CA1040468A - Element optique possedant deux faces dioptriques - Google Patents
Element optique possedant deux faces dioptriquesInfo
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Abstract
Dispositif optique destiné à être traversé par un faisceau lumineux ayant une longueur d'onde voisine de 10,6 microns et une puissance d'au moins un kilowatt, comprenant un élément optique possédant deux faces dioptriques, en matériau choisi parmi le germanium, un mélange d'arsenic et de gallium, un mélange de cadmium et de telluse et un mélange de zinc et de sélénium, caractérisé par la fait qu'une zone annullaire à la périphérie de l'élément optique est en contact avec un fluide de refroidissement, que des jets de gaz sec sont dirigés sur au moins une des faces de l'élément optique à l'intérieur de la zone annullaire et que les faces de l'élément optique sont revêtues d'une couche anti-reflets.
Description
1~4~4~i8 L'invention concerne la technique des émissions lumineuses de forte puisssance, en particulier celles obtenues au moyen de lasers a anhydride carbonique.
On sait que ces lasers peuvent émettre des faisceaux lumineux ayant une puissance pouvant atteindre quelques kilowatts. La lumière émise a une lon~ueur d'onde ds 10,6 microns.
Il est donc exclu d'utiliser soit pour réaliser ces lasers, soit pour réaliser les equipements optiques accompagnant le laser, des dispositifs optiques en verre, car le verre n'est pas transparent pour la lon~ueur d'onde indlquée ci-dessus.
Le problème SB pose en particulier pour réaliser une fenetre fermant la cavité dans laquelle est place 1P melange gazeux produisant le falsceau laser ~ c'est en effet 3 travers cetts fenêtre, étanche au mélange gazeux, que le faisceau laser est émis en vue de son utilisatior1 ulterieure.
Le probl~me se pose également lorsqu'on veut r~aliqsr une lentille pour focaliser un faiscsau laser de la longueur d'onde indiques ci-dessus.
On a r~alis6 ~u5qu'3 ce ~our des dispo3itifs optlqu~s rJn chlrJrur~ cle Bodium. Ce mat~ri~u, transparent à la longueur d'onde de 10,~ mierons, a l~
dsfeut de retenlr, en surface, la vapeur d'eau contenue dans l'atmospnère.
2U Cette hygroscopie entraine des clivages du matériau au moment du passage des rayons lumlneux, ce qui entraine d'abord des pertes cle qualitk~ optique du dispositif, puis une cassure inévitable.
On sait que d'autres matériaux ne présentent pas le phenomene d'hygro-scopie du chlorure cle sodium et qu'lls ont la transparence souhaitée à la longueur d'onde cholsie, Il s'aglt par exemple du ~errnanium et dr~ cr~rtains composés semi-conducteurs formés de mélanges arsenlc-gallium ou cadmiurn-tsllure ou zinc-sél~nium.
Le germanium est le meilleur marché de ces matériaux. Mais tous ont le défaut de posséder un coefficient d'absorption lumineuse croissant fortement lorsque la température croit. Si donc on les utilise tBlS quels pour réaliser ~4~468 un dispositiF optique destiné à etre traversé par un faisceau lumineux de forte puissance, l'échaufferrent subi par le dispositif aura tendance a augmenter au fur et a mesure du passage du faisceau lumineux. On assiste à un emballement du phénomene et le dispositif optique est rapidement détruit par échauffement.
Un but de l'invention est de réaliser un dispositif optique en germanium ou en matériau semi-conducteur muni de moyens pour éviter l'échauf-fement, de manière à pouvoir être utilisé pour des faisceaux lumineux de forte puissance. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif qui conserve ses qualités optiques intactes quel que soit le degré d'hygrométrie 10 de l'air ambiant dans lequel il est placé lors de son utilisation.
L'invention a pour ob~et un dispDsitif optique destiné ~ être traversé par un faisceau lumineux ayant une longueur d'onde voisine de 10,6 microns et une puissance d'au moins un kilowatt, comprenant un élément optique po~sédant deux faces dioptriques, en matériau choisi parmi le germanium, un mélange d'arssnic et de gallium, un m~lange de cadmium et de tellure et un m~lange de zinc et cle s~l6nium, caructérisé par le falt qu'une zone annullaire d 1~ p~riph6rie de l'~l~ment optique est en contact avsc un fluicle de refroi-dlsssmsnt, et que de~ Jets de gaz sec sont dlri~s sur au rnoins uns cles Foces ds l'élémsnt optique à l'int~risur de la zons annullalre.
