Brevet FR2077759A1 — publié le 19711105

La présente invention concerne un dispositif à laser pour la désagrégation d'une matière et notamment pour le découpage des matières minérales. On connatt aujourd'hui un grand nombre de dispositifs laser permettant de découper sans difficultés des matières miné- rales telles que les métaux durs. Mais l'excitation des éléments actifs des lasers connus exige des énergies considérables. Malgré de nombreux perfectionnements apportés aux éléments réflectours des lasers à excitation électromagnétique ou à pompage optique, l'excitation des éléments actifs des lasers exige des tensions de plusieurs KV et des densités de courant de fonctionnement de plusieurs A,a.2o L'utilisation de lasers à gaz et en particulier de lasers à ions a permis de réduire sensiblement les énergies d'entrée nécessaires. L'invention a pour objet de concevoir un dispositif laser à excitation électromagnétique permettant une réduction considérable des exigences d'énergie d'entrée ou d'excitation et qui fournit un faisceau de sortie suffisamment puissant pour découper à faible distance des matières minérales0 Le dispositif selon l'invention comporte un générateur d'ondes radio-électriques, un diviseur déphaseur cathodique auquel est envoyé le signal de sortie dudit générateur et qui fournit deux signaux séparés déphasés de 180- 1' un par rapport à l'autre, deux détecteurs éliminant, dans chacun desdits signaux en opposition de phase, l'une des deux demi-alternances du signal, de manière à obtenir un signal constitué de demi-alternances positives et un signal constitué de demi-alternances négatives, deux modules laser d'un type connu à excitation électromagnétique excités par les deux dits signaux, et un convecteur de lumière dans lequel sont envoyés et mélangés les faisceaux de sortie des deux modules laser avant dextre envoyés sous forme d'un faisceau unique sur la matière à découper. On obtient ainsi deux faisceaux laser, l'un produit par une décharge lumineuse négative et 1'autre par une décharge lumineuse positive. On a observé que le mélange de ces deux faisceaux ou la collision des particules des deux faisceaux dans le convecteur de lumière fournissent un apport d'énergie inattendu. Ceci laisse supposer que les faisceaux produits par décharge positive ou négative sont constitués par des particules ou quanta de différentes natures dont la réunion entrarne une libération d'énergie. De plus, on a observé qu'on peut exciter un élément actif avec des énergies faibles lorsque la fréquence des ondes produites par ledit générateur correspond à la fréquence de résonance de l'élément actif des deux modules laser. Mais cette excitation à ces faibles énergies n'a eu lieu qu'à certaines valeurs de tension et d'intensité propres à chaque élément actif. On a pu obtenir des résultats satisfaisants avec des courants d'une tension de seulement quelques centaines de Volts et une intensité totale de quelques Ampères. On considère que l'excitation est, dans ce cas, produite par un phénomène de résonance de fréquence et de niveaux énergétiques. De préférence, lesdits modules laser sont des lasers dont la matière active est constituée par la matière à découper ou par un composant de celle-ci. On a ainsi obtenu des résultats de découpage particulièrement avantageuxe Pour découper une matière comprenant au moins deux composants pouvant former des ions de charges opposées, le module laser alimenté avec le signal positif comprend, comme élément actif, le composant à ions positifs de la matière à découper et le module excité par le signal négatif comprend, comme élément actif, le composant à ions négatifs de la matière à découper. Suivant un autre mode de réalisation préféré, ledit convecteur de lumière est constitué par une chambre sensiblement co- nique en un métal réfléchissant, tel que l'acier inoxydable, et qui présente, sur sa base, deux ouvertures d'entrée pour les faisceaux de laser, et, à son sommet, une ouverture de sortie, à l'intérieur de la chambre étant logé un élément en une matière w reuse facilitant l'union des deux faisceaux par une réflexion diffuse, la chambre comportant des moyens de refroidissement convenables. D'autres réalisations et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre et en se référant aux dessins annexés montrant, à titre d'exemple, un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur ces dessins : Fig. 1 montre un schéma-bloc du dispositif selon l'invention, et Fig. 2 est une vue en coupe schématique suivant la ligne II-II de la figure lo Le dispositif selon l'invention comprend un générateur diënergie radio-électrique A servant à alimenter, par l'intermé diaire d'un étage de déphasage et de détection B, un ensemble de modules laser C comprenant deux générateurs ou modules séparés LI et L2. Le générateur A comprend, d'une manière connue, un os cillateur pilote 1, par exemple un oscillateur T.H.F., produisant un signal radio-électrique d'une fréquence convenable pour le dé clenchement des modules Li et L2, ladite fréquence correspondant à la fréquence dé rayonnement ou de résonance de la matière ac tive des modules laser utilisés, Ce signal est amplifié dans deux étages d'amplification 2 et 3 dont l'amplificateur 3 comprend des moyens connus pour ajuster convenablement