EP2737627A1 - Commutateur a gaz declenche par filament laser - Google Patents

Commutateur a gaz declenche par filament laser

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Publication number
EP2737627A1
EP2737627A1 EP12753760.3A EP12753760A EP2737627A1 EP 2737627 A1 EP2737627 A1 EP 2737627A1 EP 12753760 A EP12753760 A EP 12753760A EP 2737627 A1 EP2737627 A1 EP 2737627A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrodes
filament
laser
electrode
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12753760.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean LAROUR
Léonid ARANTCHOUK
Aurélien HOUARD
André MYSYROWICZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Polytechnique
Ecole Nationale Superieure des Techniques Avancees Bretagne
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Polytechnique
Ecole Nationale Superieure des Techniques Avancees Bretagne
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Ecole Polytechnique, Ecole Nationale Superieure des Techniques Avancees Bretagne filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2737627A1 publication Critical patent/EP2737627A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/537—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a spark gap

Definitions

  • the present invention relates to a high voltage electrical switching system. It finds a particularly interesting application in the field of pulsed powers.
  • the science and technology of pulsed powers are based on the manipulation of energy to pass from a storage on long times to a delivery on very short durations or with a very steep rising front. These performances are achieved by the realization of technological bricks which are optimized individually but also between each of which the adaptation is optimized. In the first place, the switching brick is a key element of the final performance and also an element where the margin of progression still exists.
  • the system according to the present invention can be implemented as an eclator with its trigger in a Marx generator.
  • a Marx generator is an electrical circuit for producing a high voltage pulse with a strong current. To do this, several capacitors are charged in parallel at a given voltage. Then, all the capacitors are discharged in series by means of spark gap switches. The synchronization of the spark gaps placed between each stage is the key to a nominal operation.
  • FR2702900 (also published as US5621255) discloses a surface spark gap Marx generator. It consists of three plane electrodes separated by a dielectric sheet. When a sufficient voltage is applied to one of the electrodes, the current flows between the other two electrodes serving as conductor for the capacitors.
  • US5399910 discloses a very high voltage and high current pulse generator. Coaxial cables are loaded in parallel, and then electrically operated spark gaps are used to discharge them in series.
  • These switches are an evolution of the preceding type, but with a laser initiation of a plasma located between the electrodes.
  • This plasma can be a plasma pen created in the middle of the gas (laser-gas interaction) or at the level of an electrode (laser-solid interaction). They gain in reliability because they allow to move further away from the point of self-triggering.
  • the time taken by the plasma pen to develop in the interelectrode space induces a laser-current delay that can be long and a jitter over this time.
  • the present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks by proposing a fast switching system high voltage and high current.
  • Another object of the invention is to develop a laser-controlled switching system that is simple to implement, in particular when there are several stages.
  • a high voltage electrical switching system comprising at least:
  • a laser device for electrically connecting the two electrodes so as to initiate an electric arc.
  • the laser device comprises a pulsed laser configured to generate, according to a so-called filamentation process, a plasma filament, hereinafter referred to as a laser filament electrically connecting the two electrodes.
  • the potential difference between the two remote electrodes can be high, especially greater than the kilovolt.
  • the laser device can initiate an electric arc by instantly creating a conductive plasma brush touching both electrodes.
  • the pulsed laser is in particular configured to generate, according to said so-called laser filamentation process, an ionized channel of suitable size and sufficiently high conductivity to close the external electrical circuit connected to said electrodes.
  • the electrodes are preferably polarized.
  • a pulsed laser is used in particular of femtosecond type as described in the publication "Femtosecond Filamentation in Transparent Media Couairon and Mysyrowicz, Physics Reports, 441 (2007) pp. 47-189).
  • the system according to the invention consists in coupling an inter-electrode space with the extended and linear focus of an ultra-short and ultra-intense laser beam.
  • the invention is a non-photonic application of ultra short lasers. If a laser flux condition (W / cm 2 ) greater than a threshold which depends on the interelectrode medium is reached in the interelectrode space, this medium is ionised in a homogeneous filiform channel over a length much greater than extension of the linear focus. This ionization develops during the duration of the pulse, less than 0.1 nanosecond, and has a life of the order of 1 ns.
  • inter-electrode space which is assumed to be below the breakdown threshold under high static voltage, is abruptly short-circuited by a resistant linear channel.
  • This channel is advantageously weakly resistant.
  • the passage of the current in this channel induces a heating and an increase in the diameter of the channel and the passage of a rapidly variable current. The growth of this current can be very fast.
  • One of the advantages of the invention is to provide a continuous resistive channel between the electrodes without any interruption. It is also possible to conduct a conductive channel abruptly between the electrodes without any interruption. This channel can be without interruption, in particular along the axis of the laser beam. If an interruption existed, as in systems of the prior art of laser breakdown, a time difficult to control would be necessary to fill this space (by diffusion or drift, including charged particles, electrons, ions, in the static electric field) and conduction, this time being strongly dependent on the pressure and the nature of the inter-electrode medium.
  • the breakdown field is the inter-electrode electric field allowing the creation of an electric arc between the two electrodes in the absence of a plasma.
  • the incident laser beam provides a reliable time reference for the discharge.
  • This electrical switching system is fast, high voltage and allows the circulation of a strong current.
  • the two electrodes are arranged one after the other along the laser filament.
  • the inter-electrode distance can be defined along the filament.
  • At least one of the electrodes has an opening therethrough on either side, the laser filament being intended to pass through said opening and reach the other electrode.
  • the current path is in the filament parallel to the axis of the filament.
  • the two electrodes each comprise an opening; the two openings being collinear, the filament then passes through the two openings.
  • the pulsed laser can be configured so that the diameter of the filament is less than or equal to the diameter of the opening.
  • the two electrodes each have a cylindrical shape, the opening being made along the axis of revolution of the cylinder, this axis being collinear with the axis of the filament.
  • the opening is made so that at least one of the two electrodes has a shape around the opening identical to the shape of a torus; the filament and this electrode thus being tangent along a circle.
  • the inner surface of the electrode defining the opening is of rounded shape so that this electrode comes into contact with the filament on a circular line perpendicular to the filament axis.