Dans un mode de réalisation de l'invsntion appliqué à une fenêtre optique, l'élément optique a sss faces parallèles et une seuls d'entre elles est soumise à un ~st de gaz sec.
Dans un autre mods de r~alisatlon ds l'invsntion applique ~3 une lsntille, le disque a au moins une de sss faces non plans, et les deux faces de la lsntills sont soumises ~ un jst ds gaz ssc.
Ls Fluids réfrigérant sst préférentiellement de l'anhydride car-boniqus liquéfié. Le eaz sec est préférsntisllemsnt ds l'azote~ en variante, c'est ds l'air.
L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après de 30 deux modes de réalisation de l'invention, sn référance au dsssin ci-annexé, dans lsque .. . . . ............... . . . .
:i , . . - ., . , .,:: .:,: - :, . . , ~ ,: .-, , ;: . . . .
~L04~468 - la figure 1 est une VU8 en coupe en élévatisn d'uns fen~Lrs optique, réalisée selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe en ~lévation d'une lentille convergente réalisee selon l'invention.
Dans la figure 1, la r~férence 1 désigne une cavité laser remplie d'anhydride carbonique, delimitée par un cylindre 2. Le faisceau laser doit sortir par la fenêtre 3. Cstte fenêtre se présente sous la forme d'un disque de germanium. Pour un diamètre de 60 mm, l'épaisseur du disque est de 5mm. Un joint circulaire 4 assure l'~tanchéité de la cavité laser.
Le refroidissement du disque SB fait par circulation d'un fluide réfrigérant dans un manchon 6, muni d'un conduit 9 d'arrivée du fluide et d'un conduit 10 de sortie du fluide. Le fluids est avantageusement de l'anhy-dride carbonique dont la température est voisine de - 65C. La tranche 11 du dlsque et une partis annulaire 12 de celui-ci ~ont baignées par le courant de fluide r~frig6rant J la chaleur produite au centre du disque par le passage du f~i~ceau laser est donc ~vacuée par le fluide r~frig~rant ~ travers la partie annulnire du disque. La largeur de cette partie annulalre e~t avan-tagsu~ement de l'ordre de 10mm pour l'exemple numérique choisi plus haut.
L'étanch~it~ du manchon 6 est assurée par deux ~oints circulaires 7 ~t 8 ~'appuyant re3pectivement sur le cylindre 2 et sur un manchon 13, dont le role est expliqué maintenant, Comme le disque est porté à basse température, il y a un risque de volr l'humidité de l'air ambiant se déposer sur sa ~e~ce 20 en contact avec l'atmosphère, Pour éviter cela des ~ets de gaz 9BC, tel que de l'azote ou l'alr, sont dlri~9 sur la face 20 1 ils arretent ainsi l'air atmo~phérique dans sa course vers la face 20~
Pour réaliser ces ~ets, on peut utillser un manchon 13 muni d'un Oonduit 15 relié par une vanne 18 à une source de ~az 19 1 le conduit 15 débouche sur une chambre annulaire 16 d'où partent une pluralité de canaux obliques par rapport au plan de la face 20 du disque et convergente vers .
"
104046~3 cette face, tels que le canal réferencé 17 dans la figure.
Dans l'exemple numérique choisi, on peut indiquer que le nombre de canaux est avantageusement de 12 et que le dtbit de gaz sst de 12 litres par minute.
Les faces 20 et 21 du disque 3 sont munies d'un revêtement anti-reFlets, Un disque tel que celui qui vient d'être décrit, réalisé en germa-nium et refroidi ~ 0C sur la périphérie peut laisser passer une puissance lumineuse de 1 kilowatt en perr~nence sans ss casser J il peut supporter.
avsc un fluide de refroidisse~ent ~ -60C, une puissance de 4 kilowatts pendant 7 secondss.
La figurs 2 repr~sente un dispositif optique selon l'invention appliqué à une lsntills. Les éléments communs aux figurss 1 st 2 ont reçu 1BS
m~mes numéros de réf~rencs.
La lentllle 30 est constituée d'un bloc de germanium poss~dant deux dioptres 33 et 34. On retrouvs dans le dlsposltlf 18 clrcuit de r~froidls-ssment 6, dans loqusl circule un fluide qui baipne la tranche 31 ot une partie annulaire 32 de la lentllls 30.
