FR2538610A1 - LASER CATHODE, METHOD OF FORMING A THERMAL JOINT BETWEEN A LASER ENCLOSURE AND A CATHODE, AND LASER - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une cathode perfectionnée pour laser. Elle comprend une enveloppe creuse hémisphérique 28 réalisée en une matière de caractéristique thermique préalablement choisie. La surface intérieure de cette enveloppe présente une couche 30, par exemple d'aluminium. Un joint thermique 32 est réalisé entre le corps 12 du laser, en matière à faible coefficient de dilatation thermique, et la cathode 22. Domaine d'application : lasers. (CF DESSIN DANS BOPI)An improved laser cathode is disclosed. It comprises a hemispherical hollow envelope 28 made of a material with a previously chosen thermal characteristic. The inner surface of this envelope has a layer 30, for example of aluminum. A thermal seal 32 is made between the body 12 of the laser, made of a material with a low coefficient of thermal expansion, and the cathode 22. Field of application: lasers. (CF DRAWING IN BOPI)
Description
253-8610253-8610
L'invention concerne des perfectionnements The invention relates to improvements
apportés au domaine des lasers Elle a trait plus parti- brought to the field of lasers It relates more particularly
culièrement à une cathode perfectionnée de laser. specifically to an improved laser cathode.
Une cathode de laser sert à fournir des électrons au processus de formation d'un faisceau laser. Une telle cathode est souvent de configuration globalement en dôme, présentant une surface d'aluminium, et elle est placée à proximité de l'extrémité d'un canal ménagé dans un corps de laser et contenant des gaz appropriés tels que de l'hélium et du néon En fonctionnement, elle est maintenue à un potentiel négatif et bombardée par A laser cathode is used to provide electrons to the process of forming a laser beam. Such a cathode is often of generally domed configuration, having an aluminum surface, and is placed near the end of a channel in a laser body and containing suitable gases such as helium and In operation, it is maintained at a negative potential and bombarded by
des ions hélium et néon, chargés positivement, qui s'asso- positively charged helium and neon ions, which
cient aux électrons fournis à la surface oxydée de la cathode, en raison de son potentiel négatif,pour produire the electrons supplied to the oxidized surface of the cathode, due to its negative potential, to produce
des molécules de gaz non chargées. uncharged gas molecules.
Un laser classique comporte des miroirs hautement A classic laser has mirrors highly
polis situés aux extrémités opposées du corps du laser. polished at opposite ends of the laser body.
Lorsqu'un tel laser est utilisé comme élément d'un ensemble d'instruments, seule une variation relativement faible de la distance entre les miroirs est tolérable, car cette distance est critique pour la fréquence de sortie résultante du laser Le maintien d'une distance prédéterminée, dans des tolérances, pose un problème technique difficile à When such a laser is used as part of a set of instruments, only a relatively small variation in the distance between the mirrors is tolerable, as this distance is critical to the resulting output frequency of the laser. Maintaining a distance predetermined, within tolerances, poses a technical problem difficult to
résoudre lorsque le laser est utilisé dans un environne- solve when the laser is used in an environ-
ment thermique extrême Pour résoudre ce problème, le corps du laser est communément réalisé en une matière à coefficient de dilatation thermique extrêmement bas, telle que diverses vitrocéramiques, par exemple celles In order to solve this problem, the body of the laser is commonly made of a material with an extremely low coefficient of thermal expansion, such as various glass-ceramics, for example those
connues sous les marques commerciales "Zerodur" et "Cer- known under the trademarks "Zerodur" and "Cer-
Vit" Par ailleurs la cathode doit comprendre un métal pour fonctionner comme source d'électrons Comme indiqué précédemment, l'aluminium a souvent été utilisé pour In addition, the cathode must include a metal to function as a source of electrons. As mentioned above, aluminum has often been used to
la cathode d'un laser.the cathode of a laser.
