Brevet FR2532124A1 — publié le 19840224

La présente invention concerne un appareil à laser et elle a trait plus particulièrement à un appareil à laser perfectionné comportant un dispositif de Pompage optique pour fournir de l'énergie de pompage à un milieu laser qui-comprend un réflecteur pourvu d'une surface intérieure fortement réfléchissante qui définit une cavité elliptique formant une ellipse le long d'une ligne focale de laquelle sont disposés respectivement le milieu laser et une source de pompage. Comme cela est bien connu, des dispositifs d'instrumentation à laser sont disponibles pour un trai- tement médical d'un organisme vivant, d'une hémistase ou d'une coagulation par application d'une émission laser. D'une façon encore plus particulière, il est possible d'améliorer considérablement les possibilités d'applica- tion médicale de dispositifs d'instrumentation à laser par application d'une émission laser au corps vivant par l'intermédiaire d'un endoscope - En contrepartie, il faut considérer le fait qu'une émission laser a une influence perturbatrice sur un corps humain En conséquence, différents types de mesures sont prises pour assurer la sécurité des orga- nismes vivants Les mesures de sécurité contre une émission laser ont cependant été prises dans l'hypothèse qu'une émission laser est toujours produite sans aucune anormalité telle qu'une diminution non envisagée d'une émission laser ou bien un arrêt d'une émission laser qui est perturbatrice en particulier pour un corps humain Au cours de l'utilisation d'un dispositif d'instrumentation laser sur un corps humain, ce dernier est exposé à différents risques et parfois sa vie est mise en danger En conséquence, pour traiter un cas d'urgence, il est nécessaire d'effectuer une opération chirurgicale d'une manière classique Une des causes importantes provoquant une réduction ou un arrêt non attendu d'une émission laser résulte de la détérioration fonctionnelle ou de l'arrêt d'une source de pompage assu- rant l'excitation d'un milieu laser Dans ce cas, si la source de-pompage peut être immédiatement changée pour D fournir de l'énergie de pompage, le corps humain en cours de traitement ou d'opération chirurgicale sera protégé dans une certaine mesure contre une issue fatale. Cependant, un tel changement inmédiat de la source de pompage est pratiquement impossible pour des personnes engagées dans l'opération chirurgicale du fait du temps considérablement long qui est nécessaire, mais médica- lement non autorisé, pour trouver en cours d'opération une diminution ou un arrêt non attendu d'une émission laser, a pour origine la source de pompage Même s'il est possible de déterminer ce fait dans un temps médica- lement autorisé, il est effectivement difficile de changer la source de pompage à cause de la structure intégrée d'un appareil à laser, en considération de la sécurité des opérateurs et de l'appareil à laser proprement dit. D'autre part, le fait qu'une source de pompage ne fait pas souvent l'objet d'une panne ou d'une diminution de son énergie de sortie rend difficile la prévision d'une détérioration fonctionnelle de cette source de pompage. Il en résulte qu'il n'est pas courant de tenir en pré- paration une source de pompage de rechange En consé- quence, un corps humain qui est soumis à un cas d'ur- gence tel que décrit ci-dessus en cours d'opération est soumis à un danger considérable. En conséquence, la présente invention a pour but principal de créer un appareil à laser dans lequel une source de pompage destinée à fournir de l'énergie pour exciter un milieu laser est automatique- ment remplacée, en cas de dérangement fonctionnel, par une source de pompage de rechange ou préparatoire afin d'assurer l'excitation essentiellement continue du milieu laser pendant une opération chirurgicale. L'invention a également pour but de créer un appareil à laser dans lequel une source de pompage pré- paratoire est actionnée pour fournir de l'énergie de pompage à un milieu laser par changement de circuits d'alimentation en courant lors de la détection d'une diminution du courant électrique passant dans une source principale de pompage-assurant la fourniture de l'énergie de pompage en dessous d'une valeur prédéterminée. Conformément a des modes préférés de réali- sation de la présente invention, il est prévu une combi- naison d'un milieu laser, telle qu'une tige laser à l'état solide et au moins deux groupes de dispositifs optiques comprenant chacun une source pour fournir de l'énergie de pompage, un dispositif optique préparatoire étant au- tomatiquement autorisé à remplir la fonction