Brevet FR2478387A1 — publié le 19810918

t78387 Procédé de fabrication de lasers guides d'ondes. La présente invention concerne un procédé de fabri- cation de lasers guides d'ondes. Les lasers guides d'ondes, selon l'état de la technique, sont de préférence constitués par des éléments séparés ou bien sont fabriqués en un seul corps. Les frais de matière, d'outillage et des temps de fabrication, mais également les problèmes d'ajustage, etc, sont particulièrement considérables. Surtout le travail supplémentaire pour la fa- brication des tubes capillaires axiaux des lasers exige des outillages très coûteux à cause du perçage en long et de faible épaisseur> et de la matière le plus souvent extrêmement dure. Lors de la fabrication des lasers mentionnés au début selon le procédé dit de frittage des poudres également très onéreuxse pose en outre le problème de l'exactitude insuffisante des dimensions. La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients mentionnés et de simplifier particulièrement la fabrication des lasers guides d'ondes. Cet objet est réalisé d'une façon invraisemblablement bonne par le procédé qui est caractérisé par le fait que le corps du laser dans le procédé d'extrusion est fabriqué en une seule pièce à partir d'une matière mère plastique, puis séché et durci par cuisson. D'autres perfectionnements avantageux découlent de différentes caractéristiques données ci-après. Une caractéristique est celle o le corps de laser constitué d'un tube capillaire, de volumes lestés de gaz ou de passages axiaux, maintient dans la section transversale une forme triangulaire ou sensiblement polygonaleet dans les échancrures formées sont placées des baguettes intercalaires de résonateur, qui par l'intermédiaire des parties d'extrémités du résonateur,,sont liées et centrées ensemble avec le corps de laser et les plaques de recouvrement au moyen de soufflets métalliques connus en soi. Une autre caractéristique est attribuée au fait que le capillaire de laser est disposé et conçu centré dans l'axe du corps de laser en formant un tube ayant un diamètre d'en- viron 0,5 à 3 mm. Une autre caractéristique est celle o le corps de laser est fabriqué en céramique à base de A1203. Encore une autre caractéristique est celle o le diamètre définitif du tube capillaire de laser est obtenu en alésant le tube capillaire préfabriqué. Encore une caractéristique est celle o les plaques de recouvrement sont fabriquées en la même matière mère plas- tique que celle du corps de laser, et sont réunies d'une façon étanche au vide au corps du laser par "collage"avant la cuisson. Une autre caractéristique est celle o le corps du laser est muni de nervures auxiliaires extérieures ou intérieures pendant l'extrusion, qui sont enlevées de nouveau du corps de laser après le durcissement par cuisson en les cassant aux endroits destinés à la rupture prévus pour cela. Encore une caractéristique est celle o une ou plusieurs des électrodes nécessaires) pour une décharge électrique dans les gaz le long du tube capillaire de laser sont logée(s) dans un ou plusieurs passages axial (axiaux et est.(sont) reliée(s) au tube capillaire de laser à travers des trous radiaux, de petits tubes ou de petits disquesisolantssupplémentaires étant agencés pour éviter une décharge gazeuse dans le volume lesté. Une autre caractéristique est celle o des broches guides dans les parties d'extrémité du résonateur sont disposées de façon à ce que la dilatation longitudinale du corps de laser ne soit pas gênée, et que la mobilité transversale du corps de laser par rapport aux parties d'extrémités du résonateur soit rendue par contre impossible. Un exemple de réalisation est expliqué dans la.descrip- tion en référence au dessin ci-annexé sur lequel: la figure 1 représente une coupe longitudinale le long de la ligne A-A selon la figure 2 à travers un corps de laser; la figure 2 représente une vue de face d'un corps de laser; la figure 3 représente une coupe transversale le long de la ligne B-B selon la figure 1 à travers le corps de laser ainsi qu'un schéma de la configuration d'une structure exté- rieure des baguettes intercalaires pour résonateur; la figure 4 est une vue de face du corps de laser avec plaques de recouvrement; la figure 5 est une vue de face du corps de laser avec les nervures auxiliaires; la figure 6 représente un groupe de résonateurs ainsi que le corps de laser muni d'une plaque de recouvrement et d'un soufflet métallique. Les figures 1 et 2 montrent le corps de laser 10 d'un laser guide d'onde qui est fabriqué en une seule pièce selon le procédé par extrusion. Dans ce procédé, une masse préliminaire plastique contenant de l'eau et d'autres matières volatiles, est comprimée de façon connue dans une