CA1087287A - Dispositif de refroidissement d'une tete laser - Google Patents

Dispositif de refroidissement d'une tete laser

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CA1087287A
CA1087287A CA288,822A CA288822A CA1087287A CA 1087287 A CA1087287 A CA 1087287A CA 288822 A CA288822 A CA 288822A CA 1087287 A CA1087287 A CA 1087287A
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Luc Brenac
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Compagnie Industriel des Lasers CILAS SA
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/04Arrangements for thermal management
    • H01S3/042Arrangements for thermal management for solid state lasers
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract

: L'invention concerne un dispositif de refroidissement d'une tête laser par circulation d'un liquide. Ce dispositif comporte notamment un réservoir de ce liquide muni, à sa partie supérieure, d'une membrane étanche au liquide et perméable aux gaz. Application aux générateurs laser solide fonctionnant en déclenché avec une cadence de répétition élevée.

Description

7~l~7 .:
- La présente invention concerne les dispositifs de refroidis-sement d'une tête laser e~ plus particulièrement les disposi-tifs de refroidissement d'une tête laser à matériau actif solide par circu~ation dl~n liquide~
Par tête laser, iL est entendu dans ce qui suit non seule-ment un ampli~icateur laser comprenant simplement un matériau ., actif et des mo~ens d'excitation de ce matériau, mais aussi un générateur laser comprenant en outre une cavité optique résonnante dans laquelle est disposé le matériau actiE~
Les têtes laser industrielles refroidies par liquide com-portent en général une enceinte remplie d'un liquide qui est souvent constitué d'un mélange d'eau et d'antigel. Dans ce liquide sont immergés le matériau acti~ et la lampe à éclair de la tête laser~ L'étanchéité de l'enceinte doit permettre d'empêcher toute fuite de liquide au cours du transfert et pendant le fonctionnement de l'appareil.
Malgré toutes les précautions prises pour éviter la pré-.
sence d'air dissous dans lelliquide, on constate la formation de bulles gazeuses au sein du liquide en cours de fonctionne-;- 20 ment. Il en résulte une surpression dans l'enceinte clui peut provoquer au bout d'un certain temps, des fuites au niveau des joints d'étanchéité et perturbe le refroidissement clu matériau !; acti~ laser. Lorsque le dispositi~ comporte une pompe de cir-.. . . .
culation du liquide~ ces bulles gazeuses peuvent entrainer aussi un désamor~age de la pompe.
La présente invention a pour but de pallier ces incon-vénients, et de réaliser ~n dispositif de refroidissement par .... .
liquided'une tete laser, dans lequel les bulles gazeuses qui se ~; forment au cours du fonctionnement du laser sont éliminées sans ; 30 provoquer de fuite du liq~ide.
La présente inventiOn a pour objet un dispositif de ' ' 1 ~" ' . ~ . .
.. . . . . . . . ... .
37~
, .
refroidissement d'une ~ete laser par circuLation d'un liquide, cette tête laser com~renant un matériau acti~ solide, une lampe à éclair et des mo~ens d'alimentation électrique de cette lampe afin d'exciter ledit matériau actif par une décharge lumineuse de ~ette lampe, dispositif comportant une enceinte étanche remplie dùdit liquide dans lequel est immergé
ledit matériau acti~ et ladite lampe, caractérisé par le fait :
qu'une partie de la paroi de ladite enceinte est constituée d'au moins une membrane étanche audit liquide et perméable aux gaz ~-~
~ 10 apparaissant dans ledit li~u;de au cours du fonctionnement de ladite tête, cette membrane étant en regard de la surface ;~ d'équilibre horizontal dudit liquide dans ladite enceinte.
. L'invention est décrite ci-dissous, à titre illustratif mais nullement limitati~, en regard du dessin annexé dans lequel la ~igure 1 représente en perspective schématique un mode de : réalisation du dispositif selon l'invention et la figure 2 est :' une coupe partielle d'un élément du dispositif illustré par la figure 1.
Sur la ~igure 1 est représenté un circuit de refroidisse-ment par liquide d'un générateur laser, ce circuit comprenant ..essentiellement un récipient 1 contenant le générateur laser, un réservoir 2 et une pompe 3 de circulation. Ces éléments sont reliés en série par des canalisations hydrauliques, la canalisation 4 mettant en communication le récipient 1 et le réservoir 2, la canalisatian 5 réunissant le réservoir 2 et la pompe 3 et la canalisation 6 re~lant la pompe 3 et le récipient ~ 1. Le Liquide en circulation est un mélange d'eau et d'un antigel constitué d'éth~lène-glycol. Des précautions ont été
prises pour assurer l'étanchéite du circuit à ce liquide notamment au niveau des joints et des raccordements hydrauliques.
Le générateur laser contenu dans le récipient 1 comprend ;.
.~ .
.
.. . .. ~ . . . . . . . ...
72l~
un matériau ~cti~ s~lide (non visible s~r La ~igure) constitué
par exemple d'un g~enat d'~ttri~m et d'al~minium dopé au néodyme, ce matérla~ étant ma;ntenu immergé dan~ le liquide à
l'intérieur dlune cavité optique résonante ~ormée de deux réflecteurs dont l'un est semi-transparent. ,Une lampe à éclair tnon visible sur la figure) est également immergée dans le liquide du récipient 1. Les ~lectrodes de la lampe à éclair sont reliées électriquement aux bornes d'un générateur de cou-rant électrique ~non représenté), extérieur au récipient 1. Le récipient 1 est muni d'une fenêtre transparente 7 pour laisser passer le faisceau laser 19 émis sous l'effet d'une décharge de la lampe à éclair.