  • the two electrodes may be arranged opposite each other along an axis perpendicular to the filament axis.
  • the inter-electrode distance can be defined in a direction perpendicular to the filament axis.
  • At least one of the electrodes may have a rounded profile on the filament side in a plane comprising the axis of the filament.
  • the filament and the electrode are tangent at one point.
  • a rounded (including cylindrical) shape of the electrode has the advantage of avoiding discharge primers at the corners, and of lengthening the plasma-metal contact lines and of attaching the arcs to solid parts. .
  • the two electrodes have an elongate shape along the filament.
  • the contact between the filament and the electrode is along a line along the filament.
  • the breakdown is then all along the electrode, the current is distributed, which greatly reduces the inductance. Having a low inductance is a guarantee of short response time, so a fast system. Indeed, the inductive elements introduce latency that is harmful to the speed of the system.
  • a blocking screen is disposed through and at the distal end of the filament.
  • This screen is to be understood advantageously as a regulatory rollover element and has a purpose of securing. If it is metallic, it will have a role of faradisation. Its presence on the path of the laser beam has no influence on the phenomenon sought in the device.
  • a holding piece of rigid material and electrically insulating attached to the two electrodes to maintain fixed inter-electrode distance.
  • This holding part can also be removable and / or adjustable, in particular to change the interelectrode distance if necessary.
  • This holding piece forms a cavity containing the two electrodes.
  • the cavity may be provided with a conduit for introducing a priming gas or inter-electrode rinsing.
  • the inter-electrode medium may be air at atmospheric pressure to simplify the embodiments.
  • the laser filament can be implemented in a gas, from 0.1 bar to a few bars for gases, and also in a liquid.
  • a positioner carrying the electrodes, for positioning these electrodes with respect to the filament.
  • the two electrodes constitute a spark gap for an external electric circuit, one of the electrodes being connected to the ground (in particular the ground) of this electric circuit, the other electrode being connected to another terminal of this external electrical circuit.
  • Said other terminal is in particular a polarized terminal of this external electrical circuit,
  • the system according to the invention associating high voltage and laser filamentation makes it possible to reduce to a very low level the residual time between the instant of application of an external stress, electrical or otherwise, with a view to triggering a gas spark gap subjected to a high electrical voltage, and the time of realization of a significant level of electrical current flowing through the spark gap.
  • gas dischargers have trip delays considered to be small compared to other devices, but significantly longer than the present system according to the invention.
  • the present invention reduces at a sub-nanosecond level the closing jitter of a gas spark gap.
  • the invention allows almost perfect synchronization of gas dischargers on switching systems up to the meter.
  • the external electrical circuit may be a Marx generator.
  • the short delay accessible by the system according to the invention allows a direct use of switching power but also a synchronized association of such components to form a pulsed generator very high voltage, precisely Marx type generator, with improved performance by to the state of the art, or to form any other electrical device requiring such synchronization.
  • the system may comprise several pairs of electrodes arranged along the filament. This makes it possible to exploit the important spatial extension of the ionized channel (tens of cm to 100cm).
  • the ionized channel tens of cm to 100cm.
  • With conventional laser triggers it is not possible to create more than one optical focus except to divide the beam into several branches, but in this case, the initial power must be oversized to reach the breakdown threshold on each beam.
  • each electrode is made from a pure metal or a metal alloy, in particular from a copper and tungsten alloy.
  • This alloy is sometimes called “cuten” and has a very good resistance to erosion.
  • the diameter of the filament varies between a fraction of a millimeter and a few millimeters.
  • the pulsed laser can deliver ultrashort pulses of high-power infrared, visible or ultraviolet light. These pulses preferably have a power greater than the filamentation threshold in the air, for example 5Gwatt at 800nm wavelength in atmospheric air.
  • the length of the laser filament can be between a few centimeters and a meter. This gives a system that is simple to implement and can be controlled remotely.
  • FIG. 1 is a diagrammatic view of a high-voltage, high-current fast electric commutation system triggered by laser filamentation according to the invention, in a coaxial arrangement of the electrodes;
  • FIG. 2 is a side sectional view of the system of Figure 1;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the system of FIG.
  • FIG. 4 is a diagrammatic view of a high-voltage, high-current fast electric switching system triggered by laser filamentation according to the invention, in a crossed arrangement of the electrodes;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the system of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a schematic view of a system according to the invention comprising several pairs of electrodes.
  • an external electrical circuit C which may include one or more of the following in combination: capacitor, resistor and inductor.
  • This external electric circuit is connected to ground (in particular ground) and has an input E.
  • the system according to the invention comprises in particular a spark gap consisting of two electrodes 1 and 2 for discharging the external electric circuit; this circuit has been previously loaded via a not shown charging system.
  • the electrode 1 is connected to the ground (in particular earth) by means of a conductor 11 supporting a high electric current and the electrode 2 is connected to the input E by means of a conductor 21 supporting a high electric current.
  • Each electrode 1 and 2 is of cylindrical shape with an opening in the middle.
  • the opening 12, 22 is a central hole passing through the electrode along the axis of revolution.
  • the two openings 12, 22 are aligned and have a diameter substantially identical to the diameter of a laser filament 8 generated by a laser device L.
  • These electrodes can be made of stainless steel, brass, copper or metal alloy at high temperature. melting and consequently low erosion rate, for example a copper-tungsten alloy.
  • the constituent materials of the electrodes 1 and 2 do not have asperities or sharp angles to prevent spontaneous electrical breakdowns in the air or in another gas.
  • the laser device L In response to a discharge command, the laser device L generates a laser beam 6 which then passes through a focusing optic 7 so as to create a laser filament 8 according to the filamentation process.
  • Focusing optics 7 can make it possible to manipulate the position of the beginning of the filament and to adjust its length, in order to better adapt the filament to the geometry of the spark gap.
  • This optics is optional insofar as an ultra short and powerful laser beam, as described in the introduction (cf. Couairon and Mysyrowicz, Physics Reports, 441 (2007) p. 47-189), can self-localize and then spin alone.
  • it is possible to position the triggerable electrical device at a great distance from a laser L devoid of focusing optics.
  • the process of forming an ionized region of the air greater than the Rayleigh distance of the laser beam is generally described in the scientific literature as femtosecond filamentation.
