Brevet FR2672441A1 — publié le 19920807

i ELECTRODE POUR LASER A VAPEUR METALLIQUE SERVANT DE SOURCE D'APPORT DE METAL ET LASER COMPORTANT UNE TELLE ELECTRODE. Description La présente invention a pour objet une électrode pour laser à vapeur métallique et servant de source d'apport de métal ainsi qu'un laser comportant une telle électrode. Usuellement, un laser à vapeur métallique comprend une enceinte contenant des billes métalliques qui sont vaporisées puis la vapeur de métal est excitée sous l'effet de décharges électriques longitudinales initiées entre des électrodes Dans les lasers à vapeur métallique, les électrodes sont usuellement de forme annulaire pour permettre une bonne répartition des décharges électriques dans la vapeur métallique. Les lasers à vapeur métallique nécessitent une maintenance importante due au fait que la vapeur métallique se condense dans les zones les plus froides de l'enceinte La charge en métal s'épuise donc rapidement et il est nécessaire de recharger l'enceinte fréquemment Outre le fait que pour cette opération le fonctionnement du laser doit être interrompu, la recharge en métal nécessite de nombreux réglages et manipulations, ce qui la rend d'autant plus fastidieuse. Le but de la présente invention est de fournir une source d'apport de métal supplémentaire qui permette d'espacer les opérations de recharge en métal Pour cela, l'invention préconise d'utiliser le métal arraché aux électrodes par le bombardement électronique et ionique produit lors des décharges électriques d'excitation pour alimenter la vapeur et compenser les pertes par diffusion dans le laser. Plus précisément, la présente invention concerne une électrode pour laser à vapeur métallique constituée au moins en partie d'un métal identique à celui de la vapeur et en ce qu'elle constitue une source de vapeur métallique. Selon un mode avantageux de réalisation, l'électrode comprend un moyen pour séparer l'électrode en une première partie apte à être vaporisée et une seconde partie apte à être maintenue à une température basse déterminée inférieure à la température de fusion du matériau constituant cette deuxième partie. Avantageusement, l'électrode comporte des moyens de refroidissement supportés par la seconde partie de l'électrode. Selon un mode particulier de réalisation, l'électrode présente une forme d'anneau, le moyen pour séparer l'électrode en des première et seconde parties étant un étranglement Cet étranglement permet d'obtenir un profil thermique favorable à la surchauffe de la première partie, intérieure de l'anneau, tout en conservant une température basse de la seconde partie ce qui permet un raccordement aisé à l'enceinte du laser. Avantageusement, la première partie est renflée de manière à constituer un réservoir de matière pouvant être vaporisée. Selon une variante de réalisation, l'électrode comprend des moyens pour surchauffer localement la première partie de l'électrode sous l'effet d'un bombardement électronique et ionique. Avantageusement, ces moyens de surchauffe locale sont des pointes fichées dans la première partie de l'électrode. Les pointes reçoivent la décharge et surchauffent le métal de l'électrode à leur pied; en cet endroit, le métal de l'électrode est alors vaporisé. Le métal vaporisé provenant de l'électrode risque de se condenser sur les zones les plus froides voisines et donc d'être perdu en tant qu'apport pour la vapeur métallique C'est pourquoi, l'électrode conforme à l'invention est plus particulièrement adaptée à une utilisation en tant qu'électrode intermédiaire dans une configuration de laser à p Lus de deux électrodes. La présente invention concerne aussi un laser comportant une telle électrode. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit donnée à titre explicatif et nullement limitatif Cette description est donnée en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe d'un laser à vapeur métallique muni d'une électrode conforme à l'invention; la figure 2 représente schématiquement une vue de face d'une électrode conforme à l'invention; la figure 3 représente schématiquement une vue partielle d'une variante de réalisation d'une électrode conforme à l'invention. En référence aux figures 1 et 2, on décrit maintenant un premier mode de réalisation d'une électrode conforme à l'invention. Le laser à vapeur métallique représenté schématiquement sur la figure 1 comprend une enceinte cylindrique contenant la vapeur métallique 12. Des billes métalliques (non représentées) sont déposées à l'intérieur d'un tube cylindrique en matériau réfractaire 14, par exemple en alumine. Elles sont vaporisées et excitées sous l'effet des décharges électriques initiées entre les électrodes d'extrémité 16, 18 et une ou plusieurs électrodes intermédiaires 20 (Une seule est représentée sur la figure 1) Les électrodes sont reliées à une source d'alimentation électrique 22. Le tube 14 est solidarisé à l'enceinte par des bagues en matériau réfractaire 15 Une ouverture est pratiquée dans le