Actuellement, des cathodes de laser en aluminium ou en alliage d'aluminium sont produites par un certain nombre de procédés connus comprenant des opérations d'estampage et d'usinage Ces procédés nécessitent un nettoyage et une préparation importants de la surface interne de la cathode De plus, dans certaines applications, la cathode doit être scellée sur le corps du laser Par conséquent, un joint verre sur métal est communément réalisé en fonction des compositions différentes de la cathode et du corps du laser De l'indium est communément utilisé comme agent d'étanchéité Un tel joint à indium est décrit Currently, aluminum or aluminum alloy laser cathodes are produced by a number of known methods including stamping and machining operations. These methods require extensive cleaning and preparation of the inner surface of the cathode. In some applications, however, the cathode must be sealed to the body of the laser. Therefore, a glass-on-metal seal is commonly made in accordance with the different compositions of the cathode and the body of the laser. Indium is commonly used as a coating agent. Such an indium seal is described
dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 273 282. in U.S. Patent No. 4,273,282.
Bien qu'une cathode en aluminium ou en alliage Although an aluminum or alloy cathode
d'aluminium fournisse des électrons au processus de for- of aluminum provide electrons to the process of
mation du faisceau laser, le degré de dilatation qu'elle subit sous l'effet des contraintes thermiques, bien qu'il ne dégrade pas le fonctionnement à court terme du laser, affecte son intégrité à long terme La grande disparité entre les coefficients de dilatation thermique de la cathode en aluminium ou autre métal et du corps du laser en vitrocéramique engendre d'importantes contraintes dans un tel système La différence entre les coefficients de dilatation thermique de l'aluminium et de la matière du type "Zerodur", par exemple, limite l'espérance de vie d'un joint réalisé entre une telle cathode et un tel corps de laser lorsqu'ils sont soumis à des cycles variant entre -55 o C et 1250 C, par exemple Bien qu'il existe the degree of expansion that it undergoes under thermal stress, although it does not degrade the short-term operation of the laser, affects its long-term integrity The great disparity between the coefficients of dilation the heat of the aluminum or other metal cathode and the body of the glass-ceramic laser creates important constraints in such a system. The difference between the coefficients of thermal expansion of aluminum and the material of the "Zerodur" type, for example, limits the life expectancy of a joint made between such a cathode and such a laser body when subjected to cycles varying between -55 o C and 1250 o C, for example although there is
des procédés intéressants pour réaliser une liaison hermé- interesting processes for making a hermetic
tique vérre sur verre, par exemple une liaison assistée par champ, ces procédés ne peuvent être utilisés pour sceller un métal à du verre Par conséquent, le joint aluminium sur verre, comprenant communément de l'indium, est limité à la température de fusion de l'indium qui est de 1560 C. L'invention élimine les inconvénients précités affectant l'art antérieur en proposant un procédé de fabrication et un appareil perfectionnés concernant le domaine dés lasers L'invention concerne en premier lieu une cathode perfectionnée pour laser Cette cathode comprend une enveloppe creuse sensiblement hémisphérique, These methods can not be used to seal a metal to glass. Therefore, the glass aluminum seal, commonly comprising indium, is limited to the melting temperature of the glass. indium which is 1560 C. The invention eliminates the aforementioned drawbacks affecting the prior art by proposing an improved manufacturing method and apparatus concerning the field of lasers The invention relates first of all to an improved cathode for laser This cathode comprises a substantially hemispherical hollow envelope,
réalisée en une matière ayant une caractéristique thermi- made of a material having a thermal characteristic
que préalablement choisie L'enveloppe comprend une previously chosen The envelope includes a
couche superficielle intérieure en aluminium. inner surface layer of aluminum.