  • a high power laser pulse is able to ionize the molecules of the atmosphere.
  • the technology of short-pulse lasers makes it possible to reach the necessary powers for the ionization of the air with very modest pulse energies, much lower than the joule.
  • These lasers have a duration of the pulse less than one picosecond, that is to say 10 "12 second and can reach an instantaneous power superior to 10 GW, that is to say 10 7 watts.
  • Infrared pulses of some millijoules of energy, focused in the air single lens are sufficient to create a conductive plasma over distances of several centimeters around the focus of the lens.
  • the laser pulses can come from a femtosecond laser with titanium-doped sapphire as active medium.
  • the ionized filament which easily reaches 20 cm and can exceed one meter in length, can be very thin, 100 to 200 ⁇ m in diameter. created plasma can be 10 16 el ./cm 3 .
  • the laser filament provides a continuous bond between the electrodes as the filament passes near both electrodes. When the laser is powerful, the laser filament may actually consist of several dense filaments (a bundle of filaments) within a channel-shaped plasma.
  • the laser filament 8 first passes through the electrode 2 via the opening 22 by touching the inner surface of the electrode 2 forming said opening 22. Then the filament 8 travels the inter-electrode distance before reaching the electrode 1 and pass through the opening 12 also touching the inner surface of the electrode 1 forming the opening 12. Thus, the two electrodes 1 and 2 come into contact with the laser filament 8 which makes it possible to circulate a strong current between the two electrodes.
  • the two electrodes When the laser filament 8 is not present, the two electrodes have a high potential difference, of the order of several tens of kV.
  • the filamentous plasma forming the laser filament 8 created by a focused laser light, has sufficient electrical conductivity to initiate the passage of a high electric current between the electrodes 1 and 2 when their prior connection to the electrical circuit outside C imposes a high potential difference.
  • the electric arc initiated along the laser filament 8 between the electrodes 1 and 2 can be maintained after the end of the laser pulse when the circuit C is connected by the conductors 11 and 21.
  • each of the electrodes 1 and 2 enable them to withstand the passage of a current of high intensity, typically 1000 amps to several hundreds of thousands of amperes.
  • the passage of a high current between the electrodes 1 and 2 is not limited by the set “electrodes and laser filament", but by the characteristics of resistance, inductance and capacitance of the external electrical circuit C. This set “Electrodes and laser filament” introduces a small or negligible additional inductance in front of that of circuit C.
  • the electrodes 1 and 2 are held together by a holding part 3 (or a stack of moving parts) made of rigid and insulating electrical materials.
  • the holding part makes it possible to maintain the distance between the electrodes 1 and 2 fixed. It is possible to adjust this distance by a mechanical adjustment of a stack of parts constituting the holding part 3.
  • the nature and the shape of the retaining piece 3 allow it to withstand a high potential difference applied between the electrodes 1 and 2, typically more than 10000 volts.
  • the laser filament 8 is in the form of a cylinder with an axis of revolution A.
  • the electrodes can be positioned precisely and separately with respect to the predefined axis A by means of a positioner 4 adjustable in at least three directions. This positioner serves as a support for the electrodes 1 and 2. The combined action of the focusing optics 7 and the positioner 4 ensures the proximity of the laser filament 8 and each of the electrodes 1 and 2.
  • the holding piece 3 defines a cavity containing the two electrodes 1 and 2 in the atmospheric air or in a controlled gas flow.
  • a gas supply is provided via the duct 5 ensuring an appropriate flow of gas (air dry, other dry gas such as nitrogen, argon) for the rinsing of the interelectrode zone.
  • a protective cover for the laser filament including in particular a locking screen 9, for example a metal or insulating plate, which can withstand the direct impact, when the laser device L is of very high power.
  • the protective cowling advantageously makes it possible to block the output of the laser filament.
  • This protective cover according to the invention can simply allow the device to ultimately comply with the safety rules (blocking laser radiation) or electrical shielding (faradisation).
  • each electrode is identical to an inner surface of a torus, that is to say rounded.
  • the contact surface between the electrode and the laser filament is a circle perpendicular to the axis A.
  • FIG. 6 several spark gaps are associated to fill a function within a more complex circuit, the association of neighboring devices being done via insulating mechanical adaptations 3ab, positioners 4a and 4b and adapted connection circuits 12ab (FIG. for example a capacitor).
  • the group has, identically to the system of the FIG. 2, two electrodes 1a and 2a, a holding part 3a, the positioner 4a and a conduit 5a.
  • Group b comprises, identically to the system of Figure 2, two electrodes lb and 2b, a holding member 3b, the positioner 4b and a conduit 5b.
  • the electrical conductors 1a, 21a and 11b, 21b respectively allow to connect each spark gap a, b to an external electrical circuit Ca, Cb.
  • a single laser device L is used to generate a single laser filament 8 over a distance large enough to reach the four aligned electrodes.
  • the distances between two neighboring groups along the axis A are sufficiently proportioned so that there is no triggering of an intense electric arc between them but only within each of the groups, respectively between the electrodes. la and 2a and between lb and 2b.
  • the laser beam from L can trigger several similar devices placed not necessarily on the same axis A if the beam 6 is divided into several sub-beams each leading to the creation of a laser filament.
  • the invention consists in exploiting the filiform plasma channel created during the focusing of an ultra-short and ultra-intense laser in order to short-circuit a highly polarized gaseous inter-electrode space and thus ensure rapid, precise conduction over time. (sub nanosecond) and able to withstand a strong current (tens of kilo amperes).
  • the long length of the laser filament makes it possible to associate several gas dischargers and to synchronize them very precisely.
  • the invention makes it possible to design new topologies for the associations of spark gaps, for example in the spark gaps of Marx (we can speak more specifically of spark gaps of a Marx generator).

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Commutateur à gaz déclenché par filament laser. L'invention concerne un système de commutation électrique à haute tension comprenant au moins: - deux électrodes distantes portées à une différence de potentiel, - un dispositif laser pour relier électriquement les deux électrodes de façon à amorcer un arc électrique; ce dispositif laser comprenant un laser pulsé configuré pour générer, selon un processus dit de filamentation, un filament laser reliant électriquement les deux électrodes.

