Brevet FR2155792A1 — publié le 19730525

La présente invention concerne les générateurs laser et trouve une application particulièrement avantageuse dans les générateurs laser de grande puissance à flux transverse. On sait qu'un générateur laser à gaz est constitué d'une cavité résonnante optique, formée généralement dtau moins deux miroirs réfléchissants, associée ì des moyens pour produire dans cette cavité résonnante un milieu excité, ce milieu pouvant etre gazeux, solide ou liquide. Un faisceau laser prend naissance dans la cavité résonnante lorsque le milieu est excité. Pour pouvoir utiliser une partie de l'énergie contenue dans le faisceau laser, il est nécessaire d'en faire émerger une partie de la cavité. Les moyens connus pour extraire une partie du faisceau laser se propageant dans la cavité, sont généralement constitués par un miroir de la cavité présentant un coefficient de transparence qui permet, par exemple, de transmettre environ une dizaine de pour cent de l'énergie contenue dans le faisceau laser se propageant à l'intérieur de la cavité. Ainsi pour des générateurs laser au C02, ayant une emission dans le proche infra-rouge à 10,6 t on peut utiliser comme miroir de sortie de la cavité résonnante un miroir comprenant une fenêtre transparente en chlorure de sodium, mais cette fenetre absorbe une partie du faisceau transmis qui se transforme généralement en énergie calorifique qui produit un échauffement dans cette fenetre et en entraîne quelquefois sa destruction. On peut aussi citer pour mémoire la lame semi-transparente disposée obliquement dans la cavité présentant un coefficient de réflexion suffisant pour dévier une partie du faisceau se propageant dans la cavité laser. Cette technique des miroirs de sortie n'est valable que pour des générateurs laser fournissant de faibles énergies. lais les générateurs laser ayant évolué très rapidement ces derniers temps et qu'ils fournissent des énergies de plus en plus considérables, il est très difficile de trouver des matériaux qui présentent un très faible coefficient d'absorption et ainsi la durée de vie d'un laser est fortement réduit du fait que la faible tenue des miroirs de sortie des cavités. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de réaliser un générateur laser délivrant en sortie une grande énergie. Elle a aussi pour but d'améliorer la durée de ces générateurs lasers. La présente invention a pour objet un générateur laser comprenant une cavite résonnante optique formée d'une pluralité de surfaces réfléchissantes, des moyens pour produire un milieu excité à l'intérieur de ladite cavité, caractérisé par le fait que lesdites surfaces réfléchissantes sont constituées par des surfaces à réflexion totale, une desdites surfaces à réflexion totale comportant au moins deux surfaces réfléchissantes de vergence différente, l'une et- tourant au moins partiellement l'autre, la surface réfléchissante centrale étant une surface réfléchissante concave. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé, à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lequel la figure unique représente une vue en coupe schématique d'un générateur laser selon l'invention. Sur la figure unique, on a illustré l'invention par un générateur laser à gaz à flux transverse, mais il est bien évident que 1 invention peut aussi s'appliquer à d'autres types de générateurs lasers, qu'ils soient à milieu gazeux solide ou liquide. Le générateur illustré sur la figure comprend une source de gaz excité constituée par exemple par une chambre de compression 1, comprenant au moins deux amenées 2 et 3 d'un premier et d'un second gaz, comme par exemple de l'azote et de l'oxygène, et éventuellement des amenées de gaz auxiliaire comme par exemple du gaz cabonique ou de l'hélium. (non représenté sur la figure) A cette chambre 1, sont associés des moyens illustrés très schématiquement en 4 sur la figure pour amorcer une réaction entre ces deux gaz et produire ainsi un milieu excité à haute pression. A la sortie de cette chambre de compression, est disposée une tuyère 5 permettant d'effectuer une détente du gaz qui est excité et comprimé dans la chambre de compression 1. Cette détente donne au gaz une vitesse de propagation très élevée dans une chambre d'expansion 6 dans laquelle est disposée une cavité