Brevet FR2119825A1 — publié le 19720811

La présente invention a pour objet des perfectionnements aux têtes laser dont le milieu actif peut être solide ou liquide. On entend par tête laser, une enceinte contenant princlpalement des moyens de fixation d'un milieu actif laser, une source de pompage dudit milieu et un réflecteur placé autour dudit milieu actif et de ladite source de pompage. L'invention a plus précisément pour objet une tête laser du type utilisant une source de pompage optique constituée d'un tube à éclair, de forme hélicoldale et entourant le milieu actif qui peut être solide ou liquide. Afin de concentrer dans le milieu actif la plus grande partie possible de l'énergie de pompage, il est connu d'entourer le milieu actif et le tube à éclair d'un réflecteur, généralement cylindrique ou ellipsoidal , qui renvoie vers le milieu actif la lumière normalement émise vers l'extérieur. Le milieu actif, le tube à éclair et le réflecteur sont contenus dans une même enceinte et centrés les uns par rapport aux autres. Mécaniquement, il est très difficile d'obtenir un centrage précIs, et, de ce -fait, certaines partiesdu milieu actif risquent d'être plus pompées que d'autres.Du fait de la non-uniformlté du pompage, la distribution d'énergie du faisceau laser n'est pas homogène et n'a pas de centre de symétrie, ce qui est un handicap certain lorsque l'on désire amplifier ce faisceau laser. Les têtes laser sont généralement encombrantes et fragiles: leur utilisation demande de prendre des précautions afin d'éviter notamment un décentrage des différentes pièces la constituant. La présente invention propose une tete laser correspondant mieux que celles de l'art antérieur aux exigences de la pratique notamment en ce qu'elle est d'un emploi commode, de faibles dimensions et en ce que le rendement de pompage du milieu actif laser est excellent A cette fin, la présente invention propose une tête laser constituéer d'une enceinte munie de deux orifices situés chacun à l'une des deux extrémités de ladite enceinte et sur un même axe, un tube à éclair hélicoïdal centré sur ledit axe, un milieu actif laser pouvant être placé à l'intérieur dudit tube à éclair suivant ledit axe, des moyens de fixation dudit milieu actif et un réflecteur entourant ledit tube à éclair, ladite tête étant caractérisée en ce que la surface réfléchissante dudit réflecteur a la forme d'un filetage de même pas que ledit tube à éclair hélicoïdal, ladite surface enveloppant ledit tube à éclair. Ladite enceinte peut être avantageusement réalisée en un alliage d'acier et de nickel connu sous le nom d'invar. La tête laser peut également comporter des moyens de fixation, de centrage et d'orientation de deux miroirs dont l'un au moins est semi-réfléchissant. Ces moyens sont solidaires de ladite enceinte et placés à ses deux dites extrémités sur ledit axe et permettent de centrer et d'orienter les deux dits miroirs de façon à ce qu'ils forment une cavité résonnante de Perot-Fabry contenant ledit milieu actif. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple explicatif mais non" limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels les figures la et lb représentent un mode de réalisation avantageux respectivement en coupe longitudinale et en coupe suivant la flèche A de la figure la. Le mode de réalisation représenté sur la figure la comporte une enceinte 2 dont la forme extérieure est approximativement un parallélépipède rectangle à section droite carrée. Cette forme pourrait être également cylindrique par exemple. Deux flasques 4 et 6 percés respectivement de deux trous cylindriques 8 et 10 centrés sur l'axe longitudinal de l'enceinte 2, ferment partiellement les deux extrémités de cette dernière. Le milieu actif laser 12, représenté sur la figure la par un barreau laser de forme cylindrique,est maintenu à l'intérieur et sur l'axe de l'enceinte 2 à l'aide de deux joints toriques 14 et 16 entourant chacun l'une des deux extrémités du milieu actif laser.Ces joints sont comprimés contre les flasques 4 et 6 et. contre le barreau laser à l'aide de deux bagues prese-joint 18 et 20, les deux orifices 8 et 10 étant alors obstrués d'une façon étanche par le milieu actif laser. Ce