Brevet FR2465336A1 — publié le 19810320

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 581 227 décrit un laser à anneau triangulaire comportant des miroirs disposés à chaque angle du triangle. L'un des angles comporte un miroir dont la position d'avance ou de recul par rapport au circuit formé par le laser est réglée sous l'action d'un signal électrique. Le réglage de la position peut générale- ment être destiné à accorder le laser ou à minimiser le blocage entre deux fréquences du laser. La structure décrite comprend un bloc réalisé dans la même matière, stable du point de vue dimensionnel, que celle utilisée pour le corps du laser. La face intérieure du bloc présente une gorge circulaire qui' délimite un voile annulaire mince et évidé, imperméable aux gaz, réalisé d'une seule pièce avec ce bloc et entourant une surface réfléchis- sant la lumière. Cette surface est située à l'intérieur du voile, sur une colonne centrale cylindrique et circulaire qui s'élève d'une membrane avec laquelle elle est réalisée d'une seule pièce à cet effet. Un élément annulaire rigide, réalisé d'une seule pièce avec la membrane mais s'étendant axialement vers l'extérieur jusqu'à la zone délimitée par la membrane, part radialement vers l'extérieur de la gorge. Cet élément annulaire rigide présente une ouverture dans laquelle est placée, extérieurement à la membrane, un empilage de lames en céramique piézoélectrique qui portent contre la face extérieure de la membrane et de la colonne intérieure. L'ouverture contenant l'empilage de lames en céramique est fermée par un élément rigide en forme de disque qui est relié rigidement à l'élément annulaire afin de supporterl'empilage de lames de céramique. Lorsqu'un signal électrique est appliqué à cet empilage, ce dernier produit une force apparaissant entre l'élément rigide en forme de disque et l'extrémité extérieure de la colonne intérieure et du miroir. La force provenant de l'empilage en céramique est principalement axiale, mais elle peut également posséder une composante de torsion qui incline - la colonne intérieure et le miroir. Cette inclinaison réduit l'utilité du miroir. L'appareil selon l'invention est également conçu pour être utilisé dans un laser en anneau afin d'assumer les mêmes fonctions que celles décrites ci-dessus et réalisées par l'appareil du brevet N1 3 581 227 précité. Cependant, l'appareil selon l'invention évite l'inclinaison du miroir par l'utilisation d'une structure perfectionnée à membranes espacées, commandée par deux lames de cristal céramique se comportant comme un élément bimorphe. L'appareil selon l'invention utilise un bloc réalisé dans la même matière, stable du point de vue dimen- sionnel, que celle utilisée pour le corps du laser. Ce bloc présente généralement, mais non nécessairement, la forme d'un cylindre circulaire. Le bloc représenté est un cylindre circulaire qui présente une surface intérieure sensiblement plane. Le centre de cette surface comporte un revêtement de miroir pouvant être plan, ou de préférence légèrement incurvé. La face extérieure du bloc présente un évidement annulaire qui s'étend sur presque toute la longueur du bloc afin de former une mince membrane annulaire partant radiale- ment du miroir jusqu'à un rebord extérieur rigide, et afin également de former une colonne centrale qui fait saillie vers l'extérieur de la zone du miroir le long de l'axe du bloc. La membrane, le-rebord extérieur et la colonne centrale sont de préférence réalisés d'une seule pièce. Un mince disque est fixé aux extrémités extérieures du rebord et de la - colonne centrale pour former une seconde membrane s'étendant radialement de la colonne centrale jusqu'au rebord. Les deux membranes espacées maintiennent la colonne centrale et le miroir qui lui est fixé afin qu'ils ne puissent se déplacer qu'axialement. Pour déplacer axialement au rebord la colonne centrale et le miroir qui lui est fixé, un dispositif est monté sur le rebord. Dans une forme préférée de réalisation, ce dispositif est insensible à la température et cette insensibilité peut être obtenue par une réalisation du dispositif en métal insensible à la température, par exemple en alliage du type "Invar". = __ __: - -.