Brevet FR2633726A1 — publié le 19900105

Miroir b laser b haute énergie de grande surface et procédé de fabrication d'un tel miroir L'invention concerne un 'miroir à laser à haute énergie, de grande surface, en particulier miroir poli semi- conducteur, et son procédé de fabrication On sait fabriquer des miroirs de grande surface (voir GB-A 21 70 323, revendication 9), destinés à dévier des rayons laser à haute énergie, en laminant un métal présentant de bonnes propriétés de réflexion au laser, comme le cuivre ou l'aluminum, ou un alliage métallique à propriétés correspondantes de réflexion, pour obtenir une feuille aussi mince que possible, qui est ensuite déroulée sur une structure porteuse présentant une surface support, plane dans le cas d'un miroir plan, et collée. On effectue un polissage consécutif pour assurer la qualité de surface nécessaire de la surface de miroir active. Les plaques minces en beryllium et en particulier en silicium se sont avérées très favorables pour 'ce qui concerne une réflexion élevée, donc pour une faible absorption résiduelle, avec des propriétés extrêmement favorables du point de vue de la stabilité mécanique. Il y a un avantage économique particulier à ce que les minces plaques en silicium à propriétés optiques et mécaniques extrêmement bonnes soient disponibles dans une gamme d'épaisseur très large, sous forme de ce que l'on appelle les pastilles pour la fabrication industrielle à grande échelle de semi- conducteurs, et soient ainsi d'un coût intéressant. En tous cas, le diamètre de ces tranches est limité, du fait qu'il s'agit de sections transversales de cultures monocristallines. On ne peut pas réaliser le procédé mentionné ci- dessus de fabrication de miroirs à partir de feuilles minces obtenues par laminage si des surfaces de miroir sont nécessaires pour la technique au laser à haute énergie, dont le diamètre est plus grand (en pratique même, plus grand de la valeur de plusieurs ordres de grandeurs) que celui 'des pastilles (de silicium) les plus grands disponibles; ceci parce que ces matériaux semi-conducteurs optimaux pour la technique à laser à haute énergie ne peuvent pas être laminés en feuilles. C'est pourquoi la fabrication de miroirs pour application laser à haute énergie est limitée à des métaux laminables en feuilles, ou toutefois aux plaques à semi-conducteur (pastilles de silicium) de diamètre comparativement faible qui sont disponibles industriellement. Connaissant ces faits, l'invention a pour but d'indiquer la structure d'un miroir laser à haute énergie, ou un procédé pour réaliser sa fabrication, surmontant les limites prédéterminées pour se qui concerne les matériaux, permettant également de fabriquer des miroirs laser à semi-conducteur de surface extrêmement grande. Ce problème est résolu, selon l'invention, en ce que le miroir est construit avec un groupage sans lacune en genre de mosaïque sur une structure porteuse de segments en pastilles, soudés ensemble avec un Joint bord à bord et qui est construit de façon que les segments semiconducteurs découpés sans lacune en genre de mosaïque soient soudés ensemble le long de leurs joints placés bord à bord. Cette solution selon l'invention repose sur la connaissance du fait qu'avec les procédés de soudage modernes, tels qu'on les connaIt comme procédé de soudage à rayon laser ou à rayon électronique, il est tout-afait possible de souder ensemble également des éléments de construction à semi-conducteur, comme le beryllium ou le silicium, bord-A-bord, pour former une plaque présentant des propriétés matière suffisamment homogène avec continuité et ainsi également des peopriétés réfléchissantes, ceci en agissant à proximité immédiate des deux côtés des Joints étroits existant entre les deux segments de plaques contiguës. Les paires de segments limitrophes sont de ce fait reliés ensemble dans la totalité de leur profondeur qui est importante pour la technique de soudage (donc l'épaisseur du matériau), de façon que, d'un point de vue physique, pour le rayon laser à haute énergie qui est incident sur la surface de miroir et réfléchie par celle-ci, la mosaïque se composant des segments assemblés sans lacune représente une surface de miroir continue. Il est ainsi possible de créer des miroirs laser ayant pratiquement toute dimension souhaitée, ainsi que cela n'était réalisable auparavant qu'uniquement à partir de métaux ou d'alliages métalliques laminés, O10 ceci à partir de tranches de semi-conducteurs disponibles en grande quantité pour un prix intéressant dans l'industrie des semi-conducteurs. Certes, on sait déJa en principe grouper des miroirs laser à haute énergie à partir de