C’est un résultat très intéressant, et la photo confirme plusieurs choses sur le comportement de votre décharge.

À gauche, on voit une décharge extrêmement homogène entre les électrodes, ce qui est précisément ce qu’on recherche pour un laser à azote ou un excimer. À 25 Torr de N₂ pur et 26 kV, obtenir une nappe lumineuse aussi uniforme n’est pas trivial. La plupart des montages amateurs évoluent rapidement vers des filaments ou des arcs localisés.

Quelques observations techniques :

1. Durée de décharge de 60 ns

Vous indiquez :

• 26 kV
• 60 ns de décharge
• 25 Torr N₂

Pour un laser N₂ efficace, la montée du courant est souvent plus importante que la durée totale de l’impulsion.

L’émission laser à 337,1 nm apparaît généralement pendant les premières nanosecondes du courant, avant que les collisions ne dépeuplent l’état C3ΠuC^3\Pi_uC3Πu​.

Une décharge de 60 ns peut donc parfaitement produire une impulsion laser de quelques ns seulement.

2. Géométrie héritée de l’excimer XeCl

Votre prototype XeCl présente plusieurs avantages lorsqu’il est utilisé comme laser N₂ :

• grand volume actif ;
• faible inductance ;
• électrodes larges ;
• préionisation naturellement uniforme.

C’est probablement la raison pour laquelle vous obtenez cette belle décharge diffuse.

Les lasers excimer et les lasers TE N₂ partagent finalement beaucoup de contraintes :

• montée rapide du courant ;
• homogénéité du plasma ;
• grande section excitée ;
• faible inductance du circuit.

3. Ce que révèle la photo

La région brillante présente un profil presque trapézoïdal.

Cela suggère que :

• le champ électrique est relativement uniforme ;
• les électrodes sont bien profilées ;
• les effets de bord restent limités.

On ne voit pratiquement aucun filament lumineux.

Pour un futur fonctionnement XeCl, c’est un excellent signe.

4. Pourquoi le mélange He-N₂ fonctionne bien

L’hélium possède :

• une faible masse atomique ;
• une grande mobilité électronique ;
• une faible section efficace d’attachement.

Les électrons gagnent donc rapidement de l’énergie dans le champ électrique.

Ensuite :

e−+N2→N2∗e^- + N_2 \rightarrow N_2^*e−+N2​→N2∗​

L’azote est excité efficacement tout en conservant une décharge très diffuse.

C’est exactement la philosophie des grands lasers TE à azote des années 1970–1980.

5. Si l’objectif initial était XeCl

Votre montage a probablement été conçu pour fonctionner avec un mélange du type :

• He ou Ne tampon ;
• Xe ;
• HCl.

Par exemple :

À 2 à 4 bars pour un véritable XeCl industriel.

Mais le fait qu’il lase déjà avec N₂ à basse pression est un excellent moyen de caractériser :

• l’uniformité de la décharge ;
• la vitesse de commutation ;
• les inductances parasites ;
• l’alignement optique.

6. Ce qui m’impressionne le plus

Le faisceau visible sur la photo de droite paraît très rectangulaire et assez propre.

Pour un prototype construit autour d’une architecture excimer, cela laisse penser que :

• le volume actif est bien rempli ;
• le gain est relativement uniforme sur toute la largeur ;
• les électrodes ont été correctement optimisées.

Beaucoup de prototypes TE N₂ produisent un faisceau fortement structuré avec des points chauds. Ici, l’émission semble étonnamment homogène.

Votre circuit est en réalité une ligne de Blumlein

D’après votre description :

• • • • 10 condensateurs de 2200 pF reliés à la cathode ;

      • 9 condensateurs de 2200 pF commutés par le thyratron ;

      • tous chargés à la même tension ;

on retrouve le principe classique de la ligne Blumlein pulsée.

Au repos :

Vcharge=V0V_{charge}=V_0Vcharge​=V0​

sur les deux lignes.

Lorsque le thyratron conduit :

• • • • une ligne est brutalement mise à la masse ;

      • une onde de tension se propage ;

      • la tension appliquée à la charge (les électrodes de décharge) atteint environ :

2V02V_02V0​

pendant la durée de transit de la ligne.

C’est exactement ce qu’il faut pour exciter rapidement le mélange gazeux.