dernier peut être également un liquide contenu dans une enceinte transparente aux rayons lumineux de pompage. Les moyens de pompage du milieu actif laser 12 sont constitués par un tube à éclair 22 de forme hélicoldale entourant le barreau laser 12. Deux pièces 24, électriquement isolantes e . évidées en leur centre, traversent l'enceinte 2 chacune à l'une de ses deux extrémités. Elles sont utilisées, d'une part, comme support du tube à éclair 22, l'extrémité évidée de forme conique de chaque pièce 24 et située à l'intérieur de l'enceinte 2 formant un logement pour chacune des deux extrémités du tube à éclair 22, et, d'autre part, pour l'alimentation électrique du tube à éclair, les parties externes au tube à éclair des deux électrodes 26 traversant chacune la partie évidée de l'une des deux pièces 24.La partie extérieure à l'enceinte 2 de chaque pièce 24 comprend deux trous taraudés. Dans le premier,passe le câble coaxial 28 d'alimentation en courant électrique du tube à éclair 22, ltextrémite de l'âme de ce câble étant soudée à l'extrémité 32 de l'électrode 26. Une bague presse-joint 34 maintient rigidement le câble coaxial 28 à la pièce isolante électrique 24. Le second trou taraudé permet d'effectuer ladite soudure et il est obstrué par la vis 36 lorsque cette opération est réa~sée. A l'intérieur de l'enceinte 2 et sur chacun des deux flasques 4 et 6 sont fixées symétriquement par rapport à l'axe de l'enceinte 2 trois tiges 38 supportant le tube à éclair 22 et permettant le centrage de ce dernier autour du barreau laser 12. La surface réfléchissante 40 du réflecteur a la forme d'un filetage de même pas que le tube à éclair 22. Elle enveloppe ce dernier et est formée en taraudant la paroi interne de l'enceinte 2. Ses propriétés réfléchissantes sont obtenues, soit en polissant cette paroi interne, soit en effectuant un dépôt réfléchissant, par électrolyse par exemple. On remarque que le tube à éclair 22 et la surface réfléchissante 40 du réflecteur coopérent alors comme une vis et un écrou, l'introduction à l'intérieur de l'enceinte 2 du tube à éclair 22 s'effectuant en le vissant à l'intérieur de l'enceinte. Le réflecteur pourrait ne pas être la paroi interne de l'enceinte 2 et être formé par un réflecteur indépendant que l'on aurait fixé à la paroi interne non taraudée de l'enceinte 2. Le milieu actif laser 12 peut être non cylindrique mais avoir par exemple une forme tronconique.Dans ce cas, le tube à éclair a avantageusement une forme hélicoldale tronconique, la surface réfléchissante du réflecteur étant telle qu'elle épouse la forme du tube à éclair. Le mode de réalisation de la tête laser représenté sur la figure la comporte également des moyens de fixation, d'orientation et de centrage de deux miroirs 42 et 44 placés chacun à l'une des deux extrémités de l'enceinte 2 suivent un même axe qui est l'axe de l'enceinte 2. Le miroir 42 est semi-réfléchissant et le miroir 44 est avantageusement un prisme à réflexion totale. Ces deux miroirs 42 et 44 encadrent le milieu actif laser 12 et forment une cavité résonnante de Perot-Fabry, le faisceau lumineux làser traversant le miroir semi-réfléchissant 42. Les moyens de fixation, d'orientation et de centrage de chaque miroir 42 ou 44 sont identiques et comprennent chacun une pièce 46 de réglage du parallélisme des miroirs, fixée à la pièce 20, une vis 48 de serrage de ladite pièce 48 et une bague 50 de centrage du miroir par rapport à l'axe de l'enceinte 2. Chaque miroir est maintenu dans la pièce 46 par un épaulement 54 et par une bague de serrage 56 vissée dans la pièce 46. Ces moyens de fixation, d'orientation et de centrage de l'un des deux miroirs sont représentés sur la figure lb qui montre une coupe suivant la flèche A du dispositif de la figure la. Les moyens d'orientation et de centrage sont identiques à un montage à la Cardan. La tête laser comporte également des moyens de refroidissement du milieu actif laser 12 et du tube à éclair 32 constitués par deux canalisations 58, l'une d'entrée et l'autre de sortie d'un fluide réfrigérant, pénétrant d'une façon étanche à l'intérieur de l'enceinte 2. Le fluide réfrigérant circulant dans ces canalisations peut remplir complètement