Brevet FR2634328A1 — publié le 19900119

L'invention a pour objet une addition à un dispositif selon la demande de brevet Dans le domaine des lasers de puissance, il est souhaitable de produire un rayonnement d'énergie supérieure, émis si possible dans le mode TEMoo. I1 est également souhaitable d'obtenir des puissances supérieures. En outre, il doit être possible avec un laser de ce type de gagner de l'argent sans subvention de l'Etat. Dans les anciens lasers, on avait toujours besoin de constructions spéciales puisque par exemple un laser de 500 W a d'autres dimensions qu'un laser de 1 000 W, lequel a des dimensions toutes différentes d'un laser par exemple de 5 000 W. Tous ces lasers nécessitaient une conception différente en ce qui concerne le refroidissement, l'apport d'eau de refroidissement, l'apport de gaz, l'arrivée et l'évacuation de l'énergie de pompage. Ceci ne nécessite pas seulement des fabrications différentes, mais rend l'entretien plus difficile. I1 n'est guère possible non plus de partir par exemple d'un laser de 500 W et de le porter ultérieurement à 1 000 W. Une telle conversion entraîne des coûts qui ne sont pas supportables. L'invention a pour but d'indiquer une solution permettant de multiplier plusieurs fois l'énergie du laser, à partir du laser du type précité, et ce, de manière simple et rationnelle, en conservant pratiquement tous les éléments de construction. Ce but est atteint avec le laser suivant l'invention en ce que: (a) le laser de puissance forme un module; (b) dans chaque cas, au moins deux modules, au moins à peu près semblables sont assemblés entre eux; (c) l'assemblage s'effectue aux angles des modules par une bride de liaison qui laisse passer à l'intérieur les rayons laser et qui assemblent entre elles, de manière rectiligne, deux sections de tube de gaz de modules différents. L'invention repose sur la découverte que l'on peut utiliser un laser de ce type comme module de base et doubler son énergie, en accouplant deux modules de base suivant l'invention, tripler l'énergie en utilisant trois modules de base, etc. On est donc en mesure, comme dans le cas des moteurs à explosion, d'appliquer le même principe par multiplication d'une "cellule d'origine" pour lesquels on a aussi un cylindre, deux cylindres, etc. Le seul composant nouveau est une bride de liaison qui cependant à peu de choses près n'est rien d'autre qu'une bride intermédiaire d'angle doublée, en tout cas sans miroir de déviation. Si l'on assemble deux modules de ce type entre eux, on fait l'économie d'un miroir de déviation, d'un miroir de réflexion totale et d'un miroir de sortie. Comme on le voit, ceci comporte de nombreux avantages qui concernent les coûts, l'amélioration du mode, un refroidissement plus simple, un meilleur écoulement du gaz (en effet, le gaz s'écoule de manière linéaire à travers la bride d'assemblage, et ne doit pas contourner l'angle). Un nombre réduit de miroirs signifie aussi un ajustement plus simple. Etant donné que les miroirs sont chers, on réalise aussi un gain important d'argent. La construction reste très claire, même lorsque l'on assemble plusieurs modules de base. Ceci signifie que l'on peut concevoir les alimentations, par exemple en électricité ou autre, de manière beaucoup plus systématique et plus ordonnée. Le principe peut se répéter par multiplication de soi-même. On n'a donc pas besoin de faire de nouveaux calculs, puisque tous les composants, y compris la turbine, sont semblables. La seule chose qui varie dans tout le système, est uniquement le miroir de réflexion totale et le miroir de sortie. Avec une extension caractéristique inférieure à un mètre pour une puissance de sortie de 500 W par exemple, chaque composant est très petit. Une configuration selon la figure 2 est recommandée lorsque dans un local, on dispose de place dans la longueur. Lorsqu'on dispose d'une place à peu près équivalente dans la longueur et dans la largeur, il est recommandé de recourir à une configuration en quinconce de trois modules au moins. Dans le cas