Le réservoir 2 peut avoir sensiblement la forme d'un parallélépipède rectangle comme représenté. Dans le réservoix
2, le liquide circule sensiblement dans une direction parallèle à la longueur 8, l'épaisseur 9 normale à cette direction étant faible par rapport à la longueur 8. Le réservoir 2 peut être avantageusement muni d'ailettes de refroidissement sur les-quelles souffle un ventilateur, ces ailettes et ce ventilateur ., , , 20 n'étant pas représentés sur la figure.
Sur la partie supérieure du réservoir 2, sont disposées deux cheminées 10 et 11 situées respectivement aux deux extrémités ~e la longueur 8 du réservoir, l'axe de ces cheminées étant sènsiblement parallèle à la hauteur 12 du réservoir 2.
Sur la figure 2 qui représente en coupe la cheminée 10, il apparait que aelle-ci à la ~orme sensiblement dlun tronc de pyrami~e ~ui s'évase vers le corps du réservoir 2.
Une membrane 13 étanche au liquide de refroidissement et , j .
perméable aux gaz est ~ixee au sommet de chaque cheminée sur une saillie transversale interne 18 de la cheminee de façon à
obturer la seation de cette oheminée.
' I .
- 3 -:~872l5 7 Cette membrane 13 est ~anstituee de matière plasti~ue hydrophobe poreuse. Cette makière plasti~ue est un polyethylènet une pol~styrène ou de pré~érence le pol~tetrafluorethylène.
L'épaisseur de la membrane peut être de l'ordre du dixième de ' millimètre. La porosité de La ma~ière plastique est ouverte d'une face à l'autre de la membrane et la dimension des pores est comprise entre 0,01 et 0,05 micron. La porosité doit correspondre à un taùx de vide compris entre 20 et 30 ~. Pour obtenir une telle porosité, le pol~tétrafluoréthylène utilisé
doit être cru, c'est-à-dire qu'il ne doit pas avoir subi l'opéra-tion de frittage habituelle à la Ein de son processus d'élabo-ration.
~ Au dessus de la membrane 13, une grille métallique 14 par ; exemple en aluminium repose sur la surface de la membrane 13 afin d'augmenter la rigidité de cette membrane. La grille 14 peut être utilisée de plus pour comprimer un joint torique .
d'étanchéité 15 s'appuyant sur le bord de la membrane 13 et sur !" la paroi intérieure d'un prolongement cylindrique 16 de la cheminée 10. Une rondelle ~lastique 17 qui vient se loger ., ~ .
dans une rainure de cette paroi permet de fixer la grille 14 à
l'intérieur du prolongement 16 .; :
Le dispositi~ décrit ci-dessus et représenté sur les figures 1 et 2 fonationne de la manière suivante.
On remplit d'abord de liquide de refroidissement les divers éléments du circuit représanté sur la figure 1, la surface d'équilibre du li~uide dans le réservoir étant en regard de la surEace in~érieure des membranes, le plus près possible de ces membranes. Le remplissage est e~~ectué de préférence de : manière qu'après mise en marche de la pompe 3, le liquide exerce une légère pression sur la membrane 13, cette pression étant par exemple supérieure dlenviron 50 grammes à la pression ~. . . , . . , . , :
8';7 atmosphérique.
Après mise en marche du générateur laser, on constate la forma~ion de bulles ga~euses à l'intér.ieur du li~uide, comme il a eté dit plus haut, ~1 a été observé que ces bulles se forment notamment au contact de la lampe à éclair au moment des décharges par suite de l'échauffement du Liquide ou par photo-lyse sous l'e~fet de la partie ultraviolette du rayonnement de la lampe à éclair. .Le gaz qui se ~orme est collstitué princi-~ palement d'air, car il est pratiquement impossible d'éliminer ~ 10 totalement l'air dissous dans le liquide de re~roidissement avantson utilisation et d'empêcher toute infiltration d'airau cours ; du ~onctionnement. Ce gaz peut contenir une petite proportion ~ d'hydrogène qui provient de la décomposition de l'éthylène-glycol~ Les bulles gazeuses qui se forment au sein du liquide sont entra;nées vers le réservoir 2 par le flux de circulation et viennent éclater à la surface d'équilibre de ce liquide en regard des mem.branes telles que 13. La montée des bulles à la surface d'équilibre du liquide dans le réservoir est favorisée -' par la forme plate et longue de ce réservoir décrite plus haut.
Les bulles gazeuses s'échappent alors à travers les mernbranes 13, ce qui permet d'éviter les inconvénients des dispositifs selon l'art antérieur. Il n'en résulte au~une ~uike de liquide ; puisque ces membrane~ perméables aux yaz sont imperméables au liquide de refroidissement. .;~
Le dispositif selon la présente invention peut etre .~:
.~ appliqué aux générateurs laser à.matériau actif solide refroidis .
par liquide, et en particulier aux générateurs de ce type fonc-tionnant en régime déclenché avec une cadence de répétition élevée~
Bien entendu, l'inventlon n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à
1, ' ' ' .
: : - 5 -.. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. .. . .
~7;~7 '~ titre d'exempLe. C'es~ ainsi g~e des membranes telLes que 13 peuvent ê~re disposées à la par~ie superieure d'un dispositif comportant ~ne seule enceinte dù ~iquide de reEroidissement et ne comportant pas de réserv~ir annexe ni de pompe de circula- ..
tion. De plus, les dispositifs peuvent comporter seulement une membrane QU plus de deux membranes, le dispositiE à 2 mem- :
branes représenté. sur ~ figure 1 étant particulièrement indiqué lorsque l'ensemble du dispositif est amené à prendre ' des inclinaisons variables dans un plan vertical parallèle à
la longueur 8 du reservcir.
:' :
' ' -.
' ' ;':
.. . .
. , .
.,:, .
' l ;
: 6 . . .