Le cylindre 2 de la figure 1 est remplac6 par un manchon 26 analogue au manchon 16 et qui comprend un conduit 15a relié à la source de gaz comprimé
19 ~ travers la vanns 1A, une chambre annulaire 16a Bt des canaux obllquss 17a, Des ~ets de gaz ssc tazote ou air~ sont donc dlrlgés ~ur les dsux faces 33 et 34 de la lentille, Les faces sont rsvetues d'une couche anti-reflets.
Une telle lentille pourra @tre utillsée toutes les fols que l'on voudra falre converger un faisceau laser ds grands puissancs, dans uns application de soudags par sxempls.
104~468 Dans les exemples des figures 1 et 2, on a mentionné que le ma-tériau utilisé, respectivement pour le disqus 3 et la lentille 30 était ou ~ermanium. On peut, en variante, utiliser des matériaux semi-conducteurs tels que arsenic-gallium, cadmium-tellure et zinc-sélénium.
La durée de vie des dispositifs optiques réalisés avec ces maté- :
riaux est plus importante que celle des dispositifs réalisés avec du ger-manium, mais leur prix est beaucoup plus grand~
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On sait que ces lasers peuvent émettre des faisceaux lumineux ayant une puissance pouvant atteindre quelques kilowatts. La lumière émise a une lon~ueur d'onde ds 10,6 microns.
Il est donc exclu d'utiliser soit pour réaliser ces lasers, soit pour réaliser les equipements optiques accompagnant le laser, des dispositifs optiques en verre, car le verre n'est pas transparent pour la lon~ueur d'onde indlquée ci-dessus.
Le problème SB pose en particulier pour réaliser une fenetre fermant la cavité dans laquelle est place 1P melange gazeux produisant le falsceau laser ~ c'est en effet 3 travers cetts fenêtre, étanche au mélange gazeux, que le faisceau laser est émis en vue de son utilisatior1 ulterieure.
Le probl~me se pose également lorsqu'on veut r~aliqsr une lentille pour focaliser un faiscsau laser de la longueur d'onde indiques ci-dessus.
On a r~alis6 ~u5qu'3 ce ~our des dispo3itifs optlqu~s rJn chlrJrur~ cle Bodium. Ce mat~ri~u, transparent à la longueur d'onde de 10,~ mierons, a l~
dsfeut de retenlr, en surface, la vapeur d'eau contenue dans l'atmospnère.
2U Cette hygroscopie entraine des clivages du matériau au moment du passage des rayons lumlneux, ce qui entraine d'abord des pertes cle qualitk~ optique du dispositif, puis une cassure inévitable.
On sait que d'autres matériaux ne présentent pas le phenomene d'hygro-scopie du chlorure cle sodium et qu'lls ont la transparence souhaitée à la longueur d'onde cholsie, Il s'aglt par exemple du ~errnanium et dr~ cr~rtains composés semi-conducteurs formés de mélanges arsenlc-gallium ou cadmiurn-tsllure ou zinc-sél~nium.
Le germanium est le meilleur marché de ces matériaux. Mais tous ont le défaut de posséder un coefficient d'absorption lumineuse croissant fortement lorsque la température croit. Si donc on les utilise tBlS quels pour réaliser ~4~468 un dispositiF optique destiné à etre traversé par un faisceau lumineux de forte puissance, l'échaufferrent subi par le dispositif aura tendance a augmenter au fur et a mesure du passage du faisceau lumineux. On assiste à un emballement du phénomene et le dispositif optique est rapidement détruit par échauffement.
Un but de l'invention est de réaliser un dispositif optique en germanium ou en matériau semi-conducteur muni de moyens pour éviter l'échauf-fement, de manière à pouvoir être utilisé pour des faisceaux lumineux de forte puissance. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif qui conserve ses qualités optiques intactes quel que soit le degré d'hygrométrie 10 de l'air ambiant dans lequel il est placé lors de son utilisation.
L'invention a pour ob~et un dispDsitif optique destiné ~ être traversé par un faisceau lumineux ayant une longueur d'onde voisine de 10,6 microns et une puissance d'au moins un kilowatt, comprenant un élément optique po~sédant deux faces dioptriques, en matériau choisi parmi le germanium, un mélange d'arssnic et de gallium, un m~lange de cadmium et de tellure et un m~lange de zinc et cle s~l6nium, caructérisé par le falt qu'une zone annullaire d 1~ p~riph6rie de l'~l~ment optique est en contact avsc un fluicle de refroi-dlsssmsnt, et que de~ Jets de gaz sec sont dlri~s sur au rnoins uns cles Foces ds l'élémsnt optique à l'int~risur de la zons annullalre.
