Laser N2 picoseconde développer par Arnold en 1978 pour une société Canadienne PRA

En 1977 Arnold developpe un système d’excitation permettant d’obtenir des pulses picoseconde avec de l’azote basé sur un nouveau concept. Il utilise un matériau présentant un haut coefficient diélectrique.

Presque tout les isolants servant à réaliser des capacités ont un coefficient E compris entre 2.2 et 7. Le but premier était de miniaturisé les lasers à azote tout en conservant l’énergie de sortie du laser.

En choisissant  un matériau ayant un haut coefficient diélectrique de 6000 comme le titanate de baryum le laser devenait miniature tout en conservant l’énergie de sortie et le pulse était également plus court, ceci parce que la cavité ne mesurait que 40 mm au lieu de 600 à 1000 mm des lasers à azote utilisant des diélectrique comme le polyethylène, polypropylène,Mylar ou Teflon!

Un brevet à été déposé en 1977 par le Battelle Memorial Institute à Genève puis un projet de recherche à été vendu à une société Canadienne PRA pour un montant de 3.5 M$.

Après un an de développement la société PRA commercialisait le Laser NITROMITE® dans le monde entier.
Puis peu de temps après j’ai quitté Battelle pour fonder la société MULTILASERS Genève ou j’ai développer des lasers de calibration pour des centres de Recherches Nucléaire tel que le CERN , FERMI LAB , KEK Japon, MIT , Appelton Lab, CEA etc…   http://www.swissrocketman.fr/lasers-a-azote-mopalite,fr,3,17.cfm

Fournis le numéro de brevet et le pays d’enregistrement

Voici les références précises du brevet correspondant au laser NITROMITE (laser à gaz pulsé à courte longueur d’onde, azote) et les pays d’enregistrement connus :

  • Numéro de brevet : US4292600A — pays : États-Unis (dépôt 1977-06-21, délivré 1981-09-29 ; inventeur : Arnold Neracher ; déposant initial : Battelle Memorial Institute ; réaffecté à PRA LASER Inc. en 1988).​

  • Numéro de demande prioritaire : CH800976A (CH8009/76) — pays : Suisse (dépôt prioritaire 1976-06-23 ; mentionné comme priorité de famille de US4292600A).​

  • Numéro de demande : FR7719169A — pays : France (dépôt 1977-06-22 ; statut « accordé » dans la famille Google Patents).​

  • Numéro de demande : GB26064/77A — pays : Royaume‑Uni (dépôt 1977-06-22 ; statut expiré).​

  • Référence famille Allemagne: DE (entrée de 1977-06-23 indiquée comme retirée) — pays: Allemagne (mention « Withdrawn » dans la famille).​

Ces entrées de la même famille de brevets confirment l’inventeur Arnold Neracher, la priorité suisse 1976 et la diffusion multi‑pays du concept NITROMITE via Battelle Genève, avec transfert ultérieur à PRA LASER Inc

Petit historique — lasers NITROMITE à azote picoseconde

Voici un résumé concis et sourcé de l’évolution des lasers à azote (N₂) et du rôle des modèles commerciaux Nitromite (p. ex. LN-100 / LN-103) dans l’obtention d’impulsions picoseconde.

Années 1960 – naissance du laser à azote
Le laser à azote a été mis au point dès le début des années 1960 (découvert/reporté en 1963) et s’est rapidement imposé comme une source UV d’impulsions courtes pour la recherche. Il s’agit d’un laser à gaz pulsé souvent réalisé en décharge transversale ou TEA (transverse electrical discharge). optica-opn.org+1

Années 1970 – commercialisation et premiers usages picoseconde
La technologie devient disponible commercialement dans les années 1970. Dès le début des années 1970 on utilise les lasers à azote comme pompes pour obtenir impulsions très courtes (p. ex. pour pomper des lasers colorants et générer des pulses picoseconde). Des expériences publiées montrent génération de quelques dizaines de picosecondes en using nitrogen-laser-pumped dye lasers dès les années 1970–1980. Scribd+2AIP Publishing+2

Les Nitromite (LN-100 / LN-103) — produit et rôle historique
«Nitromite» est le nom commercial/numéro de modèle (par ex. LN-100, LN-103) pour des petits lasers à azote atmosphériques. Ces unités ont été utilisées largement en laboratoire et par des amateurs : elles fournissent des impulsions UV courtes et pratiques (pas toujours en vide), et plusieurs publications expérimentales des années 1970–1980 citent explicitement des modèles Nitromite comme source de pompage pour obtenir pulses picosecondes. On trouve aussi témoignages techniques et discussions de maintenance/réparation pour ces modèles. repairfaq.org+2Optica Publishing Group+2