résonnante optique formée d'une pluralité de miroirs à réflexion totale, comme par exemple les miroirs 7, 8, 9, 10, II, 12 et 13 délimitant une cavité optique, cette cavité étant disposée de façon que le gaz excité sortant de la tuyère 5 balaie sensiblement toute la cavité.A titre d'exemple, dans le cas d'un générateur laser de grande puissance à flux transverse fonctionnant par exemple avec C02, de l'azote ou de l'hélium, les miroirs de la cavité peuvent etre constitués par des plaques d'acier inoxydable polies recouvertes d'une couche réfléchissante comme par exemple de l'or, car de tels miroirs présentent une durée de vie importante et surtout beaucoup plus importante que les miroirs à couche multi-diélectrique utilisés dans les générateurs laser délivrant de faibles énergies. Pour permettre d'extraire une partie du faisceau laser 15 prenant naissance dans cette cavité, un des miroirs de la cavité, le miroir 12, est constitué par une plaque 16 recouverte de deux couches à réflexion totale 17 et 18, la couche 17 entourant de préférence toute la couche réfléchissante 18. Cette couche 18 est constituée par une surface réfléchissante concave de façon à focaliser en un point en dehors de la cavité les faisceaux lumineux incidents sur cette couche 18. Avantageusement, avec un générateur laser tel que décrit ci-dessus, le miroir 12 composé de deux surfaces réfléchissantes de vergence différente est disposé le plus près possible de la sortie 19 de la chambre d'expansion 6, de façon que les faisceaux qui sont focalisés par cette surface réfléchissante concave 18 passent par une ouverture 20 réalisée dans la paroi de la chambre d'expansion 6, et le plus près possible de la sortie 19, de façon que le passage dans la cavité d'une partie de l'atmosphère ambiante dans laquelle est disposé le générateur laser n'entraînent aucune perturbation sur le phénomène laser produit dans la cavité délimitée entre les deux miroirs 8 et 13. Il est nécessaire de pouvoir avoir en sortie de la cavité une quantité d'énergie déterminée, et même de pouvoir faire varier cette quantité a la demande suivant les applications possibles pour le générateur laser, qu'il s'agisse par exemple, de soudure, de perçage, de création de plasma, il est bien évident que pour toutes ces applications, les énergies nécessaires ne sont pas forcément les memes. Donc pour pouvoir faire varier la quantité d'énergie à extraire de la cavité, il suffit de faire varier la quantité de lumière tombant sur la surface concave 18. Un moyen simple pour obtenir ce résultat est de choisir comme miroir couplant le miroir, ayant les deux surfaces de vergence différente, avec les autres miroirs formant la cavité, un miroir permettant d'éclairer plus ou moins la surface concave 18. Sur la figure le miroir couplant le miroir 12 avec le reste des miroirs de la cavité est le miroir concave 17 ce qui permet en choisissant, sa distance focale et sa position par rapport au miroir 12, de déterminer la quantité de lumière tombant sur la couche 18. En fait, pour avoir une énergie de sortie plus importante, il sera nécessaire de concentrer sur la surface 18, la plus grande partie des faisceaux se propageant à l'intérieur de la cavité, tandis que pour avoir une énergie de sortie plus faible, il sera nécessaire d'élargir les dimensions du faisceau pour qu'il y ait moins d'énergie qui tombe sur la surface concave 18. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'inventioi, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Générateur laser comprenant une cavité résonnante optique formé d'une pluralité de surfaces réfléchissantes, des moyens pour produire un milieu excité à l'intérieur de ladite cavité, lesdites surfaces réfléchissantes étant constituées par des surfaces à réflexion totale, caractérisé par le fait que l'une desdites surfaces à réflexion totale comporte au moins deux surfaces réfléchissantes de vergence différente, l'une entourant au moins partiellement l'autre, la surface réfléchissante centrale étant une surface réfléchissante concave. 2/ Générateur laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait que au moins une desdites surfaces à réflexion totale autre que celle comprenant les deux surfaces de vergence différente, est constituée par une surface à réflexion totale de vergence non nulle.