de quatre modules dont trois sont assemblés à trois angles d'un module central, on réalise un laser avec quatre modules et on évite que deux d'entre eux ne fonctionnent que sur une partie des sections de tube de gaz. Dans le cas où l'on dispose de cinq modules, quatre d'entre eux peuvent être assemblés aux quatre angles d'un module central. Ceci indique le principe de construction pour cinq unités de construction. Selon une autre variante, il est possible de prévoir une disposition sur plusieurs plans de groupes de modules. Ceci permet de réaliser les unités de construction en plusieurs dimensions I1 est décrit ci-après une unité de construction selon la demande de brevet principale, faite en référence aux figures 1 à 4. Les figures 5 à 11 représentent la constitution suivant l'invention.Les dessins montrent: La figure 1 est une vue de dessus schématique d'un laser horizontal; La figure 2 est une vue de dessus selon la figure l, mais à plus grande échelle, montrant l'intérieur du plateau de la table; La figure 3 est une vue dans le sens de la flèche 3 de la figure 1; La figure 4 est une vue semblable à celle de la figure 3 mais à plus grande échelle, en partie ouverte, montrant l'intérieur du carter du moteur, de la bride de la soufflante et en pointillés, les parties de parcours; La figure 5 est l'accouplement de deux modules constitué essentiellement par le doublage de la figure 1; La figure 6 est une vue schématique de la disposition de trois modules; La figure 7 est une vue schématique d'une autre disposition de trois modules; La figure 8 est une vue schématique de cinq modules;; La figure 9 est une vue schématique montrant l'accouplement de 4 x 4 = 16 modules; La figure 10 est une vue montrant comment il ne faut pas accoupler quatre modules; et La figure ll est une vue latérale schématique de la disposition de la figure 9 et un autre doublage, par disposition des modules sur deux plans. Un laser à CO2 l1 d'une puissance de sortie de 500 W est placé sur une table 12 et assemblé de manière fixe à celle-ci. Au-dessous de la table 12, il est prévu une turbosoufflante radiale 13 qui est vissée sous la table 12. Le dispositif représenté à la figure 3 et à la figure 4 forme une unité. Il est placé sur un bâti non représenté. Le rayonnement laser a un parcours 14 indiqué en pointillés. Ce parcours est carré. La longueur du rayonnement est égale à 2 650 mm. Le diamètre du rayon est de 10 mm et il est émis en mode TEMoo. Le parcours 14 du rayonnement comporte trois brides intermédiaires d'angle 16, 17, 18 qui logent des miroirs à 450 représentés de manière schématique et comportent des montures 19 pour des tubes de gaz. Dans le quatrième angle, il est prévu une bride terminale 21 qui comporte un miroir 22 totalement réfléchissant et un miroir de sortie 23. Dans la bride terminale 21, le parcours 14 du rayonnement se croise à 900. Exactement au milieu, entre la première bride intermédiaire d'angle 16 et la deuxième bride intermédiaire d'angle 17 se situe une première bride de passage 26, dans une première section de tube de gaz 24, laquelle. bride présente des montures 19 sur ses deux côtés. Entre la bride intermédiaire d'angle 16 s'étend un tube de gaz 27 qui est monté de manière étanche au gaz à ses deux extrémités, et entre la bride de passage 26 et la bride intermédiaire d'angle 17, se situe un tube de gaz 28 qui est monté de manière étanche au gaz dans des montures 19. Les deux tubes de gaz 27, 28 sont entourés par des électrodes HF 29. Une deuxième bride de passage 31 se situe exactement -au milieu dans la deuxième section de tube de gaz 29. Dans la troisième section de tube de gaz 32, exactement au milieu, se situe une troisième bride de passage 33 et dans la quatrième section de tube de gaz 34, une quatrième bride de passage 36. Les différentes sections de tube de gaz sont perpendiculaires les unes aux autres et forment un carré géométrique, si l'on ne tient pas compte du parcours du rayonnement allant au-delà du point de croisement 37. Les conditions relatives aux tubes