2 '5386102 '538610
L'invention concerne en second lieu un laser The invention relates secondly to a laser
perfectionné comprenant un corps et une cathode qui compor- invention comprising a body and a cathode
te une enveloppe creuse sensiblement hémisphérique, réalisée en une matière de caractéristique thermique préalablement choisie L'enveloppe de la cathode possède une couche super- it is a substantially hemispherical hollow envelope made of a previously selected thermal characteristic material. The cathode envelope has a superimposed layer.
ficelle intérieure en aluminium.inner string made of aluminum.
Un autre aspect de l'invention réside dans un procédé pour sceller un corps de laser, constitué d'une matière à faible coefficient thermique, à une cathode Le procédé consiste à réaliser l'enveloppe de la cathode en matière à faible coefficient thermique, puis à sceller Another aspect of the invention resides in a process for sealing a laser body, consisting of a material with a low thermal coefficient, to a cathode. The method consists in producing the cathode envelope made of a material with a low thermal coefficient, and then sealing
la cathode sur le corps du laser.the cathode on the body of the laser.
L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une coupe d'un laser The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting example and in which the single figure is a section of a laser
selon l'invention.according to the invention.
La figure unique représente en coupe latérale un laser 10 selon l'invention Ce laser 10 comprend un corps 12 de préférence réalisé en vitrocéramique telle que du type "Cer-Vit" ou "Zerodur" Le corps 12 du laser, présente une cavité 14 de formation d'un faisceau laser cavité ayant des miroirs hautement polis 16 et 18 à ses The single figure shows a side section of a laser 10 according to the invention This laser 10 comprises a body 12 preferably made of glass ceramic such as "Cer-Vit" or "Zerodur" type The body 12 of the laser, has a cavity 14 of forming a cavity laser beam having highly polished mirrors 16 and 18 at its
extrémités opposées Une anode 20 et une cathode 22 commu- opposite ends An anode 20 and a cathode 22
niquent avec des alésages 24 et 26 orientés vers leohaut nicate with bores 24 and 26 facing upwards
et débouchant dans la cavité 14.and opening into the cavity 14.
La cathode 22 est de forme sensiblement hémis- The cathode 22 is substantially hemispherical in shape
phérique et comprend une enveloppe extérieure 28 en verre, en quartz ou en vitrocéramique, dont l'intérieur est revêtu d'une mince pellicule 30 d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium L'enveloppe 28 peut être réalisée par l'un quelconque d'un certain nombre de procédés bien connus dans le domaine du façonnage du verre et du quartz, y compris par des techniques de moulage et de soufflage du verre De plus, l'enveloppe 28 peut être réalisée par usinage d'une vitrocéramique telle que du type "Zerodur" "Cer -Vit" ou du verre dopé connu sous la marque commerciale "ULE" Des techniques appropriées pour revêtir la surface intérieure de l'enveloppe 28 afin de former la couche 30 comprennent la déposition sous vide, l'enduction par pulvérisation et la pulvérisation ionique d'aluminium ou and comprises an outer casing 28 made of glass, quartz or glass ceramic, the inside of which is coated with a thin film of aluminum or an aluminum alloy. The casing 28 can be made by one any of a number of processes well known in the field of shaping glass and quartz, including glass molding and blowing techniques In addition, the casing 28 can be made by machining a glass ceramic such as Only "Zerodur" "Cer -Vit" or doped glass known under the trade mark "ULE". Suitable techniques for coating the inner surface of the casing 28 to form the diaper 30 include vacuum deposition. spray coating and ion sputtering of aluminum or
d'alliages d'aluminium.of aluminum alloys.
