Brevet FR2870649A1 — publié le 20051125

L'invention concerne la technique au laser et peut être utilisée dans des processus de fabrication. Un laser à recirculation de gaz est connu comme comportant un système fermé de recirculation de gaz contenant, positionné dans un logement étanche, un ventilateur destiné à déplacer un gaz de travail le long d'un circuit en boucle fermée, un système d'électrodes pour exciter le gaz par décharge électrique, un résonateur optique et un échangeur thermique (document US n 4 099 143, cl. 33 194.5, 1978). La faiblesse dudit laser est un échangeur thermique encombrant installé dans son logement qui augmente la taille et complique la construction du laser. Le laser le plus proche de l'essence technique de l'invention proposée est un laser de recirculation de gaz comprenant un logement étanche comportant à l'intérieur un moyen destiné à pomper et à réaliser l'échange de chaleur du gaz se présentant sous la forme d'un rotor avec des disques sur un arbre creux, et un système destiné à introduire un réfrigérant dans un échangeur thermique, ainsi que des électrodes destinées à maintenir une décharge électrique d'excitation dans le gaz, et un résonateur optique destiné à émettre le rayonnement. Ainsi, le nombre de rotors d'échange de chaleur est égal au nombre de chambres de décharges électriques (certificat d'inventeur russe n 1 718 314, HOIS3/22, 1981). La faiblesse du laser est un faible degré de refroidissement du gaz de travail 20 chauffé dans la chambre de décharge, et donc, un faible niveau de rayonnement généré, ainsi qu'une faible efficacité du laser. Un objectif de l'invention est d'augmenter le degré de refroidissement du gaz, d'améliorer l'efficacité du laser et la facilité de production de celui-ci. Cet objectif est atteint en proposant un laser à recirculation de gaz comprenant un logement, un profilé à dynamique gazeuse avec des ventilateurs d'échange de chaleur se présentant sous la forme de rotors avec des disques sur un arbre creux, et avec une chambre de décharge de gaz et un système destiné à introduire un réfrigérant dans les ventilateurs d'échange de chaleur, ainsi que des résonateurs et des moteurs électriques des ventilateurs d'échange de chaleur. Le profilé à dynamique gazeuse du laser comprend deux canaux d'alimentation en gaz d'échange de chaleur avec une chambre de décharge de gaz commune comportant une anode et deux cathodes, chaque canal d'alimentation en gaz d'échange de chaleur contenant, placés de manière séquentielle dans une enveloppe, des ventilateurs d'échange de chaleur ayant des axes installés de manière parallèle à l'anode, l'un des ventilateurs d'échange de chaleur soufflant le gaz dans la chambre de décharge de gaz, et les ventilateurs suivants (un ventilateur aspirant et, par exemple, des ventilateurs intermédiaires) sont reliés entre ceux-ci par un canal de gaz commun; le profilé à dynamique gazeuse, les résonateurs et les moteurs électriques des ventilateurs d'échange de chaleur sont placés dans un volume sous vide commun. Les moteurs électriques placés sous vide des ventilateurs d'échange de chaleur comportent un système de refroidissement forcé. L'utilisation de plusieurs canaux d'alimentation en gaz d'échange de chaleur avec les ventilateurs d'échange de chaleur pour refroidir une seule chambre de décharge de gaz (commune) assure un fonctionnement efficace du laser en raison de la diminution progressive de la température de l'écoulement au niveau garantissant un refroidissement complet des niveaux excités des molécules ou des atomes actifs du point de vue optique. Des embouts protecteurs sont installés sur l'arbre creux afin d'assurer l'alimentation et la distribution du fluide réfrigérant aux disques du rotor des ventilateurs d'échange de chaleur à travers le logement du volume sous vide. Les propriétés décrites ci-dessus n'ont pas été décrites dans d'autres solutions techniques lors de l'étude de l'état de la technique et donc, la solution est nouvelle et comporte une étape inventive. En outre, l'invention est décrite au moyen des dessins, sur lesquels: la Figure 1 représente un laser à gaz de recirculation; et la Figure 2 est une vue latérale de celui-ci. Comme cela est représenté sur la Figure 1, le laser à recirculation de gaz contient un logement 1, un profilé à dynamique gazeuse 2 avec des ventilateurs d'échange de chaleur 3, 4, 5, 6 se présentant sous la forme de rotors avec des disques sur un arbre creux, et une chambre de décharge de gaz 7 comportant une anode 8 et des cathodes 9 et 10, ainsi qu'un système destiné à introduire un réfrigérant dans les ventilateurs d'échange de chaleur (non représenté sur les dessins). Le laser comporte également des résonateurs et des moteurs électriques pour les ventilateurs d'échange de chaleur avec un système de refroidissement (non représenté sur les dessins). Le profilé à dynamique gazeuse 2 du laser comprend deux canaux d'alimentation en gaz d'échange de chaleur 11 et 12 avec une chambre de décharge de gaz 7 commune; chacun des canaux d'alimentation en gaz comprend, placés de manière séquentielle dans des enveloppes 13 et 14, par exemple deux