Brevet FR2636437A1 — publié le 19900316

Absorbeur pour faisceau lumineux de puissance La présente invention peut trouver application en cas d'utilisation de faisceaux lumineux de puissance ou d'essais en vue d'améliorer la production de tels faisceaux. On sait que dans un tel cas il est souhaitable de disposer d'un absorbeur capable d'absorber un tel faisceau sans dommage. Un absorbeur connu comporte une paroi plane dont une surface est absorbante pour la lumière du faisceau à absorber. C'est sur cette surface que l'énergie lumineuse du faisceau est transformée en chaleur. Sa nature est donc choisie pour résister à de hautes températures. Quant à la paroi qui porte cette surface, elle est choisie pour résister à des températures qui peuvent être moins élevées et pour présenter une bonne conductibilité thermique de manière à répartir la chaleur dans la masse de l'absorbeur et/ou à la transmettre à un circuit de refroidissement. Un tel absorbeur présente divers inconvénients - La puissance lumineuse susceptible d'être absorbée sans dommage pour l'absorbeur est limitée par la résistance de la surface absorbante à la chaleur et par la conductibilité thermique de la paroi sous jacente. - Une petite fraction de la puissance lumineuse n'est pas absorbée Elle est renvoyée par l'absorbeur, par réflexion ou diffusion, et peut causer des dommages à ltextérieur de l'absorbeur. La présente invention a notamment pour buts de permettre d'absorber une puissance ou une énergie lumineuse accrues, avec un minimum de risque de renvoi de lumière, et à l'aide d-'un absorbeur de réalisation et d'emploi simples et économiques. Et, dans ces buts, elle a notamment pour objet un absorbeur pour faisceau lumineux de puissance, cet absorbeur comportant une ~ ç paroi d'absorption qui résiste à la chaleur et qui présente une surface absorbante pour la lumière du faisceau à absorber, cet absorbeur étant caractérisé par le fait qu'il comporte un miroir de répartition courbe pour recevoir un faisceau incident à absorber et pour le réfléchir sous la forme d'un faisceau réfléchi divergent en direction de ladite surface absorbante de manière que l'aire de cette surface illuminée par ce faisceau réfléchi soit supérieure à la section de ce faisceau incident. A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise en oeuvre dans le cadre de l'exposé qui en a été donné ci-dessus. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en élévation et coupe axiale partielles d'un absorbeur selon la présente invention. La figure 2 représente une vue du même absorbeur en perspective avec arrachement partiel. La figure 3 représente une vue en coupe axiale à échelle agrandie d'un bloc métallique constituant le miroir de répartition de cet absorbeur, ce bloc étant fixé sur un support arrière. La figure 4 représente une vue de derrière de ce bloc métallique sans ce support. Conformément à une disposition constructive préférée visible sur les figures 1 et 2 l'absorbeur donné en exemple présente un axe 2 et une longueur parallèle à cet axe. Il comporte les éléments suivants - Une face avant 4 pourvue d'une ouverture d'entrée 6 autour de cet axe pour laisser pénétrer ledit faisceau incident à absorber. Il s'agit d'un faisceau parallèle qui est dirigé selon cet axe et qui est représenté par trois rayons R1, R2 et R3. - Une face arrière 8 portant ledit miroir de répartition 10 en regard de cette ouverture d'entrée. Ce miroir est de révolution autour de l'axe 2. - Et ladite paroi d'absorbtion qui est représentée en 12 et qui s'étend sous la forme d'une surface sensiblement cylindrique de révolution autour de cet axe entre ces faces avant et arrière. Ladite surface absorbante 14 est constituée par la surface interne de cette paroi. Cette paroi d'absorption est par exemple réalisée en cuivre et épaisse de 10 mm. Sa surface intérieure est traitée, par exemple noircie pour absorber efficacement une lumière de longueur d'onde 10600 nanomètres, même sous incidence fortement oblique. La longueur de cette surface est de 280 mm et son diamètre de 250 mm. Selon une disposition constructive préférée plus particulière cet absorbeur comporte une plaque avant 4 formant ladite face avant et percée de ladite ouverture d'entrée 6, - et une plaque arrière 8 constituant ladite face arrière et portant en son centre ledit miroir de répartition 10. Ladite paroi d'absorption 12 est fixée entre ces plaques arrière et avant. Elle présente un diamètre intérieur supérieur à celui de cette ouverture d'entrée. La plaque arrière 8 présente plus particulièrement encore la forme d'une couronne circulaire entourant le miroir de répartition 10 et elle porte ce miroir par l'intermédiaire d'un support arrière 16 