segments voisins entre eux, sans lacune; voir Laser- Focus, volume 17, (1981 N 9, Page 56, figure 5). Pour ce qui concerne les segments individuels, il s'agit toutefois de surfaces partielles de miroir qui ne sont pas reliées ensemble, disposables les unes contre les autres perpendiculairement à la surface, pour obtenir une surface de miroir résultant non plane; ainsi que nécessaire, pour compenser par l'intermédiaire de la géométrie du miroir certaines perturbations de propagation atmosphérique de rayon laser à haute énergie. La. constitution d'un miroir laser à haute énergie de grande surface, à partir d'un tel groupage de corps de miroirs individuels plus petits disposés en genre de mosaïque ou de surface partielles de miroir n'est pas possible, du fait qu'on demande à un miroir laser de grande surface une surface réfléchissante continue, en particulier continu et plane. Cette exigence conditionne pour la surface réfléchissante une surface polie ininterrompue, toutefois, pour des raisons touchant à la technique d'usinage, un groupe de surfaces partielles de miroir individuelles, appliquées bord à bord les unes à côté des autres n'est pas polissable et n'est ainsi pas approprié à la construction d'une surface de miroir fermée présentant des propriétés de surface continues. Selon une autre caractéristique de l'invention, les segments sont des pastilles de silicium découpées, usuelles dans le commerce, dans la technologie des semi-conducteurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, les segments sont des plaques de beryllium minces. Selon une autre caractéristique de l'invention, une structure porteuse en matière plastique composite renforcée de fibre de verre, comprenant une plaque support et des nervures de raidissement sur leur face de plaque support opposée à la plaque de miroir. Selon une autre caractéristique de l'invention, les Joints soudés ensemble des segments de miroir se développent sur des renfoncements situés dans la surface support d'une plaque support. Selon une autre caractéristique de l'invention, les segments sont reliés ensemble par l'épaisseur de leur matière au cours du soudage au laser. Selon une' autre caractéristique de l'invention, les segments sont reliés ensemble par l'épaisseur de leur matière au cours du soudage par rayon électronique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les segments sont reliés ensemble le long: de leurs joints au-dessus de renfoncements dans une plaque support destinée aux segments. Selon une autre caractéristique de l'invention, la surface de miroir du miroir obtenu à partir de segments soudés ensemble est d'abord retouchée par enlèvement mécanique de matière, au moins dans la zone d'un bourrelet du cordon de soudure faisant saillie, la surface de miroir étant ensuite polie. Diverses autres caractéristiques et avantages du dispositif de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Un mode de réalisation préféré de l'invention est représenté à titre d'exemple non limitatif au dessin annexé, sans échelle, dont la figure unique représente en section éclatée un miroir pour rayonnement laser à haute énergie composé par soudage de plusieurs segments en tranches et retouché mécaniquement sur la surface réfléchissante. Le miroir laser Il représenté se compose d'une structure 12 aussi légère que possible, tout en étant mécaniquement stable, pour une plaque de miroir 13. -Dans le cas de réalisation représentée, la stucture porteuse 12 présente une plaque support 15 en métal léger ou en matière plastique composite renforcée par fibres de verre, raidie mécaniquement au moyen de nervures 14. Les segments individuels 16 sont disposes sur la plaque support 15, par exemple fixés par collage, à savoir places frontalement les uns contre les autres, avec un joint.bord à bord, sans lacune. Les segments individuels 16 peuvent présenter des formes quadratiques, triangulaires, ou de préférence hexagonales en forme de nids d'abeille, pour pouvoir par exemple être groupées avec un déchet aussi limité que possible à partir des plaques rondes des pastilles de silicium usuelles dans le commerce, de façon que les segments 16 puissent être groupés en genre de mosaïque, pour former une plaque de miroir 13 sans lacune. Les segments 16 voisin& les uns des autres sont soudés ensemble le long de leurs joints 17, autant que possible sur la totalité de l'épaisseur de matériau du segment 18, pour former une plaque 13 ininterrompue ainsi qu'illustré symboliquement dans la représentation du dessin de section transversale, par les cordons de soudure 19 en forme de V. L'exécution de ces liaisons soudées peut s'effectuer au moyen d'installations