l'enceinte 2. il est avantageux que l'indice optique de ce fluide soit voisin de celui du milieu actif laser 12. La tête laser comporte également un support creux 60 de l'enceinte 2. Ce support est percé de deux trous 62 et 64 permettant le passage des deux câbles coaxiaux 28 d'alimentation en courant électrique du tube à éclair 22. L'enceinte 2 est réalisée en un alliage à base d'acier et de nickel, désigné sous le nom d'invar. L'utilisation de cet alliage permet d'éviter la déformation de la tête laser sous l'effet de contraintes thermiques et mécaniques et procure une grande stabilité à la cavité de Perot-Fabry constituée par les deux miroirs 42 et 44. Cette tête laser peut bien entendu fonctionner, soit en mode relaxé, soit en mode impulsionnel. L'axe de l'enceinte 2 peut ne pas être horizontal et, d'une façon générale, la tête laser peut fonctionner dans ntimporte quelle direction. Le rendement de pompage optique du matériau laser est élevé par rapport à celui des dispositifs de l'art antérieur. A titre d'exemple, une tête laser conforme à l'invention et équipée d'un barreau laser cylindrique en verre dopé au néodyme, de longueur 25 cm et de diamètre 1,6 cm a permis d'obtenir une énergie du faisceau laser de 4 Joules en mode impulsionnel et de 20 Joules en mode relaxé en alimentant le tube à éclair sous une tension de 15 ka et en lui fournissant une énergie de 4000 Joules. Du fait de son'fonctionnement dans n'importe quelle position, une tête laser conforme à l'invention est particu lièrement bien adaptée au micro-usinage par laser. Le diamètre minimal des trous usinés peut être de l'ordre de quelques microns. I1 va sans dire que la présente invention ne se limite pas au seul mode de réalisation qui a été représenté et décrit à titre d'exemple. REVENDICATIONS 10/ Tête laser constituée d'une enceinte munie de deux orifices situés chacun à l'une des deux extrémités de ladite enceinte et sur un même axe, un tube à éclair hélicoïdal centré sur ledit axe, un milieu actif laser pouvant être placé à l'intérieur dudit tube à éclair suivant ledit axe, des moyens de fixation dudit milieu actif et un réflecteur entourant ledit tube à éclair, ladite tête étant caractérisée en ce que la surface réfléchissante dudit réflecteur a la forme d'un filetage de même pas que ledit tube à éclair hélicoidal, ladite surface enveloppant ledit tube à éclair. 20/ Tête laser selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite enceinte est réalisée en un alliage d'acier et de nickel connu sous le nom d'invar. 30/ Tête laser selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de fixation, de centrage et d'orientation de deux miroirs dont l'un au moins est semi-réfléchissant, lesdits moyens étant solidaires de ladite enceinte et placés aux deux dites extrémités de cette enceinte sur ledit axe et permettant de régler le centrage et l'orientation des deux dits miroirs de façon à ce qu'ils forment une cavité résonnante de Perot-Fabry contenant ledit milieu actif. 40/ Tête laser selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite forme de ladite surface réfléchissante dudit réflecteur est obtenue par filetage de la paroi interne de ladite enceinte. 50/ Tête laser selon la revendication 4, caractérisée en ce que, après l'opération de filetage, on polit ladite paroi interne filetée. 60/ Tête laser selon la revendication 4, caractérisée en ce que, après l'opération de filetage, on dépose sur ladite paroi interne filetée un dépôt réfléchissant. 70/ Tête laser selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit milieu actif, ledit tube à éclair et ledit réflecteur sont de formes tronconiques, de même conicité. 80/ Tête laser selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de refroidissement permettant audit milieu actif laser et audit tube à éclair d'être baignéscomplètement dans un fluide réfrigérant d'indice optique voisin de celui dudit milieu actif laser. 90/ Tête laser selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit milieu actif est un barreau laser. 100/ Tête laser suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit milieu actif est un liquide laser contenu dans une enceinte transparente aux rayons lumineux de pompage.