présentant la forme d'une plaque circulaire occupant l'ouverture centrale de cette couronne. Le diamètre de ce miroir est légèrement supérieur à celui de l'ouverture d'entrée 6. Le diamètre extérieur des plaques avant et arrière est sensiblement supérieur, pour des raisons de construction, à celui de la surface absorbante 14. Ce dernier est lui même voisin du double de celui de l'ouverture d'entrée 6, ce qui donne une aire importante à la surface absorbante 14. De plus certains des rayons lumineux R"1 éventuellement réfléchis par cette surface sont alors interceptés par la face arrière 5 de la plaque avant 4 autour de l'ouverture d'entrée 6. Selon une autre disposition préférée ladite paroi d'absorption 12 est entourée par une paroi de doublage 18 qui laisse un intervalle annulaire 20 pour la circulation d'un fluide de refroidissement, qui est typiquement de l'eau. Selon une autre disposition préférée ledit miroir de répartition 10 est formé sur une face avant d'un bloc métallique 22 dont une face arrière est creusée de rainures 24 pour la circulation d'un fluide de refroidissement, ce bloc étant appliqué par cette face arrière sur le support arrière 16. Ce bloc et ces rainures sont visibles sur les figures 3 et 4. Selon une autre disposition préférée l'absorbeur comporte un circuit de refroidissement pour faire circuler ledit fluide de refroidissement en série d'abord dans lesdites rainures 24 dudit bloc 22 constituant ledit miroir 10 de répartition, puis dans ledit intervalle annulaire 20 autour de ladite paroi d'absorption 12. Ce circuit comporte une entrée d'eau 26 à travers le support 16, les rainures 24, une sortie d'eau 28 à travers ce support, une conduite de raccordement 30, une entrée d'eau 32 dans ledit intervalle annulaire 20 à travers la paroi de doublage 18, et une sortie d'eau 34 à travers cette même paroi. Il se raccorde à des moyens de mesure et de refroidissement extérieurs. Ceci permet de constituer un calorimètre pour la mesure de l'énergie du faisceau incident absorbé. Selon une disposition préférée la forme dudit miroir de répartition 10 est choisie de manière que la puissance d'un faisceau parallèle constituant ledit faisceau incident à absorber R7, R2, R3 soit répartie sensiblement uniformément sur ladite surface absorbante 14. Pour obtenir ce résultat la forme dudit miroir de répartition 10 est donnée, à partir du choix d'une pente et d'une courbure en un point de ce miroir, par les équations suivantes 7+R-x dA K x sin A et sin A dx = K sm R : = arctg A/2 dx x et y étant les distances d'un point courant de ce miroir audit axe d'absorbeur et à un plan de référence perpendiculaire à cet axe, respectivement, A étant un angle dépendant de x, K étant une constante, et R étant le rayon de ladite surface absorbante. Les distance x et y constituent les coordonnées rectangulaires d'un point courant d'une courbe qui constitue la méridienne de la surface réfléchissante de révolution du miroir 10. Cette courbe apparat notamment sur la figure 3, sur laquelle sont également représentés les axes Ox et Oy selon lesquels ces coordonnées sont mesurées, l'axe Oy étant confondu avec l'axe 2 de l'absorbeur. L'angle A représente le double de l'inclinaison de cette courbe au point courant de coordonnées x et y. Les équations ci-dessus peuvent être résolues à l'aide d'un ordinateur, et permettent d'obtenir la forme représentée. Il est cependant clair que des formes voisines peuvent être utilisées. On peut par exemple approximer cette surface par des facettes. Quelle que soit le type de forme choisi, selon une disposition préférée selon la présente invention, ledit miroir de répartition 10 comporte une partie centrale en forme de pointe sur ledit axe d'absorbeur 2 et présente une variation de sa pente de son centre vers sa périphérie. Selon une autre disposition préférée plus particulière et adoptée dans l'absorbeur donné en exemple, ledit miroir de répartition 10 est convexe et comporte une partie périphérique 38 qui suit la forme d'un tronc d'un cône dont le demi-angle du sommet présente une première valeur voisine de 45 degrés, et une partie centrale qui suit la forme d'un cône dont le demi-angle au sommet présente une deuxième valeur supérieure à ladite première valeur. Sur la figure 1 un faisceau incident à absorber est constitué de rayons tels que R1, R2, R3 parallèles à l'axe 2. Ledit faisceau réfléchi divergent est constitué par des rayons correspondants R'1, R'2, R'3. Ces rayons sont en grande partie absorbés et très partiellement réfléchis par la surface absorbante 14 sous la forme de rayons tels que les rayons R"1, qui est intercepté par la plaque avant 4, et R"3 qui s'échappe par -l'ouverture d'entrée 6 et