envisagée quand la source de pompage de l'autre dispositif en cours d'utilisation est dérangée fonctionnellement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à-la lecture de la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, et sur les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe montrant un apareil à laser conforme à un mode de réalisation de la pirésente invention; la figure 2 est une vue schématique de dis- positifs optiques de la figure l comprenant chacun une source de pompage pour un milieu laser; la figure 3 est un schéma d'uni circuit assu- rant alternativement l'actionnement d'une source de pompage principale et d'une source de pompage de rechange; la figure 4 est une vue schématique montrant des dispositifs optiques conformes à un autre mode de réalisation de la présente invention; la figure 5 est une vue schématique montrant un mécanisme pour la permutation des dispositifs optiques représentés sur la figure 4; la figure 6 est une vue schématique montrant des dispositifs optiques correspondant à encore un autre mode de réalisation de la présente invention; et la figure 7 est une vue schématique montrant un mécanisme pour la permutation des dispositifs optiques représentés sur la figure 6. Avant d'aborder la description de la présente invention, il est à noter que des parties semblables ont été désignées par des références numériques et des sym- boles semblables sur les différentes figures ci-jointes. Dans l'appareil à laser représenté sur lïes figures I et 2, il est prévu deux groupes de dispositifs optiques pour produire une énergie de pompage servant à l'excitation d'un milieu laser Le premier dispositif optique, ou dispositif principal, comprend une source de pompage 2 a qui produit une énergie de pompage servant à l'excitation du milieu laser et un réflecteur 4 a compor- tant une surface intérieure fortement réfléchissante qui définit une cavité elliptique et qui forme une ellipse le long d'une ligne focale de laquelle sont placées respectivement une tige laser 1 et une source de pompage 2 a Le second dispositif à laser, qui est préparatoire, comprend également une source de pompage 2 b et un ré- flecteur 4 b analogues aux premiers Le premier et le second dispositif optique sont placés symétriquement par rapport à la tige laser 1 on utilise de préférence un milieu laser à l'état solide, tel qu'un milieu à rubis ou un milieu YAG Comme source de pompage 2 a, 2 b, on utilise une lampe au krypton -Bien que, dans les modes de réalisation représentés sur les figures 1 et 2, les réflecteurs 4 a et 4 b soient éloignés l'un de l'autre, il peut être efficace, pour améliorer le rendement de pompage, de les joindre à leurs extrémités ouvertes opposées Tous les éléments de l'appareil à laser sont logés dans un récipient métallique stable 8. Les dispositifs optiques principal et préparatoire sont alternativement commandés par un dispositif de commande représenté sur la figure 3 pour remplir la fonction en- visagée D'une manière classique, la source principale de pompage 2 a est utilisée pour fournir de l'énergie de pompage pour la tige laser 1, tandis que la source pré- paratoire, qui est prévue comme rechange, est arrêtée. L'énergie de pompage fournie par la source principale 2 a arrive, en partie après réflexion par le réflecteur 4 a, sur la tige laser commune 1, en alimentant cette dernière pour qu'elle produise une émission laser stimulée qui est ensuite amplifiée pour un système de résonance com- prenant un miroir concave 6 complètement réfléchissant et un miroir 7 partiellement réfléchissant qui sont respectivement placés aux extrémités opposées du milieu laser 1 de manière àproduireà la sortie une énergie très élevée L'appareil à laser est agencé pour que la source de pompage préparatoire 2 b remplace la source de pompage principale 2 a de façon à poursuivre la production d'une émission laser amplifiée quand cette source principale tombe en panne Le remplacement de la source de pompage est assuré par un dispositif de commande, représenté sur la figure 3, qui comprend essentiellement-une source de courant 21, un moyen d'inversion 22 pour circuits d'alimentation en courant; un moyen de commutation 23 qui est commandé fonctionnellement par le moyen d'inver- sion 22 pour fermer sélectivement deux circuits d'ali- mentation en courant et un dispositif de détection de courant 24 pour actionner le-moyen d'inversion 22 lors de la détection d'une diminution du courant électrique passant dans l'un ou l'autre des deux circuits d'ali- mentation en dessous de la valeur prédéterminée Un circuit d'alimentation en