Brevet FR2104774A1 — publié le 19720421

La présente Invention concerne d'une manière générale les lasers et plus particulièrement un dispositif de refroidissement perfectionné de la tête d'un laser. Les têtes de laser sont refroidies en général par une 5 circulation d'eau. Normalement, la circulation doit comporter un filtrçdestlné à éliminer les substances contaminées qui sont dissoutes dans l'eau. Même avec de tels filtres, l'eau est encore partiellement conductrice et, en conséquence, il est également nécessaire de protéger les électrodes de pompage de la lumière. 10 On a proposé différents agents réfrigérants afin d'essa yer de supprimer une partie des difficultés indiquées plus haut. Bien que certains réfrigérants liquides soient sensiblement inertes chimiquement, et en conséquence, puissent être mis en oeuvre . dans la tête d'un laser, ils softt altérés rapidement par le rayon-15 nement ultra-violet de courte longueur d'onde qui existe dans la tête du laser pendant le pompage de la lumière. En conséquence, on utilise encore largement une simple circulation d'eau. La présente invention concerne un dispositif de refroidissement de la tête d'un laser, qui évite complètement les In-20 convénients qui sont associés à l'eau. De plus, le dispositif permet la réalisation d'une cavité de la tête du laser de plus faible encombrement que celui des dispositifs de refroidissement mis en oeuvre Jusqu'à présent, il permet un couplage et une transmission optique considéraHement améliorés entre la lampe dr pompa-25 ge de la lumière et la matière du laser, et il permet à ce dernier de fonctionner avec des variations de température extrêmes. Le réfrigérant spécial qui est mis en oeuvre dans la présente Invention est formé d'éther fluoré. Ses caractéristiques de transmission et de couplage optique sont très supérieures à 30 celles de l'eau pour les longueurs d'ondes de fonctionnement du laser. De plus, son point d'ébullition est beaucoup plus élevé que celui de l'eau et son poittt de congélation beaucoup plus bas. Il oot suffisamment inerte chimiquement pour que tout filtrage soit inutile. 35 une enveloppe spéciale est disposée autour de la lampe de pompage de la lumière afin d'éviter l'altération du réfrigérant par le rayonnement ultra-violet de courte longueur d'onde émis par la lampe. Cette enveloppe est en quartz dopé par du titane, qui est sensiblement opaque au rayonnement ultra-violet 40 de faible longueur d'onde. Le réfrigérant ainsi protégé peut être 71 24540 2104774 utilisé d'une manière efficace pendant des périodes de longue durée. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en 5 regard du dessin annexé qui donne à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ce dessin : la figure 1 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'un exemple de tête de laser comprenant ledit disposi-10 tif de refroidissement perfectionné de l'invention; la figure 2 est un graphique de la courbe de transmission du réfrigérant du dispositif de la figure 1, établissant la comparaison avec les caractéristiques de l'eau; et la figure 3 est un graphique des caractéristiques de trans-15 mission de l'enveloppe en quartz de la lampe de pompage de la figure 1, en comparaison des enveloppes en quartz classiques. La figure 1 représente une tête 10 de laser dont l'intérieur 11 est creux. Comme on le voit dans la partie arrachée un barreau de laser 12 est supporté dans l'alignement d'une ouverture 13 20 destinée à la sortie du rayonnement laser. Une lampe de pompage 14 disposée à l'intérieur de la tête comporte les enroulements de déclenchement électrostatiques habituels 15. Dans la forme particulière représentée, la section droite de la partie intérieure creuse de la tête du laser est elliptique, 25 le barreau 12 du laser est disposé à l'un des foyers de l'ellipse et la lampe 14 à éclats à l'autre foyer. Cette disposition permet de réaliser un couplage lumineux naximal entre la lampe et le barreau. Un réfrigérant liquide 16 , représenté à l'intérieur de la 30 tête du laser, circule dans celle-ci entre un canal d'entrée 17 et des canaux de sortie approiriés, 18 et 19. Le réfrigérant qui sort par les canaux de sortie peut être remis en circulation vérs le canal d'entrée 17, à l'aide d'une pompe (non représentée). Conformément à l'invention, le réfrigérant liquide est un 35 éther fluoré qu'on peut se procurer, à titre d'exemple, auprès de DuPont Laboratories, Etats-Unis d'Amérique, sous le nom de E-4. On peut également se procurer des réfrigérants liquides équivalents sous les noms E-3 et E-5. Le réfrigérant liquide 16 offre plusieurs caractéristiques 40 avantageuses : La plus importante de celles-ci est son excellente Copy 71 24540 J 2104774 caractéristique de transmission et de couplage optique» en comparaison de l'eau. La figure 2 représente en pointillé la caractéristique de transmission de l'eau sur des longueurs d'ondes variant de 0,1 à 1,2 micron environ. Il convient de noter que la 5 caractéristiqué de transmission de l'eau diminue d'une façon nette après o,8 micron environ. Pour des lasers qui fonctionnent à une longueur d'onde par exemple de 1,06 micron, il se produit une altération du couplage optique entre la lampe et le barreau du laser du fait de la présence de l'eau de refroidissement. 