Brevet FR2597672A1 — publié le 19871023

Dispositif pour augmenter la densité de puissance sur sa section d'un faisceau laser annulaire La présente invention concerne un dispositif pour augmenter la densité de puissance de section d'un faisceau laser sortant d'un résonateur à foyer commun, d'une intensité élevée en section sur un anneau entourant un centre dépourvu de rayonnement. Dans le cas d'un laser à gaz à haute énergie, on utilise un résonateur instable à foyer commun, pour pouvoir utiliser un volume de gaz excité aussi grand que possible. Le faisceau laser reçoit ainsi sur sa section une distribution d'intensité pour laquelle un anneau d'intensité élevée entoure un centre dépourvu de rayonnement. Il y a alors, à la périphérie du faisceau laser, extérieurement, des maxima d'intensité, tandis qu'il y a un minimum d'intensité au centre. I1 n'y a donc pas, dans la section du faisceau laser, de distribution gaussienne, qui est souhaitée en soi pour la focalisation du faisceau laser. On décrit, dans la DE-A- 35 4 366, un système optique pour former un faisceau en forme d'anneau circulaire. On y trouve un réflecteur à surface conique a l'intérieur du faisceau annulaire. Un autre réflecteur comportant une autre surface conique entoure le premier réflecteur. Pour pouvoir fixer l'un à l'autre les deux réflecteurs, il faut des composants qui interrompent nécessairement le trajet du faisceau. Cela réduit la puissance totale du faisceau laser. La présente invention a pour objet de proposer un dispositif du type précité avec lequel on puisse former le faisceau laser annulaire de façon que son intensité ait une distribution sensiblement gaussienne, sans que le dispositif comporte de composants interrompant le trajet du faisceau. Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, dans le cas d'un dispositif du type precite, un premier réflecteur réfléchit le faisceau laser sortant, pénétrant dans le dispositif, en l'élargissant, vers la direction d'incidence, le diamètre intérieur de l'anneau étant, pour ce faisceau laser élargi, supérieur au diamètre extérieur du faisceau laser incident, un second réflecteur dévie le faisceau laser élargi de la direction d'incidence, et un troisième réflecteur réfléchit en le retrécissant le faisceau laser dévié, le diamètre extérieur de i'anneau étant, pour le faisceau laser rétréci, inférieur au diamètre extérieur pour le faisceau laser incident. Ce dispositif réduit de façon décisive le centre dépourvu de rayonnement du faisceau laser sortant. Les maxima d'intensité de la section annulaire se déplacent ensemble, de sorte qu'on obtient approximativement une distribution gaussienne de l'intensité du faisceau laser, sur sa section. Des composants qui interrompraient le trajet du faisceau laser sont superflus dans celui-ci. En raison de l'élargissement du faisceau laser sur le premier réflecteur, le second réflecteur ne doit pas etre placé à l'intérieur du faisceau laser. En raison de la déviation du faisceau laser sur le second réflecteur, le troisième réflecteur n'a pas à se trouver à l'intérieur du faisceau laser. Le dispositif décrit peut fonctionner exclusivement avec des composants réfléchissants. Il n'y a donc pas besoin de composants traversés par le rayonnement, ce qui est particulièrement favorable pour un faisceau laser de haute énergie. Alors que, même avec simplement le troisième réflecteur, on pourrait obtenir un rétrécissement du faisceau laser annulaire, qui oriente cependant la face intérieure riche en énergie de l'anneau de la distribution d'intensité vers l'extérieur, on obtient, avec cet agencement des réflecteurs, un autre écnange de la face intérieure et de la face extérieure, de sorte que la fraction du faisceau dans le mode fondamental gaussien est plus importante. Selon l'invention le diamètre extérieur du faisceau laser rétréci est inférieur au diamètre intérieur du faisceau laser incident . Le second réflecteur comporte, pour le faisceau laser incident une découpure centrale, et le faisceau laser élargi tombe sur le second réflecteur au voisinage de la découpure centrale et sort par la découpure. Le second réflecteur fait un angle de 45 avec la direction d'incidence du faisceau. Le premier réflecteur et le troisième réflecteur comportent chacun une zone de surface réfléchissante coniquement convexe et comportent chacun une zone de surface réfléchissante tronconiquement concave entourant celle-ci. Selon l'invention, les réflecteurs sont fixés sur un support commun. Le faisceau laser incident tombe sur la zone de surface réfléchissante convexe du premier réflecteur, et le faisceau laser élargi, dévié par le second réflecteur, tombe sur la zone de surface réfléchissante concave du troisième réflecteur. La figure du dessin annexé représente schématiquement un dispositif pour augmenter la densité de puissance d'un faisceau laser annulaire suivant une coupe. Un premier réflecteur 2 est inséré dans un support 1. Ce réflecteur comporte une zone de surface réfléchissante conique convexe 3 et une zone de surface réfléchissante tronconique concave 4 qui entoure celleci. Les angles de cane sont chacun de 45 