de gaz 27, 28 et aux électrodes 30 étant les mêmes dans les différentes sections, il n'est pas nécesaire de les décrire davantage. Les diagonales 38, 39 partant des angles du carré ont un point d'intersection 41. La table 12 forme également un carré - à l'exception des surfaces biseautées visibles aux angles, d'une longueur de côté de 8,50 mm. Sa hauteur est de 80 mm. Elle comporte une cloison supérieure 42 plane et une cloison inférieure 43 plane qui sont chacune des plaques d'acier d'une seule pièce. La plaque d'acier elle-même est étanche au gaz, à l'exception des orifices volontairement prévus. La table 12 comporte sur son pourtour des parois périphériques 44 qui ferment de manière étanche au gaz, vers l'extérieur, la cavité 46 ainsi formée, et qui sont soudées à la paroi supérieure 42 et à la paroi inférieure 43. Un trou 47 central est pratiqué dans la paroi inférieure 43, sur le même axe que le point d'intersection 41. Sur un rayon égal à environ un tiers d'une moitié de longueur de diagonale, la paroi inférieure comporte quatre trous 48, 49, 51, 52.La diagonale 39 traverse les trous 49, 52 et la diagonale 38 passe par le centre des trous 48, 51. Une enveloppe 53 de la soufflante 13 est vissée de manière étanche au gaz sur la face inférieure de la paroi inférieure 43. Un moteur 54 comporte un stator 56 et un rotor 57 dont l'arbre 58 présente un axe longitudinal 59 géométrique qui passe par le point d'intersection 41. Sur l'arbre 58 est calée une roue de turbine 61 qui présente, au-dessus de sa face frontale supérieure, un volume d'aspiration 62 qui communique directement avec le trou central 47. Dans l'enveloppe 53, il est prévu un volume de pression 63 en aval de la roue de turbine 61. Le volume de pression 63 comporte des bras 64 dirigés vers le haut qui communiquent directement avec les trous 48-52. Du trou 48 part une première partie de parcours 66 dans lequel s'écoule le gaz dans le sens de la flèche 67. Entre la paroi supérieure 42 et la paroi inférieure 43, il est soudé de manière étanche au gaz, des cloisons 68, 69 qui sont perpendiculaires entre elles. Selon la figure 2, la cloison 68 s'étend de six heures à douze heures et la cloison 69 de neuf heures à trois heures. Leur distance au trou 48 est partout telle que le gaz peut à cet endroit s'écouler librement. A partir des cloisons 68, 69 s'étendent deux cloisons 71, 72 parallèles entre elles qui, à une grande distance l'une de l'autre, sont parallèles à la diagonale 38. Dans la partie de parcours 66 il est prévu un échangeur de chaleur 73 dont les branchements traversent la paroi inférieure 43 et ne sont pas représentés. La paroi supérieure 42 comporte, au-dessous de la bride intermédiaire d'angle 16, un trou non représenté correspondant au trou 48.Ce trou non représenté communique directement avec l'intérieur de la bride intermédiaire d'angle 16 étanche au gaz. Selon les lignes 74, 76 en pointillés, du gaz peut s'écouler hors de la partie de parcours 66 dans la bride intermédiaire d'angle 16 et de là, dans le tube de gaz 27 et le tube de gaz 77. Les parties de parcours 78, 79, 81 étant de même conception, elles ne sont pas décrites plus en détail. Comme on le voit, les parties de parcours 78, 81 se situent au-dessous de la diagonale 39 et les parties de parcours 66, 79 audessous de la diagonale 38. On peut dire aussi que les parties de parcours 66, 78, 79, 81 sont disposées de manière symétrique, en étoile et ont la même forme. Les sens d'écoulement sont indiqués par des flèches. Deux cloisons 82, 83 rectilignes, parallèles entre elles, très écartées, et parallèles à la bissectrice des diagonales 38, 39, s'élèvent verticalement vers le haut, à partir du trou 47 central et de sa zone environnante à la figure 2. On crée ainsi une partie de parcours 84 pour l'évacuation du gaz. Le gaz s'écoule à partir des tubes de gaz 27, 28 dans la bride de passage 26 qui est creuse. En direction de la cloison supérieure 42, elle comporte un trou non représenté qui communique avec un trou, également non représenté, situé