tube 14 au niveau de l'électrode intermédiaire 20 de manière à permettre le passage des impulsions de courant Les électrodes 16, 18, -20 présentent avantageusement une forme d'anneau de manière à uniformiser l'allure des décharges dans la vapeur métallique. L'électrode intermédiaire 20, conforme à l'invention, est constituée d'un métal identique à celui de la vapeur, par exemple du cuivre Elle présente une première partie intérieure 24 séparée d'une seconde partie extérieure 25 par un étranglement 23 La géométrie "étranglée" défavorisant les échanges thermiques entre les parties 24, 25 de l'électrode , permet d'obtenir une température le long de la circonférence intérieure supérieure à La température du reste de l'électrode lors du bombardement électronique et ionique. Lors des décharges électriques, le contact électrique est principalement obtenu sur la première partie de l'électrode 20 Sous l'effet de ces décharges, la première partie 24 de l'électrode est vaporisée; La seconde partie 25 est maintenue à une température basse déterminée (par exemple 300 C) inférieure à la température de fusion du matériau constituant cette deuxième partie (environ 1180 C pour le cuivre). Afin de conserver cet écart de températures entre les parties 24 et 25 lors du fonctionnement, l'éLectrode 20 comporte des moyens de refroidissement constitués par une circulation 26 de fluide de refroidissement disposée à la périphérie de l'électrode et partiellement incorporée dans la deuxième partie Comme on peut Le voir sur la figure 2, cette circulation 26 est branchée à un ensemble 28 constitué par une pompe et un échangeur de chaleur. Les moyens de refroidissement permettent de maintenir l'électrode 20 à une température moyenne inférieure à celle du point de fusion du métal la constituant. La seconde partie 25 de l'électrode 20 possédant une température basse, le raccordement de l'électrode 20 à l'enceinte 10 par un joint 16 est facilité. La première partie 24 est renflée de manière à constituer d'une part un réservoir de matière à vaporiser et d'autre part favoriser la répartition du flux de métal vaporisé. Plusieurs modes d'établissement d'un flux de métal vaporisé provenant de l'électrode 20 sont possibles Le matériau constituant l'électrode peut être directement arraché par le bombardement électronique et ionique subi durant les impulsions électriques Dans ce cas, l'électrode 20 est vaporisée à l'échelle microscopique. On peut aussi obtenir le flux de métal vaporisé par fusion de l'électrode 20 à l'échelle du millimètre L'électrode 20 joue alors un rôle d'auto-creuset avec une zone fondue en son centre, les bords ayant une température inférieure au point de fusion. Ces modes de vaporisation interviennent simultanément Ce sont les défauts en surface qui déterminent les points fondus. En référence à la figure 3, on décrit maintenant un autre mode de vaporisation du métal de l'électrode 20 Des pointes 30 en métal conducteur réfractaire, par exemple en tungstène, sont fichées dans la partie intérieure renf Lée de l'électrode Elles apparaissent par exemple à 1 ou 2 mm de la surface de l'électrode Elles sont réparties sensiblement sur la circonférence intérieure de l'électrode Pour un diamètre intérieur de par exemple 80 mm pour l'électrode, ces pointes peuvent être au nombre de douze Elles peuvent avoir un diamètre de 1 mm. Les pointes reçoivent les décharges électriques et surchauffent le métal entourant leur pied; le métal est alors vaporisé. Revendications 1 Electrode pour laser à vapeur métallique, caractérisée en ce qu'elle est constituée, au moins en partie, d'un métal identique à celui de la vapeur ( 12) et en ce qu'elle constitue une source de vapeur métallique. 2 Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen pour séparer l'électrode en une première partie ( 24) apte à être vaporisée et une seconde partie ( 25) apte à être maintenue à une température basse déterminée inférieure à la température de fusion du matériau constituant cette deuxième partie. 3 Electrode selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens de refroidissement ( 26, 28) supportés par la seconde partie ( 25) de l'éLectrode ( 20). 4 Electrode selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle présente une forme d'anneau et en ce que Le moyen pour séparer l'électrode en des première et seconde parties est un étranglement ( 23). Electrode selon la revendication 2, caractérisée en ce que la première partie est renflée. 6 Electrode selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour surchauffer localement la première partie de l'électrode ( 20) sous l'effet d'un bombardement électronique et ionique. 7 Electrode selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens pour surchauffer localement l'électrode sont des pointes ( 30) en matériau conducteur réfractaire fichées dans la première partie ( 24) de l'électrode ( 20). 8 Laser à vapeur métallique comportant une électrode conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7.