Brevet FR2572225A1 — publié le 19860425

DISPOSITIF A EMISSION LASER La présente invention concerne un dispositif à laser et plus particulièrement mais non exclusivement du type de ceux qui utilisent en tant que milieux laser des matériaux qui sont normalement solides ou liquides à la température ambiante et qui permettent la formation d'un laser en phase gazeuse ou en phase de vapeur. Un tel matériau à laser peut être un métal chauffé à sa phase de vapeur dans la chambre de décharge, mais qui peut former des flaques de métal fondu dans le fond de la chambre de décharge. S'il faut déplacer le dispositif à laser en cours de fonctionnement, ou le faire fonctionner alors que la chambre de décharge est basculée, le métal fondu se déloge et migre ou bien se rassemble à une extré- mité de la chambre de décharge. Certains dispositifs à laser qui utilisent des vapeurs métalliques sont munis de mèches, habituellement réalisées sous forme de mèches mé- talliques, pour favoriser le retour du métal fondu par capillarité vers la région de décharge. Ces mèches peuvent avoir une forte section transversale et constituer un obstacle important pour le faisceau laser. Dans certaines circonstances également, le liquide ne "mouille" pas le matériau de la mèche, et en tout cas, quand il est basculé, du métal fondu peut s'écouler de cette mèche. La présente invention propose une structure capable de former un laser en utilisant un métal dans sa phase vapeur et dans laquelle la formation du laser peut être obtenue de façon satisfaisante, alors que le dispositif à laser est basculé,ou même quand on le bouge. Le dispositif à laser selon l'invention, du type comprenant une chambre de décharge et des moyens pour pro- duire dans ladite chambre des conditions aptes à stimuler l'émission, est caractérisé en ce que ladite chambre de décharge est constituée au moins en partie en un matériau poreux. 25722.25 Des modes de réalisation de l'invention sont décrits ci-après à titre d'exemples uniquement en référence au dessin annexé dans lequel: Figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif à laser; Figure 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne B-B de figure 1 d'une partie du dispositif à laser; Figure 3 est une vue en coupe longitudinale semblable à celle de figure 1, montrant un autre agencement; Figure 4 est une vue en coupe semblable à celle de figure 2, mais montrant une autre variante, et Figures 5,6 et 7 sont des vues en coupe,similaires à celle figure 2, mais montrant des constructions différentes. Si l'on se réfère maintenant à la figure 1, le dispo- sitif à laser comprend une chambre de décharge constituée par un tube en céramique non poreuse 10. La décharge est engendrée dans le tube 10 entre une électrode 11 à une extrémité du tube et une seconde électrode 12 à l'autre extrémité. Les électrodes 11, 12 sont reliées à un système d'alimentation de puissance qui n'est pas représenté. Le système de puissance engendre une décharge pulsée dans le tube selon un taux de répétition de 5 kHz. Lorsque le dis- positif est assemblé, on répand une couche de pâte céra- mique poreuse 13 le long du fond du tube 10, comme montré, et des amas ponctuels ou des faisceaux de fil en cuivre sont placés sur la pâte 13, comme montré en 14. A la mise en marche du dispositif, la décharge chauffe graduellement le tube 10, la pâte 13 se sèche et se durcit et les frag- ments de cuivre fondent et sont alors partiellement vapo- risés, et le métal est alors susceptible de former un milieu laser. L'émission laser s'effectue longitudinalement le long du tube et est réfléchie entre un miroir 15 à une extrémité, qui est un miroir fortement réfléchissant et qui réfléchit la majorité de l'émission, et une fenêtre 16 à l'autre extrémité, qui est un miroir faiblement réfléchissant et qui ne réfléchit qu'une partie de l'émission, le reste traversant la fenêtre pour former la sortie du dispositif à laser. Le tube de décharge 10 est entouré par une isolation thermique cylindrique 17 qui est enfermée dans une chemise à vide 18. Cette dernière est pour sa part entourée par une chemise de refroidissement cylindrique 19. La chemise 