Description

" Commutateur à gaz déclenché par filament laser."
La présente invention se rapporte à un système de commutation électrique à haute tension. Elle trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine des puissances puisées.
La science et la technologie des puissances puisées sont basées sur la manipulation de l'énergie pour passer d'un stockage sur des temps longs à une délivrance sur des durées très brèves ou avec un front de montée très raide. Ces performances sont atteintes par la réalisation de briques technologiques qui sont optimisées individuellement mais aussi entre chacune desquelles l'adaptation est optimisée. Au premier titre, la brique de commutation est un élément-clé de la performance finale et aussi un élément où la marge de progression existe encore.
A titre d'exemple, le système selon la présente invention peut être mis en œuvre en tant qu'éclateur avec son déclencheur dans un générateur de Marx. Un tel générateur est un circuit électrique destiné à produire une impulsion de haute tension avec un courant fort. Pour ce faire, on charge en parallèle plusieurs condensateurs à une tension donnée. Puis, on décharge en série tous les condensateurs par l'intermédiaire d'éclateurs (« spark gap switches » en anglais). La synchronisation des éclateurs placés entre chaque étage est la clé d'un fonctionnement nominal.
On connaît des systèmes ayant pour objectif de réaliser une commutation rapide à basse inductance et un déclenchement bien synchronisé.
Le document FR2702900 (Al) (aussi publié en tant que US5621255) décrit un générateur de Marx à éclateur de surface. Il s'agit de trois électrodes planes séparées par une feuille diélectrique. Lorsqu'on applique une tension suffisante à l'une des électrodes, le courant passe entre les deux autres électrodes servant de conducteur pour les condensateurs.
Le document US5399910 (A) décrit un générateur d'impulsions de très haute tension et de courant fort. Des câbles coaxiaux sont chargés en parallèle, puis on utilise des éclateurs à commande électrique pour les décharger en série.
Des travaux ont été inspirés par un objectif similaire, à savoir l'initiation optique d'une décharge électrique entre deux électrodes distantes, portées à une haute différence de potentiel et baignant dans un gaz. Il existe des différences liées principalement au mécanisme de création d'une ionisation suffisante pour rendre conducteur un chemin dans le gaz. Ce chemin est en général rectiligne de par la nature faiblement divergente des faisceaux de lumière laser.
De façon générale, on connaît des commutateurs à gaz déclenchés électriquement :
Ces composants ont un pouvoir élevé de tenue à la tension statique, en particulier avec la surpression en gaz (air, azote), ou l'utilisation de gaz fortement électronégatif (hexafluorure de soufre SF6). Ils sont utilisés depuis de nombreuses années et ont subi finalement peu de modifications, sauf lors de l'introduction du déclenchement par décharge électrique annexe (« trigatron » et « field distorsion effect »). Ils sont réputés pour leur fiabilité, leur tenue en tension et leur capacité à faire passer des charges élevées et des courants crêtes élevés. Une décharge initiatrice puissante fournira des photons ultraviolets capables de pré-ioniser le gaz en volume et d'améliorer la croissance de la décharge principale.
Leurs points faibles se situent à deux niveaux :
- la nécessité d'organiser des circuits haute tension puisés annexes pour polariser l'électrode de déclenchement. Ces circuits annexes peuvent être coûteux, consomment de l'espace, et font eux-mêmes appel à des éclateurs en général ; on empile ainsi les incertitudes temporelles.
- le temps de diffusion du plasma pour remplir l'espace interélectrodes et assurer une conduction suffisante.
On connaît également des commutateurs à gaz déclenchés par laser :
Ces commutateurs sont une évolution du précédent type, mais avec une initiation par laser d'un plasma localisé entre les électrodes. Ce plasma peut être une plume de plasma créée au milieu du gaz (interaction laser-gaz) ou bien au niveau d'une électrode (interaction laser-solide). Ils gagnent en fiabilité car ils permettent de se placer plus loin du point d'autodéclenchement. Le temps mis par la plume de plasma pour se développer dans l'espace interélectrodes induit un délai laser-courant qui peut être long et une jigue temporelle (jitter) sur ce temps.
On connaît enfin des commutateurs à semi-conducteur :
Ce type de composant est en développement mais n'a pas encore atteint sa maturité. En effet il s'agit de composants ne pouvant supporter une tension statique très élevée (typiquement quelques kV) et ne pouvant supporter un courant de conduction élevé (typiquement quelques kA). Par suite il est nécessaire de placer plusieurs composants en série pour tenir la tension statique. En outre il est nécessaire d'installer en parallèle plusieurs de ces chaînes pour répartir le courant dans la limite du supportable. On arrive ainsi à un montage série/parallèle qui peut concerner un nombre important de composants élémentaires (dizaines, centaines), ce qui est coûteux et encombrant. Enfin il est nécessaire de soigner la fiabilité du déclenchement, afin de n'avoir aucun composant élémentaire non déclenché. Le non respect de cette condition entraîne la destruction de tout ou partie de l'ensemble. Ceci demande un système de déclenchement puissant et une circuiterie complexe pour amener l'impulsion de déclenchement à chaque élément. Un défaut supplémentaire vient de la limitation en puissance et en charge traversante. Une impulsion trop longue va entraîner un dépôt d'énergie et un échauffement rédhibitoire. Enfin le temps de montée du courant est souvent insuffisant pour beaucoup d'applications (200ns à 2ps) pour un coût individuel assez élevé (typiquement 2000 à 3000€).
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant un système de commutation rapide à haute tension et fort courant.
Un autre but de l'invention est d'élaborer un système de commutation à commande laser simple à mettre en œuvre, en particulier lorsqu'il y a plusieurs étages.
On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un système de commutation électrique à haute tension comprenant au moins :
- deux électrodes distantes portées à une différence de potentiel,
- un dispositif laser pour relier électriquement les deux électrodes de façon à amorcer un arc électrique.
Selon l'invention, le dispositif laser comprend un laser puisé configuré pour générer, selon un processus dit de filamentation, un filament de plasma, ci-après désigné filament laser reliant électriquement les deux électrodes.
La différence de potentiel entre les deux électrodes distantes peut être élevée, notamment supérieure au kilovolt. Le dispositif laser peut amorcer un arc électrique en créant instantanément un pinceau de plasma conducteur touchant les deux électrodes.