Dans un mode de réalisation de l'invsntion appliqué à une fenêtre optique, l'élément optique a sss faces parallèles et une seuls d'entre elles est soumise à un ~st de gaz sec.
Dans un autre mods de r~alisatlon ds l'invsntion applique ~3 une lsntille, le disque a au moins une de sss faces non plans, et les deux faces de la lsntills sont soumises ~ un jst ds gaz ssc.
Ls Fluids réfrigérant sst préférentiellement de l'anhydride car-boniqus liquéfié. Le eaz sec est préférsntisllemsnt ds l'azote~ en variante, c'est ds l'air.
L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après de 30 deux modes de réalisation de l'invention, sn référance au dsssin ci-annexé, dans lsque .. . . . ............... . . . .
:i , . . - ., . , .,:: .:,: - :, . . , ~ ,: .-, , ;: . . . .
~L04~468 - la figure 1 est une VU8 en coupe en élévatisn d'uns fen~Lrs optique, réalisée selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe en ~lévation d'une lentille convergente réalisee selon l'invention.
Dans la figure 1, la r~férence 1 désigne une cavité laser remplie d'anhydride carbonique, delimitée par un cylindre 2. Le faisceau laser doit sortir par la fenêtre 3. Cstte fenêtre se présente sous la forme d'un disque de germanium. Pour un diamètre de 60 mm, l'épaisseur du disque est de 5mm. Un joint circulaire 4 assure l'~tanchéité de la cavité laser.
Le refroidissement du disque SB fait par circulation d'un fluide réfrigérant dans un manchon 6, muni d'un conduit 9 d'arrivée du fluide et d'un conduit 10 de sortie du fluide. Le fluids est avantageusement de l'anhy-dride carbonique dont la température est voisine de - 65C. La tranche 11 du dlsque et une partis annulaire 12 de celui-ci ~ont baignées par le courant de fluide r~frig6rant J la chaleur produite au centre du disque par le passage du f~i~ceau laser est donc ~vacuée par le fluide r~frig~rant ~ travers la partie annulnire du disque. La largeur de cette partie annulalre e~t avan-tagsu~ement de l'ordre de 10mm pour l'exemple numérique choisi plus haut.
L'étanch~it~ du manchon 6 est assurée par deux ~oints circulaires 7 ~t 8 ~'appuyant re3pectivement sur le cylindre 2 et sur un manchon 13, dont le role est expliqué maintenant, Comme le disque est porté à basse température, il y a un risque de volr l'humidité de l'air ambiant se déposer sur sa ~e~ce 20 en contact avec l'atmosphère, Pour éviter cela des ~ets de gaz 9BC, tel que de l'azote ou l'alr, sont dlri~9 sur la face 20 1 ils arretent ainsi l'air atmo~phérique dans sa course vers la face 20~
Pour réaliser ces ~ets, on peut utillser un manchon 13 muni d'un Oonduit 15 relié par une vanne 18 à une source de ~az 19 1 le conduit 15 débouche sur une chambre annulaire 16 d'où partent une pluralité de canaux obliques par rapport au plan de la face 20 du disque et convergente vers .
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104046~3 cette face, tels que le canal réferencé 17 dans la figure.
Dans l'exemple numérique choisi, on peut indiquer que le nombre de canaux est avantageusement de 12 et que le dtbit de gaz sst de 12 litres par minute.
Les faces 20 et 21 du disque 3 sont munies d'un revêtement anti-reFlets, Un disque tel que celui qui vient d'être décrit, réalisé en germa-nium et refroidi ~ 0C sur la périphérie peut laisser passer une puissance lumineuse de 1 kilowatt en perr~nence sans ss casser J il peut supporter.
avsc un fluide de refroidisse~ent ~ -60C, une puissance de 4 kilowatts pendant 7 secondss.
La figurs 2 repr~sente un dispositif optique selon l'invention appliqué à une lsntills. Les éléments communs aux figurss 1 st 2 ont reçu 1BS
m~mes numéros de réf~rencs.
La lentllle 30 est constituée d'un bloc de germanium poss~dant deux dioptres 33 et 34. On retrouvs dans le dlsposltlf 18 clrcuit de r~froidls-ssment 6, dans loqusl circule un fluide qui baipne la tranche 31 ot une partie annulaire 32 de la lentllls 30.