par rapport à la direction d'incidence E du faisceau. En face du premier réflecteur 2, on prévoit, sur le support 1, un second réflecteur 5 qui fait un angle de 45' avec la direction d'incidence E du faisceau. Le second réflecteur 5 comporte une découpure centrale 6. Un troisième réflecteur 7, décalé de 9' par rapport au premier réflecteur 2, est placé dans le support 1. Le troisième réflecteur 7 comporte une zone de surface réfléchissante 8 conique convexe et une zone de surface réfléchissante 9 tronconique concave qui entoure celle-ci. Dans ce cas également, les angles de cône sont de 45". Du fait que les trois réflecteurs 2, 5 et 7 sont placés sur le support 1, leur ajustement en position correct est simple. S'il arrive dans la direction d'incidence E un faisceau laser Se de diamètre extérieur Ea et de diamètre intérieur Ei par la découpure centrale 6, il rencontre la zone de surface réfléchissante 3. Il y est réfléchi de celle-ci à la zone de surface réfléchissante 4 et dévié de celle-ci, sous la forme d'un faisceau laser élargi Sg de diamètre extérieur Ga et de diamètre intérieur Gi, en sens oppose à la direction d'incidence E, sur la surface de réflexion plane ie du second réflecteur 5. La découpure centrale 6 est dimensionnée de façon que le faisceau laser incident Se puisse certes entrer sur toute sa section droite, mais que le faisceau laser élargi Sg ne sorte pas. Le faisceau laser Sa dévie de la surface réfléchissante l tombe sur la zone de surface réfléchissante 9 et y est réfléchie vers la zone de surface réfléchissante 8. Le faisceau laser rétréci Sv de diamètre extérieur Va et de diamètre intérieur Vi apparait sur la zone de surface réfléchissante 8. Le faisceau laser rétréci Sv quitte le dispositif dans la direction de dégagement A par la découpure centrale 6. Comme il ressort de la figure, le diamètre extérieur Va est très inférieur au diamètre extérieur Ea. En particulier, le diamètre intérieur Vi est beaucoup plus petit que le diamètre intérieur Ei. Le diamètre intérieur Vi tend vers zéro. Il n'est indiqué sur la figure que pour des raisons de clarté. Le rétrécissement du faisceau laser repose, du point de vue de la construction, sur le fait que le faisceau laser large dévié tombe au voisinage du sommet de la zone de surface réfléchissante 8. Le dispositif décrit augmente, d'une part, la densité de puissance du faisceau laser, du fait que la surface de section du faisceau de sortie Sa de diamètre Va est nettement inférieure à la surface de section du faisceau incident Se de diamètre Ea. En outre, ie centre dépourvu de rayonnement, de diamètre Ei, est pratiquement supprimé, de sorte qu'on peut considerer approximativement une distribution gaussienne de l'intensité de rayonnement pour le faisceau laser rétréci Sv. Si, sur le troisième réflecteur 7, on rend la zone de surface réfléchissante conique 8 ajustable par rapport à la zone de surface réfléchissante 9 dans la direction de sortie A du faisceau, par exemple en divisant le réflecteur 7 sur la ligne représentée en trait interrompu sur la figure, un ajustement ultérieur est possible. Il en et de même pour le réflecteur 2. Il convient également que la longueur du trajet du faisceau laser élargi Sg du premier réflecteur 2 au troisième réflecteur 7 soit la même sur toute sa périphérie, de façon qu'il n'apparaisse pas de déphasages. De nombreux autres exemples de réalisation entrent dans le cadre de l'invention. Ainsi par exemple, il est possible de faire varier l'angle de cône. On obtient alors une largeur d'anneau (différence entre le diamètre extérieur et le diamètre intérieur) différente. Revendicatlons 1. Dispositif pour augmenter la densité de puissance sur sa section d'un faisceau laser sortant d'un résonateur instable d'intensité élevée en section sur un anneau entourant un centre dépourvu de rayonnement, caractérisé en ce qu'un premier réflecteur , le diamètre extérieur 2. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que le diamètre extérieur 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le second réflecteur (5) comporte, pour le faisceau laser incident (Ses, une découpure centrale (6), et en ce que le faisceau laser élargi 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le faisceau laser rétréci 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second réflecteur (5) fait un angle de 45 avec la direction d'incidence (E) du faisceau. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier réflecteur (2) et le troisième réflecteur (7) comportent chacun une zone de surface réilechîssante coniquement convexe (3, 8) et comportent chacun une zone de surface réfléchissante tronconiquement concave (4. 9) entourant celle-ci. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le faisceau laser incident (Se) tombe sur la zone de surface réfléchissante convexe 63) du premier réflecteur (2), et en ce que le faisceau laser élargi (Sa), dévié par le second réflecteur (5), tombe sur la zone de surface réfléchissante concave (8) du troisième réflecteur (7). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les réflecteurs (2, 5, 7) sont fixés sur un support (1) commun.