la tension et l1inten- sité du signal en fonction des modules laser utilisés.En effet, pour des lasers solides ou gazeux, ces valeurs peuvent varier en tre l P et 12 A et entre 40 V et 380 VO Le signal convenablement åust est envoyé à l'étage B comportant un diviseur et déphaseur cathodique 6 fournissant, pour chaque générateur Li et L2, un si gnal séparé. Les deux signaux sont déphasés de i8000 De plus, stage B comprend, à chaque sortie du déphaseur 6, un détecteur 7, 8 dont l'un ne laisse passer que les demi-alternances positi ves et l'autre les demi-alternances négatives des signaux obtenus aux sorties du déphaseur 6.Le module L1 est ainsi déclenché par les semi-3alternances positives et le modle L2 par les semi-alter nuances négatives. Les modules sont d'une construction connue et -produisent chacun un rayonnement laser 9, 10 envoyé selon l'inven tion dans un convecteur de lumière li dans lequel les deux rayon nements sont mélangés et ensuite projetés à partir du convecteur sur la matière à découper. Suivant un mode de réalisation préféré, le convecteur 11 est constitué par une chambre conique en métal 12, par exemple en acier inoxydable. Cette chambre présente, dans sa paroi de base, - deux ouVertures pour l'arrivée des rayonnements laser produits par les modules LI et L2 et, à son sommet, une ouverture 20 pour la projection du rayonnement laser obtenu dans la chambre. Pour faciliter le mélange ou l'union des rayonnements, la chambre com prend une couche d'une matière poreuse 13, par exemple en pierre ponce, et une chambre de refroidissement 14 remplie avec un fluide de refroidissement convenable.Ce refroidissement peut titre réali sé d'une autre manière convenable, mais le mode de rèaiisation re présenté à la figure 2 présente l'avantage que la matière poreu-s se 13 reste toujours trempée-dans le liquide de refroidissement. Le rendement du disposi-tif est nettement supérieur à celui des lasers connus, en particulier lorsqu'on utilise des lasers gazeux comprenant une matière active identique à la matrière à découper ou un composant -de celle-ci. Pour découper par-exemple une matiere à base de chlorure de -sodium (des cristaux de NaCl), on utilise un laser à gaz NaCl et le signal de déclenchement est de 140 V, 6 A On obtient, dans ce cas, un faisceau de sortie d'une faible portée mais d'une puissance suffisante pour découper ladite matière à base de NaClO On voit que l'invention permet d'obtenir un faisceau de laser utilisable avec des énergies d'entrée extrtmement faibles. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, on pourra y apporter de nombreuses modifications de détails, sans sir, pour cela, du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S l' - Dispositif i laser pour le découpage d'une matière notaient pour le découpage des matières minérales, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur d'ondes radio-électriques, un diviseur déphaseur cathodique auquel est envoyé le signal de sortie dudit générateur et qui fournit deux signaux séparés déphasés de 180' l'un par rapport à l'autre, deux détecteurs éliminant, dans chacun desdits signaux en opposition de phase, l'une des deux demi-alternances du signal, de manière à obtenir un signal constitué de demi-alternances positives et un signal constitué de demi-alternances négatives, deux modules laser d'un type connu i excitation électromagnétique excités par les deux dits signaux, et un convecteur de lumière dans lequel sont envoyés et mélanges les faisceaux de sortie des deux modules laser avant d'être envoyés sous forme d'un faisceau unique sur la matière à découper. 2' - Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que ledit générateur d'ondes radio-électriques comporte un oscillateur pilote et au moins deux étages d'amplification dont le gain en courant et en intensité est réglable, la fréquence des ondes produites par ledit générateur correspondant à la fréquence de résonance de 1' élément actif des deux modules laser. 3' - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits modules laser sont des lasers dont la matière active est constituée par la matière à découper ou par un composant de celle-ci. 4- - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacun des lasers comprend un élément actif correspondant à deux composants différents de la matière à découper. 50 - Dispositif suivant les revendications 4 et 3 destiné à découper une matière comprenant au moins deux composants pouvant former des ions de charge opposée, caractérisé en ce que le module laser alimenté avec le signal positif comprend, comme élément actif, le composant à ions positifs de la matière à découper et le module excité par le signal négatif comprend, comme élément actif, le composant à ions négatifs de la matière à découper. 6' - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit convecteur de lumière est constitué par une chambre sensiblement conique en un métal réfléchissant tel que l'a cier inoxydable et qui présente, sur sa base, deux ouvertures d'entrée pour les faisceaux de laser et, à son sommet, une ouverture de sortie, à l'intérieur de la chambre étant logé un élément en une matière poreuse facilitant l'union des deux faisceaux par une réflexion diffuse, la chambre comportant des moyens de refroidissement convenables.