Brevet FR2663794A2 — publié le 19911227

FR 2663794 A2 19911227 FR 9008423 A 19900626 Dispositif d'analyse en mode continu et en mode impulsionnel de la répartition d'énergie au sein d'un faisceau laser de puissance et de l'alignement de ce dernier Le brevet principal a pour objet un dispositif d'analyse de la répartition d'énergie au sein d'un faisceau laser de puissance, essentiellement constitué par un capteur thermo-électrique directement exposé au faisceau laser et délivrant des signaux électriques à un dispositif intermédiaire de démultiplexage et d'amplification, et par un ordinateur ou un micro-ordinateur de traitement des mesures et de visualisation en temps réel de la distribution de l'énergie dans le faisceau, relié au dispositif intermédiaire et pilotant ce dernier, caractérisé en ce qu'il fonctionne en mode continu et en mode impulsionnel, et en ce que le capteur thermoélectrique est constitué par un corps étanche, dont la face, tournée vers la source du faisceau laser, est métallique et constitue, en coopération avec des fils métalliques, le support des thermocouples disposés sur des cercles coaxiaux ou suivant une matrice carrée ou rectangulaire, ou encore suivant une croix ou une étoile, les fils traversant, de manière étanche, la face du corps opposée à la face tournée vers la source du faisceau laser, et le corps étant pourvu, en outre, de deux orifices de circulation d'un fluide de refroidissement. Les thermocouples sont avantageusement réalisés à partir de couples fer-constantan, la face du corps du capteur étant réalisée en une tôle de fer pur, dont l'état de surface est uniforme, et les fils métalliques étant en constantan ; la soudure entre chaque fil du thermocouple et la tôle formant la face est réalisée, soit à l'arc par décharge capacitive d'une rampe de con densateurs, soit à l'aide d'un laser pulsé, par soudure par transparence. La disposition des thermocouples est fonction de la finesse d'analyse, ou résolution requise, du diamètre du faisceau au niveau du plan d'analyse, et du nombre de voies du dispositif intermédiaire de démultiplexage auquel lesdits thermocouples sont reliés, et l'écartement entre chacun des thermocouples dépend du diamètre des fils et du procédé de soudage qui est adopté. La face du corps étanche tournée vers la source du faisceau laser est refroidie par une circulation forcée d'un liquide de refroidissement, généralement de l'eau, dont le débit est régulé de manière à permettre l'établissement du régime thermique. Le dispositif d'analyse selon le brevet principal est avantageusement monté de manière pivotable sur un axe parallèle à l'axe du faisceau laser, soit extérieurement devant le hublot de sortie de la cavité laser, soit intérieurement devant ledit hublot dans la cavité laser. Ainsi, pour la réalisation d'une mesure il suffit d'interrompre le faisceau laser par interposition du dispositif, ce dernier étant pivoté hors du faisceau après la mesure. Le capteur peut également être monté perpendiculairement à l'axe du faisceau laser et coopérer, pour la mesure, avec un obturateur escamotable constitué par un miroir incliné à 45" par rapport aux axes du faisceau laser et du capteur, et pouvant être placé dans le par cours du faisceau laser au moyen d'un vérin ou d'une came au moment de la mesure. Ainsi, le dispositif permet de contrôler le faisceau qui est réfléchi par le miroir sur le capteur avant utilisation sur le poste de travail. Le contrôle du faisceau est avantageusement effectué pendant les temps morts, en utilisant le capteur comme piège à lumière. Le capteur peut également être monté obliquement par rapport au faisceau laser et coopérer avec un obturateur escamotable incliné de manière correspondante, ou remplacer ce dernier, et réfléchir l'énergie non absorbée sur un piège à lumière. Dans le cas d'un contrôle du faisceau à l'extérieur de la cavité laser, le dispositif selon le brevet principal peut permettre d'effectuer des diagnostics sur l'état des optiques par réalisation de contrôles du faisceau laser avant et après chacune des optiques. Le dispositif est également utilisable pour la vérification des stabilités directionnelles de mode et de dimension du faisceau. L'ordinateur ou le micro-ordinateur de traitement des mesures et de visualisation en temps réel de la distribution de l'énergie dans le faisceau est relié au dispositif intermédiaire par un convertisseur analogique-digital, et commande ledit dispositif au moyen d'une interface parallèle. Cet ordinateur ou micro-ordinateur, qui comporte de manière connue une unité centrale, une mémoire de masse et un écran graphique, est relié, en outre, à