C, Xe plays the role of D.

Les pressions partielles Po sont estimées comme suit
- 3P-2S : Po =42 millimètres de mercure.
The partial pressures Po are estimated as follows
- 3P-2S: Po = 42 millimeters of mercury.

- 2P-2S : Po = 2 millimètres de mercure. - 2P-2S: Po = 2 millimeters of mercury.

La présente invention propose pour les pressions partielles PG de G et PD les valeurs suivantes
- PG =200 millimètres de mercure.
The present invention proposes the following values for the partial pressures PG of G and PD
- PG = 200 millimeters of mercury.

- PD =60 millimètres de mercure
La présente invention propose, pour la valeur du paramètre X/p,où X est le champs électrique moyen en volt par centimètre et p est la pression totale du mélange (He,Xe), la valeur moyenne suivante
- X/p = 15 volts par centimètre par millimètre de mercure.
- PD = 60 millimeters of mercury
The present invention proposes, for the value of the parameter X / p, where X is the mean electric field in volts per centimeter and p is the total pressure of the mixture (He, Xe), the following mean value
- X / p = 15 volts per centimeter per millimeter of mercury.

La présente invention permet de perfectionner a efficacité du dispo- sitif selon les revendications (1) ou ou(4) du brevet principal n-8702325 date 23 FEVRIER 1987. Elle permet de renforcer les applications scientifiques,industrielles et artisanales dudit dispositif.  The present invention makes it possible to improve the efficiency of the device according to claims (1) or or (4) of main patent n-8702325 dated 23 FEBRUARY 1987. It makes it possible to strengthen the scientific, industrial and artisanal applications of said device.

Claims (1)

REVENDICATIONS 1) Dispositif laser à gaz à inversion de populations par destruction du niveau inférieur métastable, à génération d'électrons par asservissement dudit métastable selon les revendications (1) oA (4) du brevet n8702325 date 23 FEVRIER 1987, caractérisé en ce que la pression partielle PD de D,ramenée à la température de référence de zéro degré celsius, est de façon relativement suffisante supérieure à une pression minimale (en mm-Hg) de référence 1) Gas laser device with population inversion by destruction of the lower metastable level, with generation of electrons by slaving of said metastable according to claims (1) oA (4) of patent n8702325 date 23 FEBRUARY 1987, characterized in that the pressure partial PD of D, brought back to the reference temperature of zero degrees celsius, is relatively sufficient higher than a minimum pressure (in mm-Hg) of reference Po définie parPo defined by Po = ( gj.ai.Aji.760.22400 )/( gi.aj.s.w.N)  Po = (gj.ai.Aji.760.22400) / (gi.aj.s.w.N) - gj étant le poids statistique du niveau j dont la transition d'émission vers le niveau métastable i est choisie comne transition laser afin de déclencher cette dernière et, si cela est désiré et si les caractéristiques spectroscopiques et d'excitation des niveaux de C y sont favorables,de déclencher les transitions stimulées en cascade transitant par le niveau j. - gj being the statistical weight of the level j whose emission transition to the metastable level i is chosen as a laser transition in order to trigger the latter and, if desired and if the spectroscopic and excitation characteristics of the levels of C y are favorable, to trigger the stimulated cascade transitions passing through the level j. - Aji étant la vitesse d'émission spontanée (par seconde) de j vers i. - Aji being the spontaneous emission speed (per second) from j to i. - ai étant le taux d'excitation (par centimètres cubes et par seconde) du niveau i, résultant à la fois de a excitation électronique directe et par cascade.  - ai being the excitation rate (per cubic centimeters and per second) of level i, resulting both from direct electronic excitation and by cascade. - gi étant le poids statistique du niveau métastable i. - gi being the statistical weight of the metastable level i. - aj étant le taux d'excitation résultante du niveau j.  - aj being the resulting excitation rate of level j. - s étant la section efficace de destruction du métastable de C dans la collision avec D (en centimètres carrés). - s being the cross section of destruction of the metastable of C in the collision with D (in square centimeters). - w étant la vitesse relative (en centimètres par seconde ) de D par rapport à C, calculée d'après la théorie cinétique des gaz. - w being the relative speed (in centimeters per second) of D compared to C, calculated according to the kinetic theory of gases. - N étant le nombre d'AVOGADRO.  - N being the number of AVOGADRO. - les points ( ) ) et la barre(/) représentent les multiplications et la division arithmétiques respectivement. - the dots ()) and the bar (/) represent the arithmetic multiplication and division respectively. et en ce que dans le cas où D est un mélange, Po est égale à la somme correspondant à chacun des éléments dudit mélange, chacun des termes de la somme étant affecté par son pourcentage respectif. and in that in the case where D is a mixture, Po is equal to the sum corresponding to each of the elements of said mixture, each of the terms of the sum being affected by its respective percentage. PD peut être beaucoup plus faible que Po.PD can be much weaker than Po. et en ce que dans le cas où les conditions physiques sont favorables et aussi en cas de fonctionnement en régime pulsé périodique, la valeur de and in that in the case where the physical conditions are favorable and also in the case of operation in periodic pulsed mode, the value of et enfin en ce que la pression partielle PG de G peut être choisie dans un intervalle de valeurs assez large.  and finally in that the partial pressure PG of G can be chosen within a fairly wide range of values.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3562662A (en) * 1965-01-18 1971-02-09 Gordon Gould Laser utilizing collision depopulation
US4087765A (en) * 1976-06-08 1978-05-02 Stanford Research Institute Organic transfer laser method and means
US4646311A (en) * 1985-04-24 1987-02-24 United Technologies Corporation Multi-component buffer gas mixture for XeF(C→A) laser

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3562662A (en) * 1965-01-18 1971-02-09 Gordon Gould Laser utilizing collision depopulation
US4087765A (en) * 1976-06-08 1978-05-02 Stanford Research Institute Organic transfer laser method and means
US4646311A (en) * 1985-04-24 1987-02-24 United Technologies Corporation Multi-component buffer gas mixture for XeF(C→A) laser

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
APPLIED OPTICS, vol. 25, no. 1, janvier 1986, pages 102-106, Optical Society of America, New York, US; D. SCHINCA et al.: "Population mechanisms in visible carbon monoxide pulsed lasers" *

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