Brevet FR2112174A1 — publié le 19720616

, 2112174 La présenté Invention concerne les emezzeurB deTàyorïs lasers et plus particulièrement un procédé et des dispositifs permettant d'assurer l'étanchéité entre la tige de laser et la tête émettrice de manière à empêcher les fuites du liquide réfrigérant circulant 5 dans la tête de laser. Un dos principaux points délicats des semi-conducteurs lasers est l'étanchéité entre la tige ou barreau de laser et son dispositif de montage dans la tête. La zone qui doit être étanche est normalement exposée aux radiations de pompage à haute intensité 10 émise^à l'intérieur de la tête, et les joints toriques classiques en élastoraère ne peuvent être utilisés pour assurer l'étanchéité, car ils se détériorent rapidement sous l'influence des radiations à haute intensité émise à l'intérieur de la tête, et les joints toriques classiques en élastomèr^fre peuvent être utilisés pour as-15 surer l'étanchéité, car Ils se détériorent rapidement sous l'influence des radiations à haute intensité particulièrement dans la plage de l'ultra-violet. Cependant, unçêtanchéité absolue est nécessaire pour empêcher les fuites de liquide réfrigérant, par exemple de l'eau,qui circule dans la tête et refroidit le barreau. 20 Divers types de joints "tout métal"sont courajnment utilisés. Ces joints sont constitués soit par une bague rétractable, par des douilles coniques complémentaires serrées axialement par des bagues métalliques en étain ou en indium etc. Ces joints "tout métal" présentent un défaut commun, c'est-à-dire qu'ils commencent à 25 fuir après une période d'utilisation très courte. Les problèmes posés par ces types de joints sont principalement associés au fait ■qu'il est Impossible de maintenir une compression constante des éléments non élastiques du joint. Toute modification dimensionnel-le de la zone d'étanchéité, provoquée par exemple par l'arrivée 30 d'un liquide froid, ne peut être compensée, et de ce fait ces joints ont tendance à fuir. On a tenté de résoudre ce problème en éloignant les zones d'étanchéité et en les disposant à l'extérieur de la têt° ou de la chambre de pompage. Dans ce cas, les joints ne sont pas soumis aux radiations de pompage et des joints toriques 35 en élastomère peuvent être utilisés. Malheureusement, cette solution présente de sérieux inconvénients, par exemple, la tige de laser doit être plus longue,donc plus coûteuse , et le fait que certaines de ses sections ne participent pas au pompage entraîne une déperdition importante d'énergie du système, particulièrement 40 dans le cas de barreaux en rubis. 71 26117 2 2112174 L'invention concerne donc un procédé et un dispositif d'é-tnnchéité qui permettent de loger un joint torique classique à l'intérieur de l'enceinte de pompage, sans risque de détérioration du joint. Les inconvénients mentionnés ci-dessus sont de ce 5 fait éliminés. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les sections de la tige, au voisinage de ses extrémités, sont entourées par des bandes circulaires en matière opaque aux radiations de la tête de laser et qui constituent des écrans circulaires. 10 Les joints toriques élastiques sont appliqués sur la surface extérieure de ces bandes.De ce fait, ces joints assurent l'étanchéité de la tête et sont^rotégés des radiations par ces bandes opaques. L'efficacité de ce procédé est lié à la possibilité d'appliquer une bande de métal sur la surface extérieure d'une tige de 15 verre ou de cristal. Conformément à l'invention, la formation de ces bandes s'effectue en déposant une couche de matière à base . de métal sur la surface de la tige et en chauffant le métal à la température de libération du métal, de manière à former une pellicule métallique mince autour des extrémités de la tige. Ensuite, 20 une seconde couche de métal, d'une épaisseur suffisante pour que la bande devienne opaque aux radiations, est déposée autour de cette pellicule, par exemple par un procédé électrolytique. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, chaque bande opaque coopère avec un organe de retenue de la tige. 25 Cet organe est constitué par un manchon cylindrique, dont une extrémité comporte une collerette intérieure qui constitue une des portées latérales du joint torique, et une douille Intérieure,dont une face constitue la portée latérale opposée du joint. L'organe de retenue est lui-même fixé de manière étanche dans la tête de 30 laser. Grâce à cette disposition, les joints toriques sont protégés contre toutes les radiations émises dans la chambre de pompage ou par in tige do lnser olle-mcmo. D'aufcrorj caractéristiques et avantages apparaîtront à l'examen de la description non limitative qui va suivre,faite en re-35 gard du dessin annexé et illustrant à titre d'exemple un mode de réalisation de l'Invention. Sur ce dessin : la figure 1 est une vue éclatée et en perspective d'un type de tête