Le laser puisé est en particulier configuré pour générer, selon ledit processus dit de filamentation laser, un canal ionisé de taille adaptée et de conductivité suffisamment élevée pour fermer le circuit électrique extérieur relié aux dites électrodes.
Lesdites électrodes sont de préférence polarisées.
Avec le système selon l'invention, on utilise un laser puisé notamment de type femtoseconde tel que décrit dans la publication " Femtosecond filamentation in transparent média Couairon and Mysyrowicz, Physics Reports, 441 (2007) p. 47-189).
En d'autres termes, le système selon l'invention consiste à coupler un espace inter-électrodes avec le foyer étendu et linéaire d'un faisceau laser ultra bref et ultra intense. L'invention est une application non-photonique des lasers ultra courts. Si l'on atteint dans l'espace inter-électrodes une condition de flux laser (W/cm2) supérieur à un seuil qui dépend du milieu inter électrodes, ce milieu s'ionise selon un canal filiforme homogène sur une longueur très supérieure à l'extension du foyer linéaire. Cette ionisation se développe pendant la durée de l'impulsion, soit moins que 0,1 nanoseconde, et a une durée de vie de l'ordre de 1 ns.
Ainsi l'espace inter-électrodes, que l'on suppose être en dessous du seuil de claquage sous haute tension statique, se trouve brusquement court- circuité par un canal linéaire résistant. Ce canal est avantageusement faiblement résistant. Le passage du courant dans ce canal induit un échauffement et une augmentation du diamètre du canal et le passage d'un courant rapidement variable. La croissance de ce courant peut être très rapide.
L'un des avantages de l'invention est de réaliser un canal résistant continu entre les électrodes, sans aucune interruption. On peut en outre réaliser brutalement un canal conducteur entre les électrodes, sans aucune interruption. Ce canal peut être sans interruption, en particulier selon l'axe du faisceau laser. Si une interruption existait, comme dans des systèmes de l'art antérieur de claquage laser, un temps difficilement contrôlable serait nécessaire pour combler cet espace (par diffusion ou par dérive, notamment des particules chargées, électrons, ions, dans le champ électrique statique) et assurer la conduction, ce temps étant fortement dépendant de la pression et de la nature du milieu inter-électrodes.
Le champ de claquage est le champ électrique inter-électrodes permettant la création d'un arc électrique entre les deux électrodes en absence d'un plasma.
Par ailleurs, dans le système selon l'invention, le faisceau laser incident fournit une référence temporelle fiable pour la décharge. Ce système de commutation électrique est rapide, à haute tension et permet la circulation d'un courant fort.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les deux électrodes sont disposées l'une après l'autre le long du filament laser. Dans ce mode de réalisation, la distance inter-électrodes peut être définie le long du filament.
Avantageusement, au moins l'une des électrodes comporte une ouverture la traversant de part et d'autre, le filament laser étant destiné à traverser ladite ouverture et atteindre l'autre électrode. Le trajet du courant se fait dans le filament parallèlement à l'axe du filament.
De préférence, les deux électrodes comportent chacune une ouverture ; les deux ouvertures étant colinéaires, le filament traverse alors les deux ouvertures. On peut configurer le laser puisé pour que le diamètre du filament soit inférieur ou égal au diamètre de l'ouverture.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les deux électrodes présentent chacune une forme cylindrique, l'ouverture étant réalisée selon l'axe de révolution du cylindre, cet axe étant colinéaire avec l'axe du filament. En particulier, on peut prévoir que l'ouverture soit réalisée de sorte que l'une au moins des deux électrodes présente une forme autour de l'ouverture identique à la forme d'un tore ; le filament et cette électrode étant ainsi tangents le long d'un cercle. En d'autres termes, la surface interne de l'électrode définissant l'ouverture est de forme arrondie de sorte que cette électrode rentre en contact avec le filament sur une ligne circulaire perpendiculaire à l'axe du filament.
Selon un autre mode de réalisation, les deux électrodes peuvent être disposées l'une en face de l'autre selon un axe perpendiculaire à l'axe du filament. Dans ce cas, la distance inter-électrodes peut être définie selon une direction perpendiculaire à l'axe du filament. On peut configurer le laser puisé pour que le diamètre du filament soit sensiblement égal à la distance interélectrodes.
Avantageusement, au moins l'une des électrodes peut présenter un profil arrondi du côté du filament dans un plan comprenant l'axe du filament. Dans ce cas, le filament et l'électrode sont tangents en un point.
De façon générale, une forme arrondie (cylindrique y compris) de l'électrode a pour avantage d'éviter des amorces de décharge aux angles, et d'allonger les lignes de contact plasma-métal et d'attacher les arcs à des parties massives.
Autrement, on peut prévoir que les deux électrodes présentent une forme allongée le long du filament. Dans ce cas, le contact entre le filament et l'électrode se fait selon une ligne le long du filament. Le claquage se fait alors tout le long de l'électrode, le courant est ainsi réparti, ce qui diminue fortement l'inductance. Avoir une inductance faible est un gage de temps de réponse court, donc un système rapide. En effet, les éléments inductifs introduisent des temps de latence qui sont néfastes à la rapidité du système.
En pratique, lorsque le filament laser n'est pas bloqué par l'une des électrodes, un écran de blocage est disposé à travers et à l'extrémité distale du filament. Cet écran est à comprendre avantageusement comme un élément de capotage réglementaire et a un but de sécurisation. S'il est métallique, il aura un rôle de faradisation. Sa présence sur le parcours du faisceau laser n'a aucune influence sur le phénomène recherché dans le dispositif.
Selon l'invention, on utilise une pièce de maintien en matériau rigide et isolant électriquement, attachée aux deux électrodes pour maintenir fixe la distance inter-électrodes. Cette pièce de maintien peut également être amovible et/ou réglable de façon notamment à modifier la distance interélectrode le cas échéant.