une imprimante. Ce dispositif permet, certes, un asservissement en position des miroirs de la cavité laser à partir d'une interprétation rapide des mesures enregistrées, et donc de réaliser un pilotage quasiment en temps réel desdits miroirs de la cavité laser, mais nécessite, toutefois, une répétition des mesures après chaque miroir par déplacement et insertion du capteur dans le faisceau à la suite de chaque miroir, de sorte que l'analyse de la répartition d'énergie reste malgré tout relativement longue. En outre, le capteur selon le brevet principal ne permet pas une vérification simultanée de l'alignement du faisceau. La présente demande de certificat d'addition a pour objet un perfectionnement du capteur selon le brevet principal. Conformément à l'invention, le capteur est avantageusement intégré dans la face arrière d'au moins un miroir de la cavité laser, ledit miroir formant la face avant dudit capteur. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique annexé, dans lequel la figure 1 est une vue en coupe d'un miroir pourvu d'un capteur conforme à l'invention la figure 2 est une vue en plan par l'arrière du miroir suivant la figure 1, le couvercle de fermeture étant enlevé, et la figure 3 est une vue partielle en élévation latérale et en coupe, à plus grande échelle, du miroir suivant la figure 1. Conformément à l'invention, et comme le montre plus particulièrement, à titre d'exemple, la figure 1 du dessin annexé, le dispositif d'analyse de la répartition d'énergie au sein d'un faisceau laser de puissance, qui est essentiellement constitué par un capteur thermoélectrique 1 directement exposé au faisceau laser 2 et délivrant des signaux électriques à un dispositif intermédiaire de démultiplexage et d'amplification, et par un ordinateur ou un micro-ordinateur de traitement des mesures et de visualisation en temps réel de la distribution de l'énergie dans le faisceau 2, relié au dispositif intermédiaire et pilotant ce dernier, et qui fonctionne en mode continu et en mode impulsionnel, le capteur thermo-électrique étant constitué par un corps étanche 5, dont la face, tournée vers la source du faisceau laser, est métallique et constitue, en coopéra tion avec des fils métalliques 7, le support des thermocouples disposés sur des cercles coaxiaux ou suivant une matrice carrée ou rectangulaire, ou encore suivant une croix ou une étoile, les fils 7 traversant, de manière étanche, la face 8 du corps 5 opposée à la face tournée vers la source du faisceau laser 2, et le corps 5 étant pourvu, en outre, de deux orifices 9 de circulation d'un fluide de refroidissement, caractérisé en ce que le capteur 1 est avantageusement intégré dans la face arrière d'un miroir 18 de la cavité laser, ledit miroir 18 formant la face avant dudit capteur 1. Le miroir 18, qui est, de manière connue, un miroir en cuivre poli est avantageusement percé, en face arrière, par électro-érosion de trous borgnes 19 (figures 1 à 3) approchant la surface réfléchissante d'une dimension correspondant sensiblement à leur diamètre, à savoir de l'ordre de 0,5 mm. Comme décrit dans le brevet principal, ces trous borgnes 19 peuvent être répartis sur la surface de la face arrière du miroir 18 suivant une matrice pré- établie, par exemple, dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, suivant une matrice en croix, chaque trou 19 étant pourvu d'un fil de constantan 7 soudé dans son fond par décharge capacitive afin de constituer un couple thermo-électrique. La face 8 du capteur 1 opposée au miroir 18 est sous forme d'un couvercle étanche muni de trous de passage étanche des fils 7 et fixé sur la face arrière du miroir 18 au moyen d'une bague filetée intérieurement 20 s'appuyant sur la périphérie du miroir 18 et coopérant avec un filetage du capteur 1. Bien entendu, tout autre dispositif de fixation du miroir sur le capteur, ainsi que tout autre dispositif de refroidissement sont possibles. Ainsi, une circulation d'un fluide de refroidissement, à savoir notamment d'eau, est rendue possible en face arrière du miroir 18 formant capteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le miroir 18 formant capteur est avantageusement monté sur un axe, actionné par un moteur pas-à-pas ou analogue, dont la commande est réalisée par l'intermédiaire de l'ordinateur ou du micro-ordinateur de traitement des mesures, en fonction de ces dernières. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, tous les miroirs de la cavité laser sont pourvus d'un capteur thermo-électrique intégré dans leur face arrière. Comme dans le mode de réalisation selon le brevet principal, les fils 7 sont reliés à un dispositif intermédiaire de démultiplexage et à un ordinateur ou à micro-ordinateur de traitement des mesures et de visualisation en temps réel de la distribution de l'énergie dans le faisceau 2. Grâce à l'invention, il est possible d'analyser en continu la répartition d'intensité au sein d'un faisceau laser lors d'un tir pulsé ou continu, par l'utilisation d'une matrice de thermocouples reliée à un ordinateur, le capteur 1 comportant ladite matrice étant directement incorporé à au moins un miroir 18 et exposé directement et en continu au faisceau et permettant de visualiser en temps réel la distribution dans le faisceau. En outre, le dispositif conforme à l'invention permet de réaliser, à partir du contrôle du faisceau, un réglage optimal des miroirs de la cavité laser, par intervention manuelle ou à l'aide d'un asservissement. Ce dispositif est simple de mise en oeuvre et de réglage et d'un faible prix de revient, et permet un contrôle en continu fiable, à savoir sans intermédiaire entre le faisceau et le capteur, et facilement exploitable par traitement informatique. De plus, ce dispositif est peu encombrant et ne comporte pas de pièces en mouvement. Par ailleurs, ce dispositif permet également de réaliser l'alignement du faisceau laser proprement dit, les miroirs équipés des capteurs thermo-électriques étant placés directement dans la chaîne optique de transport du faisceau et permettant de contrôler en tout lieu et à tout moment l'état du faisceau. Le dispositif conforme à l'invention présente des possibilités d'utilisation particulièrement intéressantes en ambiance industrielle, par exemple, pour déceler une anomalie de fonctionnement et/ou pour faire un suivi de l'état d'une machine, notamment par archivage informatique. Dans le cas d'une utilisation en laboratoire, le dispositif permet d'assurer utilement la bonne reproductibilité des essais effectués. Enfin, ce dispositif est utilisable pour des faisceaux laser de toutes natures et de toutes géométries. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté au dessin anne xé. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'analyse de la répartition d'énergie au sein d'un faisceau laser de puissance, essentiellement constitué par un capteur thermo-électrique (1) directement exposé au faisceau laser (2) et délivrant des signaux électriques à un dispositif intermédiaire de démultiplexage et d'amplification, et par un ordinateur ou un micro-ordinateur de traitement des mesures et de visualisation en temps réel de la distribution de l'énergie dans le faisceau (2), relié au dispositif intermédiaire et pilotant ce dernier, et qui fonctionne en mode continu et en mode impulsionnel, le capteur thermo-électrique étant constitué par un corps étanche (5), dont la face, tournée vers la source du faisceau laser, est métallique et constitue, en coopération avec des fils métalliques (7), le support des thermocouples disposés sur des cercles coaxiaux ou suivant une matrice carrée ou rectangulaire, ou encore suivant une croix ou une étoile, les fils (7) traversant, de manière étanche, la face (8) du corps (5) opposée à la face tournée vers la source du faisceau laser (2), et le corps (5) étant pourvu, en outre, de deux orifices (9) de circulation d'un fluide de refroidissement, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 du brevet principal, caractérisé en ce que le capteur (1) est avantageusement intégré dans la face arrière d'un miroir (18) de la cavité laser, ledit miroir (18) formant la face avant dudit capteur (1). 2. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir (18) est avantageusement percé, en face arrière, par électro-érosion de trous borgnes (19) approchant la surface réfléchissante d'une dimension correspondant sensiblement à leur diamètre, à savoir de l'ordre de 0,5 mm. 3. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la face (8) du capteur (1) opposée au miroir (18) est sous forme d'un couvercle étanche muni de trous de passage étanche des fils (7) et fixé sur la face arrière du miroir (18) au moyen d'une bague filetée intérieurement (20) s'appuyant sur la périphérie du miroir (18) et coopérant avec un filetage du capteur (1). 4. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le miroir (18) formant capteur est avantageusement monté sur un axe, actionné par un moteur pas-à-pas ou analogue, dont la commande est réalisée par l'intermédiaire de l'ordinateur ou du micro-ordinateur de traitement des mesures, en fonction de ces dernières. 5. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un capteur thermo-électrique est intégré dans la face arrière de chaque miroir de la cavité laser.