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Laser à colorant 2 J CANDELA



Laser à colorant pompé par tube flash microseconde CANDELA 2 Joules




               
              préparation test tube flash                                                                                       premières décharges flash sans colorant

Reconstruction de ce laser à colorant Rhodamine 6G que j'ai acheter sur Ebay USA en 1995 et qui est resté dans ma cave jusqu'à ce jour ou j'ai décidé de le réparer et le faire fonctionner.
Ce laser est capable de sortir 2 Joules par pulse en 1 microseconde soit une puissance instantanée de 2MW avec un taux de répétition de 10 puses par seconde soit 20W moyen.
Il se compose de 2 tubes flash linéaire de 7 mm diamètre intérieur et 600 mm de long. Ces tubes flash et la cavité diffusante en MgO sont refroidit par eau déionisée. Le tube de quartz ou circule le colorant fait 10 mm de diamètre intérieur et 600 mm de long.
Le colorant circule au moyen d'une pompe centrifuge de 300W.


                     

Le circuit de décharge se compose de 2 condensateurs MAXWELL® de 0.66 uF 60 kV chacun alimentant 1 tube flash au xénon.
L'énergie de décharge maximum est de 1 kJ en 1 us soit une puissance instantanée de 1GW! La commutation se fait au moyen d'un thyratron à hydrogène, ce qui permet un fréquence de répétition de 10 pps.
Pour cela il faut une alimentation de 40 kV et 10 kJ/s !
Le thyratron ITT 8614 ou HY-5 travail avec une tension maximum de 40kV et 5kA pour le courant de décharge.
La tension filament est de 6.3V 30A  et la tension réservoir 4.5V 11A la tension grille de 1300V




               

Les 2 tubes flashs sont cassés il s'agit de refaire ces 2 tubes en utilisant des tubes de quartz de 7/10 mm et 675mm de long avec des électrodes en laiton munie d'un embout en tungstène. Une électrode sur chaque tube est munie d'une entrée de gaz permettant de tiré au vide et de travailler en régime ablatif (28J/cm3)


Le refroidissement des tubes flashs est assuré par une solution d'eau déminéralisée contenant 5ppm de stilbène triazine qui converti le rayonnement UV issue de la décharge flash en lumière bleu pour pompé le colorant et en même temps pour éliminer le rayonnement UV qui détruit le colorant !



Préparation de nouveaux tubes flash ablatifs en borosilicate diamètre intérieur 7mm et 650mm de long soit un volume de décharge de 23 cm3 par tube et une énergie de décharge de 307J soit 13,3J/cm3 début du régime ablatif .
A pleine énergie chaque tube encaisse 750J soit 32J/cm3.






Video en HD




Ici le tube laser contenant une solution de 1.10-4 Mol. de Rhodamine 6G dans un mélange d'eau déionisée et d'éthanol 50/50 est muni d'un résonateur plan/plan composé d'un miroir aluminisé 98% de réflectivité et reflecd'un miroir multidiélectrique à 45% de réflectivité.

 

La prochaine étape consiste à faire fonctionner le laser avec une alimentation à "charge par résonance" de manière a fonctionner à une fréquence de répétition de 8 pulses par seconde. Autres tests réaliser des solutions de colorant avec des concentrations de 1.10-6  à 1.10-8  Mol.
Voici une liste de colorants "LAMBDACHROME"





 

Organic laser dye are know to yield a large gain.
The remarkable difference between a laser dye amplifier and a solid state amplifier is the lifetime of the upper laser level. In the dye the level is in the nanosecond and in the solide state in the millisecond.
Therefore it is not possible to store energy in a dye for more than a few nanoseconds. Consequently, the single pass gain in solid state depends more or less on the light energy supplied by the flashlamp, while in an organic dye the gain will be proportional to the instantaneous light intensity.
In solid state the saturation intensity Is is rather small (few kW/cm2 ). The stored energy ES can be quite high ( a few J/cm3 ).
In a dye laser, however, Is is about two order of magnetude higher but the storage capability is very poor. Up to now it does not seem possible to reach such a high intensity by flash pumping. Experimental value lie in W=2.10^6 sec-1 .
Different concentration N do not alter the shape of the gain envelope at constant pump power W.
This behaviour is at first sight surprising as one is used to dye lasers than can be tuned by concentration variation.
Net gain means the gain G increase exponentially with pump power, wich has been proved experimentally.
Optimising the gain? at very high single pass gains the amplifier will be saturated by its own amplified spontaneous emission (super-radiance).
This result means that the maximum single pass gain Gs obtainable is independant of any molecular parameter but only dependant on the geometrical dimension of the amplifier cell.
Gain G is rising roughly quatratically with lenght. However, radius and length of the amplifying cell can not considered independently.
To reach a high gain a very long thin cell is required.
Gs is only rising linearly with length. For a typical dye cell of L=10cm, concentration of the dye and pump power may be adjuted to reach a single pass gain ( in the visible) of Gs =3.10^6. Further increase of the pump power, eg, will not increase the gain but the dye cell will work in the super-radiant laser mode.
For a numerical example of saturation intensity Is = 100kW/cm2 for Rhodamine 6G.
For the dye laser pulses longer than a few nanoseconds will not be amplified to power levels exceding Is
Optimising the dye concentration? The gain coefficient g rises linearly with concentration. The highest useful concentration, however, is limited by self quenching of the fluorescence intensity.
Conclusion the best way is to have many shorts cells with large diameter and spacial filters between each cells to block the amplified spontaneous emission and a very short flashlamp pumping 10 nanoseconds.



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