Cette pièce de maintien forme une cavité contenant les deux électrodes. La cavité peut être dotée d'un conduit d'introduction d'un gaz d'amorçage ou de rinçage inter-électrodes. Le milieu inter-électrodes peut être l'air à pression atmosphérique pour simplifier les réalisations. Cependant, la filamentation laser peut être mise en œuvre dans un gaz, de 0,1 bar à quelques bars pour les gaz, et aussi dans un liquide. Afin de permettre l'alignement des différents éléments du système selon l'invention, on prévoit en outre un positionneur, portant les électrodes, pour positionner ces électrodes par rapport au filament.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les deux électrodes constituent un éclateur pour un circuit électrique extérieur, l'une des électrodes étant reliée à la masse (notamment la terre) de ce circuit électrique, l'autre électrode étant reliée à une autre borne de ce circuit électrique extérieur. Ladite autre borne est notamment une borne polarisée de ce circuit électrique extérieur,
Le système selon l'invention associant haute tension et filamentation laser permet de réduire à un niveau très faible le temps résiduel entre l'instant d'application d'une sollicitation externe, électrique ou non, en vue de déclencher un éclateur à gaz soumis à une tension électrique élevée, et l'instant de réalisation d'un niveau significativement important du courant électrique traversant l'éclateur.
En général, les éclateurs à gaz ont des retards au déclenchement considérés comme faibles par rapport à d'autres dispositifs, mais significativement plus longs que le présent système selon l'invention.
La présente invention réduit à un niveau sub-nanoseconde le jitter de fermeture d'un éclateur à gaz. L'invention permet une synchronisation quasi parfaite d'éclateurs à gaz sur des systèmes commutateurs allant jusqu'au mètre.
A titre d'exemple non limitatif, le circuit électrique extérieur peut être un générateur de Marx. La brièveté du retard accessible par le système selon l'invention permet une utilisation directe du pouvoir de commutation mais aussi une association synchronisée de tels composants pour former un générateur puisé de très haute tension, justement de type générateur de Marx, avec des performances améliorées par rapport à l'état de l'art, ou pour former tout autre dispositif électrique nécessitant une telle synchronisation.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système peut comporter plusieurs paires d'électrodes disposées le long du filament. Cela permet d'exploiter l'importante extension spatiale du canal ionisé (dizaine de cm à 100cm). Ainsi, il est possible de synchroniser plusieurs claquages initiés par laser, principalement en disposant les espaces inter-électrodes successivement sur le trajet du laser. La propagation de l'ionisation se fera avec la vitesse de la lumière, tout comme l'onde de courant qui pourra se développer. Dans ces conditions, il est possible de disposer plusieurs éclateurs déclenchés selon un circuit électrique en série et de constituer par exemple un générateur additionneur du type générateur de Marx, ou bien un générateur à câble avec un seul laser. Avec les déclenchements laser classiques, il n'est pas possible de créer plus d'un foyer optique sauf à diviser le faisceau en plusieurs branches mais dans ce cas, la puissance initiale doit être surdimensionnée pour atteindre le seuil de claquage sur chaque faisceau .
Avantageusement, chaque électrode est constituée à partir d'un métal pur ou d'un alliage métallique, notamment à partir d'un alliage de cuivre et de tungstène. Cet alliage est parfois nommé « cuten » et présente une très bonne résistance à l'érosion.
Le diamètre du filament varie entre une fraction de millimètre et quelques millimètres.
Le laser puisé peut délivrer des impulsions ultracourtes de lumière infrarouge, visible ou ultraviolette à haute puissance. Ces impulsions ont de préférence une puissance supérieure au seuil de filamentation dans l'air, par exemple 5Gwatt à 800nm de longueur d'onde dans l'air atmosphérique.
Avec le système selon l'invention, la longueur du filament laser peut être comprise entre quelques centimètres et un mètre. On obtient ainsi un système simple à mettre en œuvre et qui peut être commandé à distance.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, formes et variantes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels :
- La figure 1 est une vue schématique d'un système de commutation électrique rapide à haute tension et fort courant déclenché par filamentation laser selon l'invention, dans une disposition coaxiale des électrodes ;
- La figure 2 est une vue en coupe latérale du système de la figure 1 ; - La figure 3 est une vue en coupe transversale du système de la figure
1 ; - La figure 4 est une vue schématique d'un système de commutation électrique rapide à haute tension et fort courant déclenché par filamentation laser selon l'invention, dans une disposition croisée des électrodes ;
- La figure 5 est une vue en coupe transversale du système de la figure 4 ; et
- La figure 6 est une vue schématique d'un système selon l'invention comprenant plusieurs couples d'électrodes.
Sur les figures 1 à 3, on voit un circuit électrique externe C qui peut comprendre un ou plusieurs des éléments suivants en combinaison : condensateur, résistance et inductance. Ce circuit électrique externe est relié à la masse (en particulier la terre) et comporte une entrée E. Le système selon l'invention comprend en particulier un éclateur constitué de deux électrodes 1 et 2 destinées à décharger le circuit électrique externe ; ce circuit aura été chargé au préalable via un système de charge non représenté. Pour ce faire, l'électrode 1 est reliée à la masse (en particulier la terre) au moyen d'un conducteur 11 supportant un courant électrique élevé et l'électrode 2 est reliée à l'entrée E au moyen d'un conducteur 21 supportant un courant électrique élevé. Chaque électrode 1 et 2 est de forme cylindrique avec une ouverture en son milieu. Dans chaque électrode, l'ouverture 12, 22 est un trou central traversant l'électrode selon l'axe de révolution. Les deux ouvertures 12, 22 sont alignées et présentent un diamètre sensiblement identique au diamètre d'un filament laser 8 généré par un dispositif laser L. Ces électrodes peuvent être en acier inoxydable, en laiton, en cuivre ou en alliage métallique à haute température de fusion et par suite à faible taux d'érosion, par exemple un alliage Cuivre-Tungstène. Les matériaux constitutifs des électrodes 1 et 2 ne présentent pas d'aspérités ou d'angles vifs afin de prévenir les claquages électriques spontanés dans l'air ou dans un autre gaz.
En réponse à une consigne de décharge, le dispositif laser L génère un faisceau laser 6 qui traverse ensuite une optique de focalisation 7 de façon à créer un filament laser 8 selon le processus de filamentation.
