Brevet FR2969315A1 — publié le 20120622

PROCEDE ET DISPOSITIF D'EMISSION D'UN FAISCEAU LASER DANS UN BOITIER La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'émission d'un faisceau laser dans un boîtier. La présente invention permet par exemple d'être adaptée à un spectromètre en vue d'effectuer de la détection de gaz. A cet effet, la présente invention vise, selon un premier aspect, un dispositif d'émission d'un faisceau laser, qui comporte, dans un boîtier : - un composant émetteur d'un faisceau laser monté sur une embase, - un composant de diffusion de la chaleur produite par le laser du composant émetteur de laser auquel est solidarisée l'embase du composant émetteur, le composant de diffusion de chaleur portant une marque de positionnement et au moins trois trous pour pions de centrage usinés conjointement avec la marque de positionnement, - au moins une lentille de collimation et - un support de lentille adapté à tenir chaque dite lentille en regard du composant émetteur du faisceau laser, ledit support de lentille étant positionné par rapport au composant de diffusion de chaleur, par l'intermédiaire d'au moins trois pions de centrage positionnés dans les trous du composant de diffusion de chaleur. Grâce à ces dispositions et, notamment au fait que le composant de refroidissement est usiné pour former conjointement les trous de pions de centrage et la marque de positionnement, la précision d'alignement est au moins de l'ordre de 10 µm. Selon des caractéristiques particulières, le composant émetteur est disposé parallèlement à la surface d'appui du boîtier. Selon des caractéristiques particulières, le boîtier est muni d'une sortie extérieure de liaisons conductrices reliées, à l'intérieur du boîtier, avec les pattes du composant émetteur. Selon des caractéristiques particulières, le composant émetteur est un laser à cascade quantique. Selon des caractéristiques particulières, le boîtier comporte, en outre, un composant de refroidissement à effet Peltier. Selon des caractéristiques particulières, ladite marque de positionnement est une encoche. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de fabrication d'un dispositif d'émission d'un faisceau laser, qui comporte : - une étape d'usinage conjoint, sur un composant de diffusion de chaleur, de trous de pions de centrage et d'une marque de positionnement, 1 - une étape de montage sur la face du composant de diffusion de chaleur portant ladite marque de positionnement, d'un composant émetteur d'un faisceau laser et - une étape de montage d'au moins une lentille de collimation dans un support de lentille adapté à tenir chaque dite lentille en regard du composant émetteur du faisceau laser, en positionnant ledit support de lentille par rapport au composant de diffusion de chaleur, par l'intermédiaire d'au moins trois pions de centrage montés dans lesdits trous. Selon un troisième aspect, la présente invention vise un dispositif d'analyse spectroscopique de gaz, qui comporte un dispositif d'émission d'un faisceau laser selon la présente invention et une cellule dans laquelle se trouve le gaz à analyser, ladite cellule étant traversée par ledit faisceau laser. Les avantages, buts et caractéristiques de ce procédé et de ce dispositif d'analyse de gaz étant similaires à ceux du dispositif d'émission d'un faisceau laser objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici. D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, schématiquement et en perspective, des éléments d'un assemblage compact d'une source d'énergie radiante laser, - la figure 2 représente, schématiquement et en perspective, les éléments illustrés en figure 1, assemblés, - la figure 3 représente, schématiquement et en perspective, des éléments d'un sous-ensemble de l'assemblage compact comportant les éléments illustrés en figures 1 et 2, - la figure 4 représente, schématiquement et en perspective, le montage des éléments illustrés en figures 1 et 3, pour constituer une source d'énergie radiante laser, - la figure 5 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes mises en oeuvre dans un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention. On observe, en figure 1, un sous-ensemble comportant un boîtier 320 et un composant de refroidissement 325 basé sur l'effet Peltier. On note que l'on met ici en oeuvre, en option, une céramique AIN sans métallisation avec fils d'alimentation "pre-tinned" copper (cuivre). En figure 1, ces éléments sont représentés séparés et, en figure 2, assemblés. La face d'appui du boîtier 320 est, en figures 1 et 2, la face inférieure. On observe, en figure 3, dans une forme éclatée, à gauche, et dans une forme assemblée, à droite, un module laser à cascade quantique comportant un élément radiateur 330, un sous ensemble optique de lentille et monture 335, deux vis 340 d'assemblage du sous-ensemble optique 335 sur l'élément radiateur 330, un composant laser à cascade quantique 345 monté sur une embase 305, une thermistance 360, plusieurs composant de connexion électrique faisant relais conducteurs 355. 