directement au-dessous, pratiqué dans la paroi supérieure 42. La ligne 74 symbolisant le flux du gaz rencontre dans la bride de passage 26, une autre ligne 68 symbolisant un autre flux de gaz. Ces deux flux de gaz sont de même importance.Ils parviennent dans la partie de parcours 84, par les trous non représentés, y traversent un échangeur de chaleur 86 et sont aspirés dans le volume d'aspiration 62 par le trou 47. De la même manière, une partie de parcours 87 comportant un échangeur de chaleur, mène de la bride de passage 31 au trou central 47, une partie de parcours 88 mène de la bride de passage 33 au trou central 46 et de même une partie de parcours 89 part de la bride de passage 36. Les cloisons 82, 83 forment avec les parois délimitant les autres parties de parcours une grande croix dont les angles 91 s'arrêtent bien avant le trou central 47. I1 en résulte de bonnes conditions d'écoulement, puisque les écoulements sont symétriques et de même importance; ils ne rencontrent aucun obstacle et sont guidés de façon linéaire.Ce guidage linéaire se rencontre naturellement aussi dans les autres parties de parcours 66, 78, 79, 81. Autour des trous 48, 49, 51, 52 représentant les sources, on dispose de beaucoup de place de même autour du trou 47 qui représente un dissipateur. Les distances des cloisons de chaque partie de parcours sont les mêmes, de sorte que la résistance spécifique à l'écoulement est également la même. La hauteur de l'ensemble représenté à la figure 3 est d'environ 80 cm. Il suffit donc d'un volume d'une hauteur de 80 cm et d'une longueur de côté du carré d'environ 85 cm. Le laser selon la figure 5 est réalisé à partir de deux lasers selon la figure 1, le module représenté en bas à gauche ayant été assemblé avec le module identique représenté en haut à droite, par une bride de liaison 21'. Dans un module représenté en bas à gauche, il manque donc par rapport à la figure 1, la bride intermédiaire d'angle 17' et le module représenté en haut à droite n'a ni miroir 22 servant à la réflexion totale ni un miroir de sortie 23. A cet endroit, le parcours du rayonnement traverse de façon linéaire, à 900 exactement, la bride de liaison 21'. Au milieu de la bride de liaison 21', le rayonnement se croise, ce qui comme on le sait ne comporte aucun problème de construction, ni de problème thermique. Pour voir comment sont disposés la soufflante, l'échangeur de chaleur et les parcours du gaz de refroidissement par rapport aux sections de tube de gaz, il faut prendre la figure 2 et - comme cela a été fait pour la figure 5 - accoupler deux vues à l'angle, en utilisant une bride de liaison; on voit alors les détails de construction comme le montre la figure 5. La figure 6 montre l'accouplement de trois modules, et non de deux comme la figure 5. La flèche en bas à gauche de la figure 6 montre la sortie du rayon laser. Comme on le voit, il faut dans ce cas sept miroirs de déviation déviant à 450 ainsi que deux brides de liaison semblables. I1 est facile de faire le compte des miroirs de déviation, des miroirs de réflexion totale et des miroirs de sortie ainsi économisés. La figure 7 montre qu'il n'est pas nécessaire de continuer de s'étendre toujours à l'angle opposé en diagonale. On peut aussi s'étendre aux deux angles voisins du premier module. La configuration à cinq modules de la figure 8 peut résulter de la configuration de la figure 6, un module ayant été accroché aux angles libres du module central. Comme on le voit, le module central n'a pas besoin d'un miroir de déviation à 450. I1 suffit de recourir à quatre simples brides de liaison courantes. Si l'on suit le rayon laser de la figure 8, on voit que toutes les sections de tube de gaz ont été utilisées pour le laser. La figure 9 montre une disposition en échiquier de 16 modules. Le rayon laser sorti est représenté par une flèche dirigée vers le bas. Mais on pourrait ici faire sortir le rayon en tout autre angle situé vers l'extérieur. Un module a été hachuré. Bien que l'on ait 4 x 4 = 16 modules, il suffit de 20 miroirs