chambre qui est fermée sur un côté par une paroi comportant des ouvertures. Dans certaines ouvertures des broches peuvent pénétrer, qui sont supportées par exemple à partir de la paroi opposée par de longues tiges fines. Il se forme un écheveau plastique à partir duquel les tubes de laser sont découpés suivant les longueurs, à chaque fois souhaitées>du laser à fabriquer. Ces coupes 10 sont séchées à l'air de préférence, étant donné qu'on fait attention à leur résistance à la déformation, en particulier au début, en prenant des précautions appropriées. L'écheveau sortant le plus souvent verticalement peut être introduit par exemple dans un tube entourant exactement l'écheveau, qui ne gêne pas le séchage, et suit le retrait des coupes difficilement évitable du fait par exemple des lavages préalables. Dans ce cas, l'extrusion -peut s'effectuer horizontalement, ce qui fait que la résistance à la déformation peut être encore améliorée par une longue rotation autour d'un axe horizontal. Ces opérations sont maintenant remplaçables en partie ou en totalité par une opération conforme à la présente invention, notamment en pressant simultanément pendant l'extrusion des nervures auxi- liaires extérieures 172ou intérieures 17a'comportant des points 17b destinés à être rompus. Les coupes 10 sont terminées ensuite dans un four à calciner, de sorte qu'il se forme un corps de laser 10 constitué de préférence d'une céramique à base d"'A1203 extrêmement dure et étanche au vide, corps duquel9dans le présent cas les nervures auxiliaires sont ensuite enlevées après les avoir cassées. En ce qui concerne l'exactitude des dimen- sions des lasers guides d'ondes de ce type, on a constaté que les dimensions extérieures et la forme des volumes lestés ne doivent satisfaire à aucune exigence sévère de tolérances. Pour letube capillaire 11 de laser il faut assurément qu'il soit très droit, qu'il ait une surface très lisse et une section transversale circulaire pour pouvoir obtenir un fonc- tionnement optimal du laser. Jusqu'à un diamètre minimum du tube capillaire d'environ 1 mm, ces conditions peuvent toutefois être satisfaites par des mesures de précaution appropriées comme, par exemple, par le choix des grosseurs de grain et des constituants de la matière mère appropriés, du poli de la broche formant le tube capillaire et par les précautions déjà décrites pour maintenir la section transversale obtenue par extrusion pendant le séchage à l'air. Concernant directement la fabrication de ce tube capillaire, la présente invention apporte avec elle une simplification extraordinaire, car le perçage profond de ces trous fins et longs d'environ 10 à 20 cm dans une céramique extrêmement dure avec la rectitude nécessaire était jusqu'ici à peine réalisable. Le plus souvent des trous auxiliaires radiaux 12a sont nécessaires par exemple pour les passages 19 pour les électrodes, les tubulures de remplissage 20 du gaz pour laser et pour améliorer l'échange de gaz entre le tube capillaire 11 de laser et les volumes lestés 12. Ces trous peuvent être réalisés après la cuisson avec des forets en diamant, dans l'état séché à l'air ou dans l'état plastique ils sont réalisables avec des forets ordinaires, selon-la qualité exigée. Le bouchage éventuel- lement nécessaire des trous et l'application des plaques de recouvrement lOa, quiferment les volumes lestés 12, mais par contre laissent dégagé le tube capillaire 11, peuvent s'effec- tuer en soudant les pièces et les points en céramique dure préalablement métallisés. Selon la présente invention, l'ap- plication des pièces de céramique, comme par exemple celle des plaques de recouvrement lOa;ou sinon de pièces auxiliaires, par exemple des supports, peut s'effectuer également par ce qu'on appelle le "collage". Dans ce cas, les deux pièces sont amenées en contact intime l'une avec l'autre à l'état encore plastique, éventuellement en les humidifiant encore, de sorte qu'il se forme une liaison étanche au vide qui présente une grande résistance après la cuisson. La fabrication d'un tube capillaire central 11 de laser ayant un diamètre inférieur ou au plus égal à 1 mm5pose des problèmes. Il s'est révélé notamment qu'un tube capillaire, ou un corps de laser comportant un tube capillaire enfermé, fabriqué à ce diamètre terminé dans le procédé d'extrusion peut présenter des micro-fissures qui entraînent des pertes de puissance lors du fonctionnement du laser. La présente invention remédie à ce défaut par le fait que le diamètre du tube capillaire pendant le procédé d'extrusion n'est maintenu qu'à une valeur d'environ 0, 5 mm et qu'il n'est alésé au diamètre fini qu'après l'extrusion et après la cuisson. Le tube capillaire de laser existe donc déjà dans le procédé de fabrication