de laser pouvant être équipé du dispositif d'étanchéité 40 de l'invention, 71 26117 " 2112174 La figure 2 est coupe longitudinale à grande échelle selon la flèche 2 de la figure 1, montrant l'assemblage des éléments représentés sur la figure 1, et la figure 3 est une coupe longitudinale à grande échelle 5 d'une extrémité de la tige de laser. La figure 1 est une vue éclatée montrant le corps 10 et le couvercle 11 d'une tête de laser. Lorsque ces deux éléments sont assemblés, ils délimitent ensemble une chambre ou enceinte 12 de section droite elliptique. La tige de laser 17 est engagée dans 10 des portées 13 et 14 de manière que son axe passe par le foyer de l'ellipse, et une lampe de pompage, non représentée, est engagée dans deux autres portées 15 et 16 de manière que son axe passe par l'autre foyer d^l'ellipse. Les radiations de la lampe de pompage sont dirigées vers la tige de laser par la surface à haut 15 pouvoir réfléchissant qui délimite l'enceinte elliptique. Sur la figure 1, la tige de laser 17 est représentée au-dessus du corps 10 de la tête. Conformément à l'invention, chaque extrémité de la tige 17 comporte deux bandes métalliques 18 et 19 qui coopèrent avec deux organes de maintien 20 et 21 pour fixer 20 la tige dans les portées 13 et 14 de la tête. Un tube de refroidissement 22 entoure la tige 17. Dans l'exemple représenté, un liquide réfrigérant, par oxomple dçi'cau est introduit par un canal de passage 23 du corps 10, il circule dans le tube de refroidissement 22 et sort de la tcte par un second canal de passage 24, 25 en s'écoulant dans le sens indiqué par les flèches. D'autres types de tête de laser ne comportent pas de tube de refroidissement et la tige est entièrement immergée dans le liquide réfrigérant circulant dans l'enceinte 12. Le mode de montage de la tige de laser dans les deux extré-30 mités de la tête, de chaque côté de l'enceinte, 12, est identique, et de ce fait seul un des dispositifs de montage sera décrit ci-après. Comme on le voit sur la figure 2, le tube de refroidissement 22 est engagé dans un suralésage de la portée 13 (figure 1) et il communique avec le canal de passage 23. Le réfrigérant circule dans 35 le sens dos flèches. L'organe de maintien 20 est constitué par un manchon cylindrique emboîté do manière étanche dans la portée correspondante ot dont l'extrémité Intérieure 20' est délimitée par une collerette annulaire inférieure entourant la tige de laser 17. Un joint torique classique 25, par exemple en caoutchouc, en sili-40 cone, en néoprène, etc, est disposé autour de la bande ou écran' , 71 26117 » 2112174 18 et un de ses côtés porte contre l'épaulement annulaire formé par la collerette intérieure 20' du manchon. Une douille 26 est introduite dans le manchon 20 et sa face intérieure voisine de la collerette 20' porte contre l'autre côté du joint et le serre 5 contre l'épaulement. Le montage est complété par un écrou de blocage 27 vissé dans un taraudage 28 de l'extrémité extérieure du manchon 20. On voit que la bande métallique 18 e^l'organe de maintien 20 protègent-le joint torique élastique 25 des radiations émises 10 dans la chambre ou par la tige de laser elle-même. Il faut noter que le tube de refroidissement 22 peut être également muni d'une bande métallique identique de manière à protéger un second joint torique qui assure son étanchéité par rapport à la tête. Dans le cas où la tête ne comporte pas de tube de refroidissement et que 15 lo liquida circulo dans touto l'cncointe, seule la tige de laser oomporto loo bnndoo métalliques opaques. Pour que le dispositif do l'invention puisse être réalisé , il est essentiel que la bande métallique soit correctement appliquée sur la tige de verre ou de cristal. Selon le procédé de l'in-20 vention, une couche de platine dispersée dans un agent organique est appliquée sur la surface cylindrique de l'extrémité de la tige. Cotte matière est alors séchoe à l'air puis chauffée dans un four à environ 800°C. La pellicule métallique ainsi libérée adhère parfaitement au substrat et résiste aux hautes températures. Ce-25 pendant, cette pellicule est si mince qu'elle ne constitue pas un écran suffisamment opaque à la lumière. En conséquence, un second revêtement constitué par une couche de nickel est appliqué sur la surface extérieure d^la pellicule de platine. L'épaisseur de la oouche de nickel est de l'ordre do 0,025 mm. 30 La figure 3 est une coupe longitudinale à grande échelle de l'extrémité de la tige 17, montrant la structure de la bande métallique 18. Cette bande 18 est composée de la pellicule intermédiaire 29 de platine et de la couche extérieure 30 de nickel. La couche intermédiaire de support peut être appliquée sur la ti-35 ge de cristal sous forme de poudre, de pâte, de liquide ou par transfert du métal d'un ruban métallisé. De même , de nombreux métaux différents peuvent être utilisés. Par exemple, tous les produits de ce type fabriqués par la société ENGELHARD INDUSTRIES et VITTA CORPORATION présentent un point commun,c'est-à-dire lors-40 que les revêtements sont chauffés à la température de séparation 71 26117 5 2112174 du métal, ils forment des dépôts métalliques très minces. Après le dépôt de la couche intermédiaire de métal, un procédé classique de placage, par exemple par dépôt électrolytique peut être utilisé pour augmenter l'épaisseur de la bande métallique. 