Brevet FR2208214A1 — publié le 19740621

La présente invention concerne les dispositifs a laser pour produire ua éclairement intense d'une cible. Un dispositif connu pour produire un éclairement intense d'une cible en vue de réaliser la fusion d'atomes légers comporte un générateur laser d'un faisceau pilote, un séparateur optique disposé sur le trajet de ce faisceau pilote pour créer a sa sortie quatre faisceaux élémentaires d'axes sensiblement coplanaires, des réflecteurs pour diriger ces faisceaux élémentaires vers un même point de la cible et des amplificateurs de puissance laser disposés sur le trajet de ces faisceaux. La présente. invention a pour but de réaliser un dispositif a laser permettant d'obtenir un rendement de fusion nettement plus élevé que celui obtenu a l'aide du dispositif cité ci-dessus. La présente invention a pour objet un dispositif a laser pour produire un éclairement intense d'une cible, dispositif comportant - un générateur laser d'un premier faisceau de rayonnement, - des moyens de division dudit premier faisceau pour créer une pluralité de faisceaux élémentaires issus de ce premier faisceau, ces moyens de division comprenant . un premier séparateur disposé sur le trajet dudit premier faisceau pour le diviser en plusieurs faisceaux d'ordre deux, . des seconds séparateurs disposés respectivement sur lue' trajet de ces faisceaux d'ordre deux pour diviser chacun de ces faisceaux d'ordre deux en deux faisceaux d'ordre trois, . des séparateurs d'ordre k disposés respectivement sur le trajet de faisceaux d'ordre k pour diviser chacun de ces faisceaux d'ordre k en deux faisceaux d'ordre k+l, k étant un notre entier pouvant prendre toutes les valeurs de 2a n-l, lesdits faisceaux élémentaires étant ordre n, n étant un nombre entier supérieur a 2, - des moyens pour diriger lesdits faisceaux élémentaires vers un même premier point auquel la cible peut être placée, - des amplificateurs lasers disposés sur le trajet de ces faisceaux, caractérisé par le fait que les séparateurs d'ordre k sont placés sur un cercle d'ordre k de manière à diviser ce cercle en arcs égaux entre eux, les divers cercles d'ordre k étant coaxiaux sur un même axe passant par ledit premier point et que la bissectrice de l'axe des deux faisceaux d'ordre k+l issus de chaque séparateur d'ordre k coupe ledit même axe. Llinvention sera mieux comprise au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lequel la figure I représente très schématiquement en élévation un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente schématiquement en plan une partie du dispositif représenté sur la figure 1, - la figure 3 représente schématiquement en plan une autre partie du dispositif représenté sur la figure 1, - la figure 4 représente schématiquement un second mode de réalisation du dispositif selon llinvention-, - la figure 5 représente schématiquement un troisième mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - et la figure 6 représente schématiquement une disposition de faisceaux laser illuminant une cible, cette disposition étant obtenue à l'aide d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, est représenté très schématiquement en élévation un dispositif à laser pour produire un éclairement intense dlune cible. Ce dispositif comporte des moyens pour créer trente deux faisceaux laser élémentaires dont les axes sont situés dans un plan 2 représenté de bout sur la figure, ces moyens comportant un générateur laser non visible sur la figure. Les axes de ces faisceaux élémentaires coupent un cercle 3 du plan 2 respectivement en trente deux points tels que les points 4, 5, 6. Le centre 11 du cercle 3 est situé sur la perpendiculaire au plan 2 menée du centre 1 de la cible. En chacun des points tels que 4 est disposé un réflecteur comme le réflecteur 7 permettant de renvoyer le faisceau élémentaire correspondant suivant un faisceau 8 perpendiculaire au plan 2.Le faisceau 8 coupe en un point 9 le plan 10 passant par le centre de la cible et parallèle au plan 2. Les points tels que 9 sont situés sur un cercle 12 du plan 10, centré sur le point 1 et de diamètre égal à celui du cercle 3. En chaque point tel que 9 est disposé un réflecteur 13 permettant de diriger le faisceau 8 vers le point 1. Dans une variante du dispositif représenté sur la figure 1, les réflecteurs disposés sur