Brevet FR2740562A1 — publié le 19970430

Procédé de fabrication d'un miroir pour laser de grande énergie et miroir réalisé par ce procédé La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un miroir pour laser de grande énergie et un miroir réalisé par ce procédé. Par le brevet français publié sous le numéro 2 276 713, on connatt un miroir pour laser de grande énergie, comportant notamment une plaque métallique épaisse dont une face avant est polie, et des conduits disposés dans l'épaisseur de la plaque pour permettre la circulation d'un liquide de refroidissement. Ce miroir présente un inconvénient. il apparatt en effet que le rendement des lasers de très grande énergie équipés de miroirs de ce type diminue rapidement au cours du fonctionnement. Cette diminution de rendement provient d'une déformation du miroir provoquée par son échauffement par le faisceau laser. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé, pour réaliser ces miroirs, d'utiliser des matériaux tels que les graphites ou les composés à base de fibre de carbone. Mais ces matériaux ne permettent pas d'obtenir une qualité de surface suffisante pour les applications laser. En effet, après polissage, il subsiste toujours des défauts dûs aux porosités du matériau. De plus, il est très difficile de faire adhérer sur la surface de ces matériaux des couches réfléchissantes capables d'augmenter leur coefficient de réflexion optique. La présente invention a pour but de diminuer de façon importante la déformation des miroirs pour laser de grande énergie tout en assurant à ces miroirs un coefficient de réflexion optique élevé. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un miroir pour laser de grande énergie, caractérisé en ce qu'il comporte successivement les opérations suivantes - un dépôt d'une mince pellicule d'oxyde de silicium sur une face plane d'un support constitué d'un matériau à base de carbone, - un dépôt sur ladite pellicule d'une couche fine pulvérulente d'un verre ayant un coefficient de dilatation proche de celui du support, - une disposition à plat sur ladite couche d'une feuille constituée d'un matériau polissable optiquement ayant un coefficient de dila tation proche de celui du support, - un chauffage de l'ensemble formé par le support revêtu de la pellicule, la couche de verre, et la feuille superposés, de manière à fondre la couche de verre et à coller la feuille sur le support - et un polissage optique de la surface extérieure de la feuille. Selon divers modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - pendant toute la durée du chauffage et de la fusion de la couche de verre, une pression uniforme est appliquée sur toute la surface de la feuille vers le support, - le chauffage est effectué sous atmosphère neutre, - le dépôt de la pellicule d'oxyde de silicium s'effectue par pulvérisation cathodique sous vide, - le procédé comporte en outre, après le polissage de la feuille, un dépôt de couches réfléchissantes sur la surface extérieure de la feuille. Dans ce procédé, le matériau du support peut être du graphite ou un composé à base de fibres de carbone ; le matériau de la feuille peut être du silicium monocristallin, du carbure de silicium ou du molybdène. La présente invention a aussi pour objet un miroir pour laser de grande énergie, caractérisé en ce qu'il comprend - un support constitué d'un matériau à base de carbone et comportant une face plane - et une feuille constituée d'un matériau polissable optiquement, ayant un coefficient de dilatation proche de celui du support, cette feuille étant fixée sur ladite face plane du support par un film d'un matériau vitreux. Plusieurs formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique représente en coupe un mode de réalisation du miroir selon l'invention. Pour réaliser un miroir laser selon l'invention on dresse d'abord une face plane d'un support de quelques centimètres d'épaisseur, constitué d'un matériau à base de carbone. Ce matériau peut être par exemple un graphite ou un produit composé de fibres de carbone. Le dressage est avantageusement suivi d'un rodage. Puis on dépose sur la face plane du support une pellicule mince, d'épaisseur inférieure à un micromètre, d'oxyde de silicium. Cette pellicule est déposée de préférence par pulvérisation cathodique sous vide : les molécules de silice projetées avec des vitesses importantes sur la face plane du support se trouvent accrochées sur cette face et entrainent une bonne adhérence de la pellicule. On dépose ensuite sur la pellicule une couche fine, d'épaisseur inférieure à cent micromètres, d'un verre pulvérulent. Ce verre comporte une forte proportion d'oxyde de silicium, de façon à présenter un coefficient de dilatation proche de celui du matériau constituant le support. Ce dépôt peut être effectué par exemple au pinceau ou au pistolet. Puis on dispose à plat sur cette couche une feuille, d'épaisseur inférieure à un millimètre, constituée d'un matériau polissable optiquement ayant un coefficient de dilatation proche de celui du support. Ce matériau peut être avantageusement du silicium monocristallin, du