5 Bien que différentes techniques puissent être mises en oeuvre, les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la couche de base est en platine et la couche extérieure est en nickel. La pellicule extrêmement mince de platine n'est pas affectée par les solvants et les acides utilisés dans le procédé d'électroplacage. 10 Le revêtement de nickel forme une couche superficielle très dure qui empêche la bande métallique de se rayer ou d'être endommagée. Lornquo .la tête est montée, les éléments représentés sur la finuro 1 sont assemblés dans les positions respectives représentées sur la figure 2. Le joint torique 25 est serré entre l'é-15 paulement annulaire délimité par la collerette 20' de diamètre réduit du manchon 20 et l'extrémité de la douille 26. Le réfrigérant pénètre par le canal de passage 23 et circule dans le tube de refroidissement 22, et la tige de laser peut être pompée sans que les radiations détruisent le joint torique 25. Ce joint, grâce 20 à ces qualités élastiques assure une étanchéité parfaite, et la tête de laser peut fonctionner pendant de longues périodes sans qu'il se produise de fuites de réfrigérant. Chacun des dispositifs de montage est conçu de manière à délimiter une lumière de passage du rayon laser émis par l'extrémité de la tige. 25 De ce qui précède, on peut constater qu^L'invention cons titue un nouveau procédé et fournit de nouveaux dispositifs d'étanchéité des tiges de laser qui éliminent les défauts des dispositifs d'étanchéité classiques. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à 30 titre illustratif, et non limitatif, et qu'on peut y apporter diverses modifications sans sortir de son cadre. 71 26117 6 2112174 REVENDICATIONS 1 - Procédé de réalisation' de l'étanchéité du barreau ou tige d'une tête de laser, de manière à empêcher les fuites de liquide réfrigérant, caractérisé en ce qu'il consiste à entou-5 rer la surface cylindrique des extrémités du barreau d'une couche de matière pratiquement opaque aux radiations émises dans la tête et délimitant des bandes circulaires opaques, et à assurer l'étanchéité des extrémités du barreau par rapport à la tête au moyen de joints toriques élastiques disposés autour des bandes , de ma-1Œ nière que ces joints soient protégés contre les radiations par les écrans opaques constitués par ces bandes entourant les extrémités de la tige. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qie les bandes sont formées par dépôt d'un produit à base métalli- 15 que chauffé ensuite à la température de libération du métal de manière à former une pellicule mince autour des extrémités du barreau et à déposer ensuite par électroplacage un revêtement métallique autour de la pellicule, ce dépôt étant d'une épaisseur suffisante pour que les bandes soient opaques aux radiations. 20 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pellicule de base est en platine, et en ce que le revêtement extérieur est un dépôt de nickel d'une épaisseur d'environ 0,025 mni. 4 - Dispositif de réalisation de l'étanchéité d'un bar-25 reau ou tige de laser, caractérisé en ce qu'une bande continue de matière opaque est déposée autour de chaque extrémité du barreau et en ce que des joints toriques élastiques sont placés autour des bandes et assurent l'étanchéité entre les extrémités du barreau et la tête, les bandes protégeant les joints toriques 30 des radiations émises à l'intérieur de la tête. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que des organes de retenue entourent les joints toriques, chaque organe de retenue étant constitué par un manchon cylindrique dont l'extrémité orientée vers l'intérieur de la tête comporte 35 une collerette annulaire dirigée vers l'intérieur et délimitant un épaulement constituant la portée latérale d'un des côtés du joint torique, et une douille disposée à l'Intérieur du manchon et dont la face dirigée vers l'intérieur de la tête ioonstitue la portée latérale du côté opposé du joint torique, chaque organe 40 de retenue étant fixé de manière étanche dans la tête de laser. 71 26117 7 2112174 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un organe de verrouillage disposé dans l'extrémité extérieure du manchon retient axialement la douille dans ce dernier. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque bande comprend une couche de base constituée par une pellicule de platine qui est recouverte d'une couche extérieure de nickel.