courant, appelé le premier système ou système principal, comprend la source de courant 21, un interrupteur de puissance 31, un contacteur normalement fermé comportant des contacts 23 a et 23 b et la source de pompage 2 a, tandis que l'autre circuit, appelé le second système ou système préparatoire, com- prend la source de courant 21, un interrupteur de puis- sance 31, un contacteur normalement ouvert comportant des contacts 23 a et 23 c et la source de pompage 2 b. D'une manière classique, la source de pompage 2 a est excitée pour produire une énergie de pompage servant à l'excitation de la tige laser lorsque l'interrupteur de puissance 31 est fermé pour enclencher le circuit prin- cipal d'alimentation en courant Pendant que la source principale depompage 2 a est excitée, le dispositif de détection de courant 24 détecte le courant électrique passant dans le circuit principal d'alimentation com- prenant la source principale de pompage 2 a et, propor- tionnellement à ce courant, une tension amplifiée est appliquée à un point de connexion 25 Une diminution du courant passant dans la source principale de pompage 2 a fait en sorte que le dispositif de détection de courant produit à sa sortie une augmentation de tension qui est appliqué au point de connexion 25 Aussitôt qu'une augmentation de tension égale à la tension de déclenche- ment d'un redresseur semi-conducteur à conmmande 26 est appliquée au point de connexion 25, ce redresseur 26 devient con- ducteur pour exciter un relais électromagnétique 32 coopérant avec le moyen de commutation 23 Il en résulte que le relais électromagnétique 32 est instantanément actionné et maintient le contact 23 a appliqué contre le contact 23 c pour exciter le circuit préparatoire d'alimentation en courant, ce qui assure l'excitation de la source préparatoire de pompage 2 b Comme le montre la description faite ci-dessus, par une corrélation entre le courant inférieur limite nécessaire pour exciter la source de pompage 2 a et la tension de déclenchement du redresseur semi-conducteur à c Oamende 26 du moyen d'inversion 22 en concordance avec la corrélation existant entre les signaux d'entrée et de sortie du dispositif de détection de courant 24, le second circuit d'alimentation en cou- rant est automatiquement autorisé à fournir du courant à la source préparatoire depompage 2 b lors d'une panne ou d'un signe de panne de la source principale de pompage 2 a sous l'effet d'une détérioration ou d'un claquage de cette dernière Sur cette figure, un interrupteur 33 incorporé au moyen d'inversion 22 est actionné pour fournir du courant au relais électromagnétique 32 à partir d'une source 34 au moment o l'interrupteur prin-_ cipal 31 est fermé Bien que le moyen d'inversion 22 maintienne le second circuit d'alimentation en courant disponible, il peut rendre disponible le premier circuit d'alimentation en courant du fait que le relais 32 est désexcité et amène ainsi le contact 23 a contre le contact 23 b quand l'interrupteur 33 est ouvert En résumé, l'appareil à laser se trouve toujours, lorsqu'il n'est pas en service, dans la condition de préparation du premier circuit d'alimentation en courant Quand l'inter- rupteur 31 est fermé pour alimenter en courant le circuit lors d'une nouvelle utilisation de l'appareil à laser, la source principale de pompage 2 a remplacée estexcitée pour fournir de l'énergie de pompage mais, si la source- principale de pompage 2 a a été laissée inchangée, la source préparatoire 2 b est excitée en même temps que l'interrupteur est fermé ' Bien que, dans ce mode de réalisation, on ne fasse intervenir aucune mesure particulière mineure-con- cernant le mauvais fonctionnement ou l'arrêt, les spé- cialistes en la matière se rendront compte qu'il faut prévoir additionnellement un moyen de détection de cou- rant, un moyen d'inversion des circuits d'alimentation en courant et d'autres éléments nécessaires pour pouvoir utiliser alternativement les deux sources de pompage dans 2532 i 24 leur période de service. On a représenté sur les figure 4 à 7 d'autres modes de réalisation de la présente invention dont la fonction est d'améliorer l'efficacité de fourniture d'énergie de pompage par la source de pompage en assurant sa réflexion par le réflecteur Un inconvénient de l'appa- reil à-laser représenté sur lee figures 1 et 2 consiste en ce-que l'efficacité de fourniture d'énergie de pompage par la source est insuffisante du fait que chaque réflec- teur, comportant une surface intérieure fortement réflé- chissante, définit une cavité ellipitique formant une ellipse incomplète dont une partie est évidée dans