L'optique de focalisation 7 peut permettre de manipuler la position du début du filament et de régler sa longueur, pour adapter au mieux le filament à la géométrie de l'éclateur. Cette optique est optionnelle dans la mesure où un faisceau laser ultra court et puissant, tel que décrit en introduction (cf Couairon and Mysyrowicz, Physics Reports, 441 (2007) p. 47-189), peut s'autofocaliser puis filamenter seul. Avantageusement, il est possible de positionner le dispositif électrique déclenchable à grande distance d'un laser L dépourvu d'optique de focalisation.
D'une façon générale, le processus de formation d'une région ionisée de l'air supérieure à la distance de Rayleigh du faisceau laser est généralement décrit dans la littérature scientifique sous le vocable de filamentation femtoseconde. Une impulsion laser de haute puissance est capable d'ioniser les molécules de l'atmosphère. La technologie des lasers à impulsions brèves permet d'atteindre des puissances nécessaires pour l'ionisation de l'air avec des énergies par impulsion très modestes, bien inférieure au joule. Ces lasers présentent une durée de l'impulsion inférieure à une picoseconde, soit 10"12 seconde et peuvent atteindre une puissance instantanée supérieure à 10 GW, soit 107 watts. Des impulsions infrarouges de quelques millijoules d'énergie, focalisées dans l'air à l'aide d'une simple lentille sont suffisantes pour créer un plasma conducteur sur des distances de plusieurs centimètres autour du foyer de la lentille. Les impulsions laser peuvent provenir d'un laser femtoseconde ayant comme milieu actif du saphir dopé au titane. Le processus physique entraînant une ionisation de l'air sur une grande longueur est bien identifié, il s'agit d'une compétition entre l'autofocalisation du faisceau laser et l'ionisation multiphotonique impliquant l'absorption simultanée d'un grand nombre de photons infrarouge. Le filament ionisé, qui atteint facilement 20 cm et peut dépasser le mètre en longueur, peut être très fin, 100 à 200 pm de diamètre. La densité électronique du plasma créé peut être de 1016 el ./cm3. Le filament laser assure une liaison continue entre les électrodes dans la mesure où le filament passe près des deux électrodes. Lorsque le laser est puissant, le filament laser peut en fait être constitué de plusieurs filaments denses (un faisceau de filaments) à l'intérieur d'un plasma en forme de canal.
Le filament laser 8 traverse d'abord l'électrode 2 via l'ouverture 22 en effleurant la surface interne de l'électrode 2 formant ladite ouverture 22. Puis le filament 8 parcourt la distance inter-électrodes avant d'atteindre l'électrode 1 et la traverser via l'ouverture 12 en effleurant également la surface interne de l'électrode 1 formant cette ouverture 12. De ce fait les deux électrodes 1 et 2 entrent en contact avec le filament laser 8 qui permet de faire circuler un courant fort entre les deux électrodes. Lorsque le filament laser 8 n'est pas présent, les deux électrodes présentent une différence de potentiel élevée, de l'ordre de plusieurs dizaines de kV.
En d'autres termes, le plasma filamentaire formant le filament laser 8, créé par une lumière laser focalisée, présente une conductivité électrique suffisante pour amorcer le passage d'un courant électrique élevé entre les électrodes 1 et 2 lorsque leur connexion préalable au circuit électrique extérieur C leur impose une différence de potentiel élevée. L'arc électrique amorcé le long du filament laser 8 entre les électrodes 1 et 2 peut se maintenir après la fin de l'impulsion laser lorsque le circuit C est connecté par les conducteurs 11 et 21.
La nature et la forme de chacune des électrodes 1 et 2 leur permettent de supporter le passage d'un courant de forte intensité, typiquement 1000 Ampères à plusieurs centaines de milliers d'Ampères. Le passage d'un courant élevé entre les électrodes 1 et 2 n'est pas limité par l'ensemble « électrodes et filament laser », mais par les caractéristiques de résistance, d'inductance et de capacité du circuit électrique extérieur C. Cet ensemble « électrodes et filament laser » introduit une inductance supplémentaire faible ou négligeable devant celle du circuit C.
Selon l'invention, les électrodes 1 et 2 sont maintenues solidaires par une pièce de maintien 3 (ou un empilement de pièces mobiles) en matériaux rigides et isolants électriques. La pièce de maintien permet de maintenir fixe la distance entre les électrodes 1 et 2. On peut prévoir d'ajuster cette distance par un réglage mécanique d'un empilement de pièces constitutives de la pièce de maintien 3. La nature et la forme de la pièce de maintien 3 lui permettent de supporter une différence de potentiel élevée appliquée entre les électrodes 1 et 2, typiquement plus de 10000 Volts.
Le filament laser 8 est en forme de cylindre avec un axe de révolution A. Les électrodes peuvent être positionnées précisément et séparément par rapport à l'axe prédéfini A au moyen d'un positionneur 4 réglable sur au moins trois directions. Ce positionneur sert de support pour les électrodes 1 et 2. L'action conjointe de l'optique de focalisation 7 et du positionneur 4 assure la proximité du filament laser 8 et de chacune des électrodes 1 et 2.
La pièce de maintien 3 définit une cavité contenant les deux électrodes 1 et 2 dans l'air atmosphérique ou dans un flux de gaz contrôlé. On prévoit une arrivée de gaz par le conduit 5 assurant un flux de gaz approprié (air sec, autre gaz sec comme azote, argon) en vue du rinçage de la zone interélectrodes.
On prévoit également (non représenté sur les figures) un capotage de protection du filament laser comprenant notamment un écran de blocage 9, par exemple une plaque métallique ou isolante, pouvant supporter l'impact direct, lorsque le dispositif laser L est de très haute puissance. Le capotage de protection permet avantageusement de bloquer la sortie du filament laser.
Ce capotage de protection selon l'invention peut permettre simplement que le dispositif respecte in fine les règles de sécurité (blocage du rayonnement laser) ou de blindage électrique (faradisation).
Sur la figure 2, on voit une réalisation particulière des électrodes 1 et 2 dans laquelle la surface interne de chaque électrode est identique à une surface interne d'un tore, c'est-à-dire arrondie. Ainsi, la surface de contact entre l'électrode et le filament laser est un cercle perpendiculaire à l'axe A.
