Brevet FR2202385A1 — publié le 19740503

La présente invention concerne une fenêtre pour cavité laser, notamment pour laser de grande puissance et grande énergie. On connut divers types de cavités laser, comportant (figures 1, 2, 3) une cavité C à ltouverture de laquelle se trouve fixée de manière étanche, une fenêtre F1, F2, F3. On sait que, dans les cavités dites stables, la fenêtre semiréfléchissante plane F1 ou sphérique F2 est associée à un miroir M ou instables (figure 3), la fenêtre F3 n'est pas réfléchissante, et sert uniquement à assurer 11 étanchéité de la cavité C. Dans ce cas, un deuxième miroir interne M4 est associé au premier miroir M3. 3 Les fenêtres F1, P2 F3 sont par exemple en arséniure de gallium. On obtient en général les meilleurs résultats, dans le cas de laser de grande énergie, avec des cavités dont la fenêtre est constituée d'un bloc monocristallin. On comprend donc que les dimensions de la fenêtre sont limitées par celles des blocs monocristallins qu'on sait réaliser pratiquement. Le but de l'invention est de remédier à ces limitations, en permettant de réaliser une fenêtre pour cavité laser ayant des dimensions supérieures à celles des blocs mono cristallins connus. Selon l'invention, la fenêtre pour cavité laser est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux éléments transparents au rayonnement, ces éléments étant disposés dans un même plan et fixés de manière étanche par une monture sur l'ouverture de la cavité. La multiplication des éléments transparents permet de réaliser une fenêtre de grandes dimensions, tout en limitant les dimensions de chaque élément, ce qui est particulièrement intéressant pour des blocs monocristallins. Comme la substance transparente des fenêtres absorbe une certaine fraction de l'énergie du rayonnement qui la traverse, l'échauffement qui en résulte pourrait suffire à détruire la fenêtre, en particulier sur les dispositifs à puissance élevée. selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la monture comporte des moyens de refroidissement constitués par des passages contigus aux bords des éléments transparents de la fenêtre, pour la circulation d'un fluide. La monture comporte un cadre périphérique adapté à l'ouverture de la cavité, et une partie centrale reliée au cadre par des barreaux, ceux-ci avec le cadre et la partie centrale déterminant des logements pour les éléments transparents de la fenêtre. La monture est pourvue d'un couvercle amovible et comportant, comme la monture, un cadre périphérique et une partie centrale reliée au cadre, les éléments transparents de la fenêtre se trouvant tenus de manière étanche entre la monture et le couvercle. Ces dispositions particulières ont pour effet d'améliorer la commodité de réalisation de la fenêtre, et son efficacité, comme on va le voir. D'autres particularités et-avantages de l'invention ressortiront encore de la description d'un mode de réalisation préféré de l'invention, présenté ci-après à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - Les figures 1 à 3 représentent schématiquement des dispositifs connus générateurs de rayonnement laser. - La figure 4 est une vue de face d'une fenêtre de sortie conforme à l'invention. - La figure 5 est une coupe schématique de la figure 4 suivant la ligne V-V. - La figure 6 est un schéma du circuit de refroidissement de la fenêtre de la figure 4. - La figure 7 est une vue de face de la section interne de la monture de la fenêtre de la figure 4. - La figure 8 représente un élément transparent de la fenêtre de la figure 4. - La figure 9 est une coupe d'un barreau de la fenêtre de la figure 4, suivant la ligne IX-IX. - La figure 10 est une coupe partielle, suivant la ligne X-X de la fenêtre de la figure 4. - La figure Il est une coupe partielle de la figure 4, suivant la ligne V-V, plus détaillée que la figure 5. - Les figures 12 et 13 représentent schématiquement des variantes de la fenêtre conforme à l'invention, pour des cavités à ouverture carrée. La réalisation préférée qu'on va décrire correspond à une cavité du type instable comportant un miroir interne -X5, fixé à la fenêtre (fifre 5) et associé à un autre miroir (non représenté) disposé au fond de la cavité comme le mircir I de la figure 7. iTS il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux cavités instables. En se reportant aux figures 4 et 5, on voit une fenêtre pour cavité laser conforme à l'invention et comportant plusieurs éléments 1 transparents au rayonnement X, qui, dans l'exemple décrit, sont monocristallins. Ces éléments sont disposés dans un même plan et fixés de manière étanche sur l'ouverture de la cavité (non représentée) par une monture 2 comportant (figure 5) un cadre périphérique 3 et une partie centrale 4 reliée au cadre par des barreaux 5. Ceux-ci déterminent, avec le cadre 3 et la partie centrale 4 des logements pour les éléments transparents 1 de la fenêtre, constitués par des lames à faces parallèles usinées dans des blocs monocristallins d'un matériau transparent au rayonnement laser, tel que l'arséniure de gallium.Des jeux J (figures 9, 11) sont prévus au montage pour la dilatation thermique de ces éléments transparents. La fenêtre est pourvue d'un couvercle amovible comportant, comme la monture, un cadre périphérique 13 et une partie centrale 14 reliée au cadre 13 par des barreaux 15, les éléments transparents 1 de la fenêtre se trouvant tenus de manière étanche entre la monture 2 et le couvercle. La monture 2 est fixée à l'ouverture de la cavité (non représentée) au moyen de vis passant dans des trous 7. Le couvercle est fixé à la monture par des vis 8. L'étanchéité de la fixation des éléments transparents de la fenêtre tenus entre la monture 2 et le eouvercle 13-14-15 (figure 11) est assurée par des joints toriques 17 montés dans des gorges de la monture et du couvercle. Ces joints sont complétés par une substance expansible (non représentée) assurant notamment le remplissage des interstices correspondant aux jeux J de dilatation (figure 9). Pour compenser l'échauffement des