le trajet des faisceaux 8 sont placés en 13' dans un plan 10' représenté en pointillé, parallèle au plan 2 mais ne passant pas par le point 1, le faisceau 8 étant alors renvoyé vers la cible suivant un faisceau 8' représenté aussi en pointillé. La figure 2 représente schématiquement en plan la partie située dans te plan 2 (figure 1) du dispositif illustré par la figure 1. Cette partie comporte un générateur laser 14 pouvant comprendre, suivant une disposition connue, un oscillateur laser capable d'émettre un faisceau de rayonnement et un amplificateur de la puissance de ce faisceau. Le générateur 14 délivre un faisceau laser pilote 15 de grande puissance. Sur le trajet du faisceau 15 est disposé un séparateur optique 16 représenté schématiquement par un point, ce séparateur divisant le faisceau 15 en plusieurs faisceaux par exemple en deux faisceaux 17 et 18. Sur le trajet des faisceaux 17 et 18 sont disposés respectivement deux autres séparateurs 19 et 20.Ces séparateurs sont placés en deux points diamètralement opposés d'un cercle dont le centre Il est situé sur la bissectrice des axes des faisceaux 17 et 18. Ces séparateurs divisent donc ce cercle en deux arcs égaux entre eux. Chacun des séparateurs 19 et 20 divise le faisceau sur le trajet duquel il est disposé en deux faisceaux, la bissectrice des axes de ces faisceaux passant par le point 11. Ainsi le séparateur 20 divise le faisceau 18 en deux faisceaux 22 et 23. De même chacun des quatre faisceaux provenant des séparateurs 19 et 20 est divisé en deux autre faisceaux face à un séparateur placé sur un cercle 24 centré sur le point 11, ces quatre séparateurs divisant le cercle 24 en quatre arcs égaux entre eux.La bissectrice des axes des deux faisceaux provenant de chaque séparateur disposé sur le cercle 24, par exemple la bissectrice 25 des axes des faisceaux, 26 et 27,. passe par le point 11. Le dispositif représenté sur la figure 2 comporte 8 séparateurs disposés sur un cercle 28 et 16 séparateurs disposés sur un cercle 29, les cercle 28 et 29 étant centrés sur le point 11, Les séparateurs placés sur un de ces cercles divisent ce dernier en arcs égaux entre eux et la bissectrice des axes des deux faisceaux partant de chaque séparateur passe par le point 11. On obtient ainsi 32 faisceaux élémentaires, tel que le faisceau 30, provenant des séparateurs placés sur le cercle 29. Sur le trajet de ces faisceaux élémentaires sont disposés respectivement des réflecteurs placés en des points tels que 4, 5 et 6, sur un cercle 3 centré en 11. Ces réflecteurs, tels que 7 également représenté sur la figure 1, divisent le cercle 3 en arcs égaux entre eux. Les divers séparateurs faisant partie du dispositif représenté sur la figure 1, pewent être constitués d'une manière connue par un systeme optique tel qu'un prisme ou une lame à face parallèle, une des faces de ce système optique comportant des couches multidiélectriques semi réfléchissantes. Des amplificateurs laser tels que 31 peuvent être placé sur le trajet des divers faisceaux disposés entre deux cercles consécutifs centrés en 11. Chacun de ces amplificateurs peut, par exemple augmenter la puissance du faisceau sur lequel il est placé jusqu a une puissance égale à celle du faisceau dont il est directement issu. Dans ce cas, il est possible de réaliser le dispositif à llai- de d'éléments standards (amplificateurs, séparateurs, réflecteurs). La puissance de chaque faisceau élémentaire est alors égale à celle du faisceau 15 issu du générateur 14. Sur la figure 3 est représenté schématiquement en plan la partie du dispositif située dans le plan 10 (figure 1). Cette partie comprend les divers réflecteurs 13 disposés sur le cercle 12, ces réflecteurs étant placés sur le trajet des faisceaux 8 (figure 1) pour les orienter vers la cible suivant des faisceaux tels que 32, la puissance de ces faisceaux pouvant encore être amplifiée par exemple doublée grâce à des amplificateurs tels que 33 disposés sur leur trajet. Des systèmes optiques de concentration non représentés peuvent être placés sur le trajet des faisceaux 32, entre les amplificateurs et la cible, pour augmenter la densité de puissance laser sur la cible. Sur la figure 4 est représenté un dispositif à laser pour produire un eclairement intense d'une cible. Ce dispositif comporte un générateur laser 14. emettant un