de déviation à 450. Ceci est peu comparé au nombre de modules, et démontre la loi selon laquelle plus le système est fermé, plus on économise de miroirs de déviation. I1 faut 21 brides de liaison qui cependant sont de construction simple, comme il a été expliqué plus haut. Comme pour les autres accouplements, les miroirs placés dans les brides de liaison n'ont pas besoin d'être refroidis, ce qui fait que dans cette mesure aussi, l'invention est plus simple.On a évidemment toujours besoin en un point d'un miroir de réflexion totale et d'un miroir de sortie. Selon la figure 11, on peut aussi fonctionner sur deux plans et doubler encore la puissance par rapport à la figure 9, sans qu'il soit nécessaire de prévoir une plus grande surface de base. Ce doublement est naturellement possible aussi avec des unités simples, telles que l'unité selon les figures 5, 6, 7 ou 8. On a ici besoin uniquement des miroirs à 450 représentés en pointillés qui réfléchissent non pas dans le plan du dessin de la figure 9, mais perpendiculairement et une fois d'un plan dans l'autre. Ces miroirs de couplage reliant deux plans entre eux, sont désignés par 91 et 92. Comme on le voit, les moteurs 54 du plan inférieur font saillie vers le bas et les moteurs 54' du plan supérieur, vers le haut. Avec le module de base, il est possible de prévoir ceux-ci dans n'importe quelle position dans l'espace.Par exemple, le dispositif de la figure 9 ne doit pas être nécessairement horizontal. I1 peut aussi être disposé verticalement, contre le mur, et en conséquence, le dispositif de la figure 11 pourrait constituer pour ainsi dire une double paroi verticale. La figure 10 montre comment les éléments constitutifs doivent être assemblés entre eux: si l'on suit le parcours du rayonnement qui forme la boucle 94, on voit que les sections de tube de gaz qui sont situées dans la boucle 96 représentée en pointillés, ne sont pas utilisées. On obtient ainsi beaucoup moins qu'une énergie quatre fois supérieure. Cette disposition serait intéressante si l'on voulait produire deux rayons laser indépendants l'un de l'autre. I1 faudrait alors déclencher en plus par exemple selon la flèche 97 dessinée en pointillés, supprimer naturellement le miroir à 900 et prévoir aussi à cet endroit une bride terminale 21 du type de celle de la figure 1. On aurait alors deux rayons laser semblables suivant une disposition stéréo. REVENDICATIONS 1. Laser de puissance à C02 selon la revendication 1 de la demande de brevet principale Nc 88 09554 du 13 Juillet 1988 comportant une bride terminale, comportant des sections de tube de gaz disposées en carré entre les brides intermédiaires d'angle et la bride terminale, comportant une table, comportant une soufflante, comportant des échangeurs de chaleur, et comportant des parcours de gaz de refroidissement à partir et en direction de la soufflante et à partir et en direction des sections de tube de gaz, caractérisé par les caractéristiques suivantes:: (a) le laser de puissance forme un module; (b) dans chaque cas, au moins deux modules, au moins à peu près semblables sont assemblés entre euxt (c) l'assemblage s'effectue aux angles des modules par une bride de liaison (21) qui laisse passer à l'intérieur les rayons laser et qui assemble entre elles, de manière rectiligne, deux sections de tube de gaz (27) de modules différents. 2. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que trois modules au moins sont assemblés entre eux en escalier (figure 6). 3. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que trois modules au moins sont assemblés entre eux en quinconce (figure 7). 4. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas où l'on a quatre modules, trois d'entre eux sont assemblés aux trois angles d'un module central. 5. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas où l'on a cinq modules, quatre d'entre eux sont assemblés aux quatre angles d'un module central (figure 8). 6. Laser selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu plusieurs plans de groupes de modules.