proposé, naturellement pas à la dimension terminée, mais du fait de sa présence il forme déjà le guide pour l'alésage et assure ainsi une stabilité directionnelle parfaite de celui-ci, c'est-à-dire une parfaite exactitude des dimensions en ce qui concerne la direction axiale de l'alésage. Ainsi la difficulté rencontrée jusqu'ici dans les pro- cédés de perçage profond pour maintenir la rectitude est ainsi surmontée, de sorte que les alésages.de ce genrepeuvent être alors généralement réalisés ou terminés. Grâce à l'alésage du tube capillaire de 0,5 mm jusqu'à par exemple 1 mm, les micro- fissures se formant alors dans l'alésage par le procédé d'ex- trusion sont alors éliminés et le tube capillaire agrandi à la dimension finale est amené à un état optimal. Comme le montrent les figures 2 à 5, ce corps de laser fabriqué de préférence en Al203 a alors une certaine forme triangulaire dans laquelle les passages axiaux 12 forment l'un par rapport à l'autre un angle de 1200, ce qui fait qu'entre deux passages 12 formant les volumes lestés de gaz, des échancrures 16 sont formées. Ainsi une vue de face du corps de laser 10 proposé donne l'impression d'une étoile à trois branches. Dans ces échancrures 16 sont alors disposées à chaque fois une baguette intercalaire 15 de résonateur, qui est constituée de préférence en une matière ayant un faible coef- ficient de dilatation thermique, comme par exemple le quartz, le "Cerodur" ou des matières analogues et qui, selonla figure 6, sont centrées dans les parties d'extrémités 18 de résonateur et sont garnaties d'une façon appropriée contre toute torsion. Ces parties 18 de résonateurs sont généralement connues en ce qui concerne leur fonction; la fixaticn du miroir du résonateur. Ces parties d'extrémités constitutives ont été montées spécialement dans le but ici supplémentaire, à savoir, pour recouvrir d'une façon étanche au vide les deux extrémités du corps de laser 10 fabriqué par le procédé d'extrusion avec des plaques de recouvrement lOa et des soufflets métalliques 14,et en même temps pour recevoir et centrer ce qu'on appelle la "structure extérieure" des baguettes 15 du résonateur. Entre la plaque de recouvrement lOa et la plaque intermédiaire 14b est placé le soufflet métallique 14. La plaque intermédiaire 14b est munie de dispositifs de centrage 14c pour les baguettes intercalaires 15 qui7de ce faits sont centrées et maintenues parfaitement en leur position. Par l'intermédiaire d'une pièce tubulaire mince 14f, une plaque 14d, réglable au moyen des trois vis l4g)servant de support au miroir;est reliée à la plaque intermédiaire 14b, et porte le miroir 16 perpendiculairement au tube capillaire 11. Le trou de communication entre le miroir 16 et le tube capillaire 11 est désigné par le repère 14e. Les soufflets métalliques 14 ont donc la fonction d'une liaison élastique étanche au vide d'une part entre le corps de laser 10 extrudé et les plaques de recouvrement lOaet d'autre part entre la structure constitutive des baguettes intercalaires de résonateur et les parties d'extrémités 18 du résonateur. De ce fait, le résonateur du laser est désaccouplé par la dilatation thermique du corps 10 de laser et permet ainsi un fonctionnement laser stable en fréquence. Du fait de la sus- pension élastique du corps 10 de laser, un déplacement latéral pourrait se produire entre l'axe du résonateur et l'axe du corps de laser, mais par des mesures appropriées, comme par exemple l'application des broches guides 14a, il est empêché. Grâce à cette forme de réalisation proposée, il n'est alors plus du tout nécessaire de placer les baguettes inter- calaires 15 dans un passage mis sous vide, mais elles peuvent être situées tout à fait dans l'espace extérieur, de sorte qu' elles restent à la température extérieure, ce qui fait que la stabilité en fréquence est largement améliorée. La forme et la disposition des électrodes nécessaires pour la décharge gazeuse dans le tube capillaire 11 est en principe connue. Ainsi, par exemple, chacune des électrodes est introduite dans chacun des trous 12a aux extrémités opposées du corps de laser vers l'extérieur d'une façon étanche au vide. Les parties des trous 12asituées à l'extérieurnon utilisées doivent alors être fermées selon l'un des procédés prescrits, tandis que les parties des trous 12a situées à l'intérieur doivent rester continuellement ouvertes pour faciliter l'échange de gaz entre les tubes capillaires 11 et les volumes lestés 12. Egalement, une division de la décharge en deux moitiés peut être avantageuse, étant donné qu'alors les milieux des trous radiaux 12a sont utilisés. En particulier, dans ce cas il peut être avantageux de donner à la cathode la forme d'un cylindre de grande surface. Un