-à-- ---- __: ___. - ---- __ - -___ __ - - ___ __ __ - ___ __ - ___ ----__ __ -__ - Un dispositif classique de commande est f ixé à la surface périphérique extérieure du rebord circulaire du bloc. Ce dispositif peut être bridé ou collé sur le bloc, par exemple. Il part axialement vers l'extérieur du bloc sous la forme d'un% rebord rigide qui supporte une membrane métallique annulaire et flexible portant un moyeu axial rigide. Une vis réglable d'appui, qui part vers l'intérieur du moyeu, porte contre la partie centrale du disque extérieur fixé au bloc. Une plaque d'appui peut être fixée au disque extérieur afin de recevoir la poussée de la vis d'appui. Deux lames céramiques annulaires piézo- électriques et minces sont fixées aux deux surfaces de la membrane métallique. Les lames de céramique sont de préfé- rence revêtues, sur leurs surfaces extérieures, d'une mince pellicule métallique afin de pouvoir être soumises à un potentiel électrique. Les deux pellicules métalliques sont du même potentiel électrique et la tension de commande est appliquée entre les pellicules et la membrane métallique de manière que les deux lames de céramique se comportent comme un élément bimorphe. L'application d'une telle tension de commande, avec des gradients de potentiel directement opposés, aux deux lames de céramique a pour effet de déformer ces lames radialement dans des sens opposés, afin de faire fléchir la membrane métallique pour que des forces axiales soient transmises au moyeu de la membrane et donc, par l'intermédiaire de la vis d'appui et de la colonne centrale, au miroir de façon que ce dernier soit soumis à un mouvement purement axial, sans s'incliner. L'invention a donc pour objet la commande du déplacement d'un miroir, et plus particulièrement la commande des micromouvements d'un miroir dans un laser en anneau, dans une direction orientée uniquement vers l'intérieur et vers l'extérieur par rapport au circuit du laser. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une vue en plan, avec arrachement partiel, d'un laser en anneau typique, montrant le position- nement du dispositif selon l'invention; et la figure 2 est une coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la figure 1. Le dispositif selon l'invention, représenté globalement en 10 sur la figure 1, est conçu pour être utilisé dans un laser 12 en anneau. En général, un laser 12 en anneau est iéalisé dans une matière stable du point de vue dimensionnel, par exemple en quartz, en verre ou en céramique. Des régions situées à l'intérieur du corps 12 du laser contiennent un gaz qui est en général un mélange de néon et d'hélium. Les régions remplies de gaz doivent être placées de manière qu'un circuit fermé, indiqué par des flèches 16, puisse être excité dans la zone du gaz. Le circuit fermé représenté par les flèches 16 se présente sous la forme d'un carré, bien qu'il puisse être constitué par tout autre circuit fermé. Il n'est pas nécessairement plan. Le laser est excité, par exemple, par une canalisation d'ions et-la mise en circulation d'un flux d'électrons (par des moyens non représentés) dans le gaz du laser. Les angles du circuit fermé comportent des miroirs 18, 20, 22 et 24 qui réfléchissent la lumière du laser à l'intérieur du circuit fermé. Les miroirs 18 à 24 sont en général des miroirs optiquement plans, mais ils peuvent être légèrement incurvés suivant un grand rayon afin de tolérer de légers défauts d'alignement.-L'un des miroirs, à savoir le miroir 18, peut n'être que partiellement réflé- chissant afin de permettre à la lumière provenant des deux directions dans lesquelles la lumière du laser circule d'être transmise à des éléments sensibles à la lumière (non représentés) qui convertissent la lumière en signaux électriques pouvant être transmis à une source régulée 26 de tension. La source régulée de tension peut appliquer une certaine tension au'dispositif selon l'invention afin de régler la position du miroir 24. Par exemple, le miroir 24 peut être déplacé vers l'intérieur et vers l'extérieur du circuit du laser afin de modifier la lumière dirigée vers le miroir 18. Ainsi, un asservissement à circuit fermé est formé entre les capteurs (non représentés) associés au miroir 18 et la position du miroir 24. En variante, d'autres dispositifs électroniques (non représentés) peuvent être utilisés pour placer le miroir dans une position préférée. Le miroir 24 est posé sur la surface intérieure 28 d'un bloc 30 qui est de préférence réalisé dans la même matière, stable du point de vue dimensionnel, que celle constituant le corps 12 du laser. Le bloc 30 est scellé sur le corps 12 d'une manière étanche aux gaz. Ce scellement peut être réalisé au moyen d'un adhésif, ou de préférence par liaison par diffusion. Dans une forme préférée de réalisation, le bloc se présente sous la forme d'un cylindre circulaire comportant un rebord extérieur 32, une colonne centrale 34 située sur l'axe du cylindre et une membrane 36 réalisée d'une seule pièce avec le rebord 32 et la colonne centrale 3-4 auxquels elle est reliée. Une ouverture annulaire 38 est formée sur la face du bloc 30 tournée axialement vers l'exté- rieur, et l'ouverture 38 s'étend sur presque toute la longueur du bloc 30 afin de former la mince membrane 36. Les parois intérieure et extérieure de l'ouverture 38 sont