éléments transparents de la fenêtre, sous l'effet du rayonnement laser L qui les traverse, la fenêtre comporte des moyens de refroidissement constitués par des gorges 18, 18a pratiquées dans le cadre périphérique 3 et dans la partie centrale 4 de la monture (figures 7, 10, 11) pour le passage d'un fluide de refroidissement. Les gorges 18, i8a sont contiguës aux bords des éléments transparents 1 de la fenêtre, du côté du cadre périphérique 5 et du caté de la partie centrale 4. Le fluide de refroidissement y circule donc au contact direct des bords des éléments transparents 1. Le fluide de refroidissement est amené et évacué par des canalisations 19, 1 9a, reliées à un circuit externe (non représenté) et comportant en particulier un réservoir, un radiateur et une pompe. Ce fluide peut être un liquide ou un gaz. Le schéma général de circulation du fluide de refroidissement est représenté sur la figure 6.-On voit en outre, sur les figures 10 et Il les canalisations 19, t9a, raccordées aux gorges 18, t8a de la monture par des trous 20, 20a, situés à l'aplomb des barreaux 5, 15. Les trous 20 traversent le cadre 3 de la monture 2, pour desservir la gorge périphérique 18. Les trous 20a traversent la partie centrale 14 du couvercle, pour desservir la gorge centrale 1 8a de la partie centrale 4 de la monture. Les canalisations 19 qui correspondent à la gorge 18 du cadre périphérique 3 (figures 5, 10, 11) sont percées dans l'embouchure E de la cavité laser. Cette embouchure E constitue le socle de la monture 2, dont le cadre périphérique 3 est fixé à l'embouchure B par des vis (non représentées) passant dans les trous 7. Les canalisations 19a qui correspondent à la gorge 18a de la partie centrale 4 sont fixées sur les barreaux 15 du couvercle (figures 9, 10, 11). Pour éviter d'amplifier les réflexions parasites à l'intérieur de la cavité, la surface 25 de la partie interne des barreaux 5 de la monture, directement soumise au rayonnement laser L, est oblique par rapport aux lames à faces parallèles des éléments transparents 1 de la fenêtre (figure 9). L'obliquité de la surface 25 des barreaux 5 contribue par ailleurs à en réduire l'échauffement. Celui-ci est encore atténué du fait que la surface 25 des barreaux est polie, pour augmenter le réfléchissement. L'efficacité et la bonne focalisation du rayonnement en champ lointain ne sont pas affectées d'une manière sensible par la présence des barreaux superposés 5, 15 dont la surface est faible par rapport à celle des éléments transparents (figure 9). Par rapport aux dispositifs connus, l'invention apporte plusieurs avantages notables. Si la fenêtre est endommagée localement, il est possible de changer seulement l'élément atteint, et non la fenêtre complète, sensiblement plus onéreuse. Dans les fenêtres connues pour cavités instables, le refroidissement par circulation de fluide ne peut s'effectuer qu'en périphérie. Or l'invention permet également d'opérer ce refroidissement sur la partie centrale, en réduisant les contraintes thermiques. D'autre part, grâce à la disposition prévue pour l'invention, les contraintes mécaniques subies par la fenêtre sont également réduites, au profit des performances du laser et de l'endurance de la fenêtre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qu'on vient de décrire à titre d'exemple concret, et on peut y apporter de nombreuses variantes sans sortir du domaine de l'invention. Par exemple, l'invention prévoit aussi la réalisation de fenêtresadaptées à des cavités comportant une ouverture rectangulaire, et correspondant à certains types particuliers de cavités laser. Ces fenêtres rectangulaires, représentées schématiquement sur les figures 12 et 13, comportent des éléments transparents périphériques 31, disposés autour d'une partie centrale 34 analogue à la partie centrale 4 des figures 4 et 5, et liée à un cadre périphérique 33 par des barreaux 35. Un miroir (non représenté), analogue au miroir Ms des figures 5 et 11, est porté par la partie centrale 34 dont le contour rectangulaire est épousé par celui du miroir. REVENDICATIONS 1. Fenêtre pour cavité laser, caractérisée en ce quelle comporte au moins deux éléments transparents au rayonnement, ces éléments étant disposés dans un même plan et fixés de manière étanche par une monture sur l'ouverture de la cavité. 2. Fenêtre conforme: B la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément transparent est une lame à faces parallèles. 3. Entre conforme à l'une des revendications i ou 2, caractérisée en ce que la monture comporte des moyens de refroidissement. 4. Fenêtre conforme à l'une des revendications 1 à 3, carac térisée en ce que la monture comporte un cadre périphérique adapté à l'ouverture de la cavité et une partie centrale reliée au cadre par des barreaux, ceux-ci avec le cadre et la partie centrale déterminant des logements pour les éléments transparents de la fenêtre. 5. Fenêtre conforme à la revendication 4, caractérisée-en ce que la monture est pourvue d'un couvercle amovible et comportant comme la monture un cadre périphérique et une partie centrale reliée au cadre par des barreaux, les éléments transparents de la fenêtre se trouvant tenus de manière étanche entre la monture et le couvercle. 6. Fenêtre conforme à l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la monture comporte des passages contigus aux bords des éléments transparents de la fenêtre pour la circulation du fluide de refroidissement. 7. Fenêtre conforme à l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la partie centrale de la monture sert de support à un miroir interne à la cavité. 8. Fenêtre conforme à l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la surface des barreaux soumise au rayonnement laser est oblique par rapport aux facesldes éléments transparents. 9. Fenêtre conforme à l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la surface des barreaux soumise au rayonnement laser est polie. 10. Fenêtre conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les éléments transparents sont monocristallins.