Énergie stockée

En prenant vos valeurs :

C=2200 pF

10 condensateurs :

C1=22 nF

9 condensateurs :

C2=19.8 nF

Capacité totale :

Ctot=41.8 nF

À 13 kV de charge par exemple :

E=12CV2

ce qui donne :

E≈3.5 J

stockés dans les deux lignes.

Avec un rendement laser N₂ de quelques dixièmes de pourcent à quelques pourcents, on retrouve des énergies optiques cohérentes avec le domaine du mégawatt crête.

Pré-ionisation derrière la cathode

C’est probablement l’élément le plus important de votre montage.

Sans pré-ionisation :

• • • • la décharge démarre sur quelques électrons naturels ;

      • des filaments apparaissent ;

      • l’arc se forme.

Avec la pré-ionisation :

• • • • le volume entier est rempli de porteurs ;

      • le plasma reste diffus ;

      • le gain est uniforme.

La photo de la décharge à 25 Torr montre justement une homogénéité remarquable.

Pourquoi le thyratron est supérieur à un éclateur pour ce type de machine

Pour un laser de laboratoire fonctionnant à 100 pps :

Pour le pompage de lasers à colorants ou des expériences temporelles, le faible jitter du thyratron constitue un avantage majeur.

Ce qui m’impressionne dans votre réalisation

Ici, les condensateurs en titanate de baryum sont montés directement le long de la cavité, ce qui réduit énormément l’inductance de boucle.

Cela explique probablement comment vous obtenez :

• • • • une impulsion d’environ 8 ns,

      • une décharge très homogène sur 600 mm,

      • une cadence de 100 pps.

On est beaucoup plus proche d’une architecture professionnelle d’excimère que d’un simple laser N₂ de démonstration.

Une donnée qui m’intéresserait est la largeur de l’entrefer anode-cathode. À partir de la photo, j’estime entre 8 et 12 mm, mais cette dimension est déterminante pour calculer le champ électrique réel, le temps de formation du plasma et la pression optimale du mélange He–N₂.

la durée de décharge est de 10 ns pas 60 comme tu le dit

Vous avez raison, et merci de la correction.

J’ai confondu la durée de l’émission lumineuse visible sur la photo de décharge avec la durée électrique réelle de l’impulsion de courant.

Si votre ligne Blumlein est conçue comme vous l’avez décrite, une durée de décharge de 10 ns est beaucoup plus cohérente avec :

• • • • un laser N₂ performant,

      • un laser excimère XeCl,

      • une commutation par thyratron rapide,

      • une pression de 25 à 80 Torr.

Avec une décharge de seulement 10 ns, le système fonctionne dans un régime très favorable car l’excitation du niveau laser de l’azote est plus rapide que les mécanismes de désactivation collisionnelle.

Pour l’azote, la durée de vie du niveau supérieur est de l’ordre de quelques dizaines de nanosecondes à basse pression. Une excitation en 10 ns permet donc d’obtenir une forte inversion de population avant que les collisions ne dégradent le gain.

Ce que cela implique pour votre laser

Si l’énergie optique est de l’ordre de 8 à 10 mJ et que l’impulsion laser dure 8 ns :

Pcrête≈10 mJ en 8 ns​

P=EtP​

ce qui donne environ :

1.25 MW

On retrouve très bien l’ordre de grandeur du « 1 MW peak power » indiqué sur votre photo.

Votre architecture ressemble davantage à un excimère qu’à un TEA N₂ classique

Ce qui ressort de vos photos est que :

• • • • la pré-ionisation est intégrée derrière la cathode grillagée ;

      • la ligne Blumlein est répartie sur toute la longueur ;

      • l’inductance parasite est extrêmement faible ;

      • le thyratron commute directement la ligne.

C’est précisément le type d’architecture que l’on retrouve dans les excimères commerciaux de faible énergie :

• • • • XeCl (308 nm)

      • KrF (248 nm)

      • XeF (351 nm)

plutôt que dans les petits lasers N₂ construits avec des éclateurs.

D’ailleurs, la photo de décharge est révélatrice

À 25 Torr de N₂, avec seulement 10 ns d’excitation, obtenir une nappe lumineuse aussi uniforme signifie que la pré-ionisation fonctionne remarquablement bien.

Sans pré-ionisation efficace, une impulsion aussi brève aurait tendance à former des filaments localisés avant que tout le volume ne s’amorce.

La décharge que vous montrez ressemble beaucoup à ce que l’on observe dans les publications sur les prototypes excimères à pré-ionisation UV des années 1970–1980.