Voici un laser pulsé à vapeur de cuivre provenant du Max Planck Institut où il a travaillé durant 10550 h pour diverses recherches.
Mon but est de le remettre en fonction pour réaliser toute une série d'expériences sur le doublage de fréquence, le claquage diélectrique des divers gaz (air, argon,xénon,krypton...), la conjugaison de phase, le pompage de colorant, l'holographie impulsionnel, micro usinage etc....
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Le laser à vapeur de cuivre se compose d'un tube en alumine Al2O3 de 25mm de diamètre intérieur et de 1500mm de longueur dans lequel se trouve tout les 200mm 2 gramme de fil de cuivre coupé sur une longueur de 15mm. Autour de ce tube en Alumine se trouve des fibres de quartz servant d'isolant thermique. Le toute se trouve dans un tube en borosilicate de 80mm de diamètre intérieur servant également d'enceinte à vide partiel contenant le gaz Néon ou Hélium à 15 torr. D'un coté du tube on fait entré le néon et de l'autre coté l'on tire au vide avec une pompe à palette de 2 étages. Pour éviter de remontée d'huile dans le tube à décharge celui-ci est muni d'un filtre en inox fritté de 60 microns.
La décharge s'opère de la façon suivante: Au départ la décharge dans le gaz rare chauffe le tube durant prés de 2 heures sans obtenir d'effet laser et c'est seulement quand la température atteint 1520 °C que l'effet laser se manifeste!
Je tiens à remercier Andi Leutwiler pour les informations qu'il m'a donné pour la procédure de mise en route du laser qui n'est pas facile la première fois et lorsque le laser est froid. La procédure de chauffe dure 2 heures avant d'avoir la puissance maximum.
Le laser à vapeur de cuivre est connu comme étant le plus performant des lasers à vapeurs métalliques et même de tous les lasers à gas émettant dans le domaine du visible avec un rendement de conversion de 1% !
Actuellement on trouve dans le commerce des lasers à vapeurs de cuivre de 100W de sortie émettant des pulses de 25mJ et des puissances crêtes de 400kW!
Les applications sont le pompage de lasers à colorant pour la séparation isotopique, la spectroscopie laser, le micro usinage, la photographie ultra rapide.
Le premier à avoir réalisé un laser à vapeur métallique est WALTER et coll. en 1966 avec un laser à vapeur de plomb et à vapeur de manganèse. C'est seulement en 1972 que ISAEV à réalisé le laser à vapeur de cuivre. En 1977 le premier laser à vapeur de cuivre utilisant une décharge transversale (TEA) avec de l'acéthylacétonate de cuivre à température ambiente à été réalisé.
En 1977 ISAEV réalise un laser à vapeur de cuivre de 40W et en 1980 le LLNL ( Lawrence Livermore National Laboratory) réalise un laser de 55W. Un livre très documenté et intéressant sur les lasers à vapeur métallique est le livre de Christopher E. LITTLE "METAL VAPOUR LASERS" 662 pages! assez difficile à trouvé en dessous de 300 euros !
Le laser à vapeur de cuivre émet sur 2 raies à 510.6nm (vert) et 578.2nm (jaune). Pour obtenir l'effet laser il faut une pression partiel de cuivre de 0.2mbar dans l'hélium ou le néon ce qui représente 1015atomes/cm3 ce qui équivaux à une température de 1520 °C. L'énergie extraite est de 4 micro joules par cm3 de gaz excité soit environ 1013 photons/cm3 . La pression de travaille optimum pour l'hélium est de 7mbar et 100mbar pour le néon. Le gain laser dépend fortement de la température à l'intérieur de la cavité qui doit être entre 1500 et 1550 °C. Le réglage de la température s'effectue par l'intensité de la décharge (Ampères) et la fréquence de répétition.
Si l'on désire des impulsions de grande énergie il faut réduire la fréquence de répétition mais cela fonctionne que durant une courte période de fonctionnement (environ 10 minutes) sinon la température chute et la puissance du l'émission laser diminue.
Ce laser est muni d'un résonateur plan/plan, un miroir Rmax=99% et la fenêtre de sortie en quartz R=15% ce qui produit avec une séparation de 2 mètres entre les miroirs une divergence de 5mrad. En focalisant avec une lentille f4 on obtien une tache focale de 1mm ce qui n'est pas idéal pour pomper un colorant ! Avec un résonateur instable composé d'un miroir concave Rmax=99% r=20m et un miroir convex la divergence est de 0.2mrad et on peut obtenir une tache focale de 17 microns !!
Ce circuit électronique permet d'obtenir des décharges de 8kV 1000A à une fréquence de répétition de 8kHz avec des pulses de l'ordre de 50ns . Il se compose d'une unité HT réglable de 0-8kV DC utilisant 3 autotransformateur alimentant un transformateur triphasé élevateur de tension suivi de 6 diodes HT de redressement et d'une batterie de 4 condensateurs de 2 micro farad de filtrage. La charge est du type à résonance sevant à charger 4 condensateurs HT de 2nF au moyen d'une self de charge de 200mH et d'une diode HT à travers la self de charge de 300 micro henry montée en parrallèle sur le tube de décharge laser,cette self est munie d'une résistance de 0.25 Ohm en série avec la self elle est équipée d'un klixon (contacteur d'ouverture à 150 °C ) permettant de couper l'alimentation en cas d'une décharge parasite. La décharge des 4 condensateurs de 2nF se fait par un thyratron à hydrogène type