faisceau pilote 15 sur lue trajet duquel est disposé un séparateur 16 apte à diviser le faisceau 15 en plusieurs par exemple deux faisceaux tels que le faisceau 34, les axes de ces faisceaux étant disposés sur la surface conique d'un cône de révolution 35 dont le sommet est en 16 par exemple et dont l'axe est orienté vers un point de la cible. Sur l'axe de chacun de ces faisceaux sont disposésdes séparateurs tels que 36 pour le diviser en deux faisceaux tels que le faisceau 37. Les séparateurs 36 sont placés sur un cercle 38 constitué par une section droite du cône 35 et divisant le cercle 38 en deux arcs égaux entre eux.Comme il a été vu lors de la description du dispositif illustré par la figure 1, chaque faisceau est divisé en deux faisceaux par un séparateur, mais les cercles sur lesquels sont placés les séparateurs au lieu d'être coplanaires et concentriques sont des sections droites du cône 35, et sont coaxiaux sur l'axe de ce cône, la bissectrice. de l'axe des deux faisceaux issus de chaque séparateur passant par l'axe 39 du cone 35 et plus précisément par le sommet 16 de ce cone. On obtient ainsi une pluralité par exemple trente deux faisceaux élémentaires tels que le faisceau 40. Ces faisceaux 40 sont renvoyés vers la cible par des réflecteurs tels que 41 disposés sur un cercle 42 constitué par la base du cône 35. Sur le trajet des faisceaux 42 convergent sur la cible, peuvent être placés des amplificateurs tels que 43. Sur la figure 5 est représenté un dispositif à laser pour produire un éclairement intense d'un point 1 d'une cible. Ce dispositif comporte des systèmes à laser disposés sur une pluralité de cônes de révolution tels que 44, 45, 46 et 47, ces 'systèmes étant tout à fait analogues à ceux représentés sur la figure 4. Les surfaces coniques de ces cônes sont de préférence tangentes à une sphère centrée sur le point 1. Les sommets des cônes sont disposés sur un cercle 48 centré sur I et placé dans un plan passant par 1. Ce dispositif com porte également des systèmes à laser analogues à ceux représentés sur la figure 4 et disposés sur un cône derévolution ayant pour base le cercle 48 et dont le sommet est situé sur la perpendiculaire menée de 1 au plan du cercle 48.Des systèmes à laser disposés sur ce dernier cône permettent d'obtenir plusieurs faisceaux élémentaires issus d'un générateur laser. Des déviateurs sont disposés sur le trajet de ces faisceaux élémentaires pour les orienter respectivement vers les sommets des cônes 44, 45, 46 et 47, ces faisceaux orientés constituant chacun le faisceau laser pilote relatif à chacun de ces cônes. Sur la figure 6 est représenté une disposition de faisceaux laser 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, et 56 orientés vers un point 1 d'une cible. Ces faisceaux sont régulièrement répartis dans l'espace autour de 1 de la même façon que les directions qui partent des sommets 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63 et 64, d'un polyèdre régulier par exemple d'un cube centré en 1 et qui vont vers le centre de ce cube. il est clair qu'il est possible, avec un dispositif selon l'invention tel que ceux illustrés par les figures 1 à 5, de réaliser une telle disposition de faisceaux.En effet les faisceaux 49, 50, 51 et 52 d'une part et les faisceaux 53, 54, 55 et 56 d'autre part peuvent provenir, après renvois optiques appropriés, respectivement de systèmes laser analogues à celui représenté sur la figure 4 et disposés sur deux cônes derévolution dont les axes sont placés sur la perpendiculaire 65 menée de 1 à la face 57, 58, 59, et 60 du cube. Les faisceaux pilotes relatifs à ces deux cônes peuvent provenir respectivement de deux faisceaux obtenus par division d'un faisceau laser émis par un générateur laser dont l'axe est perpendiculaire au point 1 à la droite 65. il est à noter que dans la description précédente des dispositifs illustrés par les figures 1 à 6, seule la disposition relative des divers éléments constituant ces dispositifs a été indiquée ; ces éléments peuvent être effectivement fixés dans la disposition décrite à l'aide de moyens de fixation ou de support bien connus, ces moyens ne faisant pas partie de la présente invention. Comme il a été vu au cours de la description précédente, la structure des dispositifs à laser selon l'invention est relativement simple. Cette structure