Il est apparu qu'en utilisant une enveloppe 28 de cathode constituée d'une matière ayant un coefficient de dilatation thermique correspondant étroitement à celui du corps 12 du laser, les contraintes exercées sur un joint 32, qui fixe la cathode au corps du laser, sont notablement réduites et la durée de vie du laser en est It has been found that by using a cathode casing 28 made of a material having a coefficient of thermal expansion corresponding closely to that of the laser body 12, the stresses exerted on a seal 32, which fixes the cathode to the body of the laser, are significantly reduced and the life of the laser is
ainsi accrue Il est également apparu qu'une mince pelli- thus increased It has also become apparent that a thin film
cule 30 d'aluminium ou d'alliage d'aluminium ne possède pas une masse suffisante pour imposer des contraintes importantes au joint; par conséquent, tant que la couche est suffisamment épaisse pour rendre opaque la cathode 22, The aluminum or aluminum alloy pipe 30 does not have a mass sufficient to impose significant stresses on the joint; therefore, as long as the layer is thick enough to render the cathode 22 opaque,
le comportement de cette dernière est tout à fait conve- the behavior of the latter is entirely appropriate.
nable et il équivaut à celui d'une cathode constituée nable and it equals that of a cathode constituted
uniquement d'aluminium ou d'alliage d'aluminium. only aluminum or aluminum alloy.
Le joint 32 peut être formé d'un certain nombre de matières et par des procédés classiques comprenant, à titre nullement limitatif, ceux qui réalisent un joint The seal 32 may be formed of a number of materials and by conventional methods including, by no means limitation, those who make a seal
d'indium par utilisation de chaleur et/ou de pression. indium by use of heat and / or pressure.
De plus, du fait que le corps 12 du laser et que l'enve- In addition, since the body 12 of the laser and the enve-
loppe 28 de la cathode 22 sont réalisés en matières non métalliques analogues au verre, le joint 32 peut être formé par un procédé de liaison assisté par champ, tel 28 of the cathode 22 are made of glass-like non-metallic materials, the seal 32 can be formed by a field-assisted bonding method, such as
que le procédé connu sous le nom de procédé "Mallory". as the process known as the "Mallory" process.
Dans un tel procédé, la cathode de verre et le corps du laser sont portés à une température de 300 à 400 'C tandis qu'une différence de potentiel est appliquée entre la cathode et le corps du laser Lorsque l'ensemble est chauffé, sa conductivité électrique augmente, permettant le passage d'un courant électrique à travers l'interface cathode-corps du laser Le courant provoque une diffusion des atomes d'aluminium de la couche 30 dans le verre Il en résulte la formation d'une liaison permanente et robuste qui est insensible à certains modes de détérioration caractérisant les liaisons classiques verre sur métal, In such a process, the glass cathode and the laser body are brought to a temperature of 300 to 400 ° C while a potential difference is applied between the cathode and the body of the laser. When the assembly is heated, its electrical conductivity increases, allowing the passage of an electric current through the cathode-body interface of the laser The current causes diffusion of the aluminum atoms of the layer 30 in the glass It results in the formation of a permanent bond and robust which is insensitive to certain deterioration modes characterizing the conventional links glass on metal,
par exemple ceux résultant de la température de fusion de l'indium. for example those resulting from the melting temperature of indium.
Il apparaît donc que le procédé et le dispo- It therefore appears that the process and the
sitif selon l'invention apportent des perfectionnements au domaine de la fabrication des lasers En utilisant l'invention, on peut fabriquer un laser de longévité According to the invention, improvements in the field of laser manufacturing can be made. Using the invention, a longevity laser can be manufactured.
accrue, pouvant être utilisé dans des environnements ther- increased, which can be used in thermal environments
miques qui affecteraient autrement gravement les possibi- which would otherwise seriously affect the possi-
lités de fonctionnement du laser En outre, en utilisant l'invention, on peut mettre en oeuvre des procédés de liaison avantageux qui ne sont pas applicables à l'art, In addition, by using the invention, advantageous bonding methods which are not applicable to the art can be used.
antérieur, pour obtenir les résultats indiqués précédemment. previous, to obtain the results indicated previously.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au laser décrit et représenté sans It goes without saying that many modifications can be made to the laser described and represented without
sortir du cadre de l'invention.depart from the scope of the invention.
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Legal Events
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ST | Notification of lapse |