la zone de la tige laser, comme indiqué par la ligne en traits interrompus sur la figure 2, de sorte qu'une partie de l'énergie de pompage dirigée vers la partie évidée de l'ellipse ne peut pas contribuer à exciter la tige laser 1. En conséquence, dans l'appareil à laser représenté sur les figures 4 et 5, le premier dispositif optique, ou dispositif principal', comprend un réflecteur 4 définissant une cavité elliptique essentiellement com- plète qui forme une ellipse le long de la ligne focale de laquelle sont positionnées respectivement une tige laser 1 et une source principale de pompage 2 a Cepen- dant, le réflecteur elliptique complet 4 est divisé en deux réflecteurs demi-elliptiques 4 a et 4 c dont l'un, comportant la tige laser 1, est fixé sur le récipient, tandis que l'autre, recevant la source de pompage 2 a, est agencé pour se déplacer dans une direction hori- -zontale D'autre part, le second dispositif optique, ou dispositif préparatoire, présente la même structure que le dispositif principal et il est pourvu du réflec- teur demi-elliptique 4 c, d'un autre réflecteur demi- elliptique 4 b associé à une autre source de pompage 2 b par laquelle le réflecteur demi-elliptique 4 a, c'est- à-dire la source préparatoire de pompage 2 b, est remplacé. L'appareil à laser décrit ci- dessus peut fonctionner avec le dispositif de commande représenté sur la figure 3 de manière que, en coopération avec l'opération de commu- tation d'un circuit d'alimentation en courant à l'autre, par exemple par intervention du moyen de commutation 23, un moyen d'entraînement tel qu'un moteur électrique soit actionné pour faire déplacer simultanément les deux ré- flecteurs demi-elliptiques 4 a et 4 b dans une direction horizontale en vue de réaliser un réflecteur elliptique complet 4 Le remplacement de la source de pompage est effectué par un mécanisme de remplacement, par exemple celui indiqué sur-la figure 5 et qui comprend un élément porteur mobile 40 pourvu d'une crémaillère 40 a, un moteur d'entraînement 41 dont l'arbre tournant est pourvu à son extrémité d'un engrenage 42 en prise avec. la crémaillère 40, etun contacteur-limiteur 43 placé dans une position correcte sur le récipient Sur l'élé- ment mobile 40, les deux réflecteurs demi-elliptiques sont montés côte acôte Le moteur d'entraînement 41, - lors de l'excitation du relais électromagnétique 32 représenté sur la figure 3, amorce une rotation normale de façon à faire déplacer en ligne droite l'élément por- teur 40 vers la gauche en regardant la figure 5, en replaçant ainsi le dispositif optique principal par le dispositif préparatoire A la fin du mouvement de rem- placement, une saillie 40 b de l'élément porteur 40 est amenée au contact du contacteur-limiteur 43 et alors ce dernier est ouvert de façon à arrêter le moteur d'entraînement Il en résulte que les réflecteurs demi- elliptiques 4 b et 4 c sont alignés de façon à former un réflecteur elliptique complet Bien que dans ce mode de réalisation les deux réflecteurs demi-elliptiques 4 a et 4 b soient déplacés, il peut être possible de déplacer le réflecteur demi-elliptique 4 c avec la tige laser 1 Il est à noter que, dans cette variante, la tige laser 1 doit être alignée avec l'axe du système optique de résonance après le mouvement. On a représenté sur les figures 6 et 7 encore un autre mode de réalisation de la présente invention qui a pour but de remédier aux inconvénients se mani- festant dans le mode de réalisation des figures 4 et 5, à savoir que les réflecteurs demi-elliptiques 4 a et 4 b, ou 4 c, sont déplacés en même temps que les sources de pompage 2 a et 2 b, ou la tige laser 1, dans une direction horizontale, et qu'un volume permettant le mouvement horizontal des réflecteurs rend l'appareil laser plus encombrant L'agencement général des réflecteurs repré- senté sur la figure 6 est semblable à celui indiqué sur la figure 2 dans son aspect extérieur, et il comprend deux réflecteurs fixes 4 a et 4 b pourvus d'une surface intérieure très réfléchissante qui définie une cavité elliptique, ils comportent chacun une partie évidée et un réflecteur complêmentaire pourvu d'une surface inté- rieure fortement réfléchissante 4 c et montée à rotation à l'intérieur du réflecteur elliptique fixe Le réflec- teur complémentaire 4 c peut être agencé de facon que la partie évidée de l'un ou l'autre des réflecteurs elliptiques fixes 4 a, 4 b définisse une cavité elliptique essentiellement complète Les réflecteurs elliptiques principal 4 a et préparatoire 4 b sont placés dans des positions fixes symétriquement par rapport à leur ligne focale commune le