constitue un rayonnement parasite renvoyé par l'absorbeur. Les dispositions constructives adoptées sont telles que ce rayonnement parasite ne présente pas d'inconvénient important. REVENDICATIONS 1/ Absorbeur pour faisceau lumineux de puissance, cet absorbeur comportant une paroi d'absorption (12) qui résiste à la chaleur et qui présente une surface absorbante t14) pour la lumière du faisceau à absorber (R1, R2, R3), cet absorbeur étant caractérisé par le fait qu'il comporte un miroir de répartition (10) courbe pour recevoir un faisceau incident à absorber (Rî, R2, R3) et pour le réfléchir sous la forme d'un faisceau réfléchi divergent (R'1, R'2, R'3) en direction de ladite surface absorbante (14), de manière que l'aire de cette surface illuminée par ce faisceau réfléchi soit supérieure à la section de ce faisceau incident. 2/ Absorbeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme dudit miroir de répartition (10) est choisie de manière que la puissance d'un faisceau parallèle constituant ledit faisceau incident à absorber (Rî, R2, R3) soit répartie sensiblement uniformément sur ladite surface absorbante (14 > 3/ Absorbeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la forme dudit miroir de répartition (10) est de révolution autour d'un axe d'absorbeur (2) et donnée, à partir du choix d'une pente et d'une courbure en un point de ce miroir, par les équations suivantes si x dA x sin + sin A dx K - sin A et R arctg A/2 dx x et y étant les distances d'un point courant de ce miroir audit axe d'absorbeur (2) et à un plan de référence (Oy) perpendiculaire à cet axe, respectivement, A étant un angle dépendant de x, K étant une constante, et R étant le rayon de ladite surface absorbante (14). 4/ Absorbeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit miroir de répartition (10) comporte une partie centrale (36) en forme de pointe sur ledit axe d'absorbeur (2) et présente une variation de sa pente de son centre vers sa périphérie (38). 5/ Absorbeur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit miroir de répartition (10) est convexe et comporte une partie périphérique (38) qui suit la forme d'un tronc d'un cône dont le demi-angle du sommet présente une première valeur voisine de 45 degrés, et une partie centrale (36) qui suit la forme d'un cône dont le demi-angle au sommet présente une deuxième valeur supérieure à ladite première valeur. 6/ Absorbeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il présente un axe (2) et une longueur parallèle à cet axe et qu'il comporte - une face avant (4) pourvue d'une ouverture d'entrée (6) autour de cet axe pour laisser pénétrer ledit faisceau incident à absorber (R7, R3, R3) dirigé selon cet axe, - une face arrière (8) portant ledit miroir de répartition (10) en regard de cette ouverture d'entrée, ce miroir étant de révolution autour de cet axe, - et ladite paroi d'absorbtion tel2) s'étendant sous la forme d'une surface sensiblement cylindrique de révolution autour de cet axe entre ces faces avant et arrière, ladite surface absorbante (14) étant constituée par la surface interne de cette paroi. 7/ Absorbeur selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte une plaque avant (4) formant ladite face avant et percée de ladite ouverture d'entrée (6), - et une plaque arrière (8) portant ledit miroir de répartition (10), - ladite paroi d'absorption (12) s'étendant de cette plaque arrière à cette plaque avant et présentant un diamètre intérieur supérieur à celui de cette ouverture d'entrée, de manière que l'aire de ladite surface absorbante soit accrue (14) et que certains des rayons lumineux (R"1 > éventuellement réfléchis par cette surface soient interceptés par la face arrière (5) de ladite plaque avant autour de ladite ouverture d'entrée (6). 8/ Absorbeur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ladite paroi d'absorption (12) est entourée par une paroi de doublage (18) qui laisse un intervalle annulaire (20) pour la circulation d'un fluide de refroidissement. 9/ Absorbeur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit miroir de répartition (10) est formé sur une face avant d'un bloc métallique (22) dont une face arrière est creusée de rainures (24) pour la circulation d'un fluide de refroidissement, ce bloc étant appliqué par cette face arrière sur un support arrière (16) fixé à ladite paroi d'absorption (12 > . 10/ Absorbeur selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit de refroidissement pour faire circuler ledit fluide de refroidissement en série d'abord dans lesdites rainures (24) dudit bloc (22) constituant ledit miroir de répartition (70), puis dans ledit intervalle annulaire (20) autour de ladite paroi d'absorption (12).