carbure de silicium ou du molybdène. Bien entendu il est possible aussi de déposer la couche de verre pulvérulent sur cette feuille puis de l'appliquer sur le support revêtu de la pellicule d'oxyde de silicium, de manière que la couche de verre se trouve disposée entre la feuille et la pellicule. On place alors l'ensemble formé par le support revêtu de sa pellicule, la couche de verre et la feuille superposés dans un four de façon à faire fondre la couche de verre. La fusion est effectuée avantageusement sous atmosphère neutre, non oxydante, par exemple sous atmosphère d'azote ou d'argon. Le verre en fusion mouille parfaitement la surface de la feuille, ainsi que la surface du support de carbone grâce à la pellicule d'oxyde de silicium préalablement déposée. Il en résulte un excellent collage de la feuille sur le support. Afin d'améliorer le contact entre la feuille et le support, il est intéressant d'appliquer une pression uniforme sur toute la surface de la feuille en direction du support, pendant toute la durée du chauffage et de la fusion de la couche de verre. Cette pression peut être appliquée par exemple au moyen d'un poids d'un kilogramme environ placé sur la feuille. On réduit ainsi l'épaisseur du film de verre servant de liaison. Il en résulte une amélioration des échanges thermiques entre la feuille et le support de carbone, tous deux bon conducteurs de la chaleur. Après complet refroidissement, la surface extérieure de la feuille est usinée et polie par des moyens bien connus. Enfin des couches optiques minces destinées à améliorer son coefficient de réflexion optique peuvent être déposées sur la surface polie par des procédés connus. Lorsque la feuille est constituée de molybdène, on obtient après polissage un miroir dont la surface est suffisamment réfléchissante pour que le dépôt des couches réfléchissantes puisse être supprimé. La figure unique représente un miroir laser réalisé par le procédé selon l'invention décrit ci-dessus. Ce miroir comporte un support cylindrique 1 en graphite. La base du support 1 est un cercle de diamètre 100 mm, la hauteur de ce support étant égale à 25 millimètres. Sur la surface plane supérieure 3 du support 1 est fixée une feuille 4 en silicium monocristallin dont l'épaisseur est de 0,5 millimètre. La fixation de la feuille 4 sur le support 1 est réalisée grâce à un film 5 de matériau vitreux d'épaisseur cinquante micromètres. La surface extérieure 6 de la feuille 4 est polie et comporte des couches optiques réfléchissantes de façon à présenter un coefficient de réflexion de l'ordre de 99%. Les miroirs selon la présente invention peuveut être utilisés pour le réalisation de générateurs laser à gaz carbonique. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication d'un miroir pour laser de grande énergie, caractérisé en ce qu'il comporte successivement les opérations suivantes - un dépôt d'une mince pellicule d'oxyde de silicium sur une face plane (3) d'un support (1) constitué d'un matériau à base de carbone, - un dépôt sur ladite pellicule d'une couche fine pulvérulente d'un verre ayant un coefficient de dilatation proche de celui du support, - une disposition à plat sur ladite couche d'une feuille (4) constituée d'un matériau polissable optiquement ayant un coefficient de dilatation proche de celui du support, - un chauffage de l'ensemble formé par le support revêtu de la pellicule, la couche de verre, et la feuille (4) superposés, de manière à fondre la couche de verre et à coller la feuille sur le support - et un polissage optique de la surface extérieure de la feuille (6). 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant toute la durée du chauffage et de la fusion de la couche de verre, une pression uniforme est appliquée sur toute la surface de la feuille vers le support. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage est effectué sous atmosphère neutre. 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dépôt de la pellicule d'oxyde de silicium s'effectue par pulvérisation cathodique sous vide. 5/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, après le polissage de la feuille, un dépôt de couches réfléchissantes sur la surface extérieure de la feuille. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau du support est du graphite. 7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau du support est un composé à base de fibres de carbone. 8/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de la feuille est du silicium monocristallin. 9/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de la feuille est du carbure de silicium. 10/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de la feuille est du molybdène. 11/ Miroir pour laser de grande énergie, caractérisé en ce qu'il comprend - un support (1) constitué d'un matériau à base de carbone et comportant une face plane (3) - et une feuille (4) constituée d'un matériau polissable optiquement ayant un coefficient de dilatation proche de celui du support (1), cette feuille (4) étant fixée sur ladite face plane (3) du support (1) par un film (5) d'un matériau vitreux.