permet d'obtenir l'égalité des chemins optiques entre le générateur laser et la cible le long des différents faisceaux élémentaires : cette égalité est indispensable pour obtenir un fonctionnement correct des dispositifs décrits ci-dessus, dans le cas général où les faisceaux lumineux éclairant la cible sont émis sous forme impulsionnelle. Cette structure est susceptible d'une réalisation à partir d'éléments standards (amplificateurs, séparateurs, réflecteurs, etc...), ce qui est un avantage important. Enfin, il est possible avec le dispositif selon l'invention d'illuminer une cible simultanément par un grand nombre de faisceaux laser de grande puissance régulièrement répartis autour de cette cible dans un plan, ou mieux, dans l'espace, ce qui permet de réaliser la fusion d'atomes légers avec un rendement de fusion nettement plus élevé qu'avec des dispositifs connus. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ou représentés qui ntont été donnes qu a titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions et remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Dispositif à laser pour produire un éclairement intense d'une cible, dispositif comportant: - un générateur laser d'un premier faisceau de rayonnement, - des moyens de division dudit premier faisceau pour créer une pluralité de faisceaux élémentaires issus de ce premier faisceau, ces moyens de division comprenuant . un premier séparateur disposé sur le trajet dudit premier faisceau pour le diviser en plusieurs faisceaux d'ordre deux, . des seconds séparateurs disposés respectivement sur le trajet de ces faisceaux d'ordre deux pour diviser chacun de ees faisceaux d'ordre deux en deux faisceaux d'ordre trois, t des séparateurs d'ordre k disposés respectivement sur le trajet de faisceaux d'ordre k pour diviser chacun de ces faisceaux d'ordre k en deux faisceaux d'ordre k+1, k étant un nombre entier pouvant prendre toutes les valeurs de 2 à n-1, lesdits faisceaux élémentaires étant d'ordre n, n étant un nombre entier supérieur à 2, - des moyens pour diriger lesdits faisceaux élémentaires vers un même premier point auquel la cible peut être placée, - des amplificateurs lasers disposés sur le trajet de ces faisceaux, caractérisé par le fait que les séparateurs d'ordre k sont placés sur un cercle d'ordre k de manière à diviser ce cercle en arcs égaux entre eux, les divers cercle d'ordre k étant coaxiaux sur un même axe passant par ledit premier point et que la bissectrice de l'axe des deux faisceaux d'ordre k+1 issus de chaque séparateur d'ordre k coupe ledit même axe. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les divers cercles d'ordre k sont situés dans un même premier plan contenant les axes desdits faisceaux d'ordre k, ledit même axe étant la perpendiculaire en un second point dudit premier plan, le centre des cercles d'ordre k étant confondu en ce second point. 3,l Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les divers cercles d'ordre k sont constitués par des sections droites d'au moins un cône de révolution dont l'axe est confondu avec ledit même axe, les axes desdits faisceaux d'ordre k étant disposés sensiblement sur la surface conique dudit cone. 4! Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une partie des divers cercles d'ordre k sont les sections droites d'une pluralité de cônes de révolution dont les axes concourent audit premier point dans un même second plan et dont les sommets sont disposés sur un cercle centré sur ce premier point, et que l'autre partie des divers cercles d'ordre k sont les sections droites d'un autre cône de révolution dont l'axe est perpendiculaire audit second plan audit premier point, des déviateurs étant disposés sur le trajet des faisceaux élémentaires disposés sur la surface conique dudit autre cône pour les orienter respectivement vers les sommets des divers cônes de ladite pluralité de cônes, ledit générateur étant disposé au sommet dudit autre cône. 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour diriger lesdits faisceaux élémentaires vers un même premier point sont agencés de manière que les directions de ces faisceaux élémentaires soient régulièrement réparties dans l'espace autour dudit premier point, de la même façon que les directions qui partent des sommets d'un polyèdre régulier et qui vont vers le centre de ce polyèdre.