2 L'élément radiateur 330, aussi appelé « composant de diffusion de chaleur », diffuse la chaleur issue du composant laser 345. Le sous ensemble de lentille et monture 335 comporte deux encoches latérales 370 et une lumière traversante centrale 375. Ces trois ouvertures permettent le passage de trois pions de centrage 315. Le composant de diffusion de chaleur 330 porte une marque de positionnement, en face supérieure. Dans le mode de réalisation illustré dans les figures, la marque de positionnement 310 est une encoche. Une fois monté sur l'embase 305, le laser 345 est l'objet d'un positionnement précis par rapport à la marque de positionnement 310. Ce positionnement est préférentiellement fait sous binoculaire, microscope ou par l'intermédiaire d'un logiciel de reconnaissance de formes d'une machine de report automatique. Comme exposé en regard de la figure 5, l'encoche 310 et les trous des pions de serrage sont formés conjointement au cours de la même étape d'usinage du composant de diffusion de chaleur 330, c'est-à-dire que leurs usinages ne sont pas séparés par un démontage de l'élément radiateur 330. On observe que le composant 345 émetteur du faisceau laser est disposé parallèlement à la surface d'appui du boîtier 320. On observe, en figure 4, l'assemblage des éléments illustrés en figures 1 et 3, la monture de l'ensemble optique 335 étant munie d'une lentille convergente 365 et un couvercle de boîtier 350 fermant le boîtier 320. Le boîtier 320 est muni d'une sortie extérieure 380 de liaisons conductrices reliées, à l'intérieur du boîtier, avec les pattes du composant émetteur. Comme illustré en figure 5, au cours d'une étape 405, on constitue le boîtier 320 et le couvercle 350. Au cours d'une étape 410, on usine l'élément radiateur 330 et, sans démontage, on forme l'encoche 310 et les trous de pions 315. Au cours d'une étape 415, on usine la monture de l'ensemble optique 335. Au cours d'une étape 420, on positionne les pions 315 dans les trous, la lentille 365 dans la monture de l'ensemble optique 335 et on positionne cette monture sur les pions 315. Puis, on pose les vis 340 pour serrer la monture de l'ensemble optique 335 sur le composant radiateur 330. Au cours d'une étape 425, on positionne précisément le laser 345 par rapport à l'encoche 310. Ce positionnement est préférentiellement fait sous binoculaire, microscope ou par l'intermédiaire d'un logiciel de reconnaissance de formes d'une machine de report automatique. Au cours d'une étape 430, on assemble les autres pièces illustrées en figures 1, 3 et 4. La présente invention s'applique, notamment à la mise en boitier du rayonnement laser issu d'un laser à cascade quantique. Ce boitier peut en particulier être utilisé en 3 association avec un spectromètre d'absorption directe ou photo-acoustique pour effectuer de la détection de traces de gaz. 4 REVENDICATIONS1. Dispositif d'émission d'un faisceau laser, caractérisé en ce qu'il comporte, dans un boîtier (320) : - un composant (345) émetteur d'un faisceau laser monté sur une embase (305), - un composant (330) de diffusion de la chaleur produite par le laser du composant émetteur de laser auquel est solidarisée l'embase du composant émetteur, le composant de diffusion de chaleur portant une marque de positionnement (310) et au moins trois trous pour pions de centrage usinés conjointement avec la marque de positionnement, - au moins une lentille de collimation (365) et - un support de lentille (335) adapté à tenir chaque dite lentille en regard du composant émetteur du faisceau laser, ledit support de lentille étant positionné par rapport au composant de diffusion de chaleur, par l'intermédiaire d'au moins trois pions de centrage (315) positionnés dans les trous du composant de diffusion de chaleur. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le composant (345) émetteur est disposé parallèlement à la surface d'appui du boîtier (320). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le boîtier (320) est muni d'une sortie extérieure de liaisons conductrices (380) reliées, à l'intérieur du boîtier, avec les pattes du composant émetteur. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le composant (345) émetteur est un laser à cascade quantique. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le boîtier (320) comporte, en outre, un composant (325) de refroidissement à effet Peltier. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ladite marque de positionnement est une encoche. 7. Dispositif d'analyse spectroscopique de gaz, qui comporte un dispositif d'émission d'un faisceau laser selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 et une cellule dans laquelle se trouve le gaz à analyser, ladite cellule étant traversée par ledit faisceau laser. 8. Procédé de fabrication d'un dispositif d'émission d'un faisceau laser, caractérisé en ce qu'il comporte - une étape (410) d'usinage conjoint, sur un composant de diffusion de chaleur, de trous de pions de centrage et d'une marque de positionnement, - une étape (425) de montage sur la face du composant de diffusion de chaleur portant ladite marque de positionnement, d'un composant émetteur d'un faisceau laser et 5- une étape (420, 430) de montage d'au moins une lentille de collimation dans un support de lentille adapté à tenir chaque dite lentille en regard du composant émetteur du faisceau laser, en positionnant ledit support de lentille par rapport au composant de diffusion de chaleur, par l'intermédiaire d'au moins trois pions de centrage montés dans lesdits trous. 6