exemple de réalisation de la présente invention avec la décharge divisée prévoit d'intercaler la cathode l9c.par économie de placepdans un des volumes lestés 12 et d'utiliser l'arrivée de gaz 20 comme fil d'alîmentation. Grâce aux mesures de précaution appropriées, comme par exemple- de petits tubes l9a isolants ou de petits disques l9b isolants,on peut éviter dans tous les cas que la décharge gazeuse brûle dans le volume lesté 12 au lieu de brûler dans le tube capillaire. Les modes opératoires prescrits conduisent à une série d'avantages importants. A l'exception d'une simplification considérable de la fabrication par le procédé d'extrusion, o est obtenu par conséquent l'élément du corps complètement terminé selon une forme, et de la réduction liée à celaet de la simplification du maintien en position, la fabrication dans le vide n'est même plus nécessaire. Egalement, le problème du refroidissement du tube capil- laire de laser qui forme le tube de décharge peut être particu- lièrement simplifié par le mode opératoire proposé., car l'air froid peut parvenir de l'extérieur sur les trois échan- crures 16 jusqu'au voisinage immédiat du tube capillaire, de sorte qu'on obtient un refroidissement efficace. Comme autre avantage on peut voir que grâce à la cons- truction en trois baguettes proposée,les résonateurs et leur support sont parfaitement déterminés d'une façon statique, et en outre on peut, selon une caractéristique de l'invention, combler l'espace entre les trois baguettes du résonateur par les réservoirs à gaz du laser reliés intégralement au tube capillaire 11 de laser et prolonger ainsi d'une façon décisive la durée de vie du laser. Les trous 12 et 12a sont arrangés en conséquence. En résumé, il ressort du procédé proposé une simplifi- cation particulière de la fabrication de lasers guides d'ondes stables en fréquence et également une utilisation optimale du volume constitutif total. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication de lasers guides d'ondes, caractérisé par le fait que le corps de laser (10) dans le procédé d'extrusion est fabriqué en une seule pièce à partir d'une matière mère plastique, puis séché et durci par cuisson. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps de laser (10) constitué de tube capillaire (11), de volumes lestés de gaz ou de passages axiaux (12), maintient dans la section transversale une forme triangulaire ou sensiblement polygonale et que dans les échancrures formées (16) sont placées des baguettes intercalaires (15) de résonateur, qui par l'intermédiaire des parties d'extrémités (18) du résonateur sont liées et centrées ensemble avec le corps de laser (10) et les plaques de recouvrement (10a) au moyen de soufflets métalliques (14) connus en soi. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le capillaire (11) de laser est placé et conçu centré dans l'axe (13) du corps de laser en formant un tube ayant un diamètre d'environ 0,5 à 3 mm. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le corps de laser (10) est fabriqué en céramique à base de Ai203O 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le diamètre définitif du tube capillaire de laser (11) est obtenu par alésage du tube capillaire préfabriqué. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les plaques de recouvrement (14) sont fabriquées en la même matière mère plastique que celle du corps de laser (10) et sont réunies d'une façon étanche au vide au corps du laser par "collage" avant la cuisson. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le corps de laser (10)2lors de l'extrusion>est muni de nervures extérieures (17) ou intérieures (17a), et qu'après le durcissement par cuisson, ces nervures sont enlevées de nouveau du corps de laser (lO)en les cassant aux endroits (17b) destinés à la rupture prévus pour cela. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'une ou plusieurs des élec- trodes (19,19c) nécessaire(s) pour une décharge électrique dans les gaz le long du tube capillaire (11) de laser sont logées dans un ou plusieurs des passages (12) axial axiaux et qu'elle est ou qu'elles sont reliée(s) au tube capillaire (11) de laser à travers des trous radiaux (12a), de petits tubes isolants (19a) ou de petits disques isolants (19b) sup- plémentaires étant agencés pour empêcher une décharge gazeuse dans le volume lesté (12). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que des broches guides (14a) placées dans les parties d'extrémités (18) du résonateur sont disposées de façon à ce que la dilatation longitudinale du corps de laser (10) ne soit pas gênée et que la mobilité transversale du corps de laser (10) par rapport aux parties d'extrémités (18) du résonateur soit rendue par contre impos- sible.