18 s'appuie contre des joints toriques 20 et 21 situés dans des évidements annulaires pratiqués dans les éléments en forme de plaques d'extrémité 22, 23. Ces éléments en forme de plaques d'extrémité sont fixés par exemple par des vis (non représentées) de façon à comprimer les joints toriques 20, 21 contre la chemise à vide 18. La chemise de refroidissement 19, montée autour de la chemise à vide 18, consiste en un cylindre à épaulements 25, comprenant des enroulements tubulaires 26 enroulés hélicoidalement sur sa face extérieure. Les enroulements 26 sont brasés sur la chemise de manière à établir un bon contact thermique avec elle et les enroulements laissent circuler un agent de re- froidissement tel que de l'eau. Le miroir 15 et la fenêtre 16 sont appliqués de façon hermétique aux éléments en forme de plaques d'extrémité 22, 23 avec interposition de joints toriques 27, 28 respecti- vement, de manière à achever la chambre à vide. Lorsque le dispositif à laser fonctionne, la partie du métal qui n'est pas vaporisée reste à l'état fondu. Comme la couche de matériau 13 est poreuse, le métal li- quide est absorbé dans cette couche et peut alors s'évapo- rer sous forme de vapeur dans la région de décharge sous l'effet de la chaleur provenant de la décharge. Quand le dispositif à laser est utilisé à l'état basculé ou doit être bougé en fonctionnement, le métal qui est fondu est retenu dans le matériau 13 et ne s'écoule pas longitudinalement le long de la chambre de décharge. Quand la source de puissance du dispositif à laser est coupée et quand le dispositif se refroidit, le métal se solidifie dans le matériau céramique 13, et lorsque la décharge est rétablie, le métal fond et se revaporise. La figure 2 est une vue en coupe de l'isolation 17, du tube non poreux 10 et de la couche 13, et on peut voir clairement que cette couche 13 s'étend sur toute la lon- gueur de la partie inférieure du tube 10. Dans l'agencement ci-dessus, quand le laser est utilisé de façon normale, le cuivre commence par fondre et une partie s'évapore. Quand le cuivre se condense sous forme liquide, soit en fonctionnement normal, soit quand la décharge est coupée, le cuivre migre et retourne dans la matrice en céramique poreuse. Dans l'agencement décrit en référence aux figures 1 et 2, le cuivre est placé dans des emplacements ponctuels sur la partie supérieure de la couche de pâte. Dans l'agen- cement montré à la figure 3, le cuivre se présente sous forme de granulés mélangés et répartis uniformément dans la pâte de céramique 13. Ces granulés forment de petits trous dans la pâte de céramique et tendent à augmenter la nature poreuse du ma- tériau céramique, augmentant ainsi sa capacité à retenir le cuivre quand il est fondu. Dans une autre variante montrée à la figure 4, le cuivre se présente sous forme de fragments ponctuels contenus dans la pâte au moment de son insertion initiale. Quand la pâte se durcit, le cuivre forme des poches dans la couche céramique poreuse qui agissent en tant que ré- servoirs séparés pour le cuivre quand il est fondu. Le cuivre fondu est donc ainsi apte à s'écouler facilement dans ces poches si le dispositif à laser est bougé ou basculé, et il est également apte à filtrer à travers le matériau céramique poreux. On a constaté que, pendant le fonctionnement, la 257222S matière céramique poreuse contenant du cuivre fondu ou solide ne constitue pas un parcours continu de faible résistance le long de la longueur du dispositif à laser malgré la présence de cuivre sous une forme apparemment continue, et qu'il ne court-circuite pas la décharge. Dans la variante montrée à la figure 5, la porosité est obtenue au moyen d'une tige séparée 20, réalisée en un matériau céramique non poreux, mais comportant une multiplicité de trous 21 qui la traversent. Dans l'agencement illustré, les trous 21 s'étendent tous diamétralement au travers de la tige 20, sont alignés sur une ligne unique et espacés de façon uniforme le long de la longueur de la tige. Mais ces trous peuvent avoir toute orientation quelconque et être d'un nombre quelcon- que, à condition qu'ils apportent la porosité requise pour retenir le matériau