Techniques pour atteindre les durées picoseconde
Pour descendre en durée d’impulsion on a utilisé : cavités très courtes, excitation rapide par réseau de formation d’impulsion (PFN / Marx), configurations TEA à faible longueur d’amplification, et pompage de lasers colorants ou autres milieux amplificateurs. Ces méthodes, combinées à des conceptions commerciales robustes (comme certaines variantes Nitromite), ont permis d’atteindre des durées de l’ordre de la dizaine de picosecondes dans des expériences publiées. attoscience.ca+1

Depuis les années 1990–2020 — évolution vers les lasers ultrarapides modernes
Bien que les lasers à azote restent utiles comme sources UV courtes et pour démonstrations/expériences spécifiques, la plupart des applications industrielles et cliniques en picoseconde passent aujourd’hui à des lasers solides, fibres ou aux sources UV picoseconde modernes (systèmes commerciaux ps UV, lasers à diode-pompés, etc.). Les Nitromite restent surtout d’intérêt historique, pédagogique et expérimental.

Brevets liés au concept (petit laser à azote compact / lignes Blumlein en céramique)

  • US 4,292,600 — Pulsed gas laser emitting high-power beam of short wavelength. Inventeur : Arnold Neracher. Dépôt : 21 juin 1977. Brevet délivré : 29 sept. 1981. Google Patents

  • US 4,367,553 — Pulse laser with an electrically excited gaseous active medium. Inventeur : Arnold Neracher. Dépôt : 23 août 1979. Brevet délivré : 4 janv. 1983. (Ces brevets sont attribués à Battelle Memorial Institute dans les en-têtes). Justia Patents

Nom de l’inventeur : Arnold Neracher. Justia Patents+1

Remarque commerciale / marque : le nom commercial « NITROMITE » a été utilisé par Photochemical Research Associates (PRA) pour des séries LN (par ex. LN-100 / LN-103) — c’est la marque commerciale / modèle sous lequel ces petits lasers à azote ont été vendus. Internet Archive+1

1. US 4,292,600 – “Pulsed gas laser emitting high-power beam of short wavelength”

Abstract (extrait)

“A laser designed to emit a pulsed beam of short wavelength comprises two bodies of nonconductive material within a cylindrical housing, at least one of these bodies being a flat ceramic disk with a high dielectric constant. A narrow interspace between the two bodies is occupied by two coplanar metal layers with confronting rectilinear edges forming an elongate excitation cavity between them, these layers being galvanically interconnected through an inductance and constituting a pair of capacitors with a common metal layer on the opposite face of the ceramic disk. One of the coplanar layers is connected to a source of high potential, the other of these layers being intermittently energizable by a generator of trigger pulses to excite a gas filling the elongate cavity.” Justia Patents+3Justia Patents+3Google Patents+3

  • Quelques revendications (claims) notables

    Voici quelques revendications importantes (librement traduites / réduites) :

    • (Claim 1) Le dispositif est structuré de telle sorte que les deux couches métalliques coplanaires (placées dans l’interstice) sont interconnectées par une inductance, formant un circuit de décharge, et agissent comme paires de condensateurs avec une couche commune sur le côté opposé du disque céramique. Google Patents+3Google Patents+3Justia Patents+3

    • Le laser est conçu de façon à fournir une décharge électrique rapide dans le gaz de la cavité d’excitation, produisant un faisceau pulsé d’onde courte. Google Patents+1

    • La structure en céramique est choisie pour résister à la ionisation corona, offrir une longévité et être insensible aux radiations. Google Patents+1

    • Le laser peut être utilisé à haute fréquence de répétition (avec un balayage transversal du gaz si nécessaire) pour “vider” la cavité entre les impulsions. Google Patents

    Donc ce brevet décrit une architecture de laser à gaz pulsé, avec une conception de décharge basée sur des couches métalliques coplanaires dans un interstice entre corps céramiques.

  • 2. US 4,367,553 – “Pulse laser with an electrically excited gaseous active medium”

    Je n’ai pas trouvé l’intégralité du texte clair de US 4,367,553 dans les sources consultées, mais voici ce que j’ai pu recueillir :

    • Il est cité dans la liste de brevets liés à Neracher / Battelle. Google Patents

    • Il semble être une continuation ou extension de l’idée de laser à décharge gazeuse avec arrangement d’électrodes et circuits de déclenchement. Google Patents

    • Dans la page Justia, mention de ce brevet : “Pulse laser with an electrically excited gaseous active medium. Patent number: 4367553”, inventeur : Arnold Neracher. Justia Patents

    “A laser comprises a prismatic or cylindrical metal box surrounding two correspondingly shaped stacked blocks of nonconductive material with a dielectric constant of 80 or more, the two blocks being separated by a first metal plate forming a first capacitor with one block and with a second metal plate resting on the opposite end face thereof while forming a second capacitor with the other block…” Justia Patents

    Donc ce brevet propose une autre façon d’arranger les électrodes / isolants pour réaliser la décharge dans un milieu gazeux, avec des éléments diélectriques de forte constante permittive pour moduler le couplage électrique.