long de laquelle est placée la tige laser 1 Sur chaque autre ligne focale des réflecteurs elliptiques fixes 4 a et 4 b, il est prévu une source de pompage Une caractéristique structurale de cet appareil à laser consiste en ce que le réflecteur complémentaire 4 cpouvant tourner autour de la ligne focale commune est agencé de façon à définir une surface réfléchissante elliptique essentiellement complète en combinaison avec le réflecteur complémentaire 4 c et l'un ou l'autre des réflecteurs elliptiques fixes 4 a, 4 b Comme le montre la figure 6, le réflecteur complémentaire 4 c comporte une ouverture qui est dimensioinée de façon qu'il puisse tourner sans entrer en contact avec l'un ou l'autre des réflecteurs elliptiques. La figure 7 représente un mode de réalisa- tion du dispositif d'entraînement en rotation du ré- flecteur complémentaire 4 c, qui comprend un moteur d'entraînement 41, un élément porteur 45 relié d'un c Oté à l'arbre tournant du moteur d'entraînement et supportant de l'autre côté l'extrémité du réflecteur complémentaire 4 c L'élément porteur 45 peut être entraîné d'un demi-tour par le moteur d'entraînement 41. Dans ce mode de réalisation, l'appareil à laser est aussi compact, en ce qui concerne le contour extérieur, que celui indiqué sur la figure 2, principalement par le fait que les éléments essentiels, tels que les sources de pompage, la tige laser et la majeure partie des ré- flecteurs, ne sont pas mobiles, tandis qu'ils présentent essentiellement la même capacité'de fourniture d'énergie de pompage que l'appareil à laser représenté sur la figure 4. Il semblera évident aux spécialistes en la matière que, dans les modes de réalisation représentés sur les figures 4 à 7, on peut efficacement prévoir ad- ditionnellement un autre moyen de détection de courant et un autre moyen d'inversion dans le circuit prépara- toire d'alimentation en courant pour pouvoir utiliser alternativement les deux sources de pompage dans leur période de service - Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans quel'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil à laser comprenant un réflecteur pourvu d'une surface intérieure réfléchissante qui définit une cavité elliptique formant une ellipse le long d'une ligne focale de-laquelle sont placés respectivement un milieu laser et une source de pompage, ladite source de pompage produisant de l'énergie de pompage pour exciter ledit milieu laser afin de produire une émission laser stimulée, appareil caractérisé en ce qu'il comprend: deux groupes de dispositifs optiques de pompage ( 2 a, 4 a; 2 b, 4 b) pour produire une énergie de pom- page et comprenant chacun un réflecteur est détecté par ledit moyen de détection de courant ( 24). 2 Appareil à laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen d'inversion ( 22) est un moyen d'inversion pour changer des circuits d'ali- mentation en courant pour lesdites sources de pompage respectives. 3 Appareil à laser selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux groupes de dispositifs optiques de pompage comprennent deux réflecteurs ellip- tiques ( 4 a, 4 b) qui sont placés en opposition de façon à avoir en commun une ligne focale de chaque ellipse et deux sources de pompage ( 2 a, 2 b) aui sont chacune pla L cées le long de l'autre ligne focale de chaque ellipse. 4 Appareil à laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux groupes de dispositifs optiques de pompage comprennent deux réflecteurs ( 4 a, 4 b) comportant chacun une surface intérieure réfléchissante qui définit une cavité demi-elliptique, ainsi qu'une source de pompage ( 2 a, 2 b) placée le long d'une ligne focale de l'ellipse formée par ladite cavité elliptique, et un réflecteur complémentaire commun ( 4 c) pourvu d'une surface réfléchissante qui complète chaque cavité demi- elliptique pour créer une cavité elliptique complète formant une ellipse le long d'une ligne focale commune de laquelle est placé un milieu laser commun. Appareil à laser selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits réflecteurs demi-ellip- tiques ( 4 a, 4 b) ou ledit réflecteur complémentaire commun ( 4 c) sont agencés pour changer leur position de façon à former un réflecteur combiné pourvu d'une surface réflé- chissante qui définit une cavité elliptique complète dans laquelle est logée la source de pompage qui doit être disponible. 6 Appareil à laser selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits réflecteurs demi-ellip- tiques ( 4 a, 4 b) ou ledit réflecteur complémentaire commun ( 4 c) sont entraînés par un moteur de façon à changer leurs positions. i.