Claims (12)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Dispositif de refroidissement d'une tête laser par cir-culation d'un liquide, cette tête laser comprenant un matériau actif solide, une lampe à éclair et des moyens d'alimentation électrique de cette lampe afin d'exciter ledit matériau actif par une décharge lumineuse de cette lampe, dispositif compor-tant une enceinte étanche remplie dudit liquide dans lequel est immergé ledit matériau actif et ladite lampe, caractérisé
par le fait qu'une partie de la paroi de ladite enceinte est constituée d'au moins une membrane (13) étanche audit liquide et perméable aux gaz apparaissant dans ledit liquide au cours du fonctionnement de ladite tête, cette membrane étant en regard de la surface d'équilibre horizontal dudit liquide dans ladite enceinte.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite membrane (13) est constituée d'une matière plas-tique hydrophobe poreuse, la porosité étant ouverte, la dimen-sion des pores étant comprise entre 0,01 et 0,05 micron cette porosité correspondant à un taux de vide compris entre 20 et 30 %.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que L'épaisseur de ladite membrane (13) est de l'ordre d'un dixième de millimètre.
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite matière plastique est le polytétrafluoréthylène non fritté.
5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite matière plastique est un polyéthylène.
6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite matière plastique est un polystyrène.
7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite enceinte comporte - un récipient (1) contenant ledit matériau actif et ladite lampe, - un réservoir (2) rempli dudit liquide et en communication par des canalisations (4, 5, 6) avec ledit récipient, - et une pompe (3) en série dans lesdites canalisations pour faire circuler ledit liquide entre ledit récipient (1) et ledit réservoir (2) et que ladite partie de la paroi de ladite enceinte est une partie de la paroi dudit réservoir (2).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit réservoir (2) a sensiblement la forme d'un parallélèpipéde rectangle dont la longueur est parallèle au sens de circulation de liquide, l'épaisseur (9) de ce réservoir étant faible par rapport à sa longueur.
9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit réservoir (2) comporte dans sa partie supér-ieure au moins une cheminée (10, 11) d'axe sensiblement parallèle à la hauteur (12) de ce réservoir et que ladite mem-brane (13) est disposée de façon à obturer le sommet de cette cheminée.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la section de ladite cheminée (10) s'évase vers le réservoir (2).
11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit réservoir (2) comporte en outre une grille (14) fixée sur les bords de ladite cheminée et disposée sur ladite membrane (13) pour augmenter sa rigidité.
12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit liquide est un mélange d'eau et d'un antigel.
CA288,822A 1976-10-14 1977-10-12 Dispositif de refroidissement d'une tete laser Expired CA1087287A (fr)

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