ventilateurs d'échange de chaleur 3, 4 ou 5, 6 ayant des axes installés de manière parallèle à l'anode 8. L'un des ventilateurs d'échange de chaleur dans chacun des canaux d'alimentation en gaz d'échange de chaleur 11 et 12 est un ventilateur soufflant le gaz dans la chambre de décharge de gaz 7, c'est-à-dire les ventilateurs 3, 5, et les ventilateurs suivants d'échange de chaleur 4 et 6 sont des ventilateurs aspirants. Plusieurs ventilateurs intermédiaires d'échange de chaleur peuvent être installés de manière séquentielle les uns après les autres pour une réduction plus efficace de la température de l'écoulement gazeux dans les canaux d'alimentation en gaz 11, 12. Les canaux d'alimentation en gaz 11 et 12 forment une partie commune du canal situé dans la chambre de décharge de gaz 7. Les ventilateurs d'échange de chaleurs aspirants 4 et 6 ne communiquent pas directement avec la chambre de décharge de gaz 7 et contribuent principalement au refroidissement efficace de l'écoulement gazeux. Le profilé à dynamique gazeuse, les résonateurs et les moteurs électriques sont placés dans un logement sous vide 1 commun. Les moteurs électriques des ventilateurs d'échange de chaleur sont munis d'un système de refroidissement par l'eau destiné à fonctionner sous vide. Des embouts protecteurs sont installés sur les arbres creux des ventilateurs d'échange de chaleur afin d'empêcher les fuites de liquide réfrigérant vers le volume sous vide. Une fenêtre 15 est prévue dans le logement étanche pour émettre le rayonnement laser. Le laser à recirculation de gaz fonctionne de la manière suivante. Les ventilateurs d'échange de chaleur 3 et 5 introduisent l'écoulement gazeux refroidi dans la chambre de décharge 7. Une décharge électrique est amorcée entre les cathodes 9, 10 et l'anode 8 excitant des niveaux oscillants du composant gazeux actif du mélange de travail. Le rayonnement induit du composant actif génère dans le résonateur un rayonnement laser directionnel émis à travers la fenêtre 15. Les ventilateurs d'échange de chaleur 4 et 6 dans chacun des canaux d'alimentation en gaz d'échange de chaleur 11 et 12 aspirent l'écoulement gazeux chauffé par la décharge, et le refroidissent à une température correspondant au mode de fonctionnement le plus efficace des ventilateurs d'échange de chaleur 4, 6. Ainsi, la température du gaz reste supérieure à la température de désactivation complète des niveaux oscillants de l'écoulement gazeux. Pour obtenir la température souhaitée, un refroidissement du gaz en plusieurs étapes utilisant les ventilateurs d'échange de chaleur intermédiaires est assuré ; dans ce cas, le gaz se déplace vers les ventilateurs d'échange de chaleur intermédiaires assurant un refroidissement progressif du gaz à la température de désactivation complète du mélange gazeux, puis le gaz se déplace vers les ventilateurs d'échange de chaleur 3 et 5 soufflant le mélange gazeux de travail vers la chambre de décharge. Un liquide de refroidissement est introduit à travers le système de refroidissement par réfrigérant vers les arbres creux en rotation des rotors des ventilateurs d'échange de chaleur, et des embouts protecteurs sont utilisés sur les parois du volume sous vide. La configuration de laser donnée est faisable d'un point de vue pratique, garantit un haut degré de refroidissement de l'écoulement gazeux dans le profilé à dynamique gazeuse et permet donc d'augmenter l'efficacité du laser. REVENDICATIONS 1. Laser à recirculation de gaz comprenant un logement (1), un profilé à dynamique gazeuse (2) avec des ventilateurs d'échange de chaleur (3, 4, 5, 6) se présentant sous la forme de rotors avec des disques sur un arbre creux, une chambre de décharge de gaz (7) comportant une anode (8) et une cathode, et un système destiné à introduire un réfrigérant dans les ventilateurs d'échange de chaleur, ainsi que des résonateurs et des moteurs électriques des ventilateurs d'échange de chaleur, caractérisé en ce que le profilé à dynamique gazeuse (2) du laser comprend deux canaux d'alimentation en gaz d'échange de chaleur (11, 12) avec une chambre de décharge de gaz (7) commune comportant une anode (8) et deux cathodes (9, 10), chaque canal d'alimentation en gaz d'échange de chaleur contenant, placés de manière séquentielle dans une enveloppe, des ventilateurs d'échange de chaleur ayant des axes installés de manière parallèle à l'anode (8), l'un des ventilateurs soufflant le gaz dans la chambre de décharge de gaz, et le ventilateur suivant aspirant le gaz chaud de la chambre de décharge de gaz; le profilé à dynamique gazeuse, les résonateurs et les moteurs électriques des ventilateurs d'échange de chaleur avec un refroidissement forcé sont placés dans un volume sous vide commun. 2. Laser à recirculation de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque canal d'alimentation en gaz d'échange de chaleur (11, 12) comprend en outre des ventilateurs d'échange de chaleur intermédiaires (4, 6) réduisant progressivement la température de l'écoulement gazeux, lesdits ventilateurs d'échange de chaleur intermédiaires étant installés entre les ventilateurs d'échange de chaleur aspirant et soufflant.