10 La caractéristique de transmission du réfrigérant liquide spé cial sous forme d'éther fluoré est représentée sur la figure 2 par la courbe en trait plein. On notera que la transmission est sensiblement de 100 % sur la même bande de longueurs d'ondes et qu'aucune altération ne se produit pour des longueurs d'ondes 15 supérieures à 0,8 micron, c'est-à-dire au-delà de la ligne verticale en traits mixtes 20 sur la figure" 2. En plus de la caractéristique avantageuse précédente, le réfrigérant liquide constitué par l'éther fluoré est tout à fait inerte chimiquement et sa rigidité diélectrique est très élevée, 20 c'est-à-dire que du point de vue électrique il est sensiblement non conducteur. De plus, son point d'ébullition est de 194°C environ ot son point de congélation de -go°C. Afj.n d'éviter que le réfrigérant liquide ne soit altéré, l'enveloppe en quartz 14 de la lampe de pompage, est conçue spé-25 cialement de manière à être opaque pour le rayonnement ultraviolet de faible longueur d'onde. Un tel rayonnement émis dans la tête du laser pendant le fonctionnement de ce dernier a un effet très nuisible sur la plupart des réfrigérants existants. La figure 3 représente la caractéristique de transmission de l'enveloppe 30 spéciale 14 en quartz de la tête du las^r de figure 1. Une enveloppe de type classique, sous forme /quartz transparent a une caractéristique de transmission qui est représentée par la ligne en pointillé et on voit que la transmission est relativement élevée pour un ultra-violet de faible longueur d'onde compris entre 35 0,23 micron et 0,25 micron environ. Cette bande spéciale est située à la gauche de la ligne verticale en traits mixtes 21. La caractéristique de transmission de l'enveloppe de conception spéciale 14 est représentée par la ligne en traits pleins. Cette enveloppe est en quartz dopé par du titane et il convient 40 de noter que la transmission est sensiblement nulle pour le rayon- COPY 71 24540 4 2104774 nement ultra-violet de faible longueur d'onde, à la gauche de la ligue 21 « On réalise un dispositif de refroidissement perfectionné du laser par la combinaison du réfrigérant liquide spécial et de l'enveloppe de conception particulière. 5 Pendant le fonctionnement du laser, le réfrigérant liquide circule à l'intérieur de la tête dans laquelle il pénètre par le canal d'entrée 17 et dont il sort par les canaux de sortie 18 et 19, de la manière décrite plus haut. Aucun filtre spécial n'est nécessaire car le réfrigérant 10 est inerte chimiquement. Du fait que le réfrigérant lui-même n'est pas conducteur de l'électricité, la lampe de pompage, y compris ses électrodes, peut être plongée en totalité directement dans le fluide. Il est inutile de protéger ou de blinder les électrodes et la tête du 15 laser peut, en conséquence, être très compacte. Un tel modèle compact offre l'avantage de permettre un plus grand rapprochement entre la lampe et le barreau qui améliore le couplage lumineux. Cette amélioration du couplage lumineux s'ajoute à l'amélioration produite par la caractéristique de transmission et de couplage 20 optique excellente du réfrigérant lui-même. D'après ce qui précède on voit que la présente invention concerne un dispositif de refroidissement perfectionné de la tête d'un laser qui permet de supprimer les inconvénients de l'eau ou d'agents de refroidissement équivalents. 25 II va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes, sans sortir de son cadre. 71 24540 5 2104774 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de refroidissement de la tête d'un laser, ladite tête étant creuse et contenant la matière J'un laser, cette tête comportant des canaux d'entrée et de sortie, caracté- 5 risé en ce qu'il comprend une pompe de lumière comportant une enveloppe Sensiblement opaque au rayonnement ultraviolet de faible longueur d'onde et un réfrigérant sous forme / liquide dont la caractéristique de transmission et de couplage optique est supérieure à celle de l'eau pour les longueurs d'ondes de fonc-10 tionnement du laser, le liquide étant sensiblement Inerte chimiquement et étant stable, du fait qu'il ne subit pas le rayonnement ultraviolet de faible longueur d'onde, pendant le pompage lumineux du laser. 2 - Dispositif de refroidissement de la tête d'un laser sui-15 vant la revendication 1,caractérisé en ce que ladite enveloppe est ën quartz dopé par du titane qui la rend sensiblement opaque au rayonnement ultraviolet de faible longueur d'onde, de sorte qu'aucun rayonnement de ce type n'est émis à l'intérieur de la tête pendant le pompage lumineux du laser,le réfrigérant étant un 20 éther fluoré dont la caractéristique de transmission et de couplage optique est très supérieure à la caractéristique de l'eau pour des longueurs d'ondes de rayonnement supérieures à 0,80 micron, le réfrigérant circulant à l'intérieur de la tête entre le canal d'entrée et les canaux de sortie. 25 3 - Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en oe que la lampe est complètement plongée dans le réfrigérant dont le point d'ébullitlon est de t94°C environ et qui, du point de vue électrique, est sensiblement non conducteur.