de soudage au laser à haute énergie. La géométrie de section transversale du cordon de soudure 19 peut être influencée par le gaz de protection utilisé; ainsi, l'argon conduit à un cordon 19 plat et large, l'hélium à cordon étroit et profond. Du point de vue physique, l'utilisation d'un procédé de soudage à rayon d'électron à haute énergie est plus avantageuse, bien que plus coûteuse en appareils, parce que celle-ci est exécutée sous vide et qu'aucune vapeur ne peut apparaître au voisinage des cordons de soudure 19, qui pourrait conduire à des réaction chimiques avec les matériaux voisins des segments des plaques de miroir 16 et/ou de la structure 12. Le bourrelet de cordon de soudure 21 en saillie sur la surface de miroir 20 ultérieure, apparaissant selon les circonstances lors du soudage des joints 17 est éliminé par un usinage de retouche à enlèvement de copeaux de la plaque de miroir 13, la surface de miroir recevant ensuite sa qualité mécanique finale par rodage et polissage. O10 On a pris en considération sur le dessin qu'il peut être approprié de prévoir des renfoncements 23 en forme de rainure ou de canal dans la surface support 22 de la plaque support 15, pour que les Joints 17 et par conséquent s'y développent après montage des segments de miroir 16 et par conséquent ultérieurement les cordons de soudure 19. Un éventuel bourrelet arrière de cordon de soudure peut de ce fait ne pas conduire à un gauchissement de la plaque de miroir 13, et on évite même de manière sûre les réaction chimiques entre le matériau de la plaque support 15 et chaque cordon de soudure 19, parce que ce cordon ne se termine pas vers le dessous directement sur le matériau de la struture porteuse 12. Ces renfoncements 23 (et, le cas échéant d'autres canaux correspondants situés dans la surface support 22, directement sous la plaque de miroir 13) peuvent servir ensuite également de canaux d'écoulement pour un fluide de refroidissement, qui évacue les pertes thermiques reposant sur ' inévitable absorption de rayonnement, lors de l'irradiation du miroir 11 par un rayonnement laser à haute énergie, pour éviter les perturbations du fonctionnement venant de déformations thermiques du miroir laser 11. En principe il peut également être prévu de monter ensuite le miroir laser Il assemblé par soudage à partir des segments individuels 16 sur la construction support 12, par exemple pour l'usinage final de polissage de la surface de miroir 20. Revendications 1. Miroir à laser à haute énergie (11) de grande surface, en particulier miroir poli semi-conducteur, caractérisé par un groupage sans lacune en genre de mosaïque sur une structure porteuse (12) de segments en pastilles (16) soudés ensemble avec un joint bord à bord. 2. Miroir à laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments (16) sont des pastilles de silicium découpées, usuelles dans le commerce, dans la technologie des semi-conducteurs. 3. miroir à laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments (16) sont des plaques de beryllium minces. 4. Miroir à laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une structure porteuse (12) en matière plastique composite renforcée de fibre de verre, comprenant une plaque support (15) et des nervures de raidissement (14) sur leur face de plaque support opposée à la plaque de 2-0 miroir (13). 5. Miroir à laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les joint (17) soudés ensemble des segments de miroir (16) se développent sur des renfoncements (23) situés dans la surface support (22) d'une plaque support (15). 6. Procédé de fabrication d'un miroir à laser à haute énergie de grande surface, en particulier miroir poli semi-conducteur, caractérisé en ce que les segments semi-conducteurs découpés- sans lacune en genre de mosaïque sont soudés ensemble le long de leurs Joints placés bord à bord. 7. Procédé melon la revendication 6, caractérisé en ce que les segments sont reliés ensemble par l'épaisseur de leur matière au cours du soudage au laser. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les segments sont reliés ensemble par l'épaisseur de leur matière au cours du soudage par rayon électronique. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les segments sont reliés ensemble le long de leurs Joints. au-dessus de renfoncements dans une plaque support destinée aux segments. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la surface de miroir du miroir obtenu à partir de segments soudés ensemble est d'abord retouchée par enlèvement mécanique de matière, au moins dans la zone d'un bourrelet du cordon de soudure faisant saillie, la surface de miroir étant ensuite polie.