délimitées par la colonne 34 et le rebord 32. Un disque 40, disposé en travers de l'extrémité du bloc 30 tournée axialement vers l'extérieur, est fixé au rebord 32 et à la colonne centrale 34 pour former une membrane 42 recouvrant l'extrémité ouverte de l'ouverture annulaire 38. La fixation du disque 40 peut être réalisée, par exemple, au moyen d'adhésifs (non représentés) ou de préférence par liaison par diffusion. Les deux membranes flexibles et sensiblement parallèles 36 et 42, espacées axialement et fixées entre les éléments rigides 32 et 34, maintiennent la colonne centrale 34 de manière à ne permettre que des mouvements axiaux de translation de la colonne 34 et du miroir 24 par rapport au rebord 32 et à empêcher toute inclinaison du miroir 24. Les mouvements de la colonne centrale 34 et du miroir 24 vers l'intérieur et vers l'extérieur par rapport au rebord 32 sont commandés par un dispositif 50 qui est fixé sur le rebord 32. Dans la forme préférée de réalisation représentée, le dispositif 50 est réalisé en alliage "Invar" et il est stable du point de vue dimensionnel. Le dispositif 50 comporte un rebord 52 qui est de préférence encoché axialement de manière à comporter des organes flexibles 55 de fixation, orientés axialement et montés sur la surface périphérique extérieure du bloc 30 et du disque 40 sans exercer de contraintes sur ce bloc 30 ou sur ce disque 40. Le dispositif 50 comporte un moyeu 54 situé sur son axe et une membrane annulaire métallique 56 qui s'étend radialement entre le rebord 52 et le moyeu 54. La membrane 56 est éloignée axialement du disque 40 de manière qu'une vis 58 d'appui puisse être vissée dans le moyeu 54 et portée contre -une plaque 60 d'appui qui est fixée au centre du disque 40. La vis est réglable de manière à pouvoir être bloquée fermement contre la plaque 60 d'appui pour le positionnement initial du miroir. Deux lames céramiques piézo-électriques et annulaires 62 et 64 sont positionnées et fixées sur les faces opposées de la membrane 56. Des pellicules conductrices (non représentées) peuvent être déposées sur les surfaces des lames céramiques 62 et 64. La tension de commande est trans- mise d'une borne 66 à la-membrane métallique 56 et l'autre borne 68 de tension est reliée à la surface de la lame 64 tournée axialement vers l'extérieur et à la surface de la lame 62 tournée axialement vers l'intérieur. - Lors de l'utilisation, une tension de commande est appliquée entre les bornes 66 et 68, ce qui a pour effet d'allonger l'une des lames 62 et 64 et de raccourcir l'autre lame suivant leurs dimensions radiales. Le raccourcissement d'une lame et l'allongement de l'autre lame provoquent un bombement de la membrane 64 et le déplacement à force du moyeu 54 vers le bloc 30 ou en sens opposé. La force exercée sur le moyeu 54 est transmise par la vis 58 d'appui et la plaque 60 d'appui au centre du disque 40, puis axialement par la colonne 34 au miroir 24 qui est donc déplacé vers l'intérieur du laser ou vers l'extérieur de ce laser. Pour éviter l'application d'une force due à la différence de dilatation des lames 62 et 64, ces dernières sont de préférence appariées afin d'avoir des coefficients de dilatation thermique sensiblement identiques. Les trous 70 d'évent permettent l'échappement des gaz pendant l'assemblage et le chauffage de la chambre 38. Bien que les membranes aient été décrites comme étant de forme annulaire, il convient de noter qu'elles peuvent avoir d'autres formes tout en assurant la protection souhaitée contre l'inclinaison du miroir. Dans la forme de réalisation décrite, la colonne centrale présente un profil extérieur circulaire et le rebord présente une surface intérieure qui est également indiquée comme étant coaxiale à la colonne et circulaire. La zone comprise entre la surface extérieure de la colonne centrale et la surface intérieure du rebord est donc annulaire. Il convient de noter que, bien que la forme de réalisation décrite soit préférée, les membranes seraient encore annulaires si la colonne centrale et le rebord ne présentaient la forme souhaitée que dans la zone des membranes et avaient toute autre forme souhaitée entre les membranes. Il est également important de noter que les bords des membranes peuvent avoir une forme autre que la forme circulaire. Le critère demandé est que les bords doivent avoir une symétrie circulaire autour de l'axe commun de translation et que les axes de symétrie circulaire des bords des deux membranes doivent coïncider. Il convient de noter que les bords intérieur et extérieur des membranes peuvent en fait avoir des formes différentes. Par exemple, les bords peuvent être carrés ou circulaires, et un bord peut être carré alors que l'autre est circulaire. Il est également important que les membranes soient sensiblement parallèles, bien qu'elles puissent présenter un léger défaut d'alignement. Par exemple, un défaut d'alignement d'une minute d'arc peut être toléré. Le dispositif selon l'invention déplace donc et positionne de manière déterminée le miroir d'un angle d'un laser en anneau uniquement par des mouvements de translation vers l'intérieur et vers l'extérieur. Le dispositif selon l'invention ne provoque aucune inclinaison du miroir du laser, mais ce miroir est maintenu convenablement orienté par les membranes 36 et 42 qui sont sensiblement parallèles et espacées. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif, caractérisé en ce qu'il comporte deux membranes flexibles (36, 42), sensiblement parallèles et espacées et dont les bords radiaux présentent une symétrie circulaire autour d'un axe commun, un premier élément rigide (32) formant rebord et reliant les bords extérieurs des membranes, et un élément rigide (34) formant une colonne centrale et monté de manière à pouvoir exécuter un mouvement de translation suivant ledit axe, cet élément (34) reliant les bords intérieurs des membranes. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bords intérieurs et extérieurs suivent des cercles concentriques. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bords intérieurs ont sensiblement le même rayon et en ce que les bords extérieurs ont sensiblement le même rayon. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un élément (50) destiné à appliquer une force de- déplacement à une première extrémité de l'élément central (34) sous l'action de signaux électriques et un miroir (24)-monté sur la seconde extrémité de l'élément central. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément destiné à appliquer une force de déplacement comprend un moyeu rigide (54) disposé axialement à proximité de la première extrémité de l'élément central (34) et coaxial6ment à ce dernier, un organe (58) d'appui étant fixé au moyeu (54) et portant contre ladite première extrémité de l'élément central, une membrane métallique (56) étant fixée par son bord intérieur au moyeu et partant radialement de ce dernier lorsqu'elle n'est pas déviée, un second élément (52) formant rebord comprenant, à son bord, des organes flexibles (55) orientés axialement et reliés au premier élément rigide (32), ce second élément (52) comportant une partie rigide qui est fixée au bord extérieur de la membrane métallique, deux lames piézo-électriques (62, 64) étant positionnées et fixées sur les surfaces opposées de la membrane métallique, et des organes (66, 68) étant destinés à appliquer une tension de commande entre la membrane métallique et les autres surfaces des lames piézo- électriques. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bords intérieurs et extérieurs suivent des cercles concentriques, les bords intérieurs ayant le même rayon et les bords extérieurs ayant le même rayon. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément destiné à appliquer une force de déplacement comprend un moyeu rigide (54) qui est disposé axialement à proximité de la première extrémité de l'élément central (34) et qui est coaxial à ce dernier, un organe (58) d'appui étant fixé à ce moyeu (54) et portant sur ladite première extrémité de l'élément central, une membrane métallique (56) étant reliée par son bord intérieur au moyeu et partant radialement de ce dernier lorsqu'elle n'est pas déviée, un second élément rigide (52), formant rebord, étant fixé au bord extérieur de la membrane métallique et comportant des organes flexibles (55) orientés axialement et reliés au premier élément (32) formant rebord, deux lames piézo-électriques (62, 64) étant positionnées et fixées sur les surfaces opposées de la membrane métallique, et des organes (66, 68) étant destinés à appliquer une tension de commande entre la membrane métallique et les surfaces extérieures des lames piézo-électriques. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 7, caractérisé en ce que le moyeu rigide, la membrane métallique et le second élément rigide formant rebord sont réalisés dans un métal stable à la température, les lames piézo-électriques ayant sensiblement les mêmes coefficients de dilatation thermique. 9. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 8, caractérisé en ce que le miroir est un miroir incurvé (24). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (12) de laser en anneau renfermant un conduit de gaz destiné à maintenir un 1 1 circuit (16) de laser annulaire dans lequel le miroir (24) forme au moins l'un de plusieurs miroirs d'angle, plusieurs autres miroirs d'angle (18, 20, 22) étant disposés dans les autres angles du circuit du laser, le premier élément rigide (32) étant scellé sur le corps du laser.