à laser. L'avantage de l'agencement montré à la figure 5 est qu'il est inutile d'utiliser une pâte céramique dans la chambre de décharge. Ceci peut être avantageux dans cer- taines applications dans lesquelles on a constaté, en fonc- tionnement, que la pâte tend à se briser et que la poudre ainsi dégagée tend à revêtir et à obscurcir les surfaces des miroirs du dispositif à laser, ce qui nécessite l'arrêt de ce dispositif à laser en vue de son nettoyage. Si l'on se réfère maintenant à la figure 6, celle-ci représente un autre agencement dans lequel l'isolation tubulaire 27 est revêtue d'un revêtement tubulaire interne complet 30 comprenant du cuivre granulé et de l'alumine en poudre, mélangés sous forme d'une pâte. En fonctionnement, le cuivre fond et une partie se vaporise alors que l'alumine se durcit. Le cuivre fondu migre dans la matrice d'alumine du revêtement tubulaire 30. Grâce à cet agencement qui n'utilise pas de matériau non poreux, la chambre de décharge présente une faible capa- cité thermique qui fait qu'elle s'échauffe rapidement, et la construction est relativement peu coûteuse en raison du fait que l'on n'utilise pas un tube d'alumine de forte densité sous une forme poreuse ou non poreuse. Si l'on se réfère maintenant à la figure 7, la chambre de décharge comprend une isolation 37 de section carrée et un revêtement poreux 40 en une pâte constituée par des granulés de cuivre et du ciment d'alumine. Le tube 37 est constitué en un matériau isolant poreux et peut présenter avantageusement une section transversale d'une forme donnée, telle qu'une forme rectangulaire en H, en variante à la forme carrée qui est représentée. Dans une adaptation de l'agencement de la figure 7, la chambre peut être revêtue d'une couche relativement non poreuse réalisée en une pâte d'alumine pure qui est d'abord séchée. On peut ensuite appliquer une seconde couche d'une pâte d'alumine mélangée à une poudre de cuivre pour former une matrice plus poreuse et destinée à retenir le cuivre. La première couche de pâte forme une couche relativement imperméable empêchant le cuivre de s'écouler dans la fibre d'alumine et la seconde couche de pâte apporte la porosité recherchée. - REVENDICATIONS - 1.- Dispositif à laser comprenant une chambre de décharge, un milieu laser contenu dans ladite chambre et des moyens pour produire dans ladite chambre les condi- tions appropriées à une émission stimulée dudit milieu, caractérisé en ce que la région de décharge dans ladite chambre 10 est définie au moins en partie par un matériau poreux 13, 20,30,40. 2.- Dispositif à laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre comprend un tube non poreux 10 et en ce qu'un matériau poreux 13,20,30,40 est inséré dans ledit tube 10 sous forme d'une pâte pendant l'assemblage final du dispositif. 3.- Dispositif à laser selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que le milieu laser 14 est inséré dans ledit tube 10 pendant l'assemblage final du dispositif, mélangé audit matériau poreux 13, 20, 30, , et en ce que ledit milieu 14 se présente sous la forme de blocs formant des cavités dans ledit matériau poreux après mise en service du dispositif. - 4.- Dispositif à laser selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que le milieu laser (14) est inséré dans ledit tube 10 pendant l'assemblage final du dispositif, mélangé audit matériau poreux 13,20,30,40 et en ce que ledit-milieu 14 se présente sous la forme de granulés répartis dans ledit matériau poreux 13,20,30,40. 5.- Dispositif à laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de décharge comprend un tube non poreux 10 et en ce que le matériau poreux 13, 20, 30,40 comprend un élément non poreux 20 comportant une multiplicité de trous qui le traversent, de dimensions aptes à retenir le milieu laser 14 à l'état fondu ou solide. 6 - Dispositif à laser selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la région de décharge dans la chambre de décharge est entièrement définie par matériau poreux 30. 7.- Dispositif à laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en-ce que la région de décharge a une section transversale non circulaire 37.