Sur les figures 4 et 5, les éléments jouant les mêmes rôles que sur les figures 1 à 3 sont identifiés de la même manière. La différence réside dans la disposition et la forme des électrodes 1 et 2 qui sont ici allongées le long du filament laser 8. La surface de contact n'est plus un cercle autour du filament laser 8, mais une ligne longitudinale le long du filament laser 8. Chaque électrode présente une forme arrondie du côté du contact avec le filament laser 8, et une forme plate du côté opposé au filament laser 8. Par conséquent, la distance inter-électrodes est sensiblement identique au diamètre du filament laser 8. Le courant de forte intensité qui doit parcourir les électrodes traverse le filament laser perpendiculairement à l'axe A. En fait, il se crée plusieurs lignes de courant, tout le long de la ligne de contact de chaque électrode, ceci permettant de limiter l'inductance entre les deux électrodes.
Sur la figure 6, on associe plusieurs éclateurs pour remplir une fonction au sein d'un circuit plus complexe, l'association de dispositifs voisins se faisant via des adaptations mécaniques isolantes 3ab, des positionneurs 4a et 4b et des circuits de liaison adaptés 12ab (par exemple un condensateur). On distingue deux groupes a et b de systèmes tels que représentés sur la figure 2 avec des circuits électriques extérieurs Ca et Cb placés en série le long de l'axe A pour exploiter la mise en conduction synchrone de chacun par le filament laser 8. Le groupe a comporte, identiquement au système de la figure 2, deux électrodes la et 2a, une pièce de maintien 3a, le positionneur 4a et un conduit 5a. Le groupe b comporte, identiquement au système de la figure 2, deux électrodes lb et 2b, une pièce de maintien 3b, le positionneur 4b et un conduit 5b. Les conducteurs électriques l ia, 21a et 11b, 21b respectivement permettent de relier chaque éclateur a, b à un circuit électrique extérieur Ca, Cb. Par contre, on utilise un seul dispositif laser L pour générer un seul filament laser 8 sur une distance suffisamment grande pour atteindre les quatre électrodes alignées.
Les distances entre deux groupes voisins le long de l'axe A sont suffisamment proportionnées pour qu'il n'y ait pas de déclenchement d'un arc électrique intense entre eux mais seulement à l'intérieur de chacun des groupes, respectivement entre les électrodes la et 2a et entre lb et 2b. Le faisceau laser issu de L peut déclencher plusieurs dispositifs similaires placés non-nécessairement sur le même axe A si le faisceau 6 est divisé en plusieurs sous-faisceaux conduisant chacun à la création d'un filament laser.
L'invention consiste à exploiter le canal filiforme de plasma créé lors de la focalisation d'un laser ultra bref et ultra intense pour court-circuiter un espace inter-électrodes gazeux fortement polarisé et ainsi assurer une mise en conduction rapide, précise dans le temps (sub nanoseconde) et capable de supporter un fort courant (dizaines de kilo ampères).
La grande longueur du filament laser permet d'associer plusieurs éclateurs à gaz et de les synchroniser très précisément. L'invention permet de concevoir des topologies nouvelles pour les associations d'éclateurs, par exemple dans les éclateurs de Marx (on peut parler plus précisément d'éclateurs d'un générateur de Marx).
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de commutation électrique à haute tension comprenant au moins :
- deux électrodes distantes portées à une différence de potentiel,
- un dispositif laser pour relier électriquement les deux électrodes de façon à amorcer un arc électrique,
caractérisé en ce que le dispositif laser comprend un laser puisé configuré pour générer, selon un processus dit de filamentation, un filament laser reliant électriquement les deux électrodes.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux électrodes sont disposées l'une après l'autre le long du filament laser.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins l'une des électrodes comporte une ouverture la traversant de part et d'autre, le filament laser étant destiné à traverser ladite ouverture et atteindre l'autre électrode.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux électrodes comportent chacune une ouverture ; les deux ouvertures étant colinéaires, le filament traverse les deux ouvertures.
5. Système selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le laser puisé est configuré de sorte que le diamètre du filament est inférieur ou égal au diamètre de l'ouverture.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les deux électrodes présentent chacune une forme cylindrique, l'ouverture étant réalisée selon l'axe de révolution du cylindre, cet axe étant colinéaire avec l'axe du filament.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'ouverture est réalisée de sorte que l'une au moins des deux électrodes présente une forme autour de l'ouverture identique à la forme d'un tore ; le filament et cette électrode étant ainsi tangents le long d'un cercle.
8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux électrodes sont disposées l'une en face de l'autre selon un axe perpendiculaire à l'axe du filament.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le laser puisé est configuré de sorte que le diamètre du filament est sensiblement égal à la distance inter-électrodes.
10. Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'au moins l'une des électrodes présente un profil arrondi du côté du filament dans un plan comprenant l'axe du filament.
11. Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les deux électrodes présentent une forme allongée le long du filament.
12. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque le filament n'est pas bloqué par l'une des électrodes, un écran de blocage est disposé à travers et à l'extrémité distale du filament.
13. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce de maintien en matériau rigide et isolant électriquement, attachée aux deux électrodes pour maintenir fixe la distance inter électrodes.
14. Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que la pièce de maintien forme une cavité contenant les deux électrodes, cette cavité étant dotée d'un conduit d'introduction d'un gaz d'amorçage ou de rinçage inter électrodes.
15. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un positionneur pour positionner les électrodes par rapport au filament.
16. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux électrodes constituent un éclateur pour un circuit électrique extérieur, l'une des électrodes étant reliée à la masse de ce circuit électrique, l'autre électrode étant reliée à une borne positive de ce circuit électrique extérieur.
17. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que le circuit électrique extérieur est un générateur de Marx.
18. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs paires d'électrodes disposées le long du filament.
19. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en en ce que chaque électrode est constituée à partir d'un métal pur ou d'un alliage métallique.
20. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en en ce que chaque électrode est constituée à partir d'un alliage de cuivre et de tungstène.
21. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre du filament varie entre une fraction de millimètre et quelques millimètres.
22. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le laser puisé délivre des impulsions ultracourtes de lumière infrarouge, visible ou ultraviolette à haute puissance.
23. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur du filament laser est comprise entre quelques centimètres et un mètre.
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