Le cylindre 2 de la figure 1 est remplac6 par un manchon 26 analogue au manchon 16 et qui comprend un conduit 15a relié à la source de gaz comprimé
19 ~ travers la vanns 1A, une chambre annulaire 16a Bt des canaux obllquss 17a, Des ~ets de gaz ssc tazote ou air~ sont donc dlrlgés ~ur les dsux faces 33 et 34 de la lentille, Les faces sont rsvetues d'une couche anti-reflets.
Une telle lentille pourra @tre utillsée toutes les fols que l'on voudra falre converger un faisceau laser ds grands puissancs, dans uns application de soudags par sxempls.
104~468 Dans les exemples des figures 1 et 2, on a mentionné que le ma-tériau utilisé, respectivement pour le disqus 3 et la lentille 30 était ou ~ermanium. On peut, en variante, utiliser des matériaux semi-conducteurs tels que arsenic-gallium, cadmium-tellure et zinc-sélénium.
La durée de vie des dispositifs optiques réalisés avec ces maté- :
riaux est plus importante que celle des dispositifs réalisés avec du ger-manium, mais leur prix est beaucoup plus grand~
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Claims (6)
1/ Dispositif optique destiné à être traversé par un faisceau lumineux ayant une longueur d'onde voisine de 10, 6 microns et une puissance d'au moins un kilowatt, comprenant un élément optique possédant deux faces dioptriques, en matériau choisi parmi le germanium, un mélange d'arsenic et de gallium, un mélange de cadmium et de tellure et un mélange de zinc et de sélénium, caractérisé par le fait qu'une zone annulaire (11, 12) à la périphérie de l'élément optique (3) est en contact avec un fluide de refroidissement, et que des jets de gaz sec sont dirigés sur au moins une (20) des faces de l'élément optique (3) à l'intérieur de la zone annulaire (11,12).
2/ Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour réaliser une fenêtrs optique (3), les deux faces dioptriques (20,21) sont planes.
3/ Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour réaliser une lentille optique (30), au moins l'une des faces dioptriques (33, 34) est une surface non plane.
4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la zone annulaire (11, 12) de l'élément optique (3) est entourée d'un manchon (6) muni d'un conduit d'entrée (9) par lequel pénètre un fluide de refroidis-sement et d'un circuit de sortie (10) par lequel il ressort.
5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les jets de gaz sec sont réalisés au moyen d'un manchon (13) muni d'un canal (15) relié
à une source (19) de gaz comprime, ledit canal (15) débouchant sur une chambre annulaire (16) d'où partent des canaux convergents (17).
à une source (19) de gaz comprime, ledit canal (15) débouchant sur une chambre annulaire (16) d'où partent des canaux convergents (17).
6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les faces (20, 21) de l'élément optique (3) sont revêtues d'une couche anti-reflets.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7421626A FR2275909B1 (fr) | 1974-06-21 | 1974-06-21 | Dispositif optique destine a etre traverse par un faisceau lumineux ayant une longueur d'onde voisine de 10,6 microns |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1040468A true CA1040468A (fr) | 1978-10-17 |
Family
ID=9140366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA229,533A Expired CA1040468A (fr) | 1974-06-21 | 1975-06-17 | Element optique possedant deux faces dioptriques |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| BE (1) | BE829409A (fr) |
| CA (1) | CA1040468A (fr) |
| FR (1) | FR2275909B1 (fr) |
| GB (1) | GB1500064A (fr) |
| SE (1) | SE7507198L (fr) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114014663B (zh) * | 2021-11-29 | 2023-01-31 | 河南城建学院 | 一种碲硒砷镉化合物、靶材及其制备方法 |
-
1974
- 1974-06-21 FR FR7421626A patent/FR2275909B1/fr not_active Expired
-
1975
- 1975-05-23 BE BE156637A patent/BE829409A/fr not_active IP Right Cessation
- 1975-06-17 CA CA229,533A patent/CA1040468A/fr not_active Expired
- 1975-06-18 GB GB26040/75A patent/GB1500064A/en not_active Expired
- 1975-06-23 SE SE7507198A patent/SE7507198L/xx unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2275909A1 (fr) | 1976-01-16 |
| SE7507198L (sv) | 1975-12-22 |
| FR2275909B1 (fr) | 1979-08-17 |
| BE829409A (fr) | 1975-11-24 |
| GB1500064A (en) | 1978-02-08 |
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